CN1683099A

CN1683099A - 不锈钢熔模铸造汽轮机超长低压隔板导叶片的精铸方法

Info

Publication number: CN1683099A
Application number: CN 200510009702
Authority: CN
Inventors: 柳贤福; 高亚龙; 周洪礼
Original assignee: XINRUN FINE CASTING INDUSTRY Co Ltd HARBIN
Current assignee: XINRUN FINE CASTING INDUSTRY Co Ltd HARBIN
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2025-02-02
Also published as: CN100534670C

Abstract

本发明公开一种不锈钢熔模铸造汽轮机超长低压隔板导叶片的精铸方法。采用熔模铸造工艺生产铸件长达可达950毫米，铸件毛坯重42公斤以上的不锈钢弯扭导叶片。采用预变形压型设计；对熔模铸造工艺方法进行了较全面改进，完全符合六十万千瓦汽轮发电机组中的低压缸末级导叶片的材质、力学性能、化学成分、表面粗糙度、几何尺寸等严格设计要求，已达到了国内先进水平，采用这种工艺方法生产的导叶片，可节约大量原材料，产品合格率高，获得较好的经济效益。本发明方法为：制蜡模、制壳、熔炼浇注、热处理。

Description

不锈钢熔模铸造汽轮机超长低压隔板导叶片的精铸方法

技术领域：

本发明是一种金属精密铸造技术，具体地说是汽轮机超长低压隔板导叶片的精密铸造。

技术背景：

目前，我国最大的火力发电机组是从美国西屋公司引进的六十万千瓦汽轮发电机组。其中低压缸末级导叶片的材质、力学性能、化学成分、表面粗糙度、几何尺寸都具有严格要求。熔模铸造工艺的工装准备应是压型的设计和制造。附图一是末级导叶片的结构图，其形状、大小、型线的复杂。从图中可以看出该叶片弯扭程度较大，最大壁厚为φ62毫米，出汽边最薄处仅8毫米，而铸件长达可达950毫米。美国西屋公司是采用精密模锻毛坯，然后进行抛磨加工的。国内目前采用熔模铸造工艺生产的汽轮机导叶片最长不超过500毫米，重量不超过10公斤。根据国外报导和公开发表的国际熔模铸造年会论文集，以及国际铸造展览会所搜集的有关资料、实物介绍，日本三菱公司和久保田株式会社曾采用这种工艺制造大型汽轮机导叶片。在一九八六年北京国际博览会上，日本久保田株式会社展出的熔模铸造导叶片长400毫米左右。日本三菱公司制造的三十五万千瓦汽轮机组安装在上海宝山钢厂，其低压缸末两级导叶片也是采用熔模铸造工艺生产的。据国际技术检索资料，目前采用熔模铸造工艺生产的大型汽轮机导叶片，只有英国、美国、日本、西德等少数几个工业发达的资本主义国家。但未有详细资料具体介绍技术细节。

发明内容：

本发明目的是公开一种不锈钢熔模铸造汽轮机超长低压隔板导叶片的精铸方法。采用熔模铸造工艺生产铸件长达可达950毫米，铸件毛坯重42公斤以上的的不锈钢弯扭导叶片。采用预变形压型设计；对熔模铸造工艺方法进行了较全面改进，完全符合六十万千瓦汽轮发电机组中的低压缸末级导叶片的材质、力学性能、化学成分、表面粗糙度、几何尺寸等严格设计要求，已达到了国内先进水平，采用这种工艺方法生产的导叶片，可节约大量原材料，产品合格率高，获得较好的经济效益。

