铸态球墨铸铁生产中的几大要素

生产技术与经验交流　

《铸造技术》08/2009

铸态球墨铸铁生产中的几大要素

杨智明

(秦川机床工具集团公司铸造厂,陕西宝鸡721008)

SeveralElementsofCastDuctileIroninProduction

YANGZhi2ming

(TheFoundryofQinchuanMachineToolGroupCorp.,Baoji721008,China)

中图分类号:TG255　　文献标识码:A　　文章编号:100028365(2009)0821076202

　　风电作为新兴产业以其特有的优势迅猛发展,其核心部件中的铸件市场前景广阔。由于风电设备

特殊的使用条件要求,使众多生产厂家的废品率居高不下,还有多数厂家只好采用低温石墨化退火工艺来满足性能和组织的要求,使铸造生产成本增加。铸态球铁件的生产因其具有良好的经济效益为大家所推崇。

秦川公司铸造厂是一个年产能力20000t铸件的专业铸造厂,主要生产机床件、汽车配件、军工件、风电配件等。目前,在铸态条件下,可以稳定生产QT350222AL、QT400218AL、QT400218、QT450210、QT50027、QT60023、QT70022等多种牌号及不同要求、不同壁厚的球铁件,已批量供应客户。

秦川公司铸造的主要熔炼设备:2台5t冲天炉、2台6t中频保温炉、2台2t熔化炉、1台5t熔化炉,熔炼方式包括电炉熔炼、冲天炉熔炼、电炉2冲天炉双联熔炼三种生产方式。造型方式有两种:树脂砂造型、粘土砂造型。

为了便于和同行交流,作者根据多年在球铁生产中的经验,归纳、总结出稳定生产铸态球墨铸铁方面应该注意的几大要素。1　铸态球墨铸铁生产中的几大要素1.1　原材料的选择和使用使用不同的生铁、废钢炉料生产的球墨铸铁,其质量、性能差异很大,有的合格率达95%,有的只有50%～60%。生产高质量球铁件时,以优质的生铁、废钢等为配比,可获得优质铁液。高纯、优质铁液就是低锰、磷、硫、低微量元素。1.1.1　选用高纯生铁

尽量采用高碳、低锰、低磷、低硫、低微量元素的生铁。生铁中的微量元素,有的干扰球化,有的影响切削加工性能,特别是Ti应低于0.045%。德国规定球铁用生铁中微量元素总量∑T≤0.075%,其中,Ti不大于∑T的50%,即不能高于0.038%。我国出于对国

内资源的考虑,提出了生铁∑T≤0.1%(微量元素总和),Ti≤0.045%的目标。这样有利用获得成分合格的铁液;利于减小杂质元素晶界的偏析程度,使晶界更净洁、没有或少脆性相。选用高纯生铁,可有效的减少微量元素的含量,削弱干扰元素对石墨球化的影响,减少碳化物的形成,降低镁的损耗;有效控制最终残余稀土、镁量,以获得性能良好、塑性和韧性优异的铸件。1.1.2　废钢的选用

废钢一般做为调整铁液成分的一种炉料,选用碳素钢,可防止反球化元素(微量干扰元素)带入铁液中。特别是用废钢和增碳剂熔炼时,更应该注意合金钢中的反球化和碳化物形成元素的带入,以确保力学性能、基体组织和加工性能良好。1.2　炉料的配置

炉料的配置基本上有3种方案:①生铁+废钢;②生铁+废钢+回炉铁+增碳剂;③废钢+增碳剂。经过多年的实践发现,生铁+废钢的配料方式铁液的收缩性小,铸件组织的铁素体化倾向大。生铁+废钢+回炉铁+增碳剂的配料方式铁液的缩孔、缩松倾向较大,特别是回炉铁使用过量时,由于残余稀土含量的增高,铁液的反白口倾向加剧;收缩性增大,缩孔、缩松明显。废钢+增碳剂的配料方式铁液的液态收缩较大。1.3　化学成分的选择

主要是控制C、Si、Mn、P、S的含量,一般认为它们的含量应分别为:

Si=2.0%～2.7%,Mn≤0.45%,P≤0.04%,S≤0.02%。

(1)选择CE=4.6%～4.7%,此时铸件的体积膨胀达到最高值,可使铸件缩孔体积、缩松面积减少,使铸件致密,有益于健全铸件的获得。原铁液C的选择应以铸件结构为前提,薄壁件选择高碳量;厚大断面铸件的C量不宜过高。原铁液含C量的一般可选择

