孕育过滤器制造技术

用于对铁水进行孕育的方法。该方法包括将铁水以约１至约６０ｃｍ／ｓｅｃ的进口流速通过过滤器组件。该过滤器组件包括过滤器元件和与该过滤器元件接触的孕育丸粒。该丸粒具有至少１ｍｇ／ｓｅｃ至至多３０ｍｇ／ｓｅｃ的孕育剂溶解速率，而且包含约４０－９９．９％重量比的包含硅铁的载体。该丸粒此外包含约０．１－６０％重量比的至少一种孕育剂，该孕育剂选自铈，锶，锆，钙，锰，钡，铋，镁，钛和铝或者选自稀土元素。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于在铸造过程后期对铸铁进行孕育的改良方法并涉及一种孕育剂，该孕育剂可以在对铸造铁时进行的铁孕育中提供更好一致性。对于希望获得不含碳化铁的零件的制造，被称为型内孕育的本专利技术的铸造过程包括过滤和孕育并结合了两者的技术优点。背景铸铁是具有非常多用途的工程材料，其中包括已用于包括机械零件制造的许多商业用途的铁-碳-硅合金。铸铁的多用性导致这种材料在许多结构用途中的应用，在该结构用途中铁的均质性和一致性将对该组件的性能产生严重的影响。纯净的均质铁，特别是灰口铁或延性铁的铸造是高质量工程铸件生产中的基本步骤。由于这些铸造制品的重要性，必须对铁特别是灰口铁或延性铁进行一致的铸造，从而使其具有均匀的形态，最少的杂质和可重复的性能。铸铁具有与众不同的冶金学结构。大部分金属在凝固期间形成单一的金属结晶结构。然而，铸铁在凝固期间具有复杂得多的形态。在铸铁凝固期间形成的结晶相取决于凝固的速率。大部分工程铸件要求在凝固期间在铁基体中形成晶态石墨。如果该铸铁凝固过快，一次碳化铁会在铸件中结晶形成。一次碳化铁是使铁非常难于机械加工的坚硬脆性相而且可以改变一次铸铁的物理和机械性能。一次碳化铁通常被称为“白口”。通常认为以碳化铁形式包含的碳对大部分铁铸件有害，然而以石墨的形式存在的碳可以提高铸铁的物理和机械性能。在凝固期间，碳可以以碳化铁的形式也可以以石墨的形式结晶。任一种相的形成都是由凝固速率和包含在液态铁中的成核程度驱动。凝固速率受该铸件的几何形状，铸模材料的热去除速率和当金属进入铸模时包含的铁的过热量限制。成核程度受铁水的冶金经历限制。以石墨形式存在的碳是一种有利的形式而且使碳以石墨的形式结晶是标准铸造操作一贯的目标。石墨可以以几种形态存在，其中包括球状如延性铁的情形，和片状如灰口铁的情形。标准铸造冶金操作包括孕育处理，其中在减少碳化铁形成的情况下促进石墨的成核和生长。优选的成核可极大提高成品铸件的机械和物理性能。通常典型通过向浇注包，金属流或在型内添加孕育剂来实现孕育处理。典型地当浇注包充满铁水时，通过向浇注包中倒入颗粒状孕育剂来将孕育剂加入浇注包，然而当熔融金属进入铸模时，通过注射或喷射将孕育剂的微细粉末加入到熔融金属流中。尽可能晚的将孕育剂加入熔融金属是特别理想的以便最大程度上减少衰退(fade)。由于铸造处理中的不良品质，不充分或不合适的孕育通常是最显著的损耗。如果需要被称为“SG”或“延性”铁的球状石墨铸铁，形成的石墨可优选为球状。然而，“LG”或“灰口”铁则要求片状石墨铸铁。需要满足的基本先决条件是防止一次碳化铁的形成。为了这个目的，在铸造之前对液态铸铁进行孕育处理，这可以在冷却时促进石墨的出现而不是一次碳化铁。因此孕育处理非常重要。实际上众所周知无论使用何种孕育剂，对于液态铸铁孕育处理具有一定的效率，该效率随时间减小并且通常在几分钟后会减小50％。为了获得最大的效率，本领域的技术人员通常实行逐步孕育，通过在铸铁制备的不同阶段进行几次孕育剂的添加达到这个目的。最后的添加是在注入铸模时在型内进行或甚至是通过在液态铸铁的通道上放置由孕育剂材料组成的嵌入物在该铸模的进料导管中进行。这些嵌入物通常联合过滤器一起使用；在这种情形中，这些嵌入物通常具有完美的规定形状以便能够安置在过滤器中，最常见的是在适合的孔穴中。已知这些规定形状的嵌入物为“丸粒”或“小块”。我们将通过“过滤器孕育剂组件”的名称来表示由丸粒和过滤器构成的装置。存在两种类型的丸粒。通过对熔融孕育剂进行模制处理获得的“模制”丸粒。由通常具有极少量粘结剂或甚至不含粘结剂的压制粉末获得的“结块”丸粒。市售的孕育剂通过使铁水与高活性元素作用形成籽晶来产生成核点。这些活性元素与溶解在铁水中的氧和硫结合，而且所得的反应产物从熔体中析出从而形成凝固期间石墨的成核点。