本发明方法为：

1制蜡模

1.1按汽轮机低压隔板导叶片的形状、大小、型线设计蜡模1，在难以预测和变形不十分规律的部位，按统计规律加上适当的工艺补正量。

1.2配置石蜡，取石蜡50％、硬脂酸50％混合而成，用于蜡模材料。将模料搅成膏状，温度保持在42～48(℃)，在半自动压蜡缸上进行压制。保压时间≥1小时

1.3将成型后的蜡模，修理表面缺陷，去飞边、毛刺。

1.4组焊，将圆冒口2焊在叶片最大厚度处，叶片端面靠出汽边处与距焊冒口顶端1/3处，用工艺筋3连接。

1.5用95％酒精清洗模组，干后检查无假焊，蜡屑、无油渍。

1.6将模组放置在胎模4，在胎模上修整蜡模。

1.7焊好的模组挂在吊具上，在制壳之前，在出汽边5内，背弧二分之一处要涂上松香、酒精溶液。

2制壳

2.1、选用快干硅溶胶为粘结剂，

2.2配制涂料

涂料6根据涂层配制

第一层为硅溶胶+锆英粉；涂料粘度25-30(S)，砂子粒度100目

第二层以上为快干胶+莫来石粉，涂料粘度9-13(S)，砂子粒度10-60(目)

各目数砂用过滤网筛除结块后使用，涂料浆搅拌充分，均匀静待气泡上浮后使用。

2.3涂挂制壳，在蜡模上涂快干硅溶胶，撒砂，特别是进出汽边及背弧部分，每次撒砂要均匀，模具壳厚度15--18MM。

2.4风干

每涂一层，风干2----24小时，自然风干.

2.5脱蜡，脱蜡采用脱蜡滏快速脱蜡，蒸汽脱蜡，蒸汽温度140-160摄氏度，压力4--5大气压，保温时间10--12分钟。

2.6高温焙烧

在焙烧炉进行，升温到800--900摄氏度时，保温2--3小时后自然冷却到常温。

3.熔炼浇注

3.1采用中频感应炉对奥化体不锈钢进行冶炼。

3.2将模壳装入砂箱，型壳间距应大于150MM，用保温性能较好的粒度为∮3-∮5的铝矾土砂作为填砂材料，填砂造型，砂箱上口封上陶瓷膏料7，型壳和砂箱焙烧过程温度应保持在850摄氏度，保温时间大于或等于30分钟

3.3浇铸

出钢温度应在1600摄氏度时；浇铸温度1580摄氏度时，浇铸速度3公斤/秒，开箱时间大于5小时

采用倾斜浇注，将砂箱倾斜一定角度，使钢水平平稳地沿着出汽边流入型壳内，然后将砂箱立起来，把型壳注满，浇注过程要在5-8秒完成。

3.4

浇好的铸件，打箱时间大于或等于12小时，包围铸件的型壳用震动方法清除，将浇口和工艺头部切除，进行喷砂处理，喷净的铸件进行100％表面检查，不许有铸造缺陷。

4.热处理

每个熔炼批号的叶片与试棒同炉处理，避免叶片堆放变形，出炉叶片要轻放，以免磕碰变形。叶片在炉内随炉温升到1040----1100摄氏度时；待烧透后保温1分钟/毫米，然后空冷到常温。

附图说明

图1为本发明蜡模结构图；

图2为本发明导叶片蜡模的保压胎模示意图；

图3为本发明浇注状态图。

具体实施方式：

本发明选择一次压制单件的压型结构，型腔总收缩率为2.5％。在压型设计制造过程中，依据叶片本身的特点，厚薄不均等实际情况，在难以预测和变形不十分规律的部位加上适当的工艺补正量。即在热节比较集中的进汽边部位，背弧较薄部位，相对压型部位磨去一部分量。通过摸索一定数量的叶片，找出叶片变形的规律性。计算出各叶片每个截面相对检测样板的漏光值，算出变形部位的绝对值，在对压型的相对应的位置，修正压型的型腔。

在模料的选用上，采用石蜡和硬脂酸低温模料，其配比为石蜡+硬脂酸：将模料搅成膏状，温度保持在42～48(℃)，在半自动压蜡缸上进行压制。保压时间是一个很重要的参数。摸索出导叶片熔模在模具上的保压时间≥1小时。在获得一个理想的熔模以后，为防止其变形要将制好的导叶片蜡模放置在胎模上，见图二，在胎模上修整蜡模。

