喂絲法生產(chǎn)耐低溫沖擊球墨鑄鐵的應用

1、喂絲法生產(chǎn)耐低溫球墨鑄鐵的應用王小偉，朱浩宇，張勝，黃偉，殷作虎無錫永新特種金屬有限公司摘要：本文簡述了風電類耐低溫球墨鑄鐵件的需求勢頭。從芯線、喂絲設(shè)備和處理站等三個方面對喂絲法生產(chǎn)耐低溫沖擊球鐵生產(chǎn)工藝及其關(guān)鍵技術(shù)作了全面闡述。探討了喂絲法處理耐低溫沖擊球鐵的優(yōu)點。說明這種球化處理法是一種值得推廣的球化處理新工藝。關(guān)鍵詞：喂絲法，球墨鑄鐵，低溫沖擊，風電鑄件Abstract：The demands and application examples of low temperature resistant nodular iron casting used in wind power equ

2、ipment were introduced. The cored-wire injection nodularizing process and its key techniques were described including : composition and preparation of cored-wire, cored-wire injection equipment and nodularizing treatment station. the advantages of injection nodularizing process and the points must b

3、e paid attentions when using this nodularizing process are discussed. It is pointed out that this nodularizing process is a new nodularizing process worth popularizing 。近年來，國內(nèi)生產(chǎn)具有耐低溫沖擊性能要求的球墨鑄鐵件的單位越來越多，產(chǎn)量越來越大，主要原因是風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，截至2010年底，中國全年風力發(fā)電新增裝機達1600萬千瓦，累計裝機容量達到4182.7萬千瓦，首次超過美國，躍居世界第一。根據(jù)目前國內(nèi)增長趨勢到2

4、020年中國總裝機容量可達到2.3億KW?？梢婏L電行業(yè)的需求將持續(xù)。鑄件是風力發(fā)電設(shè)備的主要構(gòu)件，包括裝置葉片的輪轂、底座、齒輪箱、主框架等構(gòu)件，12MW機組需2535噸鑄件，4.5MW風力發(fā)電機組約需要5070噸鑄件。由于風力發(fā)電機組多建于海邊和沙漠等多風源地帶，風速高達1000m/min 。有的零件要在離地高100米的高空運行，有的零件在零下20甚至零下40的環(huán)境下服役，工況條件十分惡劣。因此，除了對風電球鐵鑄件要求常溫的抗拉強度、延伸率、硬度、探傷等要求外，還要求了低溫沖擊性能，為-20和-40兩種。主要指標見表1：表1：低溫沖擊韌性指標牌號抗拉強度延伸率低溫沖擊韌性球化級別基體組織球徑

5、 大小EN-GJS-400-18U-LT35018平均12單個93鐵素體57EN-GJS-350-22U-LT40022平均12單個93鐵素體57和常溫球墨鑄鐵相比，耐低溫沖擊球墨鑄鐵的生產(chǎn)還是有一定的難度，對原輔材料、過程控制及檢測諸多方面都提出了全新的要求。喂絲法生產(chǎn)球墨鑄鐵，是2000年左右在國內(nèi)獲得成功應用的球化處理工藝，并形成了一套完善的處理工藝及配套設(shè)備（喂絲設(shè)備、處理站），已經(jīng)在國內(nèi)近百家企業(yè)得到應用。但是到目前為止國內(nèi)在耐低溫沖擊球鐵中應用的實例還很少。為此我們設(shè)計制作了喂絲處理站進行了喂絲法生產(chǎn)耐低溫球墨鑄鐵的試驗，并取得了預期效果，生產(chǎn)出了鑄態(tài)條件下滿足所有性能指標的耐低溫

