CN101429616A - 一种球墨铸铁及其冶炼工艺和用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球墨铸铁及其冶炼工艺和用途，按重量百分比计，该球墨铸铁材料的化学成分为：碳：3.2～3.9％、硅：2.0～3.2％、锰：0.2～0.6％、硫不大于0.03％、磷不大于0.05％、铬：0.15～0.50％、铜：0.2～0.8％、锑不大于：0.002％、残余镁：0.03～0.06％、残余稀土：0.02～0.05％，余量为铁和微量伴随杂质，本发明降低现有技术中用于烧结设备的球墨铸铁材料的生产成本，同时使该球墨铸铁材料具有较高的抗高温变形、抗热疲劳、抗氧化生长性能；采用该球墨铸铁材料制造的大型烧结机台车，提高了台车体的高温性能，延长了台车维修周期和使用寿命；本发明适用于钢铁设备制造行业。

Description

一种球墨铸铁及其冶炼工艺和用途

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体地说是涉及一种新型球墨铸铁材料以及生产该球墨铸铁材料的工艺和该球墨铸铁材料的用途。

背景技术

随着我国钢铁工业日益迅猛发展，近十多年来，烧结设备坚持走设备大型化、规模化、自动化发展的道路，使烧结机组具有自动化程度高、抗干扰能力强、运行稳定、质量高、能耗低等特点。围绕这一发展思路，有条件的钢铁企业已逐步实现烧结设备的大型化，并且有关设计、制造部门均在努力改善提高设备的可靠性与零部件的寿命，这也是坚持设备大型化的重要基础。因此，涉及耐热件的研究和生产、尤其是在特定工业生产环境条件下工作的工矿件的研究和生产，就显得更有意义。

烧结机台车的使用性能直接关系到烧结机的正常生产和检修周期。烧结机运行时，台车工作状况十分恶劣，承受温度高且不均匀，其工作温度在100～800℃范围间不断经历加热、冷却的循环，在经受循环热应力的同时，还承受周期性的机械应力，还要承受炉料的冲击、炉气的侵蚀，因此要求烧结机台车体必须具有良好的高温强度、高温抗变形能力、抗热疲劳及抗氧化生长、耐热冲击及在循环应力作用下不产生裂纹等综合性能。抗拉强度≥500Mpa，延伸率≥10％，850℃下氧化平均速度小于0.70g/m²h，800℃下生长率小于0.15％。

近几年烧结机台车在结构方面没有根本性的变化，主要采取的改进措施为：1、日本新日铁公司和法国于齐诺尔·萨西洛尔公司致力于增加烧结机的有效面积；2、日本川崎岛厂No.4烧结机、英国雷德卡厂分别致力于厚料层操作。上述措施的实施给烧结机的寿命提出了更高的要求。在延长烧结机台车的寿命方面，像日本、韩国、前苏联在烧结工艺方面采取一些相应措施，如在台车体的主副梁上增设隔垫套，减少烧结矿对台车梁的热传导。在烧结机台车体材质方面，一般采用铸钢和球墨铸铁，国外大型烧结机台车多数采用各种球墨铸铁材料，尤其日本的烧结机台车采用含钼球墨铸铁材料制造，使用效果比较理想。我国制造的台车材料标准亦采用了球墨铸铁。

生产大型烧结机台车的技术难点是如何满足烧结台车在恶劣工作环境条件的使用要求，选择合适的材质化学成分，目前，国内多家专业生产厂家，或延续教科书的常规成份工艺生产(即含钼球墨铸铁材料制造)，但生产成本太高，无法适应市场压力；或另辟捷径，减少中间关键成份钼，但生产的台车在短期使用后，即在端部厚大部位产生裂纹变形，中间踏腰、断裂等严重问题，技术不过关。国内尚无研究单位专门从事该项目的深层研究。基于钼的价格十分昂贵，迫切需要开发研制一种新型材质，即保证生产成本的经济性，又确保满足大型烧结机台车的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型材质的球墨铸铁，降低现有技术中用于烧结设备的球墨铸铁材料的生产成本，同时使该球墨铸铁材料具有较高的抗高温变形、抗热疲劳、抗氧化生长性能。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的球墨铸铁材料，基于铸铁总重，按重量百分比计，该球墨铸铁材料的化学成分为：碳：3.2～3.9％、硅：2.0～3.2％、锰：0.2～0.6％、硫不大于0.03％、磷不大于0.05％、铬：0.15～0.50％、铜：0.2～0.8％、锑不大于：0.002％、残余镁：0.03～0.06％、残余稀土：0.02～0.05％，余量为铁和微量伴随杂质，本发明的球墨铸铁不含价格昂贵的金属钼。