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3.6%～3.9%之间。

(2)当Si以孕育的方式加入铁液中,要比炉料中Si的石墨化作用更为强烈,对铁素体基体球铁原铁液

75%硅铁合金作为主要孕育剂。以硅为主的孕育剂最

大的缺点是孕育衰退较快。我们采用75%硅铁孕育剂为主导,再辅助以含钡硅铁长效孕育剂、专用孕育剂等搭配使用。1.5.2孕育处理

含Si量可控制在1.0%以下,终Si量可控制在2.0%

～2.7%。珠光体基体球铁或混合基体球铁原铁液含Si量可控制在1.0%～1.2%,终Si量可控制在2.2%～2.6%。Si使球铁的脆性转变温度升高,Si量增加会使低锰铸态铁素体球墨铸铁的冲击韧度值明显下降。作者认为:在满足力学性能、铸造性能的前提下,终Si量不宜过高。

(3)锰和磷,锰增加铁液的过冷倾向,促进形成碳化物,在厚大件中锰偏析严重。铁素体基体球铁Mn控制在0.2%以下,珠光体基体球铁或混合基体球铁Mn控制在0.25%～0.45%。磷的溶解度很小,在凝

在球墨铸铁生产过程中,孕育处理不仅促进石墨化和消除白口,使石墨细小、圆整、数量增加,更重要的是使共晶团界处的脆性相及夹杂物呈弥散分布,从而提高球墨铸铁的力学性能,特别是塑性、韧性得到明显提高。

(1)孕育剂加入时间离凝固时间越近效果越好,孕育时机和孕育剂种类的选择尤为重要。采用多次孕育或多种孕育剂搭配的方式是提高孕育效果的主要途径。我们采用随流孕育+瞬时孕育+覆盖的方式,其方法简便、可靠、便于操作,也便于多种孕育剂的搭配使用。

(2)随流孕育剂粒度应控制在3～5mm,加入量可占总孕育量的2/3.瞬时孕育剂粒度应控制在0.5～2mm,加入量占总孕育量的0.2%～0.3%。剩余部

固时富集于共晶团边界处最后凝固,沿边界析出,形成网状或断续网状,磷共晶硬而脆,是降低铸件韧性和塑性的重要因素之一。

(4)硫是反石墨球化元素,大家普遍认为S属于有害杂质。生产实践发现,球化处理后铁液中的含S量不宜过低(小于0.01%),含S量过低会使得石墨球变得不圆整,球化率降低,适当的含S量可获得石墨球数多、石墨球形好、碳化物减少、缩孔倾向减弱的铸件。球化处理后的铁液含S量应控制在0.010%～0.015%之间。

(5)稀土和镁是球化和辅助球化元素,在保证球

分孕育剂可做浮硅孕育或球化剂表面覆盖之用。浮硅孕育有一个弱点是易造成成分不均匀,吸收率不稳定,使终Si量难于控制,球化剂表面覆盖的孕育剂可视为成分调整的添加剂或缓冲剂。粒度应控制在5～15mm。

(3)孕育剂的搭配使用,随流孕育采用含钡硅铁

化的前提下,尽量降低残余稀土、镁量,残余稀土、镁量过高会增加球铁的白口倾向,使石墨化膨胀减小,降低球化率。残余稀土和镁可控制在Mg残0.025%～0.05%,RE残0.02%～0.04%。1.4　球化剂的选择和使用

长效孕育剂与75SiFe孕育剂按1∶3的比例使用,其效果甚佳。瞬时孕育可采用含钡或含锶、稀土等复合孕育剂进行处理,特别是厚大件尤为重要。薄壁件可用普通75SiFe进行瞬时孕育处理。

(4)孕育剂总量的控制。孕育效果的好坏不在于孕育量的多少,而在于孕育方法是否恰当合理。珠光体球墨铸铁或混合基体球墨铸铁孕育总量可控制在0.8%～1.2%;铁素体球墨铸铁孕育总量可控制在0.9%～1.4%。1.6　其他方面

(1)熔炼出高温、纯净、少氧化的铁液,为球化处

球化剂牌号、种类的选择,可根据铁液质量和熔炼

状况、铸件结构、使用性能要求等方面来决定。推荐在冲天炉熔炼的条件下,球化剂选用QRMg8RE7、QRMg10RE7,使用量可以控制在1.6%～1.8%。在电炉熔炼的条件下,球化剂选用QRMg8RE3(铁素体

球铁件)、QRMg8RE5(珠光体球铁件),使用量可以控制在1.4%～1.6%.。厚大断面球铁件,建议采用钇基重稀土球化剂,使用量可以控制在1.2%～1.8%(根据铁液杂质含量高低而定)。球化剂粒度可控制在10～30mm。

1.5　孕育剂和孕育处理1.5.1　孕育剂

理和孕育处理奠定良好的基础。

(2)球化处理是球铁生产过程中一个重要环节。我们采用冲入法进行球化处理。建议在生产过程中要控制球化剂的启爆和球化反应时间,球化剂启爆时间应在20～25s为宜,球化反应时间应在90～120s为宜。

