一种球墨铸铁温度原铁水过热温喥和保温时间的优化控制方法

【专利摘要】一种球墨铸铁温度原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法在球化孕育处理之前，应全面提高原铁水的冶金质量本文公开了一种球墨铸铁温度原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法，其步骤包括：1）按照原铁水化学成分控制范围的中值计算SiO2?CO脱氧冶金平衡温度Teq和沸腾温度TB过热温度选择在尽量接近但不超过TB；2）确定保温温度后，利用热分析灰口冷却曲线上嘚共晶凝固特征参量确定最佳保温时间同时防止碳的过度烧损；3）对于保温过度的原铁水实施预处理，调节铁水化学成分和石墨形核状態后可恢复到较佳状态；4）通过最终铁水球化孕育效果检测反推原铁水的冶金质量状态检验原铁水过热保温优化控制的有益效果。本发奣还可用于蠕墨铸铁温度蠕化处理之前原铁水过热温度和保温时间的优化控制本发明用于铸造检测和冶金领域。

一种球墨铸铁温度原铁沝过热温度和保温时间的优化控制方法

[0001] 本发明属于冶金和铸造领域的发明创造具体涉及一种球墨铸铁温度原铁水过热温度 和保温时间的優化控制方法。

[0002] 原铁水质量是球墨铸铁温度冶金特性调控和球化孕育处理的基础为了获得纯净的原 铁水，强化冶金反应减少或去除炉料"遗传性"的不利影响，球墨铸铁温度的实际生产中常将原 铁水进行高温冶炼经过高温过热和静置保温的铁水，即使在温度降低后优良嘚铁水状态 仍可被保留下来，为熔体变质处理获得良好的球化孕育处理效果创造条件然而在过热静 置过程中，随着铁水的净化有利于石墨异质形核的微观结构数量和尺寸不断减少，铁水成 分更加均匀铁水结晶形核所需的浓度起伏减弱，过度过热铁水的石墨化能力显著降低白 口倾向增加，而且球化处理过程中Mg的收得率降低石墨球形变差，出现夹渣、缩松缺陷等 负面影响增大而且会引起碳元素烧损囷铁水氧化严重等问题，最终影响球墨铸铁温度铸件优 异机械性能的充分发挥目前，球墨铸铁温度原铁水熔炼多凭操作者的经验科学鈳靠的控制方 法尚不多见。因此研究有效的原铁水高温过热和静置保温优化控制方法，进而采取有效措 施对铁水的冶金状态进行调整和控制具有重要的现实意义

[0003] 铁水中氧的化学性质活泼且通常处于饱和状态，因此Si、C等主要合金元素与0的 氧化还原反应是原铁水冶金特性嘚主要组成部分。球墨铸铁温度原铁水中存在如下的Si0 2-C0 综合脱氧反应：

式中括号[]表不C和Si为溶解状态；大括号{}表不C0为气体，而尖括号〈>表不凅体 Si〇2悬浮于铁水中原铁水温度超过Si〇2-CO平衡温度req时，Si〇2由C还原放出⑶气体的同 时Si〇2类氧化物(一般认为其为石墨形核基质)将分解而含量降低。由于C0气泡成核困难 温度即使在较宽范围内高于r eq，铁水内部脱氧反应仍由硅而不是碳控制脱氧平衡温度7；q

而系统内部实际的平衡溫度要高出理论计算值50~100°C，由于C0放出铁水开始"沸 腾"，故称为沸腾温度ΓΒ。它可按以下经验式计算：

铁水在高于沸腾温度ΓΒ过热时，由于脱氧产物C0气体放出脱氧方程将加速向右进行 使得C元素大量烧损，而且铁水过冷倾向加重球化处理效果变差，晶界夹渣较多为了兼顾 对高温过热纯净原铁水和强化冶金反应的需求并稳定铁水形核势能，需要尽量减少碳的烧 损和铁水过冷倾向为此本发明以原铁水脱氧冶金特性分析为主线，提出球墨铸铁温度原铁水 冶炼的优化控制方法

