隨著世界各國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，風(fēng)電鑄件的生產(chǎn)在我國(guó)鑄造行業(yè)已顯示風(fēng)起云涌的好勢(shì)頭。與此同時(shí)，風(fēng)電鑄件嚴(yán)格的質(zhì)量要求也對(duì)我們鑄造工作者的技術(shù)水平和管理水平提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
風(fēng)電鑄件的工作環(huán)境是在環(huán)節(jié)惡劣野外，長(zhǎng)期經(jīng)受風(fēng)吹、日曬、雨淋，投入服役后，20年以?xún)?nèi)不允許發(fā)生任何質(zhì)量事故。所以，風(fēng)電鑄件的質(zhì)量要求應(yīng)該與核電、航天類(lèi)鑄件的質(zhì)量要求相提并論。 風(fēng)電鑄件主要包括葉片的輪轂、齒輪箱、機(jī)械臺(tái)架和底座構(gòu)件。每臺(tái)1~2兆瓦的機(jī)組需要約15噸鑄件，每臺(tái)3~5兆瓦的機(jī)組需35~50噸鑄件。
風(fēng)電鑄件的材質(zhì)要求主要有：QT400-18AL、QT700-2、QT350-22AL材質(zhì)牌號(hào)。各種風(fēng)電鑄件的材質(zhì)必須符合標(biāo)準(zhǔn)或用戶(hù)要求的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、沖擊韌性、硬度，且具有較高的內(nèi)外在的完整度、致密度。所有鑄件不允許焊補(bǔ)修復(fù)，都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的超聲波探傷、磁粉探傷。其中 QT400-18AL材質(zhì)要求滿(mǎn)足零下20℃的低溫沖擊性能， QT350-22AL材質(zhì)要求滿(mǎn)足零下40℃的低溫沖擊性能要求。
在風(fēng)電球鐵鑄件生產(chǎn)過(guò)程中，鐵水的冶煉及處理是一個(gè)非常重要的且技術(shù)要求嚴(yán)格的工藝環(huán)節(jié)，對(duì)鑄件的材質(zhì)、內(nèi)外在質(zhì)量均產(chǎn)生重大的影響。本文主要敘述QT400-18AL、QT350-22AL大斷面風(fēng)電球鐵鑄件生產(chǎn)的熔煉技術(shù)控制問(wèn)題。
1 原材料選擇
1.1 生鐵
為了保證風(fēng)電鑄件材質(zhì)的機(jī)械性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求和便于生產(chǎn)控制，一般選用Q4-Q10牌號(hào)的生 鐵，并且要嚴(yán)格控制合金的化學(xué)成分含量，成分要求如表1所示。
2 目標(biāo)鐵水成分選擇
風(fēng)電球鐵鑄件的主要化學(xué)成分為：C、Si、Mn、P、S、Mg、RE。其選擇范圍分述如下。 2.1 C
根據(jù)風(fēng)電球鐵鑄件的結(jié)構(gòu)尺寸較大的特點(diǎn)和材質(zhì)的低溫性能要求，C的成分控制范圍既要保證充分石墨化的要求，又要防止產(chǎn)生石墨漂浮，原材C的選擇范圍為3.5-3.8%，鑄件斷面厚大的取下限，斷面小的取上限。
2.2 Si
Si雖然是促進(jìn)石墨化元素，但含量也要適當(dāng)?shù)目刂?，隨著Si含量的增加提高脆性轉(zhuǎn)變溫度，所以，要求低溫沖擊性能的風(fēng)電球鐵鑄件更應(yīng)該嚴(yán)格控制加入量的范圍，針對(duì)風(fēng)電球鐵鑄件的球鐵材質(zhì)不同牌號(hào)，Si的選用含量范圍為：a.QT400-18AL，Si 1.8~2.1%;b.QT700-2，Si 2.0~2.3%;c.QT350-22AL，Si 1.7~2.0%。
