控制风电轮毂质量的几点措施

聂大伟

摘 要：结合该公司的生产环境，针对风电轮毂铸件进行大量的实验，成功的将其批量生产，同时将铸件质量稳定控制，既提高了公司在风电行业中的知名度，并为公司产品转型奠定了基础，同时为今后的生产大铸件积累了宝贵的工艺经验和生产经验。

关键词：风电铸件 树脂砂造型 中频炉熔炼 质量

中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（c）-0034-02

风能是一种清洁的、最具开发前景的可再生能源之一，世界各国对其都很重视，中国的风力资源很丰富，合计达10亿千瓦。随着大家对新型能源行业越来越重视，国内风电铸件的需求也在持续增加。风电轮毂铸件作为风力发电设备的核心部件，其工作的环境非常恶劣，常年在高达几十米甚至一百多米的高空运行，并且工作环境温度低，基本在-20℃甚至-40℃的环境中运行。同时，由于高空作业困难，所以运行过程中一旦发生意外，那造成的更换费用和影响发电的费用，会是一笔很大的损失。所以大家对风电铸件不仅要求低温性能，而且对其他的质量要求都很严格，任何一项缺陷超标，铸件都只能报废处理，因此在轮毂铸件的生产过程中，任何一项影响铸件质量的因素都要进行稳定控制，这也是为什么很多企业在利益的诱惑下，花大量的财力、物力以及人力进行风电轮毂的研发，但是都因质量不稳定而造成大量损失，最后不得不黯然退出风电行业的主要原因。

该公司经过长时间的实验摸索发现，对于该铸件的生产及质量的稳定控制，主要在于对影响其质量稳定的因素能否完全认识并将其控制。

1 工艺设计合理性

对于该类大型铸件的工艺是否合理，主要在于浇注系统以及冷铁冷却工艺的设计。

浇注系统的设计：浇注系统我们采用底注反雨淋浇注系统，并设计为开放式的浇注系统，保证铁水能够大流量的平稳充型，以防铁水发生翻腾、涡流等现象。同时也利于浮渣、浮砂的上浮和型腔内气体的顺利排泄。

冷铁的设计：为了保证轮毂铸件的均衡凝固，工艺上采用冷铁来消除因壁厚不均造成的不良热节。既可防止厚大部位产生缩孔、缩松缺陷的几率。又可使石墨化膨胀提前发生，增加自补缩作用。冷铁的厚度按照壁厚的0.5～1.0倍进行设计。材质选用HT200以上牌号的热导率较大的冷铁。冷铁工作面第一次使用时要进行烘干。冬季使用一定要带有一定的温度，防止吸潮和影响型砂固化。冷铁的适用面不得有气孔、沙眼等缺陷。重复使用时必须把使用面进行抛光处理，并且要在120℃温度下进行干燥处理。冷铁重复使用5～6次就要报废处理。

2 造型过程的控制

因为风电轮毂铸件的外观、尺寸精度等要求较高，所以风电铸件的生产大家基本上都采用树脂砂造型。利用树脂砂具有流动性好、易紧实、脱模时间可调节、硬化后强度高、在随后的搬运及合箱过程中变形小、刚度高的优势，和在浇注和凝固过程基本上无形壁位移等优点来保证质量。

但是树脂砂还有一些不利因素必须预防：①对原材料的品质极为敏感。选用的原砂除了需要考虑原砂的化学成分和粒度外，还必须控制其粒度组成、颗粒形状、表面特征和酸耗等因素。②树脂砂发气量很大，一旦排气不畅，铸件很可能会出现表面呛火气孔，甚至憋气抬箱甚至炮火，所以造型时型芯的排气道一定要多放，而且芯子内的气道要从底部开始，尽量减少底部的气体排放。盖箱要多扎出气孔，以保证行腔中的气体尽快排出，外皮的芯头部位要尽可能的做到与大气相通，同时暗气眼越多越好，以保证型芯中气体顺利逸出。③造型时间的控制，鉴于树脂砂的特性，造型时间最好控制在50分钟以内，型砂可使用时间控制在10min以上，这就对混砂设备有了一定的要求；四是紧实度的控制，树脂砂流动性好，充填方便，但造型时如果不紧实，但造型中仍需十分注意凹陷处、法兰下部等不易充填部位的紧实，需要指出的是，经过对比验证，砂型紧实度好的球铁件比不紧实的球铁件缩松量小很多。所以造型紧实度很重要。

3 熔炼的影响

3.1 炉料遗传性的影响及措施

众所周知，铸铁熔炼所需的主要材料即生铁、废钢和回炉料，将其按照一定的比例熔炼形成的铁液均有一定的遗传性，这些遗传性如果不能最大限度的消除，势必会造成石墨形态的变异，降低球化率，减少石墨数量，最终都会影响到新生产铸件的性能和金相組织。因此对于风电铸件的要求来说，必须要对其进行针对性的控制，尽可能的将其最大限度的抵消，为此主要从两方面入手，其一是对于风电铸件熔炼、球化孕育的原材料必须严格控制，特别是微量元素的控制。其二是对熔化铁水进行过热处理，从而使得铁液的熔体结构发生明显变化，提高微观均匀性。

3.2 中频炉熔化过程控制的影响及措施

采用中频炉熔炼球墨铸铁，存在铁水温度升温快，很难控制温度以及炉内温度不均匀，铁水中低熔点的元素易烧损，很难控制铁水的化学成分的缺点。将会造成铸件性能强度高，延伸率、冲击吸收功低；石墨球数少而大，且分布不均、基体组织中珠光体含量普遍偏高等质量问题。针对上述问题，我们实际生产过程中采用低温熔化，等熔清并调整好化学成分后，快速升温过热，而后快速扒渣并加降温生铁出水球化的原则来进行预防。特别要注意的是过热结束之前不能过早扒渣，反而要将铁液表面用保温剂覆盖，以防铁水氧化，同时快速升温的过程要尽可能的缩短，以降低石墨球的核心烧损。

4 球化过程的影响及措施

风电铸件这种厚大断面球墨铸铁件，因壁厚大，故铁液结晶凝固比较缓慢，凝固时间过长，将会不断消耗球化元素而导致球化衰退、石墨漂浮、石墨球形畸变等缺陷，从而使铸件的力学性能指标达不到风电设备相关标准的要求。因此在球化过程中要加入相对较多的专用球化剂，同时要控制好出铁到浇注的时间，并以尽可能的低温浇注，以防止球化衰退。

5 结语

通过大量的实验总结出上述几点影响该铸件质量控制点，并针对控制点提前制定出相应的控制措施，在生产过程中严格执行控制文件的要求，及时寻找问题，并从源头解决，以保证得到合格的铸件。从目前的生产效果来看，我们制定的预防措施真正地符合现场实际控制要求。

参考文献

[1] 薛强军，王忠，王智明.风电装备整机与铸铁生产的现状及展望[J].现代铸铁，2009（3）：19-21.

[2] 苟华强.大型风力发电机组轮毂铸件的生产工艺[J].东方电气评论，2008，22（88）：66-69.

[3] 谢明师.呋喃树脂自硬砂实用技术[M].机械工业出版社，1995.

[4] 史明华.呋哺树脂砂铸造过程中应注意的几个问题[J].现代铸铁，2007（2）：70，72.

[5] 蒋云峰，张香杰，陈祥坤.大断面高伸长率球墨铸铁的熔炼[J].铸造，2004（2）：35-37.

[6] 球墨铸铁铸造新工艺新技术与产品质量缺陷控制适用手册[M].北方工业出版社.