CN107988545B - 一种废钢再利用制备球墨铸铁铸件的方法 - Google Patents

一种废钢再利用制备球墨铸铁铸件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种废钢再利用制备球墨铸铁铸件的方法，包括如下步骤：将废钢清洗；喷丸处理并清除废钢表面剥落的碎屑；将废钢材料切碎，并采用氢氧化钠水溶液搅拌浸泡；投入炼钢炉中，高温融化，后加入氧化铝和氧化硅浸润处理；与生铁混合炼钢，并浇铸铸件；铸件后处理、探伤、分拣合格件。本发明方案针对各类废钢的再利用提供了标准化程度高的处理工艺，将废钢应用于制备单缸曲轴铸件，具有较好的机械性能，在铸造过程中增加处理后废钢的投入量，适量增加增碳剂、合金材料，采用适当的技术进行加工，保证材料合金分配比的精准度，提高了曲轴的强度、延伸率、耐磨性以及耐疲劳性等综合机械性能，延长了曲轴的使用寿命，降低正常使用过程中的断轴率。

Description

一种废钢再利用制备球墨铸铁铸件的方法
技术领域
本发明属于冶金铸造技术领域，具体涉及一种再利用废钢制备球墨铸铁铸件材料的方法，该材料可正常应用于机械设备中单缸曲轴的制造。
背景技术
球墨铸铁材料是通过球化和孕育处理得到的球状石墨，该类材料可以有效的提高铸铁的机械性能，因而得到广泛的应用，特别是在机械制造领域。现有技术中主要采用纯生铁作为原料，制备球墨铸铁铁碳合金材料，产品成本较高。废钢是经过一次或多次利用的铁碳合金材料，是具有较高价值的可再生资源，理论上废钢完全可以应用于球墨铸铁材料，然而因目前技术有限，废钢的利用率较低，每年有大批的废钢被闲置浪费，没有得到很好的利用，导致资源极大的浪费。废钢再利用受限的主要原因是经过之前喷涂、镀层及复合等加工，废钢材料中残存较多的有害元素，这些残存的有害元素会引发刚的热脆性增加、降低钢的延展性、引起界面偏差等问题；此外，现有的将废钢与生铁混炼制备球墨铸铁的工艺中，因废钢成分与生铁成分差异较大，工艺条件的设定也遇到困难，对于不同来源的废钢，因成分差异，不能采用统一的工艺条件，很容易造成产品质量的不稳定性，因此，有必要研究一个具有统一标准的将废钢再利用制备球墨铸铁材料的工艺。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种标准化程度高，充分再利用各类废钢制备机械性能好、延展性能优的球墨铸铁材料，经过本工艺制备的球墨铸铁材料可应用于机械设备中单缸曲轴的制造，产品质量不亚于甚至高于采用纯生铁制备的球墨铸铁材料。
技术方案：本发明所述的一种废钢再利用制备球墨铸铁铸件的方法，包括如下步骤：
(1)将废钢采用高压水枪初步清洗，除去表面污渍；沥干后浸泡于混合酸洗剂中，所述混合酸洗剂包括0.1～0.5mol/L的盐酸与0.2～0.6mol/L的乙醇，浸泡10～20min后取出，再次采用高压水枪清洗，并沥干；
(2)将清洗干净后的废钢加热至500～650℃，进行喷丸处理2～4min，然后以2～5℃/min的速度升温至700～750℃，再进行喷丸处理1～3min；清除废钢表面剥落的碎屑；
(3)将废钢材料切碎，并采用浓度为0.1～0.2g/Kg.H2O的氢氧化钠水溶液搅拌浸泡处理1～3h，后离心处理取处理后钢材；
(4)将碎钢材投入炼钢炉中，吹氮条件下以5～20℃/min的速度升温至1600～1700℃，采用耐高温材质的搅拌棒搅拌处理1～3h，后加入适量的氧化铝和氧化硅，其中氧化铝和氧化硅的添加比例为2～4：1，处理0.5～3h后转移钢水，滤除残渣；将钢水以5～10℃/min的速度降温至750～805℃，然后冷却至室温；
