一種制備風力發(fā)電設備鑄件的短流程生產方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明的技術方案涉及鑄鐵合金的制造，具體地說是一種制備風力發(fā)電設備鑄件的短流程生產方法。
【背景技術】
[0002]風力發(fā)電設備的重要構成部件大多是鑄件，例如風力發(fā)電裝置中葉片的輪轂、齒輪箱體和機械臺架等均是鑄件。由于風力發(fā)電設備常常被安裝在高海拔的內陸或海洋上，溫度較低，工作環(huán)境比較惡劣，而且風力發(fā)電設備巨大，尤其是齒輪箱體和輪轂等部件安裝的位置較高，因此吊裝和維修都不易進行，這就要求這些鑄件能穩(wěn)定可靠地運行20年以上。此外，風力發(fā)電機的鑄件多為主要承載件，所以要求這些大型鑄件在能長期可靠使用的同時，還具有穩(wěn)定的力學性能。
[0003]由于球墨鑄鐵的力學性能遠優(yōu)于灰口鐵，甚至接近于鋼，而且具有優(yōu)良的鑄造性能，因此風力發(fā)電設備用鑄件多采用球墨鑄鐵。隨著風力發(fā)電設備向大容量、高質量和高壽命方向發(fā)展，要求風力發(fā)電設備用鑄件的尺寸逐漸增大，其斷面也就越來越大(可達200_以上)，這使得風力發(fā)電設備用鑄件已歸為厚大斷面鑄件的范疇。但厚度的增加往往會產生鑄件芯部球化不良等問題，這會影響厚大斷面鑄件的使用性能。為了順應風力發(fā)電設備用鑄件斷面尺寸和厚度增大的趨勢，必須保證風力發(fā)電設備用厚大斷面鑄件具有穩(wěn)定的力學性能并保證它們在低溫氣候及各種惡劣環(huán)境下具有良好的韌性，因此對其生產工藝就提出了更高要求，包括要嚴格控制鑄件的化學成分，即要減少其中P和S雜質的含量，嚴格控制Μη和Si的含量，保證良好的冶金質量，此外還要保證有良好的球化和孕育效果。
[0004]當前，風力發(fā)電設備用鑄件的常規(guī)生產流程是:高爐鐵水澆鑄冷卻形成生鐵錠，經過運輸?shù)竭_鑄造廠，再將其與廢鋼和回爐料等一起在沖天爐中熔煉，再經球化孕育之后進行澆注。該流程中煉鐵和鑄造是兩個分開的環(huán)節(jié)，高爐鐵水的熱量被損失浪費，并且在沖天爐中生鐵的重熔又會造成吸氣和雜質增多，使得影響冶金質量的不穩(wěn)定因素增加。同時，上述流程中一般采用沖入法進行球化處理，即把鐵水倒入底部已加入球化劑的球化包中，這種方法效率低且污染嚴重，球化效果也不佳；孕育則采用多次孕育的方式，包括隨流法、型內孕育和澆口杯育絲孕育等方法，在厚大斷面鑄件的孕育過程中易出現(xiàn)球化衰退現(xiàn)象，無法有效地增加石墨球數(shù)。此外，以焦炭為燃料的沖天爐，熔煉過程中會排放出大量的C02和S02，對環(huán)境造成污染，有悖于國際上減少溫室氣體排放和節(jié)能降耗的大趨勢。由此可見，非常有必要改進現(xiàn)有風力發(fā)電設備用鑄件的生產工藝流程。
[0005]CN101348846A公開了高爐-中頻爐雙聯(lián)熔煉短流程生產技術，其中雖然提到熔煉短流程技術，但沒有涉及風力發(fā)電設備用鑄件的生產及鑄件的厚大斷面問題。CN101407884A披露了一種風能設備用鑄件的熔煉工藝，其中所述風能設備鑄件的熔煉工藝是將新生鐵和廢鋼放入熔煉電爐中熔化，則高爐中鐵水的熱量被浪費，且電爐中生鐵的重熔對鐵水的質量會造成不利影響，同時此專利工藝中的孕育需要四次才能完成，球化孕育過程復雜，不易控制。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是:提供一種制備風力發(fā)電設備鑄件的短流程生產方法，由于采用短流程工藝，從高爐出來的鐵水不經冷卻澆注成生鐵錠，在脫磷處理和脫硫處理后直接注入中頻感應電爐中，在中頻感應電爐中進行成分調整，后經球化孕育澆注成型，從而克服了現(xiàn)有技術在風力發(fā)電設備用厚大斷面鑄件的生產中，冶金質量的不穩(wěn)定，球化效果不佳，球化孕育過程復雜且不易控制，孕育過程中易出現(xiàn)球化衰退現(xiàn)象，無法有效地增加石墨球數(shù)，以及造成環(huán)境污染的諸多缺點。
