CN101508008A

CN101508008A - 一种瞬时孕育方法

Info

Publication number: CN101508008A
Application number: CNA2009100107879A
Authority: CN
Inventors: 宫俊波
Original assignee: LIAONING LONGDA GROUP BAIXINGDA FOUNDRY CO Ltd
Current assignee: LIAONING LONGDA GROUP BAIXINGDA FOUNDRY CO Ltd
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2009-08-19

Abstract

本发明涉及一种瞬时孕育方法。本发明是提供一种孕育效果好，提高铸件质量一致性，可用于生产性能要求极高的、可抗低温冲击大断面球铁的风力发电铸件的瞬时孕育方法。本发明采用浇口杯浇注，铁水以恒定流速浇入直浇道，其特征在于浇注同时将瞬时孕育剂从砂箱顶部匀速加入，通过管道进入砂箱内的直浇道，瞬时孕育剂与直浇道内呈半充盈状态的铁水混合后注入型腔。

Description

一种瞬时孕育方法

技术领域

本发明涉及一种瞬时孕育方法，尤其是采用浇口杯浇注方式铸造风力发电铸件的瞬时孕育方法。

背景技术

风力发电铸件的材质一般为EN GJS400-18LT或EN GJS350-22LT，为大断面高韧性、耐低温冲击球铁。其力学性能、金相组织的验收条件极为严格。风力发电铸件在生产过程中，一般采取多次孕育：包内孕育、出铁槽冲入孕育和瞬时孕育，其中，瞬时孕育最为关键。

目前常用的瞬时孕育方法是在浇口杯中将瞬时孕育剂以人工方式加入，这种方法存在下述问题：1、因为瞬时孕育剂会漂浮在浇口杯中铁水的上表面，不能保证瞬时孕育剂有效地进入型腔，对铸件起不到很好的瞬时孕育作用；2、瞬时孕育剂需要在浇口杯中完全溶解后，才能进入型腔，导致孕育过程滞后于铸件的凝固，铸件各部位的孕育效果不均匀，铸件底部的孕育效果差，铸件上部的瞬时孕育剂加入量过大，因容易产生聚集状石墨而恶化铸件性能。即使在铸件凝固过程中瞬时孕育剂的吸收会发生均化过程，但由于铸件结构的复杂性，也很难保证瞬时孕育剂完全均匀地分布；3、人工加入不能保证瞬时孕育剂加入及分布均匀性，孕育效果差。

目前通常使用的瞬时孕育剂有75SiFe，Re-Si-Ba-Ca等，但对于风力发电件的大断面球铁来说，均不能有效地增加石墨球数，使铸件组织中石墨球径大、且很容易产生石墨畸变乃至碎块状石墨，球化率较低，无法保证铸件的力学性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种瞬时孕育方法，采用浇口杯以恒定速度浇注的开放式浇注系统，采用定量给料装置，能保证以恒定速度加入瞬时孕育剂；使用新组分的瞬时孕育剂在浇注同时对铁水进行瞬时孕育处理，孕育效果好，提高铸件质量一致性，可用于生产性能要求极高的、可抗低温冲击大断面球铁的风力发电铸件。

为实现上述目的，本发明采用如下方案，一种瞬时孕育方法，采用浇口杯浇注，铁水以恒定流速浇入直浇道，其特征在于浇注同时将瞬时孕育剂从砂箱顶部匀速加入，通过管道进入砂箱内的直浇道，瞬时孕育剂与直浇道内呈半充盈状态的铁水混合后注入型腔。

瞬时孕育剂成分及其重量百分比为：CeRe 1-2％、Ba 2-3％、Ca 2-3％、Si65-68％、Bi 1-3％，其余为Fe。

瞬时孕育剂的加入量为浇注重量的0.2％。

瞬时孕育剂通过定量给料装置匀速加入。

瞬时孕育剂通过的管道为陶瓷管道。

发明有益效果：

本发明采用定量给料装置将瞬时孕育剂通过陶瓷管道从砂箱顶部匀速加入直浇道，瞬时孕育剂受到自身重力和铁水在直浇道产生负压作用，同时铁水对瞬时孕育剂产生冲击作用，瞬时孕育剂与铁水可以均匀混合，无残留，并能顺利进入型腔。该瞬时孕育剂加入方法与将瞬时孕育剂在浇口杯中加入方法相比，省去了铁水在浇口杯内停留的时间，瞬时孕育剂加入的时间更加接近铁水凝固的时间，从而最大限度地提高了孕育效果，使铸件获得较高的球化等级，产品的质量稳定性大为提高；采用定量给料装置可以很好地保证瞬时孕育剂以恒定的速度加入，铁水注入直浇道的速度也基本是恒定的，在直浇道中铁水对瞬时孕育剂冲击作用使瞬时孕育剂溶解充分，保证瞬时孕育剂会均匀地被铁水吸收，铸件各部位的质量一致性大为提高，从而保证铸件质量。本发明与采用手工操作的方法加入方法相比，定量准确，并能与铁水均匀混合，无残留，瞬时孕育剂在铸件各部位的分布均匀，孕育效果好；同时去除人工搅拌，减少劳动量，可实现自动生产。

