CN110218832A - 风电球墨铸铁冲入法球化简化处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了风电球墨铸铁冲入法球化简化处理工艺，原料采用冲天炉‑电炉双联熔炼，对熔炼铁水成分进行检验控制，然后球化处理，即先将占出铁重量1.05‑1.15％的球化剂放置在铁水包包底堤坝一侧或凹坑内，将球化剂压紧捣实，并在球化剂上均匀的覆盖出铁重量0.6‑0.8％的一次孕育剂；电炉将铁水温度升到1460‑1470℃时，将铁水倒入包底没有球化剂的一侧，出铁时间控制在50‑80秒内，球化后除渣，然后浇注。本发明简化了冲入法球化处理工艺，将三明治合金覆盖改为两步覆盖，取消了矽钢片在球化剂的覆盖，明显减轻了工人的劳动强度，并且减少矽钢片使用降低了生产成本，有利于解决由矽钢片带来的扬尘问题，此外两步覆盖球化可以降低出铁温度要求，节约能耗。

Description

风电球墨铸铁冲入法球化简化处理工艺
技术领域
本发明涉及一种冶金熔炼工艺方法，尤其是涉及一种球墨铸铁球化处理的方法。
背景技术
用球墨铸铁生产的风电铸件轮毂、底座、轴承座、主轴等产品数量逐年都在增加，2018年中国新增装机容量2114.3万千瓦，同比增长7.5％；累计装机容量约2.1亿千瓦，同比增长11.2％，风电累计装机据全球第一，按照目前形势，2019年肯定会继续稳定增长。目前国内生产风电铸件主要采用冲入法球化处理，冲入法球化处理采用的处理包形式有平底式、堤坝式、凹坑式、洞穴式和浮饼式，其中堤坝式和凹坑式是最常见的形式，将球化剂填入堤坝一侧或凹坑内，在球化剂上依次覆盖硅铁、孕育剂、铁屑、钢片等，然后向对侧冲入铁液完成球化，冲入法球化处理已经使用45年以上，应用范围广泛，但是冲入法球化处理存在一定缺陷，西安交通大学陆文华教授在《呼吁积极改进普通冲入法球化处理工艺》一文中指出“冲入法的优点是简单方便，缺点是污染环境、镁的吸收率低，处理过程降温多，因此建议用盖包法、转包法、喂丝法球化”。但冲入法球化随着工业设备能力的提高，也在不断的改进，尽管冲天炉直接球化处理，由于出铁口出铁量小，爆镁时间长，镁的吸收率会损耗20％以上，其中爆镁产生的烟尘需通过吸尘装置去除，然而不管是盖包法，还是喂丝法爆镁过程都会导致铁水降温40-100℃，爆镁时间越长温度损失越严重，但冲入法球化操作简单，生产运用灵活机动，可以大幅度提高生产效率，仍然具有广泛的应用前景。因此必须对冲入法球化进行改进，例如湖北黄石东贝铸造有限公司朱宏学工程师在《冲入法球化处理工艺改进》一文中提到“在确保出铁温度不变的情况下，达到稳定并适当降低球化剂加入量，降低球化操作对工人的依赖性，提高浇注温度，减轻球化衰退趋势，减少渣的含量，主要的方法是提高铁水包高径比；取消包底铁屑覆盖，改为珍珠岩和净化剂1:1混合覆盖”，虽然一定程度上减少了工人覆盖铁屑这个环节，但是却增加了其它材料的覆盖，并没有从工序环节上减轻操作强度。此外风电球墨铸铁处理铁水量在10吨-100吨，处理量巨大，在处理量巨大的前提下仍需要保证处理质量稳定、统一，处理操作条件相对简单，否则处理成本难以控制；再者基于风电铸件的使用要求，风电球墨铸铁需要具备低温韧性，也就是对低温下冲击功有一定要求，因此要确保风电球墨铸铁材质金相组织为铁素体基体，材质性能符合GB/T 1348-2009标准。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于风电球墨铸铁的球化方法，在保证球铁球化的基础上，取消包底废钢覆盖，将三明治填埋法改为二步填埋法，减少冲入法球化操作工序，减轻工人的劳动强度，并可减少爆镁过程中产生的扬尘，确保材质金相组织为铁素体基体，材质性能符合GB/T 1348-2009标准。
本发明的技术方案是提供一种风电球墨铸铁冲入法球化简化处理工艺，步骤包括：
(1)采用冲天炉-电炉双联熔炼，冲天炉原料配料重量百分比如下：生铁50-80％、废钢10-20％、回炉料20-30％、焦炭8-10％、石灰石2.5-3.5％、硅铁0.9-1.2％；
(2)将原料按照配比加到冲天炉中熔炼，冲天炉出铁温度控制在1480～1550℃；
(3)冲天炉铁水脱硫后电炉进铁水，冲天炉根据电炉要求向电炉提供铁水重量；分析监测电炉内铁水成分含量，控制铁水成分在碳3.80-3.90％，硅1.05-1.15％，锰≤0.20％，磷≤0.035％，硫0.010-0.020％；
