喂丝法生产耐低温冲击球墨铸铁的应用

1、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 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2

4、020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，12MW机组需2535吨铸件，4.5MW风力发电机组约需要5070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

5、 大小EN-GJS-400-18U-LT35018平均12单个93铁素体57EN-GJS-350-22U-LT40022平均12单个93铁素体57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

6、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

7、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-

8、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-125302.03.53844适量适量1.31.6:1.0370410孕育剂Bs-1A7075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14801520出铁，进行脱硫处理。脱硫处理结束后扒渣、测温，14001430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

9、流孕育。球化丝的加入量设定在0.8%，孕育剂加入量0.91.1%，随流孕育剂加入量0.10.15%。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3.53.80.81.10.200.0350.030铸件3.53.81.72.00.200.0350.0150.030.0450.010.023、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

10、表5。铸件全部经无损探伤检测为合格。表4抗拉强度延伸率低温冲击球化级别基体组织球径大小-20-401.5轮毂35225%11/14/122铁素体56Wikov箱体41226%16/18/162铁素体56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

11、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

12、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2530%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1.01.3%）。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，不需要长途运输，缩短