CN102310160A - 百万千瓦级核电厂主管道离心铸造型筒涂料及其涂布方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种百万千瓦级核电厂主管道离心铸造型筒涂料及其涂布方法，喷涂前将型筒预热到225±25°C，并恒温1-3小时；喷涂压力：0.5MPa～1.0MPa，喷涂过程中保持型筒温度在200°C～250°C范围以内；喷涂次数5次～10次，涂层厚度要求4±0.3mm；涂后烘烤至型筒温度≥280°C并进保温1小时～2小时。本发明的涂料层为特定厚度的耐高温的轻质材料，既能够有效地保护型筒，又减缓了钢水的冷却速度。能够满足百万千瓦级核电厂主管道管坯离心浇注的技术要求。
Description
技术领域
本发明涉及核电厂主管道离心铸造型筒的涂料及其涂布方法，具体地说是一种百万千瓦级核电厂主管道离心铸造型筒涂料及其涂布方法。
背景技术
压水堆核电站反应堆冷却系统（又称一回路）是位于核岛内的核一级设备系统，承担着将反应堆产生的热量传送给蒸汽发生器的功能。由于一回路冷却剂直接进出核反应堆，具有放射性污染，因此对其可靠性的要求很高。一回路运行条件苛刻，要承受280～320℃、150～160大气压和腐蚀性介质（反应堆冷却剂中含有硼酸等），因此对材料和制造技术的要求很高。主管道材料为不锈钢，采用离心铸造技术制成。该部件尺寸大、性能要求高。由于一回路主管道是核安全一级设备，它的破裂可能导致核污染泄漏，因此对材料和缺陷的控制要求很高，管道必须一次铸造完成，并进行后续热处理和机加工等，在各环节都要保证组织、性能、尺寸、精度满足要求。
所述的离心铸造的模具型筒的内壁需要经过涂料涂布。现有的型筒涂料及涂布工艺，在涂料的原料选择、配比以及涂布工艺控制方面，无法满足上述一回路主管道离心浇注的技术要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种百万千瓦级核电厂主管道离心铸造型筒涂料及其涂布方法，通过选择合适的涂料和涂布工艺参数，使涂料层既能够有效地保护型筒，又能够减缓钢水的冷却速度，以满足管坯离心浇注的技术要求。
本发明的技术方案如下：
一种百万千瓦级核电厂主管道离心铸造型筒的涂布方法，其特征在于：
1）、喷涂前将型筒预热到225±25°C，并恒温1-3小时；
2）、喷涂压力：0.5 Mpa ～1.0Mpa，喷涂过程中保持型筒温度在200°C～250°C范围以内；喷涂次数5次～10次，涂层厚度要求4±0.3 mm；
3）、涂后烘烤至型筒温度≥280 °C并进保温1小时～2小时。
实现所述的百万千瓦级核电厂主管道离心铸造型筒涂布方法的涂料，其特征在于按照以下步骤制备而成：
第一步：制备锆英粉涂料：首先按照60kg水配7立方分米膨润土粉的比例，将水和膨润土粉混匀，制成锆英粉涂料用膨润浆，并静置24-48小时，然后按照每5kg锆英粉配1升锆英粉涂料用膨润浆的比例将该锆英粉涂料用膨润浆与锆英粉混合均匀，制成锆英粉涂料备用；
第二步：制备石英粉涂料：首先按照20kg水配2.5立方分米膨润土粉和3.5升水玻璃的比例，将水和膨润土粉、水玻璃混匀，制成石英粉涂料用膨润浆，并静置24-48小时，然后按照每10kg石英粉配1升石英粉涂料用膨润浆的比例将该石英粉涂料用膨润浆与石英粉混合均匀，制成石英粉涂料备用；
第三步：制备型筒涂料：锆英粉涂料与石英粉涂料按照1:1的体积比混合均匀制成型筒涂料。
本发明的积极效果在于：
针对核岛主管道，采用锆英粉——石英粉为基本的涂料，其高温强度好、易剥离，在悬浮剂与结合剂的选用上充分考虑了涂布性、溃散性及发气性。
另外，涂料层为特定厚度的耐高温的轻质材料，既能够有效地保护型筒，又减缓了钢水的冷却速度。因此通过采用本发明的涂料及其涂布方法，涂层既达到一定的绝热效果，又有一定的导热性，这种平衡对于调节管坯的凝固特性非常重要。
本发明对涂料涂布后的烘烤温度与时间进行了筛选，形成一定的高温强度，能够有效防止因涂料被钢水冲刷形成夹杂物。
具体实施方式
以下是本发明涂料制备和涂布方法的具体实施例。
1、型筒涂料的制备工艺：
第一步：制备锆英粉涂料：
首先按照60kg水配7立方分米膨润土粉的比例，将水和膨润土粉混匀，制成锆英粉涂料用膨润浆，并静置24-48小时，然后按照每5kg锆英粉配1升锆英粉涂料用膨润浆的比例将该锆英粉涂料用膨润浆与锆英粉混合均匀，制成锆英粉涂料备用。
第二步：制备石英粉涂料：首先按照20kg水配2.5立方分米膨润土粉和3.5升水玻璃的比例，将水和膨润土粉、水玻璃混匀，制成石英粉涂料用膨润浆，并静置24-48小时，然后按照每10kg石英粉配1升石英粉涂料用膨润浆的比例将该石英粉涂料用膨润浆与石英粉混合均匀，制成石英粉涂料备用。
第三步：制备型筒涂料：锆英粉涂料与石英粉涂料按照1:1的体积比混合均匀制成型筒涂料。要求72小时以内用完。
所用的膨润土粉产于河南信阳丰翔矿产品厂，密度为2.5g/cm3，膨胀倍数22-36。
2、型筒涂布工艺：
1）、喷涂前将型筒预热到225±25°C，并恒温1-3小时；
2）、喷涂压力：0.5 Mpa ～1.0Mpa，喷涂过程中保持型筒温度在200°C～250°C范围以内；喷涂次数5次～10次，涂层厚度要求4±0.3 mm；
3）、涂后烘烤至型筒温度≥280 °C并进保温1小时～2小时，进行下一步的浇注。
浇注工艺：
离心浇注在卧式离心浇注机上进行，离心铸管成型的模具为内壁经过上述型筒涂料涂布的锻造合金钢型筒。
钢水出炉温度控制在1640±10℃，钢水在钢包中的温度控制在1570±10℃，镇静时间不少于4min，型筒转速控制在800 r/min～870r/min，浇注速度≥100kg/s。
浇注时间100～200秒，先快后慢。待铸件凝固收缩和型筒温度增高引起的膨胀、型筒与铸件之间出现较大间隙时，降低转速1/3，停机后冷却至300℃以下，便可脱模。