(4)冲天炉-电炉双联熔炼后进行出铁、球化及一次孕育处理，即先将占出铁重量1.05-1.15％的球化剂放置在铁水包包底堤坝一侧或凹坑内，将球化剂压紧捣实，并在球化剂上均匀的覆盖出铁重量0.6-0.8％的一次孕育剂；电炉将铁水温度升到1460-1470℃时，将铁水倒入包底没有球化剂的一侧，出铁时间控制在50-80秒内；
(5)球化后除渣，然后浇注；浇注温度1350-1360℃，并随浇注铁水流加入随流孕育剂进行二次孕育；得到的球墨铸铁成分重量百分比是碳3.70-3.80％，硅2.10-2.20％，锰≤0.20％，磷≤0.035％，硫0.005-0.012％，镁0.035-0.055％，稀土0.004-0.015％，锑0.003-0.005％，其余为铁。
进一步地，步骤(1)中生铁成分满足碳≥3.50％，硅0.7-1％，锰≤0.1％，磷≤0.040％，硫≤0.030％，砷≤0.0008％，铅≤0.0005％，锡≤0.0005％，锑≤0.0006％，锌≤0.0003％，铬≤0.0070％，镍≤0.0060％，铜≤0.0060％，钒≤0.010％，钛≤0.040％，钼≤0.0010％，硼≤0.0010％，上述元素中除碳、硅、锰、磷、硫之外的其他元素含量总量≤0.070％；
废钢成分满足碳≤0.50％，硅≤0.50％，锰≤0.8％，磷≤0.030％，硫≤0.030％，钛≤0.010％，铬≤0.040％，铜≤0.010％，钼≤0.010％；
回炉料为QT400-18AL风电产品回炉料(可以采用本发明方法浇注后的回炉料)，成分满足碳3.6-3.7％，硅1.9-2.2％；
焦炭粒度80-200mm，碳≥90％，硫≤0.7％，灰分≤10％，水分≤5％；
石灰石粒度30-80mm，氧化钙＞60％；
硅铁使用GB/T2272-2009中型号FeSi75Al1.0-B。
进一步地，步骤(2)中优选温度值1500℃。
进一步地，冲天炉铁水进行脱硫的过程为冲天炉出铁1/3时向铁水包底部加入0.4～0.6％(占出铁总量百分比)的脱硫剂，出铁2/3时出铁槽随流脱硫剂0.3～0.6％(占出铁总量百分比)，首次脱硫剂加入后向铁水包包底充入氮气，将压力控制在0.2-0.3MPa，充氮时间为3-4分钟，以使氮气充分搅拌铁水进行脱硫；将铁水中硫控制在0.010-0.020％。
进一步地，步骤(3)对电炉内铁水中碳成分进行调整，采用粒度1-5mm微硫增碳剂，加入比例为铁水重量的0.01-0.2％，微硫增碳剂包括下述重量百分比成分：碳≥99.0％；硫≤0.04％；氮≤0.01％。
进一步地，步骤(3)对电炉内铁水中碳成分进行调整，采用厚度0.8-4mm，宽度1-6mm的矽钢片，加入比例为铁水重量的0.2-2％，矽钢片包括下述重量百分比成分：碳≤0.5％；硅≤0.5％；硫≤0.015％；磷≤0.030％；铬≤0.040％；钛≤0.020％，其余为铁。
进一步地，步骤(3)对电炉内铁水中硅成分进行调整，硅铁加入比例为铁水重量的0.1-0.6％，硅铁厚度≤100mm，硅铁包括下述重量百分比成分：硅72-80％；铝≤1.0％；钙≤1.0％；其余为铁。
进一步地，步骤(4)中还包括将出铁重量0.005％锑加在铁水包包底。
进一步地，步骤(4)中球化剂为硅镁-稀土球化剂，粒度8-32mm，球化剂包括下述重量百分比成分：镁5.55-6.20％；稀土0.85-1.20％；钙0.8-1.2％；硅45-50％；其余为铁。
进一步地，步骤(4)中一次孕育剂粒度为3-8mm，一次孕育剂包括下述重量百分比成分：硅70-75％；铝≤1.5％；钙0.5-1.5％；钡1.5-2.5％；其余为铁。
进一步地，步骤(5)中随流孕育剂为粒度0.2-0.7mm的硅铝孕育剂，加入比例为占铁水重量0.2％，随流孕育剂包括下述重量百分比成分：硅70-75％；铝3.5-4.5％；其余为铁。
本发明的优点和有益效果：
1.本发明是对冲入法球化技术的改良，将三明治合金覆盖改为两步覆盖法，取消了矽钢片在球化剂覆盖这一步骤，改为直接用0.6-0.8％一次孕育剂覆盖在球化剂上，简化了工人的操作环节，通常覆盖步骤是在球化剂上先覆盖0.6-0.8％矽钢片，然后再覆盖0.4-0.8％的一次孕育剂，取消矽钢片后工人的劳动强度明显减轻。
2.因取消矽钢片加入，每吨铁水可节约14-22元成本，每年按照16万吨铁水统计，可节约224-352万元，对铸造企业成本控制非常有利。
3.矽钢片中会存在一些水分、灰分及其它杂质，在球化时会与铁水反应，形成气体、氧化渣，消耗球化剂中镁和稀土，导致铁水增加一定的渣及气孔，对铸件缺陷防止不利，因此取消矽钢片有利于提高铸件质量，减少铸造缺陷。
