H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的砂型鑄造方法
【專利摘要】本發(fā)明H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的砂型鑄造方法，包含以下步驟：⑴工藝設(shè)計，包括模具設(shè)計；澆注位置及澆、冒口設(shè)計；冷鐵系統(tǒng)設(shè)計；澆口杯設(shè)計；排氣槽設(shè)計；⑵原輔材料選擇與控制，包括型砂選擇、涂料選擇和爐料預(yù)處理；⑶澆注，包括熱型熱澆和鋼水出爐溫度和澆注溫度的控制；⑷熱處理，包括正火和回火處理；⑸化學(xué)成分檢測；⑹機(jī)械性能檢測；⑺產(chǎn)品驗收。本發(fā)明采用成本低、周期短、適應(yīng)性廣的砂型鑄造方法替代熔模鑄造工藝，簡化了制造工藝、縮短了生產(chǎn)周期、降低了制造成本、減少了對環(huán)境的污染，所述中壓第22級靜葉片的質(zhì)量達(dá)到了與熔模鑄造工藝同等的質(zhì)量要求；提高了所述產(chǎn)品的國際競爭力。
【專利說明】 H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的砂型鑄造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及砂型鑄造、熱處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的是H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的砂型鑄造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的砂型鑄造方法屬于“H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)重要零件的生產(chǎn)與制造”研究項目的分項目，是由 申請人:單位負(fù)責(zé)研究的項目。所述H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的制造工藝在國內(nèi)無先例可以參照。之前，我國使用的H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片都是從國外進(jìn)口的。而國外公司是采用熔模鑄造工藝制造H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的，國內(nèi)還沒有H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的制造工藝。
[0003]所述的熔模鑄造工藝在生產(chǎn)H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片時，不僅制造工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期長、制造成本高，而且在生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生環(huán)境污染。而在目前的汽輪機(jī)行業(yè)競爭激烈，新機(jī)型、新產(chǎn)品不斷推出。要想占有市場，就必須創(chuàng)新產(chǎn)品、降低成本、迅速交貨，所以，所述的熔模鑄造工藝已難以滿足市場和生產(chǎn)企業(yè)的要求。而在本行業(yè)中，砂型鑄造技術(shù)正以其成本低、周期短、適應(yīng)性廣泛而顯出強(qiáng)大的生命力和競爭力。能否用砂型鑄造、熱處理技術(shù)代替熔模鑄造工藝生產(chǎn)H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片成為本專利 申請人:單位負(fù)責(zé)研究的項目。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的砂型鑄造方法，用此方法替代熔模鑄造工藝，在簡化制造工藝、縮短生產(chǎn)周期、降低制造成本、減少對環(huán)境的污染的同時，使H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的質(zhì)量達(dá)到熔模鑄造工藝的同等質(zhì)量要求。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案。