[0007]本發(fā)明解決該技術問題所采用的技術方案是:一種制備風力發(fā)電設備鑄件的短流程生產方法，是一種制備風力發(fā)電設備用厚大斷面鑄件的短流程生產工藝，具體步驟如下:
第一步，鐵礦石的燒結和高爐熔煉還原
將鐵礦石粉碎和磁選制成鐵精粉，然后把鐵精粉燒結成燒結礦，再把燒結礦送至1500°C?1550°C的高爐內，經熱風和焦炭把燒結礦熔煉還原成鐵水；
第二步，脫磷和脫硫處理
將第一步得到的鐵水轉至保溫包內，保溫包通過軌道運送到喂線機處，喂線機把用薄鋼帶包裹脫磷劑的包芯線喂入該保溫包中，該脫磷劑加入量為該鐵水質量百分比的2%?5%，該脫磷劑是由成分為CaO 42%?45%、Fe203 44%?46%和CaF2 9%?14%制成的粉末物質，同時向該保溫包底部通入氮氣產生旋流，對其中的鐵水進行攪拌脫磷，此后，喂線機把用薄鋼帶包裹CaC2脫硫劑的包芯線喂入該保溫包中，該脫硫劑加入量為該鐵水質量百分比的0.8%?2%，同時向該保溫包底部通入氮氣產生旋流，進行攪拌，使該保溫包中的鐵水脫硫，然后進行扒渣；
第三步，中頻感應電爐熔煉和鐵水成分的調整
將第二步脫磷和脫硫處理后的鐵水注入中頻感應電爐中進行熔煉，中頻感應電爐的溫度控制在1480°C?1500°C，對鐵水進行光譜檢測分析成分后，按質量百分比為鐵水75%?80%、回爐料10%?12.5%和廢鋼10%?12.5%的比例，把回爐料和廢鋼加入該中頻感應電爐內進行鐵水成分調整，使鐵水中的C為3.45%?3.55%、Si為0.6%?0.7%，該鐵水、回爐料和廢鋼一起在電磁攪拌條件下進行中頻感應電爐熔煉，所述回爐料是進行重熔的不合格的鑄件；
第四步，球化和孕育處理
將第三步中頻感應電爐熔煉出來的鐵水注入澆包中，澆包通過軌道移至喂線機處，在澆包中的鐵水溫度為1440°C?1450°C時，喂線機把用薄鋼帶包裹釔基重稀土復合球化劑粉末的包芯線喂入該鐵水中，同時從該澆包底部通入氮氣，進行球化處理，該球化劑加入量為該鐵水質量百分比的1.5%?1.6%，球化處理后，喂線機再把用薄鋼帶包裹孕育劑粉末的包芯線喂入該鐵水中，同時從該澆包底部通入氮氣，進行孕育處理，該孕育劑加入量為該鐵水質量百分比的1.25%?1.35%，然后進行扒渣，所述釔基重稀土復合球化劑是由成分為 Mg6.5%?8.5%、Re 2%?3.5%、Si 45%?50%、Ca 1%?2%、Ba 1%?2%和其余為Fe制成的粉末物質，上述Re中Y占50%?60%，所述孕育劑是由成分為Si 70%?75%,Ba l%?3%、Ca0.75%?1.5%和其余為Fe制成的粉末物質； 第五步，澆注成型
將第四步球化和孕育處理后的鐵水直接澆注成風力發(fā)電設備用厚大斷面鑄件，由此制得的風力發(fā)電設備用厚大斷面鑄件的最終化學成分為:c 3.4%?3.5%、Si 1.9%?2.0%,Μη ( 0.25%,S ( 0.015%,P ( 0.035%,Ti ( 0.035%,Re ( 0.015,Mg 0.045%?0.06%和其余為Fe ；
上述包芯線均是指用薄鋼帶包裹所需物質粉末制成的線狀材料，上述所有百分數(shù)均為質量百分數(shù)。
[0008]上述一種制備風力發(fā)電設備鑄件的短流程生產方法，其中第五步澆注成風力發(fā)電設備用厚大斷面鑄件的斷面徑向尺寸為100mm?300_。