这些成核产物在该熔体中继续生长直到该熔体完全凝固。这些颗粒必须在很窄的尺寸范围内以便使石墨成核并使晶体生长。因此使金属与活性元素在尽可能接近凝固时形成籽晶，可以使析出颗粒保持在石墨晶体成核所必须的窄尺寸窗口内的概率增加。晶体石墨的形成与反应动力学优选的产物相反。还不清楚影响孕育的关键参数而且这仍是学术争论的主题。本领域中非常需要技术人员对孕育效率进行预测并因而提高孕育效率的能力。已经知道恰好在过滤器之前将熔融金属暴露于丸粒的丸粒孕育，其中使用了包含少量钙，铝，和稀土元素的基体材料。随着铸造的进行，由于孕育剂从丸粒中溶解相关的反应动力学的原因，孕育效率随时间变化。实现制造具有不同尺寸的不同零件所需的各种浇注体积和时间使孕育问题进一步复杂化。如果使用长的浇注时间，由于浇注包中孕育剂的衰退，浇注包孕育的方法是不合需要的。如果使用短的浇注时间，该时间可能不足以允许丸粒孕育所提供的孕育的开始。仍不十分清除在金属流中提供有效孕育的性质，而且典型地需要通过实验并耗费大量成本和材料对适合的工作范围进行研究。Daussan在专利FR 2,692,654描述了一个过滤器孕育剂组件，其中优选通过0.5至2mm的粉末的结块获得该丸粒。这种过滤器孕育剂组件的效率非常有限。Foseco在专利EP 0,234,825中描述了一个过滤器孕育剂组件，其中该孕育剂是以包封在塑料袋中的粉末状非结块粉末的形式存在。这种装置制造起来较为复杂而且由于使用了非结块的粉末，不能始终很好地控制该粉末与液态铸铁的润湿性。在本领域中解决有效孕育问题的努力仅取得了非常有限的成果。例如DE专利公开DE43,18,309A1将孕育丸粒加入过滤器的凹陷处。该蜂巢形状的过滤器包含1至8mm的孔隙。在使用中证实，这种类型的过滤器孕育剂组件的效率受所使用的丸粒的限制。这实现了在过程后期进行孕育的目的，但不能减轻与依赖于过程的孕育效率相关的主要问题。已发现该丸粒/过滤器组合体对铸件的帮助很有限，因为除了使丸粒定位以外，它不能提供任何的帮助。美国专利6,293,988提供了包含氧硫化物的孕育剂。所提供的优点是可省去作为载体介质的硅铁。该氧硫化物孕育剂溶解缓慢而且孕育率特别是在浇注的早期的孕育率可能是不一致且不可预料的。即使将衰退的问题减轻到一定程度，缓慢溶解的丸粒会受到与浇注早期不充分孕育相关的问题的影响。已知利用硅铁载体的孕育剂溶解非常迅速，因此广泛接受它们用于浇注包孕育。快速的溶解速率使得硅铁载体基孕育剂在本领域中被忽视，因为通常认为快速率的溶解会使得丸粒在浇注完成之前溶解，因此该孕育剂不能在整个浇注过程中有效。快的溶解速率使得难于对硅铁基孕育剂进行控制。在本专利技术之前，技术人员被限制于在浇注包中使用硅铁基孕育剂，将孕育剂流注入流动金属和使用以丸粒形式的非硅铁基孕育剂。此外，技术人员必须在使用浇注包孕育的衰退，使用丸粒孕育的浇注早期无效孕育或与注射孕育联系的机械复杂性中进行选择。本领域中存在对孕育剂和其使用方法的长期需求，不管熔融金属以何种速率进行浇注，该孕育剂和方法可确保一致且可预测的孕育。在本专利技术之前这种需求无法得到满足。专利技术概述本专利技术的一个目的是提供一种孕育丸粒，该丸粒可在宽工作范围的浇注时间上对铁水进行一致的孕育而不发生衰退或无效孕育。本专利技术的另一个目的是由结块孕育丸粒和相关联的过滤器组成过滤器孕育剂组件，分别对其性质进行调节以产生最佳的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在铸铁的最后过滤中对铸铁进行后期孕育的包含过滤器和丸粒的组件，其中所述丸粒是通过粉状孕育剂合金的结块获得而所述过滤器是耐火多孔材料，其中所述丸粒的所述粉状孕育剂具有如下的颗粒尺寸分布，包括：１００％重量比的小于２ｍｍ的颗粒，３０－７０％重量比的介于５０－２５０Φ之间的颗粒，和小于２５％重量比的小于５０Φ的颗粒，且所述过滤器只允许小于１０Φ的颗粒通过。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：T马格里亚，DB克雷格，LS奥布里，
申请(专利权)人：皮奇尼电冶公司，波韦尔有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]