避免球铁铁液在浇注过程中发生球化衰退和降低浇注温度的处理方法及专用浇注设备技术

本发明专利技术具体涉及一种能够避免球铁铁液在浇注过程中发生球化衰退和降低浇注温度的处理方法及专用浇注设备。本发明专利技术方法和设备是：将需要浇注的球铁铁液注入专用浇注电炉设备，该设备设有直流电渣系统：炉内球铁铁液上设含（Ｍｇ↑［２＋］）、（Ｃａ↑［２＋］）等金属离子的高温熔融碱性炉渣，炉体上部设有石墨电极，在球铁铁液内设有连接直流电源系统的电极；将球化铁液作为阴极，石墨电极作为阳极，碱性炉渣作为电解质；炉内接通直流电，电流强度根据电炉容量确定：每小时每吨铁水２０～５０法拉第电流当量，在高温碱性渣液中发生电解反应，［Ｍｇ］含量和（Ｍｇ↑［２＋］）含量达到要求的电化学平衡；维持铁液中的残余镁量不再降低。本发明专利技术能够稳定浇注温度，完全避免球化衰退。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及球墨铸铁铸造
，具体涉及一种能够避免球铁铁液在 浇注过程中发生球化衰退和降低浇注温度的处理方法及专用浇注设备。技术背景球墨铸铁是20世纪40年代末发展起来的一种铸造合金，它是向铁水中 加入球化剂和孕育剂而得到的球状石墨铸铁。由于石墨呈球状，其机械性能 远远超过灰铸铁，优于可锻铸铁，甚至接近钢材，而价格低于钢，并且仍具 有普通灰口铸铁的许多优良性能，如良好的铸造性、减震性、切削加工性及 低的缺口敏感性等。因此，许多重要机械零件如曲轴、连杆、齿轮、阀体、 缸套等均可采用球墨铸铁，以节约钢材、降低成本，球墨铸铁以其优良的性能，在使用中有时可以代替昂贵的铸钢和锻钢，在机械制造工业中得到广泛 应用。在生产球墨铸铁的工艺过程中，决定球墨铸铁机械性能的主要因数有(1)主要取决于铁液凝固过程中所形成的石墨形状，而不是其碳硅等化学成分，因此被称为生产性能不稳定的魔术金属材料。球铁是在完成原 铁液的冶炼之后再逐包进行球化处理的，不仅不同包次的球铁铁液会存在差 别，更主要是同一包铁液也会在数分钟内就发生球化衰退变化，使前后 不同时间所浇的铸件其性能出现很大差别。这两点原因，大大增加了工厂生 产过程质量控制的难度，球铁也因此被看成是不稳定的低可靠性材料，限制了它的进一步发展。(2)球墨铸铁铁液因发生球化衰退而不允许再进 行浇注的有效浇注时间很短，通常只有十几分钟。而此时对铁液进行加热保 温会明显加剧球化衰退的速度，因此球铁件生产线目前几乎不使用浇注电炉 设备，浇注过程中铁液降温现象比较严重，从而带来与浇注温度相关的废品 率升高。(3)目前发达国家应用于汽车工业球铁件造型、浇注流水线的惰性气体(氩气、氮气)保护气压浇注的方法，虽然解决了浇注温度不稳定的问 题，使得浇注温度稳定可控，并明显延缓了发生球化衰退的时间，但是并没 有杜绝球化衰退问题，而必须靠提高入炉铁液的残余镁量来不断补充球铁铁 液的球化剂损耗，既增大了球化剂消耗，又造成铁液中过量金属镁不断与炉 衬反应，使得炉衬不断增厚，縮短了电炉炉衬的维修使用周期。同时，由于 需要对浇注电炉进行气体密封，使得炉子结构复杂，使用和维护技术难度大， 设备投资大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够避免球铁铁液在浇注过程中发生球化衰 退和降低浇注温度的处理方法及专用浇注设备，其能够解决上述三项问题， 稳定浇注温度，完全避免球化衰退，从而减少球铁件生产的废品损失；降低 球化剂的消耗，降低球铁铁液浇注电炉的操作与维修难度，从而降低生产成 本，简化工人的修炉、扒渣操作的。本项技术设备对于提高球墨铸铁的可靠 性，满足球墨铸铁长期连续稳定化生产，特别是对于汽车零件、离心铸管等 大批量连续生产球墨铸铁件的企业，具有重要的推广、应用意义。