4.矽钢片中存在1-3％的加工切削液，切削液成分包括基础油、三乙醇胺、妥尔油、硼酸、聚乙二醇、石油磺酸钠、磷酸钠等，切削液在高温铁水中燃烧产生大量烟尘，对车间空气质量产生影响。
5.冲入法球化处理通过二步合金填埋改良后，与盖包法、喂丝法球化相比更具竞争力，盖包法和喂丝法在球化中与冲入法一样，同样会产生烟尘和废气，只是盖包法和喂丝法增加了废气收集环保装置；常规电炉早期都设置了废气除尘设备，这点冲入法并不落后，相反冲入法操作简单，球化机动灵活，尤其是风电铸件单重从1.5MW 10吨左右增加到6MW70吨左右，按照目前的发展趋势，铸件单重还会继续增加，此时，冲入法球化通过多个电炉联合出铁，多包铁水共同浇注，能够快速高效完成浇注任务。而喂丝法和盖包法在浇注大件产品上就显得捉襟见肘，不仅要增加喂丝站数量，70多吨铁水升温后再送进喂丝站球化处理，铁水流转线路增加，温度控制难度增加，不利于铁水质量控制。
6.通过合金填埋改进之后，在浇注温度不变的情况，铁水包包底材料加入量减少0.6-0.8％，出铁温度要求可降低15-25℃左右，可减少能耗成本。举例来说，在2000-5000KW·H的升温条件下，按照15吨铁水计算，升温15-25℃左右，平均每吨铁水需要耗电2-6度，电价按照0.5元/度计算，因此出铁温度要求降低，电能能耗平均可节省1-3元/吨铁水，全年按照16万吨铁水产能计算，可节约16-48万元成本。
7.包底合金填埋简化后，对铁水球化质量没有影响，球铁材质的强度、韧性等检测均能符合材质要求，工艺可以验证后批量生产。
附图说明
图1是本发明实施例1得到的球墨铸铁金相组织照片。
图2是本发明实施例2得到的球墨铸铁金相组织照片。
图3是本发明实施例3得到的球墨铸铁金相组织照片。
图4是对比例得到的球墨铸铁金相组织照片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明通过熔炼工艺优化，反复实验验证才设计出风电球墨铸铁简化球化工艺，在大量创造性劳动后总结出简化球化工艺实施的前提是原铁水成分控制得当，包底合金填埋紧实，电炉出铁速度要快，确保爆镁正常及铁水中镁、硫含量正常。现有工艺中关于球化工艺描述较多，例如压铸机曲轴件水冷金属型铸造技术，提到用珠光体球化剂覆盖硅铁孕育的方式球化，但是该方法无法在风电球墨铸铁中应用，原因是生产曲轴球化铁水150公斤，而生产风电铸件处理铁水在10吨-100吨以内，不能效仿曲轴用珠光体球化剂+硅铁球化处理，会导致风电铸件珠光体超标，从而导致铸件韧性指标急剧下降，应力增加，无法达到风机使用要求，同时水冷金属型铸造需要使用金属铁模做为铸型外模，使用寿命低、铸造成本大，并且水冷工艺设计难度大，无法在实际生产中得到运用，特别是面对处理铁水量急剧增大的情况，水冷工艺完全不能适应；再如耐磨低合金铸钢采用孕育剂包覆球化剂进行孕育处理，但是该低合金球墨铸钢的铸态金相组织为珠光体，热处理后组织为下贝氏体该材质的韧性指标较差，在低温环境中脆性大，在设备负荷运转时容易开裂，因此该工艺无法运用到风电产品上；再如关于强化铁素体生产QT450-18球墨铸铁的熔炼工艺中提到用重稀土球化剂加1.6-1.9％高钙钡孕育剂覆盖球化，该工艺按照高硅固溶工艺生产，虽然提升了材质强度指标，但材质的韧性降低、脆性增大，无法满足风电铸件的低温冲击测试要求，无法满足风电铸件使用要求，因此该工艺也不适合在风电产品上使用。
本发明针对风电球磨铸铁的熔炼工艺进行改进，在原料选择上采用生铁50-80％、废钢10-20％、回炉料20-30％、焦炭8-10％、石灰石2.5-3.5％、硅铁0.9-1.2％，基本控制了熔炼铁水中的碳含量，此外对于回炉料的使用可以解决回炉料的积压问题，减少新原料的加入冲减成本；作为优选，为更好控制球化质量，对进入冲天炉的各原料中的化学元素进行控制，以减少干扰球化元素的含量，比如锰、铜、锡、磷、铅、铋、砷、钼、铬等元素的影响；作为优选，为细化石墨，本发明还可以在包底加入一定量锑，但是由于锑会增加白口倾向，因此加入量控制在0.005％较为合理。在步骤(3)中为保证熔炼的球墨铸铁质量，对电炉内铁水成分进行控制，要求碳3.80-3.90％，硅1.05-1.15％，锰≤0.20％，磷≤0.035％，硫0.010-0.020％，以减少浇注时的缩松等铸造缺陷，作为优选，可以采用微硫增碳剂对铁水进行增碳、或者采用矽钢片对铁水进行减碳，此外还可以采用硅铁对铁水中硅成分进行调整；
