CN113210586B - 一种汽轮机低压内缸的铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种汽轮机低压内缸的铸造方法，所述汽轮机低压内缸的包含有抽汽管口、镶铸钢圈，所述镶铸钢圈的边缘沿周向间隔开设有多个通孔，在所述镶铸钢圈上增设沿周向间隔分布的多个第一对流通孔，所述通孔和所述第一对流通孔轴线方向间隔分布；将所述镶铸钢圈设置有所述通孔和所述第一对流通孔的一端镶铸至所述抽汽管口的末端；在所述镶铸钢圈与所述抽汽管口的末端镶铸交界处进行补贴形成补贴环；本发明有效提高镶铸钢圈的融合质量及综合质量，提高产品密封可靠性。

Description

一种汽轮机低压内缸的铸造方法

技术领域

本发明属于铸件铸造技术领域，涉及一种汽轮机用低压内缸铸件的铸造方法，尤其涉及铸造过程中镶铸钢圈的铸造方法。

背景技术

随着全球能源结构的不断发展，低碳经济越来越受到关注，根据我国的能源结构特点，发电能源以煤为主的格局仍将持续相当长的时间，提高燃煤机组的效率具有极高的国家能源战略意义。低压内缸是火电汽轮机的重要组成部分，随着汽轮机向着高参数、大容量发展，低压内缸的尺寸越来越大，其刚性和气密性的要求也不断提高。原机组低压内缸使用钢结构件拼焊而成，气缸进气通道支撑件较多，影响流动效率，而且容易发生变形和漏气的现象，因此为了进一步提高机组发电效率，低压内缸开始采用球墨铸铁铸造成型，上下半从水平中分面分开铸造，加工后装配成整体，以实现整体式结构、蜗壳式进气通道等设计优化，大幅提高了其结构稳定性和气密性。

低压缸下部铸件重量一般达到40T以上，其结合法兰壁厚较厚，由于铸件特殊的结构和凝固顺序，综合考虑合理有效地布置冒口补缩，以及抽汽口薄壁位于顶面容易产生冷隔等问题，目前的铸造方法均为结合法兰朝上，法兰顶面布置冒口进行补缩。低压内缸要求具有非常良好的密封性可靠性，抽汽口镶铸钢圈区域更是铸件质量要求最高的A类区域，因此抽气口镶铸钢圈的区域的质量显得尤为重要。

基于当前的现有工艺方案对于此类抽汽管口要求镶铸钢圈的低压内缸生产存在以下两个问题：镶铸钢圈位于铸件的最下方，其本身相当于一块巨大的内冷铁，一般内浇口选择布置于铸件最底部进流有利于冲型平稳，浇注液进流位置和冲型过程不合理极易使镶铸钢圈位置发生冷隔及夹渣等缺陷，严重影响镶铸钢圈的融合密封问题，影响铸件抽汽管口位置的密封可靠性；并且由于大型球墨铸铁件浇注系统一般设计大的阻流截面和开放比以尽量快的完成浇注并且降低内浇口流速，从而减小长时间浇注液冲刷和烘烤带来的型腔损坏的风险和冲型不平稳带来的夹渣风险，但这需要非常大的内浇口截面积来保证，但是汽轮机低压内缸铸件生产过程中镶铸钢圈的数量有限，镶铸钢圈两侧壁厚的只有40mm，内浇口分布的空间非常有限，浇注后的镶铸钢圈融合性、铸件的密封性和铸件质量都存在严重的质量风险。

发明内容

本发明克服现有铸造技术生产抽汽管口使用镶铸钢圈进行低压内缸下部铸件铸造时存在的技术问题，提供一种独特且能满足质量要求的铸造方法，来有效提高镶铸钢圈的融合质量及综合质量，提高产品密封可靠性，满足高的质量要求和使用要求。

