CN101407884A

CN101407884A - 一种风能设备铸件的熔炼工艺

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Publication number: CN101407884A
Application number: CNA2008101944946A
Authority: CN
Inventors: 李建逸; 宋忠波; 庄志平; 朱年根; 施允辉; 姜茂斌
Original assignee: CHANGZHOU ZHUORUN WIND POWER EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: CHANGZHOU ZHUORUN WIND POWER EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2009-04-15

Abstract

本发明公开了一种风能设备铸件的熔炼工艺，适用于壁厚60mm～200mm的风能设备铸件的熔炼生产，包括以下步骤：a.将特殊要求的新生铁、废钢和增碳剂送入熔化电炉进行熔炼，b.熔化后的高温铁水通过脱硫剂进行脱硫处理，c.脱硫后的铁水回入保温电炉内，进行成分调整，并加入增碳剂，对铁水中的石墨进行晶核预处理，d.对铁水进行球化处理，e.铁水中加入孕育剂进行孕育处理，f.将铁水浇注至铸造砂型，g.铸件浇注完后自然冷却至500℃～550℃时开箱。本发明所提供的一种风能设备铸件的熔炼工艺，其能提高风能设备所用球墨铸铁件的球化率，使铸件具有良好的抗拉强度、延伸率和在低温环境下的高冲击韧性，从而满足风能设备对所用铸件的要求。

Description

一种风能设备铸件的熔炼工艺

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，尤其是一种风能设备铸件的熔炼工艺。

背景技术

铸件是风能设备中的主要构件，包括装置叶片的轮毂、底座、齿轮箱、机械台架等构件，该类铸件的壁厚一般在60mm～200mm，为铁素体球墨铸铁件，要求的抗拉强度σ_b≥370N/mm²，屈服强度σ_0.2≥240N/mm²，延伸率δ(％)≥12，-20℃冲击吸收功J：3次平均值≥10，单个值≥7，铸件基体组织铁素体≥90％，金相组织的球化等级为2～3级，石墨球大小为5～8级，因此要全面控制铸件的化学成分、显微组织和力学性能，硅和磷以及合金元素的含量要低，而球化率要高。由于风能设备所用的铸件形状都是壳体形，如果进行热时效处理，一些关键部位就会发生微小变形，影响尺寸精度，因此按产品规范和用户要求是不允许对铸件进行时效处理的，同时风能设备所用的铸件基本上是匀壁的球墨铸铁件，对铸造熔炼和凝固工艺处理有极高的要求，如熔炼工艺选用不当，特别容易造成铸件化学成分和内部微观金相组织不符合要求，球化率不良，难以满足风能设备对铸件本体机械性能的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种风能设备铸件的熔炼工艺，其能提高风能设备所用球墨铸铁件的球化率，使铸件具有良好的抗拉强度、延伸率以及在低温环境下的高冲击韧性，从而满足风能设备对所用铸件的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种风能设备铸件的熔炼工艺，包括以下步骤：a：将按一定比例配置好的新生铁和废钢投入熔化电炉，同时加入粒度为1mm～5mm增碳剂一起进行熔炼，b：对熔化后的高温铁水通过脱硫剂进行脱硫处理，c：脱硫后的铁水回入保温电炉内，加入粒度为0.7mm～1.2mm的增碳剂，增碳剂加入量为铁水总量的0.02％～0.25％，对铁水中的石墨进行晶核预处理，d：对铁水进行球化处理，球化剂加入量为铁水总量的1.6％～1.7％，e：对球化处理后的铁水加入孕育剂进行孕育处理，f：将铁水浇注至铸造砂型，g：铸件浇注完后自然冷却至500℃～550℃时开箱。

为保证脱硫和晶核预处理的效果，所述的脱硫剂中所含化学物的质量百分比为CaO 60％～70％，CaC 30％～40％，增碳剂中所含C元素的质量百分比不小于99％，所含S元素的质量百分比不大于0.030％。

