專利名稱：在澆注爐內(nèi)緊密石墨鑄鐵生產(chǎn)的控制過程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種為凝固成緊密石墨鑄鐵的鑄件提供預(yù)處理鐵水的方法。
緊密石墨鑄鐵(下面縮寫為CGI)是這樣一種鑄鐵，當(dāng)在拋光的一個(gè)二維平面上觀察它時(shí)，其中的石墨呈蠕蟲狀(也被稱為緊密鑄鐵或蠕蟲狀鑄鐵)；蠕蟲狀石墨在ISO/R945-1 669中被定義為“FormIII”石墨或者按照ASTM specification A247蠕蟲狀石墨被定義為“Type IV”石墨。
CGI的機(jī)械性能是灰鑄鐵和球墨鑄鐵的最佳性能的結(jié)合。CGI的疲勞強(qiáng)度和極限抗拉強(qiáng)度與珠光體球墨鑄鐵的數(shù)值相當(dāng)，同時(shí)CGI的導(dǎo)熱性與灰鑄鐵的導(dǎo)熱性相似。盡管如此，CGI與約占鑄鐵總產(chǎn)量70％的灰鑄鐵和約占鑄鐵總產(chǎn)量25％的球墨鑄鐵相比，目前CGI只占鑄鐵的世界總產(chǎn)量的有限的部分。
以前CGI的產(chǎn)量有限的一個(gè)原因是難以可靠地生產(chǎn)CGI。難點(diǎn)是在生產(chǎn)CGI的過程中CGI中的石墨化能力和石墨形態(tài)變質(zhì)元素必須在一個(gè)很窄的范圍內(nèi)被同時(shí)控制。迄今，借助于大量的實(shí)驗(yàn)以及完全憑經(jīng)驗(yàn)條件和經(jīng)常性的高昂代價(jià)，才使這個(gè)控制過程得以完成。SE-B-444,817，SE-B-469,712和SE-B-470,091所描述的方法已經(jīng)大部分解決了這些困難。SE-B-444,817描述了一種包括石墨形態(tài)變質(zhì)劑的鑄鐵的生產(chǎn)方法，被建立在一種熱分析法上的該方法基于一個(gè)小而且有代表性的試樣的實(shí)際凝固過程，該熱分析方法能夠形成石墨的析出和生長而且最終如澆注時(shí)所要求的CGI的最佳凝固那樣用附加的石墨形態(tài)變質(zhì)元素處理鐵水。由于在凝固過程中試樣的中心和接近取樣的容器壁的鐵水的一個(gè)位置的溫度隨時(shí)間的變化被記錄，因此得到了能用來提供關(guān)于澆注過程中凝固階段的信息的兩個(gè)不同的凝固曲線。因?yàn)檫@種取樣方法提供了快速而又很準(zhǔn)確的關(guān)于鐵水的固有的結(jié)晶性質(zhì)的信息，所以SE-B-444,817的主題提供了一種在宏觀上控制CGI生產(chǎn)的最初的現(xiàn)實(shí)可能性。
SE-B-469,712講述了一種SE-B-444,817所講述的方法的改進(jìn)，在該改進(jìn)的方法中利用裝有一種物質(zhì)的一種帶壁的特殊類型的取樣容器，該物質(zhì)使溶解在靠近該容器的鐵水中的鎂元素的濃度降低至少0.003％。這樣做的目是建立一個(gè)降低鎂含量導(dǎo)致產(chǎn)生片狀石墨的界限；關(guān)于Mg元素，從緊密石墨的形態(tài)到片狀石墨的轉(zhuǎn)變延續(xù)只有0.003的百分點(diǎn)的濃度范圍，主要從0.008％到0.005％，雖然其絕對的值可隨凝固時(shí)間而變化。
SE-B-470,091描述了SE-B-444,817所講述的方法的進(jìn)一步的改進(jìn)。該專利說明書描述了如何能確定組織被變質(zhì)處理的鐵水的實(shí)際的碳當(dāng)量(C.E)或者石墨化能力，尤其碳當(dāng)量(C.E)高于共晶點(diǎn)的CGI。而且再次使用熱分析結(jié)果來校正或調(diào)整鐵水的成分。該方法以引入低碳含量鑄鐵的取樣容器坯料為基礎(chǔ)，當(dāng)該容器裝有鐵水時(shí)其中該坯料的尺寸是這樣的，即當(dāng)容器充滿鐵水時(shí)該坯料不完全被熔融。當(dāng)溫度越過γ液相線時(shí)，做為一種近似的組織被變質(zhì)處理的鑄鐵的絕對溫度或相對于共晶溫度的實(shí)測的和已校準(zhǔn)的值的溫度差被記錄；在該組織被變質(zhì)處理的鑄鐵的相圖的基礎(chǔ)上，鐵水的碳當(dāng)量(C.E)被確定。