在步骤(4)的冲入法球化操作过程中，球化剂填入量、一次孕育剂填入量控制能够使冲入的铁水充分反应，球化效果良好，同时两者的比例也非常重要，一次孕育剂覆盖在球化剂上因此还担负有控制球化爆镁的作用，如果一次孕育剂填入量过少，会导致爆镁过早，球化质量严重下降，如果一次孕育剂填入量过高，则于成本控制不利；在步骤(4)中，为配合矽钢片的取消和球化剂、一次孕育剂的使用，电炉出铁水温度控制在1460-1470℃、出铁时间控制在50-80秒内，出铁温度较常规可降低15-25℃，降低了能耗，而出铁时间不宜过长，时间过长会导致球化剂爆镁过早，铁水球化不均匀，后出铁水无法和球化剂反应，导致球化处理不充分，容易产生球化衰退缺陷。作为优选，步骤(4)还可以在包底再加入锑用以细化石墨；同样作为优选，球化剂粒度为8-32mm，球化剂的粒度和爆镁效果有关，颗粒度大时，球化剂上浮在铁水表面，不利于镁的吸收，粒度过小，早期出铁铁水反应过于剧烈，导致爆镁过早，容易球化不良，结合球化剂成分为镁5.55-6.20％、稀土0.85-1.20％、钙0.8-1.2％、硅45-50％、其余为铁，使球化效果稳定；同样作为优选，一次孕育剂的粒度为3-8mm，有利于控制一次孕育剂的熔化速度和硅的吸收效果，结合一次孕育剂的成分为硅70-75％、铝≤1.5％、钙0.5-1.5％、钡1.5-2.5％、其余为铁能够控制球化剂爆镁速度，防止爆镁过早；同样作为优选，随流孕育剂为硅铁孕育剂，成分为硅70-75％、铝3.5-4.5％、其余为铁，粒度为0.2-0.7mm，有利于控制随流孕育剂的吸收效果，提高铁水形核能力。
本发明的电炉可以采用15吨中频感应电炉，最大升温功率5000KW·H，炉内电磁搅拌均匀，成分均匀性好。
以下实施例和对比例采用树脂砂造型，所采用的造型材料、浇注系统、造型工艺不做任何改变，保证铸型质量的同一性。
实施例1
本实施例中的250方形试块为QT400-18AL球墨铸铁，单件重量114㎏，树脂砂生产，基体组织为铁素体。
该试块中各组分含量的重量百分比是：碳3.73％、硅2.09％、锰0.12％、磷0.024％、硫0.012％、稀土0.009％、镁0.045％、锑0.005％，其余为铁。
该试块的制造方法是：一、冲天炉配料，原料包括下述重量百分比的物质：生铁57％、废钢18％、回炉料25％、焦炭8％、石灰石3％、硅铁0.9％；二、熔炼，将生铁、回炉料、废钢、硅铁、焦炭、石灰石一次加到冲天炉中熔炼，其中回炉料采用的是开箱后的QT400-18AL铸件的浇注系统、冒口，废钢为碳素钢；冲天炉出铁温度控制在1500℃；三、冲天炉铁水脱硫，出铁1/3时向铁水包底部加入0.5％(占出铁总量百分比)的脱硫剂，出铁2/3时在出铁槽随流脱硫剂0.5％(占出铁总量百分比)，充氮压力0.2MPa，充氮时间4分钟，脱硫后硫含量0.015％；四、电炉进铁水，冲天炉向电炉提供10000㎏铁水；五、电炉成分调整，铁水升温到1380℃，取样分析，调整成分，原铁水成分满足工艺要求，即碳3.80-3.90％，硅1.05-1.15％，锰≤0.20％，磷≤0.035％，硫0.010-0.020％；六、出铁、球化及一次孕育处理，先将1.1％的球化剂放在铁水包堤坝一侧，捣实；然后将0.6％的一次孕育剂均匀覆盖在球化剂上，并在包底加入0.005％的锑，电炉炉内铁水升温到1470℃时出铁，将铁水倒入到铁水包内放置球化剂的对面；七、球化后除渣，待球化爆镁结束后将铁水表面的渣用除渣剂扒渣干净，转运到浇注场地；八、浇注，浇注温度1355℃，铁水倒入铸型时，加入随流孕育剂0.2％，步骤八需在步骤七完成后，8分钟内浇注完成，其目的是防止铁水停滞时间过长导致孕育及球化衰退。
本实施例中添加的球化剂、一次孕育剂、锑、随流孕育剂的加入比例均为电炉出铁重量的百分比。
按照此制造方法生产3次，每次生产1件250方形试块，根据DIN EN 1563:2005-10标准，本实施例中的方形试块70mm厚附铸试块抗拉强度＞360MPa，屈服强度＞220MPa，延伸率＞12％，硬度＞120HBW；根据GB/T 9441-2009标注，本实施例中250方形试块QT400-18AL铁素体球墨铸铁件测得球化等级2级，石墨大小级别6级，铁素体所占比例＞95％，环境温度-20度无缺口冲击＞10J；根据EN12680-3:2011标准，本实施例中250方形试块QT400-18AL铁素体球墨铸铁件探伤合格；本实施例中铸件的成分、力学性能、探伤结果见下表：
表1化学成分
铸件号 碳％ 硅％ 锰％ 磷％ 硫％ 稀土％ 镁％ 锑％
1# 3.73 2.09 0.12 0.024 0.012 0.009 0.045 0.005
2# 3.70 2.10 0.10 0.025 0.011 0.010 0.047 0.005