为提高铸件的球化率，所述的球化处理时选用的球化剂采用粒度均为10mm～25mm的重稀土球化剂和轻稀土球化剂搭配使用，其中重稀土球化剂占球化剂总量的50％～60％，轻稀土球化剂占球化剂总量的40％～50％，重稀土球化剂中含有的Mg元素的质量百分比为6％～8％，Re元素的质量百分比为2％～3％，Si元素的质量百分比为42％～44％；轻稀土球化剂中含有的Mg元素的质量百分比为5.55％～6.15％，Re元素的质量百分比为0.85％～1.15％，Si元素的质量百分比为44％～48％，Ca元素的质量百分比为0.8％～1.2％，Al元素的质量百分比为0.4％～1.0％。

为更好地促进铸铁内部组织的石墨化，增加石墨球数量，所述的孕育处理分四次进行，依次为与球化处理同时进行的覆盖冲入孕育，选用粒度为3mm～8mm的高钙钡硅铁孕育剂，加入量为铁水总量的0.3％～0.4％；出铁随流孕育，选用粒度为3mm～8mm的高钙钡硅铁孕育剂，加入量为铁水总量的0.3％～0.4％；铁水包液面浮硅孕育，选用块度为40mm～60mm的硅铁，加入量为铁水总量的0.1％；浇注随流孕育，选用粒度为0.2mm～0.7mm的硫氧孕育剂，加入量为铁水总量的0.1％，所用的高钙钡硅铁孕育剂中含有的Si元素的质量百分比为73％～78％，Ba.元素的质量百分比为0.75％～1.25％，Ca元素的质量百分比为0.75％～1.25％，Al元素的质量百分比为0.75％～1.25％；硅铁中含有的Si元素的质量百分比为74％～80％；硫氧孕育剂中含有的Si元素的质量百分比为70％～76％，Ca元素的质量百分比为0.75％～1.25％，Ce元素的质量百分比为1.5％～2.0％，Al元素的质量百分比为0.75％～1.25％，硫元素加上氧元素的总含量不大于硫氧孕育剂总量的1％。

本发明的有益效果是，本发明采用以上方案后，可极大地提高铸件的球化率，更好地促进铸铁内部组织的石墨化，增加石墨球数量，使铸件化学成分和内部微观金相组织满足风能设备对铸件本体机械性能的要求，同时铸件在浇注完后在砂箱中缓慢自然冷却，保持足够长的时间，使铸件在类似于热处理的条件下冷却，可使铸件内部的共晶转变过程向有利于铁素体转化方向进行，省去了铸件浇注完后的时效热处理，减少了工序，节约了成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的工艺流程框图。

具体实施方式

按照图1所示的熔炼工艺流程，以下实施例按10吨熔化电炉的最大容量12吨来配料熔炼。

名称	新生铁	废钢	增碳剂	硅铁	锰铁
名称	新生铁	废钢	增碳剂	硅铁	锰铁	牌号	Q8	20	Si75	Mn65
配比	85％	15％	0.22％	脱硫后调整	脱硫后调整	牌号	Q8	20	Si75	Mn65

其中新生铁中含有的C元素的质量百分比为4.4％，Si元素的质量百分比为0.75％，Mn元素的质量百分比为0.09％，P元素的质量百分比为0.025％，S元素的质量百分比为0.018％，其余为Fe元素，废钢中含有的C元素的质量百分比为0.22％，Si元素的质量百分比为0.18％，Mn元素的质量百分比为0.27％，P元素的质量百分比为0.025％，S元素的质量百分比为0.018％，其余为Fe元素，增碳剂选用粒度为1mm～5mm的增碳剂，所用增碳剂中含有的C元素的质量百分比为99.5％，S元素的质量百分比为0.025％。在对熔化电炉检查合格后，即可将配好的原料投入电炉，首次投料入炉必须是小料轻料，以防砸坏炉底，同时将增碳剂一起加入，炉料加满后即可送电熔炼，当炉料还剩下上层炉料没有熔化时便加入下批炉料，直至熔化结束。炉料熔化后，在1400℃左右时取光谱试样进行化学成分分析，当熔化后的铁水中硫的质量含量超过0.02％时，在炉外对铁水进行脱硫处理，所用脱硫剂中所含化学物的质量含量为CaO 65％，CaC 35％，脱硫后的铁水回入20吨的保温电炉内，与此同时，加入占铁水总量0.25％、粒度为0.7mm～1.2mm、化学成分同前的增碳剂，边回铁水边加入增碳剂，保温电炉小功率送电搅拌，从而对铁水中的石墨进行晶核预处理，改善石墨的结构组织，当保温电炉装满后，升温搅拌，温度达1400℃左右时，再次取光谱试样进行化学成分分析，根据分析结果，对保温电炉内铁水的化学成分进行微调直至符合球化处理时对铁水成分的要求。