(5)向高温炉中投入原料，其中48wt％的生铁料，52wt％的步骤(4)得到的回收料；并加入适量的混合增碳剂以及适量的铜、锡、镁、硅，在数字化高温炉内热炼，根据数字化高温炉检测的合金成分调节各组分的添加量，各合金中铁含量78～82％，碳含量5.3～5.6％，稀土含量4.3～4.6％，铜含量0.1～0.2％，锡含量0.01～0.012％，镁含量7.4～7.7％，其他合金杂质含量1.8～2.1％时，向铁水中加入第一孕育剂处理2～5min后浇铸，浇铸铁水倒出35％时分批加入第二孕育剂，直至浇铸完成；浇铸完成后先以5～10℃/min的速度降温至750～875℃，然后彻底冷却至室温，取出铸造件；
(6)将铸造件加热至780～810℃，保温30～38min，保温过程中进行等离子体碳氮共渗后进行淬火处理；
(7)将铸造件加热至550～600℃，进行喷丸处理1～2min，然后再次加热至780～810℃，保温30～38min，保温过程中进行等离子体碳氮共渗后进行淬火处理；
(8)对铸造件进行精加工后探伤处理，分拣合格件。
进一步地，为使废钢中低熔点杂质金属更好的浸润在耐高温材料上，并被耐高温材料带出，步骤(4)中氧化硅为经过氢氟酸处理的氧化硅，具体处理方法为：将氧化硅置于具有震荡功能的密闭处理仓中，使氧化硅处于被震荡的状态，向氧化硅喷射氢氟酸，使氧化硅表面腐蚀呈粗糙界面，然后将处理后的氧化硅经热、冷清水交替洗涤，去除表面的氢氟酸。
进一步地，为提高球化效果，步骤(5)中所述混合增碳剂包括如下组分：
人造石墨 65～85％；
煅烧后针状石油焦 15～35％；
以重量份数计。
进一步地，步骤(5)中所述第一孕育剂为ZFSCCM孕育剂；第二孕育剂为CAINO-SUPER孕育剂。
进一步地，步骤(5)中所述第一孕育剂与第二孕育剂的添加质量比为5～10：1。
进一步地，步骤(5)中浇铸过程控制在5～8min内。
进一步地，为保证铸件良好的综合性能，步骤(5)中其他合金杂质包括金属镍、铬、钼和锰，且保证与铁水总重相比镍≤0.2％，铬≤0.2％。
有益效果：(1)本发明方案针对各类废钢的再利用提供了一个标准化程度高的处理过程，首先对废钢进行统一的处理，以保证废钢被再利用之前的品质一致性，一方面避免废钢中的有害物质残留导致的热脆性大、延展性低等问题；另一方面克服了废钢再利用时因成分差异大导致的后期产品质量不稳定的问题；(2)本发明提供了将废钢再利用用于机械设备用铸件的方法，特别是机械设备中的单缸曲轴铸件的制造，并详细提供利用废钢制备该类铸件时的工艺条件，经过该工艺制备得到的曲轴铸件性能不亚于甚至高于生铁原料制备的曲轴铸件，在降低生产材料成本投入的同时提高产品质量。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：一种废钢再利用制备球墨铸铁单缸曲轴铸件的方法，包括如下步骤：
(1)将废钢采用高压水枪初步清洗，除去表面污渍；沥干后浸泡于混合酸洗剂中，所述混合酸洗剂包括0.4mol/L的盐酸与0.35mol/L的乙醇，浸泡15min后取出，再次采用高压水枪清洗，并沥干；
(2)将清洗干净后的废钢加热至630℃，进行喷丸处理3min，然后以4℃/min的速度升温至720℃，再进行喷丸处理2min；清除废钢表面剥落的碎屑；
(3)将废钢材料切碎，并采用浓度为0.15g/Kg.H2O的氢氧化钠水溶液搅拌浸泡处理2h，后离心处理取处理后钢材；
(4)将碎钢材投入炼钢炉中，吹氮条件下以15℃/min的速度升温至1650℃，采用耐高温材质的搅拌棒搅拌处理2.5h，后加入适量的氧化铝和氧化硅，其中氧化铝和氧化硅的添加比例为3：1，处理1.5后转移钢水，滤除残渣；将钢水以8℃/min的速度降温至780℃，然后冷却至室温；其中氧化硅为经过氢氟酸处理的氧化硅，具体处理方法为：将氧化硅置于具有震荡功能的密闭处理仓中，使氧化硅处于被震荡的状态，向氧化硅喷射氢氟酸，使氧化硅表面腐蚀呈粗糙界面，然后将处理后的氧化硅经热、冷清水交替洗涤，去除表面的氢氟酸；
