CN103602882A - 天然气动力缸体的浇注铁水及其熔炼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气动力缸体的浇注铁水及其熔炼工艺，用于解决现有浇注铁水补缩性差的问题，本发明的天然气动力缸体的浇注铁水，其重量百分比组成为：碳3.55—3.65%，硅2.1—2.3%，锰0.5—0.6%，磷0—0.06%，硫0—0.02%，铬0.15—0.25%，铜0.5—0.7%，钼0.15—0.25%，镁0.007—0.009%，铼0.025—0.030% ，其余为铁。本发明的浇注铁水具有补缩性好的特点，提高了铸件的质量；并且浇注后的铸件具有强度高，力学性能好的特点，满足天然气动力缸体的要求。
Description
技术领域
本发明属于天然气动力缸体技术领域，具体涉及一种天然气动力缸体的浇注铁水及其熔炼工艺。
背景技术
现有技术中，天然气的压缩方式主要采用管道释然汽轮机和离心式天然气压缩机进行压缩。
目前国内、外的天然气压缩机主要分为高速大功率往复活塞式压缩机和低速往复式压缩机。其中，高速大功率往复活塞式压缩机，转速n达到1000r/min、功率P达到6000kW，主要用于天然气的集输增压、储气库注气，是天然气勘探开发、储存必不可少的设备。动力缸是天然气压缩机在压缩天然气的过程中提供动力的主要部件，动力缸的质量直接决定着天然气压缩机的工效。
目前的天然气动力缸体制造工艺技术都是采用先实施整体式缸体浇注，然后进行后期机加工的方式生产。具体的工艺步骤为：先按照设计图纸的要求制作铸造用模具；然后采用铸铁的方式进行浇注；浇注完成后对动力缸体进行清理；然后进行内外加工；对表面进行硬化处理等后续加工处理。
现有技术中采用的HT250灰铸铁，其成分如下表所示：
采用HT250灰铸铁生产出来的动力缸体的单铸试棒抗拉强度为265—285MPa，本体强度为255—275MPa，石墨分布形态为片状A型和少量片状C型石墨，基体组织为细片状珠光体。使得浇注之后得到的铸件强度低，力学性能差，不能满足天然气动力缸体的要求。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的缺陷，而提供一种天然气动力缸体的浇注铁水及其熔炼工艺，本发明的浇注铁水具有补缩性好的特点，提高了铸件的质量；并且浇注后的铸件具有强度高，力学性能好的特点，满足天然气动力缸体的要求。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
天然气动力缸体的浇注铁水，其特征在于，其重量百分比组成为：
碳 3.55—3.65 %
硅 2.1—2.3 %
锰 0.5—0.6 %
磷 0—0.06 %
硫 0—0.02 %
铬 0.15—0.25%
铜 0.5—0.7%
钼 0.15—0.25%
镁 0.007—0.009%
铼 0.025—0.030% ，其余为铁。
天然气动力缸体浇注铁水的熔炼工艺，其特征在于，包含以下步骤：
（1）准备如下重量份数的原料：Q12本溪生铁 1250份、废钢 250份、回炉铁 700份、铬铁 4份、钼铁 6份、铜 9份、硅铁 9份；
（2）先将钼铁、烙铁加入熔炼容器的炉底，再加入Q12本溪生铁、废钢、回炉铁、硅铁进行熔化；
（3）待熔炼容器中的炉料完全熔化后升温至1310℃—1390℃拔净炉渣；
（4）炉前检验，调整成分；