[0006]H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的砂型鑄造方法，其特征是，包含以下步驟:
(I)工藝設(shè)計
①模具設(shè)計:在同一砂箱I內(nèi)設(shè)置兩片靜葉片(第一靜葉片、第二靜葉片)模型；
②澆注位置及澆、冒口設(shè)計:采用平做豎澆、冒口(第一冒口、第二冒口)本體澆注的方
式；
③冷鐵系統(tǒng)設(shè)計:在所述靜葉片(第一靜葉片、第二靜葉片)中段區(qū)域設(shè)置若干40_厚的冷鐵(第一冷鐵、第二冷鐵、第三冷鐵、第四冷鐵、第五冷鐵、第六冷鐵、第七冷鐵、第八冷鐵)；
④澆口杯設(shè)計:采用專用澆口杯(第一澆口杯、第二澆口杯):在所述專用澆口杯中放置陶瓷過濾器(第一陶瓷過濾器、第二陶瓷過濾器)；⑤排氣槽設(shè)計:在所述兩片靜葉片(第一靜葉片、第二靜葉片)模型之間設(shè)置截面尺寸為25 X 25mm的排氣槽10 ；
(2)原輔材料選擇與控制
①型砂選擇:采用呋喃樹脂自硬砂；
②涂料選擇:采用醇基鋯英粉涂料，要求涂敷冷卻后的涂層均勻、外觀無裂紋、無氣泡和肉眼可見的針孔；
③爐料預(yù)處理:爐料需預(yù)先清除爐料表面的粘砂和鐵銹，熔前烘烤預(yù)熱，所有金屬爐料在澆注前應(yīng)保持干燥、清潔、無銹、塊度適中；
(3)澆注
①熱型熱澆:鑄型在澆注前采用150°C烘2~3小時，出爐配箱30分鐘內(nèi)進(jìn)行澆注；應(yīng)減緩鑄件的凝固，有利于夾雜及氣體的上浮；
②鋼水溫度的控制:鋼水出爐溫度為1660~1670°C，鋼水澆注溫度為1590~1610°C ；
(4)熱處理
對澆注后的鑄件進(jìn)行熱處理(正火+回火):
①正火處理步驟為:
1、將鑄件以≤300°C/小時的速度加熱至650°C ；
I1、在鑄件達(dá)到650°C時保溫I小時；
II1、再將鑄件以≤120°C/小時的速度緩速加溫；
IV、在鑄件達(dá)到1000°C時保溫2小時；
V、然后進(jìn)行風(fēng)冷；
②回火處理步驟為:
1、將鑄件以≤300°C/小時的速度加熱至500°C ；
I1、在鑄件達(dá)到500°C時保溫I小時；
II1、再將鑄件以≤120°C/小時的速度緩速加溫；
IV、在鑄件達(dá)到630°C時保溫5小時；
V、然后進(jìn)行空冷；
通過熱處理使鑄件達(dá)到所要求的力學(xué)性能指標(biāo)；
(5)化學(xué)成分檢測
參照EN 10283標(biāo)準(zhǔn)對鑄件的化學(xué)成分進(jìn)行檢測；
(6)機(jī)械性能檢測
參照EN 10283標(biāo)準(zhǔn)對鑄件的機(jī)械性能進(jìn)行檢測；
(7)產(chǎn)品檢驗
①采用三坐標(biāo)測量(CMM)檢測葉片所有尺寸；
②參照EN1371-2標(biāo)準(zhǔn)對葉片進(jìn)行滲透檢測，質(zhì)量級別應(yīng)達(dá)到4級要求，表面無裂
紋；
③參照EN12681標(biāo)準(zhǔn)對葉片進(jìn)行X射線檢測，質(zhì)量級別應(yīng)達(dá)到1-2級要求。
[0007]進(jìn)一步，所述呋喃樹脂自硬砂選用含氮量< 0.3的無氮樹脂配制型砂，其配制要求為:原砂使用再生砂，粒度為30~50目，微粉含量(通過140目)不大于0.8%，底盤余留量不大于0.2%，灼減量< 2.0%，含水量< 0.2%，終強(qiáng)度> 2.5MPa。
[0008]進(jìn)一步，所述醇基鋯英粉涂料的技術(shù)參數(shù)為:外觀為均勻狀態(tài)；稀釋后的涂料密度為1.6~2.2g/cm3 ;涂料粘度為6~12s ;稀釋后2小時的懸浮率為≥95% ;發(fā)氣量< 20ml/g ;涂層耐磨性< 0.5g/64br。
[0009]進(jìn)一步，所述陶瓷過濾器為福士科STELEXiPRO泡沫陶瓷過濾器，尺寸為Φ 70 X 25，孔徑為IOppi。
