【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的装置及生产方法，尤其是生产球墨铸铁高韧性、-20℃低温冲击韧性11焦耳以上的风力发电机主轴铸件，它属于风力发电机主轴铸件。
技术介绍
1、风力发电技术是一种绿色、可持续发展的新能源技术，在我国已经进入了快速发展期，已成为世界上最大的风力发电装置制造国和使用国，风力发电技术得到飞速发展，各种新材料、新工艺、新技术在风电领域得到很好的应用。目前，如何增强风电机组的自主设计能力和水平、改进风电机组的结构、降低风电机组的制造成本、提高风机发电的效率等等，已成为国内各风电主机制造装备企业占领市场、提升竞争实力的关键。就6兆瓦以上的大型风力发电机组而言，提升风电机组各部件的材料性能，实现风电机组各部件轻量化，是更好地发挥风电机组发电效率、降低风电机组制造成本的重要手段之一。
2、风力发电机主轴（以下简称风电主轴）为降低制作成本，采用球墨铸铁铸造生产已逐渐替代原来的锻钢件生产。但铸造球墨铸铁主轴的韧性、特别是其低温冲击性能与锻钢主轴相比，仍有较大的差距，使球墨铸铁风电主轴的应用场合受到很大的限制。此外，目前铸造大型的风电主轴铸件（一般单件重量在15-25吨），球墨铸铁风电主轴铸造在工艺上同样存在着一些不足，例如：铸件内在组织不致密、综合机械性能较低、生产工序比较复杂、生产效率低、生产成本较高、生产过程控制要求严格等；这些不足已经制约了球墨铸铁风电主轴的进一步应用。
3、铁型覆砂铸造技术是一种节能、节材、高效、高质量铸造的新技术，对于风电主轴这类内部中空且存在一
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，安全可靠，节能环保，铸件综合性能好，操作简单易行，工人劳动强度低，易于实现机械化生产的高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的装置及生产方法。
2、本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：该高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的装置，包括用于风电主轴外侧面铸型的铁型覆砂铸型以及用于风电主轴的法兰底面、风电主轴的内腔面、风电主轴的浇注系统、风电主轴的上平面均为自硬树脂砂铸型，其特征在于：还包括集渣环和数根用于铁型覆砂覆砂层气体排放的排气通道，所述浇注系统包括直浇道、多条分散式横浇道、多条反雨淋式内浇道、铁水过滤挡渣系统、多块泡沫陶瓷过滤网和多组过滤浇道，直浇道底部设置多条分散式横浇道，多块泡沫陶瓷过滤网分别与多条反雨淋式内浇道连接，多条分散式横浇道与多组过滤浇道相匹配，铁水过滤挡渣系统在自硬树脂砂铸型和铁型覆砂铸型中形成，集渣环设置在风电主轴内腔上部。
3、作为优选，本专利技术所述铁型覆砂铸型采用贯穿形多级结构。
4、作为优选，本专利技术所述铁型覆砂铸型可水平分割成数个贯通式铸型，自硬树脂砂铸型的分型采用分段式方式。
5、作为优选，本专利技术所述铁型覆砂铸型中的覆砂层厚度为5-25mm，铁型的厚度为150-250mm，铁型重量：风电主轴铸件重量＝1:4-5.7。
6、作为优选，本专利技术所述浇注系统的各截面积比例为∑直：∑横：∑内=1：1.5-1.8：3.8-4.6，浇注时间为210-270秒。
7、本专利技术还提供一种高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的生产方法， 其特征在于：具体步骤如下：风电主轴铸造用的铸型采用铁型覆砂铸型、自硬树脂砂铸型的复合铸型；铸型的铁水浇注系统的反雨淋式内浇道采用底注反雨淋上浮进入铸型的形式，铁水过滤采用分散式横浇道上浮铁水经泡沫陶瓷过滤网过滤铁水方式，风电主轴铸件顶部采用集渣环上浮聚渣，顶部压边出气排气通道用于排出铁型覆砂覆砂层受热产生的有机挥发气体；浇注过程中，在铁型各分面之间、上铸型出气排气通道处对铁型覆砂的覆砂层产生的气体进行引火排气；根据风电主轴的重量，浇注完成10-15小时可松开铁型与铁型、铁型与自硬树脂砂之间的紧固螺栓，让铸件在相对自由的条件下继续冷却，减少铸件在凝固冷却过程中受阻收缩产生应力；浇注后24-36小时可逐层从上到下对铁型覆砂铸型、自硬树脂砂铸型进行松箱和开箱作业，开箱后让铸件在空气中继续冷却至室温，随后可进行铸件的清理及打磨，从而完成风电主轴的铸造过程；开箱后的铁型，经过简单清理，利用铁型中存在的余热，将铁型送入覆砂造型装备再次进行覆砂造型，然后与造型好的自硬树脂砂铸型进行合箱作业，再进行铁水的浇注，循环往复，实现风电主轴铸件的批量生产。
