[发明专利]短流程高强度铸铁专用净化剂及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于铸铁生产流程技术领域，具体涉及一种短流程高强度铸铁专用净化剂及其制备工艺。

背景技术

短流程高强度铸铁熔炼工艺，是将高炉铁水直接加入中频电炉与废钢熔配浇注铸件，该技术缩短了工艺流程，省去了常规流程重熔的环节，能充分利用高炉铁水的热量，减少了电能或焦炭的消耗，同时大幅度降低粉尘和烟气排放，具有明显的经济效益和社会效益。

尽管短流程熔炼工艺具有显著的节能减排优点，但该工艺并没有得到广泛应用，仅能用于生产形状简单、力学性能(抗拉强度小于150MPa)要求较低的铸件。这是由于短流程熔炼工艺缺少一次凝固环节，高炉冶金过程中产生的大量非金属夹杂物和气体等混融入铁液中，在凝固过程中，各种夹杂形成了不规则石墨核心，使石墨形态恶性膨大(见图1所示)，形成所谓的遗传性粗大石墨缺陷，导致力学性能恶化。因此，短流程熔炼工艺难以满足高强度铸件金相组织(A型石墨为主，珠光体含量高达95％以上)和力学性能(抗拉强度250-350MPa)技术要求，从而影响短流程熔炼工艺的推广与应用。

目前，铸铁短流程技术大多采用过热、保温与孕育处理技术，如孙见兴等在《铸造》第55卷第8期公开的一种《高炉-中频电炉双联短流程熔炼工艺》，对过热、保温剂孕育作用进行了研究，由于缺少净化处理工艺，或因为高炉铁水遗传影响没有得到根本消除，所以仅能生产HT200(抗拉强度200MPa以下)牌号的铸铁。而目前市场上使用的以铁神1号(ZL200410033193.7)为代表的净化剂，虽然在铸铁常规流程熔炼中表现出良好的效果，但因不能消除或抑制短流程熔炼工艺中高炉铁水粗大石墨遗传影响，所以在短流程高强度铸铁熔炼工艺中效果不尽如人意。

此外，国内外常见的净化剂均是将原料熔化，浇注成块状，冷却、机械破碎后制得，制得的净化剂颗粒大，不易熔化，而且机械破碎会使净化剂表面钝化，化学活性降低，冶金反应速度缓慢，另外，操作不当也容易造成带入性夹杂，造成熔炼过程中的二次污染。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种短流程高强度铸铁熔炼专用净化剂及其制备方法，该净化剂降低了高炉铁水的粘度和表面张力，使弥散性非金属夹杂物与金属液分离，改变了高炉铁水结晶热力学和动力学条件，消除或抑制了高炉铁水粗大石墨恶性膨大，避免高炉铁水的遗传性缺陷；与孕育剂形成综合强化效果，降低了铁水的过冷度，可以得到以A型石墨为主(见图2所示)，珠光体达95％以上，抗拉强度为250-350MPa的高强度铸铁。

本发明采用的具体技术方案是：一种短流程高强度铸铁专用净化剂，按重量份计，其组成为：稀土氧化物6-18份，氧化钙29-49份，三氧化二铝19-29份，碳4-8份。

本发明净化剂主要由ReO、CaO、Al₂O₃组成，其净化原理如下：

(1)在氧化钙和稀土金属氧化物的共同作用下，可以降低高炉铁水的粘度和表面张力，使弥散性非金属夹杂物与金属液分离，为冶金反应提供了良好的热力学条件；

(2)高炉铁水中的硫化物、金属氧化物与净化剂中的ReO、CaO、Al₂O₃形成液态的(ReO-CaO-Al₂O₃)S复合物，呈球形分布，为冶金反应提供了良好的动力学条件；

(3)在高温条件下，净化剂中的碳和铁水中的碳与铁水和渣中的金属氧化物形成如下反应：

(FeO)+[C]＝[Fe]+CO↑

(MnO)+[C]＝[Mn]+CO↑

(SiO₂)+2[C]＝[Si]+2CO↑

FeO、MnO、SiO₂等发生还原反应生成大量的CO气泡，起到搅拌铁水的作用，铁水产生沸腾，加速了铁水的冶金反应和夹杂物与金属液分离排除，达到快速净化目的，从而获得高纯净的铁水。

本发明还提供了该短流程高强度铸铁专用净化剂的制备工艺，以稀土精选矿粉、高纯氧化钙粉、铝矾土矿粉和焦炭粉为原料，加入助熔剂，经高温焙烧后，电熔喷雾制得。为了保证各种原料的有效含量，并且避免后期引入过多杂质，本发明所述的稀土精选矿粉主要是镧、铈、镨、钕、钷等稀土的氧化物，其中稀土氧化物质量分数不低于60％；高纯氧化钙粉中CaO的质量分数不低于95％；铝矾土矿粉中Al₂O₃的质量分数不低于90％；焦炭粉中固定碳质量分数不低于80％。

其制备的具体步骤为：