经过检查后，合格的导叶片蜡模组焊在冒口上。焊好的模组挂在吊具上。在制壳之前，出汽边内、背弧二分之一处要涂上松香酒精溶液，是为了增加涂料的附着力。

传统工艺是碱性硅溶胶，是水基环保型产品，价格低廉，PH值9-10。通过水分蒸发使硅溶胶中的SiO₂离子缩水后价键相互连接，使弥散的胶团产生凝胶，建立涂层强度。由于水分蒸发的速度直接影响涂层的干燥时间和干湿强度，因此，普通硅溶胶在使用中存在一定的问题。

缺点是：

1.干燥时间过长，湿强度建立慢且较低，制壳周期长。

2.对环境的温、湿度及风速有较严格的要求。温、湿度及风速的变化，会引起面层涂料的裂壳、起皮等质量问题，而且，型壳的强度不足，直接影响铸件质量。

3.湿强度低，高温强度高。前者不利于操作，后者则使型壳浇注后溃散性差，不利于清壳。

本发明快干硅溶胶是碱性水基硅溶胶是环保型产品，PH值8.5-10.1。快干原理是通过有选择的加入高聚物，高聚物作为催化剂，促使SiO₂胶团凝胶的水平衡点提高，浆料涂层在涂附砂料后，砂料的吸附促使其中的水分迅速外渗，使浆料层的水分达到凝胶的平衡点，开始形成凝胶，快速建立湿强度。同时，均匀弥散的高聚物具有良好的排水性能，促使浆料层中的水分快速排除、蒸发，进一步促进凝胶，提高湿强度。

优点是：

1.增加面层涂料的弹性与湿强度，减少或去除面层干燥过快及铸件结构引起的裂壳、起皮等质量问题。

2.脱水性能优良，容易形成干燥均匀的涂层。

3.增加硅溶胶及耐火粉料的附着力，增加浆料与耐火骨料的粘结强度与涂附性，增加型壳强度，减少涂层及型壳厚度。

4.改善型壳的透气性。焙烧使高聚物挥发，在型壳内形成微细的排气通道，增加透气性，减少铸件对水流薄细处的浇不足等缺陷。

5.型壳残留强度低。高聚物的挥发减少了型壳残留强度，易清壳。

6.对环境要求较低，有利于生产工艺和质量的稳定。

7.快速干燥，层间干燥时间1~2h。

8.水基、环保型产品。

9.性能稳定，保质期长(1年)。

硅溶胶粘结剂制壳时无味，使用方便，配制涂料稳定性好，型壳性能好，但普通硅溶胶涂料干燥速度慢，湿强度低.制壳周期长是应用中的主要问题。快干硅溶胶工艺代替硅溶胶---硅酸乙酯复合型壳工艺，不仅型壳湿强度高、制壳周期短，而且高温强度和残留强度均比硅溶胶低和硅酸乙酯型壳相当，制壳时层间干燥时间缩短到1-2(h)，而且在型壳性能、制壳速度上已全面接近国际快干硅溶胶水平。

本发明成功的为优化机主三十万千瓦、六十万千瓦汽轮机低压隔板末级导叶片生产铸件，重量为42公斤，铸件长度为950毫米，型壳总长，即铸件长度+导叶片冒口共长1150毫米。

组装好的模组，转到制壳工序进行涂挂制壳，按多层快干硅溶胶制壳工艺进行生产。每次撒砂要注意模组出汽边朝下，特别注意出汽边的撒砂，涂挂要均匀，型壳厚度要求15-18毫米。制好的型壳，大风吹12-24小时后，脱蜡、焙烧。脱蜡采用脱蜡釜快速脱蜡，在4--5个大气压、保温温度140℃-150℃、保温时间约为10-12分钟，然后进行高温焙烧，焙烧温度为850℃，焙烧时间大于或等于1.5小时。叶片材质为奥氏体不锈钢ZGOCr19Ni9。冶炼过程中可加50％的回炉料，冒口当回炉料使用。采用GGW-0.15型或GW-0.15可控硅中频感应炉进行冶炼。将模壳装入砂箱，用保温性能较好的粒度为∮3-∮5的铝矾土砂作为填砂材料填砂造型。砂箱上口封上陶瓷膏料。陶瓷膏料的配料采用水玻璃砂+CO₂硬化工艺，以防砂子在焙烧炉焙烧或倾斜浇注过程中砂子流出。型壳和砂箱焙烧过程中温度控制在850℃。保温时间大于或等于30分钟，钢水熔化过程中采用倾斜浇注，这是比较关键的方法。如果这么大的叶片采用立注，静压头高，钢水对型壳底部冲击力大，浇满型壳对侧壁也会产生很大的胀力，会导致型壳底部或边缘跑火而报废。为减少钢水对底部和侧壁的冲击和膨胀力，将砂箱倾斜一定角度，使钢水平稳地沿着出汽边流入型壳内，然后将砂箱立起来，把型壳注满，整个浇注过程要在5-8秒种内完成。出钢温度控制在1600℃，浇注温度控制在1580℃。

