不锈钢整铸活动导叶的质量控制

不锈钢整铸活动导叶的质量控制

沙沱水轮机组位于吴江，标量64m，配备286m。其导水机构中不锈钢整铸活动导叶是哈尔滨电机厂有限责任公司有史以来生产的整铸活动导叶高度尺寸最大的项目,该导叶技术要求高,铸件全部进行无损探伤,UT执行ASTM609二级,MT执行CCH-3三级。由于铸件高度与平均厚度之比达到14∶1,远远超过理论的补缩距离,结构不利于补缩,很难获得组织致密的产品;铸件浇注压头高,须对工装及合箱采取有效的技术安全工艺措施,避免跑火,防止造成安全及质量事故。1活动导叶结构尺寸大,厚度大,厚度大,易导致缩松该导叶材质为ZG06Cr13Ni5Mo,总高为4280mm,其中瓣体高度为2159mm,长轴尺寸为1900mm,平均厚度为300mm。由于该活动导叶高度尺寸大,在结构上不利于补缩,特别易在长、短轴与瓣体相交处产生超标的缩松、缩孔缺陷。同时瓣体厚度相对较薄,型腔内的浮砂、砂型在高温钢液的作用下产生的气体、浇注过程卷入钢液中的气体,很难顺利的上升到冒口,而在铸件内部或表面形成砂眼、气孔、夹渣等缺陷。2制造工艺准备2.1表面光洁度模样结构采用实样+底板,为增加模样的强度和表面光洁度,模样表面贴5mm玻璃钢。为避免起模时砂型遭到破坏,影响砂型的质量,工艺上规定在导叶瓣体的四周留出1∶10的起模斜度。2.2铸件侧压力的计算由于受吊车能力的限制,在进行工装设计时将砂型的吃砂量控制在100mm左右。铸件的浇注高度为6m,压头很高,胀箱力非常大,为避免浇注过程由于胀箱力过大,产生跑火事故,必须对胀箱力进行精确的计算,进而确定工装的紧固工艺措施。铸件浇注时平均侧压力的计算:式中:F为金属液作用的侧压力(N);H1为钢液底面高度(m);H2为钢液冒口顶面高度(m);S为瓣体侧面投影面积(m2),ρ为金属液的密度(kg/m3),g为重力加速度(m/s2),h为瓣体到浇口杯液面高度(m)。经计算得F=1638000N。按此数据加上一定的保险系数,最终确定工装的紧固方式和固定螺栓的数量。2.3确定冒口和冒口的尺寸理论上冒口的垂直补缩距离为铸件厚度的4倍,超出此距离的铸件内部就会产生缩松缺陷,对于材质为不锈钢且致密度要求较高的铸件,必须在冒口之下设置补贴,形成一定的补缩角度,此角度与探伤等级存在一定的比例关系。如简单按此角度加大长轴的斜度,长轴上端的尺寸和铸件重量会大大增加,铸造成本相应增加,因此借鉴铸件串浇的经验,将长轴人为的分成几段,每段既作为冒口对下段铸件进行补缩,同时又作为铸件得到上段长轴的补缩,通过采取这种工艺,大大减小冒口补贴和冒口的大小。为确定冒口和冒口补贴的尺寸,首先应确定铸件各部分的凝固时间,工程上用模数表示。利用计算机三维实体造型,得出长轴、瓣体、短轴的平均模数分别为7.19、7.797、5.652,通过此组数据得出结论,必须采取措施将瓣体与短轴相交处的模数降到短轴模数的1.2倍左右,并在瓣体内部沿高度方向形成一定的温度梯度,同时保证长轴模数是瓣体模数的1.2倍以上,进而确定长轴和冒口的尺寸。由于外冷铁具有较大的传热系数和蓄热系数,对于铸件具有很强的激冷作用,虚拟增大了铸件的冷却面积,因此,通过设计合理的阶梯外冷铁工艺措施,不仅可以有效地降低铸件的模数,同时人为的在瓣体内部沿高度方向获得一定的温度梯度,最终获得组织致密的产品。2.4铸造缺陷的预防由于铸件高度尺寸大,平均截面薄,如果型腔或浇道内部存在浮砂,或者砂型在高温钢液的冲刷烘烤作用下产生破损脱落,都很难顺利的上升到冒口,而在铸件内部形成缺陷。足够的砂型强度和耐火度是避免此类缺陷产生的主要手段。因此采用了强度和耐火度符合要求的有机酯铬铁矿砂作面砂,石英砂作背砂的型砂工艺。2.5铸造温度对铸型的影响浇注系统设计与铸件质量有密切的关系,浇注系统设计得合理可以做到:(1)将钢液平稳地导入铸型,避免钢液飞溅,防止气孔、夹渣等缺陷的产生;(2)保证钢液在铸型中有一定的上升速度,防止冷隔和皱皮的产生;(3)调节铸型的温度分布;(4)减小冒口的尺寸,节约钢液。根据所确定的侧立浇注位置结合铸件的尺寸特点,我们认为采用开放式阶梯浇注系统是最优方案。这种浇注系统的特点是:当浇注之初,钢液只从最底层的内浇道进入铸型,待铸型内液面上升到第二层内浇道时,才从第二层内浇道进入铸型,各层内浇道从下而上逐层起作用。这样有利于钢液平稳充型、排气,而铸件上部温度始终高于下部温度,再加上配合设计一个冒口补浇系统,可实现自下而上最后到冒口的顺序凝固,使冒口充分补缩铸件,保证铸件组织致密。2.6凝固过程的优化通过计算机数值模拟技术实现虚拟浇注,研究铸件从浇注到凝固过程中,铸件内部温度场和流场的变化,判断缺陷产生的可能性、缺陷性质、缺陷大小等,进而对工艺进行优化。2.7导叶瓣体厚端与砂箱安装严格控制造型和合箱过程,保证砂型的强度,减少或杜绝型腔内的浮砂,减少铸件的砂眼缺陷。合箱后抽除型腔和水口内浮砂,导叶瓣体厚端预留集渣槽,厚、薄端各留Φ20mm出气孔通到铸件轴径。由于砂箱的吃砂量较小,而铸件本身压头很高,因此合箱时上箱压铁,每侧M36固定螺栓6个、底面2个,紧固时所有螺栓先预紧,然后按对角线同时紧固,并用钢板将两侧砂箱焊牢,合箱后必须用型砂封箱。合箱后用内窥镜检查型腔内质量,注意砂箱与地坑边缘留出一定的操作空间,便于打箱时去除固定螺栓。2.8精细钢液的制备利用公称容量25t的LF+VOD精练炉,采用双脱硫操作技术、两次真空脱气操作工艺、炉后喂丝深脱氧方法,获得纯净的精练钢液。采用单包单注口浇注,一浇到底。浇注温度控制在1550~1560℃。3探