這些專利說明書的所講的內(nèi)容基本上代表了以工業(yè)規(guī)模為基礎(chǔ)的相同質(zhì)量的CGI的生產(chǎn)方法的技術(shù)狀況。對于在例如DE-Al-29,37,321(stefanescu)，DE-Cl-34,12,024(Lampic)或JP-52,026,039(Komatsu)中所描述的老式的方法，這幾乎是不實(shí)際的，因?yàn)檫@些老式的方法充滿了廢品的問題。然而，如上所述，CGI的生產(chǎn)仍然是很有限的。導(dǎo)致這樣的一個(gè)重要的原因是迄今還不能在一些連續(xù)或半連續(xù)的過程中可靠地控制CGI的生產(chǎn)，而只能在斷續(xù)的過程中控制CGI的生產(chǎn)。
這里“連續(xù)過程”的基本意思是連續(xù)地提供凝固成CGI的鐵水的過程，例如澆注被設(shè)置在連續(xù)移動的鑄型生產(chǎn)線內(nèi)的鑄型，即，沒有任何裝原料或移動被處理的鑄鐵的過程的間斷并從中能連續(xù)地獲得這樣的不間斷鐵水流的過程，與“批量生產(chǎn)過程”不同，“批量生產(chǎn)過程”的意思是凝固成CGI的鐵水的各部分的生產(chǎn)和分配隨意地跟著一個(gè)接下來的類似的斷續(xù)的操作；“半連續(xù)的過程”意思是包括一個(gè)斷續(xù)的子過程和一個(gè)連續(xù)的子過程的一個(gè)總的過程，例如，一個(gè)包括斷續(xù)的處理過程和一個(gè)向反應(yīng)容器裝原料的過程，從該反應(yīng)容器中可以連續(xù)地獲得最終的產(chǎn)品，即，沒有任何間斷，在本案中，意味著在一個(gè)連續(xù)移動鑄型生產(chǎn)線上選擇生產(chǎn)CGI的連續(xù)的鑄件但其也能夠生產(chǎn)CGI的獨(dú)立的鑄件。
一個(gè)批量生產(chǎn)過程和一個(gè)連續(xù)或半連續(xù)的過程之間的一個(gè)重要的差別是在批量生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品性能基本上不能從一個(gè)產(chǎn)品到另一個(gè)產(chǎn)品改變和調(diào)整，而只有當(dāng)準(zhǔn)備一批新的原料時(shí)產(chǎn)品性能從一個(gè)產(chǎn)品到另一個(gè)產(chǎn)品被改變或調(diào)整，而在至少包括一個(gè)被控制的連續(xù)的子過程的一個(gè)過程中這樣的改變和調(diào)整基本上隨時(shí)隨地都能進(jìn)行；在本案中，是在澆注前生產(chǎn)過程的最后的可能階段通過對鐵水中的孕育劑(也可選擇石墨形態(tài)變質(zhì)劑)的含量的在線控制而影響生產(chǎn)過程的，這將在以后更詳細(xì)地討論。為了簡單起見，以及證明上述所討論的差別，在本說明書中“連續(xù)過程”的概念和“半連續(xù)過程”的概念將被包括在“連續(xù)過程”一詞中。
為了經(jīng)濟(jì)利益，近似網(wǎng)狀的鑄造金屬或合金的大規(guī)模的生產(chǎn)早晚需要一種連續(xù)的制造過程，這個(gè)事實(shí)對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是顯而易見的，連續(xù)過程對于批量生產(chǎn)過程來說具有許多優(yōu)點(diǎn)，這對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是清楚的。從邏輯上講，例如，連續(xù)制造方法的優(yōu)點(diǎn)在于“稠密部分”(congested sections”，或者“涌塞(bot-tlenecks”)的潛在危險(xiǎn)在生產(chǎn)鏈中大大地減少，并能提供生產(chǎn)設(shè)備最佳的經(jīng)濟(jì)用途。
如在引言中所述的，仍然利用斷續(xù)過程而不用連續(xù)過程生產(chǎn)CGI的主要原因之一是因?yàn)槔鲜郊夹g(shù)的過程的控制問題不便于可靠的連續(xù)的CGI生產(chǎn)過程。
在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的有實(shí)示意義的所有技術(shù)改進(jìn)都有朝著解決斷續(xù)制造過程的問題的方向。前面所述的專利說明書描述的方法是控制和調(diào)整有限量的(即，一個(gè)批量)給定鐵水成分。從這批量中取出一個(gè)試樣進(jìn)行熱分析，如果熱分析的結(jié)果與所規(guī)定的數(shù)值不符合，那么整批量的組分被校正，即，如果這校正是完全可能的；如果該批量的組分不能被校正，那么整個(gè)批量被轉(zhuǎn)移走。