本发明的另一目的是提供所述球墨铸铁的冶炼工艺，该工艺采用冲天炉冶炼，炉前原料采用生铁、纯净废钢和高碳铬铁，按重量比：生铁：纯净废钢：高碳铬铁为445：55：2.3，所述高碳铬铁采用符合国家标准GB/T 5683-1987的FeCr55C1000，所述生铁采用Q12生铁；炉后原料包括球化剂、孕育剂和纯铜屑；所述球化剂采用粒度为10～30mm的钇基重稀土硅铁镁复合球化剂，加入量为每吨铁水20公斤；所述孕育剂采用符合国家标准GB/T2272-1987的FeSi75，加入量为每吨铁水14.5公斤。

本发明又一目的是提供本发明所述球墨铸铁的用途，具体说就是将本发明的球墨铸铁用于制造钢铁冶炼行业用的烧结设备。进一步，将本发明所述球墨铸铁用于制造大型烧结机台车，具体讲就是大型烧结机台车的车体、车头和栏板采用所述的球墨铸铁制造，提高了台车体的高温性能，延长了台车维修周期和使用寿命。

本发明的有益效果如下：

本发明通过加入一定比例铬、铜合金元素，获得了一种具有优良的常温力学性能和耐热性能的新型球墨铸铁材质，以期达到适用于空气、炉气介质，有较高的综合力学性能，满足了大型烧结机台车的使用要求。其原理为利用硅强烈的石墨化能力，中和了铬形成碳化物的作用，保证了组织中渗碳体含量小于0.5％。利用铬和铜促进珠光体生成的能力，弥补了硅促进铁素体生成的缺点，使基体珠光体含量不少于40％，并且两者都有高温抗氧化生长的能力，使台车体材料获得了优良的组织和性能。通过深入研究和大量对比性试验可以确认：采用硅、铬、铜配合取代了昂贵的Mo元素，获得了良好组织和性能，满足了烧结机台车的工况要求，烧结机台车机械性能指标(抗拉强度、延伸率、氧化平均速度、生长率、基体组织、渗碳体含量、石墨的球化等级、石墨球大小)均超过QT500-7牌号含钼球墨铸铁，大幅降低了台车成本。

本发明同传统的方法相比，具有以下有优点：

1、为了达到台车体的高温性能，以前加入的合金元素为钼和铜，但是目前钼的价格比较高，故研究用铬代替钼，并适当调整硅和铜含量，使调整后材质的组织和性能达到并超过原材质的组织和性能要求，从而大幅降低生产成本。

2、本发明从根本上解决了大型烧结机台车体在运行中易踏腰、裂纹、变形等疑难问题现象发生，使其具有高温抗变形、抗热疲劳、抗氧化生长性能，大幅延长其寿命，预计可达10年以上，烧结过程更加稳定顺畅，实现了延长大修期和降低检修成本的双重目的。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过说明书、权利要求书或者附图中所特别指出的结构来实现和获得。

具体实施方式

实施例1：

本实施例中炉后加料(批料)：Q12#生铁445Kg、纯净废钢55Kg、高碳铬铁(FeCr55C1000)2.3Kg。炉前加料(4.6t/炉)：球化剂92Kg、孕育剂66.7Kg、纯铜屑23.1Kg。

本实施例球化工艺采用盖包法球化工艺进行球化处理，即在5t球化处理包上部放置一个具有定点导流功能的包盖，保证了铁水注入的位置的准确性。包底修筑1/2D的堤坝，在铁水冲入的反方向依次加入92kg钇基重稀土硅铁镁复合球化剂(粒度10～30mm)，平实；41.4kg孕育剂(FeSi75粒度20～30mm)，23.1kg纯铜屑，摊平舂实；适量脱硫用纯碱，铁屑、覆盖剂。球化剂、孕育剂、纯铜屑、铁屑均需预热到200℃左右，上述金属材料不得加入包底过早，在前炉见炉渣后开始加入；采用多次瞬时随流孕育工艺，孕育处理采用FeSi75多次孕育，第一次即上述包底加入41.4kg(粒度20～30mm)，第二次随出铁槽铁流加入18.4kg(粒度5～10mm)，第三次硅粉随浇注流孕育加入6.9kg(粒度小于1mm)，球化温度控制在1390～1420℃。该工艺球化反应稳定，Mg吸收率高，球化效果好。本实施例炼制的球墨铸铁的成分含量以及机械性能如表1。

实施例2：

本实施例中炉后加料(批料)：Q12#生铁445Kg、纯净废钢55Kg、高碳铬铁(FeCr55C1000)2.3Kg。炉前加料(4.3吨铁水/炉)：球化剂86Kg、孕育剂62.35Kg、纯铜屑21.7Kg。

