CN106319129A

CN106319129A - 一种制备风力发电设备铸件的短流程生产方法

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Publication number: CN106319129A
Application number: CN201510357779.7A
Authority: CN
Inventors: 姜蕾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2017-01-11

Abstract

本发明一种制备风力发电设备铸件的短流程生产方法，涉及铸铁合金的制造，是一种制备风力发电设备用厚大断面铸件的短流程生产工艺，步骤是：经过铁矿石的烧结和高炉熔炼还原得到的铁水经脱磷和脱硫处理后，注入中频感应电炉中加入废钢和回炉料继续熔炼，同时进行铁水成分的调整，然后进行球化和孕育处理，最后浇注成型，制得风力发电设备用厚大断面铸件。本发明采用短流程工艺，提高了生产效率；用中频感应电炉代替冲天炉，铁水中的杂质和铁水的温度得以精确控制，还起到保护环境和节能降耗的作用；脱磷、脱硫、球化和孕育都使用其包芯线，使得这些处理见效快和效率高，有效地增加了石墨球数，从而获得高质量的风力发电设备用厚大断面铸件。

Description

一种制备风力发电设备铸件的短流程生产方法

技术领域

本发明的技术方案涉及铸铁合金的制造，具体地说是一种制备风力发电设备铸件的短流程生产方法。

背景技术

风力发电设备的重要构成部件大多是铸件，例如风力发电装置中叶片的轮毂、齿轮箱体和机械台架等均是铸件。由于风力发电设备常常被安装在高海拔的内陆或海洋上，温度较低，工作环境比较恶劣，而且风力发电设备巨大，尤其是齿轮箱体和轮毂等部件安装的位置较高，因此吊装和维修都不易进行，这就要求这些铸件能稳定可靠地运行20年以上。此外，风力发电机的铸件多为主要承载件，所以要求这些大型铸件在能长期可靠使用的同时，还具有稳定的力学性能。

由于球墨铸铁的力学性能远优于灰口铁，甚至接近于钢，而且具有优良的铸造性能，因此风力发电设备用铸件多采用球墨铸铁。随着风力发电设备向大容量、高质量和高寿命方向发展，要求风力发电设备用铸件的尺寸逐渐增大，其断面也就越来越大(可达200mm以上)，这使得风力发电设备用铸件已归为厚大断面铸件的范畴。但厚度的增加往往会产生铸件芯部球化不良等问题，这会影响厚大断面铸件的使用性能。为了顺应风力发电设备用铸件断面尺寸和厚度增大的趋势，必须保证风力发电设备用厚大断面铸件具有稳定的力学性能并保证它们在低温气候及各种恶劣环境下具有良好的韧性，因此对其生产工艺就提出了更高要求，包括要严格控制铸件的化学成分，即要减少其中P和S杂质的含量，严格控制Mn和Si的含量，保证良好的冶金质量，此外还要保证有良好的球化和孕育效果。

当前，风力发电设备用铸件的常规生产流程是：高炉铁水浇铸冷却形成生铁锭，经过运输到达铸造厂，再将其与废钢和回炉料等一起在冲天炉中熔炼，再经球化孕育之后进行浇注。该流程中炼铁和铸造是两个分开的环节，高炉铁水的热量被损失浪费，并且在冲天炉中生铁的重熔又会造成吸气和杂质增多，使得影响冶金质量的不稳定因素增加。同时，上述流程中一般采用冲入法进行球化处理，即把铁水倒入底部已加入球化剂的球化包中，这种方法效率低且污染严重，球化效果也不佳；孕育则采用多次孕育的方式，包括随流法、型内孕育和浇口杯育丝孕育等方法，在厚大断面铸件的孕育过程中易出现球化衰退现象，无法有效地增加石墨球数。此外，以焦炭为燃料的冲天炉，熔炼过程中会排放出大量的CO2和SO2，对环境造成污染，有悖于国际上减少温室气体排放和节能降耗的大趋势。由此可见，非常有必要改进现有风力发电设备用铸件的生产工艺流程。