(5)向高温炉中投入原料，其中48wt％的生铁料，52wt％的步骤(4)得到的回收料；并加入适量的混合增碳剂以及适量的铜、锡、镁、硅，在数字化高温炉内热炼，根据数字化高温炉检测的合金成分调节各组分的添加量，各合金中铁含量80％，碳含量5.6％，稀土含量4.6％，铜含量0.2％，锡含量0.012％，镁含量7.5％，其他合金杂质含量2.088％时，其他合金杂质包括金属镍、铬、钼和锰，且保证与铁水总重相比镍≤0.2％，铬≤0.2％；向铁水中加入第一孕育剂处理3min后浇铸，浇铸铁水倒出35％时分批加入第二孕育剂，直至浇铸完成，浇铸过程控制在6min内；浇铸完成后先以8℃/min的速度降温至850℃，然后彻底冷却至室温，取出铸造件；
所述混合增碳剂包括如下组分：
人造石墨 78％；
煅烧后针状石油焦 22％；
以重量份数计；
第一孕育剂为ZFSCCM孕育剂；第二孕育剂为CAINO-SUPER孕育剂；第一孕育剂与第二孕育剂的添加质量比为6：1；
(6)将铸造件加热至800℃，保温35min，保温过程中进行等离子体碳氮共渗后进行淬火处理；
(7)将铸造件加热至570℃，进行喷丸处理2min，然后再次加热至800℃，保温35min，保温过程中进行等离子体碳氮共渗后进行淬火处理；
(8)对铸造件进行精加工后探伤处理，分拣合格单缸曲轴铸件。
实施例2：一种废钢再利用制备球墨铸铁单缸曲轴铸件的方法，包括如下步骤：
(1)将废钢采用高压水枪初步清洗，除去表面污渍；沥干后浸泡于混合酸洗剂中，所述混合酸洗剂包括0.1mol/L的盐酸与0.2mol/L的乙醇，浸泡10min后取出，再次采用高压水枪清洗，并沥干；
(2)将清洗干净后的废钢加热至500℃，进行喷丸处理2min，然后以2℃/min的速度升温至700℃，再进行喷丸处理1min；清除废钢表面剥落的碎屑；
(3)将废钢材料切碎，并采用浓度为0.1g/Kg.H2O的氢氧化钠水溶液搅拌浸泡处理1h，后离心处理取处理后钢材；
(4)将碎钢材投入炼钢炉中，吹氮条件下以5℃/min的速度升温至1600℃，采用耐高温材质的搅拌棒搅拌处理1h，后加入适量的氧化铝和氧化硅，其中氧化铝和氧化硅的添加比例为2：1，处理0.5h后转移钢水，滤除残渣；将钢水以5℃/min的速度降温至750℃，然后冷却至室温；其中氧化硅为经过氢氟酸处理的氧化硅，具体处理方法为：将氧化硅置于具有震荡功能的密闭处理仓中，使氧化硅处于被震荡的状态，向氧化硅喷射氢氟酸，使氧化硅表面腐蚀呈粗糙界面，然后将处理后的氧化硅经热、冷清水交替洗涤，去除表面的氢氟酸；
(5)向高温炉中投入原料，其中30wt％的生铁料，70wt％的步骤(4)得到的回收料；并加入适量的混合增碳剂以及适量的铜、锡、镁、硅，在数字化高温炉内热炼，根据数字化高温炉检测的合金成分调节各组分的添加量，各合金中铁含量81.09％，碳含量5.3％，稀土含量4.3％，铜含量0.1％，锡含量0.01％，镁含量7.4％，其他合金杂质含量1.8％时，其他合金杂质包括金属镍、铬、钼和锰，且保证与铁水总重相比镍≤0.2％，铬≤0.2％；向铁水中加入第一孕育剂处理2min后浇铸，浇铸铁水倒出35％时分批加入第二孕育剂，直至浇铸完成，浇铸过程控制在5min内；浇铸完成后先以5℃/min的速度降温至750℃，然后彻底冷却至室温，取出铸造件；
所述混合增碳剂包括如下组分：
人造石墨 65％；
煅烧后针状石油焦 35％；
以重量份数计；
第一孕育剂为ZFSCCM孕育剂；第二孕育剂为CAINO-SUPER孕育剂；第一孕育剂与第二孕育剂的添加质量比为5：1；