3# 3.74 2.09 0.13 0.027 0.009 0.008 0.040 0.005
表2力学性能
铸件号 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率(％) 硬度(HBW)
1# 375 241 23.0 138
2# 383 245 23.5 140
3# 379 246 24.5 138
表3探伤结果
铸件号 缺陷面积mm<sup>2</sup> 缺陷深度mm φ当量mm 缺陷占壁厚比％ 缺陷级别 是否合格
1# / / / / 无 合格
2# / / / / 无 合格
3# / / / / 无 合格
对本实施例生产的250方形试块心部解剖，如图1所示，附铸试块没有发现球化衰退和异形石墨，心部石墨圆整，球化等级2级，石墨大小级别5-6级，符合工艺要求。
实施例2
本实施例中的250方形试块为QT400-18AL球墨铸铁，单件重量114㎏，树脂砂生产，基体组织为铁素体。
该试块中各组分含量的重量百分比是：碳3.75％、硅2.12％、锰0.12％、磷0.024％、硫0.012％、稀土0.012％、镁0.046％、锑0.005％，其余为铁。
该试块的制造方法是：一、冲天炉配料，原料包括下述重量百分比的物质：生铁57％、废钢18％、回炉料25％、焦炭8％、石灰石3％、硅铁0.9％；二、熔炼，将生铁、回炉料、废钢、硅铁、焦炭、石灰石一次加到冲天炉中熔炼，其中回炉料采用的是开箱后的QT400-18AL铸件的浇注系统、冒口，废钢为碳素钢；冲天炉出铁温度控制在1500℃；三、冲天炉铁水脱硫，出铁1/3时向铁水包底部加入0.5％(占出铁总量百分比)的脱硫剂，出铁2/3时在出铁槽随流脱硫剂0.5％(占出铁总量百分比)，充氮压力0.2MPa，充氮时间4分钟，脱硫后硫含量0.017％；四、电炉进铁水，冲天炉向电炉提供10000㎏铁水；五、电炉成分调整，铁水升温到1380℃，取样分析，调整成分，原铁水成分满足工艺要求，即碳3.80-3.90％，硅1.05-1.15％，锰≤0.20％，磷≤0.035％，硫0.010-0.020％；六、出铁、球化及一次孕育处理，先将1.1％的球化剂放在铁水包堤坝一侧，捣实；然后将0.7％的一次孕育剂均匀覆盖在球化剂上，并在包底加入0.005％的锑，电炉炉内铁水升温到1475℃时出铁，将铁水倒入到铁水包内放置球化剂的对面；七、球化后除渣，待球化爆镁结束后将铁水表面的渣用除渣剂扒渣干净，转运到浇注场地；八、浇注，浇注温度1360℃，铁水倒入铸型时，加入随流孕育剂0.2％，步骤八需在步骤七完成后，8分钟内浇注完成，其目的是防止铁水停滞时间过长导致孕育及球化衰退。
本实施例中添加的球化剂、一次孕育剂、锑、随流孕育剂的加入比例均为电炉出铁重量的百分比。
按照此制造方法生产3次，每次生产1件250方形试块，根据DIN EN 1563:2005-10标准，本实施例中的方形试块70mm厚附铸试块抗拉强度＞360MPa，屈服强度＞220MPa，延伸率＞12％，硬度＞120HBW；根据GB/T 9441-2009标注，本实施例中250方形试块QT400-18AL铁素体球墨铸铁件测得球化等级2级，石墨大小级别6级，铁素体所占比例＞95％，环境温度-20度无缺口冲击＞10J；根据EN12680-3:2011标准，本实施例中250方形试块QT400-18AL铁素体球墨铸铁件探伤合格；本实施例中铸件的成分、力学性能、探伤结果见下表：
表4化学成分
表5力学性能
铸件号 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率(％) 硬度(HBW)
1# 388 246 22.7 145
2# 381 240 23.0 139
3# 379 243 24.5 136
表6探伤结果
铸件号 缺陷面积mm<sup>2</sup> 缺陷深度mm φ当量mm 缺陷占壁厚比％ 缺陷级别 是否合格
1# / / / / 无 合格
2# / / / / 无 合格
3# / / / / 无 合格
对本实施例生产的250方形试块心部解剖，如图2所示，附铸试块没有发现球化衰退和异形石墨，心部石墨圆整，球化等级2级，石墨大小级别5-6级，符合工艺要求。
实施例3
本实施例中的250方形试块为QT400-18AL球墨铸铁，单件重量114㎏，树脂砂生产，基体组织为铁素体。
该试块中各组分含量的重量百分比是：碳3.70％、硅2.06％、锰0.12％、磷0.028％、硫0.011％、稀土0.013％、镁0.043％、锑0.005％，其余为铁。
