[发明专利]MW级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器

说明书

技术领域

本发明提供一种铸造用模具，特别是涉及一种电渣熔铸整体制造MW级风电扭转轴毛坯的模具——MW级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器。

背景技术

电渣熔铸作为一项先进铸造技术，将钢水精炼与铸造成型两道工序结合在一起，所生产的铸件结晶组织均匀致密、纯度高、硫和磷含量低、非金属夹杂物少、具有良好的力学性能和抗疲劳性能。既能达到锻件的质量标准，又可实现铸件近净成型，实现周期和成本的双赢，已被现代铸造企业广泛应用。产品涉及航空、造船、电力、化工以及重型机械等现代化工业。

风电是目前十分提倡的绿色能源，但风力发电机运行环境恶劣（-45℃至+45℃），部件质量要求很苛刻（力学性能高，抗疲劳性好，耐蚀性好）。随着MW级风力发电机（未来市场主打产品）的开发建设，风力发电向高效率、大型化方向发展，对风力发电的重要零部件的质量要求愈来愈高。MW级风电扭转轴质量好坏直接影响MW级风电机组的质量。

结晶器是电渣炉的重要部件，属于炉体部分，在熔铸时，它一方面起着熔化、精炼的熔炼室作用；另一方面又起着铸件模具形成铸件的作用，熔化与成型均在结晶器内进行，所以结晶器工作环境恶劣，对于风电扭转轴结晶器更是如此，结晶器结构复杂，熔铸中受力复杂，为此，结晶器必须具有导热强、抗变形强、易制造等特点。

众所周知，MW级风电扭转轴结构复杂（见图1），各曲拐沿空间分布，形状复杂。因此，MW级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器的结构更加复杂，按照常规方法无法制作和使用，很长时间以来一直制约我国电渣熔铸该类铸件的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的MW级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器，为电渣熔铸方法生产该类铸件提供核心设备。利用该结晶器生产的风电扭转轴毛坯表面成型质量与内部质量均优良，完全满足或超过技术要求，该结晶器具有制作方便，省工、省料优点，同时实现了熔铸操作方便，组装定位准确，熔铸金属利用率高等优点。另外，该结晶器在使用中采用了退让装置，温度监测装置，定位装置，实用后各项指标均经受住生产考验，未出现漏渣、漏水，焊缝开裂变形等常见结晶器损伤。

1、              设计方案制定

思路：电渣熔铸整体一次成型方式制造MW级风电扭转轴，是利用自耗电极沿结晶器贯通的主轴颈孔腔熔铸。设计MW级风电扭转轴（曲柄臂很厚的大型铸件）电渣熔铸用结晶器，必须解决如下棘手问题。

（1）常规电渣熔铸结晶器，铸件脱模困难很大。

（2）在常规轴位置结晶器的填充系数最大（0.55），在曲柄最厚处结晶器的填充系数最小（0.12-0.18），倘若填充系数由0.55直接突变到0.15，曲柄处无法实现良好充型。

（3）解决常规方案无法实现曲柄位置监测与曲柄饱满充型；

（4）对于这种曲柄间距很大的铸件（约2.5米），曲柄凝固时轴向通常收缩在10mm左右，巨大应力很难释放，通过在结晶器上增设退让设施，以避免铸件裂纹和结晶器过早损坏。

（5）对于这种轴很长（近4米）轴柄很粗的铸件，避免因轴向应力释放不当而产生大变形。

（6）对于轴很长的中空模具来说，定位时同心度和型腔缝隙都不易控制。

为了克服以上困难，通过分析MW级风电扭转轴电渣熔铸用结晶器结构和熔铸时的受力，最终确定出如下设计方案：

（a）综合考虑分型位置（图2~5中19代表分型位置），实现铸件能够顺利脱模。

（b）在曲柄结晶器上增加与常规轴结晶器的过渡型腔，以便实现曲柄处良好充型。对于电渣熔铸结晶器，增加型腔，就等同于增加毛坯重量。如果过渡型腔增加过大，会造成风电扭转轴毛坯增量过多，降低金属利用率，使加工量增大；反之，结晶器过渡型腔增加过小，无法满足正常熔铸需要而失去意义。通过理论计算电渣熔铸填充比与熔铸功率的关系再加上铸造所多年生产实践总结，最终确定出了一个相对最小的结晶器过渡型腔增加量。在毛坯上出现的增量可通过机械加工切取下来，作为本体试块供作成份和性能检测。

（c）曲柄位置监测与曲柄饱满充型是息息相关的；曲柄位置检测准确，则相应功率可控性增强，功率跟踪及时，则铸件曲柄位置充型良好；同时只有曲柄位置检测准确，才能控制曲柄后段的收弧工艺，保证铸件无缩松等缺陷。

（d）通过在结晶器上增设退让辅助装置U型槽、千斤顶和L板，按照两种退让方式，能实现轴向退让距离大于12mm的功能，能有效避免铸件裂纹和结晶器过早损坏。