CN102094147B - 一种低温球墨铸铁生产的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种低温球墨铸铁生产的控制方法，涉及含球墨的铸铁合金，步骤是：按质量百分比C 3.4～3.9%、Si 1.8～2.5%、Mn 0.1～0.4%、Mg残余量为0.035～0.07%和其余的为铁，称取配制原料，在冲天炉中熔炼脱硫，转入中频感应电炉中继续熔炼，加入球化剂和孕育剂进行球化和孕育处理，浇铸制得风电用球墨铸铁铸件。本发明方法通过控制球墨铸铁成分，改进球化及孕育工艺来控制石墨球数量、大小、形态和分布，采用冲天炉和中频感应电炉双联熔炼，生产出的球墨铸铁铸件满足风电铸件在低温下的冲击韧性要求和强度要求，克服了退火方式热处理球墨铸铁铸件容易发生变形或应力集中的缺陷和现有技术成本高的缺点。
Description
技术领域
本发明的技术方案涉及含球墨的铸铁合金，具体地说是一种低温球墨铸铁生产的控制方法。
背景技术
近年来，随着人们对绿色能源和可再生能源需求的快速增长，风力发电得到了突飞猛进的发展。由于风电场大多建设在海滩或草原等风力较大的地方，风力发电机组要经受盐雾侵蚀、风沙吹打，经历严寒酷暑、日晒雨淋，运行环境十分恶劣，并且在这种恶劣的运行环境下还要求机组有20年的使用期限，因此对风力发电机组中的铸件质量的要求特别高。轮毂是风力发电机组中一个最为重要的大型铸件，它将风机叶片和动力轴相连接，其形状类型属于球形壳体类，主要壁厚60～100mm，轮廓尺寸约3m，重达10t左右。此外，底座、环、架和梁也是风力发电机组中的大型铸件。目前，在这类大型铸件所用的铸铁中，厚大断面球体常常会出现石墨开花、异形石墨和晶粒粗大等问题，这些都直接影响到材质的力学性能，特别是低温冲击性能，导致铸件出现脆性断裂。对于-40℃低温冲击韧性要求的低温球墨铸铁，国外一般采用EN-1563标准，材料为GJS-350-22U-LT，而国内尚无此类标准。为使球墨铸铁铸件达到低温下的冲击韧性要求和强度要求，国内主要采用退火方式。但对于结构复杂的大型铸件，退火方式的热处理时容易发生变形或应力集中等缺陷，而且由于铸件较大，热处理的设备投资增大。不能满足风电铸件在-40℃低温下的冲击韧性要求和强度要求。如何制备一种成本相对较低，并且质量满足低温工作条件要求的风电用球墨铸铁铸件成为该技术领域急待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种低温球墨铸铁生产的控制方法，通过控制球墨铸铁成分，改进球化及孕育工艺来控制石墨球数量、大小、形态和分布，采用冲天炉和中频感应电炉双联熔炼，制备出一种低温铸态球墨铸铁铸件，既满足了风电铸件在-40℃低温下的冲击韧性要求和强度要求，又克服了生产成本高的缺点。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种低温球墨铸铁生产的控制方法，其步骤是：
第一步，原料配制
按质量百分比称取所需量的C 3.4～3.9%、Si 1.8～2.5%、Mn 0.1～0.4%、Mg残余量 0.035～0.07%和其余的为铁，该铁中所含杂质P<0.04%和杂质S<0.02%，配制成生产一种低温球墨铸铁的原料；
第二步，熔炼脱硫处理
将第一步配制好的原料放入冲天炉中熔炼成铁水，冲天炉中铁水的出铁温度控制在1450℃，采用多孔塞连续脱硫工艺，向脱硫包中连续加入为上述铁水重量3～5%的石灰脱硫剂，并从脱硫包底部经多孔塞吹入氮气进行搅拌，对上述铁水进行脱硫处理，使该铁水的含硫量控制在重量百分比0.02%以下；脱硫之后的铁水转入中频感应电炉中继续熔炼并保温；
第三步，球化处理和孕育处理
