專利名稱：一種球墨鑄鐵的生產方法及生產裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及金屬熔煉技術領域，尤其涉及ー種球墨鑄鐵的生產方法及生產裝置。
背景技術：
球墨鑄鐵是20世紀50年代發展起來的一種高強度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼。球墨鑄鐵是指鐵液通過球化處理和孕育處理后，碳以球狀石墨析出的一種鑄鐵。球墨鑄鐵的微觀組織以球狀石墨為主，有效地提高了鑄鐵的機械性能，尤其是提高了塑性和韌性。由于球墨鑄鐵具有優良的機械性能，其被成功用于鑄造ー些受カ復雜，強度、韌性和耐磨性要求較高的零件。 球墨鑄鐵的生產過程主要包括以下環節熔煉鐵液、球化處理、孕育處理、爐前檢查、澆注鑄件等，在上述環節中，熔煉鐵液是球墨鑄鐵生產過程的關鍵環節之一。而熔煉鐵液采用的原料及設備對生產的球墨鑄鐵的力學性能會產生很大影響。現有技術中一般采用圖I所示的沖天爐熔煉鐵液，沖天爐爐缸(21)的深度為240mm，熔化區(19)的面積為O. 38m2，過熱區(20)的高度為I. 36πΓ · 46m，爐膛直徑為700mm，爐缸深度是指爐底上表面中心至進風管中心的距離。在具有上述結構的沖天爐中熔煉鐵液，金屬爐料與焦炭的接觸面積較小，接觸時間較短，則鐵水中含碳量較少，球化處理后球墨鑄鐵中的石墨球的數量較少；同時目前生產球墨鑄鐵采用的原料通常為鑄造生鉄，生鐵中粗大的石星結和石星片具有較強的遺傳效應，從而影響球星鑄鐵基體組織中石星球的形態，最終影響球墨鑄鐵的力學性能。
發明內容
本發明解決的技術問題在于提供ー種力學性能較好的球墨鑄鐵的生產方法。有鑒于此，本發明提供了ー種球墨鑄鐵的生產方法，包括以下步驟a)將金屬爐料置于沖天爐中熔煉成鐵水，流入前爐，所述金屬爐料為碳素鋼廢鐵，所述沖天爐具有曲線爐膛、深度為90mnTl40mm的爐缸和高度為I. 48m"I. 58m的過熱區；b)在前爐出鐵槽上方設置漏斗，將石墨化石油焦增碳劑置于漏斗中，前爐中的鐵水與漏斗中的石墨化石油焦增碳劑流入感應電爐中，再次進行熔煉；c)將步驟b)得到的鐵水依次進行球化處理、孕育處理和澆注，得到球墨鑄鐵。優選的,步驟a)中所述金屬爐料還包括球墨鑄鐵回爐料。 優選的，所述沖天爐為熱風堿性沖天爐。優選的，所述步驟b)具體為bl)在前爐出鐵槽上方100mnTl50mm處設置漏斗，漏斗的下面設置流量控制開關，將石墨化石油焦增碳劑置于漏斗中，前爐鐵水達到前爐容量的2/31/10時，打開出液口前的堵頭，鐵水從出液ロ流經出鐵槽，打開漏斗下的流量控制開關，漏斗里的石墨化石油焦增碳劑落到出鐵槽的鐵水中隨鐵水流入感應電爐中；b2)在感應電爐中加入硅鐵和錳鐵，并用CaC脫硫，隨后將珍珠巖覆蓋在鐵水表面，感應電爐升溫至1500°C 1600°C，再次進行熔煉。優選的，所述球化處理具體為將球化劑置于鐵水處理包底部，并用硅鐵、鋼板和珍珠巖覆蓋在上述球化劑表面，將步驟b)得到的鐵水沖入鐵水處理包，進行球化處理。
