超临界铸钢主汽阀门铸造工艺及材料应用

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1、2013中国铸造活动周论文集超临界铸钢主汽阀门铸造工艺及材料应用徐荣法，王锦程（苏州兴业材料科技股份有限公司，江苏苏州215151）摘要：本文介绍了超临界汽轮机主汽阀门铸钢件的铸造工艺技术，应用不同型砂工艺采取的工艺措施，成功生产出合格铸件。关键词：超临界铸钢主汽阀门；铬矿砂；碱性酚醛树脂；缓冲阶梯浇注系统；浇注速度1前言超临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果，具有无可比拟的经济性，未来火电建设将主要是发展高效率、高参数的超临界（SC）和超超临界（USC）火电机组，它们在发达国家已得到广泛的研究和应用。超临界汽轮机的工作压力、工作温度与

2、常规的亚临界机组相比有很大程度的提高，这给汽轮机所需高温高压阀门铸钢件提出了更高的要求，生产难度比较大。公司专家团队在长期的技术服务中，形成了成熟的铸造工艺方案和质量保证体系，先后为多家大型汽轮机厂超临界汽轮机主汽阀门铸钢件生产厂攻坚克难，铸出了完全符合客户要求的主汽阀门铸件，取得良好的经济效益和技术效果。2铸造工艺超临界汽轮机主汽阀门（见图1）材质：ZG1Cr10MoWVNbN（日本东芝钢号GX12CrMoVNbN1011），是高温马氏体不锈钢。主汽阀门铸件重量：24,500kg。铸件经磁粉、渗透或超声波一级探伤，不允许出现缩孔、缩松、裂纹

3、、气孔、夹渣、偏析等铸造缺陷。图1超临界主汽阀门模型12013中国铸造活动周论文集2.1铸造工艺钢液采用碱性电弧炉＋LF炉熔炼并经真空处理后，用平做立浇铸造工艺进行浇注。即选择大流量低流速的阶梯式浇注系统，采用板状发热保温冒口，局部辅以保温补贴和外冷铁，加大自下而上的温度梯度，确保铸件的凝固顺序，以期获得致密的内在组织。铸造工艺经凝固模拟分析，工艺安全可靠。2.1.1浇注系统浇注系统采用大流量低流速的阶梯式浇注系统，钢包水口Φ80mm，直浇口Φ120mm×1mm，横浇口Φ100mm×2mm，内浇口Φ80mm×16mm（四层），副浇口Φ100m

4、m×1mm（位于冒口1/3高度），浇注管均采用高铝质材料。2.1.2补缩材料采用发热保温板做成发热保温明冒口，采用保温绝热材料替代金属补贴。（1）发热保温冒口发热保温冒口是用绝热材料、发热材料制作的冒口套，它集合了保温冒口和发热冒口的优点。因此冒口尺寸可以比保温冒口和发热冒口设计得更小。补缩效率是普通冒口的3倍，具有明显的技术效果和经济效益，是目前铸造行业最先进的工艺技术之一。当大型铸件的冒口直径大于600mm或宽度大于400mm时，可采用保温板组成所需尺寸的保温或发热保温冒口（见图2），浇注时配以保温覆盖剂或发热保温覆盖剂，冒口内金属液可长

5、时间保持液态，冒口顶面不结壳，金属液呈平行下降，充分提高了冒口的补缩效率。图2超临界主汽阀门铸件的冒口（2）保温补贴随着保温、发热材料的开发，保温补贴和发热保温补贴逐步取代了金属补贴。这不仅提高了铸件的工艺出品率和成品率，而且省去了切割金属补贴工序，降低能耗，避免因切割补贴可能产生的裂纹，以及凹凸不平的切痕对后序加工的影响，提高了生产效率，降低了生产成本。在超临界主汽阀门三个管口间采用保温补贴取代金属补贴，扩大了补缩通道，确保铸件的致密，避免因切割补贴可能产生的裂纹。（3）发热保温覆盖剂22013中国铸造活动周论文集计算和试验表明，明冒口顶部

6、的热散失是以辐射传热为主，它占到冒口全部热散失的40%～50%，为了减少这种热损失，需在明冒口顶部撒覆盖剂，防止冒口顶部过早地凝固结壳，达到冒口最后凝固的目的。明冒口不加覆盖剂，补缩效率很差，即使采用了保温冒口或发热保温冒口，也不能获得预期的效果。在延缓冒口的凝固的过程中，覆盖剂的作用占30%～50%，保温套的作用占70%～50%。覆盖剂与保温冒口或发热保温冒口联合使用，就更能显示出其保温效果，使冒口凝固时间成倍增加。覆盖剂强化冒口的作用不次于保温冒口本身，必须引起足够的重视。覆盖剂的种类主要有：草木灰、碳化稻壳、焦炭粉、烟道灰、铝热剂、石墨

7、渣及复合型发热保温覆盖剂。草木灰覆盖剂价廉、容重轻，有一定的保温效果。由于它熔点低，高温收缩大，有层层被熔化收缩露红的现象，辐射热损失仍较大，补缩效率较低。焦炭粉发热性好，保温性差，覆盖性不好，特别是增碳作用显著，不宜采用。铝热剂发热量大，但作用时间短，覆盖性不好，保温性差，主要用于对增碳有严格限制的中小铸件。复合型发热保温覆盖剂适用于铸钢和铸铁件的明冒口及精密铸造的浇口表面。把复合型发热保温覆盖剂投放到金属液表面时，立即燃烧并放出大量热量，同时发热覆盖剂的体积快速膨胀，形成多孔低密度的高保温层，降低明冒口表面的热辐射，减少热损失，延长冒口的

8、凝固时间，提高冒口的补缩能力，改善冒口缩孔形状，防止冒口中产生二次缩孔，增大冒口安全系数。2.2型砂配制工艺2.2.1造型材料（1）原砂：面砂均采用南非铬铁矿砂，其