该试块的制造方法是：一、冲天炉配料，原料包括下述重量百分比的物质：生铁57％、废钢18％、回炉料25％、焦炭8％、石灰石3％、硅铁0.9％；二、熔炼，将生铁、回炉料、废钢、硅铁、焦炭、石灰石一次加到冲天炉中熔炼，其中回炉料采用的是开箱后的QT400-18AL铸件的浇注系统、冒口，废钢为碳素钢；冲天炉出铁温度控制在1500℃；三、冲天炉铁水脱硫，出铁1/3时向铁水包底部加入0.5％(占出铁总量百分比)的脱硫剂，出铁2/3时在出铁槽随流脱硫剂0.5％(占出铁总量百分比)，充氮压力0.2MPa，充氮时间4分钟，脱硫后硫含量0.014％；四、电炉进铁水，冲天炉向电炉提供10000㎏铁水；五、电炉成分调整，铁水升温到1380℃，取样分析，调整成分，原铁水成分满足工艺要求，即碳3.80-3.90％，硅1.05-1.15％，锰≤0.20％，磷≤0.035％，硫0.010-0.020％；六、出铁、球化及一次孕育处理，先将1.1％的球化剂放在铁水包堤坝一侧，捣实；然后将0.8％的一次孕育剂均匀覆盖在球化剂上，并在包底加入0.005％的锑，电炉炉内铁水升温到1480℃时出铁，将铁水倒入到铁水包内放置球化剂的对面；七、球化后除渣，待球化爆镁结束后将铁水表面的渣用除渣剂扒渣干净，转运到浇注场地；八、浇注，浇注温度1358℃，铁水倒入铸型时，加入随流孕育剂0.2％，步骤八需在步骤七完成后，8分钟内浇注完成，其目的是防止铁水停滞时间过长导致孕育及球化衰退。
本实施例中添加的球化剂、一次孕育剂、锑、随流孕育剂的加入比例均为电炉出铁重量的百分比。
按照此制造方法生产3次，每次生产1件250方形试块，根据DIN EN 1563:2005-10标准，本实施例中的方形试块70mm厚附铸试块抗拉强度＞360MPa，屈服强度＞220MPa，延伸率＞12％，硬度＞120HBW；根据GB/T 9441-2009标注，本实施例中250方形试块QT400-18AL铁素体球墨铸铁件测得球化等级2级，石墨大小级别6级，铁素体所占比例＞95％，环境温度-20度无缺口冲击＞10J；根据EN12680-3:2011标准，本实施例中250方形试块QT400-18AL铁素体球墨铸铁件探伤合格；本实施例中铸件的成分、力学性能、探伤结果见下表：
表7化学成分
铸件号 碳％ 硅％ 锰％ 磷％ 硫％ 稀土％ 镁％ 锑％
1# 3.70 2.06 0.12 0.028 0.011 0.013 0.043 0.005
2# 3.78 2.10 0.16 0.026 0.008 0.010 0.040 0.005
3# 3.76 2.08 0.11 0.024 0.009 0.011 0.046 0.005
表8力学性能
铸件号 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率(％) 硬度(HBW)
1# 384 239 22.6 138
2# 380 241 23.3 143
3# 378 244 22.9 145
表9探伤结果
铸件号 缺陷面积mm<sup>2</sup> 缺陷深度mm φ当量mm 缺陷占壁厚比％ 缺陷级别 是否合格
1# / / / / 无 合格
2# / / / / 无 合格
3# / / / / 无 合格
对本实施例生产的250方形试块心部解剖，如图3所示，附铸试块没有发现球化衰退和异形石墨，心部石墨圆整，球化等级2级，石墨大小级别5-6级，符合工艺要求。
对比例
本对比例中的250方形试块为QT400-18AL球墨铸铁，单件重量114㎏，树脂砂生产，基体组织为铁素体。
该试块中各组分含量的重量百分比是：碳3.75％、硅2.09％、锰0.15％、磷0.024％、硫0.015％、稀土0.010％、镁0.039％、锑0.005％，其余为铁。
该试块的制造方法是：一、冲天炉配料，原料包括下述重量百分比的物质：生铁57％、废钢18％、回炉料25％、焦炭8％、石灰石3％、硅铁0.9％；二、熔炼，将生铁、回炉料、废钢、硅铁、焦炭、石灰石一次加到冲天炉中熔炼，其中回炉料采用的是开箱后的QT400-18AL铸件的浇注系统、冒口，废钢为碳素钢；冲天炉出铁温度控制在1500℃；三、冲天炉铁水脱硫，出铁1/3时向铁水包底部加入0.5％(占出铁总量百分比)的脱硫剂，出铁2/3时在出铁槽随流脱硫剂0.5％(占出铁总量百分比)，充氮压力0.2MPa，充氮时间4分钟，脱硫后硫含量0.014％；四、电炉进铁水，冲天炉向电炉提供10000㎏铁水；五、电炉成分调整，铁水升温到1380