CN108213394A - 一种燃料元件管座精密铸造方法 - Google Patents

一种燃料元件管座精密铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及燃料元件制造技术领域，具体公开了一种燃料元件管座精密铸造方法，包括以下步骤：步骤一：管座铸造蜡模组型；步骤二：制壳；步骤三：真空重力铸造。本发明铸造方法在真空环境下能使型壳内部的气体排除更为充分，利用砂箱保温能够使型壳在铸造操作过程中温度均匀且波动小，制备的管座铸造产品无明显的铸造缺陷，满足管座产品的使用要求，且浇道所用的材料显著减少，有效降低了成本。

Description

一种燃料元件管座精密铸造方法
技术领域
本发明属于燃料元件制造技术领域，具体涉及一种燃料元件管座精密铸造方法。
背景技术
我国在引进AP1000燃料组件制造技术中，国外没有向中方转让AP1000核燃料组件管座铸造技术。这就是说，如果不掌握AP1000核燃料组件管座铸造工程化制造技术，后期AP1000燃料组件制造供应是难以全面实现国产化，仍需依靠进口管座。此外，在CAP1400自主化核燃料组件设计中，管座设计采用精密铸造工艺，如果不掌握工程化管座精密铸造技术，就无法满足CAP1400自主化核燃料组件研发的需求。另外，批量生产中满足燃料元件降低加工成本的要求，也是重要工艺方法控制措施之一。
目前我国在第三代压水堆核燃料元件管座制造方面主要采取两种方法：
一是采用机械加工加和焊接的方式完成，但是该方法加工难度大、工艺要求高、材料浪费多、成本价格昂贵。
二是采用精密铸造的技术进行管座的开发和研制，但是目前采用的精密铸造方法其组型方式较复杂，由于浇道系统复杂，组型的工作难度大、效率低，同时铸造材料浪费多，浇道所占材料为单件投料量的75％。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料元件管座精密铸造方法，满足燃料组件管座产品的使用要求。
本发明的技术方案如下：
一种燃料元件管座精密铸造方法，采用真空铸造炉进行真空重力铸造，所述的真空铸造炉具有浇铸室和过渡室两个腔室，过渡室可以使型壳由大气条件向真空条件过渡，浇铸室能够保持在真空条件下进行金属熔炼和浇铸，过渡室和浇铸室之间由隔离阀隔离，一个铸造小车可以在浇铸室和过渡室间移动，用来转移浇铸前后的型壳，该方法包括以下步骤：
步骤一：管座铸造蜡模组型
步骤1.1，准备管座蜡模；
利用压蜡机及压型模具压制管座蜡模，管座蜡模包括流水孔板蜡模和框体蜡模，并检查确保管座框体蜡模的表面无流痕、缺肉缺陷；
所述的流水孔板蜡模与管座的流水孔板结构相同，框体蜡模为正方形框体结构，其宽度与管座宽度相同，流水孔板蜡模位于框体蜡模的中心方孔处；
步骤1.2，准备浇道蜡模；
制作倒锥台形浇口蜡模一个，其大口直径为100～150mm，小口直径为50～80mm，高度为80～150mm；
在浇口蜡模中嵌设有一个倒“T”形的固定操作杆，所述固定操作杆包括竖杆和横杆，其中竖杆的一端从浇口蜡模的轴线位置穿出，位于浇口蜡模的大口上方，竖杆的另一端位于浇口蜡模中，与横杆的中间位置相交，所述横杆位于浇口蜡模中，距浇口蜡模小口30～50mm；
制作扁正方体结构的横浇道蜡模一个，横浇道蜡模的宽度与管座相同，高度为30～50mm；
制作柱体结构的竖浇道蜡模八个，高度大于60mm，竖浇道蜡模的截面为矩形；
步骤1.3，进行铸造蜡模组型；
将管座蜡模平放在操作台，流水孔板蜡模的一面与操作台接触，将竖浇道蜡模分别粘接在框体蜡模四个角上和框体蜡模四个边的中间部位，然后对八个竖浇道蜡模的顶端进行处理，使得其处于同一平面；
将横浇道蜡模粘接在竖浇道蜡模上部，并与管座框体蜡模对齐；
将浇口蜡模的小口部位粘接在横浇道蜡模的上表面中心位置；