2.3 Mn
Mn含量偏高會(huì)促使珠光體含量增高，還會(huì)產(chǎn)生偏析，同時(shí)使球鐵的韌性和延伸率下降，因此，Mn要求盡量低為好，考慮到生鐵的具體情況，一般要求Mn<0.3%，生產(chǎn)QT350-22AL要求Mn<0.2%。
2.4 P
P在鑄鐵中是非常有害的元素，它會(huì)形成二元或三元磷共晶，并分布在晶界上，顯著地降低風(fēng)電鑄件的低溫沖擊性能和延伸率，要求控制在0.03%以下。
2.5 S
S是反球化的有害元素，含量高會(huì)使球化率下降，從而導(dǎo)致強(qiáng)度、延伸率、沖擊韌性都降低，一般要求S<0.02%;但從孕育效果考慮，S含量也不宜過(guò)低，一般不能低于0.006%。
2.6 Mg
Mg是主要的球化元素，為了減少M(fèi)g對(duì)球鐵材質(zhì)韌性、夾雜和縮松傾向的影響，Mg含量不宜過(guò)高，一般選擇0.040～0.060%。
2.7 RE
RE是球鐵中的重要元素，RE既可以脫S、脫O凈化鐵水，又可以起到輔助球化的作用。但是，如果使用輕稀土的球化劑時(shí)，應(yīng)注意當(dāng)S含量較低時(shí)，稀土含量控制不應(yīng)過(guò)高，否則易產(chǎn)生夾雜和石墨畸變;選擇重稀土?xí)r，此現(xiàn)象會(huì)大大地緩解。建議RE的控制范圍為<0.025%。
3 熔煉技術(shù)控制
原鐵水熔煉質(zhì)量對(duì)球鐵的性能和鑄件鑄造缺陷都會(huì)產(chǎn)生重要的影響，化學(xué)成分控制、熔煉設(shè)備的選擇、熔化工藝又是重要環(huán)節(jié)，對(duì)此闡述如下。 3.1 原鐵水的化學(xué)成分選擇
根據(jù)上述選擇的鑄件要求的化學(xué)成分，原鐵水的化學(xué)成分范圍如表4所示。
S是反球化的有害元素，含量高會(huì)使球化率下降，從而導(dǎo)致強(qiáng)度、延伸率、沖擊韌性都降低，一般要求S<0.02%;但從孕育效果考慮，S含量也不宜過(guò)低，一般不能低于0.006%。 2.6 Mg
Mg是主要的球化元素，為了減少M(fèi)g對(duì)球鐵材質(zhì)韌性、夾雜和縮松傾向的影響，Mg含量不宜過(guò)高，一般選擇0.040～0.060%。 2.7 RE
RE是球鐵中的重要元素，RE既可以脫S、脫O凈化鐵水，又可以起到輔助球化的作用。但是，如果使用輕稀土的球化劑時(shí)，應(yīng)注意當(dāng)S含量較低時(shí)，稀土含量控制不應(yīng)過(guò)高，否則易產(chǎn)生夾雜和石墨畸變;選擇重稀土?xí)r，此現(xiàn)象會(huì)大大地緩解。建議RE的控制范圍為<0.025%。
3 熔煉技術(shù)控制
原鐵水熔煉質(zhì)量對(duì)球鐵的性能和鑄件鑄造缺陷都會(huì)產(chǎn)生重要的影響，化學(xué)成分控制、熔煉設(shè)備的選擇、熔化工藝又是重要環(huán)節(jié)，對(duì)此闡述如下。 3.1 原鐵水的化學(xué)成分選擇
根據(jù)上述選擇的鑄件要求的化學(xué)成分，原鐵水的化學(xué)成分范圍如表4所示。
表4原鐵水的化學(xué)成分
3.2 熔煉設(shè)備的選擇
熔煉設(shè)備一般有兩種選擇，一是采用沖天爐和感應(yīng)電爐雙聯(lián)熔煉;二是直接采用感應(yīng)電爐熔煉。各有特點(diǎn)，只要熔煉工藝合理，都能生產(chǎn)合格的風(fēng)電球鐵鑄件產(chǎn)品。