Claims

1.一种不锈钢熔模铸造汽轮机超长低压隔板导叶片的精铸方法，其工艺步骤为：

一、制蜡模

1.1、按汽轮机低压隔板导叶片的形状、大小、型线设计蜡模(1)，在难以预测和变形不十分规律的部位，按统计规律加上适当的工艺补正量；

1.2、配置石蜡，取石蜡50％、硬脂酸50％混合而成，用于蜡模材料，将模料搅成膏状，温度保持在42～48(℃)，在半自动压蜡缸上进行压制。保压时间≥1小时；

1.3、将成型后的蜡模，修理表面缺陷，去飞边、毛刺.

1.4、组焊，将圆冒口(2)焊在叶片最大厚度处，叶片端面靠出汽边处与距焊冒口顶端1/3处，用工艺筋(3)连接.

1.5、用95％酒精清洗模组，干后检查无假焊，蜡屑、无油渍；

1.6、将模组放置在胎模(4)，在胎模上修整蜡模；

1.7、焊好的模组挂在吊具上，在制壳之前，在出汽边(5)内，背弧二分之一处要涂上松香、酒精溶液.

二、制壳

2.1、选用快干硅溶胶为粘结剂，

2.2配制涂料

涂料(4)根据涂层配制：

第一层为硅溶胶+锆英粉；涂料粘度25-30(S)，砂子粒度100目，

第二层以上为快干胶+莫来石粉，涂料粘度9-13(S)，砂子粒度10-60(目)，

各目数砂用过滤网筛除结块后使用，涂料浆搅拌充分，均匀静待气泡上浮后使用；

2.3涂挂制壳，在蜡模上涂快干硅溶胶，撒砂，特别是进出汽边及背弧部分，每次撒砂要均匀，模具壳厚度15--18MM；

2.4风干

每涂一层，风干2----24小时，自然风干，

2.5脱蜡，脱蜡采用脱蜡滏快速脱蜡，蒸汽脱蜡，蒸汽温度140-160摄氏度，压力4--5大气压，保温时间10--12分钟；

2.6高温焙烧

在焙烧炉进行，升温到800--900摄氏度时，保温2--3小时后自然冷却到常温；

三、熔炼浇注

3.1采用中频感应炉对奥化体不锈钢进行冶炼；

3.2将模壳装入砂箱，型壳间距应大于150MM，用保温性能较好的粒度为∮3-∮5的铝矾土砂作为填砂材料，填砂造型，砂箱上口封上陶瓷膏料(7)，型壳和砂箱焙烧过程温度应保持在850摄氏度，保温时间大于或等于30分钟；

3.3浇铸

出钢温度应在1600摄氏度时；浇铸温度1580摄氏度时，浇铸速度3公斤/秒；开箱时间---大于5小时；

采用倾斜浇注，将砂箱倾斜一定角度，使钢水平平稳地沿着出汽边流入型壳内，然后将砂箱立起来，把型壳注满，浇注过程要在5-8秒完成；

3.4

浇好的铸件，打箱时间大于或等于12小时，包围铸件的型壳用震动方法清除，将浇口和工艺头部切除，进行喷砂处理，喷净的铸件进行100％表面检查，不许有铸造缺陷；

四.热处理

每个熔炼批号的叶片与试棒同炉处理，避免叶片堆放变形，出炉叶片要轻放，以免磕碰变形。叶片在炉内随炉温升到1040----1100摄氏度时；待烧透后保温1分钟。