超超臨界1000mw凝氣式蒸汽輪機(jī)鑄鋼件的研制

超超臨界1000mw凝氣式蒸汽輪機(jī)鑄鋼件的研制

1鑄造工藝設(shè)計(jì)難點(diǎn)圖1顯示了鑄造框架的輪廓尺寸。輪廓尺寸為309829081748（毫米），上法庭壁厚457mm，易于折疊。中間平衡汽油管的直徑為516mm，直徑為973mm，平均壁厚為228mm，容易產(chǎn)生粘性。鑄件靠近貓爪處有8根長臍子,每個(gè)臍子有不同的空間角度且尺寸精度要求高,見圖2,無損探傷要求為零級,此部位為工藝設(shè)計(jì)難點(diǎn)。貓爪處為孤立熱節(jié),明冒口很難給此處熱節(jié)補(bǔ)縮,若產(chǎn)生縮松,內(nèi)腔空間狹窄,焊接很困難,見圖3。軸孔處直徑為?457mm,直徑偏小,此處也為孤立熱節(jié),設(shè)置冒口、補(bǔ)貼及冷鐵均存在很大困難和弊端,見圖4。2工藝方案和實(shí)施2.1造型方案設(shè)計(jì)根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)質(zhì)量要求,兼顧到現(xiàn)場操作的難點(diǎn)和要點(diǎn),并吸取以往生產(chǎn)類似產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn),選擇圓孔中心作為分型面。若內(nèi)腔整體出芯,平衡管處芯頭很難將芯子支撐,導(dǎo)致芯子下沉。因此,造型方案設(shè)計(jì)時(shí),沿分型面將上箱部分設(shè)計(jì)為吊胎,下箱部分設(shè)計(jì)為芯子,為防止芯子變形,芯骨采用4根?60mm的圓鋼。平衡管壁厚228mm,內(nèi)徑?516mm,其中易產(chǎn)生粘砂缺陷,采用4根圓鋼同時(shí)作為隔砂冷鐵用,同時(shí)該部位采用鉻礦砂+細(xì)鋼丸砂防止產(chǎn)生粘砂缺陷,造型方案見圖5。針對靠近貓爪處的8根長臍子,如果直接做木質(zhì)模型,臍子在造型時(shí)很難操作。因此,采用出芯法,將臍子單獨(dú)制作芯盒,改變填砂方向,利于造型操作,方便尺寸控制,見圖6。2.2澆注工藝方案確定鑄件的結(jié)構(gòu)及造型方案確定了鑄件的冒口及補(bǔ)貼的設(shè)計(jì)方案,根據(jù)鑄件熱節(jié)分布、鑄件的模數(shù)、水平補(bǔ)縮距離確定冒口的型號和數(shù)量,再用鑄件補(bǔ)縮液量進(jìn)行校核。冒口的設(shè)計(jì)采用模數(shù)確定其最小型號,通過補(bǔ)縮液量校核確定冒口最終尺寸,這種方法的基本原理在于確保冒口最后凝固,并給鑄件提供充裕的補(bǔ)縮液量,確保鑄件組織致密,滿足顧客對鑄件內(nèi)在質(zhì)量的要求。明冒口大小的選擇取決于法蘭的模數(shù),及補(bǔ)縮液量,計(jì)算法蘭的公式為:M=S/CL。式中S為鑄件截面積,CL為截面周長(不包括非散熱面)。一般M冒=1.2M件,即可滿足補(bǔ)縮要求,按上述方法,計(jì)算法蘭模數(shù):再根據(jù)本公司的GS-100軟件核算補(bǔ)縮液量及法蘭可放置明冒口的數(shù)量,發(fā)現(xiàn)其標(biāo)準(zhǔn)冒口無法滿足鑄件補(bǔ)縮要求,本次明冒口采用環(huán)形冒口設(shè)計(jì),見圖7。軸孔及貓爪為獨(dú)立熱節(jié),目前有兩種方案。第一種從上法蘭開始設(shè)計(jì)非均勻加工量到軸孔且在軸孔上端面加冷鐵,形成補(bǔ)縮通道,見圖7,但加工量過大,約為15~80mm,給加工帶來很大困難,且加工成本高昂。