本发明是关于铸铁的生产，更准确地说是关于铸铁的生产及改善其综合性能的孕育剂。

铸铁一般是在化铁炉或感应加热炉中生产的，并且铸铁一般含有大约2%～4%的碳。该碳与铁紧密地熔合，同时碳在固态铸铁中所取的形态对铸铁的性能是十分重要的。如果碳取碳化铁形态，于是该铸铁叫做白口铸铁，并且具有硬而脆的物理性能，这在某些用途方面是不合乎需要的。若碳取石墨状态，则铸铁是软的且可机械加工，称之为灰铸铁。

在铸铁中，石墨可以有片状的、蠕虫状的、榴状的或球状形态及其变态。榴状或球状形态使铸铁具有最高的强度和最好塑性状态。

石墨所取的形状以及石墨与碳化铁比值可使用在铸铁凝固期间能促进形成石墨的某些添加剂加以控制。这些添加剂叫做孕育剂，而铸铁加入孕育剂则称之为孕育处理。在用铸铁浇铸铁制品时，铸造工人常常碰到在细截面铸件中产生碳化铁的麻烦事。同较大截面铸件的缓慢冷却比较起来，细截面铸件的快速冷却引起碳化铁的形成。铸铁产品中产生碳化铁，同行业称之为“冷铸”。通过测量“冷铸深度”以及测量孕育剂防止冷铸和减小冷铸深度的能力来定量确定冷铸形成，这是一种测量和比较孕育剂能力很方便的方法。

因而需要不断地寻找那些能减小冷铸深度和改善灰铸铁切削性能的孕育剂。

因为目前尚未完全了解孕育处理的精确化学过程和机理以及为什么会起孕育剂的作用，所以为向工业提供一种新的孕育剂而进行大量的研究。

可以认为，钙和其他某些元素可抑制碳化铁形成而促使石墨的形成。大多数的孕育剂含有钙元素。添加硅-铁合金通常使这些碳化铁的抑制剂容易加入，应用最广的硅-铁合金是含75%至80% 硅的高硅合金和含45%至50%硅的低硅合金。

美国专利号3，527，597发现，向含有大约小于0.35%钙和高达5%铝的含硅孕育剂添加大约0.1～10%锶可获得良好的孕育处理能力。本文参考了美国专利号3，527，597。

目前已经发现，向含锶的含硅孕育剂添加锆会增加该孕育剂的效率。这确实是惊人的和意想不到的，因为含锆的含硅孕育剂不能产生和含锶的含硅孕育剂一样好的结果。于是，通过向含锶的含硅孕育剂添加锆而获得完全叠加的高效果。

也十分意外地发现了，向含锶的含硅孕育剂添加钛也会增加该孕育剂的效率。这是惊人的发现，因为钛的含硅孕育剂的效率比含锶的含硅孕育剂低。于是，向含锶的含硅孕育剂添加钛预期会降低含锶的含硅孕育剂的效率。但是，完全意想不到，竟出现正好相反的叠加效率。

另外又发现，向含锶的含硅孕育剂添加锆和钛会增加该孕育剂的效率。如上述所指出的那样效率也是叠加的，单独的含锆的含硅孕育剂，或是单独的含钛的含硅孕育剂的效率比含锶的含硅孕育剂低。但是加进了锆和钛添加剂竟提高含锶的含硅孕育剂的效率，这是完全惊人和意想不到的。

已经发现，本发明孕育剂的锶含量应该在大约0.1～10%之间。该孕育剂最好含大约0.4～4%锶，而用大约0.4～1%之间的锶含量可获得更佳的效果。好的工业孕育剂含有1%锶。