[0010]本發(fā)明H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的砂型鑄造方法的積極效果是: (I)采用成本低、周期短、適應(yīng)性廣泛的砂型鑄造方法替代熔模鑄造工藝，在簡化了制
造工藝、縮短了生產(chǎn)周期、降低了制造成本、減少了對環(huán)境的污染的同時，使H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的質(zhì)量達(dá)到了與熔模鑄造工藝同等的質(zhì)量要求。
[0011](2)本發(fā)明的砂型鑄造方法的研究成功，不僅滿足了國內(nèi)市場的需求，打破了制造超大型汽輪機(jī)同類鑄件產(chǎn)品必須進(jìn)口的局面，降低了采購成本；而且提高了所述產(chǎn)品的國際競爭力。
[0012](3)本發(fā)明的砂型鑄造方法的研究成功，為今后生產(chǎn)要求更高的靜葉鑄件積累了技術(shù)數(shù)據(jù)和制造經(jīng)驗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的砂型鑄造結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖1中的標(biāo)號分別為:
1、砂箱；21、第一澆口杯；22、第二澆口杯；
31、第一陶瓷過濾器；32、第二陶瓷過濾器；41、第一冒口 ；
42、第二冒口；51、第一靜葉片；52、第二靜葉片；
61、第一冷鐵；62、第二冷鐵；71、第三冷鐵；
72、第四冷鐵；81、第五冷鐵；82、第六冷鐵；
91、第七冷鐵；92、第八冷鐵；10、排氣槽。
[0015]圖2為正火處理步驟示意圖。
[0016]圖3為回火工藝規(guī)程不意圖。
[0017]圖4為H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖5為X射線檢測驗收的技術(shù)規(guī)范圖；
圖5中的標(biāo)號分別為:
A、一級區(qū)域；B、二級區(qū)域。
【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖給出本發(fā)明H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的砂型鑄造方法的【具體實施方式】。
[0020]參見圖1。H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的砂型鑄造方法，包含以下步驟:
(I)工藝設(shè)計
①模具設(shè)計:為提高生產(chǎn)效率，在同一砂箱I內(nèi)設(shè)置兩片靜葉片:第一靜葉片51、第二靜葉片52模型。
[0021]②澆注位置及澆、冒口設(shè)計:根據(jù)葉片由于從大端到小端厚度梯度明顯的結(jié)構(gòu)特點，為使機(jī)械加工余量盡量小，采用平做豎澆、冒口(包括第一冒口 41、第二冒口 42)本體澆注的方式；這樣可形成朝冒口方向的順序凝固，有利于保證毛坯內(nèi)在質(zhì)量。
[0022]③冷鐵系統(tǒng)設(shè)計:在所述靜葉片(包括第一靜葉片51、第二靜葉片52)中段區(qū)域設(shè)置若干40mm厚的冷鐵(包括第一冷鐵61、第二冷鐵62、第三冷鐵71、第四冷鐵72、第五冷鐵81、第六冷鐵82、第七冷鐵91和第八冷鐵92);可防止在所述靜葉片中段區(qū)域產(chǎn)生縮松，從而能有效地防止縮孔、縮松類缺陷的產(chǎn)生，同時能彌補(bǔ)冒口(包括第一冒口 41和第二冒口 42)補(bǔ)縮距離的不足。