取樣以及校正鐵水的組分之后，鐵水按照已知的方法盡可能快速地澆注，通常在5-20分鐘之內(nèi)。當(dāng)?shù)却臅r(shí)間過長時(shí)鐵水內(nèi)的許多附加物起化學(xué)反應(yīng)而且在鐵水保持的溫度下變得不活潑。這樣，批量生產(chǎn)過程的條件不允許對于每一批量多于一次的取樣機(jī)會，而且過程中斷是不允許的。試樣從一個(gè)移動的澆包中獲得以及在分析試樣的時(shí)間過程中鐵水有被除渣的時(shí)間和被送至最終處理的位置的時(shí)間，在那里該分析結(jié)果被用來對澆注前的鐵水進(jìn)行一些必要的調(diào)整。終止的熱分析是不合適的因?yàn)檫@將減少可利用的澆注時(shí)間。這樣，現(xiàn)有的工藝過程雖然在許多方面是有優(yōu)勢的，但是它對連續(xù)制造過程似乎沒有形成好的基礎(chǔ)，因?yàn)榘凑账龅囊郧暗墓に噷τ诋a(chǎn)品性能的直接控制沒有提供機(jī)會，只是當(dāng)時(shí)對一個(gè)批量調(diào)整。
在批量生產(chǎn)方法過程中，在該過程的早期階段于鐵水中加入孕育劑和石墨變質(zhì)劑的主要的量，之后實(shí)施熱分析取樣過程以及澆注前立刻對鐵水成分調(diào)整。由于孕育劑的作用有限，孕育劑主要的量必須顯著地大于與在待澆注的鑄鐵中所要求的含量相對應(yīng)的量，因?yàn)樵杏齽┚哂杏邢薜男Ч?；孕育劑促進(jìn)石墨晶體的形成，但如果鐵水的澆注和冷卻不突出，那么許多所形成的晶核在鐵水中再次溶解或在物理上例如因漂浮作用晶體核被從鐵水中排出。將孕育劑的用量減少到與被澆注的鑄鐵中所要求的含量相應(yīng)的量當(dāng)然是所希望的。
被加入該過程內(nèi)的存在于鐵水中的硫的量必須被保持在一個(gè)低的水平；硫本身在CGI中是不希望得到的，因此在該過程中無論如何硫本身必須被消除。高的硫含量也將降低熱分析的準(zhǔn)確性。存在的硫同Mg反應(yīng)，Mg是用在該過程中的石墨形態(tài)變質(zhì)劑。如在SE-B-469，712中所提供的內(nèi)容，只有以元素的形式被溶解的Mg有使石墨形態(tài)改變的作用。在分析測量的結(jié)果時(shí)，一個(gè)高的硫含量引起關(guān)于加入的Mg的主要部分與在取樣時(shí)存在的硫是否或沒有完全反應(yīng)的誤差問題，以及關(guān)于鐵水需要被校正的范圍的誤差問題。找到減少或消除這些誤差的方法當(dāng)然是所希望的。
本發(fā)明的一個(gè)目的是借助于一個(gè)實(shí)施過程控制的改進(jìn)的方式，提供一種CGI的連續(xù)的生產(chǎn)方法，該方法具有上面所指出的希望得到的性能。
這個(gè)目的由權(quán)利要求1所述的方法來達(dá)到。
所述的發(fā)明方法的實(shí)施例由從屬權(quán)利要求限定。
由于脫離在以前的工藝發(fā)展的方向以及代替用熱的方法分析被充分處理的鑄鐵，而使上述問題得以解決，并且利用一個(gè)連續(xù)過程能夠生產(chǎn)CGI。
按照本發(fā)明，只是在澆注前孕育劑需要被立刻精確定量加入，而這在常規(guī)方法是不可能的，在常規(guī)方法中在過程中孕育劑被大量地早加入，必需過量。而在本發(fā)明中，則是測量充分被處理的鑄鐵的結(jié)晶的能力，測量的結(jié)果用于孕育劑加入的反饋控制，孕育劑的加入在處理過程的可能的最后階段完成，以便于優(yōu)化加入該系統(tǒng)的孕育劑量。因?yàn)樵杏齽┩ǔ０‵eSi，這將影響碳當(dāng)量(C.E)的值，因此該結(jié)果也被反饋到步驟II并用來增加或減少調(diào)整所需要鑄鐵的碳或/和硅含量的處理劑的加入。當(dāng)實(shí)施本發(fā)明時(shí)，如果需要，為鐵水提供高的含硫量是較容易的。在將熔化的鑄鐵送進(jìn)調(diào)節(jié)爐之前可以設(shè)置一個(gè)脫硫步驟，或者作為一種選擇，也可以加入定量的石墨形態(tài)變質(zhì)劑，此外還有一定量的改善組織性能的變質(zhì)劑，其中也包括與鑄鐵的硫含量相應(yīng)配比的量，這樣，所有的硫到過程結(jié)束基本上被反應(yīng)，以便CGI在熔解狀態(tài)下不含有硫。如前所述，這個(gè)反應(yīng)不是瞬時(shí)的而且損害在過程中所取的試樣。當(dāng)實(shí)施本發(fā)明時(shí)，在過程結(jié)束時(shí)從鐵水中取樣，一般鐵水在調(diào)節(jié)爐內(nèi)保持很長一段時(shí)間。隨著每新的一批鐵水被送至調(diào)節(jié)爐，所述的新的批量的鐵水的有效的硫濃度通過與存在于調(diào)節(jié)爐內(nèi)的較低有效硫濃度的鐵水混合而被減少，以及加入的硫在取樣前被付與了更完全的反應(yīng)時(shí)間。