往第二步的中频感应电炉中的脱硫之后的铁水中加入为该铁水重量1.5～1.8%的球化剂QRMg8RE3，同时加入为该铁水重量0.7～1.2%的孕育剂75硅铁，将其覆盖在球化剂QRMg8RE3上面，进行球化和孕育处理，在倒包前再加入为该铁水重量0.3～0.4%的孕育剂75硅铁进行二次孕育，球化和孕育处理的温度为1420～1440℃，得到球化处理和孕育处理后的铁水熔体；
第四步，浇铸制得低温球墨铸铁铸件
采用清洁完好的浇包，将第三步得到的球化处理和孕育处理后的铁水熔体转移入浇包，浇铸前进行扒渣与覆盖，浇包要预热到1480℃，防止铁液温度下降，浇铸时，再在浇包上加入为上述铁水重量0.1～0.2%的孕育剂75硅铁，在控制出铁液与浇铸的间隔时间小于8分钟、温度为1320～1380℃和浇铸流量为15～45 kg/s的条件下，将第三步得到的球化处理和孕育处理后的铁水熔体浇铸到铸型中，铸件在铸型中冷却到300℃以下后，进行清理，冷却速度低于20℃/分钟，最终浇铸制得低温球墨铸铁铸件。
在上述一种低温球墨铸铁生产的控制方法中，所用球化剂QRMg8RE3的粒度为10～30mm，其中粉状物含量小于重量百分比5﹪。
在上述一种低温球墨铸铁生产的控制方法中，所涉及的百分比均为重量百分比。
在上述一种低温球墨铸铁生产的控制方法中，所涉及的原料、石灰脱硫剂、球化剂、孕育剂、设备及操作工艺均是本技术领域技术人员所公知的，所用球化剂QRMg8RE3和孕育剂75硅铁在铸造材料市场上均有销售。
本发明的有益效果是：
A.与现有技术相比，本发明一种低温球墨铸铁生产的控制方法的优点在于：
本发明一种低温球墨铸铁生产的控制方法通过控制球墨铸铁成分，改进球化及孕育工艺来控制石墨球数量、大小、形态和分布，采用冲天炉和中频感应电炉双联熔炼，制备出-40℃低温球墨铸铁。用这种低温球墨铸铁生产的兆瓦级风电铸件，例如轮毂和底座，满足风电铸件在低温下的冲击韧性要求和强度要求，延长了风电铸件的使用寿命。本发明方法工艺简单，原料价廉，从而降低了生产成本。
B. 本发明一种低温球墨铸铁生产的控制方法的突出的实质性特点在于：
用本发明一种低温球墨铸铁生产的控制方法制备的球墨铸铁铸件的球化率为90～95%，基体组织中铁素体含量占98%，无磷共晶及碳化物，每平方毫米石墨球数量为100～130个，抗拉强度为400～440MPa，延伸率18～22%，-40℃条件下U 形缺口试样冲击吸收功13～15J，经过超声波探伤检验，产品内部无缺陷。用本发明方法生产的低温球墨铸铁完全满足风电铸件的工作要求。
具体实施方式
实施例1
第一步，原料配制
按质量百分比称取所需量的C 3.4%、Si 2.5%、Mn 0.1%、Mg残余量 0.07%和其余的为铁，该铁中所含杂质P<0.04%和杂质S<0.02%，配制成生产一种低温球墨铸铁的原料；
第二步，熔炼脱硫处理
将第一步配制好的原料放入冲天炉中熔炼成铁水，冲天炉中铁水的出铁温度控制在1450℃，采用多孔塞连续脱硫工艺，向脱硫包中连续加入为上述铁水重量3%的石灰脱硫剂，并从脱硫包底部经多孔塞吹入氮气进行搅拌，对上述铁水进行脱硫处理，使该铁水的含硫量控制在重量百分比0.02%以下；脱硫之后的铁水转入中频感应电炉中继续熔炼并保温；
第三步，球化处理和孕育处理
往第二步的中频感应电炉中的脱硫之后的铁水中加入为该铁水重量1.5%的球化剂QRMg8RE3，同时加入为该铁水重量0.7%的孕育剂75硅铁，将其覆盖在球化剂QRMg8RE3上面，进行球化和孕育处理，在倒包前再加入为该铁水重量0.3%的孕育剂75硅铁进行二次孕育，球化和孕育处理的温度为1420℃，得到球化处理和孕育处理后的铁水熔体；所用球化剂QRMg8RE3的粒度为10mm，其中粉状物含量小于重量百分比5﹪；
第四步，浇铸制得低温球墨铸铁铸件
