專利名稱：壓鎂鋼包的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及鐵合金冶煉領(lǐng)域。具體地，本實用新型涉及低氧化鎂的鎂硅鐵的新生產(chǎn)設(shè)備。
鎂硅鐵合金作為一種添加劑、球化劑、精煉劑加入鋼鐵和有色金屬中，與其中的硫、氧、氮等元素具有很強的親和能力，能與有害元素形成熔點很高的化合物質(zhì)點。其主要功用是細化了金屬的鑄造組織，改變了鋼鐵和有色金屬中非金屬雜質(zhì)的形狀、大小、分布形成和數(shù)量等，減少了非金屬雜質(zhì)對金屬性能的有害影響，從而提高了金屬材料的力學(xué)性能，耐磨性能，低溫韌性及高溫耐熱性能等。而鎂硅鐵中的氧化鎂含量是影響鎂硅鐵性能發(fā)揮的最主要因素，傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的鎂硅鐵，氧化鎂含量在0.8-1.2％之間甚至更高，過高的氧化鎂含量，降低了有效鎂含量，不僅在用量上高于低氧化鎂產(chǎn)品，而且冶煉出的鋼鐵鑄造件及合金的各項性能也不能適應(yīng)現(xiàn)代汽車工業(yè)的要求。
鎂硅鐵中的鎂含量一般由金屬鎂(有效鎂)和氧化鎂組成。氧化鎂過高不僅直接影響到實際有效金屬鎂的含量，同時也在許多鑄造行業(yè)帶來很多技術(shù)上難以解決的問題，如因氧化鎂而造成的鑄件內(nèi)產(chǎn)生氣孔等。這往往直接影響了鑄件的品質(zhì)，尤其在汽車工業(yè)。因氧化鎂已經(jīng)成為西方所有汽車鑄造配件生產(chǎn)商所要求的重要技術(shù)指標。而氧化鎂在一般鎂硅鐵生產(chǎn)廠家卻仍然是一個未能解決的問題，例如國內(nèi)鎂硅鐵氧化鎂指標一般在0.8-1.2％之間。
目前，傳統(tǒng)鎂硅鐵生產(chǎn)采用中頻爐、電弧爐、或硅鐵爐生產(chǎn)。然而，這些生產(chǎn)工藝都存在種種缺點。
在中頻爐生產(chǎn)工藝中采用的兌鎂方式中有爐中兌鎂和爐外壓鎂。傳統(tǒng)的兌鎂工藝存在許多缺點(1)和爐中兌鎂相比，爐中兌鎂是將鎂錠直接投入爐中，鎂錠投入后，飄浮在鐵水表面，劇烈反應(yīng)燃燒，鎂損失大，難以攪拌混合。(2)如果加蓋，雖可減少燃燒，但易造成爐內(nèi)壓力過大，事故隱患大。(3)產(chǎn)品中氧化鎂含量高達0.8-1.2％之間，且成本高，產(chǎn)量低?？傊?，中頻爐兌鎂因消耗大，成本高，產(chǎn)量低，以及無法從根本上解決合金成份偏析以及氧化鎂含量高等問題和弊病，已屬于淘汰工藝。
電弧爐和硅鐵爐生產(chǎn)現(xiàn)多采用開放式壓鎂，這種工藝在理論上固然可行，但在實際操作中卻缺乏安全和可靠性。70％的鎂會在空氣中劇烈反應(yīng)掉，并形成大量的氧化鎂煙霧。尤其是當空氣潮濕或稍有忽視，劇烈的金屬鎂反應(yīng)有可能引起噴發(fā)或爆裂，甚至?xí)斐山?jīng)濟財產(chǎn)的損失和人身傷亡，因而存在生產(chǎn)安全上的很大隱患。同時，鐵水與空氣接觸面積大，也使得氧化鎂含量偏高，金屬鎂流失或損耗大，合金成份偏析，以及粘包等問題。
傳統(tǒng)式爐外壓鎂也無法解決氧化鎂含量偏高，金屬鎂在反應(yīng)過程中的流失，產(chǎn)品合金成分偏析等一系列技術(shù)和工藝遺留問題。
因此，本領(lǐng)域迫切需要簡便、安全地生產(chǎn)低氧化鎂含量的鎂硅鐵的設(shè)備。