優選的，所述球化劑的質量為步驟b)得到的鐵水質量的I. 19Γ1. 5%。優選的，所述球化劑為FeSiMg5RE115優選的，其特征在于，所述FeSiMg5RE1的粒度為10mnT25mm。本發明還提供了一種生產球墨鑄鐵的裝置，包括沖天爐和感應電爐，所述沖天爐的爐膛包括用于放置爐缸的下段和設置在所述下段頂部的過熱區；所述爐膛的內壁為曲面，所述爐缸的深度為90mnTl40mm,所述過熱區的高度為I. 48πΓ . 58m ;所述沖天爐的前爐的出鐵槽頂部上方設置有漏斗。與現有技術相比，一方面，本發明采用的金屬爐料為碳素鋼廢鐵，碳素鋼廢鐵本身組織致密，組織中不存在粗大的石墨結和石墨片，在球化處理過程中球化穩定，球化級別高，因此球墨鑄鐵基體組織中的石墨大多為球形；另ー方面，在熔煉過程中，金屬爐料在具有曲線爐膛的沖天爐中熔煉，與焦炭接觸面積增大，使金屬爐料熔化時吸收焦炭中更多的碳；鐵水經過沖天爐的過熱區，過熱區高度的提高，增加了鐵水和焦炭的接觸時間，使鐵水中的含碳量增加；隨后鐵水進入前爐，本發明在前爐出鐵槽的上方設置了漏斗，漏斗中添加了石墨化石油焦增碳劑，石墨化石油焦增碳劑流入鐵水中，進ー步増加了鐵水中的含碳量。綜上所述，本發明采用以碳素鋼廢鐵為金屬爐料，同時改變了沖天爐的內部結構和在前爐上方設置了含有石墨化石油焦增碳劑的漏斗，從而改善了球墨鑄鐵的微觀組織和石墨球的數量，提高了球墨鑄鐵的力學性能。
圖I為現有技術中采用的沖天爐的內部結構示意圖；圖2為本發明生產球墨鑄鐵的工作流程示意圖；圖3為本發明采用的沖天爐的內部結構示意圖。
具體實施例方式為了進一歩理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進ー步說明本發明的特征和優點，而不是對本發明權利要求的限制。本發明實施例公開了ー種球墨鑄鐵的生產方法，包括以下步驟a)將金屬爐料(3)置于沖天爐中熔煉成鐵水，流入前爐(9)，所述金屬爐料(3)為碳素鋼廢鐵，所述沖天爐具有曲線爐膛(2)、深度為90mnTl40mm的爐缸(7)和高度為
I.48πΓ · 58m 的過熱區(6)；b)在前爐(9)出鐵槽(12)上方設置漏斗(13)，將石墨化石油焦增碳劑(15)置于漏斗(13)中，前爐(9)中的鐵水與漏斗(13)中的石墨化石油焦增碳劑(15)流入感應電爐
(16)中，再次進行熔煉；c)將步驟b)得到的鐵水進行球化處理、孕育處理和澆注，得到球墨鑄鐵。步驟a)為金屬爐料碳素鋼廢鐵在沖天爐中熔煉的過程。在生產球墨鑄鐵的過程中，為了使球墨鑄鐵具有良好的力學性能，一方面需要使球墨鑄鐵微觀組織中的石墨大部分為球形，一方面需要提高球墨鑄鐵中石墨球的數量。本發明所述金屬爐料為碳素鋼廢鐵，碳素鋼廢鐵本身組織致密，避免了球墨鑄鐵用生鐵粗大的微觀組織的遺傳效應，可以保證球墨鑄鐵的微觀組織不會出現粗大的微觀組織。為了減少球墨鑄鐵的生產成本，所述金屬爐料還包括球墨鑄鐵回爐料。本發明通過增加熔煉鐵水時的含碳量，提高球墨鑄鐵中石墨球的數量。所述沖天爐(3)具有曲線爐膛(2)、深度為90mnTl40mm的爐缸(7)和高度為I. 48nTl. 58m的過熱區。由于沖天爐采用曲線爐膛，使熔化區的面積擴大O. ΙπΓΟ. 2m2，金屬爐料在擴大的熔化區
