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知识篇:用高纯生铁生产风电铸件的实践

1 风力发电组铸件的质量要求

风力发电组一般安装在海边或沙漠等多风地带,工作环境十分恶劣,轮毂等大型球墨铸铁件作为风电机组的关键零部件,被要求具有优良的综合性能,并至少满足20年以上的使用寿命。因此,风电球墨铸铁件中的元素控制十分重要,如:锰易促成晶间碳化物的形成,会降低球墨铸铁的韧性;磷易在晶界处形成磷共晶,同样会降低球墨铸铁的韧性,对高韧性球墨铸铁特别是有-40℃低温冲击要求的铸件中的磷控制极为严格;硫与球化元素有很强的结合能力,生成硫化物,造成球化物不稳定;除此之外,其他微量元素(Ni、Cr等)对球墨铸铁的组织和性能也有一定影响,镍含量增加,可提高抗拉强度,但是会降低塑性,铬含量增加,促进碳化物的形成,会导致铸件脆性。因此,球墨铸铁的生产选择高纯的原材料是十分必要的。

目前,国内球墨铸铁件可满足大部分铸件的性能要求,但是对于风电高端铸铁件的性能要求仍无法满足,因此,将铸造用高纯生铁用作炉料已成为主要发展趋势,低有害元素含量和优越的铸造性能可有效提高铸件的力学性能指标,延长铸件在恶劣环境下的工作寿命。

2 高纯生铁的生产实践

针对铸造用高纯生铁的品质特性,主要有两大核心:精料控制方法和管理措施。

2.1、精料控制方法

铸造用高纯生铁用烧结矿的矿粉来自进口的优质精矿粉,球团矿采用乌克兰进口球团,燃料使用低P、S焦炭和低P煤。细化到具体的生产中为:

(1)根据不同的需求,组织生产铸造用高纯生铁,建立不同的生产工艺控制方案,确定原燃料最优选配方案,在保证产品质量的同时,降低生产成本。

(2)做好烧结矿、球团等主要半成品质量控制,保证高炉顺行稳产。

(3)高炉优化炉料配比以优质、低杂质有害元素来选择最优配比,通过关键工艺控制点质量,本年度一类品种铁达到了95%以上。

烧结矿的优化结果见表1,焦炭的优化结果见表2。

表1 烧结矿的优化结果

表2 焦炭的优化结果

2.2

管理措施

主要有5个管理措施:

(1)生产铸造用高纯生铁前的炉况调整

组织生产铸造用高纯生铁时,为保证生产期间的高炉运行稳定,炉料结构沿用高碱度烧结配料,高炉提前对焦碳进行调整,烧结碱度不做大的调整,高炉开放中心气流,确保探尺走势均匀,无慢尺、小滑尺现象。同时,适当提高炉温,确保渣铁物理热充沛,流动性良好。

(2)准确掌握铸造用高纯生铁炉料入炉时间

为缩短过渡时间,根据烧结变料时间节点,及时进行取样化验,先将烧结生产的过渡料单独落地存放,一旦化学成分化验达到铸造用高纯生铁原料要求,高炉立即逐仓进行置换。

(3)适当调整上部装料制度

常态化组织生产选用“高碱度烧结矿+酸性球团矿”配料制度,不再采用“全自熔性烧结矿生产”,增强了高炉的适应性,缩短了高炉的过渡时间,降低了炉料结构的大幅变化,便于高炉更稳定的操作。从而保证了料批稳定、负荷稳定及炉温稳定的“三稳”操作。

(4)选择合理的送风制度

在生产铸造用高纯生铁期间,为保证高炉热制度和生铁成分的稳定,严格要求稳定料批,控制料速8~9批料/h,通过稳定风量和煤粉量来进行控制。同时,采取全风温、大富氧操作,以确保铁液和炉渣的温度不低于1 470 ℃,提高煤粉的燃烧率,为低硅冶炼创造先决条件。

(5)控制合理的渣相

造渣制度合理是炉况稳定顺行,生铁成分得以保证的基础,尤其是低硅冶炼条件下的渣相控制更为关键。为保证低硅的条件下,[S]含量能达到特级铸造用高纯生铁的要求,在铸造用高纯生铁生产中,适当增加MgO的含量,降低炉渣二元碱度,既保证了炉渣具有一定的脱硫能力,又降低了低硅冶炼条件下炉缸堆积的风险。

由于上述5项措施执行到位,生铁[Si]稳定在了0.25%~0.40%之间,使生铁中[Ti]含量最低降到了0.010%以下,顺利实现了低[Ti]铸造用高纯生铁的稳定生产。