一种原位生成铸铁石墨核心的方法技术

本发明专利技术公开了一种原位生成铸铁石墨核心的方法，包括如下步骤：将铈合金装入封闭的钢管内或做成包芯线后，加入电磁感应炉内熔化的铁水内，同时利用电磁感应不断搅拌铁水，使铈元素迅速扩散均匀，铈元素与铁水中的氧和硫反应，生成二氧化铈和部分硫化铈，二氧化铈和硫化铈以颗粒的形式存在于铁水中，为石墨的形核提供核心；所述铈合金中，铈的质量百分数为0.5％～25％；加入铁水中的铈占铁水的质量百分数不大于0.02％。通过对铸铁原铁水中加入铈元素，与原铁水中的氧(少部分硫)形成氧(硫)化物颗粒，该颗粒与孕育形成的石墨片层形成长效的石墨核心，促进更多的长效石墨核心形成，提高厚大断面铸铁的石墨形核率。高厚大断面铸铁的石墨形核率。高厚大断面铸铁的石墨形核率。

【技术实现步骤摘要】
一种原位生成铸铁石墨核心的方法


[0001]本专利技术属于生成铸铁石墨核心
，具体涉及一种原位生成铸铁石墨核心的方法。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]随着行业装备的大型化重型化发展，厚大断面球墨铸铁的需求量也越来越大。一般来说，壁厚大于100mm的球墨铸铁件称为厚大断面球墨铸铁件。厚大断面球墨铸铁常用于矿山、电力、机床等领域的大型装备制造。厚大断面球墨铸铁件因为其壁厚较大，冷却速度慢，凝固时间长，在壁厚中心或热节处容易产生石墨畸变和缩松缩孔缺陷，导致铸件力学性能下降，特别是伸长率和塑性显著降低，生产技术水平要求较高，增大生产难度。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种原位生成铸铁石墨核心的方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种原位生成铸铁石墨核心的方法，包括如下步骤：
[0007]将铈合金装入封闭的钢管内或做成包芯线后，加入熔化的铁水内，同时不断搅拌铁水，铈元素与铁水中的氧和硫反应，生成二氧化铈和硫化铈，二氧化铈和硫化铈以颗粒的形式存在于铁水中，为石墨的形核提供核心；
[0008]所述铈合金中，铈的质量百分数为0.5％～25％；
[0009]加入铁水中的铈占铁水的质量百分数不大于0.02％。
[0010]包芯线是由带形钢带包卷合金粉末而成。
[0011]厚大断面球墨铸铁的石墨球畸变，主要是因为孕育衰退，石墨形核核心减少，导致碳原子向石墨球扩散距离增长，石墨球长大前沿液态中的碳浓度不均匀，致使石墨球生长过程偏离理想的球状，从而发生畸变。大量的研究证实，石墨球核心是氧化物、硫化物颗粒或多种颗粒组成，以氧化铈、硫化铈为最佳核心颗粒。孕育形成的密排面片层石墨与此类颗粒结合所形成的石墨球核心是长效的石墨球核心。因此，增加球墨铸铁铁水中氧化铈和硫化铈颗粒不仅会有效提高石墨球核心数量，而且会形成长效的石墨球核心，有效地降低石墨核心失效现象，显著减轻石墨球畸变的发生。
[0012]专利技术人在试验过程中发现，如果将铈直接投加到铁水中时，会在铁水的表面迅速氧化成大尺寸的氧化物，无法再与铁水中的氧或硫反应形成弥散的小颗粒，进而无法起到核心的作用。
[0013]此外，铈是活泼金属，单质铈不易储存，制备成合金容易储存。
[0014]将铈合金装入封闭的钢管内或做成包芯线后再投加至铁水中，可以对铈起到有效保护，避免铈元素被大气氧化，以保证颗粒状二氧化铈和硫化铈的生成。铈以合金的形式加
入铁水中，加入过程平稳，扩散迅速，收得率高。
[0015]控制铈元素的加入量，使得加入铁水中的铈元素全部反应生成氧化铈和部分硫化铈，确保制备的铸铁中没有游离态的铈引发不利影响。铈加入过多时，会在铁水中存留单质铈，单质铈会影响石墨形态和基底组织，进而影响材料的性能。
[0016]铈合金的重要成分为铈、硅、铁，在铈合金加入炉内铁水后，会迅速熔化，在电磁感应的搅拌下，使铈迅速扩散均匀，并与铁水中的氧反应，形成弥散的氧化铈颗粒。
[0017]在一些实施例中，加入铁水中的铈与铁水量的关系：
[0018]①
每公斤球墨铸铁中含铈量(k2)：
[0019][0020]其中，M为摩尔质量，铈的摩尔质量为140g/mol，氧化铈的为172g/mol；
[0021]a为每公斤球墨铸铁需氧化铈颗粒重量占比：7.43
×
108×
3.66
×
10
‑
12
＝2.7mg/kg；
[0022]②