6、球墨鑄鐵產(chǎn)品。推薦精選1、生產(chǎn)條件及設(shè)備采用12噸中頻感應電爐熔煉鐵水，呋喃樹脂砂造型。主要產(chǎn)品及牌號為：wikov箱體鑄件（TQW0111001），牌號EN-GJS-400-18U-LT，鑄件重7噸，主要壁厚60mm；1.5MW輪轂(LG1116)，牌號EN-GJS-350-22U-LT，鑄件重11噸，主要壁厚100mm。兩種產(chǎn)品的性能要求見表1。喂絲處理用處理站根據(jù)鑄件情況結(jié)合現(xiàn)場條件設(shè)計（見圖三）。處理站設(shè)計主要考慮鐵水包進出，包蓋起降，喂絲設(shè)備的運行，人員操作方便的要求。主要結(jié)構(gòu)為：處理站主體框架用來支撐整個結(jié)構(gòu)，將來還可以做成半封閉式的，加上除塵設(shè)備以滿足現(xiàn)在越來越嚴格的環(huán)保要求，框

7、架中間開槽，方便行車吊運鐵水包進出處理站。包蓋主要用來蓋住鐵水包，減少鐵水飛濺、煙塵的揮發(fā)、鐵水包里造成一定壓力增加球化元素的吸收，包蓋上開孔。喂絲機考慮到鐵水量比較大，采用2臺永新公司生產(chǎn)的雙線喂絲機，最多可同時進行4根絲線的喂入，考慮到鐵水情況，可以選擇1到4根絲線，也可以在喂入球化絲的同時喂入孕育芯線，邊球化邊孕育，已達到更好的效果。喂絲機安放到整個框架上方，包芯線通過導線支架進入喂絲機并沿導管通過包蓋孔進入鐵水包進行球化處理。原材料采用低硅低錳低硫的高純球生鐵，碳素結(jié)構(gòu)鋼以及回爐料。用增碳劑，硅鐵等調(diào)整鐵液成份。工業(yè)堿進行脫硫處理。球化絲線采用永新公司生產(chǎn)的CWT-1型球化劑，孕育劑采

8、用Bs-1A長效孕育劑。球化絲線及孕育劑的主要技術(shù)指標見表3。 圖一：1.5MW輪轂 圖二：wikov箱體表3規(guī)格MgRESiBaCa粉鐵比線重球化劑CWT-125302.03.53844適量適量1.31.6:1.0370410孕育劑Bs-1A7075適量適量圖三：喂絲處理站推薦精選2、生產(chǎn)過程按照配料加入各種爐料，通過12T中頻感應電爐融化鐵水。取光譜樣品和碳硅分析樣進行檢驗，并調(diào)整成分到表4的要求范圍內(nèi)。升溫到14801520出鐵，進行脫硫處理。脫硫處理結(jié)束后扒渣、測溫，14001430加入浮硅孕育，將鐵水運送到喂絲處理站加入事先設(shè)定好的絲線量進行喂絲球化處理。處理后扒渣，測溫并記錄并澆注

9、，澆注過程采用隨流孕育。球化絲的加入量設(shè)定在0.8%，孕育劑加入量0.91.1%，隨流孕育劑加入量0.10.15%。兩種產(chǎn)品的主要處理過程一樣，輪轂處理鐵水12.2T，wikov箱體處理鐵水7.5T。兩種產(chǎn)品的成分及工藝做適當調(diào)整，以滿足不同材質(zhì)的要求。表4材料C(%)Si(%)Mn(%)PSMgRE原鐵水3.53.80.81.10.200.0350.030鑄件3.53.81.72.00.200.0350.0150.030.0450.010.023、檢測結(jié)果鑄件的主要性能檢測取樣采用附鑄試棒（兩種產(chǎn)品附鑄試棒大小均為），低溫沖擊任性的檢測（輪轂為-40，wikov箱體為-20）采用“V”型缺口