（5）温度升至1310℃—1390℃加入铜；继续升温至1450℃—1460℃后，在温度为1430℃—1460℃时准备出炉；
（6）蠕化处理。
进一步地，上述步骤（5）将温度升至1310℃—1390℃加入铜，升温至1450℃—1460℃后保温5—10分钟，再在温度为1430℃—1460℃时准备出炉。
进一步地，上述步骤（6）中的蠕化处理包括以下步骤：
（a）将蠕化剂加入到蠕化装置的一侧，孕育剂加入到蠕化装置的另一侧；
（b）将温度为步骤（5）中的铁水冲入到装有孕育剂一侧的蠕化装置中；
（c）扒去浮在铁水表面的渣子，取三角试样检测，检测是否蠕化成功；蠕化成功便获得浇注铁水。
进一步地，所述蠕化剂与铁水的质量比为9：750—800，所述的孕育剂与铁水的质量比为11：750—800。
进一步地，所述的蠕化剂为重稀土蠕化剂，孕育剂为锶硅孕育剂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的天然气动力缸体的浇注铁水密度与铸件凝固后的密度近似相等有利于铸件补缩和减少其他铸造缺陷，提高了铸件的质量。
本发明通过步骤1—5获得的铁水能够满足RuT340蠕化处理要求，从而得到强度高的铸件，满足天然气动力缸体的要求。
经蠕化处理后的铁水进行浇注生产出来的动力缸体单铸试棒抗拉强度为350～400MPa，本体强度为340～380MPa，石墨分布形态为蠕虫状石墨，基体组织为铁素体和珠光体。提高了动力缸体的力学性能，满足了对动力缸体的需求。
本发明的温度升至1310℃—1390℃加入铜，升温至1450℃—1460℃后保温5—10分钟，保证烙铁和钼铁等高温合金的熔化并有利于铁水的净化和炉渣的上浮，使铁水更纯净。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
天然气动力缸体的浇注铁水，其重量百分比组成为：
碳 3.55—3.65 %
硅 2.1—2.3 %
锰 0.5—0.6 %
磷 0—0.06 %
硫 0—0.02 %
铬 0.15—0.25%
铜 0.5—0.7%
钼 0.15—0.25%
镁 0.007—0.009%
铼 0.025—0.030% ，其余为铁。本发明的天然气动力缸体的浇注铁水密度与铸件凝固后的密度近似相等有利于铸件补缩和减少其他铸造缺陷，提高了铸件的质量。本发明的浇注铁水不仅能够适用于用于浇注天然气动力缸体，还可以用于其他铸件。
天然气动力缸体浇注铁水的熔炼工艺，其特征在于，包含以下步骤：
（1）准备如下重量份数的原料：Q12本溪生铁 1250份、废钢 250份、回炉铁 700份、铬铁 4份、钼铁 6份、铜 9份、硅铁 9份；Q12本溪生铁对于本领域的技术人员来说都能明白和理解，在此不再赘述。
（2）先将钼铁、烙铁加入熔炼容器的炉底，再加入Q12本溪生铁、废钢、回炉铁、硅铁进行熔化；先加入熔点较高的钼铁、烙铁保证其能够完全熔化，以免后加入熔点较低铜、硅铁烧损。
（3）待熔炼容器中的炉料完全熔化后升温至1310℃—1390℃拔净炉渣；
（4）炉前检验，调整成分；由于回炉铁的成分有一定波动，因此获得的浇注铁水各个成分的含量会有一定的波动。因此需要进行检验，以满足工艺要求。通过多功能热分析仪主要检验碳含量以及硅含量，由于回炉铁成分有一定波动，因此需要进行检验以满足工艺要求。通过多功能热分析仪主要检验碳含量以及硅含量，保证含碳量位于3.55%—3.65%，若偏高补加废钢，偏低使用增碳剂；保证硅含量在1.6—1.8%，根据硅含量调整硅铁的加入量。