本實用新型的目的就是提供一種新的、安全地生產(chǎn)低氧化鎂含量的鎂硅鐵的專用設(shè)備。
在本實用新型中，提供了一種用于生產(chǎn)鎂硅鐵的壓鎂鋼包，它包括一具有內(nèi)壁的本體，其中，該鋼包還包括一由母蓋和子蓋構(gòu)成的蓋體，所述母蓋的邊緣緊貼所述本體的內(nèi)壁，并具有一鎂錠投料孔，所述子蓋穿設(shè)并連接一用于攜帶鎂錠進入所述鋼包的投料桿，并可覆蓋在所述鎂錠投料孔上，并且在本體底部設(shè)有惰性氣體入口。
在一實例中，在所述本體內(nèi)壁上具有耐火材料層。
在另一實例中，在所述本體的底部的惰性氣體入口是可讓氣體透過但不讓鐵水通過的充氣耐火磚，所述耐火磚連接于一充氣管。
在另一實例中，在所述本體和蓋體上設(shè)置有用于連接起重裝置的掛鉤。
在另一實例中，在所述母蓋上設(shè)置有透氣孔。
在另一實例中，在所述子蓋和投料桿之間有空隙。
在另一實例中，所述所述子蓋與所述投料桿可通過選自下組的結(jié)構(gòu)相互連接螺栓連接件、鉚接件和焊接頭。
在另一實例中，所述鎂錠具有一供穿設(shè)所述投料桿的中心孔，并通過一懸掛銷固定于所述投料桿。
在另一實例中，所述投料桿的長度為可伸入所述本體的底部。
在附圖中，


圖1(a)是本實用新型一種壓鎂鋼包本體的剖視圖。
圖1(b)是本實用新型一種壓鎂鋼包母蓋的俯視圖。
圖1(c)和(d)是本實用新型一種壓鎂鋼包母蓋的剖視圖。
圖2是本實用新型一種壓鎂鋼包子蓋、投料桿和整體鎂錠的工作示意圖。
圖3(a)和(b)是本實用新型一種整體鎂錠的剖面圖和俯視圖。
本發(fā)明人針對傳統(tǒng)鎂硅鐵生產(chǎn)工藝中所出現(xiàn)的上述問題，研制出了采用爐外直接壓鎂和封閉式澆模連續(xù)澆鑄的新工藝，不僅從根本上提高了生產(chǎn)和安全和可靠性，也有效達到了控制鎂硅鐵產(chǎn)品中氧化鎂含量的目的，并解決了鎂含量偏析的問題。
鎂硅鐵冶煉生產(chǎn)步驟分為配料→冶煉(熔煉)→兌鎂→澆模(或稱為“澆鑄”)→脫?！扑?任選步驟)→包裝(任選步驟)。本發(fā)明的先進之處在于兌鎂步驟上，其余步驟與現(xiàn)有的技術(shù)基本相同或相似。
在本發(fā)明中，兌鎂步驟的改進之處在于，在基本閉合的容器中，于惰性氣體存在下，通過將鎂錠直接壓入鐵水的方式進行兌鎂，從而有效地控制金屬鎂的劇烈反應(yīng)效應(yīng)，降低金屬鎂損耗，減少氧化鎂含量，提高生產(chǎn)安全和可靠性，并解決了壓鎂過程中粘包和成品合金出現(xiàn)偏析等老大難問題。本發(fā)明的兌鎂步驟可通過使用本發(fā)明新型的壓鎂鋼包而實現(xiàn)。
本發(fā)明的爐外直接壓鎂有別于傳統(tǒng)壓鎂法的根本之處在于，使用了新型的壓鎂鋼包。本發(fā)明壓鎂鋼包具有結(jié)構(gòu)特點(1)內(nèi)層具有防粘層。本發(fā)明鋼包可在傳統(tǒng)硅鐵鋼包的基礎(chǔ)上制作。較佳地，在內(nèi)壁涂抹2-30mm，較佳地5-10mm厚的耐火泥，以解決粘包和脫包問題。
(2)在壓鎂鋼包的底部有惰性氣體入口。一種較佳的方式是在壓鎂鋼包底部裝填特種充氣耐火磚，這種耐火磚具有細小的氣孔，可以透過壓力氣體但鐵水無法滲出。磚的外部即另一頭帶有一個固定的管道并連接到外部的壓力氣體輸送管道。在實施壓鎂的瞬間，可以不斷地向鋼包內(nèi)充入不參加反應(yīng)的惰性氣體，如氮氣等。這樣，不僅降緩了金屬鎂的劇烈反應(yīng)程度，而且還使鐵水在鋼包內(nèi)呈沸騰狀，起到了充分攪拌作用，因而從根本上解決了金屬鎂流失和合金成份的偏析等問題。