(3)凡是铸件放置冒口的铸造工艺,不管是补缩

一般提及的孕育剂基本上都是石墨化类孕育剂,其主要作用是促进石墨化,防止白口,改善断口的敏感性,提高力学性能,改善加工性。目前,多数厂家以

冒口,还是出气冒口,其冒口颈都不宜过大。

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2　总结

(1)在球铁的生产过程中,原材料是获得高品质、

高性能、少缺陷铸件的基础,应选用微量元素含量低的高纯生铁和碳素钢。

(2)在成分控制时,推荐(w)为:C=3.6%～3.9%,Si=2.0%～2.7%,Mn≤0.45%,P≤0.04%,S≤0.02%,Mg=0.025%～0.05%,RE=0.02%～0.045%,CE=4.6%～4.7%.铁素体基体球铁原铁液Si≤1.0%,Mn≤0.2%。珠光体基体球铁或混合基体

～0.015%之间。

(3)球化剂选择时,一般铸件可采用轻稀土球化剂,冲天炉使用高镁高稀土牌号球化剂,电炉使用低镁低稀土牌号球化剂,对于厚大断面球铁件可采用钇基重稀土球化剂。

(4)采用多次孕育的方式,对于不同要求的铸件可使用不同的孕育剂或多种孕育剂搭配使用。

收稿日期:2008202222;　　修订日期:2009201220

),江西南昌人,博士生.从事近净成形技术及作者简介:杨智明(19622　

球铁原铁液Si=1.0%～1.2%,Mn=0.25%～

0.45%。球化处理后的球铁含S量建议控制在0.010%

铸造过程数值模拟方面的研究.

浅谈铸铁熔化工部的节能减排措施

胡占军1,李玉青2,李化芳1,富国亮1

(1.河北机电职业技术学院,河北邢台054048;2.长春市机械工业学校,吉林长春130011)

MeasurementonEnergySavingandPollutantReduction

ofCastIronMeltingDepartment

HUZhan2jun1,LIYu2qing2,LIHua2fang1,FUGuo2liang1

(1.HebeiInstituteofMachineryandElectricity,Xingtai054048,China;2.ChangchunMechanicalIndustralSchool,Changchun130011,China)

中图分类号:TG243　　文献标识码:A　　文章编号:100028365(2009)0821078201

　　改革开放30年来,我国已经成为世界铸造大国,如何推进全行业的节能减排,建设资源节约、环境友好型企业,是摆在我国铸造行业面前的一个重大而紧迫的课题。

铸造生产中消耗能源的主要工艺和设备有:金属熔炼、热处理、型壳焙烧炉及热法制芯等。其中,金属熔炼的能耗占能耗总量的70%左右,而冲天炉是铸铁熔炼的主要设备,是能源消耗的“第一大户”。我国目前使用的冲天炉70%是小于5t/h的冷风冲天炉,冲天炉的热能利用率普遍较低,环境污染严重。所以加强冲天炉熔化工部的节能减排成为行业中的当务之急。1　推广国际上公认的先进外热风新型冲天炉熔炼装备

国外的铸造企业把大吨位、热风、水冷、连续作业冲天炉作为一项重要节能措施加以应用。近些年来,国内也在这些方面作了大量的工作,已有部分企业采用,取得了明显的节能效果。例如,一汽铸造公司20世纪90年代以后建设的冲天炉都是外水冷热风冲天炉,这种熔化方式最突出的优点是利用冲天炉排出的尾气预热吹进炉膛的空气,同时还可以将尾气中尚未

完全燃烧的CO等气体进行再次燃烧,加热吹进炉膛的空气,使炉膛进风温度一般都能超过400℃,最高能达到600～800℃。这样做的好处是提高焦铁比,节省焦炭,铁液出炉温度可达到1500℃以上,熔化效率提高;Si、Mn和Fe元素烧损少,提高铁液洁净度和减少增硫率;提高增碳率,便于多用废钢;同时由于冲天炉尾气的二次燃烧,减少了CO等有害气体向大气中的排放量。2　推广冲天炉2电炉双联熔炼工艺从能量利用效率看,冲天炉预热和熔化效率为45%～60%,而过热效率只有5%～7%,而感应电炉的熔化过热效率均为55%～65%。因此,如以冲天炉进行预热和熔化,用感应电炉进行过热,这样的双联可以充分发挥冲天炉和感应电炉的长处,效果明显。尤其是可以扩大选用焦炭的范围,也减少了焦炭的用量(提高了铁焦比)。冲天炉2电炉双联熔炼还可回用低温铁液和浇注剩余铁液,提高金属材料利用率,每吨铁液的费用可降低5.4%～54.0%。3　推广应用富氧送风等强化熔化措施

富氧送风、除湿送风等可以有效强化冲天炉熔化