采用雙聯(lián)可以利用沖天爐的高效熔化效率，大大地提高生產(chǎn)效率，同時(shí)還利用沖天爐內(nèi)的高溫過(guò)熱溫度，將原生鐵的石墨熔煉細(xì)化，消除石墨粗大的金屬遺傳性能，為球鐵凝固提供更多的核心奠定良好的基礎(chǔ);因此，雙聯(lián)較適合以生鐵為主要材料的生產(chǎn)情況。
用感應(yīng)電爐直接冶煉，生產(chǎn)工藝相對(duì)而言簡(jiǎn)單且穩(wěn)定，再加上可采用爐內(nèi)增碳工藝，因此，比較適合采用大量廢鋼為主要材料的生產(chǎn)情況。由于通過(guò)增碳可使鐵水中產(chǎn)生大量的〔C〕的微晶晶胚，是將來(lái)石墨析出直接核心，因此可細(xì)化球鐵組織。
3.3 蓋包球化、孕育處理
3.3.1 出爐溫度
出爐溫度控制為1520～1540℃，達(dá)到出爐溫度時(shí)，應(yīng)盡快的出爐進(jìn)行球化處理，避免在爐內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留，防止鐵水失去活性。
3.3.2 球化處理包
球化處理包要求H(內(nèi))：φ(內(nèi))≥1.5;使用前將處理包修理完好或清理干凈，第一包烘烤到600℃以上;球化包要求采用蓋包球化處理，一則可提高球化元素的吸收率;二則可防止球化鐵水直接沖擊球化劑;三可減少熱能損耗和鐵水雜質(zhì)。 3.3.3 球化、孕育處理
由于風(fēng)電鑄件屬于鑄態(tài)大斷面耐低溫沖擊韌性的鐵素體球鐵，因此，一般的孕育原則是孕育劑加入量大且采用多次孕育
球化劑加入量：球化劑加入量(取決于原鐵水的含硫)一般1.2~1.8%，粒度10~25mm。 球化處理的加料順序：先將球化劑加入到球化反應(yīng)坑內(nèi)攤平并搗實(shí);在球化劑上面加入0.3~0.4%孕育劑攤平緊實(shí);再在孕育劑合金上面撒上0.2%的覆蓋劑，最后在上面壓上干凈的隨形同質(zhì)鐵片或鋼板并搗實(shí)即可。
球化、孕育處理：球化處理鐵水溫度一般控制在1420~1460℃。將熔化合格的原鐵水放入預(yù)先準(zhǔn)備的中轉(zhuǎn)包內(nèi)(采用中轉(zhuǎn)包的優(yōu)點(diǎn)一是可快速使?fàn)t中的鐵水降低到適合處理溫度，二是起到定量球化鐵水的作用)3/4，將鐵水從球化包的包蓋澆口杯迅速加入球化包內(nèi)進(jìn)行球化處理，一般球化反應(yīng)時(shí)間控制在90~150秒，球化處理后期吊走包蓋，并用中轉(zhuǎn)包加入剩余的1/4鐵水同時(shí)沖入0.4%的孕育劑進(jìn)行一次孕育劑，快速撒入集渣劑攪拌扒干凈包內(nèi)的渣，然后在球化好鐵水表面撒入0.2～0.3%孕育劑進(jìn)行二次孕育劑，不進(jìn)行攪拌迅速用覆蓋劑蓋好，測(cè)溫準(zhǔn)備澆注。
三次孕育可在澆口杯澆注過(guò)程中加入0.1~0.2%的瞬時(shí)孕育劑，可以使用粒度0.3~0.8mm顆粒狀孕育劑或也可在澆口杯中加入孕育塊(塊度大小根據(jù)澆注重量而定)孕育。
4 結(jié)束語(yǔ)
隨著風(fēng)力發(fā)電的迅速發(fā)展，風(fēng)電鑄件的生產(chǎn)也進(jìn)入了大規(guī)模生產(chǎn)階段，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也將日趨激烈，因此，提高鑄造生產(chǎn)技術(shù)水平和降低生產(chǎn)消耗、污染是企業(yè)發(fā)展的唯一道路。本文對(duì)風(fēng)電球鐵鑄件生產(chǎn)熔煉技術(shù)控制的敘述，希望能為鑄造同仁提供幫助。
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