300MW及以上汽轮机低压转子冶炼工艺研究.pdf

No 3 Ma v 201 4 大型铸锻件 HE AVY C AS T I NG AND F 0RGI NG 3 0 0 MW 及 以上汽轮机低压转子 冶炼 工艺研究 魏雪晴李奇管仲毅 ( 上海重 型机器厂有 限公 司 ， 上海 2 0 0 2 4 5 ) 摘要： 介绍了 3 0 0 MW及以上汽轮机低压转子的冶炼工艺控制要点。对耐火材料和辅具进行了改进和优 化 ， 最终生产出合格的转子锻件。 关键词： 汽轮机低压转子； 冶炼工艺； 控制要点 中图分 类号 ： T F 7 0 3 文献标志码 ： B S me l t in g P r o c e s s o f S t e a m Tu r b in e L o w P r e s s u r e Ro t o r o f 3 0 0MW Ab o v e We i X u e q in g ， L i Qi， Gu a n Z h o n g y i Ab s t r a c t ： This p a p e r p r e s e nt s t h e s me l t in g p r o c e s s c o nt r o l k e y po in t s o f 3 0 0 MV a nd a b o v e s t e a m t ur b ine l o w p r e s s u r e r o t o r Re f r a c t o r y ma t e ri a l s a n d a u x il ia r y t o o l s h a v e b e e n imp r o v e d a n d o p t imiz e d，e v e n t u a l l y a c c e p t a b l e r o t o r h a s b e e n p r o d u c e d Ke y wo r d s ： l o w p r e s s u r e r o t o r o f s t e a m t u r b in e ；me l t in g p r o c e s s ；k e y p o in t s o f c o n t r o l l in g 2 0世纪 8 0年代 以来火电设备进入高层次的 发展时期 ， 主要着 眼于提高效率 、 降低污染 、 低耗 能 、 低成本 ， 机组 向高参数 、 自动化方 向发展。随 着对产品要求的不 断提高 ， 对用于生产该产 品的 钢锭质量也提出了更高的要求 。国内大型铸锻件 与国际先进水平还存在一定 的差距 ， 2 1世纪初期 此类产品大部分依赖进 口。针对这一现状 ， 为提 高转子质量 ， 我公 司对 3 0 0 MW 及 以上 汽轮机低 压转子进行了技术攻关。 1 3 0 0 MW 及以上汽轮机低压转子用钢的化学 成分要求 我公 司生产的 3 0 0 Mw 及以上汽轮机低压转 子主要涉及 3 0 0 M w 、 6 0 0 MW 和 1 0 0 0 MW 几类 。 下面以生产上汽 3 0 0 MW 及 以上低 压转子用 钢 3 0 C r 2 N i 4 Mo V为例进行说明。 根据上汽标准S Q B 4 4 0 5 2 o 0 4， 3 0 C r 2 N i 4 Mo V钢的化学成分要求见表 1 。 表 1 3 0 C r 2 N i 4 Mo V钢 的化 学成 分 ( 质量分数 ， ) T a b l e 1 C h e mic a l C o mp o s it i o n o f 3 0 C r 2 Ni 4 Mo V s t e e l ( ma s s f r a c t io n ， ) C S i Mn P S C r Ni Mo V Cu Al As S n S b O 2 O 1 5 0 3 2 5 0 2 5 0 0 7 熔炼分析 O 3 5 0 1 0 0 4 0 0 0 1 0 0 01 0 2 o o 3 7 5 一O 6 O 0 1 5 0 1 5 0 01 0 0 0 2 0 0 0 1 5 0 O 0l 5 0 1 7 1 4 5 3 1 8 0 2 3 0 0 6 成品分析 0 3 7 O 1 2 0 4 3 0 0 1 5 O 0l 5 2 0 5 3 8 2 O 62 O 1 6 0 1 7 0 01 2 0 0 2 5 O O1 7 0 O Ol 7 注 ： H1 51 0 ， 03 5 1 0 一， N7 01 0 - 。 