CN101348846A公开了高炉-中频炉双联熔炼短流程生产技术，其中虽然提

到熔炼短流程技术，但没有涉及风力发电设备用铸件的生产及铸件的厚大断面问题。CN101407884A披露了一种风能设备用铸件的熔炼工艺，其中所述风能设备铸件的熔炼工艺是将新生铁和废钢放入熔炼电炉中熔化，则高炉中铁水的热量被浪费，且电炉中生铁的重熔对铁水的质量会造成不利影响，同时此专利工艺中的孕育需要四次才能完成，球化孕育过程复杂，不易控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种制备风力发电设备铸件的短流程生产方法，由于采用短流程工艺，从高炉出来的铁水不经冷却浇注成生铁锭，在脱磷处理和脱硫处理后直接注入中频感应电炉中，在中频感应电炉中进行成分调整，后经球化孕育浇注成型，从而克服了现有技术在风力发电设备用厚大断面铸件的生产中，冶金质量的不稳定，球化效果不佳，球化孕育过程复杂且不易控制，孕育过程中易出现球化衰退现象，无法有效地增加石墨球数，以及造成环境污染的诸多缺点。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种制备风力发电设备铸件的短流程生产方法，是一种制备风力发电设备用厚大断面铸件的短流程生产工艺，具体步骤如下：

第一步，铁矿石的烧结和高炉熔炼还原

将铁矿石粉碎和磁选制成铁精粉，然后把铁精粉烧结成烧结矿，再把烧结矿送至1500℃～1550℃的高炉内，经热风和焦炭把烧结矿熔炼还原成铁水；

第二步，脱磷和脱硫处理

将第一步得到的铁水转至保温包内，保温包通过轨道运送到喂线机处，喂线机把用薄钢带包裹脱磷剂的包芯线喂入该保温包中，该脱磷剂加入量为该铁水质量百分比的2％～5％，该脱磷剂是由成分为CaO 42％～45％、Fe2O3 44％～46％和CaF2 9％～14％制成的粉末物质，同时向该保温包底部通入氮气产生旋流，对其中的铁水进行搅拌脱磷，此后，喂线机把用薄钢带包裹CaC2脱硫剂的包芯线喂入该保温包中，该脱硫剂加入量为该铁水质量百分比的0.8％～2％，同时向该保温包底部通入氮气产生旋流，进行搅拌，使该保温包中的铁水脱硫，然后进行扒渣；

第三步，中频感应电炉熔炼和铁水成分的调整

将第二步脱磷和脱硫处理后的铁水注入中频感应电炉中进行熔炼，中频感应电炉的温度控制在1480℃～1500℃，对铁水进行光谱检测分析成分后，按质量百分比为铁水75％～80％、回炉料10％～12.5％和废钢10％～12.5％的比例，把回炉料和废钢加入该中频感应电炉内进行铁水成分调整，使铁水中的C为3.45％～3.55％、Si为0.6％～0.7％，该铁水、回炉料和废钢一起在电磁搅拌条件下进行中频感应电炉熔炼，所述回炉料是进行重熔的不合格的铸件；

第四步，球化和孕育处理

将第三步中频感应电炉熔炼出来的铁水注入浇包中，浇包通过轨道移至喂线机处，在浇包中的铁水温度为1440℃～1450℃时，喂线机把用薄钢带包裹钇基重稀土复合球化剂粉末的包芯线喂入该铁水中，同时从该浇包底部通入氮气，进行球化处理，该球化剂加入量为该铁水质量百分比的1.5％～1.6％，球化处理后，喂线机再把用薄钢带包裹孕育剂粉末的包芯线喂入该铁水中，同时从该浇包底部通入氮气，进行孕育处理，该孕育剂加入量为该铁水质量百分比的1.25％～1.35％，然后进行扒渣，所述钇基重稀土复合球化剂是由成分为Mg6.5％～8.5％、Re 2％～3.5％、Si 45％～50％、Ca 1％～2％、Ba 1％～2％和其余为Fe制成的粉末物质，上述Re中Y占50％～60％，所述孕育剂是由成分为Si 70％～75％、Ba 1％～3％、Ca 0.75％～1.5％和其余为Fe制成的粉末物质；

第五步，浇注成型

将第四步球化和孕育处理后的铁水直接浇注成风力发电设备用厚大断面铸件，由此制得的风力发电设备用厚大断面铸件的最终化学成分为：C 3.4％～3.5％、Si 1.9％～2.0％、Mn≤0.25％、S≤0.015％、P≤0.035％、Ti≤0.035％、Re≤0.015、Mg 0.045％～0.06％和其余为Fe；

