一种CAP1400核主泵泵壳的铸造工艺制造技术

一种CAP1400核主泵泵壳的铸造工艺，其属于铸造技术领域。该工艺采用金属液自直浇道依次通过横浇道和内浇道进入铸型，浇注的温度为1580℃，浇注时间为120s；铸型上设置有明顶冒口、侧暗冒口、第一端口冷铁和第二端口冷铁，优化了铸造工艺。通过ProCAST铸造模拟软件优化铸造工艺，进行流场、温度场、应力场耦合模拟计算。通过初步设计铸造工艺，结合数值模拟优化手段，可以提高研究效率，降低铸造工艺研究成本，最终实现CAP1400核主泵的成功铸造，并且满足相关技术要求。

Casting process of CAP1400 nuclear main pump casing

The invention relates to a casting process of a CAP1400 core main pump casing, belonging to the casting technical field. The process adopts the liquid metal from the sprue successively through the runner and the ingate entering into the mould, pouring temperature is 1580 DEG C, pouring time is 120s; the mold is arranged on the top side riser, dark riser, the first port and the second port iron cold cold iron, the casting process was optimized. The casting process was optimized by ProCAST casting simulation software, and the flow field, temperature field and stress field were simulated and calculated. Through the preliminary design of casting process, combined with numerical simulation and optimization method, can improve the efficiency of research, reduce the cost of casting process, the ultimate realization of the CAP1400 nuclear main pump successful casting, and meet the relevant technical requirements.