本发明采用的瞬时孕育剂，其中Bi以物理混合方式加入到CeRe-Si-Ba-Ca瞬时孕育剂中，Bi是反球化元素，但在加入量适量的情况下，具有强烈的增加石墨球的能力，石墨成核数量多，球径小，圆整度好，消除石墨畸变及碎块状石墨，铸件力学性能、特别是低温冲击性能更好，可用于制造高质量水平的抗低温冲击风力发电球铁铸件。

附图说明

图1是本发明的实施例的结构示意图。

图中附图标记为：1、变频器；2、电机；3、给料器；4、料斗；5、定量给料装置；6、浇口杯；7、陶瓷管道；8、浇口塞；9、直浇道；10、内浇道；11、型腔；12、砂箱。

具体实施方式

浇注前，根据产品的浇注量和浇注时间确定铁水单位流量，定量给料装置5的给料量为50g/r，计算出电机2转数，通过调节变频器1输出频率，控制电机2转数，使瞬时孕育剂流量准确控制在公差范围内。浇注时，浇包中的铁水持续倒入浇口杯6中，浇口杯6内的液面高度保持基本恒定，铁水以恒定流速注入直浇道9；浇口杯6底部出口处设置阻流，铁水经阻流在直浇道9内保持半充盈状态，使铁水实现逐层注入型腔11；加入总量为0.2％铁水重量含Bi的瞬时孕育剂，其成分及其重量百分比为：CeRe 1-2％、Ba 2-3％、Ca 2-3％、Si 65-68％、Bi 1-3％，其余为Fe；瞬时孕育剂由定量给料装置5从砂箱12顶部均速加入，通过陶瓷管道7进入砂箱12内的直浇道9；瞬时孕育剂在直浇道9中受到铁水的冲击，与铁水充分混合，经内浇道10进入型腔11。

实施例：以风电机组的定子主轴为例，说明瞬时孕育方法。

1、浇注时间计算：浇注重量为6030Kg，工艺出品率设计为88％，故浇注铁水重量为6700Kg。浇注时间为：t＝(2/3)×SG^1/2式中S为壁厚系数，对于该铸件，取1.9；G为浇注重量。得出浇注时间：t＝104秒。

2、瞬时孕育剂的加入量及加入方式

瞬时孕育剂的加入量为铁水量的0.2％，电机2运行时间和浇注时间一致，即为104秒，可得出瞬时孕育剂的加入速度为：130±2g/s。采用定量给料装置5加入瞬时孕育剂，为实现定量加入，浇注前调整变频器1的输出功率，使电机2转动速度保持在155±2r/min，从而保证加料速度符合130±2g/s，自浇口塞8拔起时开始启动电机2加入瞬时孕育剂。

3、为保证直浇道9的铁水处于半充盈状态，开放式浇注系统参数值的计算：

(1)浇口杯6底部的阻流面积及直径计算：

铁水在浇口杯6底部阻流处的恒定流速为：

V_阻＝u(2gH₁)^1/2式中g为重力加速度＝980cm/s²；H₁为浇口杯6静压头高度(cm)，u为流量系数，取0.76。

阻流面积A_阻计算：

A_阻＝G/r_铁水ut(2gH₁)^1/2，式中r_铁水为铁水密度＝7g/cm³＝7×10^-3kg/cm³；A_阻＝G/(0.31utH₁ ^1/2)cm²，得出阻流孔直径为D_阻＝(4×A_阻/3.14)^1/2cm。

铁水在浇口杯6中静压头高度设计为H₁＝66cm，则：

A_阻＝G/(0.31uth₁ ^1/2)＝33.7cm²，从而得出阻流直径为D_阻＝65mm。

(2)底层内浇道10总面积A_内底计算：

为保证瞬时孕育剂能够顺利进入直浇道9中与铁水混合，应使直浇道处于半充盈状态，需满足H≤H₀的关系式，其中H为在直浇道中金属液的有效静压头高度；H₀是两层内浇道之间的距离。