离心铸管的毛坯管壁厚100mm。
浇注时采用快速浇注、强制水冷，以细化结晶组织并提高设备运转的安全性。
毛坯尺寸：厚壁离心铸管外壁由于有涂料层的影响，应留有足够的加工余量；内壁由于夹杂物的聚集以及疏松层的存在，亦应留出足够的加工余量。外壁加工余量10～20 mm；内壁加工余量20～25mm。
涂料层厚度对凝固时间的影响：
不同厚度的涂料层对钢水的凝固有不同的影响，其影响如下表所示。
表1 不同涂料层对凝固时间的影响
| 涂料层厚度δ（mm） | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 型筒涂料界面温度（℃） | 876.13 | 775.65 | 664.85 | 592.63 | 541.83 | 504.14 |
| 热流强度（kcal/m2·h） | 2.009×105 | 1.2055×105 | 9.514×104 | 7.858×104 | 6.693×104 | 5.828×104 |
| 凝固常数（mm·min-1/2） | 35.14 | 27.23 | 24.17 | 21.97 | 20.28 | 18.92 |
| 凝固时间（min） | 13.7 | 22.8 | 28.9 | 35.0 | 41.1 | 47.2 |
由上表可以看出，涂料层厚度的变化对凝固时间的影响比较显著。当厚度较薄时，凝固速度较快，虽然可以细化晶粒，但不利于夹杂物的排出；厚度较大时，有利于夹杂物排出，但晶粒尺寸较大。综合考虑，涂料层厚度选择4±0.3mm。
经过实验，本发明的涂料层具有较高的耐火度，能够适用钢水温度高达1750℃。
涂料的涂布性能实验结果：涂料全部雾化，喷头无堵塞，无滴漏现象；粘结性好，无起皮和爆裂。
涂料的溃散性实验结果：无论手工刷、机械刷，喷丸方式还是水清方式，清除干净、容易。
涂料的发散性实验结果：喷后易干燥：模具加热到300℃，10秒以内干燥达要求；干燥后表面形成均匀地隔热层，无鼓包、麻点现象。
先后实验制作了182根铸管，全部达到了质量要求，无返工。综合评价：铸件表面无缺陷，无夹杂，无凹坑。
Claims (2)
1.一种百万千瓦级核电厂主管道离心铸造型筒的涂布方法，其特征在于：
1）、喷涂前将型筒预热到225±25°C，并恒温1-3小时；
2）、喷涂压力：0.5 Mpa ～1.0Mpa，喷涂过程中保持型筒温度在200°C～250°C范围以内；喷涂次数5次～10次，涂层厚度要求4±0.3 mm；
3）、涂后烘烤至型筒温度≥280 °C并进保温1小时～2小时。
2.实现权利要求1所述的百万千瓦级核电厂主管道离心铸造型筒涂布方法的涂料，其特征在于按照以下步骤制备而成：
第一步：制备锆英粉涂料：首先按照60kg水配7立方分米膨润土粉的比例，将水和膨润土粉混匀，制成锆英粉涂料用膨润浆，并静置24-48小时，然后按照每5kg锆英粉配1升锆英粉涂料用膨润浆的比例将该锆英粉涂料用膨润浆与锆英粉混合均匀，制成锆英粉涂料备用；
第二步：制备石英粉涂料：首先按照20kg水配2.5立方分米膨润土粉和3.5升水玻璃的比例，将水和膨润土粉、水玻璃混匀，制成石英粉涂料用膨润浆，并静置24-48小时，然后按照每10kg石英粉配1升石英粉涂料用膨润浆的比例将该石英粉涂料用膨润浆与石英粉混合均匀，制成石英粉涂料备用；
第三步：制备型筒涂料：锆英粉涂料与石英粉涂料按照1:1的体积比混合均匀制成型筒涂料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 264003 Shandong city of Yantai province Hengyuan Economic Development Zone Laishan Road, No. 6 Patentee after: YANTAI TAIHAI MANOIR NUCLEAR EQUIPMENT Co.,Ltd. Address before: 264003 Shandong city of Yantai province Hengyuan Economic Development Zone Laishan Road, No. 6 Patentee before: TAIHAI MANOIR Nuclear Power Equipment Co.,Ltd. |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Paint for main pipe centrifugal casting mould pipe in million kilowatt grade nuclear power plant and coating method thereof Effective date of registration: 20170809 Granted publication date: 20130123 Pledgee: Bank of Dezhou Limited by Share Ltd. Yantai branch Pledgor: YANTAI TAIHAI MANOIR NUCLEAR EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: 2017370000113 |
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Date of cancellation: 20240315 Granted publication date: 20130123 |
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