步驟I的鐵水的生產(chǎn)在一個(gè)熔化器內(nèi)適當(dāng)?shù)赝瓿桑鐩_天爐或電爐，以及鐵水的生產(chǎn)可由一個(gè)具有熔煉和處理爐的雙聯(lián)法組成。用于生產(chǎn)澆水的原材料可是碎鐵，生鐵原材料，回爐鐵，或者其它常規(guī)的鑄鐵爐料，或者以上這些的結(jié)合；盡管不希望，原材料仍可有相對高的含硫量。
在步驟II鐵水的碳當(dāng)量(C.E)通過碳和/或硅或低碳鐵來調(diào)整，碳和/或硅或低碳鐵加入的量與它被澆注的鐵水的熱分析的結(jié)果相一致；碳當(dāng)量(C.E)被調(diào)整的原理基本上按照SE-B-470,091所描述的方法。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(下面被稱為實(shí)施例A)，鐵水被送入到一個(gè)反應(yīng)的容器內(nèi)，通常是一個(gè)澆包，在該反應(yīng)容器內(nèi)鐵水經(jīng)歷一個(gè)基本處理過程，在該基本處理過程中基本上按照SE-B-444,817和SE-B-469,712所描述的方法，根據(jù)上述分析結(jié)果的量加入例如象Mg的一種石墨形態(tài)變質(zhì)劑。鎂可用一些適當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)的方式被加入到鐵水中。含鎂合金(例如FeSiMg合金含有45-60％Te，40-70％Si以及1-12％Mg)可被用于一個(gè)所謂的夾層方法(即，合金被放在反應(yīng)的容器的底部，鐵水在合金上澆注)，因?yàn)榧僊g產(chǎn)生較少的渣，最好加入純鎂。純鎂可以例如線的形式被加入，或在一個(gè)所謂的GF-轉(zhuǎn)換器(GF＝Georg Fisher AG)中被加入。如上所述，不需要在基本處理過程中包含一種孕育劑，盡管在基本過程中包含加入孕育劑也無關(guān)緊要。
一旦完成上述選擇的基本處理過程，即進(jìn)行鐵水除渣以及將鐵水送至一個(gè)調(diào)節(jié)爐，該爐可以是一個(gè)開放式爐，例如，該過程調(diào)節(jié)是利用一個(gè)連續(xù)的渣層保護(hù)鐵水以防止被空氣氧化，不過最好用一個(gè)封閉式的爐，該爐最好設(shè)有一種惰性保護(hù)氣體的氛圍。這減少了所不希望得到的鐵水成分的氧化，特別是象Mg那樣的容易被氧化的石墨形態(tài)變質(zhì)劑。當(dāng)利用一種保護(hù)氣體時(shí)，可利用諸如氮?dú)饣蛞环N惰性氣體，或上述氣體的混合氣體的那樣的不氧化氣體。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所用的封閉式的調(diào)節(jié)爐最好是增壓的。除了使該爐增壓以及進(jìn)一步減少空氣進(jìn)入調(diào)節(jié)爐內(nèi)的鐵水之外，在構(gòu)建調(diào)節(jié)爐時(shí)使?fàn)t壓能夠調(diào)節(jié)，以便以一種有利的方式控制鐵水向鑄型的排空，這將在下面更詳細(xì)地描述。
該爐例如可是由ABB公司出售的PRESSPOUR型爐。被加入的單批的鐵水在調(diào)節(jié)爐內(nèi)與已存在的鐵水混合。
爐內(nèi)的鐵水含量的再次充填一般可到達(dá)大約25％，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)這種翻轉(zhuǎn)水平具有好的量均衡效果。
按照實(shí)施例A，進(jìn)一步的石墨形態(tài)變質(zhì)劑，例如Mg，如需要可加入調(diào)節(jié)爐內(nèi)的鐵水中。鎂可以鋼包鎂芯線或棒的形式加入，線或棒通過爐的外殼或蓋上的一個(gè)可封閉的開口加入爐內(nèi)。如前面的加入物一樣，加入該裝置Mg的量由在鑄型中或其上游充分處理的CGI的熱分析結(jié)果所控制。當(dāng)至少一定量的石墨形態(tài)變質(zhì)劑加入鐵水中時(shí)在鐵水中有產(chǎn)生氣體的危險(xiǎn)，例如象Mg，當(dāng)其被加入鐵水中時(shí)容易氣化。當(dāng)調(diào)節(jié)爐被增壓時(shí)產(chǎn)生的氣體容易破壞增壓控制系統(tǒng)。因此，當(dāng)在調(diào)節(jié)爐內(nèi)將石墨形態(tài)變質(zhì)劑加到鐵水時(shí)，調(diào)節(jié)爐內(nèi)的壓力最好減小。