采用清洁完好的浇包，将第三步得到的球化处理和孕育处理后的铁水熔体转移入浇包，浇铸前进行扒渣与覆盖，浇包要预热到1480℃，防止铁液温度下降，浇铸时，再在浇包上加入为上述铁水重量0.1%的孕育剂75硅铁，在控制出铁液与浇铸的间隔时间小于8分钟、温度为1320℃和浇铸流量为15 kg/s的条件下，将第三步得到的球化处理和孕育处理后的铁水熔体浇铸到铸型中，铸件在铸型中冷却到300℃以下后，进行清理，冷却速度低于20℃/分钟，最终浇铸制得低温球墨铸铁铸件。
本实施例所制得的球墨铸铁铸件球化率为90～95%，基体组织中铁素体含量占98%，无磷共晶及碳化物，每平方毫米石墨球数量为100～130个，抗拉强度为400～440MPa，延伸率18～22%，-40℃条件下U 形缺口试样冲击吸收功13～15J。经过超声波探伤检验，制得的球墨铸铁铸件内部无缺陷。本实施例生产的低温球墨铸铁铸件完全满足风电铸件工作要求。
实施例2
第一步，原料配制
按质量百分比称取所需量的C 3.6%、Si 2.1%、Mn 0.25%、Mg残余量 0.05%和其余的为铁，该铁中所含杂质P<0.04%和杂质S<0.02%，配制成生产一种低温球墨铸铁的原料；
第二步，熔炼脱硫处理
将第一步配制好的原料放入冲天炉中熔炼成铁水，冲天炉中铁水的出铁温度控制在1450℃，采用多孔塞连续脱硫工艺，向脱硫包中连续加入为上述铁水重量4%的石灰脱硫剂，并从脱硫包底部经多孔塞吹入氮气进行搅拌，对上述铁水进行脱硫处理，使该铁水的含硫量控制在重量百分比0.02%以下；脱硫之后的铁水转入中频感应电炉中继续熔炼并保温；
第三步，球化处理和孕育处理
往第二步的中频感应电炉中的脱硫之后的铁水中加入为该铁水重量1.65%的球化剂QRMg8RE3，同时加入为该铁水重量0.7%的孕育剂75硅铁，将其覆盖在球化剂QRMg8RE3上面，进行球化和孕育处理，在倒包前再加入为该铁水重量0.35%的孕育剂75硅铁进行二次孕育，球化和孕育处理的温度为1430℃，得到球化处理和孕育处理后的铁水熔体；所用球化剂QRMg8RE3的粒度为20mm，其中粉状物含量小于重量百分比5﹪；
第四步，浇铸制得球墨铸铁铸件
采用清洁完好的浇包，将第三步得到的球化处理和孕育处理后的铁水熔体转移入浇包，浇铸前进行扒渣与覆盖，浇包要预热到1480℃，防止铁液温度下降，浇铸时，再在浇包上加入为上述铁水重量0.1%的孕育剂75硅铁，在控制出铁液与浇铸的间隔时间小于8分钟、温度为1350℃和浇铸流量为30 kg/s的条件下，将第三步得到的球化处理和孕育处理后的铁水熔体浇铸到铸型中，铸件在铸型中冷却到300℃以下后，进行清理，冷却速度低于20℃/分钟，最终浇铸制得球墨铸铁铸件。
本实施例制得的球墨铸铁铸件球化率90～95%，基体组织中铁素体含量占98%，无磷共晶及碳化物，每平方毫米石墨球数量为100～130个，抗拉强度为400～440 MPa，延伸率18～22%，-40℃条件下U 形缺口试样冲击吸收功13～15J。经过超声波探伤检验，制得的球墨铸铁铸件内部无缺陷。本实施例生产的低温球墨铸铁铸件完全满足风电铸件工作要求。
实施例3
第一步，原料配制
按质量百分比称取所需量的C 3.9%、Si 1.8%、Mn 0.4%、Mg残余量 0.035%和其余的为铁，该铁中所含杂质P<0.04%和杂质S<0.02%，配制成生产一种低温球墨铸铁的原料；
第二步，熔炼脱硫处理
将第一步配制好的原料放入冲天炉中熔炼成铁水，冲天炉中铁水的出铁温度控制在1450℃，采用多孔塞连续脱硫工艺，向脱硫包中连续加入为上述铁水重量5%的石灰脱硫剂，并从脱硫包底部经多孔塞吹入氮气进行搅拌，对上述铁水进行脱硫处理，使该铁水的含硫量控制在重量百分比0.02%以下；脱硫之后的铁水转入中频感应电炉中继续熔炼并保温；
第三步，球化处理和孕育处理