(6)将铸造件加热至780℃，保温30min，保温过程中进行等离子体碳氮共渗后进行淬火处理；
(7)将铸造件加热至550℃，进行喷丸处理1min，然后再次加热至780℃，保温30min，保温过程中进行等离子体碳氮共渗后进行淬火处理；
(8)对铸造件进行精加工后探伤处理，分拣合格件。
实施例3：一种废钢再利用制备球墨铸铁单缸曲轴铸件的方法，包括如下步骤：
(1)将废钢采用高压水枪初步清洗，除去表面污渍；沥干后浸泡于混合酸洗剂中，所述混合酸洗剂包括0.5mol/L的盐酸与0.6mol/L的乙醇，浸泡20min后取出，再次采用高压水枪清洗，并沥干；
(2)将清洗干净后的废钢加热至650℃，进行喷丸处理4min，然后以5℃/min的速度升温至750℃，再进行喷丸处理3min；清除废钢表面剥落的碎屑；
(3)将废钢材料切碎，并采用浓度为0.2g/Kg.H2O的氢氧化钠水溶液搅拌浸泡处理3h，后离心处理取处理后钢材；
(4)将碎钢材投入炼钢炉中，吹氮条件下以20℃/min的速度升温至1700℃，采用耐高温材质的搅拌棒搅拌处理3h，后加入适量的氧化铝和氧化硅，其中氧化铝和氧化硅的添加比例为4：1，处理3h后转移钢水，滤除残渣；将钢水以10℃/min的速度降温至805℃，然后冷却至室温；其中氧化硅为经过氢氟酸处理的氧化硅，具体处理方法为：将氧化硅置于具有震荡功能的密闭处理仓中，使氧化硅处于被震荡的状态，向氧化硅喷射氢氟酸，使氧化硅表面腐蚀呈粗糙界面，然后将处理后的氧化硅经热、冷清水交替洗涤，去除表面的氢氟酸；
(5)向高温炉中投入原料，其中50wt％的生铁料，70wt％的步骤(4)得到的回收料；并加入适量的混合增碳剂以及适量的铜、锡、镁、硅，在数字化高温炉内热炼，根据数字化高温炉检测的合金成分调节各组分的添加量，各合金中铁含量80.388％，碳含量5.6％，稀土含量4.6％，铜含量0.2％，锡含量0.012％，镁含量7.4％，其他合金杂质含量1.8％时，其他合金杂质包括金属镍、铬、钼和锰，且保证与铁水总重相比镍≤0.2％，铬≤0.2％；向铁水中加入第一孕育剂处理5min后浇铸，浇铸铁水倒出35％时分批加入第二孕育剂，直至浇铸完成，浇铸过程控制在8min内；浇铸完成后先以10℃/min的速度降温至875℃，然后彻底冷却至室温，取出铸造件；
所述混合增碳剂包括如下组分：
人造石墨 85％；
煅烧后针状石油焦 15％；
以重量份数计；
第一孕育剂为ZFSCCM孕育剂；第二孕育剂为CAINO-SUPER孕育剂；第一孕育剂与第二孕育剂的添加质量比为10：1；
(6)将铸造件加热至810℃，保温38min，保温过程中进行等离子体碳氮共渗后进行淬火处理；
(7)将铸造件加热至600℃，进行喷丸处理2min，然后再次加热至810℃，保温38min，保温过程中进行等离子体碳氮共渗后进行淬火处理；
(8)对铸造件进行精加工后探伤处理，分拣合格单缸曲轴铸件。
上述实施例1～3中，将废钢应用于制备机械设备用的单缸曲轴铸件，均具有较好的机械性能，在铸造过程中增加处理后废钢的投入量，适量增加增碳剂、合金材料，采用适当的技术进行加工，保证材料合金分配比的精准度，提高了曲轴的强度、延伸率、耐磨性以及耐疲劳性等综合机械性能，延长了曲轴的使用寿命，降低正常使用过程中的断轴率，表1为以纯生铁为原料采用现有的工艺制造的单缸曲轴铸件(以下简称为现铸件)与本发明实施例1～3制备的单缸曲轴铸件的机械性能数据对比结果，由表1数据可知，本发明方案制造的曲轴铸件具有良好的性能。
表1 以纯生铁为原料采用现有的工艺制造的单缸曲轴铸件与本发明实施例1～3制备的单缸曲轴铸件的机械性能数据对比结果
产品 强度(MPa) 延伸率(％)
现铸件 830 4.0
实施例1 875 4.6
实施例2 900 4.4
实施例3 840 3.8