在另一個(gè)實(shí)施例(下面相對于實(shí)施例A被稱為實(shí)施例B)，鐵水在被澆注到鑄型以前被從調(diào)節(jié)爐送至一個(gè)小的澆注的澆包里，石墨形態(tài)變質(zhì)劑的總量按照上述鐵水調(diào)整原理被加入所述的澆包內(nèi)，即裝在調(diào)節(jié)爐內(nèi)的基本鐵水在先不利用Mg處理。
生產(chǎn)步驟的工序被熱分析取樣中止。取樣最好在澆注槽或在澆注系統(tǒng)，雖然也能從澆注液流取樣或者如從一個(gè)澆注的澆包中取樣。取樣可是人工地，例如利用一個(gè)手持噴管，或是全自動地或是半自動的，在這里半自動的取樣意思是實(shí)際樣品自動取出而取樣器由人工變換。取樣的裝置例如可是在SE-B-446,775所描述的一種。由于在從調(diào)節(jié)爐取出的鐵水能提供一個(gè)表示爐的含量的熱分析結(jié)果之前，為了能使已存在于調(diào)節(jié)爐內(nèi)的鐵水與被加入該爐內(nèi)的每一批新的鐵水混合，必須經(jīng)過一個(gè)給定的時(shí)間段，因此在取樣前，調(diào)節(jié)爐的每批鐵水的再次充填之后必需使幾個(gè)鑄型(一般大約4-5個(gè)鑄型)通過。另一方面，就實(shí)施例A來說，必須以一個(gè)速度取樣，該速度足夠快以確保分析結(jié)果能用來改善下一個(gè)基本處理過程。確定混合時(shí)間的持續(xù)時(shí)間時(shí)，必須考慮這些重要的參數(shù)，包括充填鑄型所用的時(shí)間，鑄型的容量，調(diào)節(jié)爐的尺寸以及基本處理要完成的可利用的、澆包的尺寸。
開始本過程所用的步驟大部分取決于起始條件例如開始本過程之前車間可用來生產(chǎn)灰鑄鐵或球墨鑄鐵，或調(diào)節(jié)爐可或多或少裝有鐵水。無論哪種情形，首先調(diào)節(jié)爐裝有鐵水，可選擇用Mg做基本處理，直至鐵水的硫或/和附加物的濃度基本上在CGI生產(chǎn)的校正范圍內(nèi)。該爐充填鐵水一般靠經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)可選擇性地借助取自出鐵口樣品的化學(xué)分析。
按照實(shí)施例A，首先該爐被充填的鐵水占爐子容量的大約3/4，直到得到一個(gè)孕育劑的穩(wěn)定和均勻的水平后，鐵水被排出，這個(gè)水平一般合適2-4個(gè)鑄型，此后澆注被暫時(shí)中斷以及取一個(gè)熱分析的試樣。熱分析的結(jié)果影響在反應(yīng)容器里的下一批量鐵水的基本處理，以后鐵水充滿調(diào)節(jié)爐，分析結(jié)果顯示為了快速調(diào)整該系統(tǒng)在調(diào)節(jié)爐內(nèi)將Mg加入鐵水的可能的需要，此后生產(chǎn)開始。在操作中有計(jì)劃的或不希望得到的中止時(shí)，爐內(nèi)壓力減小，然后停止生產(chǎn)，以便于爐出鐵口內(nèi)的鐵水退回爐內(nèi)，于是降低Mg的衰弱或氧化。由于在爐內(nèi)每單位時(shí)間的衰弱率是已知的，所以能計(jì)算出在中止階段活潑Mg的減少。于是中止后Mg的相對的量能被加入鐵水中，生產(chǎn)重新開始。
當(dāng)實(shí)施實(shí)施例B時(shí)，開始和停止程序基本上與前面所適用的步驟一樣。澆包應(yīng)被重新加熱。中止時(shí)，如果可能澆包應(yīng)被排空而使被鐵水進(jìn)入鑄型或中止后在幾分鐘之內(nèi)返回調(diào)節(jié)爐內(nèi)，如果更長一些的停止，澆包要重新加熱；當(dāng)重新開始生產(chǎn)時(shí)，澆包被簡單地再次充填。
現(xiàn)在將參照一些例子更詳細(xì)地描述本發(fā)明方法，同時(shí)也參照附圖，在附圖中同樣的附圖標(biāo)識代表同樣的對象。