℃，取样分析，调整成分，原铁水成分满足工艺要求，即碳3.80-3.90％，硅1.05-1.15％，锰≤0.20％，磷≤0.035％，硫0.010-0.020％；六、出铁、球化及一次孕育处理，先将1.1％的球化剂放在铁水包堤坝一侧，捣实；然后将0.4％的一次孕育剂均匀覆盖在球化剂上，并在包底加入0.005％的锑，电炉炉内铁水升温到1480℃时出铁，将铁水倒入到铁水包内放置球化剂的对面；七、球化后除渣，待球化爆镁结束后将铁水表面的渣用除渣剂扒渣干净，转运到浇注场地；八、浇注，浇注温度1353℃，铁水倒入铸型时，加入随流孕育剂0.2％，步骤八需在步骤七完成后，8分钟内浇注完成，其目的是防止铁水停滞时间过长导致孕育及球化衰退。
本对比例中添加的球化剂、一次孕育剂、锑、随流孕育剂的加入比例均为电炉出铁重量的百分比。
按照此制造方法生产3次，每次生产1件250方形试块，根据DIN EN 1563:2005-10标准，本对比例中的方形试块70mm厚附铸试块抗拉强度＞360MPa，屈服强度＞220MPa，延伸率＞12％，硬度＞12HBW；根据GB/T 9441-2009标注，本对比例中250方形试块QT400-18AL铁素体球墨铸铁件测得球化等级2级，石墨大小级别6级，铁素体所占比例＞95％，环境温度-20度无缺口冲击＞10J；根据EN12680-3:2011标准，本对比例中250方形试块QT400-18AL铁素体球墨铸铁件探伤合格；本对比例中铸件的成分、力学性能、探伤结果见下表：
表10化学成分
铸件号 碳％ 硅％ 锰％ 磷％ 硫％ 稀土％ 镁％ 锑％
1# 3.75 2.09 0.15 0.024 0.015 0.010 0.039 0.005
2# 3.71 2.08 0.14 0.025 0.016 0.013 0.037 0.005
3# 3.73 2.08 0.15 0.025 0.014 0.013 0.038 0.005
表11力学性能
铸件号 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率(％) 硬度(HBW)
1# 364 228 18.6 130
2# 358 225 17.0 132
3# 355 220 16.5 128
表12探伤结果
铸件号 缺陷面积mm<sup>2</sup> 缺陷深度mm φ当量mm 缺陷占壁厚比％ 缺陷级别 是否合格
1# / / / / 无 合格
2# / / / / 无 合格
3# / / / / 无 合格
对本对比例生产的250方形试块心部解剖，如图4所示，附铸试块均发现存在少量的蠕虫状石墨，球化等级3级，石墨大小级别5-6级，不符合工艺要求，原因是包底覆盖孕育剂偏少，导致爆镁过早、铁水脱硫效果变差，从而导致蠕虫状石墨产生。
根据上述结果可知，冲入法球化包底球化剂上的孕育剂添加比例应控制在0.6-0.8％，偏少存在球化不良的风险，过多的添加对成本控制不利；同时由上述结果可得出结论，冲入法球化取消包底矽钢片，改用孕育剂覆盖是绝对可行的，球化得到的球墨铸铁质量完全能够满足工艺要求，而取消矽钢片不仅可以降低员工劳动强度，还可以降低球化爆镁产生的扬尘。
本发明实施例涉及到的材料、试剂和实验设备，如无特别说明，均为符合冶金铸造领域的市售产品。
以上所述，仅为本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的核心技术的前提下，还可以做出改进和润饰，这些改进和润饰也应属于本发明的专利保护范围。与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.风电球墨铸铁冲入法球化简化处理工艺，其特征在于，步骤包括：
(1)采用冲天炉-电炉双联熔炼，冲天炉原料配料重量百分比如下：生铁50-80％、废钢10-20％、回炉料20-30％、焦炭8-10％、石灰石2.5-3.5％、硅铁0.9-1.2％；
(2)将原料按照配比加到冲天炉中熔炼，冲天炉出铁温度控制在1480～1550℃；
(3)冲天炉铁水脱硫后电炉进铁水；电炉熔炼过程中分析监测电炉内铁水成分含量，控制铁水成分在碳3.80-3.90％，硅1.05-1.15％，锰≤0.20％，磷≤0.035％，硫0.010-0.020％；
(4)冲天炉-电炉双联熔炼后进行出铁、球化及一次孕育处理，即先将占出铁重量1.05-1.15％的球化剂放置在铁水包包底堤坝一侧或凹坑内，将球化剂压紧捣实，并在球化剂上均匀覆盖出铁重量0.6-0.8％的一次孕育剂；电炉将铁水温度升到1460-1470℃时，将铁水倒入包底放置球化剂的对侧，出铁时间控制在50-80秒内；