適用于本發(fā)明的惰性氣體包括任何不與鐵水和鎂反應(yīng)的氣體。代表性的惰性氣體例子包括(但并不限于)氦氣、氖氣、氬氣、氮氣、以及它們的混合物。一種較佳的氣體是氮氣。
(3)特制的壓鎂鋼包的子母蓋。鋼包母蓋邊緣與鋼包壁結(jié)合緊密，從鋼包底部通入的不參加反應(yīng)的氣體將鋼包內(nèi)的空氣從鋼包母蓋中心圓洞中排除，從而保證整個壓鎂過程能夠在極少量的空氣(氧氣)的情況下進行，從而減少氧化鎂的產(chǎn)生。而鋼包母蓋中心圓洞同時作為鎂錠的填入口。
鋼包子蓋在鎂錠壓入鐵水后蓋在鋼包母蓋上。鋼包子蓋中心的圓孔可穿過鎂錠中心桿，鎂錠中心桿和鋼包子蓋留有少量孔隙，以及包蓋上的小圓洞，作為氣體出氣口，避免處于基本封閉的鋼包內(nèi)壓力過大。此鋼包蓋應(yīng)采用密度較高和耐高溫的合金澆鑄而成，牢度高，重量大，降低鋼包壓力過大可能造成的事故隱患，從預(yù)防的角度出發(fā)再次提高了生產(chǎn)的安全可靠性。同時可以使鋼包內(nèi)形成壓力狀態(tài)，始終形成氣體和合金環(huán)流，使部分氣化的金屬鎂重新被壓入鐵水中。
(4)鋼包蓋同時還具有保溫作用，可以降低能源消耗。
現(xiàn)參見
圖1。
圖1示出了本實用新型的一種壓鎂鋼包的具體結(jié)構(gòu)。它具有一壓鎂鋼包內(nèi)膛1，耐火材料層2，充氣管3，充氣耐火磚4，壓鎂鋼包底座支腳5，包體掛鉤座6，包蓋掛鉤座7，透氣孔8，壓鎂鋼包中心洞即子蓋放置處9，鋼包母蓋10，鋼包出水口包蓋位置11。
在壓鎂鋼包中，各結(jié)構(gòu)的作用或功能簡述如下1．壓鎂鋼包內(nèi)膛1為盛放鐵水，鎂錠浸入位置2．耐火材料層2外層采用普通鋼包所采用的耐火材料，內(nèi)壁涂抹10厘米厚的耐火泥，可加強保溫性能，并易于脫包。
3．充氣管3接在充氣耐火磚上，可沿鋼包外壁接出管子，并連接在氣體發(fā)生裝置或鋼瓶上。
4．充氣耐火磚4填充充氣耐火磚可以通過不參加反應(yīng)的氣體，如氮氣，氬氣等，不會透過鐵水。該結(jié)構(gòu)起者氣體入口的作用。氣體入口可有1個或多個，較佳地為1-5個，更佳地為1-3個。
5．壓鎂鋼包底座支腳5用于支撐壓鎂鋼包并保持鋼包平穩(wěn)，可以如圖式設(shè)計3個支腳，也可根據(jù)情況做4個或更多。
6．包體掛鉤座6用于行車，吊車等起重裝置掛鉤連接之用。
7．包蓋掛鉤座7用于行車，吊車等起重裝置掛鉤連接之用。
8．透氣孔8在包蓋放置在鋼包上以后，鋼包底部充氣，包膛內(nèi)壓力較大，部分氣體可以通過該透氣孔釋放，以免包膛壓力過大，鋼包蓋被掀翻。增加安全保障。該透氣孔可以是圓形，方形，梅花形，三角形等多種形狀，數(shù)量及大小根據(jù)鋼包的大小以及充氣的壓力設(shè)置。
9．壓鎂鋼包母蓋中心洞9[即子蓋放置處]為鎂錠投入孔(口)，鎂錠投入后，連接在鎂錠投料系統(tǒng)上的鋼包子蓋會同時落到鋼包母蓋上。
10．鋼包母蓋10中心圓洞設(shè)計，邊沿呈內(nèi)扣設(shè)計，可以緊貼鋼包邊緣，11．鋼包出水口包蓋位置11為配合鋼包出水口，包蓋做成相應(yīng)形狀。
在本發(fā)明中，兌鎂是通過將鎂錠直接壓入鐵水的方式進行的。所用的鎂錠可以是任何形狀的鎂錠，只要該鎂錠可通過壓鎂鋼包母蓋中心洞9。一種較佳的鎂錠如圖3所示，該鎂錠17為圓柱體，具有鎂錠中心圓孔18。
