专利名称：一种低温球墨铸铁生产的控制方法
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IOt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°C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°C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°C 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°C，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
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°C，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°C，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.洲的孕育剂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°C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°C以下后，进行清理， 冷却速度低于20°C /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°C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°C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°C，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
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°C，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°C，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°C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°C以下后，进行清理，冷却速度低于 200C /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°C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%、Μη 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SCO. 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°C，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
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°C，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°C，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°C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°C以下后，进行清理，冷却速度低于 20°C /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°C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SCO. 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°C，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
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°C，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°C，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°C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°C以下后，进行清理，冷却速度低于 20°C /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、5%，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 2 ，-4(rC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。
权利要求
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°C，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°C，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°C，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.洲的孕育剂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°C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°C以下后，进行清理， 冷却速度低于20°C /分钟，最终浇铸制得低温球墨铸铁铸件。
2.根据权利要求1所述一种低温球墨铸铁生产的控制方法，其特征在于所用球化剂 QRMg8RE3的粒度为10 30mm，其中粉状物含量小于重量百分比5 %。
全文摘要
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C3.4～3.9%、Si1.8～2.5%、Mn0.1～0.4%、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。
文档编号C22C37/10GK102094147SQ20111007126
公开日2011年6月15日 申请日期2011年3月24日 优先权日2011年3月24日
发明者丁俭, 孟宪阔, 李永艳, 李海鹏, 王志国, 王志峰, 赵维民 申请人:河北工业大学