圖1是按照本發(fā)明的方法的實(shí)施例A的原理性示意圖；圖2是一個(gè)控制圖的實(shí)例，該圖用于在實(shí)施圖1方法時(shí)控制鐵水中的石墨形態(tài)變質(zhì)劑的含量；圖3是類似于圖2的控制圖的一個(gè)例子，但只是涉及鐵水中孕育劑的量；圖4是按照本發(fā)明的方法的實(shí)施例B的一個(gè)原理性示意圖；就圖1所說明的實(shí)施例來說，該實(shí)施例是前面所描述的實(shí)施例A的一個(gè)實(shí)例，在爐2內(nèi)有先準(zhǔn)備的鐵水1。在這種情況下，由鐵屑產(chǎn)生鐵水。如25所示，在鐵水中加入碳和/或硅和/或鋼來調(diào)整在爐2內(nèi)的鐵水的碳當(dāng)量(C.E)。接下來鐵水被移到一個(gè)澆包3內(nèi)，在澆包3內(nèi)鐵水經(jīng)過一個(gè)基本處理過程，該過程包括以一些合適的形式加入鎂11。這個(gè)基本處理之后，從熔體表面去除渣，鐵水被送至和引入一個(gè)封閉的調(diào)節(jié)爐4，在調(diào)節(jié)爐4中維持一種增壓的惰性氣體氛圍，該調(diào)節(jié)爐4是由ABB公司所出售的商標(biāo)為PRESSPOURR的所謂的壓力澆注型的調(diào)節(jié)爐。鐵水以一種被控制的方式從該爐流出，或是用在氣體輸送管18上的一個(gè)滑閥17或是用安裝在出鐵口9內(nèi)的放出液體的孔13內(nèi)的塞桿12來控制爐體空間16內(nèi)的氣體的過壓，或者是利用這些控制方法的組合。利用一個(gè)感應(yīng)加熱元件22加熱鐵水5而且同時(shí)鐵水5在某種程度上也被再次混合。被引入調(diào)節(jié)爐4中的一批鐵水與已經(jīng)存在于調(diào)節(jié)爐內(nèi)的鐵水5混合。當(dāng)該過程連續(xù)時(shí)該調(diào)節(jié)爐最大容量的大約75％被利用。如需要可以再向爐4中加入鎂。鎂是以鋼包鎂芯的線或棒6的形式加入的，線或棒6通過在爐子外殼8上的一可閉封的開口7被加入爐4中。同其它加入物一樣，鎂的加入量也通過澆注的CGI的熱分析結(jié)果加以調(diào)整。開口7裝有一個(gè)滑閥或蓋19。該裝置還包括一個(gè)排煙道20(可選擇用開口7代替)，通過排煙道20，在爐的環(huán)境里的MgO粒子，Mg汽化物及其它氣體被排除，排煙道20裝有安裝在外殼8里的一個(gè)滑閥或蓋21。在操作過程中為了不斷地輸送氣體，閥17打開，而閥19和21關(guān)閉。當(dāng)需要將Mg線6加入爐中時(shí)，先使?fàn)t內(nèi)的壓力降低，使出鐵口9內(nèi)的壓力降至虛線所示的位置，這個(gè)操作過程用大約10-70秒完成，然后排煙道20內(nèi)的閥21和鎂進(jìn)給閥19打開，這個(gè)過程用時(shí)大約5秒。Mg芯線6被加入該爐大約30秒。然后閥19和21關(guān)閉，該過程再用5秒。最后，閥17打開以及壓力被增至正常操作水平，該過程用大約20秒。這樣將Mg棒6加入調(diào)節(jié)爐所用的時(shí)間總共大約為70秒。排出鐵水前按照上述調(diào)整原理將孕育劑10立刻送入該爐的出鐵口9。利用塞桿12控制從爐4排出的鐵水。最后利用一個(gè)取樣裝置23取樣進(jìn)行熱分析而使方法步驟中斷，這里不詳細(xì)地描述。在所描述的情況中，在一個(gè)鑄型14的澆注槽或澆注系統(tǒng)15里取樣。為了確保分析結(jié)果表示爐的含量，取樣前，調(diào)節(jié)爐的每一次再次充填以后允許通過4-5個(gè)鑄型。利用一個(gè)計(jì)算機(jī)24分析試樣，在這里不詳細(xì)地描述；虛線箭頭表示從計(jì)算機(jī)24出來或到計(jì)算機(jī)24去的信息的流動。
按照下面所描述的理論對該系統(tǒng)的石墨形態(tài)變質(zhì)劑的加入適應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整，在此參照圖2的控制圖，在圖2中石墨形態(tài)變質(zhì)劑的含量的控制值被作為時(shí)間的函數(shù)標(biāo)在y軸上，時(shí)間被標(biāo)在x軸上。y坐標(biāo)的正值表示對于石墨形態(tài)變質(zhì)劑的控制量的過量，負(fù)值表示缺乏。當(dāng)y＝0時(shí)，控制量與x軸重合。參照標(biāo)號有下列意義100＝標(biāo)準(zhǔn)上限(upper specification limit)110＝控制上限120＝控制下限
