[发明专利]无冷铁、无冒口铸造大功率风力发电机低温球铁底座的工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风电技术领域重要零件——MW级风力发电机的低温球铁底座的铸造造型工艺，尤其是在无冷铁、无冒口的条件下铸造大功率风电零件底座的铸造方法。

背景技术

目前在全球能源价格高涨、石油危机的情况下，风能作为可再生能源和绿色能源，是各国均大力推广的首选项目。MW级风力发电机已经成为风电产业的主流产品，并将成为电网的重要电能来源。

底座是大功率风力发电机的关键零部件，其工作环境恶劣，承受巨大的动载荷和静载荷，使用寿命要达到20年。对铸件的外在表面质量和内在组织致密、缩孔、缩松等要求非常高。目前普通的型砂分型造型难以保证底平面的铸造质量。全部区域需做UT(超声波无损探伤)检测，需达到UT检测的EN DIN12680-3的2或3级标准；主要和关键区域需做MT(表面磁粉探伤)检测，需达到MT检测的EN DIN1369的3级标准；外观不得有超过壁厚的缺陷，不允许焊补，表面粗糙度要达到Ra50-100。

另外，为达到使用性能的要求，底座材料为有低温冲击要求的球墨铸铁件，常用的材料牌号为EN-GJS-400-18U-LT或EN-GJS-350-22U-LT；在结构上底座铸件为大型复杂件，外轮廓尺寸达到4-5m，壁厚在60-200mm，重量在10-25T之间。底座的结构是底平面的面积大且为厚壁零件，用以支撑齿轮箱、轮廓等部件。球墨铸铁件虽然使用性能优于其它材料，但在铸造过程中球墨铸铁比其它材料难于控制，易于出现缩孔、缩松、一次渣和二次氧化渣，大型结构复杂、大断面的球墨铸铁表现得更为严重，极不易达到UT检测的EN DIN 12680-3的2或3级标准，和MT检测的EN DIN1369的3级标准。更因为底座的结构特点是底平面的面积大，普通的型砂分型造型难以保证底平面的铸造质量。为减少和消除缩松，国内、国际上普遍对底座热节处放置冷铁，此种方案虽有一定效果，但使用冷铁后冷铁本身极易和铁液进行化学反应，产生二次氧化渣或气孔，使表面磁粉探伤不合格。采用冷铁使砂型的制造工艺复杂，会影响生产效率。CN200710144925.3还提出一种适于厚大断面铸件的快速强制冷却系统，是解决现有厚大断面球铁经过较长时间的液态冷却和共晶凝固，导致球化衰退、球墨畸变、石墨飘浮、元素片析、缩松、缩孔等缺陷，导致厚大断面球铁力学性能急剧降低的问题。采用液氮罐的出口端与低温截止阀的一端相连接，低温截止阀的另一端与液氮急冷器的进口端相连接，液氮急冷器的另一端设在冷却芯管的空腔内，空腔内的液氮急冷器上设有喷嘴。但上述方法显然成本过高。

为减少和消除缩松，达到EN DIN 12680-3中2、3级探伤标准，国内、国际上还普遍采用在砂型的最高处放置多个保温或发热冒口进行补缩。但使用保温、发热冒口也降低了工艺出品率，提高了生产成本，降低了铸造厂的整体效益。

底座作为球墨铸铁件，由于球铁本身特点易产生一次渣和二次氧化渣。为减少表面夹渣，国外采用优质炉料和电炉精炼方法，但在国内由于生铁等原料远低于国外，并且冶炼技术也与国际上有一定差距，因此国内生产大型底座时表面夹渣不易消除，不易以达到EN DIN 1690三级探伤标准。

CN200510022689.9铸态无Ni低温球铁铸造大型高韧部件的方法，本申请人采用(1)低温球铁的成分配方是：3.6-3.9％C；1.7％至3％Si；0.1％至0.4％Mn；不加Ni；Mg的残余含量0.045％至0.07％之间，剩余的是铁和制备过程中产生的杂质，P低于0.04％；(2)上述含量铸造球铁的成分通过添加球化剂获得；(3)球化后铸造工艺：在1300℃至1380℃之间将所述液态混合物浇铸到的铸型中；并使其在砂型中缓慢冷却到400℃以下从铸型中清出。成分中S低于0.02％。填补了国内无-40℃下冲击韧性要求的低温韧性球铁的空白。

CN200710022743.9-40℃低温铸态无Ni球铁铸造兆瓦级风电机组部件方法是本申请人的另一项申请，铸造兆瓦级风电机组部件——轮毂、底座的方法，所述低温铸态无Ni球铁的成分配方是：C 3.6％～3.9％，Si1.7％～2.5％，Mn 0.1％～0.3％，不加Ni，Mg的残余含量0.045％～0.07％，剩余的是铁和杂质，杂质中P＜0.04％，S＜0.02％；上述含量低温铸态无Ni球铁的成分是通过添加球化剂、孕育剂及采用二次孕育方法获得；球化后铸造工艺为：在1300℃～1380℃将球化后的液态混合物浇铸到铸型中，并使其在铸型中缓慢冷却到400℃以下，从铸型中清出。但上述方法还不能保证产品的高合格率。

发明内容