核电站爆破阀阀体的铸造工艺.pdf

核 电站爆破 阀阀体 的铸造工艺 吴欣欣 ，吴洪 勇，杨光 印 中核 苏阀横 店机械有限公司 ，浙江 东阳 3 2 2 1 1 8 摘要 为研究爆破 阀铸 件的铸造 工艺 ，分析 了阀体 的铸造技术难点 ，设 计 了冒口和冷铁及 浇注 系统 ，并结合数值 模拟优化 了工艺方案 ，确 定 了型砂 工艺、熔炼 浇注工艺、热处理和焊补处理 等控制措施。实际生产结果表明，爆破阀阀体的化学成分、力学性能和无损检验结果，以及铸 件的外观尺寸均达到技术指标要求，充分说明了所设计的铸造工艺是合理有效的。 关键词爆破 阀阀体 ；铸造 工艺；数值模拟 中图分类号T G 2 6 9 文献标识码 B 文章编号1 6 7 3 3 3 2 0 2 0 1 3 0 6 0 0 2 3 - 0 3 Ca s t i n g Pr oc e s s of Expl os i on Val ve Body f or Nu cl e ar Power St a t i on W u Xi n xi n， W u Hon g y on g， Ya ng Gu an gy i n H e v a l H e n g d i a n Ma c h i n e r y C o ． ， L t d ． CN N C， D o n g y a n g 3 2 2 1 1 8 ， Z h Ni a n g ， Ch i n a Ab s t r a c t T o r e s e a r c h t h e c a s t i n g p r o c e s s o f e x p l o s i o n v a l v e ， t h e c a s t i n g t e c h n o l o g i c a l d i ffi c u l t i e s f o r v a l v e we r e a n a l y z e d ． Th e r i s e r , d e n s e n e r a n d g a t i n g s y s t e m we r e d e s i g n e d ， a n d t h e p r o c e s s p r o g r a m wa s o p t i mi z e d wi t h n u me r i c a l s i mu l a t i o n ． T h e c o n t r o l me a s u r e s ， s u c h a s mo l d i n g s a n d p r o c e s s ， me l t i n g a n d p o u r i n g p r o c e s s ， h e a t t r e a t me n t a n d r e p a i r we l d i n g ， we r e d e t e r mi n e d ． T h e p r a c t i c a l p r o d u c t i o n s h o ws t h a t t he c he m i c a l c o mpo s i t i o n， m e c ha ni c a l p r o pe r t y , no n de s t r u c t i v e t e s t i n g r e s ul t s a n d e x t e m a l d i me n s i o n o f e x p l o s i o n v a l v e b o d y a l l r e a c h t o t h e t e c h n i c a l r e q u i r e me n t s ， wh i c h f u l l y i l l u s t r a t e s t h e d e s i g n e d c a s t i n g p r o c e s s i s r e a s o n a b l e a n d e f f e c t i v e ． Ke y wo r d s e x p l o s i o n v a l v e b o d y ； c a s t i n g p r o c e s s ； n u me r i c a l s i mu l a t i o n 爆破阀是AP 1 0 0 0 核 电站 的关键和特殊设备 ， 主要用 于核 电站第 四级 自动卸压 系统 、低 压安注 系统 以及安全 壳再循环 系统 中。其主要 工作原理 是 ，在严 重事 故工况下通 过开启 阀 门信 号触 发爆 破单元产 生 的高压气体 ，推动 阀 门中的活 塞运动 切断 阀 门通径 的盲管 ，冷 却水 即可进入堆 芯进行 冷却 。爆 破 阀能够有效 缓解和预 防严重 事故 ，减 少核 电机 组 安全设备数量 ，改 善机组安全 性和经 济性 ，是AP1 0 0 0 核 电机组 的技术亮点之 一⋯ 1 。 目 前我 国 已从美 国引进 了爆破 阀技 术 ，并在 引进技 术 的基础 上 消化 吸 收再创 新 ，实现 AP1 0 0 0 爆 破 阀 的设计 、制造 、检测 、实验 、运 行维护 的 自主 化 。为此 ，掌握 该产 品的铸造工 艺 ，对推 动爆破 阀的国产化进程具有重要意义 。 1 技术难点分析 1 ． 1 铸件结构 阀体结 构如 图 1 所 示 。