本发明锆的含量应该在大约0.1～15%之间，最好在大约0.1～10%之间。采用锆含量大约0.5～2.5%的将获得最好的效果。

并且，已经发现，本发明钛含量应该在大约0.1～20%，最好大约为0.3～10%。当钛大约为0.3～2.5%时可获得最好效果。

当同时向含锶的含硅孕育剂添加锆和钛时，锆和钛的含量是和单独添加锆或钛的数量相同。换句话说，当在含锶的含硅孕育剂中同时含有的锆和钛在本发明的范围内时，锆的含量大约在0.1～15%之间和钛大约在0.1～20.0%之间。含锆和钛的本发明的孕育剂最好含有大约0.1～10%锆和大约0.3～10%钛。以大约含0.5～2.5%锆和大约0.3～2.5%钛的孕育剂为本发明的最佳模式。因此很清楚，如含有大约0.5锆和大约1.5%钛的孕育剂即在本发明的范围内。采用大于本发明规定的锶、锆和钛的含量，不会有特别的优点，而只能导致孕育剂成本的增加，以及由于过量易反应元素的添加剂而引起的夹渣使浇铸产生缺陷。

而且，根据本发明，钙含量不应该超过大约0.35%，最好大约在0.15%以下。当钙含量大约在0.1%以下时可得到最好的结果。

虽然孕育剂可以含有铝，但这不是必需的。在含有铝时，其含量不应超过大约5%。

孕育剂中的硅含量范围可以在大约15%和90%之间，而最好在该孕育剂中含有约40%～80%的硅。

可以用一般原料以任何常规的方法制造本发明的孕育剂。一般说来，待硅-铁熔池形成后，锶金属或硅化锶和富锆材料一起加入于该熔池;锶金属或硅化锶和富钛材料或富锆和富钛两种材料一起加入该熔池。最好使用埋孤电炉来产生硅-钛熔池。调整该熔池中的钙含量，一般使钙含量降低到0.35%以下。然后向此熔池添加锶金属或硅化锶和富锆材料、富钛材料或富锆和富钛两种材料。用任何常规的方法完成向熔融液添加锶金属或硅化锶，富锆材料和富钛材料。尔后用常规方法把熔体进行浇铸和凝固。

然后用常规方法磨碎固体的孕育剂，使其容易添加到铸铁熔体中去。被磨碎的孕育剂的尺寸取决于孕育处理的方法，例如，用于铁水包孕育处理的磨碎的孕育剂的尺寸比用于锭模孕育处理的磨碎的孕育剂大。当把固体孕育剂磨碎到大约0.9525厘米以下时，得到了满意的铁水包孕育处理的结果。

制造该孕育剂的另一个方法是分层地把硅、铁、锶金属或硅化锶和富锆材料、富钛材料或富锆或富钛材料置于反应容器中，尔后使其熔化而形成熔池。再按上述所示的方法，使熔池凝固和磨碎。

孕育剂的基体合金最好是用任何常规方法可以得到的硅-铁，例如用常规方法产生石英和废铁的熔体，但是，也可以用已经形成的硅-铁或硅金属和铁。也可以用铜-硅合金。

该孕育剂不管使用硅-铁，或铜-硅合金都不成问题，但孕育剂的硅含量大约为15%～90%，并且最好大约为40%～80%。在用硅-铁基体合金制造孕育剂时，除了所有的其他元素外，剩余的重量百分数或剩余部分便是铁。当采用硅-铜合金时，孕育剂的铜含量最好不超过30%。孕育剂含 铜和铁也是可能的。当该孕育剂含铜和铁时，最好该孕育剂的含铜量不超过30%。

钙通常存在于石英、硅-铁和其他添加剂中，这样熔融合金中的钙含量一般将超过0.35%。因此，必须把合金中的钙含量调低，使该孕育剂的钙含量在规定范围内。这种调节可用常规方法进行。

成品合金中的铝也会以各种添加剂中的杂质带入该合金。如果需要，也可从任何其他普通铝源添加铝或者以常规技术从合金提炼出的铝来添加。

人们未能精确地知道孕育剂中锶的准确化学形式或结构。当用不同成分的熔池制造该孕育剂时，相信锶在孕育剂中是以硅化锶（SrSi2）形式存在的。但是，不管孕育剂如何形成，相信孕育剂中可接受的锶形式为锶的金属和硅化锶。