[0004] 本发明的目的是提供一种球墨铸铁温度原铁水过热温度和保温时間的优化控制方法， 并采取预处理方式对铁水的冶金状态进行调整和控制有益性可以通过最终铁水的球化孕 育效果得到检验。

[0005] 上述发明嘚目的通过以下的技术方案实现： 一种球墨铸铁温度原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法其步骤包括：1)按照原铁 水化学成分控制范围的中值计算Si02-C0脱氧冶金平衡温度req和沸腾温度Τ?3,过热温度选 择在尽量接近但不超过Γβ;2)确定保温温度后，利用热分析灰口冷却曲线上的共晶凝固特 征参量确定最佳保温时间同时防止碳的过度烧损;3)对于保温过度的原铁水实施预处理， 调节铁水化学成分和石墨形核状态后可恢複到较佳状态;4)通过最终铁水球化孕育效果检 测反推原铁水的冶金质量状态检验原铁水过热保温优化控制的的有益效果。

[0006] 所述的一种球墨鑄铁温度原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法其特征是： Si02_C0脱氧冶金平衡温度req和沸腾温度ΓΒ分别由热力学计算方程和经验方程获得。

[0007] 所述的一种球墨铸铁温度原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法，其特征是：最 佳保温时间的确定需要参考的热分析特征参量包括最低共晶温度Tku最高共晶温度7k或 共晶回升温度兄共晶凝固时间以及凝固结束温度7?等

[0008] 所述的一种球墨铸铁温度原铁水过热温度和保温时间嘚优化控制方法，其特征是:作 为优选调节原铁水保温过度的预处理剂为〇. 2%SiC。

[0009] 所述的一种球墨铸铁温度原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法其特征是:作 为优选，检测最终铁水球化孕育效果的方法为热分析法和金相检测法

[0010] 本发明的有益效果： 本发明提出一种有效的原铁水高温过热和静置保温优化控制方法，通过预处理方式可 以对铁水的冶金状态进行调整和控制其有益性可以通过最终铁水的球化孕育效果得到检 验。

[0011]图1是球墨铸铁温度原铁水过热温度和保温时间优化控制方法示意图

[0012 ]图2是1450 °C静置不同时间原铁水的灰口冷却曲线。

[0013]图3是㈣种不同过热保温状态原铁水球化孕育处理后的灰口冷却曲线

[0014]图4是四种不同过热保温状态原铁水球化孕育处理效果金相照片。

[0015] 下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式

°C，由此得脱氧沸腾温度Γβ约为1450°C因此原铁水熔炼过热温度选择在尽量接近但不超 过1450°C，这样鈳以使氧含量和形核势能处于最佳状态而C元素又不至于大量烧损。但是 对应不同的保温温度有一个最佳的保温时间，如果保温时间过長导致FeO大量生成致使 铁水质量恶化。

[0017] 实施例2 过热保温时间的确定针对实施例1中原铁水，1450 °C过热分别在保温Omin、8min、 15min、22min、30min及添加0.2%SiC预处理后取铁水同时浇注一正常灰口热分析样杯和一 白口样杯。由白口冷却曲线上的共晶温度Γε均约为1114.0 °C说明Si含量基本不变。图2所 示为1450°C静置鈈同时间原铁水的灰口冷却曲线表1中为热分析特征参数值。由分析可 见初晶温度71在铁水保温30min内增加了 10.7°C，由成分分析结果可见碳烧損约为 0.09%，即碳当量每降低0.01%71约升高1.2°C最低共晶温度Tki受保温时间的影响较大，保 温8min时降低了 1.2°C15min时又回升0.8°C，保温22min和30min时又降低4°C以上。再甴 共晶回升温度兄凝固结束温度7?和共晶凝固时间? Ε综合分析，得出保温8min和15min的铁水 白口倾向最低不保温铁水白口倾向较大，而过度保温铁沝过冷倾向严重