作为一种优选的方式，将铁水中的含碳量调整为3.60%—3.65% 。
（5）温度升至1310℃—1390℃加入铜；继续升温至1450℃—1460℃后，在温度为1430℃—1460℃时准备出炉；
（6）蠕化处理。
进一步地，上述步骤（5）将温度升至1310℃—1390℃加入铜，升温至1450℃—1460℃后保温5—10分钟，并在1430℃—1460℃出炉。有利于铁液杂质的净化和炉渣的上浮，并通过扒渣除去炉渣。若保温时间过短则不利于净化和炉渣的上浮，过长则会增加生铁和相应合金的烧损，并影响铁水的质量。
本发明步骤（1）至步骤（5）采用感应电炉进行熔炼，也可以选用其他电炉进行熔炼，在此不再赘述。
通过步骤（1）至步骤（5）所得到的铁水重量百分比组成为：碳 3.55—3.65 %，硅 1.6—1.8% ，锰0.5—0.6 %，磷 0—0.06 %，硫0—0.02 %，铬0.15—0.25%，铜 0.5—0.7%，钼 0.15—0.25%，镁0.007—0.009%，铼0.025—0.030% ，其余为铁。能够满足RuT340蠕化处理要求，从而得到强度高的铸件，满足天然气动力缸体的要求。
本发明步骤（6）的蠕化处理包括以下步骤：
（a）将蠕化剂加入到蠕化装置的一侧，孕育剂加入到蠕化装置的另一侧；
（b）将温度为步骤（5）中的铁水冲入到装有孕育剂一侧的蠕化装置中；
（c）扒去浮在铁水表面的渣子，取三角试样检测，检测是否蠕化成功，若蠕化处理成功则获得浇注铁水，进行浇注。若蠕化不成功则补加入蠕化剂再检验蠕化处理是否成功，若成功，进行浇注；若不成功，则将铁水进行报废处理，重新进行熔炼和蠕化处理。三角试样检测对于本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述。
进一步地，所述蠕化剂与铁水的质量比为9：750—800，所述的孕育剂与铁水的质量比为11：750—800。
进一步地，所述的蠕化剂为重稀土蠕化剂，具有蠕化率稳定，入量范围宽，抗衰退能力强的特点；孕育剂为锶硅孕育剂，它能够提高强度、调整硬度、细化共晶团、减少偏析、促进组织均匀化、明显减少白口倾向等，综合使用性能良好。重稀土蠕化剂、锶硅孕育剂本领域的技术人员都能明白和理解，例如重稀土蠕化剂为龙南龙钇重稀土科技股份有限公司生产的型号为YSBM—2的蠕化剂，锶硅孕育剂为荆州市紫荆特种炉料有限公司生产的高效复合锶硅孕育剂（SRC）。
冲入法是目前应用最为广泛的球化处理方法，冲入法使用的球化处理包有平底式，凹坑式和堤坝式三种蠕化装置。堤坝式是最为常用的一种，堤坝内的面积和坝高由处理满包铁液时所需要的球化剂及覆盖材料的量而定。
作为一种优选的方式，本发明采用堤坝式蠕化装置。
由于蠕化处理过程中所加的孕育剂中含有硅铁，所以炉前检验除去了孕育剂中的含硅量0.5%，因此经过蠕化处理之后的硅含量在2.1—2.3%。具体的说经过蠕化处理之后的铁水的重量百分比组成为：碳 3.55—3.65 %，硅 2.1—2.3% ，锰0.5—0.6 %，磷 0—0.06 %，硫0—0.02 %，铬0.15—0.25%，铜 0.5—0.7%，钼 0.15—0.25%，镁0.007—0.009%，铼0.025—0.030% ，其余为铁；而最终进行浇注的铁水是经过蠕化处理之后的铁水。
经蠕化处理后的铁水进行浇注生产出来的动力缸体单铸试棒抗拉强度为350～400MPa，本体强度为340～380MPa，石墨分布形态为蠕虫状石墨，基体组织为铁素体和珠光体。提高了动力缸体的力学性能，满足了对动力缸体的需求。
