專利名稱：：鑄鐵孕育劑及鑄鐵孕育劑的生產(chǎn)方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)含有片狀的、致密的或球狀的石墨的鑄鐵的硅鐵基孕育劑，并涉及該孕育劑的生產(chǎn)方法。
背景技術：
：鑄鐵一般是用沖天爐或感應爐生產(chǎn)的，而一般含2-4％的碳。這種碳與鐵緊密地混合，而且碳在凝固的鑄鐵中所取的形態(tài)對于鐵鑄件的特征和性能是非常重要的。若這種碳呈碳化鐵的形態(tài)，則該鑄鐵被稱為白口鐵，其物理特性是硬而脆，這在某些應用場合中是不合適的。若碳呈石墨態(tài)，該鑄鐵就軟、易于加工，而且將其稱為灰鑄鐵。石墨可以片狀、致密狀或球狀以及以其各種量出現(xiàn)在鑄鐵中。球狀形態(tài)產(chǎn)生最高的強度及最可延展形態(tài)的鑄鐵。石墨所取的形態(tài)，尺寸及數(shù)量分布以及石墨與碳化鐵的比例可在鑄鐵凝固過程中用某些促使石墨形成的添加劑進行控制。這些添加劑被稱為孕育劑，而且是為孕育而將它們加到鑄鐵中的。在用液態(tài)鑄鐵鑄造鐵產(chǎn)物時，在薄的鑄件截面中總有形成碳化鐵的風險。碳化鐵的形成是因鑄件薄的截面比較厚的截面冷卻得快而引起的。在本行業(yè)中將鑄鐵件中形成的碳化物稱之為“白口層”。通過測量“白口深度”使白口的形成得以量化，而孕育劑防止白口及降低白口深度的能力是測量和比較孕育劑能力的簡便方法。在含有球狀石墨的鑄鐵中，通常還用鑄態(tài)時單位面積的球狀石墨顆粒數(shù)目密度來測孕育劑的能力。單位面積中球狀石墨的數(shù)目密度較高，則意味著孕育能力或石墨成核能力提高了。一直不斷需要尋找能降低白口、深度改善灰鑄鐵的機加工性能以及能提高韌性鑄鐵中球狀石墨的數(shù)目密度的孕育劑。由于孕育的確切化學過程和機理及孕劑如何作用還不十分清楚，所以大量的研究集中在向本行業(yè)提供新的孕育劑。一向認為鈣和某些其它元素能抑制碳化鐵的形成，并促進石墨的形成。大部分孕育劑含鈣。通過加硅鐵合金來通?？珊喕@些碳化鐵抑制劑的加入，而使用最廣泛的硅鐵合金是含硅70-80％的高硅合金和含硅45-55％的低硅合金。美國專利US3，527，597公開過通過向含約0.35％以下的鈣和最多5％的鋁的含硅孕育劑中添加0.1-10％的鍶可得到良好的孕育能力。人們還知道，若將鋇和鈣一同使用，則此二者在降低白口方面共同起到的作用大于等量的鈣所起的作用。抑制碳化物的形成與孕育劑的成核性能相關。所謂成核性能可理解為由孕育劑所形成的核的數(shù)目。所形成的核的數(shù)目大則提高了孕育效力，并改善了抑制碳化物的能力。此外，高的成核率還可更好地阻止鐵水孕育后在其延長的保持期間孕育效果的衰減。從WO95/24508中得知一種顯示提高成核率的鑄鐵孕育劑。這種孕育劑是硅鐵基的孕育劑，它含鈣和/或鍶和/或鋇、小于4％的鋁及0.5-10％的以一種或多種金屬氧化物態(tài)存在的氧。遺憾的是，已發(fā)現(xiàn)用W095/24508的孕育劑時，成核數(shù)的生現(xiàn)率相當?shù)?。在某些情況下，在該鑄鐵中形成了大量的核，而在其它情況下形成的核數(shù)又相當?shù)汀Ｓ捎谏鲜鲈?，WO95/24508的孕育劑實際幾乎未使用過。此外還知道的是，硫在鑄鐵孕育中有積極作用。