(5)和焦炭(4)的接觸面積增大，熔化時能更多地吸收焦炭(4)中的碳；熔化后的鐵水經過提聞聞度的過熱區(6),增加了鐵水和焦炭的接觸時間，從而使鐵水中的含碳量大大增加。本發明所述沖天爐優選為熱風堿性沖天爐，在熱風和堿性的條件下，有效增加碳在鐵水中的溶解度，增加鐵水中的碳含量。 若僅通過改變沖天爐的內部結構來提高鐵水中的含碳量是遠遠不夠的，本發明還公開了在前爐(9)出鐵槽上方設置了漏斗(13)，將石墨化石油焦增碳劑(15)置于漏斗(13)中，前爐(9)中的鐵水與漏斗(13)中的石墨化石油焦增碳劑(15)流入感應電爐(16)中，再次進行熔煉。通過在鐵水中流入石墨化石油焦增碳劑(15)，増加了鐵水中的含碳量，若直接將石墨化石油焦增碳劑添加至鐵水中，在熔煉過程中，石墨化石油焦增碳劑大部分被燒損，并不能起到均勻增碳的作用，因此采用在前爐(9)出鐵槽上方設置漏斗(13)，將石墨化石油焦增碳劑(15)置于漏斗(13)中。為了更好地提高鐵水中的含碳量，所述步驟b)具體包括bl)在前爐(9)出鐵槽
(12)上方100mnTl50mm處設置漏斗(13)，漏斗(13)的下面設置流量控制開關(14)，將石墨化石油焦增碳劑(15)置于漏斗(13)中，前爐(9)鐵水達到前爐容量的2/31/10時，打開出水ロ( 10)前的堵頭(11 )，鐵水從出水ロ( 10)流經出水槽(12)，打開漏斗(13)下的流量控制開關(14)，漏斗(13)里的石墨化石油焦增碳劑(15)落到出水槽(12)的鐵水中隨鐵水流入感應電爐(16)中；b2)在感應電爐(16)中加入硅鐵和錳鐵，并用CaC脫硫，隨后將珍珠巖覆蓋在鐵水表面，感應電爐(16)升溫至1500°C 1600°C，再次進行熔煉。感應電爐的熔煉溫度為1500°C 1600°C，若熔煉溫度過高，使鐵水中的碳燒損嚴重，減少鐵水中的碳含量；若熔煉溫度過低，鐵水中含有的氫、氮、氧及熔渣不易上浮，影響鑄件質量。將金屬爐料在沖天爐和感應電爐中熔煉后，得到鐵水，步驟c)為鐵水進行球化、孕育處理和澆注的過程。所述球化處理具體為將球化劑置于鐵水處理包底部ー側，并用硅鐵、鋼板和珍珠巖覆蓋在上述球化劑表面，為了防止鐵水沖入速度過快，反應劇烈的問題，將步驟b)得到的鐵水沖入鐵水處理包的另ー側，進行球化處理。上述鐵水處理包優選為底部有堤壩的鐵水處理包。所述球化劑優選為FeSiMg5RE1，所述FeSiMg5RE1的粒度優選為10mnT25mm。為了使鐵水中的碳充分球化，所述球化劑的質量為步驟b)得到的鐵水的質量的 L 1% L 5%。本領域技術人員熟知的，在進行球化處理過程中，鐵水沖入鐵水處理包的沖入量為處理包容量的三分之ニ左右。所述孕育處理具體包括球化處理后，在鐵水處理包中沖入三分之一鉄水的同時，將孕育劑FeSi75均勻地撒在鐵水流上，然后將處理包中的鐵水攪拌，進行孕育處理。所述球化處理和孕育處理為本領域技術人員熟知的處理方式，本發明并無特別的限制。本發明還提供了ー種球墨鑄鐵的生產裝置，包括沖天爐和感應電爐，沖天爐包括前爐和后爐，沖天爐的后爐為沖天爐的爐體，所述沖天爐的爐體的爐膛包括用于放置爐缸的下段和設置在所述下段頂部的過熱區；所述爐膛(2)的內壁為曲面，所述爐缸(7)的深度為90mnTl40mm,所述過熱區(6)的高度為I. 48nTl. 58m ;所述沖天爐的前爐(9)的出鐵槽
(12)頂部上方設置有漏斗(13)。所述沖天爐的前爐和后爐通過過橋連接。上述感應電爐