当铁水的化学成分符合进行球化处理时，即可采用特型球化剂双层装包冲入法对铁水进行球化处理，球化处理时选用的球化剂采用粒度均为10mm～25mm的重稀土球化剂和轻稀土球化剂搭配使用，球化剂加入量为铁水总量的1.7％，其中重稀土球化剂占球化剂总量的60％，轻稀土球化剂占球化剂总量的40％，重稀土球化剂中含有的主要元素所占重稀土球化剂的质量百分比为：Mg为7.5％，Re为2.5％，Si为43％，轻稀土球化剂中含有的主要元素所占轻稀土球化剂的质量百分比为：Mg为5.85％，Re为1.0％，Si为46％，Ca为1.0％，Al为0.7％。双层装包时的装包顺序从下到上依次为：占铁水总量1.02％的重稀土球化剂，占铁水总量0.2％的高钙钡硅铁孕育剂，占铁水总量0.68％的轻稀土球化剂，占铁水总量0.2％的高钙钡硅铁孕育剂，同时加入占铁水总量0.0025％的微量元素锑，提高铸件内部石墨球的圆整度，压铁选用经除锈处理的Q8新生铁，重量为300Kg，在对铁水进行球化处理的同时，通过双层装包时加入的高钙钡硅铁孕育剂对铁水进行覆盖冲入孕育处理，以促进铁水的石墨化，防止出现碳化物，所用的高钙钡硅铁孕育剂中含有的主要元素所占高钙钡硅铁孕育剂的质量百分比为：Si为75％，Ba为1.0％，Ca为1.0％，Al为1.0％，其粒度为3mm～8mm。电炉出铁时对铁水进行出铁随流孕育，同样选用粒度为3mm～8mm的高钙钡硅铁孕育剂，加入量为铁水总量的0.4％，出铁时的温度为1460℃。整个球化反应时间为3分钟左右，球化反应结束后迅速扒渣，同时取样进行光谱试样分析，取样后在铁水包的液面加入块度为40mm～60mm的硅铁，硅铁中Si的质量百分比为75％，加入量为铁水总量的0.1％，对铁水进行铁水包液面浮硅孕育，当硅铁完全将铁水面覆盖好，等待光谱试样分析检测合格后即可进行浇注。

在向浇注砂箱浇注时同时对铁水进行浇注随流孕育，浇注随流孕育选用粒度为0.2mm～0.7mm的硫氧孕育剂，加入量为铁水总量的0.1％，所用的硫氧孕育剂中含有的主要元素所占硫氧孕育剂的质量百分比为：Si为74％，Ca为1.15％，Ce为1.75％，Al为1.0％，硫元素加上氧元素的总含量不大于硫氧孕育剂总量的1％。浇注结束后将浇注座包内的铁水适当搅拌一下，在1340℃时拔塞，总浇注时间保持在15分钟之内。

铸件浇注完后自然冷却至500℃～550℃时开箱，由于铸件在浇注完后在砂箱中缓慢自然冷却，保持足够长的时间，使铸件在类似于热处理的条件下冷却，因此可使铸件内部的共晶转变过程向有利于铁素体转化方向进行，并避免了铸件的低温回火脆性，省去了铸件浇注完后的时效热处理，减少了工序，节约了成本。

