联合循环汽轮机阀壳体铸造工艺设计

该铸件是锅炉产生的过热蒸汽进入汽轮机所经过的第一个工件，工作温度为475℃，工作压力为3.95MPa，属于高温高压件。铸件的材料牌号为ZG20CrMo，净重为1600kg，尺寸公差等级为CT14级，要求磁粉和超声波检测，要求打压试验，试验压力为5.93MPa，保压时间为10min。主汽阀壳体结构及无损检测要求如图7⁃11所示。

图7⁃11 主汽阀壳体结构及无损检测要求

1.铸造工艺方案及参数设计

按以往的生产惯例浇注位置如图7⁃11所示，即采用立式浇注位置方案，设有三个分型面，如图上中①、②、③处。大法兰面朝上，四个小出气口朝下。该方案的优点是建立自上而下的凝固顺序，符合顺序凝固原则，压头较大，利于补缩。缺点是补缩距离较长，中间不利于放置冒口，容易产生缩松。如果②处热节用冷铁激冷消除，那么激冷程度的控制变得比较难，当激冷程度大的时候，将造成补缩通道阻断，影响其下部区域的补缩。当激冷程度较小的时候，热节处容易出现缩松。该工艺方案还有一个弊端，就是分型面过多，容易造成错型进而引起尺寸偏差，同时造型、合型和模样及芯盒制造工时较多。根据铸件的结构最后选用卧式浇注位置工艺方案，如图7⁃12所示。该方案以水平中心线为分型面，④热节处的出气孔朝下，①、②、③热节处放置冒口，分型面平面与分芯面平面合二为一，可减少分型面数量，减少错型，减少制造工时，简化制造。

2.冒口设计

设置三种类型四个冒口，分别位于热节①、②、③部位上，其中③处热节上放置2个冒口，其余位置各放1个冒口。所设置冒口还兼顾合型后检查铸型与砂芯的配合尺寸。以热节圆法和模数法进行冒口设计，以液量补缩法进行冒口的校核。

（1）1#冒口 热节T=150mm，模数M_C=4.02cm，冒口尺寸为340mm×230mm×415mm，冒口模数M_R=7.4cm，冒口与对应热节比例系数为1.53，模数放大系数为1.84。

（2）2^#冒口 热节T=142mm，模数M_C=4.48cm，冒口尺寸为330mm×220mm×500mm，冒口模数M_R=10.02cm，冒口与对应热节比例系数为1.56，模数放大系数为2.28。

（3）3^#冒口 热节T=58mm，模数M_C=1.96cm，冒口尺寸为ϕ180mm×463mm，冒口模数M_R=21.22cm，冒口与对应热节比例系数为3.1，模数放大系数为2.28。

图7⁃12 新工艺方案(www.xing528.com)

通过液量补缩法校核，上述三种冒口对所补缩的三个区域均具有足够的补缩液量，不会因冒口参数小而引起冒口根部及项链部位产生缩孔。

3.浇注系统设计

采用开放式浇注系统，并采用上升速度法进行设计。首先根据表4⁃61查得钢液在铸型中的最小上升速度为25mm/s，采用漏包浇注，钢包出钢孔直径为60mm，直浇道孔径为70mm，钢液的实际上升速度为53.4mm/s，大于25mm/s，符合表4⁃61的规定，设计可用。浇注系统的布局如图7⁃12所示，各浇道孔径均为70mm。为了便于生产，将各浇道设在上型。为了提高冒口效率和补缩效果，设置冒口专用浇注系统。浇注时，先从1#浇口杯浇注，待钢液完全充满铸件，进入冒口底部有一定的高度，约100mm时，停浇，钢包转到2#浇口杯继续浇注，至冒口高度的2/3处时，开始向冒口内钢液的上表面撒冒口保温覆盖剂。

4.补贴和冷铁的设计

从1#冒口下部的热节处开始至该处法兰的底部设置补贴，考虑到补缩距离较长，底法兰的端面设置冷铁，则上述补贴的结束位置可选在设置冷铁处的上端。补贴的上端为最厚处，其厚度为115mm。其他热节如①、②、③、④等处，或者是热节的下部，采用冷铁来处理，1#热节的下部侧面，采用3块尺寸为110mm×90mm×60mm的成形冷铁形成人工末端。2#热节的下型底部放置3块80mm×70mm×60mm的成形冷铁形成人工末端，冷铁之间的间隔是30mm。3#热节位于四个小出气孔的端部，上型的两处出气孔的顶端放置冒口，该两处的底部各放1块成形冷铁，在下型的两个出汽孔的端部各放一圈冷铁各6块，总共8块，尺寸为160mm×70mm×60mm。4#热节位于大出汽孔的端部，可放置一圈冷铁，尺寸为100mm×60mm×40mm。

5.其他参数

铸件的线收缩率为1.5%，毛重为1740kg，浇注总重为2760kg，铸件成品率为63%。根据当时工厂的具体情况和条件，型砂采用石灰石砂，表面刷醇基刚玉涂料，明冒口顶面放保温覆盖剂。

6.检验及结果分析

采用新的卧式浇注方案一批浇注两件，清理后进行磁粉和超声波检测，未发现铸造缺陷问题。水压试验压力为5.88MPa，保压时间为30min，未发现渗漏和减压等现象，经粗加工和精加工后无缺陷暴露，质量满足设计要求。上述结果表明，新型卧式浇注工艺方案合理，可实现对铸件热节的补缩，冒口设计合理，铸件成品率较高，木材消耗量、木模制造工时、造型和合型工时等都有一定程度的降低，铸件成品率有一定的降低，这是由于补缩及冒口设置所导致，明冒口要求各个冒口的高度必须一致，导致2#和3#冒口的冒口效率降低，尤其是3#冒口。两种工艺方案的对比见表7⁃1。

表7⁃1 两种工艺方案的对比