步骤二：制壳
步骤2.1，沾浆、淋砂、干燥；
采用硅溶胶精密铸造制壳工艺方法，将组型后的管座蜡模进行沾浆、淋砂、干燥的反复处理，完成不少于6层的型壳制备；
步骤2.2，脱蜡；
利用脱蜡釜将型壳中的蜡模去除，然后利用加热炉进行焙烧，焙烧的温度为1000～1100℃，焙烧时间为1～3h；
步骤三：真空重力铸造
步骤3.1，将焙烧后的型壳利用镁砂埋在铸造用砂箱内，浇口上部露出砂面；然后将砂箱放入加热炉内升温至1000～1200℃时，进行保温；
步骤3.2，向真空铸造炉浇铸室中的坩埚内投放不锈钢料，然后抽真空至10-1Pa以内，开始加热熔化，当温度达到1650～1680℃时进行保温；
步骤3.3，当步骤3.1中砂箱保温时间达到2小时后，打开真空铸造炉的过渡室门，开出铸造小车，将砂箱转移到铸造小车上，转移时间不超过3min，然后开回铸造小车，关闭过渡室门，过渡室抽真空；
步骤3.4，当过渡室抽真空达到10Pa以内后，打开浇铸室与过渡室之间的隔离阀，然后移动铸造小车进入浇铸室，使型壳浇口处于预设的浇铸位置；
步骤3.5，控制熔炼的金属液温度在1650～1680℃，匀速将金属液在10秒的时间内充满型壳内部，然后停止加热；
步骤3.6，浇铸完成10min后，打开过渡室门，开出铸造小车，取出型壳和铸件，进行后续的铸件清理。
管座蜡模所用的蜡料为中温蜡，利用粘接蜡通过粘接组成完整的管座蜡模。
所述固定操作杆的横杆长度为40mm，横杆和竖杆的直径均为10～20mm。
所述固定操作杆的横杆距浇口蜡模小口30～50mm。
所述的固定操作杆为钢制。
所述竖浇道蜡模的截面宽度为50mm，高度为20～30mm。
步骤2.2中，焙烧的温度为1050℃，焙烧时间为2h。
步骤3.1中，浇口上部露出砂面30mm。
步骤3.2中，投放的不锈钢料至少为30kg。
该方法中浇道用的不锈钢仅占总投料量的20％～30％。
本发明的显著效果在于：
(1)本发明采用型壳砂箱保温真空铸造方法相比现有的采用型壳直接加热的开放式的铸造方法，真空环境下其型壳内部的气体排除更为充分，利用砂箱保温能够使型壳在铸造操作过程中温度均匀且波动小。
(2)本发明采用的蜡模组形方法其组形结构简单，制备的管座铸造产品无明显的铸造缺陷，满足管座产品的使用要求，且浇道所用的材料显著减少，有效降低了成本。
附图说明
图1为管座蜡模组型示意图；
图2为真空铸造示意图。
图中：1-浇口蜡模，2-横浇道蜡模，3-竖浇道蜡模，4-管座蜡模，5-型壳，6-隔离阀，7-过渡室门，8-铸造小车。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2所示，一种燃料元件管座精密铸造方法，采用真空铸造炉进行真空重力铸造，所述的真空铸造炉具有浇铸室和过渡室两个腔室，过渡室可以使型壳5由大气条件向真空条件过渡，浇铸室能够保持在真空条件下进行金属熔炼和浇铸，过渡室和浇铸室之间由隔离阀6隔离，一个铸造小车8可以在浇铸室和过渡室间移动，用来转移浇铸前后的型壳5；该方法包括以下步骤：
步骤一：管座铸造蜡模组型
步骤1.1，准备管座蜡模4；
利用压蜡机及压型模具压制管座蜡模4，管座蜡模4包括流水孔板蜡模和框体蜡模，管座蜡模4所用的蜡料为中温蜡，利用粘接蜡通过粘接组成完整的管座蜡模4；并检查确保框体蜡模的表面无流痕、缺肉等缺陷；
所述的流水孔板蜡模与管座的流水孔板结构相同，框体蜡模为正方形框体结构，其宽度与管座宽度相同，流水孔板蜡模位于框体蜡模的中心方孔处。
步骤1.2，准备浇道蜡模；
制作倒锥台形浇口蜡模1一个，其大口直径为100～150mm，小口直径为50～80mm，高度为80～150mm；