最终所得的可用于风能设备制造的铸件中各化学元素所占铸件的质量百分比为：C 3.72％ Si 1.90％ Mn 0.148％ P 0.020％ S 0.010％ Ti 0.025％ Mg0.050％ Re 0.015％ Cr 0.0085％ Cu 0.009％ V 0.0015％ Al 0.025％ Pb0.0009％ Bi 0.0009％，其余为Fe元素。

Claims

1.一种风能设备铸件的熔炼工艺，适用于壁厚60mm～200mm的风能设备铸件的熔炼生产，其特征是：包括以下步骤：

a：将新生铁和废钢以及粒度为1mm～5mm增碳剂送入熔化电炉进行熔炼。

b：熔化后的高温铁水通过脱硫剂进行脱硫处理。

c：脱硫后的铁水回入保温电炉内，加入粒度为0.7mn～1.2mm的增碳剂，加入量为铁水总量的0.02％～0.25％，对铁水中的石墨进行晶核预处理，并对铁水进行成分调整。

d：对铁水进行球化处理，球化剂加入量为铁水总量的1.6％～1.7％。

e：铁水中加入孕育剂进行孕育处理。

f：将铁水浇注至铸造砂型。

g：铸件浇注完后自然冷却至500℃～550℃时开箱。

2.根据权利要求1所述的一种风能设备铸件的熔炼工艺，其特征是：所述的步骤a中的原材料包括新生铁和废钢；步骤a和步骤c所述的增碳剂中含有的C元素的质量百分比不小于99％，S元素的质量百分比不大于0.030％；步骤b所述的脱硫剂中CaO的质量百分比为60％～70％，CaC的质量百分比为30％～40％。

3.根据权利要求1所述的一种风能设备铸件的熔炼工艺，其特征是：所述的球化剂采用粒度均为10mm～25mm重稀土球化剂和轻稀土球化剂搭配使用，其中重稀土球化剂占球化剂总量的50％～60％，轻稀土球化剂占球化剂总量的40％～50％。

4.根据权利要求3所述的一种风能设备铸件的熔炼工艺，其特征是：所述的重稀土球化剂中含有的Mg元素的质量百分比为6％～8％，Re元素的质量百分比为2％～3％，Si元素的质量百分比为42％～44％；轻稀土球化剂中含有的Mg元素的质量百分比为5.55％～6.15％，Re元素的质量百分比为0.85％～1.15％，Si元素的质量百分比为44％～48％，Ca元素的质量百分比为0.8％～1.2％，Al元素的质量百分比为0.4％～1.0％。

5.根据权利要求1所述的一种风能设备铸件的熔炼工艺，其特征是：所述的步骤e中的孕育处理分四次进行，依次为覆盖冲入孕育，选用粒度为3mm～8mm的高钙钡硅铁孕育剂，加入量为铁水总量的0.3％～0.4％；出铁随流孕育，选用粒度为3mm～8mm的高钙钡硅铁孕育剂，加入量为铁水总量的0.3％～0.4％；铁水包液面浮硅孕育，选用块度为40mm～60mm的硅铁，加入量为铁水总量的0.1％；浇注随流孕育，选用粒度为0.2mm～0.7mm的硫氧孕育剂，加入量为铁水总量的0.1％。

6.根据权利要求5所述的一种风能设备铸件的熔炼工艺，其特征是：所述的高钙钡硅铁孕育剂中含有的Si元素的质量百分比为73％～78％，Ba元素的质量百分比为0.75％～1.25％，Ca元素的质量百分比为0.75％～1.25％，Al元素的质量百分比为0.75％～1.25％；硅铁中含有的Si元素的质量百分比为74％～80％；硫氧孕育剂中含有的Si元素的质量百分比为70％～76％，Ca元素的质量百分比为0.75％～1.25％，Ce元素的质量百分比为1.5％～2.0％，Al元素的质量百分比为0.75％～1.25％，硫元素加上氧元素的总含量不大于硫氧孕育剂总量的1％。