上述包芯线均是指用薄钢带包裹所需物质粉末制成的线状材料，上述所有百分数均为质量百分数。

上述一种制备风力发电设备铸件的短流程生产方法，其中第五步浇注成风力发电设备用厚大断面铸件的断面径向尺寸为100mm～300mm。

上述一种制备风力发电设备铸件的短流程生产方法，其中所涉及到的设备高炉、保温包、喂线机、中频感应电炉和浇包均为该技术领域所公知的通用设备；所涉及到的粉碎、磁选、烧结、熔炼、电磁搅拌和浇注工艺均为该技术领域所公知的普通工艺；制作脱磷剂、脱硫剂、球化剂、孕育剂和包芯线的原料和方法均为该技术领域普通技术人员所能知道和掌握的。

本发明的有益效果是：

与常规风力发电设备用厚大断面铸件的生产工艺相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明工艺由于采用短流程工艺，从高炉出来的铁水不经冷却和浇注成生铁锭，因而避免了铁水热量被损失浪费，还节省了生铁冷却和重熔的时间，提高了生产效率，并且在中频感应电炉中加入废钢和回炉料时，由于中频感应电炉中本就存在铁水，提高了废钢和回炉料加入后的熔化效率。

(2)在本发明工艺中，由于用中频感应电炉代替冲天炉，中频感应电炉不使用焦炭，因而没有增碳增硫的问题，铁水的成分比较稳定；中频感应电炉可控性好，对铁水温度控制的精度较高；由于省去了高炉铁水的冷却和生铁锭重熔，使得吸气和夹杂减少，从而达到净化铁水的效果。本发明的这些特点保证了风力发电设备用厚大断面铸件的冶金质量好，产品合格率高。

(3)在本发明工艺中，铁水在中频感应电炉中进行电磁搅拌，使得铁水的成分和温度均匀，成分调整方便，有利于获得高质量风力发电设备用厚大断面铸件。

(4)本发明工艺采用中频感应电炉代替冲天炉进行熔炼，采用电能代替焦炭作为燃料，减少了因CO2和SO2排放对大气的污染，起到保护环境和节能降耗的作用。

(5)本发明工艺中，脱磷、脱硫、球化和孕育都使用其包芯线，使得脱磷、脱硫、球化和孕育处理见效快和效率高，球化孕育过程简单且容易控制，孕育过程中不会出现球化衰退现象，有效地增加了石墨球数。将包芯线用喂线机快速喂入铁水中的方法，与传统的脱磷、脱硫、球化和孕育方法相比，反应更充分，用量更节省，效果更优良。此外，包芯线方法安全可靠，对环境影响小，在铁水成分调整、脱磷脱硫除杂和球化孕育方面都具有良好效果，由此提升了铁水质量，保证最终获得优质的风力发电设备用厚大断面铸件。

(6)CN101348846A公开的高炉-中频炉双联熔炼短流程生产技术中虽然提到熔炼短流程技术，但该工艺中没有进行脱磷和脱硫处理，铁水含杂质较多，也没有对铁水进行球化过程，因此该工艺很难应用于球墨铸铁生产，更不能用于风力发电设备用厚大断面铸件的生产。而在本发明工艺中进行了脱磷和脱硫处理，使铁水更纯净，还运用包芯线对铁水进行球化处理，有良好的球化效果，有利于提高铸件的性能，因而本发明工艺能完全适用于风力发电设备用厚大断面铸件的生产。

综上所述，本发明采用短流程工艺，提高了生产效率，保证了铁水成分稳定，铁水中的杂质和铁水的温度得以精确控制，铁水的脱磷、脱硫、球化和孕育效果好，从而获得很好的冶金质量及良好的球化效果，使生产出的风力发电设备用厚大断面铸件具有优良的力学性能和低温韧性。较之现有生产风力发电铸件的技术，本发明的一种制备风力发电设备铸件的短流程生产方法有突出的实质性特点和显著的进步。

具体实施方式

简要说明本发明一种制备风力发电设备铸件的短流程生产方法：经过铁矿石的烧结和高炉熔炼还原得到的铁水经脱磷和脱硫处理后，注入中频感应电炉中加入废钢和回炉料继续熔炼，同时进行铁水成分的调整，然后采用包芯线方法进行球化和孕育处理，最后浇注成型，制得风力发电设备用厚大断面铸件。