从锶的主要矿石菱锶矿（碳酸锶SrCO3）和天青石（硫酸锶SrSO4）很难提炼出锶金属。在生产该孕育剂的过程中，采用锶金属是不经济的，最好采用锶矿石制造该孕育剂。

美国专利号3，333，954公开了制造含有满意锶形式的含硅孕育剂的方便方法，其中锶源是碳酸锶或硫酸锶。这种碳酸盐和硫酸盐是加入于硅-铁熔池中。而该种硫酸盐的添加则以进一步添加助熔剂来完成。介绍了以碱金属的碳酸盐、氢氧化钠和硼砂作为合适的助熔剂。美国3，333，954专利的方法包括在足以使所需的锶进入该硅-铁合金的温度下和时间周期，向钙和铝杂质低的熔融硅-铁合金添加富锶材料。本发明参考了美国专利3，333，954号，并揭示了一种合适的制备含锶的含硅孕育剂的方法，可以向该孕育剂或是添加富锆材料、富钛材料，或是添加富锆和富钛两种材料，以便形成本发明的孕育剂。向硅-铁熔池添加富锆材料、富钛材料或富锆和富钛两种材料，可以通过或是在富锶材料添加的前、后，或是在添加富锶材料期间来完成。可采用任何的常规方法完成富锆材料、富钛材料或富锆和富钛两种材料的添加。

众所周知，锶是一种很容易挥发和易反应的元素，一般添加到熔融液中的锶大约只有50%进入孕育剂。在决定孕育剂中所需的含锶量时，必须把上述情况考虑进去。

富锆材料可来自任何普通的锆源，例如，硅锆合金、锆金属和锆合金废料。

富钛材料可来自任何普通的钛源。

在成品孕育剂中含有常规的微量元素或残余杂质。最好把孕育剂中的残余杂质保持在下限。

在本说明书和权项中，元素的百分数，除非另有说明，均指凝固的最终产品中的重量百分数。

孕育剂最好由上文所描述的不同成分的熔负混合物产生，但是，冷铸深度的改善经验是来自用干燥混合物的形式或包括所有没有形成熔融混合物成分的生团块制造本发明孕育剂。在一个合金中也有可能使用两个或三个成分，尔后或者以干燥形式，或者以生团块形式向被处理的熔融铁池添加其他一些成分。于是，在本发明的范围内，产生含锶的含硅孕育剂并把它和具有富锆材料、富钛材料或与这两种材料一起使用。

用任何常规方法使孕育剂加入于铸铁中。但是最好尽可能在接近最终浇铸时添加该孕育剂。一般，使用铁水包和流束孕育处理可以获得很好的结果。也可使用锭模孕育处理。流束孕育处理是当熔融流束注入锭模时，向熔融流束添加孕育剂。

添加的孕育剂的数量将可变化，并且可以使用常规方法来确定添加孕育剂的数量。当采用铁水包孕育处理时，每吨铸铁添加大约2.268～2.722公斤孕育剂可获得满意的结果。

至此本发明详述的虽然主要涉及向铸铁添加本发明的孕育剂以产生灰铸铁，但是也有可能向熔体添加本发明的孕育剂以减少球墨铸铁的冷铸。

下面的一些实例用以说明本发明。

实例1

本实例说明制造本发明孕育剂的一种方法。

把硅金属、硅锶、铝立方体和阿姆柯铁或是和硅锆、钛金属一起，或是和锆与钛金属的混合物一起分层地放到13.608公斤感应加热炉的石墨炉缸中。所有的成分均由普通料源得来。阿姆柯铁是普通的纯铁源，一般纯度为99%。阿姆柯铁的典型工业分析为：