第二種在軸孔上設(shè)計(jì)暗冒口,但軸孔直徑為?457mm,允許設(shè)計(jì)的冒口不能太大,但是經(jīng)過補(bǔ)縮液量的核算,小的冒口不能滿足補(bǔ)縮要求。因此,暗冒口設(shè)計(jì)時(shí),采用工藝創(chuàng)新,設(shè)計(jì)階梯暗冒口,可滿足臍子的探傷要求。兩種工藝方案分別見圖8、9。鑄件的冒口補(bǔ)貼及冷鐵的設(shè)計(jì)是保證鑄件內(nèi)部組織致密的決定因素。除模數(shù)計(jì)算外,應(yīng)用MAGMA凝固模擬軟件進(jìn)行驗(yàn)證,確定最合理的冒口及補(bǔ)貼尺寸規(guī)格。在補(bǔ)縮末端區(qū)設(shè)置冷鐵,調(diào)整補(bǔ)縮區(qū)域、調(diào)整溫度場,有利于順序凝固和有效補(bǔ)縮,確保內(nèi)部組織致密,滿足無損探傷要求,見圖10。2.3設(shè)計(jì)計(jì)算軟件的模擬優(yōu)化鋼液熔點(diǎn)高、流動性差、收縮大、易氧化,澆注系統(tǒng)必須保證鋼液充型平穩(wěn),要求快速的流入型腔,并能夠順利排氣、排渣、防止局部過熱而產(chǎn)生裂紋、縮孔等。應(yīng)用GS-100澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件,進(jìn)行模擬優(yōu)化。此鑄件壁厚厚大,易產(chǎn)生縮松、縮孔、裂紋等缺陷,設(shè)置澆冒系統(tǒng),阻止剛澆入型腔的頭股溫度較低的鋼液進(jìn)入冒口,降低冒口補(bǔ)縮能力?；瑒铀跒?120mm,要求快速澆注。計(jì)算澆注時(shí)間,結(jié)果為98s,計(jì)算鋼液上升速度v=h/t,式中h為鑄件高度,結(jié)果為v=20mm/s。澆注系統(tǒng)采用開放式系統(tǒng),截面積比為滑動水口∶直澆口∶橫澆口∶內(nèi)澆口=1∶1.4∶2.5∶16。利用模擬軟件,對澆注系統(tǒng)進(jìn)行模擬優(yōu)化改進(jìn),見圖11,設(shè)計(jì)出最佳的澆注系統(tǒng)。3u2004鑄造工藝的整體及現(xiàn)場檢測(1)通過對鑄件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,提出鑄件在鑄造過程中存在的各種難點(diǎn),為工藝設(shè)計(jì)做了充足準(zhǔn)備,采用組芯加實(shí)體造型的工藝方法,解決了貓爪處臍子尺寸精度控制難的問題。(2)明冒口采用環(huán)形冒口法,解決了法蘭厚大補(bǔ)縮困難且空間位置常規(guī)冒口不易放置的問題,創(chuàng)新采用階梯暗冒口法,成功解決了貓爪、軸孔、臍子不易補(bǔ)縮的問題。(3)應(yīng)用模數(shù)計(jì)算及MAGMA凝固模擬對鑄件的冒口、補(bǔ)貼、冷鐵、砂芯等工藝措施方面做出優(yōu)化設(shè)計(jì),通過GS-100澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件及MAGMA的模充型模擬,對澆注系統(tǒng)進(jìn)行模擬驗(yàn)證,確保澆注過程穩(wěn)定充型。(4)通過鑄件實(shí)際現(xiàn)場檢測,鑄件質(zhì)量良好,完全滿足無損探傷要求。1000MW超超臨界凝氣式蒸汽輪機(jī)是目前國內(nèi)單機(jī)功率最大的火力發(fā)電機(jī)組,設(shè)計(jì)額定主汽壓力26.25MPa、主汽溫度600℃。本文提及的產(chǎn)品是該蒸汽輪機(jī)高壓進(jìn)氣端部位的配套鑄鋼件,材質(zhì)為GX12CrMoVNbN10-1-1,鑄件毛坯質(zhì)量56.53t,