發(fā)明內(nèi)容現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，向公開于WO95/24508的含氧的硅鐵基的孕育劑中以一種或多種金屬硫化物態(tài)添加硫，在將該孕育劑加于鑄鐵中時，意外地提高了形成的核數(shù)，更為重要的是使核的形成具有好得多的重現(xiàn)率。本發(fā)明的第一方面涉及一種用于制造含有片狀、致密或球狀石墨的鑄鐵的孕育劑，其中所述孕育劑含有40-80％(重量)的硅、0.5-10％(重量)的鈣和/或鍶和/或鋇、0-10％(重量)的鈰和/或、0-5％(重量)的鎂、小于5％(重量)的鋁、0-10％(重量)的錳和/或鈦和/或鋯、0.5-10％(重量)的呈一種或幾種金屬氧化物形態(tài)的氧、0.1-10％(重量)的呈一種或幾種金屬硫化物形態(tài)的硫及余量為鐵。按第一實施方案，該孕育劑呈硅鐵基合金、金屬氧化物和金屬硫化物的固態(tài)混合物的形態(tài)。按第二實施方案，該孕育劑呈硅鐵基合金、金屬氧化物和金屬硫化物的團塊混合物的形態(tài)。本發(fā)明的孕育劑最好含0.5-5％(重量)的錳和/或鈦和/或鋯。按照較佳實施方案，該金屬氧化物選自FeO、Fe2O3、Fe3O4、SiO2、MnO、MgO、CaO、Al2O3、TiO2和CaSiO3、CeO2、ZrO2，而該金屬硫化物則選自FeS、FeS2、MnS、MgS、CaS和CuS。該孕育劑中的氧含量最好為1-6％(重量)，而硫含量最好為0.15-3％(重量)。意外的發(fā)現(xiàn)是當將本發(fā)明的含氧和硫的孕育劑加入鑄鐵中時，該孕育劑提高了形成的核數(shù)，因此使用與常規(guī)孕育劑等量的本發(fā)明的孕育劑就獲得了改善的抑制碳化鐵的能力，或用較常規(guī)孕育劑量少的本發(fā)明的孕育劑獲得了相同的抑制碳化鐵的能力。還被發(fā)現(xiàn)的是，用本發(fā)明的孕育劑時，得到了改善的重現(xiàn)率及更穩(wěn)定的結果。本發(fā)明的第二方面涉及孕育劑的生產(chǎn)方法，該孕育劑是用于制造含片狀，致密狀或球狀石墨的鑄鐵的，該方法包括提供一種含40-80％(重量)的硅、0.5-10％(重量)的鈣和/或鍶和/或鋇、0-10％(重量)的鈰和/或鑭、0-5％(重量)的鎂、小于5％(重量)的鋁、0-10％(重量)的錳和/或鈦和/或鋯及余量是鐵的基本合金，然后向所述基本合金加0.5-10％(重量)的呈一種或幾種金屬氧化物形態(tài)的氧和0.1-10％(重量)的呈一種或幾種金屬硫化物形態(tài)的硫，結果產(chǎn)生了所述孕育劑。按照該法的實施方案，通過固體基本合金顆粒、固體金屬氧化物顆粒和固體金屬硫化物顆粒的機械混合以達金屬氧化物和金屬硫化物與基本合金混合。這種機械混合可在任何的、能達到基本均勻混合的常規(guī)混合設備，如轉(zhuǎn)鼓中進行。按照該方法的另一實施方案，通過機械混合，接著加粘合劑壓制此粉末混合物使其成團而達到金屬氧化物和金屬硫化物與基本合金混合，該粘合劑最好是硅酸鈉溶液。接著使團狀物破碎并篩分到所需的最終產(chǎn)品大小。使粉末混合物成團會保證所加的金屬氧化物和金屬硫化物粉末的偏析得以消除。實施例1生產(chǎn)孕育劑將一批10000g粒度為0.5-2mm的、并含約1％(重量)的鈣、1％(重量)的鈰和1％(重量)的鎂的75％硅鐵孕育劑與表1所示的不同量的粉狀氧化鐵和硫化鐵機械混合。用高速轉(zhuǎn)鼓混合器進行此混合，結果得到不同孕育劑的均勻混合物。表1中還示出了5種被生產(chǎn)出來的孕育劑A-E的分析氧含量和硫含量。