10、檢測，數(shù)據(jù)記錄見表5。鑄件全部經(jīng)無損探傷檢測為合格。表4抗拉強度延伸率低溫沖擊球化級別基體組織球徑大小-20-401.5輪轂35225%11/14/122鐵素體56Wikov箱體41226%16/18/162鐵素體56金相組織如圖：推薦精選 輪轂 100 wikov箱體 100此后又進行了多種產(chǎn)品以及后續(xù)產(chǎn)品的試制，都滿足了材質(zhì)要求。4、分析及探討低溫沖擊韌性反映材料斷裂時吸收的能量，也反映快速形變條件下，材料抵抗裂紋萌生、發(fā)展和斷裂的能力。是一個材料的韌性指標，也就是說具有較高低溫沖擊韌性的球墨鑄鐵件在-20或-40時具有較高沖擊韌性，脆韌性能轉(zhuǎn)變溫度較低，能夠較好的克服冷脆。現(xiàn)在用球化劑生

11、產(chǎn)低溫沖擊韌性要求的鑄件已經(jīng)在許多廠家得到應用，并取得了很好的效果，在鑄態(tài)下得到了符合材質(zhì)要求的鑄件。用喂絲的方法生產(chǎn)低溫球鐵在國內(nèi)還沒有。我們這次喂絲法生產(chǎn)取得成功，必然為低溫球鐵生產(chǎn)的廠家提供一個更多的選擇。喂絲法生產(chǎn)應該注意以下幾點。1、喂絲處理時鐵水爆發(fā)，因此出鐵水時注意，不能出太滿，液面距離鐵水包上沿應大于300mm，以免鐵水飛濺。鐵水包應采用球化處理包其高徑比盡量大些，以提高鐵水液的深度，提高球化元素的吸收率。2、絲線需要喂絲處理設(shè)備運行，因此設(shè)備平時一定要注意保養(yǎng)，不能在喂絲球化過程中出現(xiàn)機器運轉(zhuǎn)不正常的現(xiàn)象。3、喂絲過程中用包蓋蓋在鐵水包上，包蓋上有孔，絲線通過孔進入鐵液，要隨

12、時檢查孔的情況，不能在喂絲過程中堵塞。4、參數(shù)設(shè)定，喂絲設(shè)備上主要實現(xiàn)兩個參數(shù)，一個是根據(jù)加入量計算得出的米數(shù)，一個是喂入速度。喂絲速度的確定應考慮到鐵水液面高度，鐵水處理量，鐵水溫度等因素。速度的調(diào)節(jié)應掌握在芯線插入包底位置時剛好熔化，邊熔化，邊喂入，連續(xù)不斷地供給，保證芯線始終在包底附近位置反應。喂絲法進行球化處理的主要優(yōu)勢：1、充分利用鎂的球化優(yōu)勢。絲線中鎂含量達到2530%遠高于普通球化劑。采用喂入的方式能夠延緩爆發(fā)。2、降低球化劑帶入的有害雜質(zhì)。球化劑中一些微量元素對球鐵的性能有很大的影響，特別是低溫沖擊性能指標，一些微量元素很少量就能顯著提高脆韌轉(zhuǎn)變溫度。喂絲法中，絲線加入量為0.

13、8%，其中粉含量占總量的60%，即加入的球化劑實際總量為0.8%*60%=0.48%遠小于沖入法（一般1.01.3%）。因此能減少其他雜質(zhì)的帶入量。3、Si含量對低溫沖擊性能影響很大，一般要求不超過2.1%，因此為保證球化劑、孕育劑的加入量，就要求原鐵水中Si要少些。猶豫芯線的加入量低，帶入的Si量少，推薦精選在其他條件相同的條件下，喂絲法處理原鐵水中Si含量可以比沖入法多些，可以加入更多的回爐料。4、球化處理后的停留時間的縮短。一些企業(yè)場地很大，用普通球化劑處理只能在爐前，處理后的鐵液往往運輸?shù)綕沧⑽恢眯枰荛L時間。而用喂絲法處理在出鐵之后，可以把喂絲處理站設(shè)置到離澆注位置不遠的地方。球化處理完成后，不需要長途運輸，縮短處理后的鐵液停留時間，減少球化、孕育的衰退。5、總結(jié)包芯