基于procas的無縮孔縮松彎管鑄造工藝研究

基于procas的無縮孔縮松彎管鑄造工藝研究

在使用過程中，不僅要承受各種復雜的負荷和低周疲勞，還要承受高溫、高壓、高速帶和含硼酸水的腐蝕。因此，對涂層材料的制備和性能要求很高。二次通道由大而厚的厚壁線性和彎管組成。其中，管道由離心分離造理工藝形成，曲線由砂漿造理工藝形成。90、50、40和2822的規(guī)格。在這項工作中，我們選擇了設計相對復雜的90彎管，并使用probc軟件對其進行了研究，并分析了可能發(fā)生的收縮間隙和收縮結(jié)構(gòu)的原因。1主要參數(shù)設計彎管材質(zhì)為Z3CN20--09M不銹鋼,化學成分如表1所示.90°彎管輪廓尺寸約為1100mm×1500mm×3500mm,毛坯質(zhì)量約8t.彎管鑄件采用水平澆注,中間分型.該鋼種體收縮大(約6.5%),易產(chǎn)生縮孔和縮松.為實現(xiàn)其順序凝固,冒口和內(nèi)澆口分散設置,以減少熱節(jié).為盡量減少鋼液在澆注和充型過程中形成的Cr2O3和CrO2氧化膜被卷入金屬液形成二次夾雜,采用大截面流道、多道澆口以實現(xiàn)鋼液的平穩(wěn)充型.針對鑄鋼件側(cè)明冒口,存在如下關(guān)系時能夠?qū)崿F(xiàn)有效補縮:MC∶MN∶MR=1∶1.1∶1.4.式中,MC為鑄件被補縮部位的模數(shù),MN為冒口頸的模數(shù),MR為冒口的模數(shù).計算可得管腹、管背和管頂部明冒口的理論直徑分別為500、460和480mm.采用保溫冒口以代替普通冒口,依據(jù)保溫冒口與普通冒口的模數(shù)關(guān)系MRI=MR/(1.3～1.4),選擇MRI=MR/1.3時可得上述管腹、管背和管頂部保溫冒口的設計直徑分別為385mm、354mm和369mm.保溫冒口高度以及冒口頸高度和長度的設計值計算見文獻.表2匯總了設計的保溫冒口主要參數(shù).2冒口尺寸偏大的情況計算發(fā)現(xiàn),彎管鑄件工藝出品率偏低,原因之一是冒口尺寸偏大.為此,計算機第一次模擬時主要減小了各冒口的直徑和高度,特別是減小了管腹冒口的直徑以及管腹冒口頸的高度和長度(見表3),冒口數(shù)量維持不變.2.1充型結(jié)束時的溫度分布圖1所示為改進工藝后彎管不同時刻的充型過程圖.可見,充型剛開始,鋼液通過直澆道進入鑄型,直澆道底端鋼液流速較大(圖1(a)).隨著鋼液不斷流入,鋼液在型腔內(nèi)液面平穩(wěn)上升(圖1(b)和(c)),最終充滿整個彎管(圖1(d)).圖2為彎管充型結(jié)束時的溫度場分布.可見,充型剛結(jié)束時,澆口杯和冒口內(nèi)的鋼液溫度高于鑄件.整個澆注系統(tǒng)滿足順序凝固的原則,澆注系統(tǒng)設置較為合理.2.2第一次改進工藝下彎管凝固結(jié)果分析預測鑄鋼件縮孔、縮松的方法和判據(jù)包括等溫曲線法、臨界固相率法、收縮量法、多熱節(jié)法、Niyama準則和溫度梯度法等.本文采用臨界固相率法預測彎管鑄鋼件的縮孔和縮松.臨界固相率值大多為0.5～0.8,本文選取0.7作為臨界固相率值.