8、作为优选，本专利技术浇注铁水的各元素组成：c：3.7-3.95%，si：1.75-2.00%，s：<0.012%，p：<0.02%，mn：<0.2%，ni：0.3-0.4%；mg：0.04-0.055%，re：0.008-0.015%；铁水浇注充型温度为：1330-1350℃，浇注充型时间控制为：210-270秒。
9、作为优选，本专利技术铁水的球化处理采用球化包内冲入法处理，采用重稀土镁球化剂，球化剂加入量为：1.0-1.2%。
10、作为优选，本专利技术铁水的孕育处理采用三级孕育，三级孕育包括包内孕育、球化后出铁水随流孕育、以及浇注时的瞬时随流孕育。
11、作为优选，本专利技术铁水的孕育处理选用长效复合孕育剂，孕育剂的加入量中，一级铁水包内加入量：0.3-0.5%，二次出铁随流孕育量：0.45-0.6%，三级瞬时孕育量为：0.12-0.15%；铁水的熔化过程中，铁水过热温度控制在1500℃，铁水球化出铁温度为1430-1450℃，浇注温度控制在1330-1360℃，浇注时间控制在210-270秒。
12、本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：1）整体结构设计合理，安全可靠，实现球墨铸铁铸态高韧性、-20℃低温冲击韧性11焦耳以上的风电主轴铸件的铸造生产；2）对实现风电机组的轻量化、低成本制造的促进作用意义重大；3）本专利技术生产工艺，操作简单易行，工人劳动强度低；4）对于大型风电主轴铸件的铸造生产而言，易于实现机械化生产；5）铸造生产实现无冒口铸造，铁水收得率高，可实现铸态生产，生产过程节能效果显著；7）风电主轴铸件生产过程用砂量少，生产环境好。
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1.一种高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的装置，包括用于风电主轴外侧面铸型的铁型覆砂铸型（1）以及用于风电主轴的法兰底面、风电主轴的内腔面、风电主轴的浇注系统（3）、风电主轴的上平面均为自硬树脂砂铸型（2），其特征在于：还包括集渣环（4）和数根用于铁型覆砂覆砂层气体排放的排气通道（5），所述浇注系统（3）包括直浇道（31）、多条分散式横浇道（32）、多条反雨淋式内浇道（33）、铁水过滤挡渣系统（34）、多块泡沫陶瓷过滤网（35）和多组过滤浇道（36），直浇道（31）底部设置多条分散式横浇道（32），多块泡沫陶瓷过滤网（35）分别与多条反雨淋式内浇道（33）连接，多条分散式横浇道（32）与多组过滤浇道（36）相匹配，铁水过滤挡渣系统（34）在自硬树脂砂铸型（2）和铁型覆砂铸型（1）中形成，集渣环（4）设置在风电主轴内腔上部。
2.根据权利要求1所述的高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的装置，其特征在于：所述铁型覆砂铸型（1）采用贯穿形多级结构。
3.根据权利要求2所述的高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的装置，其特征在于：所述铁型覆砂铸型
4.根据权利要求1所述的高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的装置，其特征在于：所述铁型覆砂铸型（1）中的覆砂层厚度为5-25mm，铁型的厚度为150-250mm，铁型重量：风电主轴铸件重量＝1:4-5.7。
5.根据权利要求1所述的高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的装置，其特征在于：所述浇注系统（3）的各截面积比例为∑直：∑横：∑内=1：1.5-1.8：3.8-4.6，浇注时间为210-270秒。