表Ⅰ

成分    百分数

碳    0.03

锰    0.07

磷    0.006

硫    0.008

铁    其余

通过在部分氩气覆盖下，该熔池保持在尽可能 低的温度并把氧化损失减少到最低限度下熔化该组合物。把所得到的熔融混合物浇铸到石墨埚中，凝固后接着进行磨碎。

孕育剂中的各种成分数量必须控制，以便使其符合于本发明规定的范围。用一般的方法可做到这一点。

因此，根据本发明可制造满意的孕育剂。

实例2

本实例说明制造本发明孕育剂的另一个方法。

按常规方法，进入埋孤电炉中的石英、废铁和碳源起反应产生硅铁，其中硅含量为熔融液总重量的15%至90%范围内。用常规方法将硅-铁中的钙量调整到大约0.02%。再把硅锶合金和硅锆合金、硅锶合金和钛金属混合物，或硅锶合金和两者的混合物添加到该熔融液中。众所周知，当把锶添加到液态硅-铁时，锶很易挥发和很易起反应，因此随着添加情况不同，添加的量将有些变化。一般发现，加入于硅铁的锶，只有50%保持在该孕育剂中。在任何情况下，孕育剂中的锶、锆、钛和钙的含量均在如上所述的范围内，例如，分别为大约0.1～10%、大约0.1～15.0%、大约0.1～20.0%和小于大约0.35%。

锶和锆、锶和钛或锶和锆、钛两者，以常规方法将该合金凝固和磨碎到直径为0.9525厘米以适用于铁水包孕育处理。

由此，制得本发明适宜的孕育剂。

实例3

本实例说明用本发明含锶和锆的含硅孕育剂孕育处理铸铁并由此获得冷铸深度（冷硬白口层深度），从而同一种工业的含锶的含硅孕育剂比较。

在120千瓦感应加热炉的氧化镁炉缸中，制备45，36公斤普通铸铁的熔池。在炉子上面放置一个每小时可以有0.28米3氩气流过的石墨盖。

氩气形成了一种保护气氛，因此把氧化损失减少到最低限度。在准备出铁水时，除去熔池面上的渣并升温到1510℃。该熔池的分析给出如下的典型结果：

表Ⅱ

成分    重量%

总碳量    3.20

硅    2.10

硫    0.10

磷    0.10

锰    0.80

钛    0.02

铬    0.02

铁    其余

铁水包孕育方法可用于处理铸铁。在气体燃烧炉中，将粘土-石墨（N10）炉缸预热到1025℃。将铁水包移到感应加热炉，在那里用秤计量出6公斤铸铁。向出铁的铁水流（从炉子到铁水包）添加孕育剂。在孕育处理进行之前，通常允许在铁水包底上堆积少量残余铁水。当出铁而残留有铁水的时候添加孕育剂。孕育剂是以0.3%的合金添加剂添加入，该数量相当于每吨铁水加2.722公斤孕育剂。用热电偶监测被处理的金属温度。在金属冷却的情况下，除去在金属表面形成的任何的渣。

当炉缸中的金属达到1325℃时，将其注入4C冷铸块中。4C冷铸块的冷铸深度的平均值提供了下列表Ⅲ的数据。（见文后表Ⅲ）

在锶含量保持相对恒定的情况下，用变化锆的数量制备壕发明的孕育剂。使用前面一些例子中所示的方法来制备各种不同的孕育剂。在前面的表Ⅲ中给出了锶和锆的百分数和经孕育处理的铸铁的冷铸深度。

一般，表Ⅲ的每个孕育剂除了上述指出的项目外，还有典型化学分析所示的大约75%硅、大约小于0.1%钙、大约0.5%铝（最高含铝量）、其余为含有常规量杂质的铁。在1978年第四版本的美国材料试验协会标准A367-60（1972年重新批准）中详述了冷铸深度大小的草案。使用了美国材料试验协会标准A367-60方法中的B方法。砂芯用油粘结和固化。采用单个砂芯而不是组合砂芯。冷铸板是钢制品并不用水冷却。本发明参考了1978年第四版本的美国材料试验协会标准A367-60（1972重新批准）。按照美国材料试验协会标准A367-60的方法测量冷铸深度。