[0023]④澆口杯設(shè)計:由于采用了冒口本體澆注的方法，為防止在澆注過程中金屬液中的夾雜物直接進(jìn)入鑄件，因此采用帶有陶瓷過濾網(wǎng)的澆口杯(包括第一澆口杯21和第二澆口杯22):在所述澆口杯中放置陶瓷過濾器(包括第一陶瓷過濾器31和第二陶瓷過濾器32)。所述陶瓷過濾器采用福士科STELEXiPRO泡沫陶瓷過濾器，尺寸為Φ70Χ25，孔徑為IOppi。使用泡沫陶瓷過濾器既可防止金屬液中過量的夾雜物直接進(jìn)入鑄件，又可防止金屬液進(jìn)入鑄型后產(chǎn)生紊流沖刷鑄型后產(chǎn)生過量的氧化夾雜物。[0024]⑤排氣槽設(shè)計:在所述兩片靜葉片(包括第一靜葉片51和第二靜葉片52)模型之間設(shè)置一根截面尺寸為25X25mm的排氣槽10。由于本發(fā)明的砂型鑄造方法選用了呋喃樹脂自硬砂，兩片靜葉片在澆注時型砂中的殘留樹脂受金屬液的高溫作用容易產(chǎn)生氣體，所述氣體極易通過鑄型分型面侵入到鄰近的靜葉鑄型中而生產(chǎn)侵入性氣孔。為了防止這個問題，在兩片靜葉片(包括第一靜葉片51和第二靜葉片52)模型之間設(shè)置截面尺寸為25 X 25mm的排氣槽10能有效地導(dǎo)出所述氣體，防止侵入性氣孔的產(chǎn)生。
[0025](2)原輔材料選擇與控制
①型砂選擇:采用呋喃樹脂自硬砂。所述呋喃樹脂自硬砂選用含氮量< 0.3的無氮樹脂配制型砂，其配制要求為:原砂使用再生砂，粒度為30~50目，微粉含量(通過140目)不大于0.8%，底盤余留量不大于0.2%，灼減量< 2.0%，含水量< 0.2%，終強(qiáng)度> 2.5MPa。
[0026]②涂料:采用醇基鋯英粉涂料。所述醇基鋯英粉涂料的技術(shù)參數(shù)為:外觀為均勻狀態(tài)；稀釋后的涂料密度為1.6~2.2g/cm3 ;涂料粘度為6~12s ;稀釋后2小時的懸浮率為> 95% ;發(fā)氣量< 20ml/g ;涂層耐磨性< 0.5g/64br。要求涂敷冷卻后的涂層均勻、外觀無裂紋、無氣泡和肉眼可見的針孔。
[0027]③爐料需預(yù)先清除爐料表面的粘砂和鐵銹，熔前烘烤預(yù)熱，所有金屬爐料在澆注前應(yīng)保持干燥、清潔、無銹、塊度適中。
[0028](3)澆注
①鑄型在澆注前采用150°C烘2~3小時，出爐配箱30分鐘內(nèi)進(jìn)行澆注:熱型熱澆；應(yīng)減緩鑄件的凝固，有利于夾雜及氣體的上浮。
[0029]②鋼水出爐溫度為1660~1670°C，鋼水澆注溫度為1590~1610°C。
[0030](4)熱處理
對澆注后的鑄件進(jìn)行熱處理(正火+回火):
①正火處理步驟為:(參見圖2)
1、將鑄件以≤300°C /小時的速度加熱至650°C ；I1、在鑄件達(dá)到650°C時保溫I小時；
II1、再將鑄件以≤120°C/小時的速度緩速加溫；
IV、在鑄件達(dá)到1000°C時保溫2小時；
V、然后進(jìn)行風(fēng)冷。
[0031]②回火處理步驟為:(參見圖3)
1、將鑄件以≤300°c/小時的速度加熱至500°C ；
I1、在鑄件達(dá)到500°C時保溫I小時；
II1、再將鑄件以≤120°C/小時的速度緩速加溫；
IV、在鑄件達(dá)到630°C時保溫5小時；
V、然后進(jìn)行空冷。
[0032]通過熱處理使鑄件達(dá)到所要求的力學(xué)性能指標(biāo)。
[0033](5)化學(xué)成分檢測
參照EN 10283標(biāo)準(zhǔn)對鑄件的化學(xué)成分進(jìn)行檢測。
[0034](6)機(jī)械性能檢測
參照EN 10283標(biāo)準(zhǔn)對鑄件的機(jī)械性能進(jìn)行檢測。
[0035](7)產(chǎn)品檢驗
采用三坐標(biāo)測量(CMM)檢測葉片所有尺寸；
參照EN 1371-2標(biāo)準(zhǔn)對葉片進(jìn)行滲透檢測，質(zhì)量級別應(yīng)達(dá)到4級要求，表面無裂紋； 參照EN 12681標(biāo)準(zhǔn)對葉片進(jìn)行X射線檢測，質(zhì)量級別應(yīng)達(dá)到1-2級要求。
[0036]制造本發(fā)明所述的H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的材料為GX4CrNil3-4，其化學(xué)成分見表1、機(jī)械性能見表2。
[0037]表1.GX4CrNil3_4材料的化學(xué)成分表
【權(quán)利要求】
