基于procas的无缩孔缩松弯管铸造工艺研究

基于procas的无缩孔缩松弯管铸造工艺研究

在使用过程中，不仅要承受各种复杂的负荷和低周疲劳，还要承受高温、高压、高速带和含硼酸水的腐蚀。因此，对涂层材料的制备和性能要求很高。二次通道由大而厚的厚壁线性和弯管组成。其中，管道由离心分离造理工艺形成，曲线由砂浆造理工艺形成。90、50、40和2822的规格。在这项工作中，我们选择了设计相对复杂的90弯管，并使用probc软件对其进行了研究，并分析了可能发生的收缩间隙和收缩结构的原因。1主要参数设计弯管材质为Z3CN20--09M不锈钢,化学成分如表1所示.90°弯管轮廓尺寸约为1100mm×1500mm×3500mm,毛坯质量约8t.弯管铸件采用水平浇注,中间分型.该钢种体收缩大(约6.5%),易产生缩孔和缩松.为实现其顺序凝固,冒口和内浇口分散设置,以减少热节.为尽量减少钢液在浇注和充型过程中形成的Cr2O3和CrO2氧化膜被卷入金属液形成二次夹杂,采用大截面流道、多道浇口以实现钢液的平稳充型.针对铸钢件侧明冒口,存在如下关系时能够实现有效补缩:MC∶MN∶MR=1∶1.1∶1.4.式中,MC为铸件被补缩部位的模数,MN为冒口颈的模数,MR为冒口的模数.计算可得管腹、管背和管顶部明冒口的理论直径分别为500、460和480mm.采用保温冒口以代替普通冒口,依据保温冒口与普通冒口的模数关系MRI=MR/(1.3～1.4),选择MRI=MR/1.3时可得上述管腹、管背和管顶部保温冒口的设计直径分别为385mm、354mm和369mm.保温冒口高度以及冒口颈高度和长度的设计值计算见文献.表2汇总了设计的保温冒口主要参数.2冒口尺寸偏大的情况计算发现,弯管铸件工艺出品率偏低,原因之一是冒口尺寸偏大.为此,计算机第一次模拟时主要减小了各冒口的直径和高度,特别是减小了管腹冒口的直径以及管腹冒口颈的高度和长度(见表3),冒口数量维持不变.2.1充型结束时的温度分布图1所示为改进工艺后弯管不同时刻的充型过程图.可见,充型刚开始,钢液通过直浇道进入铸型,直浇道底端钢液流速较大(图1(a)).随着钢液不断流入,钢液在型腔内液面平稳上升(图1(b)和(c)),最终充满整个弯管(图1(d)).图2为弯管充型结束时的温度场分布.可见,充型刚结束时,浇口杯和冒口内的钢液温度高于铸件.整个浇注系统满足顺序凝固的原则,浇注系统设置较为合理.2.2第一次改进工艺下弯管凝固结果分析预测铸钢件缩孔、缩松的方法和判据包括等温曲线法、临界固相率法、收缩量法、多热节法、Niyama准则和温度梯度法等.本文采用临界固相率法预测弯管铸钢件的缩孔和缩松.临界固相率值大多为0.5～0.8,本文选取0.7作为临界固相率值.图3所示为第一次改进工艺下弯管凝固过程的分析图,图中深灰色部分的固相率大于0.7.可见:凝固进行到13742s(图3(a))和14742s(图3(b))时,管腹的两个侧冒口颈与铸件连接处出现了较大的孤立液相(如白色箭头所示).原因可能是:冒口模数偏小,冒口颈长度偏长,导致冒口补缩距离偏短,冒口内的钢液无法补缩铸件.图3(a)中红色箭头所示为顶冒口出现的孤立液相.该孤立液相的具体位置可由软件的缩孔缩松预测功能来判断.图4为弯管凝固结束后的缩孔缩松预测图.图4(a)中白色箭头所示的缩孔缩松位于管腹冒口颈与铸件连接处.这与上述分析的管腹两个侧冒口颈与铸件连接处出现较大的孤立液相(图3)结果相符.图4(b)红色箭头所示的顶冒口缩孔缩松位置在冒口根部与铸件连接处,表明顶冒口补缩液量不足.3次工艺优化在计算机模拟第一次改进工艺基础上,适当增大管腹冒口模数和顶冒口高度,缩短管腹冒口颈长度,进行了弯管铸造工艺的第二次改进.改进后冒口主要工艺参数如表4所示.图5所示为第二次改进工艺下弯管的凝固过程分析图.可见,弯管凝固至12450s(图5(a))和14950s(图5(b))时,管腹冒口中未见孤立液相.顶冒口存在缩孔缩松的具体位置(图5(b)红色箭头所示)仍据软件的缩孔缩松预测功能来判断.图6为该工艺下弯管凝固结束时的缩孔缩松预测图.图6(a)显示,管腹冒口与铸件连接处不存在缩孔缩松.图6(b)显示顶冒口的缩孔缩松位置在冒口内部(即冒口根部以上,如红色箭头所示).表明第二次工艺优化达到了消除弯管铸件内部缩孔缩松的目的.4次优化工艺过程及结果分析第二次改进工艺虽然达到了消除弯管铸件内部缩孔缩松的目的,但冒口尺寸是否有余量以及弯管铸件工艺出品率能否进一步提高都有待研究.对此,采取的第三次改进工艺是将管背冒口的直径从340mm减少到330mm.第三次改进工艺下弯管凝固过程及缩孔缩松预测图如图7所示.由图可见,管背冒口颈与铸件连接处未见孤立液相,弯管内部未见缩孔缩松.进一步减小管背冒口直径至320mm,获得的弯管凝固过程及缩孔缩松预测图如图8所示.可见,弯管凝固进行到12587s时,管背与铸件连接处出现了较小的孤立液相(图8(a)中白色箭头所示).除上述部位外,弯管铸件其他部位也产生了缩孔缩松缺陷(图8(b)白色箭头所示).综合上述模拟和分析结果,可知第三次优化弯管工艺效果最佳.当然,上述基于ProCAST软件对压水堆核电站一回路弯管铸造工艺(主要针对冒口)的优化,还需得到实际生产的验证.从目前研究结果可以看出,运用ProCAST软件有利于提高弯管铸件的工艺出品率,这对提高企业的经济效益,加快我国核电管道国产化的进程是十分有益的.5无缩孔缩松弯管铸造工艺的模拟研究(1)对90°弯管铸件浇注过程的流场进行数值模拟,表明设计的浇注系统能使钢液充型平稳,铸件凝固满足顺序凝固原则.(2)利用