(5)球化后除渣，然后浇注；浇注温度1350-1360℃，并随浇注铁水流加入随流孕育剂进行二次孕育；得到的球墨铸铁成分的重量百分比是碳3.70-3.80％，硅2.10-2.20％，锰≤0.20％，磷≤0.035％，硫0.005-0.012％，镁0.035-0.055％，稀土0.004-0.015％，锑0.003-0.005％，其余为铁。
2.如权利要求1所述的风电球墨铸铁冲入法球化简化处理工艺，其特征在于，所述步骤(1)中生铁成分满足碳≥3.50％，硅0.7-1％，锰≤0.1％，磷≤0.040％，硫≤0.030％，砷≤0.0008％，铅≤0.0005％，锡≤0.0005％，锑≤0.0006％，锌≤0.0003％，铬≤0.0070％，镍≤0.0060％，铜≤0.0060％，钒≤0.010％，钛≤0.040％，钼≤0.0010％，硼≤0.0010％，上述元素中除碳、硅、锰、磷、硫之外的其他元素含量总量≤0.070％；
废钢成分满足碳≤0.50％，硅≤0.50％，锰≤0.8％，磷≤0.030％，硫≤0.030％，钛≤0.010％，铬≤0.040％，铜≤0.010％，钼≤0.010％；
回炉料为QT400-18AL风电铸件回炉料，成分满足碳3.6-3.7％，硅1.9-2.2％；
焦炭粒度80-200mm，碳≥90％，硫≤0.7％，灰分≤10％，水分≤5％；
石灰石粒度30-80mm，氧化钙＞60％；
硅铁使用GB/T2272-2009中型号FeSi75Al1.0-B。
3.如权利要求1所述的风电球墨铸铁冲入法球化简化处理工艺，其特征在于，所述步骤(2)中冲天炉出铁温度为1500℃。
4.如权利要求1所述的风电球墨铸铁冲入法球化简化处理工艺，其特征在于，所述步骤(3)中冲天炉铁水进行脱硫的过程为：冲天炉出铁1/3时向铁水包底部加入0.4～0.6％(占出铁总量百分比)的脱硫剂，出铁2/3时出铁槽随流脱硫剂0.3～0.6％(占出铁总量百分比)，首次脱硫剂加入后向铁水包包底充入氮气，将压力控制在0.2-0.3MPa，充氮时间为3-4分钟，以使氮气充分搅拌铁水进行脱硫；将铁水中硫控制在0.010-0.020％。
5.如权利要求1所述的风电球墨铸铁冲入法球化简化处理工艺，其特征在于，所述步骤(3)对铁水中碳成分进行调整，采用粒度1-5mm微硫增碳剂，加入比例为铁水重量的0.01-0.2％，微硫增碳剂包括下述重量百分比成分：碳≥99.0％；硫≤0.04％；氮≤0.01％。
6.如权利要求1所述的风电球墨铸铁冲入法球化简化处理工艺，其特征在于，所述步骤(3)对电炉内铁水中碳成分进行调整，采用厚度0.8-4mm，宽度1-6mm的矽钢片，加入比例为铁水重量的0.2-2％，矽钢片包括下述重量百分比成分：碳≤0.5％；硅≤0.5％；硫≤0.015％；磷≤0.030％；铬≤0.040％；钛≤0.020％，其余为铁。
7.如权利要求1所述的风电球墨铸铁冲入法球化简化处理工艺，其特征在于，所述步骤(3)对电炉内铁水中硅成分进行调整，硅铁加入比例为铁水重量的0.1-0.6％，硅铁厚度≤100mm，硅铁包括下述重量百分比成分：硅72-80％；铝≤1.0％；钙≤1.0％；其余为铁。
8.如权利要求1所述的风电球墨铸铁冲入法球化简化处理工艺，其特征在于，所述步骤(4)中还包括将出铁重量0.005％锑加在铁水包包底。
9.如权利要求1所述的风电球墨铸铁冲入法球化简化处理工艺，其特征在于，所述步骤(4)中球化剂为硅镁-稀土球化剂，粒度8-32mm，球化剂包括下述重量百分比成分：镁5.55-6.20％；稀土0.85-1.20％；钙0.8-1.2％；硅45-50％；其余为铁。
10.如权利要求1所述的风电球墨铸铁冲入法球化简化处理工艺，其特征在于，所述步骤(4)中一次孕育剂粒度为3-8mm，一次孕育剂包括下述重量百分比成分：硅70-75％；铝≤1.5％；钙0.5-1.5％；钡1.5-2.5％；其余为铁。
11.如权利要求1所述的风电球墨铸铁冲入法球化简化处理工艺，其特征在于，所述步骤(5)中随流孕育剂为粒度0.2-0.7mm的硅铝孕育剂，加入比例为占铁水重量0.2％，随流孕育剂包括下述重量百分比成分：硅70-75％；铝3.5-4.5％；其余为铁。
12.如权利要求1所述的风电球墨铸铁冲入法球化简化处理工艺，其特征在于，所述步骤(5)中铁水球化除渣后在8分钟内完成浇注。
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