一种汽轮机低压内缸的铸造方法，所述汽轮机低压内缸的下部包含有抽汽管口、镶铸钢圈，所述镶铸钢圈的边缘沿周向间隔开设有多个通孔，其特征在于，在所述镶铸钢圈上增设沿周向间隔分布的多个第一对流通孔，所述通孔和所述第一对流通孔轴线方向间隔分布；将所述镶铸钢圈设置有所述通孔和所述第一对流通孔的一端镶铸至所述抽汽管口的末端；在所述镶铸钢圈与所述抽汽管口的末端镶铸交界处进行补贴形成补贴环。

在其中一个实施例中，将所述汽轮机低压内缸的下部的内浇道设置为变截面拐弯陶瓷管，所述变截面拐弯陶瓷管包括圆管部、变截面过渡部和Z型扁口部。

在其中一个实施例中，将所述圆管部朝向横浇道，所述圆管部向所述Z型扁口部过渡形成所述变截面过渡部，将变截面过渡部与所述Z型扁口部相连接，将所述Z型扁口部朝向抽汽管口并连接所述抽汽管口端面。

在其中一个实施例中，将所述圆管部设置为10～30mm的高度，将所述变截面过渡部设置为30～50mm，将所述变截面过渡部的截面积设置为所述圆管部的截面积的1.2～1.5倍，所述变截面过渡部的宽度为20～25mm。

在其中一个实施例中，所述Z型扁口部自所述抽汽管口端面的3～5mm处设置拐弯，竖直方向向外侧拐弯角度使用50～70°，所述拐弯的位置使用5～10mm的圆弧半径。

在其中一个实施例中，所述第一对流通孔距离所述抽汽管口的末端端面20～40mm。

在其中一个实施例中，所述第一对流通孔的数量为6～8个，直径30～40mm。

在其中一个实施例中，所述补贴环在所述抽汽管口端面和所述镶铸钢圈间的内侧和外侧均进行设置。

在其中一个实施例中，所述补贴环宽度10～20mm，厚度10～20mm。

在其中一个实施例中，所述镶铸钢圈在加工完成后进行镀锡处理，镀锡厚度20～30um。

本发明通过浇注系统，尤其是内浇道的合理布置和内浇口瓷管的特殊设计使用，使型腔内浇注液均能够从铸件最底面的抽汽管口端面均匀平稳进流冲型，内浇口流速低，大幅度减少了冲型过程中二次氧化造渣，提高了产品材料的致密性，而且流经镶铸钢圈的浇注液可以持续对镶铸钢圈进行加热快速升温，最终镶铸钢圈两侧铁液能够有足够热量使镶铸钢圈与抽汽管口之间形成质量较好的中间融合层；本发明通过对于镶铸钢圈结构的优化，进一步提升镶铸钢圈与铸件本体机械结合强度的同时有效避免了浇注液在镶铸钢圈两侧形成倒灌产生夹渣的风险，使镶铸钢圈温度上升更加均匀，从而大幅度提升镶铸钢圈和抽汽管口之间的融合层的纯净度和均匀性；本发明通过对镶铸钢管进行镀锡及增加补贴环的措施，一方面有效规避了外来杂质对融合质量的干扰，另外一方面避免了根部由于散热条件较好热量损失较快带来的局部融合不良的情况。本发明技术方案使镶铸钢圈与抽汽管口的整体融合质量大幅度提升，融合的均匀性也进一步提高；从而大幅度提高抽汽管口位置的密封可靠性。