(16)置于沖天爐前爐(9)前方的底部，以便前爐中的鐵水流入感應電爐再次進行熔煉。本發明采用的金屬原料為碳素鋼廢鐵，碳素鋼廢鐵本身組織致密，組織中不存在粗大的石星結和石星片，在球化處通過程中球化穩定，球化級別尚，球星鑄鐵基體組織中的石墨大多為球形；在熔煉過程中，本發明通過改變熔煉爐的內部結構和在前爐的上方設置了漏斗，漏斗中添加了石墨化石油焦增碳劑，進ー步增加了鐵水中的含碳量，在熔煉過程中鐵水中的含碳量大大增加，從而使球墨鑄鐵中的石墨球増加。本發明通過改善球墨鑄鐵的 微觀組織和石墨球的數量提高了石墨鑄鐵的力學性能。為了進一歩理解本發明，下面結合實施例對本發明提供的球墨鑄鐵的生產方法進行詳細介紹，本發明的保護范圍不受以下實施例的限制。實施例I以碳素鋼廢鋼為金屬爐料生產QT500，金屬爐料平均化學成分如表I所示，表I為碳素鋼廢鐵的化學成分及含量。表I碳素鋼廢鐵的化學成分及含量
元素碳(C) 硅(Si) 錳(Mn) 嶙(P) 硫(S) 含量(vvt%) O 22 0.180.35 0.045 0 0、在具有曲線爐膛(2)的3T熱風堿性沖天爐熔煉碳素鋼廢鐵，在保證進風管(8)正常通風的情況下，沖天爐爐缸(7)的深度為140mm，熔化區(5)的面積為O. 48m2，過熱區(6)的高度為I. 58m，金屬爐料(3)熔化成鐵水直至前爐，增碳率達120°/Γ150%。金屬爐料熔化后，其化學成分如表2所示，表2為金屬爐料在沖天爐熔煉后的化學成分及含量，在熔煉過程中，硅燒損約20%,因焦炭中含硫，鐵液中含硫量增加。表2金屬爐料在沖天爐中熔煉后的化學成分及含量
元素碳(C) 硅(Si)錳(Mn) 磷(P) 硫(S)----
含量(wt%) O0.15 0.35 0.045 O OS在前爐(9)出水槽(12)上方IOOmm設置ー個固定的漏斗(13)，漏斗(13)的下面開設ー個流量控制開關(14)，漏斗(13)里裝有石墨化石油焦增碳劑(15)，前爐(9)鐵水達到
4.6T，打開出水ロ( 10)前的堵頭(11 )，鐵水從出水ロ( 10)流經出水槽(12)，打開漏斗(13)下的流量控制開關(14)，漏斗(13)里的石墨化石油焦增碳劑(15)落到出水槽(12)的鐵水上隨鐵水一起流到5T中頻無芯感應電爐(16)。上述石墨化石油焦增碳劑(15)的添加量按下述方法加入如果鐵液中碳含量需要增至3. 8%，那么需要增加的碳含量為3. 8% — O. 5%=3. 3% ；若按IOOkg鐵液進行計算，設石墨化石油焦增碳劑為Xkg，3. 3%X 100 = XX95%X95%，則X=3. 65kg，其中95%—個為石墨化石油焦增碳劑的含碳量，一個為增碳劑在鐵液中的吸收率。因此每IOOkg鐵液加3. 65kg石墨化石油焦增碳劑，再根據處理鐵液的總重量確定石墨化石油焦增碳劑的加入量。表3鐵液添加石墨化石油焦增碳劑后的碳含量
權利要求
1.一種球墨鑄鐵的生產方法，其特征在于，包括以下步驟 a)將金屬爐料(3)置于沖天爐中熔煉成鐵水，流入前爐(9)，所述金屬爐料(3)為碳素鋼廢鐵，所述沖天爐具有曲線爐膛(2)、深度為90mnTl40mm的爐缸(7)和高度為I.48nTl. 58m 的過熱區(6)； b)在前爐(9)出鐵槽(12)上方設置漏斗(13)，將石墨化石油焦增碳劑(15)置于漏斗(13)中，前爐(9)中的鐵水與漏斗(13)中的石墨化石油焦增碳劑(15)流入感應電爐(16)中，再次進行熔煉； c)將步驟b)得到的鐵水依次進行球化處理、孕育處理和澆注，得到球墨鑄鐵。