铈含量(Y)与处理铁水量(X)的关系：
[0023]Y＝k2X；
[0024]其中，k2为每公斤球墨铸铁中含铈量；X为处理铁水量。
[0025]在一些实施例中，所述铈合金中，除了铈元素之外，硅与铁的质量比为50:50～75:25，其余元素可以没有，或是少量的稀土镧元素和不含反球化元素的其它微量元素。
[0026]在一些实施例中，铁水中的含氧量为30
‑
80ppm。
[0027]优选的，铁水中含氧量的计算公式为：
[0028]①
每公斤球墨铸铁中含氧量k1：
[0029][0030]其中，M为摩尔质量，氧气的摩尔质量为32g/mol，氧化铈的摩尔质量为172g/mol；
[0031]a为每公斤球墨铸铁需氧化铈颗粒重量占比：7.43
×
108×
3.66
×
10
‑
12
＝2.7mg/kg；
[0032]②
含氧量Y计算式：
[0033]Y＝k1X；
[0034]其中，k1为每公斤球墨铸铁中含氧量；X为石墨核心数量放大倍数。
[0035]在一些实施例中，铈合金加入铁水之前烘干处理。潮湿的铈合金高温铁水发生剧烈反应，造成铁液飞溅，既不安全，又会降低铁水的收得率。
[0036]在一些实施例中，球化方法为冲入法或喂丝法。
[0037]在一些实施例中，所述搅拌为电磁感应搅拌。
[0038]在一些实施例中，所述铸铁为灰铸铁、球墨铸铁或蠕墨铸铁。
[0039]在一些实施例中，将铈合金通过钢管加入或做成包芯线喂丝加入时，避免受到铁水表面熔渣污染。
[0040]在一些实施例中，铁水的温度大于1450℃。
[0041]第二方面，本专利技术提供一种铸铁，由所述制备方法制备而成。
[0042]上述本专利技术的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
[0043]在熔化后的原铁水中，加入铈中间合金，其中的铈元素与原铁水中的氧和少量的硫反应，主要形成二氧化铈和少量硫化铈，氧(硫)化铈以颗粒的形式存在于原铁水中，为石墨的形核提供核心。
[0044]该方法采用原位生成方式，在添加氧(硫)化铈颗粒的同时进行石墨析出的孕育，提高石墨核心数量，同时增加石墨核心的有效时间，解决厚大断面铸铁中石墨异常、畸变问题，可以提高厚大断面球墨铸铁、蠕墨铸铁和灰铸铁的生产质量。
附图说明
[0045]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0046]图1是本专利技术实施例的厚大球铁铸件试样的结构示意图；
[0047]图2是本专利技术实施例的炉内添加铈中间合金示意图；
[0048]图3是本专利技术实施例的试样切割参数示意图；
[0049]图4是本专利技术实施例的金相试样取样位置和编号，其中，A为对比例1的试样，A
‑
1为从对比例1的试样的中间位置取出的金相试样，A
‑
2为从对比例1的试样的1/4位置处取出的金相试样，B为实施例1的试样，B
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位生成铸铁石墨核心的方法，其特征在于：包括如下步骤：将铈合金装入封闭的钢管内或做成包芯线后，加入电磁感应炉内熔化的铁水内，同时利用电磁作用不断搅拌铁水，使铈元素迅速扩散均匀，铈元素与铁水中的氧和硫反应，生成二氧化铈和部分硫化铈，二氧化铈和硫化铈以颗粒的形式存在于铁水中，为石墨的形核提供核心；所述铈合金中，铈的质量百分数为0.5％～25％；加入铁水中的铈占铁水的质量百分数不大于0.02％。2.根据权利要求1所述的一种原位生成铸铁石墨核心的方法，其特征在于：加入铁水中的铈与铁水量的关系为：
①
每公斤球墨铸铁中含铈量(k2)：其中，M为摩尔质量；a为每公斤球墨铸铁需氧化铈颗粒重量占比；
②
铈含量(Y)与处理铁水量(X)的关系：Y＝k2X；其中，k2为每公斤球墨铸铁中含铈量；X为处理铁水量。3.根据权利要求1所述的一种原位生成铸铁石墨核心的方法，其特征在于：所述铈合金中，硅与铁的质量比为50:50～75:25。4.根据权利要求1所述的一种原位生成铸铁石墨核心的方法，其特征在于：铁水中的含氧量为30
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：田学雷，吴霜，邵安辰，郑洪亮，林晓航，华明昊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：