1.H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的砂型鑄造方法，其特征在于，包含以下步驟: (1)工藝設(shè)計 ①模具設(shè)計:在同一砂箱I內(nèi)設(shè)置兩片靜葉片模型； ②澆注位置及澆、冒口設(shè)計:采用平做豎澆、冒口本體澆注的方式； ③冷鐵系統(tǒng)設(shè)計:在所述靜葉片中段區(qū)域設(shè)置若干40_厚的冷鐵； ④澆口杯設(shè)計:采用專用澆口杯:在所述專用澆口杯中放置陶瓷過濾器；⑤排氣槽設(shè)計:在所述兩片靜葉片模型之間設(shè)置截面尺寸為25X25mm的排氣槽10 ； (2)原輔材料選擇與控制 ①型砂選擇:采用呋喃樹脂自硬砂； ②涂料選擇:采用醇基鋯英粉涂料，要求涂敷冷卻后的涂層均勻、外觀無裂紋、無氣泡和肉眼可見的針孔； ③爐料預(yù)處理:爐料需預(yù)先清除爐料表面的粘砂和鐵銹，熔前烘烤預(yù)熱，所有金屬爐料在澆注前應(yīng)保持干 燥、清潔、無銹、塊度適中； (3)澆注 ①熱型熱澆:鑄型在澆注前采用150°C烘2~3小時，出爐配箱30分鐘內(nèi)進(jìn)行澆注；應(yīng)減緩鑄件的凝固，有利于夾雜及氣體的上浮； ②鋼水溫度的控制:鋼水出爐溫度為1660~1670°C，鋼水澆注溫度為1590~1610°C ； (4)熱處理 對澆注后的鑄件進(jìn)行熱處理(正火+回火): ①正火處理步驟為: 1、將鑄件以≤300°C/小時的速度加熱至650°C ； I1、在鑄件達(dá)到650°C時保溫I小時； II1、再將鑄件以≤120°C/小時的速度緩速加溫； IV、在鑄件達(dá)到1000°C時保溫2小時； V、然后進(jìn)行風(fēng)冷； ②回火處理步驟為: 1、將鑄件以≤300°C/小時的速度加熱至500°C ； I1、在鑄件達(dá)到500°C時保溫1小時； II1、再將鑄件以≤120°C/小時的速度緩速加溫； IV、在鑄件達(dá)到630°C時保溫5小時； V、然后進(jìn)行空冷； 通過熱處理處理使鑄件達(dá)到所要求的力學(xué)性能指標(biāo)； (5)化學(xué)成分檢測 參照EN 10283標(biāo)準(zhǔn)對鑄件的化學(xué)成分進(jìn)行檢測； (6)機(jī)械性能檢測 參照EN 10283標(biāo)準(zhǔn)對鑄件的機(jī)械性能進(jìn)行檢測； (7)產(chǎn)品檢驗①采用三坐標(biāo)測量(CMM)檢測葉片所有尺寸； ②參照EN1371-2標(biāo)準(zhǔn)對葉片進(jìn)行滲透檢測，質(zhì)量級別應(yīng)達(dá)到4級要求，表面無裂紋； ③參照EN12681標(biāo)準(zhǔn)對葉片進(jìn)行X射線檢測，質(zhì)量級別應(yīng)達(dá)到1-2級要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的砂型鑄造方法，其特征在于，所述呋喃樹脂自硬砂選用含氮量< 0.3的無氮樹脂配制型砂，其配制要求為:原砂使用再生砂，粒度為30~50目，通過140目的微粉含量不大于0.8%，底盤余留量不大于0.2%，灼減量< 2.0%，含水量< 0.2%，終強(qiáng)度> 2.5MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的砂型鑄造方法，其特征在于，所述醇基鋯英粉涂料的技術(shù)參數(shù)為:外觀為均勻狀態(tài)；稀釋后的涂料密度為1.6~2.2g/cm3 ;涂料粘度為6~12s ;稀釋后2小時的懸浮率為≥95% ;發(fā)氣量< 20ml/g ；涂層耐磨性< 0.5g/64br。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的H級聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓第22級靜葉片的砂型鑄造方法，其特征在于，所述陶瓷過濾器為福士科STELEXiPRO泡沫陶瓷過濾器，尺寸為Φ 70 X 25，孔徑為10ppi.
【文檔編號】B22D27/04GK103949584SQ201410173232
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】王亭, 楊明強(qiáng), 張偉, 徐德民, 金翼岑 申請人:上海宏鋼電站設(shè)備鑄鍛有限公司