從表1可知，孕育劑A未加氧和硫。孕育劑B僅加有硫。孕育劑C和D僅加有氧，而符合本發(fā)明的孕育劑E則加有氧和硫。表1.含氧和硫的孕育劑粉末混合物<tablesid="table1"num="001"><table>試驗混合物加硫加氧No.硫化物類型FeS加入量(g)分析硫(％)氧化物類型加入量(g)分析氧(％)AFeS--Fe3O4--BFeS500.18Fe3O4--CFeS--Fe3O44001.03DFeS--Fe3O48001.95EFeS500.19Fe3O44001.10</table></tables>實施例2生產(chǎn)孕育劑將10000g一批粒度為0.2-1mm的并含表2的各元素的65-75％的硅鐵與粉狀氧化鐵和硫化鐵原料機械混合。用高速轉(zhuǎn)鼓混合器進行此混合結果得到不同孕育劑的均勻混合物。與該硅鐵基本原料混合的硫化物和氧化鐵粉末的量也示于表2中。3種粉末混合物曾用硅酸鈉溶液成團。粉末混合后，加3％的硅酸鈉溶液并使之在壓力裝置中成團，接著再破碎成尺寸為0.5-2mm的最終產(chǎn)物。表2.孕育劑粉末的混合物及成團從表2可知，孕育劑F是相應現(xiàn)有技術，而孕育劑G-K是相應本發(fā)明。實施例3孕育劑的應用用韌性鑄鐵測試按實施例1生產(chǎn)的孕育劑混合物，以揭示該硫化物和氧化物的混合物是怎樣影響作為孕育性能測量指標的每mm2中的石墨球數(shù)的。形成的石墨球數(shù)是鐵水中的核數(shù)的度量。用常規(guī)的鎂硅鐵合金處理鐵水爐料，再往澆包中加實施例1的孕育劑A-F。最終鐵的成分為3.7％的C、2.5的Si、0.2％的Mn、0.04的Mg、0.01％的S。表3展示了截面尺寸為5mm的砂型鑄板中球結數(shù)。表3.韌性鑄鐵中孕育劑的測試結果<tablesid="table3"num="003"><table>實驗號孕育劑合金％S％O球結數(shù)(每mm2)ACa，Ce，Mg-FeSi--469BCa，Ce，Mg-FeSi0.18-529CCa，Ce，Mg-FeSi-1.03493DCa，Ce，Mg-FeSi-1.95581ECa，Ce，Mg-FeSi0.191.10641</table></tables>從表3中的結果可知，相應本發(fā)明的孕育劑E顯示了很高的球結數(shù)，比既不含氧又不含硫的孕育劑A約高50％，而且明顯高于僅含硫的孕育劑B和僅含氧的孕育劑C和D。實施例4孕育劑的應用用韌性鑄鐵檢測按實施例2生產(chǎn)的孕育劑混合物和團塊F-K，以揭示該孕育劑成分是如何影響作為孕育性能度量的所形成的最終球結數(shù)。用常規(guī)的鎂硅鐵合金處理鐵水爐料，接著往澆包中加孕育劑F-K。最終的鐵成分為3.7％的C、2.5％的Si、0.2％的Mn、0.04％的Mg、0.01％的S。表4展示了在截面尺寸為5mm的砂型鑄造板中所得的球結數(shù)。不同的合金成分產(chǎn)生了各自的某些區(qū)別，但相應本發(fā)明的孕育劑G-K均大大優(yōu)于無硫化物和氧化物的參比試驗F。表4.韌性鑄鐵中的孕育劑的測試結果實施例5孕育劑的應用在鑄鐵中測試含有與0.5％(重量)的硫化鐵和4％(重量)的氧化鐵混合的各種FeSi-基孕育劑的混合物。表5展示了各孕育劑的成分僅在直徑為25mm的圓柱形試棒中得到的以球結數(shù)表示的測試結果。被測試的孕育劑L和M是無硫化物和氧化物的參比例，而孕育劑N和則相應本發(fā)明。