喂丝法生产耐低温冲击球墨铸铁的应用

喂丝法生产耐低温球墨铸铁的应用 王小伟 朱浩宇 张胜 黄伟 殷作虎 无锡永新特种金属有限公司 摘要 本文简述了风电类耐低温球墨铸铁件的需求势头 从芯线 喂丝设备和处理 站等三个方面对喂丝法生产耐低温冲击球铁生产工艺及其关键技术作了全面阐述 探讨了喂丝法处理耐低温冲击球铁的优点 说明这种球化处理法是一种值得推广的 球化处理新工艺 关键词 喂丝法 球墨铸铁 低温冲击 风电铸件 Abstract The demands and application examples of low temperature resistant nodular iron casting used in wind power equipment 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 be paid attentions when using this nodularizing process are discussed It is pointed out that this nodularizing process is a new nodularizing process worth popularizing 近年来 国内生产具有耐低温冲击性能要求的球墨铸铁件的单位越来越多 产 量越来越大 主要原因是风力发电产业的快速发展 截至 2010 年底 中国全年风力 发电新增装机达 1600 万千瓦 累计装机容量达到 4182 7 万千瓦 首次超过美国 跃 居世界第一 根据目前国内增长趋势到 2020 年中国总装机容量可达到 2 3 亿 KW 可 见风电行业的需求将持续 铸件是风力发电设备的主要构件 包括装置叶片的轮毂 底座 齿轮箱 主框 架等构件 1 2MW 机组需 25 35 吨铸件 4 5MW 风力发电机组约需要 50 70 吨铸 件 由于风力发电机组多建于海边和沙漠等多风源地带 风速高达 1000m min 有 的零件要在离地高 100 米的高空运行 有的零件在零下 20 甚至零下 40 的环境下 服役 工况条件十分恶劣 因此 除了对风电球铁铸件要求常温的抗拉强度 延伸 率 硬度 探伤等要求外 还要求了低温冲击性能 为 20 和 40 两种 主要指 标见表 1 表 1 低温冲击韧性指标 牌号 抗拉强 度 延伸 率 低温冲击韧 性 球化级 别 基体组 织 球径 大 小 EN GJS 400 18U LT 35018 平均 12 单个 9 3 铁素体5 7 EN GJS 350 22U LT 40022 平均 12 单个 9 3 铁素体5 7 和常温球墨铸铁相比 耐低温冲击球墨铸铁的生产还是有一定的难度 对原辅 材料 过程控制及检测诸多方面都提出了全新的要求 喂丝法生产球墨铸铁 是 2000 年左右在国内获得成功应用的球化处理工艺 并形成了一套完善的处理工艺及 配套设备 喂丝设备 处理站 已经在国内近百家企业得到应用 但是到目前为止 国内在耐低温冲击球铁中应用的实例还很少 为此我们设计制作了喂丝处理站进行 了喂丝法生产耐低温球墨铸铁的试验 并取得了预期效果 生产出了铸态条件下满 足所有性能指标的耐低温球墨铸铁产品 1 生产条件及设备 采用 12 吨中频感应电炉熔炼铁水 呋喃树脂砂造型 主要产品及牌号为 wikov 箱 体铸件 TQW0111001 牌号 EN GJS 400 18U LT 铸件重 7 吨 主要壁厚 60mm 1 5MW 轮毂 LG1116 牌号 EN GJS 350 22U LT 铸件重 11 吨 主要壁 厚 100mm 两种产品的性能要求见表 1 喂丝处理用处理站根据铸件情况结合现场条件设计 见图三 处理站设计主 要考虑铁水包进出 包盖起降 喂丝设备的运行 人员操作方便的要求 主要结构 为 处理站主体框架用来支撑整个结构 将来还可以做成半封闭式的 加上除尘设 备以满足现在越来越严格的环保要求 框架中间开槽 方便行车吊运铁水包进出处 理站 包盖主要用来盖住铁水包 减少铁水飞溅 烟尘的挥发 铁水包里造成一定 压力增加球化元素的吸收 包盖上开孔 喂丝机考虑到铁水量比较大 采用 2 台永 新公司生产的双线喂丝机 最多可同时进行 4 根丝线的喂入 考虑到铁水情况 可 以选择 1 到 4 根丝线 也可以在喂入球化丝的同时喂入孕育芯线 边球化边孕育 已达到更好的效果 喂丝机安放到整个框架上方 包芯线通过导线支架进入喂丝机 并沿导管通过包盖孔进入铁水包进行球化处理 原材料采用低硅低锰低硫的高纯球生铁 碳素结构钢以及回炉料 用增碳剂 硅铁等调整铁液成份 