6.一种高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的生产方法， 采用如权利要求1～5任一项所述的高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的装置，其特征在于：具体步骤如下：风电主轴铸造用的铸型采用铁型覆砂铸型（1）、自硬树脂砂铸型（2）的复合铸型；铸型的铁水浇注系统（3）的反雨淋式内浇道（33）采用底注反雨淋上浮进入铸型的形式，铁水过滤采用分散式横浇道（32）上浮铁水经泡沫陶瓷过滤网（35）过滤铁水方式，风电主轴铸件顶部采用集渣环（4）上浮聚渣，顶部压边出气排气通道（5）用于排出铁型覆砂覆砂层受热产生的有机挥发气体；
7.根据权利要求6所述的高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的生产方法，其特征在于：浇注铁水的各元素组成：C：3.7-3.95%，Si：1.75-2.00%，S：<0.012%，P：<0.02%，Mn：<0.2%，Ni：0.3-0.4%；Mg：0.04-0.055%，RE：0.008-0.015%；
8.根据权利要求6所述的高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的生产方法，其特征在于：铁水的球化处理采用球化包内冲入法处理，采用重稀土镁球化剂，球化剂加入量为：1.0-1.2%。
9.根据权利要求6所述的高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的生产方法，其特征在于：铁水的孕育处理采用三级孕育，三级孕育包括包内孕育、球化后出铁水随流孕育、以及浇注时的瞬时随流孕育。
10.根据权利要求9所述的高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的生产方法，其特征在于：铁水的孕育处理选用长效复合孕育剂，孕育剂的加入量中，一级铁水包内加入量：0.3-0.5%，二次出铁随流孕育量：0.45-0.6%，三级瞬时孕育量为：0.12-0.15%；
...【技术特征摘要】
1.一种高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的装置，包括用于风电主轴外侧面铸型的铁型覆砂铸型（1）以及用于风电主轴的法兰底面、风电主轴的内腔面、风电主轴的浇注系统（3）、风电主轴的上平面均为自硬树脂砂铸型（2），其特征在于：还包括集渣环（4）和数根用于铁型覆砂覆砂层气体排放的排气通道（5），所述浇注系统（3）包括直浇道（31）、多条分散式横浇道（32）、多条反雨淋式内浇道（33）、铁水过滤挡渣系统（34）、多块泡沫陶瓷过滤网（35）和多组过滤浇道（36），直浇道（31）底部设置多条分散式横浇道（32），多块泡沫陶瓷过滤网（35）分别与多条反雨淋式内浇道（33）连接，多条分散式横浇道（32）与多组过滤浇道（36）相匹配，铁水过滤挡渣系统（34）在自硬树脂砂铸型（2）和铁型覆砂铸型（1）中形成，集渣环（4）设置在风电主轴内腔上部。
2.根据权利要求1所述的高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的装置，其特征在于：所述铁型覆砂铸型（1）采用贯穿形多级结构。
3.根据权利要求2所述的高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的装置，其特征在于：所述铁型覆砂铸型（1）可水平分割成数个贯通式铸型，自硬树脂砂铸型（2）的分型采用分段式方式。
4.根据权利要求1所述的高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的装置，其特征在于：所述铁型覆砂铸型（1）中的覆砂层厚度为5-25mm，铁型的厚度为150-250mm，铁型重量：风电主轴铸件重量＝1:4-5.7。
5.根据权利要求1所述的高韧性、低温冲击韧性的风力发电机主轴铸件的装置，其特征在于：所述浇注系统（3）的各截面积比例为∑直：∑横：∑内=1：1.5-1.8：3.8-4.6，浇注时间为210-270秒。
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【专利技术属性】
技术研发人员：唐军，夏小江，吴忠斌，潘东杰，沈国军，雷强，程忠华，朱丹，应浩，朱国，汤瑶，
申请(专利权)人：浙江佳力风能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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