這些結果表明，相應本發(fā)明的孕育劑N和O顯示了優(yōu)于相應現(xiàn)有技術的孕育劑L和M的結果。表5.孕育劑在韌性鑄鐵中的測試結果實施例6孕育劑的應用本實施例展示了本發(fā)明的孕育劑(孕育劑R)與市售的含鈣/鋇的硅鐵孕育劑(孕育劑P)和市售的含鉍和稀土金屬的硅鐵孕育劑(孕育劑Q)的對比。表6展示了在直徑為25mm的圓柱形試棒中測得的以球結數(shù)表示的測量結果。一般認為，含鉍的孕育劑是在所有所得的市售合金中在韌性鑄鐵中能產(chǎn)生最高的球結數(shù)的孕育劑。如表6中所示，本發(fā)明的孕育劑R在常規(guī)的實驗條件下產(chǎn)生了比鉍合金還要高的核數(shù)目。表6.孕育劑在韌性鑄鐵中的測試結果權利要求1.一種用于生產(chǎn)含有片狀、致密或球狀石墨的鑄鐵的孕育劑，所述孕育劑含有40-80％(重量)的硅、0.5-10％(重量)的鈣和/或鍶和/或鋇、0-10％(重量)的鈰和/或鑭、0-5％(重量)的鎂、小于5％(重量)的鋁、0-10％(重量)的錳和/或鈦和/或鋯、0.5-10％(重量)的呈一種或幾種金屬氧化態(tài)的氧、0.1-10％(重量)的呈一種或幾種金屬硫化物態(tài)的硫及余量為Fe。2．權利要求1的孕育劑，其中所述的孕育劑呈硅鐵基合金、金屬氧化物和金屬硫化物的固體混合物的形態(tài)。3．權利要求1-2的孕育劑，其中該金屬氧化物選自FeO、Fe2O3、Fe3O4、SiO2、MnO、MgO、CaO、Al2O3、TiO2和CaSiO3、CeO2、ZrO2，該金屬硫化物選自FeS、FeS2、MnS、MgS、CaS和CuS。4．權利要求1-3的孕育劑，其中的氧含量為1-6％(重量)，而硫含量為0.1-3％(重量)。5．權利要求1-4的孕育劑，其中該孕育劑含0.5-5％(重量)的錳和/或鈦和/或鋯。6．一種生產(chǎn)用于制造含片狀、致密或球狀的石墨的鑄鐵孕育劑的方法，它包括提供含40-80％(重量)的硅、0.5-10％(重量)的鈣和/或鍶和/或鋇、0-10％(重量)的鈰和/或鑭、0-5％(重量)的鎂、小于5％(重量)的鋁、0-10％(重量)的錳和/或鈦和/或鋯和余量為Fe的基本合金，再向該基本合金中加0.5-10％(重量)的呈一種或幾種金屬氧化物態(tài)的氧和0.1-10％(重量)的呈一種或幾種金屬硫化物態(tài)的硫，從而產(chǎn)生所述孕育劑。7．權利要求6的方法，其中通過固體的基本合金顆粒、固體的金屬氧化物顆粒和固體的金屬硫化物顆粒的機械混合使該金屬氧化物和金屬硫化物與該基本合金混合。8．權利要求6的方法，其中通過機械混合，并接著通過加粘合劑材料和在碾壓裝置中壓制使該粉末混合物成團，從而使該金屬氧化物和金屬硫化物與該基本合金混合。全文摘要本發(fā)明涉及用于制造含片狀、致密的或球狀的石墨的鑄鐵的孕育劑。該孕育劑含40－80%(重量)的硅、0.5－10%(重量)的鈣和/或鍶和/或鋇、0－10%(重量)的鈰和/或鑭、0－5%(重量)的鎂、小于5%(重量)的鋁、0－10%(重量)的錳和/或鈦和/或鋯、0.5－10%(重量)的呈一種或幾種金屬氧化物形態(tài)的氧、0.1－10%(重量)的呈一種或幾種金屬硫化物形態(tài)的硫和余量為Fe。本發(fā)明還涉及該孕育劑的生產(chǎn)方法。文檔編號C22C33/08GK1281513SQ98811905公開日2001年1月24日申請日期1998年12月7日優(yōu)先權日1997年12月8日發(fā)明者T·斯卡蘭德申請人:埃爾凱姆公司