实施例1

第一步，铁矿石的烧结和高炉熔炼还原

将铁矿石粉碎和磁选制成铁精粉，然后把铁精粉烧结成烧结矿，再把烧结矿送至1500℃的高炉内，经热风和焦炭把烧结矿熔炼还原成铁水；

第二步，脱磷和脱硫处理

将第一步得到的铁水转至保温包内，保温包通过轨道运送到喂线机处，喂线机把用薄钢带包裹脱磷剂的包芯线喂入该保温包中，该脱磷剂加入量为该铁水质量百分比的2％，该脱磷剂是由成分为CaO 42％、Fe2O3 44％和CaF2 14％制成的粉末物质，同时向该保温包底部通入氮气产生旋流，对其中的铁水进行搅拌脱磷，此后，喂线机把用薄钢带包裹CaC2脱硫剂的包芯线喂入该保温包中，该脱硫剂加入量为该铁水质量百分比的0.8％，同时向该保温包底部通入氮气产生旋流，进行搅拌，使该保温包中的铁水脱硫，然后进行扒渣；

第三步，中频感应电炉熔炼和铁水成分的调整

将第二步脱磷和脱硫处理后的铁水注入中频感应电炉中进行熔炼，中频感应电炉的温度控制在1480℃，对铁水进行光谱检测分析成分后，按质量百分比为铁水75％、回炉料12.5％和废钢12.5％的比例，把回炉料和废钢加入该中频感应电炉内进行铁水成分调整，使铁水中的C为3.45％、Si为0.6％，该铁水、回炉料和废钢一起在电磁搅拌条件下进行中频感应电炉熔炼；

第四步，球化和孕育处理

将第三步中频感应电炉熔炼出来的铁水注入浇包中，浇包通过轨道移至喂线机处，在浇包中的铁水温度为1440℃时，喂线机把用薄钢带包裹钇基重稀土复合球化剂粉末的包芯线喂入该铁水中，同时从该浇包底部通入氮气，进行球化处理，该球化剂加入量为该铁水质量百分比的1.5％，球化处理后，喂线机再把用薄钢带包裹孕育剂粉末的包芯线喂入该铁水中，同时从该浇包底部通入氮气，进行孕育处理，该孕育剂加入量为该铁水质量百分比的1.25％，然后进行扒渣，所述钇基重稀土复合球化剂是由成分为Mg 6.5％、Re 2％、Si45％、Ca 1％、Ba 1％和其余为Fe制成的粉末物质，上述Re中Y占50％，所述孕育剂是由成分为Si 70％、Ba 1％、Ca 0.75％和其余为Fe制成的粉末物质；

第五步，浇注成型

将第四步球化和孕育处理后的铁水直接浇注成断面径向尺寸为100mm的风力发电设备用厚大断面铸件，由此制得的风力发电设备用厚大断面风电铸件的最终化学成分为C3.4％、Si 1.9％、Mn≤0.25％、S≤0.015％、P≤0.035％、Ti≤0.035％、Re≤0.015、Mg 0.045％和其余为Fe。

实施例2

第一步，铁矿石的烧结和高炉熔炼还原

将铁矿石粉碎和磁选制成铁精粉，然后把铁精粉烧结成烧结矿，再把烧结矿送至1525℃的高炉内，经热风和焦炭把烧结矿熔炼还原成铁水；

第二步，脱磷和脱硫处理

将第一步得到的铁水转至保温包内，保温包通过轨道运送到喂线机处，喂线机把用薄钢带包裹脱磷剂的包芯线喂入该保温包中，该脱磷剂加入量为该铁水质量百分比的3.5％，该脱磷剂是由成分为CaO 44％、Fe2O3 45％和CaF2 11％制成的粉末物质，同时向该保温包底部通入氮气产生旋流，对其中的铁水进行搅拌脱磷，此后，喂线机把用薄钢带包裹CaC2脱硫剂的包芯线喂入该保温包中，该脱硫剂加入量为该铁水质量百分比的1.4％，同时向该保温包底部通入氮气产生旋流，进行搅拌，使该保温包中的铁水脱硫，然后进行扒渣；