工业碱进行脱硫处理 球化丝线采用永新公司生产的 CWT 1 型球化剂 孕育剂采用 Bs 1A 长效孕育剂 球化丝线及孕育剂的主要技术指标见表 3 图一 1 5MW 轮毂 图二 wikov 箱体 表 3 规格MgRESiBaCa粉铁比线重 球化剂CWT 125 302 0 3 538 44适量适量1 3 1 6 1 0370 410 孕育剂Bs 1A 70 75适量适量 图三 喂丝处理站 2 生产过程 按照配料加入各种炉料 通过 12T 中频感应电炉融化铁水 取光谱样品和碳硅 分析样进行检验 并调整成分到表 4 的要求范围内 升温到 1480 1520 出铁 进 行脱硫处理 脱硫处理结束后扒渣 测温 1400 1430 加入浮硅孕育 将铁水运 送到喂丝处理站加入事先设定好的丝线量进行喂丝球化处理 处理后扒渣 测温并 记录并浇注 浇注过程采用随流孕育 球化丝的加入量设定在 0 8 孕育剂加入量 0 9 1 1 随流孕育剂加入量 0 1 0 15 两种产品的主要处理过程一样 轮毂处理铁水 12 2T wikov 箱体处理铁水 7 5T 两种产品的成分及工艺做适当调整 以满足不同材质的要求 表 4 材料C Si Mn PSMgRE 原铁水 3 5 3 8 0 8 1 1 0 20 0 035 0 030 铸件 3 5 3 81 7 2 0 0 20 0 035 0 015 0 03 0 045 0 01 0 02 3 检测结果 铸件的主要性能检测取样采用附铸试棒 两种产品附铸试棒大小均为 低温冲 击任性的检测 轮毂为 40 wikov 箱体为 20 采用 V 型缺口检测 数据记 录见表 5 铸件全部经无损探伤检测为合格 表 4 低温冲击 抗拉 强度 延伸率 20 40 球化 级别 基体 组织 球径 大小 1 5 轮毂35225 11 14 122铁素体5 6 Wikov 箱体41226 16 18 16 2铁素体5 6 金相组织如图 轮毂 100 wikov 箱体 100 此后又进行了多种产品以及后续产品的试制 都满足了材质要求 4 分析及探讨 低温冲击韧性反映材料断裂时吸收的能量 也反映快速形变条件下 材料抵抗 裂纹萌生 发展和断裂的能力 是一个材料的韧性指标 也就是说具有较高低温冲 击韧性的球墨铸铁件在 20 或 40 时具有较高冲击韧性 脆 韧性能转变温度较 低 能够较好的克服冷脆 现在用球化剂生产低温冲击韧性要求的铸件已经在许多厂家得到应用 并取得 了很好的效果 在铸态下得到了符合材质要求的铸件 用喂丝的方法生产低温球铁 在国内还没有 我们这次喂丝法生产取得成功 必然为低温球铁生产的厂家提供一 个更多的选择 喂丝法生产应该注意以下几点 1 喂丝处理时铁水爆发 因此出铁水时注意 不能出太满 液面距离铁水包上 沿应大于 300mm 以免铁水飞溅 铁水包应采用球化处理包其高径比尽量大些 以提 高铁水液的深度 提高球化元素的吸收率 2 丝线需要喂丝处理设备运行 因此设备平时一定要注意保养 不能在喂丝球 化过程中出现机器运转不正常的现象 3 喂丝过程中用包盖盖在铁水包上 包盖上有孔 丝线通过孔进入铁液 要随 时检查孔的情况 不能在喂丝过程中堵塞 4 参数设定 喂丝设备上主要实现两个参数 一个是根据加入量计算得出的米 数 一个是喂入速度 喂丝速度的确定应考虑到铁水液面高度 铁水处理量 铁水 温度等因素 速度的调节应掌握在芯线插入包底位置时刚好熔化 边熔化 边喂入 连续不断地供给 保证芯线始终在包底附近位置反应 喂丝法进行球化处理的主要优势 1 充分利用镁的球化优势 丝线中镁含量达到 25 30 远高于普通球化剂 采 用喂入的方式能够延缓爆发 2 降低球化剂带入的有害杂质 球化剂中一些微量元素对球铁的性能有很大的 影响 特别是低温冲击性能指标 一些微量元素很少量就能显著提高脆 韧转变温 度 喂丝法中 丝线加入量为 0 8 其中粉含量占总量的 60 即加入的球化剂实 际总量为 0 8 60 0 48 远小于冲入法 一般 1 0 1 3 因此能减少其他杂质的 带入量 3 Si 含量对低温冲击性能影响很大 一般要求不超过 2 1 因此为保证球化 剂 孕育剂的加入量 就要求原铁水中 Si 要少些 犹豫芯线的加入量低 带入的 Si 量少 在其他条件相同的条件下 喂丝法处理原铁水中 Si 含量可以比冲入法多些 可以加入更多的回炉料 4 球化处理后的停留时间的缩短 一些企业场地很大 用普通球化剂处理只能 在炉前 处理后的铁液往往运输到浇注位置需要很长时间 而用喂丝法处理在出铁 之后 可以把喂丝处理站设置到离浇注位置不远的地方 球化处理完成后 不需要