加入鎂錠可采用本領(lǐng)域現(xiàn)有的鎂錠投料方式進行。然而，優(yōu)選地是采用圖2所示的整體鎂錠投料系統(tǒng)進行。該投料系統(tǒng)具有吊環(huán)12、連接鐵環(huán)13、螺栓連接件14、壓鎂鋼包子蓋15、鎂錠中心桿16、鎂錠懸掛銷銷19、連接桿20。其中連接桿20超過鎂錠17的中心圓孔18，并在末端用鎂錠懸掛銷銷19之類的固定件固定。
圖2和圖3中各結(jié)構(gòu)的作用和功能簡述如下1．吊環(huán)12連接起重設(shè)備。
2．連接鐵環(huán)13緩沖機械壓力，在鎂錠穿過鋼包母蓋中心洞，進入鐵水時更容易。
3．螺栓式連接件14連接壓鎂裝置中心桿和鋼包子蓋，可為螺栓，鉚釘或焊接等形式。
4．壓鎂鋼包子蓋15固定在壓鎂裝置上，在鎂錠壓入鐵水時，可以同時落到鋼包母蓋上。
5．鎂錠中心桿16用于穿鎂錠之用。采用耐高溫材料制作，如沒有合適的材料，可以用普通鋼材制作。長度要求能夠插入鐵水底部。
6．鎂錠17鎂錠為圓柱或其他可配合鋼包的形狀，中心做成空心狀，可以穿過鎂錠中心桿。這種形狀的鎂錠可以充分和鐵水混合，加速熔解速度。
7．鎂錠中心圓孔18用于穿過連接桿20，并與懸掛銷19一起固定鎂錠。
8．鎂錠懸掛銷19可將鎂錠固定在鎂錠中心桿上，防止鎂錠下落?？梢圆捎媚透邷氐穆菽福蚝附悠渌腆w。如沒有合適的材料，可用普通鋼材制作。
9．連接桿20鎂錠中心桿的一部分。
本實用新型的這種整體鎂錠投料系統(tǒng)具有如下特點1)鎂錠呈圓柱形或其他合適的形狀結(jié)構(gòu)，中心的園洞可穿過鎂錠中心桿，具體要求是能夠使鎂錠配合鋼包，以最短的時間壓入鋼包，并使鎂錠能夠直接插入鐵水底部，使整個鎂錠完全浸入鐵水里予以溶化。鎂錠直徑，尺寸，和重量均應(yīng)與出爐的鐵水量成比例(如一噸的出爐鐵水，一般可以配置65公斤的整體鎂錠)。
2)鎂錠中心桿采用耐高溫的材料結(jié)構(gòu)，一端使用螺母或焊接其他固定體，以便固定鎂錠以防下落。另一端焊有吊環(huán)。如果沒有適當?shù)哪透邷夭牧?，該中心桿也可以考慮用普通鋼材制作。因為鋼鐵即使熔化在合金里也不會構(gòu)成雜質(zhì)。
3)在鎂錠中心桿上固定鋼包子蓋，可采用銷子或螺栓，或整體澆鑄，焊接等形式。使得鎂錠在壓入鐵水的同時，子蓋落在母蓋上，達到密閉的效果，使鋼包鐵水與外界空氣隔絕。
通過其內(nèi)壁涂抹耐火泥，底部裝填特種沖氣耐火磚并加有充氮裝置，特制子母蓋等一系列具有創(chuàng)益性及合理而切合實際的設(shè)計，并且爐外直接壓鎂采用了整體金屬鎂錠(區(qū)別于傳統(tǒng)工藝的分體鎂錠)直接一次性壓入的技術(shù)和工藝，這從理論和實踐上都解決了傳統(tǒng)開放式壓鎂法的弊病，達到了有效地控制金屬鎂的劇烈反應(yīng)效應(yīng)，降低金屬鎂損耗，減少氧化鎂含量，提高生產(chǎn)安全和可靠性，并解決了壓鎂過程中粘包和成品合金出現(xiàn)偏析等老大難問題。
綜上所述，用本實用新型的壓鎂鋼包所生產(chǎn)出的鎂硅鐵產(chǎn)品比原有舊工藝所生產(chǎn)出的產(chǎn)品在品質(zhì)上產(chǎn)生了飛躍，不僅能使生產(chǎn)廠家大大降低成本，更能使產(chǎn)品用戶在使用過程中也降低成本，達到事半功倍的效果。經(jīng)試產(chǎn)已實現(xiàn)了所有預(yù)期的安全、可靠、和經(jīng)濟效果。其產(chǎn)品的氧化鎂指標可以控制在0.3-0.5％，完全達到現(xiàn)代優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的水平。