本专利技术的技术方案为避免球铁铁液在浇注过程中发生球化衰退和降低 浇注温度的处理方法将需要浇注的球铁铁液注入一专用的浇注电炉设备， 该浇注电炉设备设有一套直流电渣系统:炉内球铁铁液上设有富含Mg2+、 Ca2 +等活泼金属离子的高,融碱性炉渣{特别注明本文中各离子前后的圆括 号O表示该离子为碱性炉渣中所含的离子；各离子前后的方括号[] 表示该离子为球铁铁液中的离子}，炉体上部设有插入熔融碱性炉渣层的石 墨电极炉，在球铁铁液内设有连接直流电源系统的电极；球铁铁液靠浮在铁 液顶面的高温熔融碱性炉渣进行密封，以使炉内球铁铁液与大气中的氧气完 全隔绝，利用直流电解槽的原理，将球化铁液作为阴极，将插入熔融碱 性炉渣层的石墨电极作为阳极，将熔融的碱性炉渣作为液态电解质；炉内注 入球铁铁液注后接通的直流电，其电流直流电的电流强度根据电炉容量确定在每小时每吨铁水20 50法拉第的电流当量，而在这里低电压大电流指的 是在工业中经常指的电压在30V—70V左右的低电压，其电流则根据总体功 率值在一定范围内变化，接通直流电后部分电能变成化学能，在温度控制为 1500。C 1600。C的高温碱性渣液中会发生电解反应，渣中(Mg2+)、 (Ca2+)等 阳离子向阴极定向移动，而渣中S2—等阴离子向阳极移动，铁液中残余的(S2 —)等阴离子也会上浮和被异性电极的吸引而进入熔渣；这些高温熔渣中的 (S2—)阴离子，以及在球化处理包向浇注炉内注入铁液时带进高温碱性渣的 少量高硫渣中的(S2—)阴离子，都可在阳极附近失去电子而变为游离态的高 温液态硫，接触空气后直接燃烧成S02气体，从而不断从熔融碱性渣中被清除 掉；接通直流电的电量足够时，渣一金界面存在的电极电位就会使铁液中的 游离态[Mg]含量和渣中的离子(Mg2+)含量达到保证球化工艺要求的电化学平 衡，这能抑制球铁铁液中的[Mg]原子失去电子变为[Mg2+阳离子而进入熔渣， 从而维持铁液中的残余镁量不再降低，甚至当不慎注入炉内一包残余镁量偏 低已发生球化衰退的铁液、并造成浇注电炉内铁液的整体残余镁量下降时， 还能使该铁液的含镁量增加和恢复到正常值。上述的处理方法所用到的浇注电炉设备，该设备包括炉体，配设在炉体 上的浇注口和入料开口，配套设置的对浇注铁液进行定量的装置，炉体结构 形式可以是底注式，或是气压式，其密封的炉内使用富含氧气的压縮空气， 而不使用氮气或氩气、或是倾倒式的结构，其特征在于在炉体上部设有石 墨电极，在炉内炉内球铁铁液上设有富含(Mg2+)、 (Ca2+)等活泼金属离子的 高温熔融碱性炉渣液，在球铁铁液内设有电极，石墨电极的下端始终保持伸 入在碱性炉渣液内，配套设置有直流电源系统，电源阳极连接石墨电极上端， 电源阴极连接球铁铁液内设置的电极。本专利技术在炉体内增加设置有加热铁液的感应加热装置、或燃气或燃油烧 嘴加热装置、或氧一燃气火焰烧嘴加热装置、或等离子体加热装置，或同时 增加设置上述几种附加加热装置。本专利技术该直流电渣浇注装设备的耐火材料 内衬材料最好采用富含MgO的镁砂或煅烧白云石类碱性耐火材料打结修砌，打结。上述浇注电炉设备，其直 流电渣浇注设备中覆盖在铁液顶面的碱性渣液材料的成分为富含(Mg2+)、(Ca2 + )等活泼金属离子的多元渣，烙渣的熔点调整控制在125(TC 150(TC的适 当范围内。本项专利技术利用直流电解槽的电冶金原理，将球化铁液作为阴极(利 用底电极或侧电极供电)、将插入熔融的碱性炉渣层的石墨电极作为阳极、将 熔融的碱性炉渣作为液态电解质。渣-金界面存在电极电位会抑制球铁铁液中 的Mg原子失去电子变为阳离子而进入熔渣；同时，铁液中微量的[O、[S原子 还可能得到电子，以(02_)、 (S2_)等阴离子的形式进入渣中，从而有利于维 持铁液的球化水平不斷氏，防止球化衰退。铁液和电渣中残存的(S2—)阴离子可在阳极附近失去电子成为游离态的 高温液体硫，当其上浮到高温炉渣表面时便接触到空气中的氧气，立即氧化 燃烧生成S02气体，直接排出炉外，从而利于碱性炉渣的长时间循环使用(S2_ ) —2e = (S) (S) +02 = S021当不同电极之间的电位达到一定的足够大的数值时，炉渣中的金属阳离 子也会在阴极上析出。例如，在直流电的电解作用下，铁液顶部的碱性炉渣 (也包含部分脱落炉衬)中的MgO、MgF2、CaO、等化学成分里的(Mg2+)和(Ca2 + )阳离子，在接触到作为阴本文档来自技高网...