本实施例球化工艺采用盖包法球化工艺进行球化处理，即在5t球化处理包上部放置一个具有定点导流功能的包盖，保证了铁水注入的位置的准确性。包底修筑1/2D的堤坝，在铁水冲入的反方向依次加入86kg钇基重稀土硅铁镁复合球化剂(粒度10～30mm)，平实；38.7kg孕育剂(FeSi75粒度20～30mm)，21.7kg纯铜屑，摊平舂实；适量脱硫用纯碱，铁屑、覆盖剂。球化剂、孕育剂、纯铜屑、铁屑均需预热到200℃左右，上述金属材料不得加入包底过早，在前炉见炉渣后开始加入；采用多次瞬时随流孕育工艺，孕育处理采用FeSi75多次孕育，第一次即上述包底加入38.7kg(粒度20～30mm)，第二次随出铁槽铁流加入17.2kg(粒度5～10mm)，第三次硅粉随浇注流孕育加入6.45kg(粒度小于1mm)，球化温度控制在1390～1420℃。该工艺球化反应稳定，Mg吸收率高，球化效果好。本实施例炼制的球墨铸铁的成分含量以及机械性能如表1。

实施例3：

本实施例中炉后加料(批料)：Q12#生铁445Kg、纯净废钢55Kg、高碳铬铁(FeCr55C1000)2.3Kg。炉前加料(4.5吨铁水/炉)：球化剂90.5Kg、孕育剂65.25Kg、纯铜屑22.3Kg。

本实施例球化工艺采用盖包法球化工艺进行球化处理，即在5t球化处理包上部放置一个具有定点导流功能的包盖，保证了铁水注入的位置的准确性。包底修筑1/2D的堤坝，在铁水冲入的反方向依次加入90.5kg钇基重稀土硅铁镁复合球化剂(粒度10～30mm)，平实；40.5kg孕育剂(FeSi75粒度20～30mm)，21.7kg纯铜屑，摊平舂实；适量脱硫用纯碱，铁屑、覆盖剂。球化剂、孕育剂、纯铜屑、铁屑均需预热到200℃左右，上述金属材料不得加入包底过早，在前炉见炉渣后开始加入；采用多次瞬时随流孕育工艺，孕育处理采用FeSi75多次孕育，第一次即上述包底加入40.5kg(粒度20～30mm)，第二次随出铁槽铁流加入18kg(粒度5～10mm)，第三次硅粉随浇注流孕育加入6.75kg(粒度小于1mm)，球化温度控制在1390～1420℃。该工艺球化反应稳定，Mg吸收率高，球化效果好。本实施例炼制的球墨铸铁的成分含量以及机械性能如表1。

表1 实施例炼制的球墨铸铁的化学成分和机械性能

上述实施例中，以Cr来替代Mo，并调整硅、铜合金的加入量范围，不仅确保了经济性，并且使其具有高温抗变形、抗热疲劳、抗氧化生长性能。经检测机械性能指标均达到和超过了项目研究目标：σb≥500Mpa，δ≥10％，氧化平均速度：0.61g/m²h，生长率：0.14％，基体组织含40％～60％珠光体，渗碳体含量小于0.5％，石墨的球化等级达到1～3级，石墨球大小达到6～7级。

从2006年1月开始，安钢就围绕400m²烧结机台车的生产制造问题开展了研制攻关，经多次试制、检验，优化设计了台车体化学成份，最终批量生产获得成功，解决了大型烧结机台车体在运行中易变形、裂纹等疑难问题，安钢试产的141台烧结机台车，已于07年1月在400m²烧结机上试用，从目前使用状况来看，无踏腰、裂纹、变形等现象发生，运行良好，预计寿命可达10年以上，安钢准备上马的500m²烧结机台车也将由机制公司采用此项技术进行生产制作。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种球墨铸铁，其特征在于：基于铸铁总重，按重量百分比计，该球墨铸铁材料的化学成分为：碳：3.2～3.9％、硅：2.0～3.2％、锰：0.2～0.6％、硫不大于0.03％、磷不大于0.05％、铬：0.15～0.50％、铜：0.2～0.8％、锑不大于：0.002％、残余镁：0.03～0.06％、残余稀土：0.02～0.05％，余量为铁和微量伴随杂质。

2.一种所述球墨铸铁的冶炼工艺，采用冲天炉冶炼，其特征在于：炉后原料采用生铁、纯净废钢和高碳铬铁，按重量比：生铁：纯净废钢：高碳铬铁为445：55：2.3，所述高碳铬铁采用FeCr55C1000，所述生铁采用Q12生铁；炉前原料包括球化剂、孕育剂和纯铜屑；所述球化剂采用粒度为10～30mm的钇基重稀土硅铁镁复合球化剂，加入量为每吨铁水20公斤；所述孕育剂采用FeSi75，加入量为每吨铁水14.5公斤。

3.所述球墨铸铁的用途，其特征在于：将所述球墨铸铁用于制造钢铁冶炼行业用的烧结设备。

4.根据权利要求3所述的球墨铸铁的用途，其特征在于：大型烧结机台车的车体、车头和栏板采用所述的球墨铸铁制造。