为 了达到产 品的性能指标和金相要 求 ， 钢的 化学成分按以下要求设计 ： ( 1 ) 钢中的碳控制在 0 2 3 0 2 8 之间； ( 2 ) 为提高钢的淬透性 ， 钢中的 C r 、 N i、 Mo元 素控制在规范要求的上限； ( 3 ) S i、 P 、 S 、 A s 、 S n 、 S b 、 H、 0、 N为有害元素 ， 收稿 日期 ： 2 0 1 3 _ 0 7 2 6 作者简 介： 魏雪晴 ( 1 9 8 1 一 ) ， 女 ， 硕士研究生 ， 工程师 ， 从 事大 型铸 锻件冶炼工艺与质量控制。 3 4 控制得越低越好。 2冶炼工艺流程 产 品 化 学 成 分 要 求 ： s i 0 1 0 ， A 1 0 0 1 0 ， 因此采用真空碳脱氧方式进行冶炼 。冶 炼工艺流程为 ： 电弧炉冶炼一 精炼炉精炼一真空 处理一真空碳脱氧浇注。 根据 产品结构 ， 一般所用钢锭 为2 0 0 t 左右 。 大型铸锻件 HEAVY CAS TI NG AND F0RGI NG No 3 Mfd v 2 01 4 卜 吊 l( 出 广 一 80 t 真 空 浇 注 I (2) 中 间 包 氩 气 保 护 浇 注 出 r 一 图 1 工艺流程 图 Fig u r e 1 P r o c e s s flo w c ha r t 表 2 锻件取样点化学成分 ( 质量分数 ， ) T a b l e 2 C h e mi c a l c o mp o s i t i o n o f s a mp l i n g p o i n t o n t h e f o r g i n g ( ma s s f r a c t i o n ，) C S i Mn P S C r Ni Mo V C u Al As S n S b 锻 件 1 O 2 6 0 O 7 O 2 8 0 0 0 4 0 0 0 2 1 6 9 3 6 0 O 4 4 0 1 0 0 O 3 0 0 0 5 0 0 0 5 0 0 0 3 0 o o 1 5 锻 件 2 O 2 6 O 0 5 O 2 7 0 0 0 5 0 0 0 2 1 6 4 3 6 7 O 4 l 0 0 8 O O 3 0 0 0 5 0 0 0 4 0 0 0 3 0 o o 1 5 结合我公司设备 能力 ， 确定冶炼方案为 ： 1 0 0 t 电 弧炉冶炼粗炼钢水两包 ， 进 1 2 0 t 精炼工位进行精 炼及真空处理 ， 最后在 2 0 0 t 级或者 3 0 0 t 级真空 室进行浇注 ， 见图 1 。 3 冶炼工艺要点 3 1 冶炼控制要点 结合我公司以往生 产类似产 品的经验 ， 并结 合此类产品新 的性能要求 ， 特提出以下几点冶炼 控制要点 ： ( 1 ) 炉料 ： 采用优质碳 素边 角料 、 优 质生铁 、 本钢种返 回料 ， 配碳量合适 ， 沾有大量油污的炉料 不得 入炉 。 ( 2 ) 粗炼钢水 P的保证 ： 严格 控制 电炉钢水 出钢前 P 的含量 ， 保证出钢前 P O 0 0 2 。 ( 3 ) 精炼处理 ： 充分脱 氧， 全程采用 电极粉扩 散脱氧。采用底吹氩 ， 氩气泡的上浮引起钢液 的 搅动 ， 能使钢液中分散的微小夹杂得到碰撞 、 聚集 并 吸附于气泡 的表面排 出 ， 从而提高夹杂的上浮 速度 ， 达到净化的目的 j 。 ( 4 ) 真空处理 ： 有效真空度控制在 2 6 6 P a ， 保证一定的有效真空时间。 ( 5 ) 真空毕气体 含量的测定 ： 测定真空毕钢 中 H 、 0 含量 。 ( 6 ) 浇注准备 ： 钢锭模打磨 、 烘烤 ； 冒口泥料 处理干净 ； 中间包清理干净。 ( 7 ) 浇注 ： 采用外引流 ， 尽量缩短两精炼包交 替衔接时间( 即动态接 口时间) ， 控制合适 的浇注 温度 ， 适 当的降低浇 注温度 ， 有利 于减少钢锭裂 纹 J ， 提高钢锭质量。 ( 8 ) 脱模 ： 严 格按照工艺规定 的脱模 时间进 行脱模 。 