【技术保护点】
避免球铁铁液在浇注过程中发生球化衰退和降低浇注温度的处理方法，其特征在于，该方法是：将需要浇注的球铁铁液注入一专用的浇注电炉设备，该浇注电炉设备配设有一套直流电渣系统：炉内球铁铁液上设有富含（Ｍｇ↑［２＋］）、（Ｃａ↑［２＋］）等活泼金属离子的高温熔融碱性炉渣，炉体上部设有插入熔融碱性炉渣层的石墨电极，在球铁铁液内设有连接直流电源系统的电极，球铁铁液靠浮在铁液顶面的高温熔融碱性炉渣进行密封，以使炉内球铁铁液与大气中的氧气完全隔绝；同时，利用“直流电解槽”原理，将球化铁液作为阴极，将插入熔融碱性炉渣层的石墨电极作为阳极，将熔融的碱性炉渣作为液态电解质；在炉内注入球铁铁液后接通低电压大电流的直流电，直流电的电流强度根据电炉容量确定在：每小时每吨铁水２０～５０法拉第的电流当量，接通直流电后部分电能变成化学能，促使带电离子在异性电极的吸引下发生定向移动，在温度控制为１５００℃～１６５０℃的高温碱性渣液中会发生电解反应，在上述接通的直流电的电量足够下，渣－金界面存在的电极电位就会使铁液中的游离态［Ｍｇ］含量和渣中的离子（Ｍｇ↑［２＋］）含量达到保证球化工艺要求的电化学平衡；这还能抑制球铁铁液中的［Ｍｇ］原子失去电子变为［Ｍｇ↑［２＋］］阳离子而进入熔渣，从而维持铁液中的残余镁量不再降低。...

【技术特征摘要】
1、避免球铁铁液在浇注过程中发生球化衰退和降低浇注温度的处理方法，其特征在于，该方法是将需要浇注的球铁铁液注入一专用的浇注电炉设备，该浇注电炉设备配设有一套直流电渣系统炉内球铁铁液上设有富含(Mg2+)、(Ca2+)等活泼金属离子的高温熔融碱性炉渣，炉体上部设有插入熔融碱性炉渣层的石墨电极，在球铁铁液内设有连接直流电源系统的电极，球铁铁液靠浮在铁液顶面的高温熔融碱性炉渣进行密封，以使炉内球铁铁液与大气中的氧气完全隔绝；同时，利用“直流电解槽”原理，将球化铁液作为阴极，将插入熔融碱性炉渣层的石墨电极作为阳极，将熔融的碱性炉渣作为液态电解质；在炉内注入球铁铁液后接通低电压大电流的直流电，直流电的电流强度根据电炉容量确定在每小时每吨铁水20～50法拉第的电流当量，接通直流电后部分电能变成化学能，促使带电离子在异性电极的吸引下发生定向移动，在温度控制为1500℃～1650℃的高温碱性渣液中会发生电解反应，在上述接通的直流电的电量足够下，渣-金界面存在的电极电位就会使铁液中的游离态[Mg]含量和渣中的离子(Mg2+)含量达到保证球化工艺要求的电化学平衡；这还能抑制球铁铁液中的[Mg]原子失去电子变为[Mg2+]阳离子而进入熔渣，从而维持铁液中的残余镁量不再降低。2、根据权利要求1所述的处理方法所用到的浇注电炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇新，刘巨仁，
申请(专利权)人：王宇新，刘巨仁，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]