通过试验数据，当蠕化剂与铁水的质量比不在9：750—800范围内，孕育剂与铁水的质量不在11：750—800时候，试验8000次，蠕化成功40次，蠕化率级别为蠕75。
当孕育剂加入到蠕化剂一侧并覆盖时，蠕化剂无法完全熔化，试验200次，成功0次。
当蠕化剂量为蠕化剂与铁水的质量比为9：750—800，孕育剂与铁水的质量比为11：750—800；孕育剂加入一侧，蠕化剂另一侧时，试验3000次，成功3000次。
当冲入铁水温度高于1460℃时，对蠕化影响很小，但蠕化后铁水温度过高，距离浇注时间过长，易造成蠕化失效，造成蠕化失败；若温度低于1430℃时，蠕化剂无法完全熔化，致使蠕化不稳定，使蠕化成功率降低。
经蠕化处理后的铁水进行浇注生产出来的动力缸体单铸试棒抗拉强度为350～400MPa，本体强度为340～380MPa，石墨分布形态为蠕虫状石墨，基体组织为铁素体和珠光体。提高了动力缸体的力学性能，满足了对动力缸体的需求。
实施例一
本实施例的天然气动力缸体浇注铁水的熔炼工艺包括如下步骤：
（1）准备如下重量份数的原料：Q12本溪生铁 1250份、废钢 250份、回炉铁 700份、铬铁 4份、钼铁 6份、铜 9份、硅铁 9份；
（2）先将钼铁、烙铁加入熔炼容器的炉底，再加入Q12本溪生铁、废钢、回炉铁、硅铁进行熔化；
（3）待熔炼容器中的炉料完全熔化后升温至1310℃拔净炉渣；
（4）炉前检验，调整成分；
（5）温度升至1310℃加入铜；继续升温至1450℃后，并当温度在1430℃时准备出炉。
（6）将步骤（5）中的铁水进行蠕化处理。
蠕化处理具体包括以下步骤：
（a）将重稀土蠕化剂加入到蠕化装置的一侧，重稀土蠕化剂与铁水的质量比为9：750，锶硅孕育剂加入到蠕化装置的另一侧，锶硅孕育剂与铁水的质量比为11：750；
（b）将温度为步骤（5）中的铁水冲入到装有锶硅孕育剂一侧的蠕化装置中；
（c）扒去浮在铁水表面的渣子从而获得浇注铁水。
实施例二
本实施例的天然气动力缸体浇注铁水的熔炼工艺包括如下步骤：
（1）准备如下重量份数的原料：Q12本溪生铁 1250份、废钢 250份、回炉铁 700份、铬铁 4份、钼铁 6份、铜 9份、硅铁 9份；
（2）先将钼铁、烙铁加入熔炼容器的炉底，再加入Q12本溪生铁、废钢、回炉铁、硅铁进行熔化；
（3）待熔炼容器中的炉料完全熔化后升温至1390℃拔净炉渣；
（4）炉前检验，调整成分；
（5）温度升至1390℃加入铜；继续升温至1460℃后再保温5分钟后准备出炉；
（6）将步骤（5）中的铁水进行蠕化处理。
蠕化处理具体包括以下步骤：
（a）将重稀土蠕化剂加入到蠕化装置的一侧，重稀土蠕化剂与铁水的质量比为9：800，锶硅孕育剂加入到蠕化装置的另一侧，锶硅孕育剂与铁水的质量比为11：800；
（b）将温度为步骤（5）中的铁水冲入到装有锶硅孕育剂一侧的蠕化装置中；
（c）扒去浮在铁水表面的渣子从而获得浇注铁水。
实施例三
本实施例的天然气动力缸体浇注铁水的熔炼工艺包括如下步骤：
（1）准备如下重量份数的原料：Q12本溪生铁 1250份、废钢 250份、回炉铁 700份、铬铁 4份、钼铁 6份、铜 9份、硅铁 9份；
（2）先将钼铁、烙铁加入熔炼容器的炉底，再加入Q12本溪生铁、废钢、回炉铁、硅铁进行熔化；
（3）待熔炼容器中的炉料完全熔化后升温至1320℃拔净炉渣；
（4）炉前检验，调整成分；