2.根據權利要求I所述的生產方法，其特征在于，步驟a)中所述金屬爐料(3)還包括球墨鑄鐵回爐料。
3.根據權利要求I所述的生產方法，其特征在于，所述沖天爐為熱風堿性沖天爐。
4.根據權利要求I所述的生產方法，其特征在于，所述步驟b)具體為 b I)在前爐(9)出鐵槽(12)上方100mnTl50mm處設置漏斗(13)，漏斗(13)的下面設置流量控制開關(14)，將石墨化石油焦增碳劑(15)置于漏斗(13)中，前爐(9)鐵水達到前爐容量的2/3、/10時，打開出液口( IO )前的堵頭(11 )，鐵水從出液口( IO )流經出鐵槽(12 )，打開漏斗(13)下的流量控制開關(14)，漏斗(13)里的石墨化石油焦增碳劑(15)落到出鐵槽(12)的鐵水中隨鐵水流入感應電爐(16)中； b2)在感應電爐(16)中加入硅鐵和錳鐵，并用CaC脫硫，隨后將珍珠巖覆蓋在鐵水表面，感應電爐(16)升溫至1500°C 1600°C，再次進行熔煉。
5.根據權利要求I所述的生產方法，其特征在于，所述球化處理具體為將球化劑置于鐵水處理包底部，并用硅鐵、鋼板和珍珠巖覆蓋在上述球化劑表面，將步驟b)得到的鐵水沖入鐵水處理包，進行球化處理。
6.根據權利要求5所述的生產方法，其特征在于，所述球化劑的質量為步驟b)得到的鐵水質量的I. 1% 1· 5%。
7.根據權利要求5所述的生產方法，其特征在于，所述球化劑為FeSiMg5RE115
8.根據權利要求7所述的生產方法，其特征在于，所述FeSiMg5RE1的粒度為10mnT25mmo
9.一種球墨鑄鐵的生產裝置，包括沖天爐和感應電爐，所述沖天爐的爐膛包括用于放置爐缸的下段和設置在所述下段頂部的過熱區；其特征在于，所述爐膛(2)的內壁為曲面，所述爐缸(7)的深度為90mnTl40mm,所述過熱區(6)的高度為I. 48nTl. 58m ;所述沖天爐的前爐(9 )的出鐵槽(12 )頂部上方設置有漏斗(13 )。
全文摘要
本發明提供了一種球墨鑄鐵的生產方法，包括以下步驟a)將金屬爐料置于沖天爐中熔煉成鐵水，流入前爐，所述金屬爐料為碳素鋼廢鐵，所述沖天爐具有曲線爐膛、深度為90mm~140mm的爐缸和高度為1.48m~1.58m的過熱區；b)在前爐出鐵槽上方設置漏斗，將石墨化石油焦增碳劑置于漏斗中，前爐中的鐵水與漏斗中的石墨化石油焦增碳劑流入感應電爐中，再次進行熔煉。本發明采用以碳素鋼廢鐵為金屬爐料，同時改變了沖天爐的內部結構和在前爐上方設置了含有石墨化石油焦增碳劑的漏斗，從而改善了球墨鑄鐵的微觀組織和石墨球的數量，提高了球墨鑄鐵的力學性能。
文檔編號C22C37/04GK102732664SQ20121024773
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月17日 優先權日2012年7月17日
發明者廖成智, 童攀, 陳建平, 黃為 申請人:長沙金龍鑄造實業有限公司