附图说明

图1是明汽轮机低压内缸下部结构示意图；

图2是本方法中使用的镶铸钢圈的结构示意图；

图3是镶铸钢圈B-B纵向剖面结构示意图；

图4是抽汽管口补贴示意图；

图5是本方法中使用的变截面拐弯陶瓷管示意图；

图6是变截面拐弯陶瓷管组成示意图；

图7是使用本方法的抽汽管口部位型腔结构的局部示意图。

其中，1-低压内缸下部；2-抽汽管口；3-结合法兰；4-镶铸钢圈；5-第一对流通孔；6-变截面拐弯陶瓷管；7-圆管部；8-变截面过渡部；9-Z型扁口部；10-补贴环；11-防带肉垫；12-抽汽管口型腔；13-通孔。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明中一种汽轮机低压内缸，其下部的铸件结构如图1，图1中可知，汽轮机低压内缸的下部分1上设计有若干的回热用的抽汽管口2，抽汽管口2位于同一平面或者高度略有差别，每个抽汽管口2的末端在铸件生产过程中设置镶铸钢圈4，为保证后期与其装配管道良好的焊接性，镶铸钢圈4的材质要求为Q235钢，镶铸钢圈4的壁厚40mm，镶铸钢圈4的直径由抽汽管口2的直径来确定，镶铸钢圈两侧铸件壁厚40mm。

铸件生产过程中，工艺设计时，汽轮机低压内缸的下部选择结合法兰3进行朝上浇注方向，抽汽管口2朝下的浇注方向。

如图2-图3，为镶铸钢圈4的纵向剖切示意图镶铸钢圈4的总高300mm，镶铸钢圈4在造型过程中镶铸至抽汽管口2的末端，套设时的镶铸深度为160mm，其余部分外漏于抽汽管口2的末端外，在镶铸钢圈4的边缘，距离抽汽管口2的末端端面110mm的位置沿周均匀分布设置了12个直径大小20mm的通孔13，防止镶铸融合不良的时候脱落。

在距离抽汽管口2的末端端面900mm处的位置加工两圈间隔0.5mm的宽度10mm、深度5mm的凹槽。然后在距离抽汽管口2的末端端面40mm的位置增加开设了一圈沿周均匀分布的第一对流通孔5，第一对流通孔5的开设数量为8个，直径30mm。第一对流通孔一方面可以在浇注液浇注至镶铸钢圈时消除内外侧浇注液上升速度差，有效避免浇注液两侧形成倒灌产生夹渣的风险。

制作的镶铸钢圈4在加工完成后必须进行酸洗去污并进行镀锡处理，镀锡厚度20-30um，以防止其表面在浇注前发生氧化和腐蚀，影响融合效果。另外，需要在镶铸钢圈4与抽汽管口2的末端端面交界处内外侧增加两圈补贴环10，如图4，补贴环宽度在20mm，厚度20mm；在镶铸钢圈4与抽汽管口2的末端套设交界处进行补贴，一方面防止生产过程中镶铸钢圈与抽汽管口末端交界处的散砂、涂料局部清理不干净造成的局部夹杂融合不良的情况，另外一方面防止镶铸钢圈与抽汽管口末端交界处的散热条件较好导致降温过快带来的融合不良的情况。补贴环10在后序清理过程中进行铲磨去除。进一步的，内浇口交界处需要设计内浇口防带肉垫11，放置打箱带肉机损，内浇口防带肉垫11与补贴环10等厚。