（5）温度升至1320℃加入铜；继续升温至1450℃后再保温10分钟，再在温度为1430℃的时候准备出炉；
（6）将步骤（5）中的铁水进行蠕化处理。
蠕化处理具体包括以下步骤：
（a）将重稀土蠕化剂加入到蠕化装置的一侧，重稀土蠕化剂与铁水的质量比为9：760，锶硅孕育剂加入到蠕化装置的另一侧，锶硅孕育剂与铁水的质量比为11：783；
（b）将温度为步骤（5）中的铁水冲入到装有锶硅孕育剂一侧的蠕化装置中；
（c）扒去浮在铁水表面的渣子从而获得浇注铁水。
实施例四
本实施例的天然气动力缸体浇注铁水的熔炼工艺包括如下步骤：
（1）准备如下重量份数的原料：Q12本溪生铁 1250份、废钢 250份、回炉铁 700份、铬铁 4份、钼铁 6份、铜 9份、硅铁 9份；
（2）先将钼铁、烙铁加入熔炼容器的炉底，再加入Q12本溪生铁、废钢、回炉铁、硅铁进行熔化；
（3）待熔炼容器中的炉料完全熔化后升温至1380℃拔净炉渣；
（4）炉前检验，调整成分；
（5）温度升至1380℃加入铜；继续升温至1455℃后再保温8分钟后，再在温度为1450℃的时候准备出炉；
（6）将步骤（5）中的铁水进行蠕化处理。
蠕化处理具体包括以下步骤：
（a）将重稀土蠕化剂加入到蠕化装置的一侧，重稀土蠕化剂与铁水的质量比为9：770，锶硅孕育剂加入到蠕化装置的另一侧，锶硅孕育剂与铁水的质量比为11：790；
（b）将温度为步骤（5）中的铁水冲入到装有锶硅孕育剂一侧的蠕化装置中；
（c）扒去浮在铁水表面的渣子从而获得浇注铁水。
实施例五
本实施例的天然气动力缸体浇注铁水的熔炼工艺包括如下步骤：
（1）准备如下重量份数的原料：Q12本溪生铁 1250份、废钢 250份、回炉铁 700份、铬铁 4份、钼铁 6份、铜 9份、硅铁 9份；
（2）先将钼铁、烙铁加入熔炼容器的炉底，再加入Q12本溪生铁、废钢、回炉铁、硅铁进行熔化；
（3）待熔炼容器中的炉料完全熔化后升温至1360℃拔净炉渣；
（4）炉前检验，调整成分；
（5）温度升至1360℃加入铜；继续升温至1459℃后再保温6分钟，再在温度为1455℃时准备出炉。
（6）将步骤（5）中的铁水进行蠕化处理。
蠕化处理具体包括以下步骤：
（a）将重稀土蠕化剂加入到蠕化装置的一侧，重稀土蠕化剂与铁水的质量比为9：800，锶硅孕育剂加入到蠕化装置的另一侧，锶硅孕育剂与铁水的质量比为11：750；
（b）将温度为步骤（5）中的铁水冲入到装有锶硅孕育剂一侧的蠕化装置中；
（c）扒去浮在铁水表面的渣子从而获得浇注铁水。
实施例六
本实施例的天然气动力缸体浇注铁水的熔炼工艺包括如下步骤：
（1）准备如下重量份数的原料：Q12本溪生铁 1250份、废钢 250份、回炉铁 700份、铬铁 4份、钼铁 6份、铜 9份、硅铁 9份；
（2）先将钼铁、烙铁加入熔炼容器的炉底，再加入Q12本溪生铁、废钢、回炉铁、硅铁进行熔化；
（3）待熔炼容器中的炉料完全熔化后升温至1370℃拔净炉渣；
（4）炉前检验，调整成分；
（5）温度升至1370℃加入铜；继续升温至1458℃后再保温5分钟，再在温度为1440℃时准备出炉；
（6）将步骤（5）中的铁水进行蠕化处理。
蠕化处理具体包括以下步骤：
（a）将重稀土蠕化剂加入到蠕化装置的一侧，重稀土蠕化剂与铁水的质量比为9：750，锶硅孕育剂加入到蠕化装置的另一侧，锶硅孕育剂与铁水的质量比为11：800；
（b）将温度为步骤（5）中的铁水冲入到装有锶硅孕育剂一侧的蠕化装置中；
（c）扒去浮在铁水表面的渣子从而获得浇注铁水。