工业含锶含硅的和埃尔凯姆（ElKem）金属公司以萨帕西特（SUPPERSEED）名称出售的孕育剂使用与这里相同的试验条件，所得到的典型冷铸深度大约为6.0毫米。萨帕西特（SUPERSEED）的典型化学分析为：

表Ⅳ

成分    %

硅    大约75

锶    大约0.8

钙    ＜0.1

铝    ＜0.5

铁    其余

残余杂质    常规

因此，很明显，同只含锶的孕育剂比较，显示本发明的孕育剂结果优良。

实例4

本实例说明用本发明含锶和钛的含硅孕育剂孕育处理铸铁并由此获得改善的冷铸深度。

按实例3所示的方法制备铁的熔池。根据本发明制备孕育剂。此时，把锶的百分数含量保持相对恒定，而变化钛的含量。表Ⅴ说明了每一孕育剂的锶和钛的百分数含量，和孕育处理的铸铁产生的冷铸深度。冷铸棒的制备及冷铸深度的测量是采用4C冷铸棒。该冷铸棒和前面实例3所示的那些等同。（见文后表Ⅴ）

一般每一孕育剂都有典型化学分析的结果：大约75%硅、大约小于0.1%钙、大约0.5%的最高含铝量、其余为含常规杂质量的铁以及前面表Ⅴ所示的锶和钛含量。

很明显，同实例3中的工业孕育剂萨帕西特（Supperseed）比较之后，本发明含锶和钛的含硅孕育剂产生的冷铸深度优于工业孕育剂萨帕西特，使用与这里相同的试验条件，萨帕西特一般产生的冷铸深度为6毫米。

实例5

本实例说明用本发明孕育剂可获得叠加效应。根据本发明制备孕育剂，并且以此孕育处理一般的熔融铁。制成4C冷铸棒，其后测量冷铸深度。这些试验结果如下：（表文后表Ⅵ）

试样42是用萨帕西特孕育剂进行孕育处理的。试样43和46的制备同实例Ⅰ所示的方法，但仅含有锆或钛。一般，每一孕育剂除了有上述所示的锶、锆和钛含量以外，还有典型化学分析所示的大约75%硅、大约小于0.1%钙、大约0.5%（最高含铝量）其余为铁和常规的微量残余杂质。

从上述的数据可以清楚地看到，由锶同锆或同钛组合所得到的结果是完全叠加的。没有锶的只含锆或含钛孕育剂产生的效果较含锶孕育剂的差，因此向含锶孕育剂添加锆或钛是叠加的效应，产生优于只含锶孕育剂的结果。

实例6

在本实例中，向熔融的铁熔体添加工业含锶的含硅孕育剂萨帕西特和锆硅的混合物。下表中列出了与工业孕育剂混合的硅锆合金或钛金属的数量。（见文后表Ⅶ）

进行铁水包孕育处理，并且如上述实例3所示按美国材料试验协会A367-60标准采用4C冷铸块测试每个不同处理的试样的冷铸深度。工业孕育剂试样49是萨帕西特（SUPERSEED）。

很明显，虽然锆和钛同工业的含锶孕育剂只进行了混合，却产生了比没有锆和钛的孕育剂更好的效果。

实例7

本实例说明制造本发明孕育剂的方法以及处理铁水以制造灰铸铁。用本发明孕育剂的处理铁水池，同时与未处理的铸铁和用工业含锶的含硅孕育剂萨帕西特（SUPERSEED）处理的铸铁进行比较。

13.608公斤磅感应加热炉的石墨炉缸放置硅金属、硅锶合金、铝立方晶体和阿姆柯铁。

向炉缸中的组合物添加硅锆合金。通过在部分氩气保护层下熔化组分和尽可能维持低的熔池温度，把氧化损失减少到最低限度。把该合金铸到石墨埚中，接着将其磨碎为0.9525厘米×65M。将部分磨碎的材料供作化学分析。下面给出了按上述方法制造的本发明孕育剂的化学成分和工业含锶的含硅孕育剂的化学成分。（见文后表Ⅷ）