[0018] 表11450°C静置不同时间原铁水的热分析特征参数值

1. 一种球墨铸铁温度原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法，其步骤包括： 1) 按照原铁水化学成分控制范围的中值计算Si02-C0脱氧冶金平衡温度req和沸腾温度 Γβ，过热温度选择在尽量接近但不超过Γβ ; 2) 确定保温温度后利用热分析灰口冷却曲线上的共晶凝固特征参量确定最佳保温时 间，同时防止碳的过度烧损； 3) 对于保温过度的原铁水实施预处理调节铁沝化学成分和石墨形核状态后可恢复到 较佳状态； 4) 通过最终铁水球化孕育效果检测反推原铁水的冶金质量状态，检验原铁水过热保温 优化控制的有益效果2. 根据权利要求1所述的一种球墨铸铁温度原铁水过热温度和保温时间的优化控制方法， 其特征是:Si02-C0脱氧冶金平衡温度r eq和沸腾溫度ΓΒ分别由热力学计算方程和经验方程 获得;最佳保温时间的确定需要参考的热分析特征参量包括最低共晶温度Γ Ευ、最高共晶温 度7k或囲晶回升温度7?、共晶凝固时间以及凝固结束温度fs等;作为优选调节原铁水保 温过度的预处理剂为〇.2%SiC;作为优选，检测最终铁水球化孕育效果嘚方法为热分析法和 金相检测法

【公开日】2016年9月28日

【申请日】2016年5月9日

【发明人】徐振宇, 李大勇

【申请人】哈尔滨理工大学

铁液温度是生产高质量铸铁温度件的基础

—从铁液温度看我国冲天炉熔炼技术的发展方向

（北京第一机床厂北京100048）

摘要：详细介绍了冲天炉铁液温度与能耗的关系，综述了铁液温度对铁液冶金质量、球化与孕育处理效果、铸件力学性能等的影响情况认为我国冲天炉铁液温度提高到1500～1550℃，既能推动我国鑄铁温度件质量的提升也能综合解决冲天炉铁液质量、节能、环保问题。

关键词：铸铁温度；铁液温度；高质量；冲天炉

我国铸铁温度件总产量从1997年的879万t发展到2009年的2662万t其中85%以上是由冲天炉生产的。在今后相当长的时期内铸铁温度件生产中，冲天炉仍将占强势地位而環保法规、准入制度日益严苛，节能减排指标逐年提升迫使我国铸造工作者不得不认真思考冲天炉熔炼技术向什么方向发展和如何发展嘚问题。

我国正处于由铸造大国走向铸造强国的过程中随着我国汽车、机床、发电、航空、航天、舰船及石油等行业的快速发展，对生產高性能铸件的要求日益强烈虽然我国灰铸铁温度中HT250、HT300、HT350高牌号铸件生产比例逐年增加，球墨铸铁温度、蠕墨铸铁温度及等温淬火球墨鑄铁温度“新铁器”时代已经到来但其在力学性能、铸造性能、加工性能、使用性能方面与国外先进水平相比的差距也日益突显。

铸件性能与质量上的差距反映了我国铸铁温度件在冶金质量上的差距与缺失铁液温度就是其中首当其冲的因素之一。

1冲天炉铁液温度应进入1500～1550℃时期

随着生产技术的进步1500～1550℃的铁液温度对铸铁温度力学性能、铸造性能、加工性能的优良影响已被大量事例证实，它不仅是铁液質量

作者简介：马敬仲（1936-）男，南京籍教授级高级工程师，原北京第一机床厂总锻冶师副总工程师，北京市突出贡献专家享受国務院政府特殊津贴；北京铸造学会副理事长，中国铸造协会顾问；主要著作：铸铁温度与冲天炉实用手册铸件的变形与时效，铸铁温度嘚孕育等。