3 2 耐火材料与辅具改进 ( 1 ) 中间包吹氩塞杆的优化 中间包吹氩塞杆原采用分 节式砖 +芯棒装 置 ， 材质为铝碳质 ， 但如果浇注大型钢锭 ( 2 0 0 t 以 上) ， 原装置往往会 因为浇注时间较长而发生浇 注毕塞杆弯曲而导致不能正常关闭的现象。经过 多次试验改进 ， 现 已采用整体式塞杆 。整体式塞 杆材质为铝碳质 ， 塞杆头部涂抹氧化锆 。经多炉 2 0 0 t 2 2 0 t 钢 锭浇注试验 ， 在近 5 0 mi n的浇注 过程后 ， 整体式塞杆都能顺利将水 口关闭， 并且保 证塞杆不发生弯曲， 这为浇注过程的安全、 顺畅提 供了保障。 ( 2 ) 限流器砖结构与材质改进 限流器是钢水浇注过程可能受到污染的最后 一 个环节 ， 为避免此类事件的发生 ， 对所使用的限 流器进行 了优化 ， 不单从结构上进行了调整 ， 还在 材质上进行了改进 ， 将原使用 的二级高铝材质改 进为现使用的高铝硅线石材质 。 ( 3 ) 钢锭模模拟优化 对初期设计的钢锭模采用数值模拟方法进行 凝固模拟试验 。结合模拟结果 ， 对所设 计的钢锭 模主要在壁厚参数上进行 了修改。在保证钢锭形 状不变 的情况下 ， 对钢锭模锭身 、 冒口、 底盘各处 壁厚都做了相应的减小。经大量工业生产实践证 明 ， 钢锭模壁厚减小有利于减缓钢锭内部的散热 ， 这样有利于热核结点 的升高 ， 有利于 冒口对锭身 的补缩 ， 避免缩孔和疏松的产生， 从而保证钢锭质 黾- 4 试验结果 两支 1 9 0 t 钢锭经对最终产 品在各取样点进 行一系列分析后得到如下结果 ： 锻件化学成分见表 2 。从表 2看 ， 两支锻件 的 化学成分稳定性较好 ， 钢 中的P、 S、 A s 、 S n、 S b ( 下转第 3 8页) 3 5 No 3 Ma v 201 4 大型铸锻件 HEAVY CAS TI NG AND FORGI NG 表 1 0 高倍组织 Ta b l e 1 0 M ic r o s c o p ic s t r u c t u r e 非金属夹杂物( 级 ) 部 位 A B C D 晶粒度 d 相 D s ( 级 ) 细 粗 细 粗 细 粗 细 粗 l一1 A 1 O 5 O 0 5 O 5 0 5 0 O 5 O 0 5 合格 表 1 1 力学性能 Ta bl e 1 1 M e c ha nic al pr o pe r t ie s 部位 温度 取样方向 R M P a Rr o 2 MP a A 5 ( ) Z f A K v J l一1 A 1 2 0 切 向 5 9 0 0 3 2 3 0 7 8 0 5 7 0 4 8 8 0 11 A 1 2 0 切 向 5 7 8 0 3 1 4 0 7 8 0 5 8 0 5 l 2 O l一1 A 4 2 0 切 向 5 7 1 O 3 2 0 0 7 9 0 5 4 0 5 4 1 0 l一1 A 4 2 0 切 向 5 9 0 0 3 2 6 0 7 9 0 5 4 0 5 4 4 0 11 A 1 3 5 0 切 向 4 3 0 0 1 6 4 0 8 O 5 5 1 5 l一1 A 1 3 5 0 切 向 4 3 0 0 1 7 8 0 8 1 O 5 2 5 l一1 A 4 3 5 0 切 向 4 3 5 0 l 6 5 0 8 2 5 5 1 5 l一1 A 4 3 5 0 切 向 4 _ 4 5 O l 6 3 0 8 2 O 5 2 O 高倍组织见表 1 0 。 力学性能见表 1 1 。 超声检测结果符合标准要求 。 4结论 采用 C a F 2 A 1 2 0 3 M g O三元渣 系、 T iO 2引弧 剂 、 自耗电极引弧 、 氮气保护及重熔过程脱氧等工 艺措施 ， 生产的 HE A 3 0 4电渣锭满足标准要求 ， 试 制取得成功。H E A 3 0 4的试制成功为今后开发生 产核反应堆管材用钢 ， 如 T P 3 1 6 L N、 S A 3 7 6低碳含 氮不锈钢的生产积累了宝贵经验。 编辑杜青 泉 ( 上接第 3 5页 ) 表 3 锻件取样 点气体含 量(1 0 ) Ta b l e 3 Ga s c o n t e n t o f s a mp l in g p o in t o n t h e