两种孕育剂均含有常规的残余杂质量。

其次，用生铁、如上所介绍的阿姆柯铁、硅金属、电解锰、硅铁合金和硫化铁装入氧化镁炉缸中的方法，制造若干铁熔体。采用45.36公斤感应加热炉来熔化这些成分，并且保持在部分氩气保护层下，使氧化损失减少到最低限度。基本铁熔体具有如下的典型化学分析：

表Ⅸ

成分    %

总碳    3.20

硅    2.10

锰    0.80

磷    0.10

硫    0.10

铁    其余

残余杂质    常规

把熔体进行搅拌，并从溶体上面除去渣。尔后在准备出铁时，将熔池温度升高1510℃。并按各个7公斤的铁水包出铁。每炉铁水的第一个铁水包不用孕育剂进行孕育处理。其余的每个铁水包以含0.30%合金添加剂的孕育剂进行孕育处理。根据美国材料试验A367-60标准制作4C冷铸棒以及测量其冷铸深度。三个试样的冷铸深度平均值如下：

表Ⅹ

冷铸深度（毫米）

不加孕育剂    14.8

用本发明孕育剂处理    2.4

用工业孕育剂处理    6.2

工业含锶的含硅孕育剂是由埃尔凯姆（Elkem）金属公司生产的，其销售商标为萨帕西特（SUPERSEED）。

很明显，本发明孕育剂远比普通工业孕育剂或未经处理的试样产生的效果好。

不言而喻，文中为了说明而举的最佳实施例是用来包括本发明最佳实施例的所有变化和改良，这并不构成违背本发明的精神和范围。

表Ⅲ

试样编号    %Zr    %Sr    冷铸深度（毫米）

1    0.12    0.72    2.3

2    0.14    0.79    4.8

3    0.24    0.83    2.0

4    0.25    0.82    4.6

5    0.58    0.86    3.0

6    0.72    0.73    4.6

7    0.93    0.94    1.9

8    0.95    0.60    5.4

9    1.00    0.83    1.6

10    1.32    0.80    3.5

11    1.53    0.84    2.4

12    1.54    0.75    3.6

13    1.70    0.75    2.4

14    2.00    0.75    4.7

15    1.90    0.64    2.8

16    2.22    0.91    1.7

17    2.28    0.60    3.3

18    3.15    0.81    2.0

19    3.10    0.88    4.6

20    5.69    0.95    2.7

21    11.54    0.97    4.9

表Ⅴ

试样编号    0.13    0.92    5.2

22    0.22    0.70    3.2

23    0.30    0.77    3.8

24    0.60    0.99    3.3

25    0.75    0.82    5.7

26    0.79    0.93    4.5

27    0.83    0.54    4.4

28    0.95    0.70    4.4

29    1.10    0.94    3.9

30    1.51    1.05    4.3

31    1.31    0.49    5.2

32    1.21    0.74    3.8

33    1.68    0.75    3.8

34    2.00    0.84    4.8

35    2.28    0.70    3.2

36    2.48    0.94    5.3

37    2.96    0.83    4.6

38    5.02    1.23    5.1

39    10.19    1.23    4.5

40    15.16    平均冷铸深度（毫

41    %Sr    米）

%Ti    0.98    4.6

表Ⅵ

试样编号    0.64    -    -    12.7

-    1.95    -    2.4

42    0.76    1.70    -    2.4

43    0.84    1.53    1.00    11.2

44    -    -    0.60    3.9

45    0.77    -    1.68    3.8

46    0.74    -    平均冷铸

47    %Zr    %Ri    深

48    度（毫米）

%Sr    -    6.2

表Ⅶ

试样编号    钛金属数量    硅锆合金数量    平均冷铸深度

（克）    （克）    （毫米）

49    -    -    6.2

50    2.70    -    5.5

51    -    0.54    5.0

表Ⅷ

成分%    本发明    工业孕育剂

硅    75.45    77.59

锶    0.48    0.64

钙    0.045    0.038

铝    0.32    0.34

锆    1.53    -

铁    其余    其余