进一步的，现有技术中类似于汽轮机低压内缸的大型球墨铸铁件铸造时的浇注系统都是设计大的阻流截面完成浇注并降低内浇口流速以减小型腔损坏的风险和冲型不平稳带来的夹渣风险，该方法需要大的内浇口截面积来实现，但是镶铸钢圈4的两侧壁厚较小，两侧壁厚只有40mm，内浇口分布的空间非常有限，现有的方法在汽轮机低压内缸不实用，且不利于镶铸钢圈和抽汽管口的融合，严重影响铸件产品材料的致密性。因此，本发明将内浇口制作了如图5所示的变截面拐弯陶瓷管6，变截面拐弯陶瓷管6使用耐火陶瓷材料整体成型，壁厚主体均匀为4～6mm。如图6，制作的变截面拐弯陶瓷管6按形状分为三段圆管部7、变截面过渡部8和Z型扁口部9，将圆管部7朝向横浇道与横浇道连接，圆管部7向Z型扁口部9进行光滑过渡以形成变截面过渡部8，过渡后的Z型扁口部9与抽汽管口端面相接，由于变截面后Z型扁口部9的截面积是变径前圆口部7截面积的1.5倍，可进一步降低内浇口流速，将Z型扁口部9下端面与铸件抽汽管口的端面相接，自抽汽管口的端面5mm处开始拐弯，竖直方向向外侧拐弯角度60°，拐弯斜段长度保证最终圆管部7的与镶铸钢圈4之间有30～40mm吃砂量；Z型扁口部的拐弯处用5mm的圆角进行光滑过渡。本发明制作的内浇口可以使型腔内的浇注液均匀的从铸件最底面的抽汽管口的末端面均匀平稳的进流，且内浇口的流速低，大幅度减少了冲型过程中二次氧化造渣，提高了产品材料的致密性。利用变截面拐弯陶瓷管的设计，流经镶铸钢圈的浇注液可以持续对钢圈进行加热快速升温，使浇注钢圈两侧铁液能够有较多的热量，从而保证镶铸钢圈和抽汽管口之间形成质量较好的中间融合层。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims (10)

1.一种汽轮机低压内缸的铸造方法，所述汽轮机低压内缸的下部包含有抽汽管口、镶铸钢圈，所述镶铸钢圈的边缘沿周向间隔开设有多个通孔，其特征在于，

在所述镶铸钢圈上增设沿周向间隔分布的多个第一对流通孔，所述通孔和所述第一对流通孔轴线方向间隔分布；

将所述镶铸钢圈设置有所述通孔和所述第一对流通孔的一端镶铸至所述抽汽管口的末端；

在所述镶铸钢圈与所述抽汽管口的末端镶铸交界处进行补贴形成补贴环。

2.根据权利要求1所述的汽轮机低压内缸的铸造方法，其特征在于，将所述汽轮机低压内缸的下部的内浇口设置为变截面拐弯陶瓷管。

3.根据权利要求2所述的汽轮机低压内缸的铸造方法，其特征在于，所述变截面拐弯陶瓷管依次包括圆管部、变截面过渡部和Z型扁口部，将所述圆管部朝向横浇道，将所述圆管部向所述Z型扁口部过渡形成所述变截面过渡部，将变截面过渡部与所述Z型扁口部相连接，将所述Z型扁口部朝向抽汽管口并连接所述抽汽管口的末端端面。

4.根据权利要求3所述的汽轮机低压内缸的铸造方法，其特征在于，将所述圆管部设置为10mm～30mm的高度，将所述变截面过渡部设置为30mm～50mm的高度，将所述变截面过渡部的截面积设置为所述圆管部的截面积的1.2～1.5倍，所述Z型扁口部宽度设置为20mm～25mm。

5.根据权利要求4所述的汽轮机低压内缸的铸造方法，其特征在于，在所述Z型扁口部自所述抽汽管口末端端面的3mm～5mm处设置拐弯，竖直方向向外侧拐弯角度使用50°～70°，所述拐弯的位置使用5mm～10mm的圆角进行过渡。

6.根据权利要求1所述的汽轮机低压内缸的铸造方法，其特征在于，所述第一对流通孔距离所述抽汽管口的末端端面20mm～40mm。

7.根据权利要求1所述的汽轮机低压内缸的铸造方法，其特征在于，所述第一对流通孔的数量为6～8个，直径30mm～40mm。

8.根据权利要求1所述的汽轮机低压内缸的铸造方法，其特征在于，所述补贴环在所述抽汽管口端面和所述镶铸钢圈间的内侧和外侧均进行设置。

9.根据权利要求8所述的汽轮机低压内缸的铸造方法，其特征在于，所述补贴环宽度10mm～20mm，厚度10mm～20mm。

10.根据权利要求1所述的汽轮机低压内缸的铸造方法，其特征在于，所述镶铸钢圈在加工完成后进行镀锡处理。

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