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (7)

1.一种废钢再利用制备球墨铸铁铸件的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将废钢采用高压水枪初步清洗，除去表面污渍；沥干后浸泡于混合酸洗剂中，所述混合酸洗剂包括0.1～0.5mol/L的盐酸与0.2～0.6mol/L的乙醇，浸泡10～20min后取出，再次采用高压水枪清洗，并沥干；
(2)将清洗干净后的废钢加热至500～650℃，进行喷丸处理2～4min，然后以2～5℃/min的速度升温至700～750℃，再进行喷丸处理1～3min；清除废钢表面剥落的碎屑；
(3)将废钢材料切碎，并采用浓度为0.1～0.2g/Kg.H2O的氢氧化钠水溶液搅拌浸泡处理1～3h，后离心处理取处理后钢材；
(4)将碎钢材投入炼钢炉中，吹氮条件下以5～20℃/min的速度升温至1600～1700℃，采用耐高温材质的搅拌棒搅拌处理1～3h，后加入适量的氧化铝和氧化硅，其中氧化铝和氧化硅的添加比例为2～4：1，处理0.5～3h后转移钢水，滤除残渣；将钢水以5～10℃/min的速度降温至750～805℃，然后冷却至室温；
(5)向高温炉中投入原料，其中48wt％的生铁料，52wt％的步骤(4)得到的回收料；并加入适量的混合增碳剂以及适量的铜、锡、镁、硅，在数字化高温炉内热炼，根据数字化高温炉检测的合金成分调节各组分的添加量，各合金中铁含量80～81.09％，碳含量5.3～5.6％，稀土含量4.3～4.6％，铜含量0.1～0.2％，锡含量0.01～0.012％，镁含量7.4～7.7％，其他合金杂质含量1.8～2.1％时，向铁水中加入第一孕育剂处理2～5min后浇铸，浇铸铁水倒出35％时分批加入第二孕育剂，直至浇铸完成；浇铸完成后先以5～10℃/min的速度降温至750～875℃，然后彻底冷却至室温，取出铸造件；
(6)将铸造件加热至780～810℃，保温30～38min，保温过程中进行等离子体碳氮共渗后进行淬火处理；
(7)将铸造件加热至550～600℃，进行喷丸处理1～2min，然后再次加热至780～810℃，保温30～38min，保温过程中进行等离子体碳氮共渗后进行淬火处理；
(8)对铸造件进行精加工后探伤处理，分拣合格件。
2.根据权利要求1所述的废钢再利用制备球墨铸铁铸件的方法，其特征在于：步骤(4)中氧化硅为经过氢氟酸处理的氧化硅，具体处理方法为：将氧化硅置于具有震荡功能的密闭处理仓中，使氧化硅处于被震荡的状态，向氧化硅喷射氢氟酸，使氧化硅表面腐蚀呈粗糙界面，然后将处理后的氧化硅经热、冷清水交替洗涤，去除表面的氢氟酸。
3.根据权利要求1所述的废钢再利用制备球墨铸铁铸件的方法，其特征在于：步骤(5)中所述混合增碳剂包括如下组分：
人造石墨 65～85％；
煅烧后针状石油焦 15～35％；
以重量份数计。
4.根据权利要求1所述的废钢再利用制备球墨铸铁铸件的方法，其特征在于：步骤(5)中所述第一孕育剂为ZFSCCM孕育剂；第二孕育剂为CAINO-SUPER孕育剂。
5.根据权利要求4所述的废钢再利用制备球墨铸铁铸件的方法，其特征在于：步骤(5)中所述第一孕育剂与第二孕育剂的添加质量比为5～10：1。
6.根据权利要求4所述的废钢再利用制备球墨铸铁铸件的方法，其特征在于：步骤(5)中浇铸过程控制在5～8min内。
7.根据权利要求1所述的废钢再利用制备球墨铸铁铸件的方法，其特征在于：步骤(5)中其他合金杂质包括金属镍、铬、钼和锰，且保证与铁水总重相比镍≤0.2％，铬≤0.2％。
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