下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。
最佳實施例鎂硅鐵的生產(chǎn)用電弧爐法生產(chǎn)鎂硅鐵，不同點僅在于在兌鎂步驟中采用了
圖1所示的壓鎂鋼包、圖3所示的鎂錠和圖2所示的整體鎂錠投料系統(tǒng)。其中，所用的惰性氣體為氮氣。此外，在澆鑄中采用封閉式澆鑄工藝。
對獲得的鎂硅鐵進行氧化鎂含量分析。結(jié)果表明，氧化鎂含量在0.3-0.5％之間。
此外應(yīng)理解，在閱讀了本實用新型的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求1．一種用于生產(chǎn)鎂硅鐵的壓鎂鋼包，包括一具有內(nèi)壁的本體，其特征在于，該鋼包還包括一由母蓋和子蓋構(gòu)成的蓋體，所述母蓋的邊緣緊貼所述本體的內(nèi)壁，并具有一鎂錠投料孔，所述子蓋穿設(shè)并連接一用于攜帶鎂錠進入所述鋼包的投料桿，并可覆蓋在所述鎂錠投料孔上，并且在本體底部設(shè)有惰性氣體入口。
2．如權(quán)利要求1所述的壓鎂鋼包，其特征在于，在所述本體內(nèi)壁上具有耐火材料層。
3．如權(quán)利要求1所述的壓鎂鋼包，其特征在于，在所述本體的底部的惰性氣體入口是可讓氣體透過但不讓鐵水通過的充氣耐火磚，所述耐火磚連接于一充氣管。
4．如權(quán)利要求1所述的壓鎂鋼包，其特征在于，在所述本體和蓋體上設(shè)置有用于連接起重裝置的掛鉤。
5．如權(quán)利要求1所述的壓鎂鋼包，其特征在于，在所述母蓋上設(shè)置有透氣孔。
6．如權(quán)利要求1所述的壓鎂鋼包，其特征在于，在所述子蓋和投料桿之間有空隙。
7．如權(quán)利要求1所述的壓鎂鋼包，其特征在于，所述所述子蓋與所述投料桿可通過選自下組的結(jié)構(gòu)相互連接螺栓連接件、鉚接件和焊接頭。
8．如權(quán)利要求1所述的壓鎂鋼包，其特征在于，所述鎂錠具有一供穿設(shè)所述投料桿的中心孔，并通過一懸掛銷固定于所述投料桿。
9．如權(quán)利要求1所述的壓鎂鋼包，其特征在于，所述投料桿的長度為可伸入所述本體的底部。
10．如權(quán)利要求1所述的壓鎂鋼包，其特征在于，所述投料桿是用耐火材料或普通鋼材制成。
專利摘要本實用新型提供了一種低氧化鎂鎂硅鐵的生產(chǎn)裝置——壓鎂鋼包,它包括一具有內(nèi)壁的本體,該鋼包還包括一由母蓋和子蓋構(gòu)成的蓋體,所述母蓋的邊緣緊貼所述本體的內(nèi)壁,并具有一鎂錠投料孔,所述子蓋穿設(shè)并連接一用于攜帶鎂錠進入所述鋼包的投料桿,并可覆蓋在所述鎂錠投料孔上,并且在本體底部設(shè)有惰性氣體入口。該壓鎂鋼包可有效降低鎂硅鐵中氧化鎂的含量,從而提高質(zhì)量。
文檔編號B22D41/00GK2455420SQ00259360
公開日2001年10月24日 申請日期2000年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月28日
發(fā)明者楊世工 申請人:楊世工