实施例七
本实施例的天然气动力缸体浇注铁水的熔炼工艺包括如下步骤：
（1）准备如下重量份数的原料：Q12本溪生铁 1250份、废钢 250份、回炉铁 700份、铬铁 4份、钼铁 6份、铜 9份、硅铁 9份；
（2）先将钼铁、烙铁加入熔炼容器的炉底，再加入Q12本溪生铁、废钢、回炉铁、硅铁进行熔化；
（3）待熔炼容器中的炉料完全熔化后升温至1340℃拔净炉渣；
（4）炉前检验，调整成分；
（5）温度升至1340℃加入铜；继续升温至1460℃后再保温10分钟，再在温度为1455℃时准备出炉；
（6）将步骤（5）中的铁水进行蠕化处理。
蠕化处理具体包括以下步骤：
（a）将重稀土蠕化剂加入到蠕化装置的一侧，重稀土蠕化剂与铁水的质量比为9：790，锶硅孕育剂加入到蠕化装置的另一侧，锶硅孕育剂与铁水的质量比为11：760；
（b）将温度为步骤（5）中的铁水冲入到装有锶硅孕育剂一侧的蠕化装置中；
（c）扒去浮在铁水表面的渣子从而获得浇注铁水。
Claims (6)
1.天然气动力缸体的浇注铁水，其特征在于，其重量百分比组成为：
碳 3.55—3.65 %
硅 2.1—2.3 %
锰 0.5—0.6 %
磷 0—0.06 %
硫 0—0.02 %
铬 0.15—0.25%
铜 0.5—0.7%
钼 0.15—0.25%
镁 0.007—0.009%
铼 0.025—0.030% ，其余为铁。
2.天然气动力缸体浇注铁水的熔炼工艺，其特征在于，包含以下步骤：
（1）准备如下重量份数的原料：Q12本溪生铁 1250份、废钢 250份、回炉铁 700份、铬铁 4份、钼铁 6份、铜 9份、硅铁 9份；
（2）先将钼铁、烙铁加入熔炼容器的炉底，再加入Q12本溪生铁、废钢、回炉铁、硅铁进行熔化；
（3）待熔炼容器中的炉料完全熔化后升温至1310℃—1390℃拔净炉渣；
（4）炉前检验，调整成分；
（5）温度升至1310℃—1390℃加入铜；继续升温至1450℃—1460℃后，在温度为1430℃—1460℃时准备出炉；
（6）蠕化处理。
3.根据权利要求2所述的天然气动力缸体浇注铁水的熔炼工艺，其特征在于，上述步骤（5）将温度升至1310℃—1390℃加入铜，升温至1450℃—1460℃后保温5—10分钟，再在1430℃—1460℃时准备出炉。
4.根据权利要求2所述的天然气动力缸体浇注铁水的熔炼工艺，其特征在于，上述步骤（6）中的蠕化处理包括以下步骤：
（a）将蠕化剂加入到蠕化装置的一侧，孕育剂加入到蠕化装置的另一侧；
（b）将温度为步骤（5）的铁水冲入到装有孕育剂一侧的蠕化装置中；
（c）扒去浮在铁水表面的渣子，通过三角取样法检测是否蠕化成功，蠕化成功便获得浇注铁水。
5.根据权利要求4所述的天然气动力缸体浇注铁水的熔炼工艺，其特征在于，所述蠕化剂与铁水的质量比为9：750—800，所述孕育剂与铁水的质量比为11：750—800。
6.根据权利要求4或5所述的天然气动力缸体浇注铁水的熔炼工艺，其特征在于，所述蠕化剂为重稀土蠕化剂，孕育剂为锶硅孕育剂。
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2013
- 2013-11-13 CN CN201310569789.8A patent/CN103602882B/zh active Active
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