整体 壁 厚较厚 且不 均 匀 ，由1 2 0 mmN2 6 0 mm不等 ，产 品铸造相对 困 难 ； 阀体 两通 道 相 贯处 存在 约 2 0 0 mm整 圈热 节 ，不利 于实现顺序凝 固，易产生缩松缺 陷 。该 产 品为首次 接触 ，铸造 性能 尚不明确 ，铸件 收缩 率 不易控制 ；铸件 冒 口、浇注 系统设计有 一定难 度 。 1 ． 2 造 型 铸件 的质量重 、壁厚厚 。砂芯长 时间接 触钢 收稿 日期 2 0 1 3 0 6 2 0 作者简介吴欣欣 1 9 8 6 一，男，助理工程师，主要从事铸造工艺与材料的研究 z 。 。 年 第 s 期 I 2 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 ． 2 浇注 系统 采 用 的 阶梯 式 浇 注 系 统 具 有 充 型平 稳 ，对 型 、芯冲 击小 ，高温金属液 在型腔 上部 ，有 利于 补缩和排气 。 2 ． 3 型砂工 艺 面砂 采用酯 硬化碱酚 醛树脂铬 铁矿砂 ，厚度 约5 0 mm，可 保证砂 型的强度 ，并 具有一定 的激 冷 效果 ；背砂采用 酯硬化碱 酚醛树 脂石英砂 ；型 腔 与砂芯 表面刷锆 英粉涂料 。砂 芯上下表面 各放 置4 个 3 0 mm的 出气孔 ，引至砂型顶部 与底 部 ； 合 箱 时把 砂 型 架 空在 专 门铺 设 的轨 道 上 ，给 下 箱 创造更 流畅 的出气通道 。合箱后用 热风机从 浇 道对 型腔 进行烘 烤 ，温度 在 1 5 0℃左右 ，直至 浇 注 。 2 ． 4 熔炼 浇 注工艺 为确 保钢液质 量 ，采用 低硫 、磷 的原材料 ， 并进 行严格检验 。中频炉与AOD精炼炉双联法 进 行熔 炼【 ， ] ， 以减少 钢液 中 的杂质和气 体含 量 ，采 用 双渣法进 一步控制硫 含量 。浇包 以及 熔炼过 程 中的所有炉料均进 行烘烤 。 严格 控制 出钢温 度和浇 注温度 。 出钢后钢 液 测温 ，根据 所测温度 与生产 经验把握钢 包吹氩 与 镇静 时 间。浇注前在铸 型 内通 入氩气 ，减少型 腔 内空气量 ，浇注 时吹氩保护 ，防止钢液氧化 。 2 ． 5 清理 及热处 理 铸件 气割浇 冒口及补贴 ，气刨修 形后进行 固 溶化热 处理 。加热温度 1 0 8 0℃1 0℃，保温 1 2 h 后水冷 。 2 ． 6 焊补 为 确 保 爆 破 阀焊补 质 量 ，形 成 焊 接 工 艺 规 范，由取得核级产 品焊接资质的人员施焊 。 3 铸件检验结果 爆破阀 阀体的化学成分检验结果见表 1 ，与铸 件 同炉热处理试块的力学性能见表2 。铸件 的外观 尺 寸满足 图纸要求 。按AS T M标准对铸 件全表 面 进行P T 检 验和 1 0 0 ％R T 检验 ，结果合格 。由此 ， 充分验证 了铸造工艺 的合理有效 。 表1 爆破阀化学成分 W 。 ／ ％ C S i M n P S Cr Ni M o 0 ． 028 0． 98 0． 9 2 0． 01 8 0．008 6 1 7- 3 9 9 ． 1 6 2． 4 4 4 结 语 针 对爆破 阀铸件 的结构 和技术要 求 ，运用数 值模拟优 化工 艺，在铸造工 艺设计 、熔 炼浇注 、 焊补 、热处理等 方面采取 多项技术措施 ，成功研 制 出爆破 阀铸件 ，推动 了核 电站爆破 阀 门的国产 化进程。 参考文献 [ 1 ] 林诚格， 郁祖 盛． 非能动安全先进核 f - A P 1 0 0 0 [ M] ． 北京 原子 能出版社， 2 0 0 8 ． [ 2 ] 中国机械工程学会铸造分会． 铸造手册 铸钢 第2 卷[ M] ． 北 京 机械工业 出版社， 2 0 0 2 ． [ 3 ] 李强， 赵美玲， 张静， 等． A0D法在铸造不锈钢 中的应用[ J ] l 特种铸造及有色合佥， 1 9 9 8 ， 1 8 5 4 5 ． 4 7 ． 铸造工程 杂志征订、征稿启事 铸造工程杂志 原 造型材料是国内外公开发行的铸造专业期刊。1 9 7 7 年创刊。杂志内容以刊登铸造专业 工程技术发展动向为特色，同时也介绍行业内国内外铸造领域相关的新技术、新工艺、新设备、新材料等信息。 铸造工程杂志主要栏 目有材料与工艺、生产技术、计算机应用、管理技术、经验交流、综述及行业动态信息 等，适合国内外生产企业的管理人员、技术人员、产品和工艺设计人员，各科研院所以及各大专院校等人员阅读，也是 业内同行互相交流信息的平台。 铸造工程杂志，双月刊，国内统一连续出版物号c N 3 1 1 9 5 0 ／ T G ，国际标准连续出版物号 I S S N 1 6 7 3 3 3 2 0 。国内外公开发行， 国内邮发代号4 - 6 1 2 ，国外发行代号B M 8 4 1 3 。每期定价1 O 元，全年6 0 元。全国各地邮局均可 订阅，也可直接向本刊编辑部随时邮购。 地址上海市东川 I 路8 0 0 号上海交通大学材料科学与工程学院邮编2 0 0 2 4 0 联系人季敦生 电话0 2 卜6 2 9 3 3 4 8 5 传真O 2 卜6 2 9 3 2 1 7 5 E m a i 1 f o n d e n g g m a i l ． e o m z 年 第 s期 I 2 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m