隨著世界各國風電產業的迅速發展 ， 風電鑄件的生產在我國鑄造行業已顯示風起云涌的好勢頭 。 與此同時 ， 風電鑄件嚴格的質量要求也對我們鑄造工作者的技術水平和管理水平提出了嚴峻的挑戰 。
風電鑄件的工作環境是在環節惡劣野外 ， 長期經受風吹、日曬、雨淋 ， 投入服役后 ， 20年以內不允許發生任何質量事故 。 所以 ， 風電鑄件的質量要求應該與核電、航天類鑄件的質量要求相提并論 。 風電鑄件主要包括葉片的輪轂、齒輪箱、機械臺架和底座構件 。 每臺1~2兆瓦的機組需要約15噸鑄件 ， 每臺3~5兆瓦的機組需35~50噸鑄件 。
風電鑄件的材質要求主要有：QT400-18AL、QT700-2、QT350-22AL材質牌號 。 各種風電鑄件的材質必須符合標準或用戶要求的抗拉強度、屈服強度、延伸率、沖擊韌性、硬度 ， 且具有較高的內外在的完整度、致密度 。 所有鑄件不允許焊補修復 ， 都要經過嚴格的超聲波探傷、磁粉探傷 。 其中 QT400-18AL材質要求滿足零下20℃的低溫沖擊性能 ， QT350-22AL材質要求滿足零下40℃的低溫沖擊性能要求 。
在風電球鐵鑄件生產過程中 ， 鐵水的冶煉及處理是一個非常重要的且技術要求嚴格的工藝環節 ， 對鑄件的材質、內外在質量均產生重大的影響 。 本文主要敘述QT400-18AL、QT350-22AL大斷面風電球鐵鑄件生產的熔煉技術控制問題 。
1 原材料選擇
1.1 生鐵
為了保證風電鑄件材質的機械性能達到標準要求和便于生產控制 ， 一般選用Q4-Q10牌號的生 鐵 ， 并且要嚴格控制合金的化學成分含量 ， 成分要求如表1所示 。
2 目標鐵水成分選擇
風電球鐵鑄件的主要化學成分為：C、Si、Mn、P、S、Mg、RE 。 其選擇范圍分述如下 。 2.1 C
根據風電球鐵鑄件的結構尺寸較大的特點和材質的低溫性能要求 ， 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雖然是促進石墨化元素 ， 但含量也要適當的控制 ， 隨著Si含量的增加提高脆性轉變溫度 ， 所以 ， 要求低溫沖擊性能的風電球鐵鑄件更應該嚴格控制加入量的范圍 ， 針對風電球鐵鑄件的球鐵材質不同牌號 ， 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含量偏高會促使珠光體含量增高 ， 還會產生偏析 ， 同時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 ， 它會形成二元或三元磷共晶 ， 并分布在晶界上 ， 顯著地降低風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 ， 含量高會使球化率下降 ， 從而導致強度、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Mg對球鐵材質韌性、夾雜和縮松傾向的影響 ， Mg含量不宜過高 ， 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 ， 應注意當S含量較低時 ， 稀土含量控制不應過高 ， 否則易產生夾雜和石墨畸變;選擇重稀土時 ， 此現象會大大地緩解 。 建議RE的控制范圍為<0.025% 。
3 熔煉技術控制
原鐵水熔煉質量對球鐵的性能和鑄件鑄造缺陷都會產生重要的影響 ， 化學成分控制、熔煉設備的選擇、熔化工藝又是重要環節 ， 對此闡述如下 。 3.1 原鐵水的化學成分選擇
根據上述選擇的鑄件要求的化學成分 ， 原鐵水的化學成分范圍如表4所示 。
S是反球化的有害元素 ， 含量高會使球化率下降 ， 從而導致強度、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Mg對球鐵材質韌性、夾雜和縮松傾向的影響 ， Mg含量不宜過高 ， 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 ， 應注意當S含量較低時 ， 稀土含量控制不應過高 ， 否則易產生夾雜和石墨畸變;選擇重稀土時 ， 此現象會大大地緩解 。 建議RE的控制范圍為<0.025% 。
3 熔煉技術控制
原鐵水熔煉質量對球鐵的性能和鑄件鑄造缺陷都會產生重要的影響 ， 化學成分控制、熔煉設備的選擇、熔化工藝又是重要環節 ， 對此闡述如下 。 3.1 原鐵水的化學成分選擇
根據上述選擇的鑄件要求的化學成分 ， 原鐵水的化學成分范圍如表4所示 。
表4原鐵水的化學成分
3.2 熔煉設備的選擇
熔煉設備一般有兩種選擇 ， 一是采用沖天爐和感應電爐雙聯熔煉;二是直接采用感應電爐熔煉 。 各有特點 ， 只要熔煉工藝合理 ， 都能生產合格的風電球鐵鑄件產品 。
采用雙聯可以利用沖天爐的高效熔化效率 ， 大大地提高生產效率 ， 同時還利用沖天爐內的高溫過熱溫度 ， 將原生鐵的石墨熔煉細化 ， 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;因此 ， 雙聯較適合以生鐵為主要材料的生產情況 。
用感應電爐直接冶煉 ， 生產工藝相對而言簡單且穩定 ， 再加上可采用爐內增碳工藝 ， 因此 ， 比較適合采用大量廢鋼為主要材料的生產情況 。 由于通過增碳可使鐵水中產生大量的〔C〕的微晶晶胚 ， 是將來石墨析出直接核心 ， 因此可細化球鐵組織 。
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℃ ， 達到出爐溫度時 ， 應盡快的出爐進行球化處理 ， 避免在爐內長時間停留 ， 防止鐵水失去活性 。
3.3.2 球化處理包
【風電球鐵鑄件生產中原材料的選擇】球化處理包要求H(內)：φ(內)≥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 。 3.3.3 球化、孕育處理
由于風電鑄件屬于鑄態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坑內攤平并搗實;在球化劑上面加入0.3~0.4%孕育劑攤平緊實;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鐵片或鋼板并搗實即可 。
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先準備的中轉包內(采用中轉包的優點一是可快速使爐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進行球化處理 ， 一般球化反應時間控制在90~150秒 ， 球化處理后期吊走包蓋 ， 并用中轉包加入剩余的1/4鐵水同時沖入0.4%的孕育劑進行一次孕育劑 ， 快速撒入集渣劑攪拌扒干凈包內的渣 ， 然后在球化好鐵水表面撒入0.2～0.3%孕育劑進行二次孕育劑 ， 不進行攪拌迅速用覆蓋劑蓋好 ， 測溫準備澆注 。
三次孕育可在澆口杯澆注過程中加入0.1~0.2%的瞬時孕育劑 ， 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(塊度大小根據澆注重量而定)孕育 。
4 結束語
隨著風力發電的迅速發展 ， 風電鑄件的生產也進入了大規模生產階段 ， 市場競爭也將日趨激烈 ， 因此 ， 提高鑄造生產技術水平和降低生產消耗、污染是企業發展的唯一道路 。 本文對風電球鐵鑄件生產熔煉技術控制的敘述 ， 希望能為鑄造同仁提供幫助 。