H＝(u₁A_阻/u₂A_内底)²H₁≤H₀

即满足关系式：(u₁A_阻/u₂A_内底)²H₁≤H₀，式中：

u₁——为浇口杯液面到阻流截面之间的阻流系数，这里取u₁＝0.76；

u₂——为直浇道自由液面到型腔自由液面之间的阻流系数，一般取u₂＝0.4～0.6，阻力大时取下限，阻流小时取上限。这里可取u₂＝0.5；

为保证H<H₀，且又不使内浇道尺寸过大，一般取H＝(1/4～1/2)H₀，据此可计算底层内浇道总面积A_内底：

A_内底≥{u₁H₁ ^1/2/〔u₂(1/4～1/2)H₀〕^1/2}A_阻(cm²)，这里取H＝(1/2)H₀则，A_内底≥{u₁H₁ ^1/2/〔u₂(1/2)H₀〕^1/2}A_阻(cm²)。

式中u₁＝0.76；H₁＝66cm；u₂＝0.5；H₀＝112cm，A_阻＝33.7cm²，得出：

A_内底≥39.3cm²

(3)直浇道9面积及直径计算：

直浇道9面积应为底层内浇道10总面积的1.5～3倍，取A_直＝1.7A_阻，则A_直＝66.8cm²；从而得出直浇道9直径为D_直≈92mm。

(4)两个上层内浇道10总面积计算：

上层内浇道10总面积：应为下层内浇道10总面积的1.2～2倍，即：

A_内上1＝(1.2～2)A_内底 A_内上2＝(1.2～2)A_内上1

取A_内上1＝1.5A_内底≈59cm² A_内上2＝1.5A_内上1≈88cm²

4、具体过程

对炉中熔化的铁水进行调温、调质，使其成分达到要求后出炉，进行球化处理，同时进行二次孕育处理，即包内孕育、出铁槽冲入孕育，并在1330～1350℃温度条件下，进行浇注并进行第三次孕育处理，即采用本发明的瞬时孕育处理方法。浇注时，浇包中的铁水持续倒入浇口杯6，使浇口杯6内液面高度保持基本恒定；在浇注过程中采用定量给料装置5从砂箱12顶部匀速加入瞬时孕育剂，瞬时孕育剂的加入量为孕育处理铁水重量的0.2％；其成分及其重量百分比为：CeRe 1-2％、Ba 2-3％、Ca 2-3％、Si 65-68％、Bi 1-3％，其余为Fe，瞬时孕育剂通过陶瓷管道7进入砂箱12内的直浇道9，在直浇道9中与铁水混合，经内浇道10进入型腔11，当铁水在砂箱12中凝固并缓慢冷却后，落砂开箱，完成产品铸造过程。

采用本发明的瞬时孕育方法生产的风电机组的定子主轴是可以耐-20℃低温，材质标准为EN GJS400-18LT，其最终化学成分为：3.75％C、2.1％Si、0.30％Mn、0.015％S、0.04％P、0.045％Mg、0.015％Re。

按此方法生产的一组联体试棒的力学性能检测结果如表1所示：

表1、定子主轴力学性能与金相检测结果

	σb(MPa)	σ_0.2(MPa)	δ(％)	HB	-20℃冲(J)(三个平均)	-20℃冲击(J)(最低)	球化率(％)	球径(级)
	σb(MPa)	σ_0.2(MPa)	δ(％)	HB	-20℃冲(J)(三个平均)	-20℃冲击(J)(最低)	球化率(％)	球径(级)	标准	370	220	12	130～180	10	7	90	5～6级
试样1	390	265	24	152	14.5	14	92	6～7级	标准	370	220	12	130～180	10	7	90	5～6级
试样1	390	265	24	152	14.5	14	92	6～7级	试样2	385	255	25	148	15	14.5	93	6～7级
试样3	395	270	24	155	14.5	14	92	6～7级	试样2	385	255	25	148	15	14.5	93	6～7级

Claims

1、一种瞬时孕育方法，采用浇口杯浇注，铁水以恒定流速浇入直浇道，其特征在于浇注同时将瞬时孕育剂从砂箱顶部匀速加入，通过管道进入砂箱内的直浇道，瞬时孕育剂与直浇道内呈半充盈状态的铁水混合后注入型腔。

2、如权利要求1所述的瞬时孕育方法，其特征在于瞬时孕育剂成分及其重量百分比为：CeRe 1-2％、Ba 2-3％、Ca 0-3％、Si 65-68％、Bi 1-3％，其余为Fe。

3、如权利要求1所述的瞬时孕育方法，其特征在于瞬时孕育剂的加入量为浇注重量的0.2％。

4、如权利要求1所述的瞬时孕育方法，其特征在于瞬时孕育剂通过定量给料装置匀速加入。

5、如权利要求1所述的瞬时孕育方法，其特征在于加入瞬时孕育剂的管道为陶瓷管道。