在浇口蜡模1中嵌设有一个倒“T”形的钢制固定操作杆，所述固定操作杆包括竖杆和横杆，其中竖杆的一端从浇口蜡模1的轴线位置穿出，位于浇口蜡模1的大口上方，竖杆的另一端位于浇口蜡模1中，与横杆的中间位置相交，所述横杆位于浇口蜡模1中，距浇口蜡模1小口30～50mm，横杆的长度为40mm；所述固定操作杆的横杆和竖杆的直径均为10～20mm；
制作扁正方体结构的横浇道蜡模2一个，横浇道蜡模2的宽度与管座相同，高度为30～50mm；
制作柱体结构的竖浇道蜡模3八个，高度大于60mm，竖浇道蜡模3的截面为矩形，矩形宽度为50mm，高度为20～30mm；
步骤1.3，进行铸造蜡模组型；
将管座蜡模4平放在操作台，流水孔板蜡模的一面与操作台接触，将竖浇道蜡模3分别粘接在框体蜡模四个角上和框体蜡模四个边的中间部位，然后对八个竖浇道蜡模3的顶端进行处理，使得其处于同一平面；
将横浇道蜡模2粘接在竖浇道蜡模3上部，并与管座框体蜡模对齐；
将浇口蜡模1的小口部位粘接在横浇道蜡模2的上表面中心位置；
步骤二：制壳
步骤2.1，沾浆、淋砂、干燥；
采用硅溶胶精密铸造制壳工艺方法，将组型后的管座蜡模4进行沾浆、淋砂、干燥的反复处理，完成不少于6层的型壳5制备；
步骤2.2，脱蜡；
利用脱蜡釜将型壳5中的蜡模去除，然后利用加热炉进行焙烧，焙烧的温度为1050℃，焙烧时间为2h；
步骤三：真空重力铸造
步骤3.1，将焙烧后的型壳5利用镁砂埋在铸造用的500mm×500mm×500mm的砂箱内，浇口上部露出砂面30mm；然后将砂箱放入加热炉内升温至1000～1200℃时，进行保温；
步骤3.2，向真空铸造炉浇铸室中的坩埚内投放至少30kg的304L不锈钢料，然后抽真空至10-1Pa以内，开始加热熔化，当温度达到1650～1680℃时进行保温；
步骤3.3，当步骤3.1中砂箱保温时间达到2小时后，打开真空铸造炉的过渡室门7，开出铸造小车8，将砂箱转移到铸造小车8上，转移时间不超过3min，然后开回铸造小车8，关闭过渡室门7，过渡室抽真空；
步骤3.4，当过渡室抽真空达到10Pa以内后，打开浇铸室与过渡室之间的隔离阀6，然后移动铸造小车8进入浇铸室，使型壳5浇口处于预设的浇铸位置；
步骤3.5，控制熔炼的金属液温度在1650～1680℃，匀速将金属液在10秒的时间内充满型壳5内部，然后停止加热；
步骤3.6，浇铸完成10min后，打开过渡室门7，开出铸造小车8，取出型壳5和铸件，进行后续的铸件清理。
通过对管座的组型方法与铸造工艺的控制，制备的管座铸造产品无明显的铸造缺陷，满足管座产品的使用要求，浇道用的不锈钢仅占总投料量的20％～30％。
上面对本发明的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本发明的最优实施例，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种燃料元件管座精密铸造方法，采用真空铸造炉进行真空重力铸造，所述的真空铸造炉具有浇铸室和过渡室两个腔室，过渡室可以使型壳(5)由大气条件向真空条件过渡，浇铸室能够保持在真空条件下进行金属熔炼和浇铸，过渡室和浇铸室之间由隔离阀(6)隔离，一个铸造小车(8)可以在浇铸室和过渡室间移动，用来转移浇铸前后的型壳(5)，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一：管座铸造蜡模组型
步骤1.1，准备管座蜡模(4)；
利用压蜡机及压型模具压制管座蜡模(4)，管座蜡模(4)包括流水孔板蜡模和框体蜡模，并检查确保管座框体蜡模的表面无流痕、缺肉缺陷；
所述的流水孔板蜡模与管座的流水孔板结构相同，框体蜡模为正方形框体结构，其宽度与管座宽度相同，流水孔板蜡模位于框体蜡模的中心方孔处；
步骤1.2，准备浇道蜡模；
制作倒锥台形浇口蜡模(1)一个，其大口直径为100～150mm，小口直径为50～80mm，高度为80～150mm；