第三步，中频感应电炉熔炼和铁水成分的调整

将第二步脱磷和脱硫处理后的铁水注入中频感应电炉中进行熔炼，中频感应电炉的温度控制在1490℃，对铁水进行光谱检测分析成分后，按质量百分比为铁水77％、回炉料11.5％和废钢11.5％的比例，把回炉料和废钢加入该中频感应电炉内进行铁水成分调整，使铁水中的C为3.5％、Si为0.65％，该铁水、回炉料和废钢一起在电磁搅拌条件下进行中频感应电炉熔炼；

第四步，球化和孕育处理

将第三步中频感应电炉熔炼出来的铁水注入浇包中，浇包通过轨道移至喂线机处，在浇包中的铁水温度为1445℃时，喂线机把用薄钢带包裹钇基重稀土复合球化剂粉末的包芯线喂入该铁水中，同时从该浇包底部通入氮气，进行球化处理，该球化剂加入量为该铁水质量百分比的1.55％，球化处理后，喂线机再把用薄钢带包裹孕育剂粉末的包芯线喂入该铁水中，同时从该浇包底部通入氮气，进行孕育处理，该孕育剂加入量为该铁水质量百分比的1.3％，然后进行扒渣，所述钇基重稀土复合球化剂是由成分为Mg 7％、Re 2.5％、Si 47％、Ca 1.5％、Ba 1.5％和其余为Fe制成的粉末物质，上述Re中Y占55％，所述孕育剂是由成分为Si 72％、Ba 2％、Ca 1％和其余为Fe制成的粉末物质；

第五步，浇注成型

将第四步球化和孕育处理后的铁水直接浇注成断面径向尺寸为200mm的风力发电设备用厚大断面铸件，由此制得的风力发电设备用厚大断面风电铸件最终化学成分为C3.44％、Si 1.95％、Mn≤0.25％、S≤0.015％、P≤0.035％、Ti≤0.035％、Re≤0.015Mg 0.053％和其余为Fe。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种制备风力发电设备铸件的短流程生产方法，其特征在于：是一种制备风力发电设备用厚大断面铸件的短流程生产工艺，具体步骤如下：

第一步，铁矿石的烧结和高炉熔炼还原将铁矿石粉碎和磁选制成铁精粉，然后把铁精粉烧结成烧结矿，再把烧结矿送至1500℃～1550℃的高炉内，经热风和焦炭把烧结矿熔炼还原成铁水；

第二步，脱磷和脱硫处理

第三步，中频感应电炉熔炼和铁水成分的调整

第四步，球化和孕育处理

将第三步中频感应电炉熔炼出来的铁水注入浇包中，浇包通过轨道移至喂线机处，在浇包中的铁水温度为1440℃～1450℃时，喂线机把用薄钢带包裹钇基重稀土复合球化剂粉末的包芯线喂入该铁水中，同时从该浇包底部通入氮气，进行球化处理，该球化剂加入量为该铁水质量百分比的1.5％～1.6％，球化处理后，喂线机再把用薄钢带包裹孕育剂粉末的包芯线喂入该铁水中，同时从该浇包底部通入氮气，进行孕育处理，该孕育剂加入量为该铁水质量百分比的1.25％～1.35％，然后进行扒渣，所述钇基重稀土复合球化剂是由成分为Mg 6.5％～8.5％、Re 2％～3.5％、Si 45％～50％、Ca 1％～2％、Ba 1％～2％和其余为Fe制成的粉末物质，上述Re中Y占50％～60％，所述孕育剂是由成分为Si 70％～75％、Ba 1％～3％、Ca 0.75％～1.5％和其余为Fe制成的粉末物质；

第五步，浇注成型

将第四步球化和孕育处理后的铁水直接浇注成风力发电设备用厚大断面铸件，由此制得的风力发电设备用厚大断面铸件的最终化学成分为：C 3.4％～3.5％、Si 1.9％～2.0％、Mn≤0.25％、S≤0.015％、P≤0.035％、Ti≤0.035％、Re≤0.015、Mg 0.045％～0.06％和其余为Fe，本步所述浇注成风力发电设备用厚大断面铸件的断面径向尺寸为100mm～300mm；上述包芯线均是指用薄钢带包裹所需物质粉末制成的线状材料，上述所有百分数均为质量百分数。