130＝標(biāo)準(zhǔn)下限(lower specification limit)當(dāng)實(shí)際值在控制限之內(nèi)(即在線110與120之間)而且趨勢不偏離該區(qū)域時(shí)，Mg的加入量沒有變化，與前面過程相同的Mg的量被包括在下一基本處理過程中。如果實(shí)際值在控制上限110上，在標(biāo)準(zhǔn)上限100下，在下一基本處理過程中Mg的加入量減少，如果實(shí)際值在相對較低的范圍內(nèi)(在線120與130之間)，在下一基本處理過程中Mg的加入量增加。如果實(shí)際值在標(biāo)準(zhǔn)上限100之上，鐵水不再從調(diào)節(jié)爐排出直到Mg含量減弱(有意的)或者爐內(nèi)的鐵水被含鎂量較低的鐵水稀釋直到鎂含量達(dá)到一個(gè)合格的水平。同時(shí)給一個(gè)廢品警告，如果調(diào)節(jié)爐容量不足，則在現(xiàn)存的鐵水中可加入Mg含量少的爐料。當(dāng)實(shí)際值降至標(biāo)準(zhǔn)下線130之下時(shí)也中止從爐排出鐵水，這時(shí)在爐內(nèi)加Mg線，此時(shí)發(fā)出一廢品警告。
用相似的方式控制鐵水的孕育劑的加入。圖3的參照標(biāo)號的意義與在圖2相同。如果實(shí)際值在控制限內(nèi)(在線110和120之間)以及趨勢不偏離該區(qū)域，對于加入該系統(tǒng)的孕育劑的量不變。如果實(shí)際值在控制限外，在調(diào)節(jié)爐的出鐵口的加入鐵水的孕育劑的量或增加或減少；當(dāng)實(shí)際值在標(biāo)準(zhǔn)限外(分別是線100和130)也給出一廢品的警告。
對于如圖4所描述的實(shí)施例，是前面描述的實(shí)施例B的一個(gè)例子，在一個(gè)爐42內(nèi)準(zhǔn)備鐵水，然后鐵水送至一個(gè)容器43，在容器43中鐵水按照一些已知的適用的方法被脫硫至大約0.005-0.01％的S的重量百分比，同時(shí)為了調(diào)整鐵水的碳當(dāng)量(C.E)值加入重量百分比為大約3.7％的碳。接著，從鐵水表面除渣以及鐵水被送至和引入一個(gè)增壓的調(diào)節(jié)爐44(與實(shí)施例A的爐4相似)，它具有大約6-65噸的容量，按照實(shí)施例A所示的方法以一種控制方式從爐中排出鐵水。被加入調(diào)節(jié)爐44的鐵水的批量與已存在其中的鐵水45混合，同時(shí)也可選擇地加入合金化元素(例如Cu或Sn)；這些合金化元素也可或交替地在過程的其它一些合適占被加入，鐵水被注入一個(gè)小的處理或澆包60。然后澆包內(nèi)的鐵水用Mg芯線46處理和在澆注鑄型54之前用孕育劑50處理。上述方法步驟由從鑄型54的澆注槽或澆注系統(tǒng)55或從澆包60取一熱分析的試樣63而中止。Mg和孕育劑的加入由澆注的CGI的熱分析結(jié)果控制。這些與圖2和3有關(guān)的控制和調(diào)整理論也基本上適用于這個(gè)后來的實(shí)施例的情況。
對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明不是對這里所描述的和闡明的實(shí)施例進(jìn)行限定，在本發(fā)明的范圍內(nèi)所描述的方法在許多方面能被改進(jìn)。例如，為了使調(diào)節(jié)爐的給料可靠，在選擇的基本處理后實(shí)施一個(gè)附加的熱分析取樣。其它方法理論，裝置、部件、處理劑等等如上面所指出的那樣當(dāng)然也可在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用。
權(quán)利要求
1.一種為凝固成為緊密石墨鑄鐵的鑄件連續(xù)地提供預(yù)處理鐵水的方法或過程，包括步驟I.生產(chǎn)熔融鑄鐵II加入調(diào)整鑄鐵的石墨化能力的熔劑；III.將熔融鑄鐵送至一個(gè)調(diào)節(jié)爐，在該調(diào)節(jié)爐中，利用來自上述步驟的熔融鑄鐵的一定的補(bǔ)償量間歇地代替從調(diào)節(jié)爐排出的鑄鐵，而將在操作中的熔融鑄鐵的量維持在一個(gè)預(yù)定的限度內(nèi)；IV.直接將熔融鑄鐵澆注入鑄型，或先注入澆包，再從所述的澆包中澆注到鑄型中，以及，在步驟IV之前，如果需要，利用一些適當(dāng)?shù)拿摿蚍椒▽θ廴阼T鐵脫硫(脫硫方法本身是已知的)，脫硫至小于大約0.025％的一個(gè)硫的重量百分點(diǎn)；進(jìn)一步地，在實(shí)施所述步驟I到步驟IV的一步或多步時(shí)，在熔融鑄鐵中加入石墨形態(tài)變質(zhì)劑和孕育劑，其特征在于步驟III之后和/或從鑄型以及加入所述的處理劑之后至少取一個(gè)熔融鑄鐵的試樣，以及使試樣從這樣一個(gè)狀態(tài)凝固，即在該狀態(tài)下試樣和容器之間在高于結(jié)晶溫度的一個(gè)溫度下基本保持熱平衡，同時(shí)記錄試樣中心和靠近容器壁處的鐵水溫度隨時(shí)間的變化，以及利用所記錄的溫度隨時(shí)間的變化以一種公知的方式來確定鑄鐵的組織性能和石墨化能力；以及當(dāng)上述確定的鑄鐵的石墨化能力或/和確定的鑄鐵的組織性能偏離相應(yīng)的公知緊密石墨鑄鐵的組織性能和石墨化能力的值大于預(yù)定值時(shí)，按照與上述偏差的一個(gè)預(yù)定關(guān)系，調(diào)整在步驟II中加入的石墨化能力調(diào)整劑的量，和/或調(diào)整加入的或去除的石墨形態(tài)變質(zhì)劑的量，和/或調(diào)整加入的孕育劑的量。