往第二步的中频感应电炉中的脱硫之后的铁水中加入为该铁水重量1.8%的球化剂QRMg8RE3，同时加入为该铁水重量0.7%的孕育剂75硅铁，将其覆盖在球化剂QRMg8RE3上面，进行球化和孕育处理，在倒包前再加入为该铁水重量0.4%的孕育剂75硅铁进行二次孕育，球化和孕育处理的温度为1440℃，得到球化处理和孕育处理后的铁水熔体；所用球化剂QRMg8RE3的粒度为30mm，其中粉状物含量小于重量百分比5﹪；
第四步，浇铸制得低温球墨铸铁铸件
采用清洁完好的浇包，将第三步得到的球化处理和孕育处理后的铁水熔体转移入浇包，浇铸前进行扒渣与覆盖，浇包要预热到1480℃，防止铁液温度下降，浇铸时，再在浇包上加入为上述铁水重量0.2%的孕育剂75硅铁，在控制出铁液与浇铸的间隔时间小于8分钟、温度为1380℃和浇铸流量为45 kg/s的条件下，将第三步得到的球化处理和孕育处理后的铁水熔体浇铸到铸型中，铸件在铸型中冷却到300℃以下后，进行清理，冷却速度低于20℃/分钟，最终浇铸制得低温球墨铸铁铸件。
本实施例制得的球墨铸铁铸件球化率90~95%，基体组织中铁素体含量占98%，无磷共晶及碳化物，每平方毫米石墨球数量为100~130个，抗拉强度为400~440 MPa，延伸率18~22%，-40℃条件下U 形缺口试样冲击吸收功13～15J。经过超声波探伤检验，制得的球墨铸铁铸件内部无缺陷。本实施例生产的低温球墨铸铁铸件完全满足风电铸件工作要求。
在上述所有实施例中，所涉及的百分比均为重量百分比，所涉及的原料、石灰脱硫剂、球化剂、孕育剂、设备及操作工艺均是本技术领域技术人员所公知的，所用球化剂QRMg8RE3和孕育剂75硅铁铸造材料市场上均有销售。
Claims (1)
1.一种低温球墨铸铁生产的控制方法，其特征在于步骤是：
第一步，原料配制
按质量百分比称取所需量的C 3.4～3.9％、Si 1.8～2.5％、Mn 0.1～0.4％、Mg残余量0.035～0.07％和其余的为铁，该铁中所含杂质P＜0.04％和杂质S＜0.02％，配制成生产一种低温球墨铸铁的原料；
第二步，熔炼脱硫处理
将第一步配制好的原料放入冲天炉中熔炼成铁水，冲天炉中铁水的出铁温度控制在1450℃，采用多孔塞连续脱硫工艺，向脱硫包中连续加入为上述铁水重量3～5％的石灰脱硫剂，并从脱硫包底部经多孔塞吹入氮气进行搅拌，对上述铁水进行脱硫处理，使该铁水的含硫量控制在重量百分比0.02％以下；脱硫之后的铁水转入中频感应电炉中继续熔炼并保温；
第三步，球化处理和孕育处理
往第二步的中频感应电炉中的脱硫之后的铁水中加入为该铁水重量1.5～1.8％的球化剂QRMg8RE3，同时加入为该铁水重量0.7～1.2％的孕育剂75硅铁，将其覆盖在球化剂QRMg8RE3上面，进行球化和孕育处理，在倒包前再加入为该铁水重量0.3～0.4％的孕育剂75硅铁进行二次孕育，球化和孕育处理的温度为1420～1440℃，得到球化处理和孕育处理后的铁水熔体，所用球化剂QRMg8RE3的粒度为10～30mm，其中粉状物含量小于重量百分比5％；
第四步，浇铸制得低温球墨铸铁铸件
采用清洁完好的浇包，将第三步得到的球化处理和孕育处理后的铁水熔体转移入浇包，浇铸前进行扒渣与覆盖，浇包要预热到1480℃，防止铁液温度下降，浇铸时，再在浇包上加入为上述铁水重量0.1～0.2％的孕育剂75硅铁，在控制出铁液与浇铸的间隔时间小于8分钟、温度为1320～1380℃和浇铸流量为15～45kg/s的条件下，将第三步得到的球化处理和孕育处理后的铁水熔体浇铸到铸型中，铸件在铸型中冷却到300℃以下后，进行清理，冷却速度低于20℃/分钟，最终浇铸制得低温球墨铸铁铸件。
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