圖3所示為第一次改進工藝下彎管凝固過程的分析圖,圖中深灰色部分的固相率大于0.7.可見:凝固進行到13742s(圖3(a))和14742s(圖3(b))時,管腹的兩個側(cè)冒口頸與鑄件連接處出現(xiàn)了較大的孤立液相(如白色箭頭所示).原因可能是:冒口模數(shù)偏小,冒口頸長度偏長,導致冒口補縮距離偏短,冒口內(nèi)的鋼液無法補縮鑄件.圖3(a)中紅色箭頭所示為頂冒口出現(xiàn)的孤立液相.該孤立液相的具體位置可由軟件的縮孔縮松預測功能來判斷.圖4為彎管凝固結(jié)束后的縮孔縮松預測圖.圖4(a)中白色箭頭所示的縮孔縮松位于管腹冒口頸與鑄件連接處.這與上述分析的管腹兩個側(cè)冒口頸與鑄件連接處出現(xiàn)較大的孤立液相(圖3)結(jié)果相符.圖4(b)紅色箭頭所示的頂冒口縮孔縮松位置在冒口根部與鑄件連接處,表明頂冒口補縮液量不足.3次工藝優(yōu)化在計算機模擬第一次改進工藝基礎上,適當增大管腹冒口模數(shù)和頂冒口高度,縮短管腹冒口頸長度,進行了彎管鑄造工藝的第二次改進.改進后冒口主要工藝參數(shù)如表4所示.圖5所示為第二次改進工藝下彎管的凝固過程分析圖.可見,彎管凝固至12450s(圖5(a))和14950s(圖5(b))時,管腹冒口中未見孤立液相.頂冒口存在縮孔縮松的具體位置(圖5(b)紅色箭頭所示)仍據(jù)軟件的縮孔縮松預測功能來判斷.圖6為該工藝下彎管凝固結(jié)束時的縮孔縮松預測圖.圖6(a)顯示,管腹冒口與鑄件連接處不存在縮孔縮松.圖6(b)顯示頂冒口的縮孔縮松位置在冒口內(nèi)部(即冒口根部以上,如紅色箭頭所示).表明第二次工藝優(yōu)化達到了消除彎管鑄件內(nèi)部縮孔縮松的目的.4次優(yōu)化工藝過程及結(jié)果分析第二次改進工藝雖然達到了消除彎管鑄件內(nèi)部縮孔縮松的目的,但冒口尺寸是否有余量以及彎管鑄件工藝出品率能否進一步提高都有待研究.對此,采取的第三次改進工藝是將管背冒口的直徑從340mm減少到330mm.第三次改進工藝下彎管凝固過程及縮孔縮松預測圖如圖7所示.由圖可見,管背冒口頸與鑄件連接處未見孤立液相,彎管內(nèi)部未見縮孔縮松.進一步減小管背冒口直徑至320mm,獲得的彎管凝固過程及縮孔縮松預測圖如圖8所示.可見,彎管凝固進行到12587s時,管背與鑄件連接處出現(xiàn)了較小的孤立液相(圖8(a)中白色箭頭所示).除上述部位外,彎管鑄件其他部位也產(chǎn)生了縮孔縮松缺陷(圖8(b)白色箭頭所示).綜合上述模擬和分析結(jié)果,可知第三次優(yōu)化彎管工藝效果最佳.當然,上述基于ProCAST軟件對壓水堆核電站一回路彎管鑄造工藝(主要針對冒口)的優(yōu)化,還需得到實際生產(chǎn)的驗證.從目前研究結(jié)果可以看出,運用ProCAST軟件有利于提高彎管鑄件的工藝出品率,這對提高企業(yè)的經(jīng)濟效益,加快我國核電管道國產(chǎn)化的進程是十分有益的.5無縮孔縮松彎管鑄造工藝的模擬研究(1)對90°彎管鑄件澆注過程的流場進行數(shù)值模擬,表明設計的澆注系統(tǒng)能使鋼液充型平穩(wěn),鑄件凝固滿足順序凝固原則.(2)利用