2.一種按照權(quán)利要求1所述的方法或過程，其特征在于在步驟II之后，步驟III之前，熔融鑄鐵被送入一個(gè)反應(yīng)的容器，在該容器中石墨形態(tài)變質(zhì)劑被加入熔融鑄鐵；如果需要，在調(diào)節(jié)爐內(nèi)再次將石墨形態(tài)變質(zhì)劑加入到熔融鑄鐵中；在步驟IV，熔融鑄鐵被澆注入鑄型；以及步驟III后孕育劑被加入到熔融鑄鐵。
3.一種按照權(quán)利要求1所述的方法或過程，其特征在于在步驟II之后，在步驟III之前，熔融鑄鐵被送到一個(gè)反應(yīng)容器，在該容器中熔融鑄鐵被脫硫至小于大約0.025％的一個(gè)硫的重量百分點(diǎn)；在步驟IV，熔融鑄鐵被注入澆包，再從澆包澆注入鑄型；以及當(dāng)熔融鑄鐵還在所述的澆包中時(shí)被加入石墨形態(tài)變質(zhì)劑和孕育劑。
4.一種按照權(quán)利要求1或2或3所述的方法或過程，其特征在于調(diào)節(jié)爐基本上是封閉的。
5.一種按照權(quán)利要求4所述的方法或過程，其特征在于為調(diào)節(jié)爐提供一種惰性保護(hù)氣體氛圍。
6.一種按照權(quán)利要求4或5所述的方法或過程，其特征在于給調(diào)節(jié)爐增壓。
7.一種按照權(quán)利要求6所述的方法或過程，其特征在于當(dāng)給在調(diào)節(jié)爐中的熔融鑄鐵加入石墨形態(tài)變質(zhì)劑時(shí)，減小調(diào)節(jié)爐內(nèi)的壓力。
8.一種按照權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)所述的方法或過程，其特征在于從一個(gè)鑄型的澆口或澆注系統(tǒng)中取一個(gè)熔融鑄鐵的試樣。
9.一種按照權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)所述的方法或過程，其特征在于在步驟IV，熔融鑄鐵被注入澆包，再從澆包澆注入鑄型，其中從一個(gè)所述的澆包中取一個(gè)熔融鑄鐵的試樣。
全文摘要
一種連續(xù)地提供熔融鑄鐵以鑄造緊密石墨鑄鐵(CGI)的過程，包括生產(chǎn)熔融鑄鐵的步驟，加入用來調(diào)整石墨化能力的劑，如果需要，對鐵水脫硫至硫含量小于0.025％，將鐵水送至一個(gè)調(diào)節(jié)爐，在調(diào)節(jié)爐內(nèi)，利用鐵水的一定補(bǔ)償量代替從調(diào)節(jié)爐中排出的鑄鐵，使鐵水的量被維持在一個(gè)預(yù)定的限度內(nèi)，將鐵水注入鑄型或注入澆包，再從所述的澆包澆注入鑄型，以及加入石墨形態(tài)變質(zhì)劑和孕育劑，在澆注前取一個(gè)鐵水的試樣，或從鑄型中取一個(gè)試樣，以及當(dāng)在試樣中心和在容器壁附近記錄鐵水的溫度隨時(shí)間變化時(shí)，使試樣從這樣一個(gè)狀態(tài)凝固，在該狀態(tài)下試樣和容器之間在高于結(jié)晶溫度的一個(gè)溫度維持熱平衡，同時(shí)記錄在試樣中心及容器壁附近的鐵水溫度變化以及利用所記錄的溫度變化以一種公知的方式來確定鑄鐵的組織性能和石墨化能力，以及當(dāng)所確定的鑄鐵的石墨化能力和組織性能與CGI的已知的性能偏離時(shí)，按照與該偏差的一個(gè)預(yù)定關(guān)系調(diào)整加入的石墨化能力調(diào)整劑的量，或調(diào)整加入的或去除的石墨形態(tài)變質(zhì)劑的量，或者調(diào)整加入的孕育劑的量。
文檔編號B22D1/00GK1136828SQ9419440
公開日1996年11月27日 申請日期1994年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月30日
發(fā)明者斯蒂格·倫納特·貝克魯?shù)? 康尼·安德森 申請人:新特卡斯特有限公司