[0009]上述一種制備風力發(fā)電設備鑄件的短流程生產方法，其中所涉及到的設備高爐、保溫包、喂線機、中頻感應電爐和澆包均為該技術領域所公知的通用設備；所涉及到的粉碎、磁選、燒結、熔煉、電磁攪拌和澆注工藝均為該技術領域所公知的普通工藝；制作脫磷劑、脫硫劑、球化劑、孕育劑和包芯線的原料和方法均為該技術領域普通技術人員所能知道和掌握的。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
與常規(guī)風力發(fā)電設備用厚大斷面鑄件的生產工藝相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
(1)本發(fā)明工藝由于采用短流程工藝，從高爐出來的鐵水不經冷卻和澆注成生鐵錠，因而避免了鐵水熱量被損失浪費，還節(jié)省了生鐵冷卻和重熔的時間，提高了生產效率，并且在中頻感應電爐中加入廢鋼和回爐料時，由于中頻感應電爐中本就存在鐵水，提高了廢鋼和回爐料加入后的熔化效率。
[0011](2)在本發(fā)明工藝中，由于用中頻感應電爐代替沖天爐，中頻感應電爐不使用焦炭，因而沒有增碳增硫的問題，鐵水的成分比較穩(wěn)定；中頻感應電爐可控性好，對鐵水溫度控制的精度較高；由于省去了高爐鐵水的冷卻和生鐵錠重熔，使得吸氣和夾雜減少，從而達到凈化鐵水的效果。本發(fā)明的這些特點保證了風力發(fā)電設備用厚大斷面鑄件的冶金質量好，產品合格率高。
[0012](3)在本發(fā)明工藝中，鐵水在中頻感應電爐中進行電磁攪拌，使得鐵水的成分和溫度均勻，成分調整方便，有利于獲得高質量風力發(fā)電設備用厚大斷面鑄件。
[0013](4)本發(fā)明工藝采用中頻感應電爐代替沖天爐進行熔煉，采用電能代替焦炭作為燃料，減少了因C02和S02排放對大氣的污染，起到保護環(huán)境和節(jié)能降耗的作用。
[0014](5)本發(fā)明工藝中，脫磷、脫硫、球化和孕育都使用其包芯線，使得脫磷、脫硫、球化和孕育處理見效快和效率高，球化孕育過程簡單且容易控制，孕育過程中不會出現(xiàn)球化衰退現(xiàn)象，有效地增加了石墨球數(shù)。將包芯線用喂線機快速喂入鐵水中的方法，與傳統(tǒng)的脫磷、脫硫、球化和孕育方法相比，反應更充分，用量更節(jié)省，效果更優(yōu)良。此外，包芯線方法安全可靠，對環(huán)境影響小，在鐵水成分調整、脫磷脫硫除雜和球化孕育方面都具有良好效果，由此提升了鐵水質量，保證最終獲得優(yōu)質的風力發(fā)電設備用厚大斷面鑄件。
[0015](6)CN101348846A公開的高爐-中頻爐雙聯(lián)熔煉短流程生產技術中雖然提到熔煉短流程技術，但該工藝中沒有進行脫磷和脫硫處理，鐵水含雜質較多，也沒有對鐵水進行球化過程，因此該工藝很難應用于球墨鑄鐵生產，更不能用于風力發(fā)電設備用厚大斷面鑄件的生產。而在本發(fā)明工藝中進行了脫磷和脫硫處理，使鐵水更純凈，還運用包芯線對鐵水進行球化處理，有良好的球化效果，有利于提高鑄件的性能，因而本發(fā)明工藝能完全適用于風力發(fā)電設備用厚大斷面鑄件的生產。
[0016]綜上所述，本發(fā)明采用短流程工藝，提高了生產效率，保證了鐵水成分穩(wěn)定，鐵水中的雜質和鐵水的溫度得以精確控制，鐵水的脫磷、脫硫、球化和孕育效果好，從而獲得很好的冶金質量及良好的球化效果，使生產出的風力發(fā)電設備用厚大斷面鑄件具有優(yōu)良的力學性能和低溫韌性。較之現(xiàn)有生產風力發(fā)電鑄件的技術，本發(fā)明的一種制備風力發(fā)電設備鑄件的短流程生產方法有突出的實質性特點和顯著的進步。
【具體實施方式】
[0017]簡要說明本發(fā)明一種制備風力發(fā)電設備鑄件的短流程生產方法:經過鐵礦石的燒結和高爐熔煉還原得到的鐵