在浇口蜡模(1)中嵌设有一个倒“T”形的固定操作杆，所述固定操作杆包括竖杆和横杆，其中竖杆的一端从浇口蜡模(1)的轴线位置穿出，位于浇口蜡模(1)的大口上方，竖杆的另一端位于浇口蜡模(1)中，与横杆的中间位置相交，所述横杆位于浇口蜡模(1)中，距浇口蜡模(1)小口30～50mm；
制作扁正方体结构的横浇道蜡模(2)一个，横浇道蜡模(2)的宽度与管座相同，高度为30～50mm；
制作柱体结构的竖浇道蜡模(3)八个，高度大于60mm，竖浇道蜡模(3)的截面为矩形；
步骤1.3，进行铸造蜡模组型；
将管座蜡模(4)平放在操作台，流水孔板蜡模的一面与操作台接触，将竖浇道蜡模(3)分别粘接在框体蜡模四个角上和框体蜡模四个边的中间部位，然后对八个竖浇道蜡模(3)的顶端进行处理，使得其处于同一平面；
将横浇道蜡模(2)粘接在竖浇道蜡模(3)上部，并与管座框体蜡模对齐；
将浇口蜡模(1)的小口部位粘接在横浇道蜡模(2)的上表面中心位置；
步骤二：制壳
步骤2.1，沾浆、淋砂、干燥；
采用硅溶胶精密铸造制壳工艺方法，将组型后的管座蜡模(4)进行沾浆、淋砂、干燥的反复处理，完成不少于6层的型壳(5)制备；
步骤2.2，脱蜡；
利用脱蜡釜将型壳(5)中的蜡模去除，然后利用加热炉进行焙烧，焙烧的温度为1000～1100℃，焙烧时间为1～3h；
步骤三：真空重力铸造
步骤3.1，将焙烧后的型壳(5)利用镁砂埋在铸造用砂箱内，浇口上部露出砂面；然后将砂箱放入加热炉内升温至1000～1200℃时，进行保温；
步骤3.2，向真空铸造炉浇铸室中的坩埚内投放不锈钢料，然后抽真空至10-1Pa以内，开始加热熔化，当温度达到1650～1680℃时进行保温；
步骤3.3，当步骤3.1中砂箱保温时间达到2小时后，打开真空铸造炉的过渡室门(7)，开出铸造小车(8)，将砂箱转移到铸造小车(8)上，转移时间不超过3min，然后开回铸造小车(8)，关闭过渡室门(7)，过渡室抽真空；
步骤3.4，当过渡室抽真空达到10Pa以内后，打开浇铸室与过渡室之间的隔离阀(6)，然后移动铸造小车(8)进入浇铸室，使型壳(5)浇口处于预设的浇铸位置；
步骤3.5，控制熔炼的金属液温度在1650～1680℃，匀速将金属液在10秒的时间内充满型壳(5)内部，然后停止加热；
步骤3.6，浇铸完成10min后，打开过渡室门(7)，开出铸造小车(8)，取出型壳(5)和铸件，进行后续的铸件清理。
2.如权利要求1所述的一种燃料元件管座精密铸造方法，其特征在于：管座蜡模(4)所用的蜡料为中温蜡，利用粘接蜡通过粘接组成完整的管座蜡模(4)。
3.如权利要求2所述的一种燃料元件管座精密铸造方法，其特征在于：所述固定操作杆的横杆长度为40mm，横杆和竖杆的直径均为10～20mm。
4.如权利要求3所述的一种燃料元件管座精密铸造方法，其特征在于：所述固定操作杆的横杆距浇口蜡模(1)小口30～50mm。
5.如权利要求4所述的一种燃料元件管座精密铸造方法，其特征在于：所述的固定操作杆为钢制。
6.如权利要求5所述的一种燃料元件管座精密铸造方法，其特征在于：所述竖浇道蜡模(3)的截面宽度为50mm，高度为20～30mm。
7.如权利要求6所述的一种燃料元件管座精密铸造方法，其特征在于：步骤2.2中，焙烧的温度为1050℃，焙烧时间为2h。
8.如权利要求7所述的一种燃料元件管座精密铸造方法，其特征在于：步骤3.1中，浇口上部露出砂面30mm。
9.如权利要求8所述的一种燃料元件管座精密铸造方法，其特征在于：步骤3.2中，投放的不锈钢料至少为30kg。
10.如权利要求9所述的一种燃料元件管座精密铸造方法，其特征在于：该方法中浇道用的不锈钢仅占总投料量的20％～30％。
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