【技术实现步骤摘要】
一种CAP1400核主泵泵壳的铸造工艺
本专利技术涉及一种CAP1400核主泵泵壳的铸造工艺，其属于铸造

技术介绍
核电站只需要消耗很少的核燃料就可以产生大量的电能，每千瓦时电能成本比火电站要低20％以上。核电站还可大大减少燃料的运输量。此外，核电污染小，几乎是零排放，对于环境压力较大的中国来说，符合能源产业的发展方向。核电作为一种技术成熟、可大规模生产的安全、经济、清洁的能源，在我国的远景规划中将有更大的发展空间。预计到2020年，我国在运核电装机将达到6000万千瓦。核主泵是核电站关键系统的介质输送设备，是所有系统的心脏，承担着输送高温高压放射性的一回路冷却剂或其他电站重要用户的系统水或冷却水的供应功能，要严格确保设备的安全性、可靠性、抗震性和耐久性等，以确保核电站的系统安全，乃至核安全。随着核电事业的发展，我国已掌握了多数关键核电主设备的制造能力，唯独核主泵在我国现已投产的核电机组中仍然主要依赖国外引进。核主泵的国产化，是几代核电人追求的梦想，实现核主泵的国产化将进一步促进我国核电事业的快速发展。核主泵一直是制约我国核电站发展的最关键设备，我国目前运行的核电站中所用的主泵几乎全部依赖进口，其自主设计、制造及试验验证是我国推进核电自主化的重点和难点。现阶段我国核电站的核泵市场基本依赖国外进口，只有部分核三级泵实现了国产化。现今国内水泵企业的设计水平与发达国家相比，确有很大差距，尤其是核泵的水力模型设计、抗震分析计算、总体的部件应力分析等方面还不能自主完成。国内一些水泵厂家虽然与国外合资合作，但是水力模型还是完全照搬国外公司的图纸，甚至不敢进行微小的修改。抗震分析计算、总体的部件应力分析等，国内泵厂也只能委托清华大学等研究单位或国外的同行来完成。特别是60万以上机组的核泵设计，还只能依赖国外制造商。核泵的铸件制造难度也显著高于普通设备，难度主要体现在先进合理的制造工艺和高精度大尺寸的加工设备。对于大型主泵的泵壳，国内公司加工经验少，且国内的制造工艺和加工精度需进一步提升。此外，我国还没有60万千瓦及以上核电站机组的国家标准，核工业的标准也只针对30万机组。由于核电机组引进国家的不同，造成了国内已建和在建核电站执行标准的多样性，如广东大亚湾、岭澳和浙江秦山二期一直在执行法国RCC标准，而江苏田湾核电站执行的是俄罗斯标准。同时，还存在局部和整体标准不一致的情况，如秦山二期工程系统整体执行的是RCC标准，而主泵执行的确是美国ASME标准。上述原因是我国攻克核主泵制造难关，提高核电设备国产化率的严重阻碍。现以全面研发CAP1400核主泵技术为契机，全面掌握核一级铸件制造技术。相比普通铸件，CAP1400核主泵泵壳在铸件吨位、结构、品质等方面具有更高要求。铸件的内部缩松、夹杂和铸造组织控制是主要的技术难点，采用数值模拟等手段，可以提高研究效率，降低研发成本，逐渐优化铸造工艺，掌握铸造过程控制技术。
技术实现思路
CAP1400核主泵泵壳的主体为具有较大内腔的回旋体，一侧伸出，铸件壁厚不均匀，上下两面与侧壁相交处形成热节，上部对称分布着四个吊耳。铸件外框尺寸为2817mm╳2235mm╳1870mm，使用软件中的体测量功能，测得铸件体积为2.756m3，取密度为7.83g/cm3，铸件重量约为21.58t，且壁厚大于80mm，属于厚大铸件。由于铸件高度大，易充型过快，导致充型不平稳；壁厚尺寸大，温度分布不均匀，易产生热裂、氧化夹渣等缺陷和缩松、缩孔缺陷。为解决上述问题，本专利技术提供一种CAP1400核主泵泵壳的铸造工艺，该工艺采用薄壁位于下部的立浇方案的底雨林式浇注系统，浇注液自直浇道进入横浇道，再通过垂直并对称设置在横浇道上的6个内浇道输入铸型，再进入吊耳、明顶冒口和侧暗冒口，浇注温度为1580℃，浇注时间为120s；铸型上第一端口的处设置3块第一端口冷铁，第二端口的处设置1块第二端口冷铁；所述浇注液的材质为308L铸造不锈钢材料；所述明顶冒口为圆台状，小径1400mm，大径1500mm，高1010mm；明顶冒口设有两个明顶冒口颈，明顶冒口颈的直径为260mm，明顶毛口径的长度分别为22.5mm和60mm；侧暗冒口的侧暗冒口颈从侧面伸出，侧暗冒口颈的直径240mm，伸出长度为40mm；侧暗冒口的主体为杯状，最大截面直径1000mm，顶部直径950mm；所述横浇道截面积为20909mm2，每个内浇道的截面积为4840mm2；第一端口冷铁的尺寸为250mm╳250mm，高200mm，侧壁斜度为1/10；第二端口冷铁的尺寸为200mm╳200mm，高150mm，侧壁斜度为1/10；第二端口冷铁与铸件的接触位置为内壁，第一端口冷铁与铸件的接触位置为外壁；步骤1)研究铸件的性能需求、材质与结构特点，根据铸件图纸应用三维造型软件构建铸件三维模型。CAP1400核主泵泵壳铸件外框尺寸为2817mm╳2235mm╳1870mm，使用软件测得铸件体积为2.756m3，取密度为7.83g/cm3，铸件重量约为21.58t，且壁厚大于80mm。采用开放型、底注式浇注系统，使充型过程平稳进行，遵循顺序凝固原则。步骤2)根据本件特点，进行初步数值模拟，选取立浇方案。立浇方案薄壁部位置于下部，满足顺序凝固原则，重要平面向下或竖立。步骤3)在铸件主体的中部设置直线分型，将铸件分为两部分，吊耳采用活块造型。步骤4)选择尺寸公差等级为CT12，壁厚公差等级降低一级为CT13，铸件重量公差等级为MT12，重量公差为5％，取该件底面的RMA等级为G，确定该铸件收缩率为1.3％，取壁厚最大增加量为4.2mm，分型负数取3mm，不设置拉肋和反变形量。步骤5)本件砂芯为大型IV级别砂芯。芯头有一定的斜度，芯头与芯座之间应有一定的间隙。步骤6)采用开放式的底注型浇注系统，以直浇道上端为阻流截面，选取浇注系统各部分截面比例为A阻：A横：A内＝1:1.8:2.5。选用底雨淋式浇注系统。确定浇注时间为120s。校核计算出钢液上升速度为23.5m/s。横浇道截面设为扁平矩形，在横浇道上垂直并对称设置6个内浇道。步骤6)在铸件上部分别添加一明冒口与一侧暗冒口进行补缩，确定浇注温度为1580℃。步骤7)为进一步提高铸件质量，优化铸件凝固顺序，在缺陷相应部位设置外冷铁。CAP1400核主泵的铸造工艺采用ProCAST进行模拟和优化。利用ProCAST综合流场、温度场、应力场耦合进行铸造模拟，优化铸造工艺，减少铸件缺陷。浇注时间为120s，浇注温度为1580℃为最优方案，此时铸件主体部分基本无缺陷，且未出现热裂倾向。在砂芯伸出部分的端部设垂直芯头和水平芯头，立浇方案中砂芯的高度大于横向尺寸，且砂芯重心靠上，因此加大下芯头，将直径由642mm扩大至1000mm，稳固砂芯。本专利技术的有益效果为：该工艺采用浇注液自主浇道依次通过横浇道和内浇道进入铸型，浇注的温度为1580℃，浇注时间为120s；铸型上设置有明顶冒口、侧暗冒口、第一端口冷铁和第二端口冷铁，优化了铸造工艺。针对CAP1400核主泵，通过初步设计铸造工艺，结合数值模拟计算，利用ProCAST铸造模拟软件优化铸造工艺，进行流场、温度场、应力场耦合模拟计算。提高研究效率，降低铸造工艺研究成本，最终实现CAP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CAP1400核主泵泵壳的铸造工艺，其特征在于：该工艺采用薄壁（1）位于下部的立浇方案的底雨林式浇注系统， 浇注液自直浇道（9）进入横浇道（10），再通过垂直并对称设置在横浇道（10）上的6个内浇道（11）输入铸型，再进入吊耳（6）、明顶冒口（7）和侧暗冒口（8），浇注温度为1580℃，浇注时间为120s；铸型上第一端口（2）的处设置3块第一端口冷铁（3），第二端口（4）的处设置1块第二端口冷铁（5）；所述吊耳（6）采用活块造型；以直浇道9上端为阻流截面，阻流截面：横浇道截面：内浇道截面比例为A阻：A横：A内=1:1.8:2.5；CAP1400核主泵泵壳铸件外框尺寸为2817mm*2235mm*1870mm，铸件体积为2.756m

【技术特征摘要】
1.一种CAP1400核主泵泵壳的铸造工艺，其特征在于：该工艺采用薄壁（1）位于下部的立浇方案的底雨林式浇注系统，浇注液自直浇道（9）进入横浇道（10），再通过垂直并对称设置在横浇道（10）上的6个内浇道（11）输入铸型，再进入吊耳（6）、明顶冒口（7）和侧暗冒口（8），浇注温度为1580℃，浇注时间为120s；铸型上第一端口（2）的处设置3块第一端口冷铁（3），第二端口（4）的处设置1块第二端口冷铁（5）；所述吊耳（6）采用活块造型；以直浇道9上端为阻流截面，阻流截面：横浇道截面：内浇道截面比例为A阻：A横：A内=1:1.8:2.5；CAP1400核主泵泵壳铸件外框尺寸为2817mm*2235mm*1870mm，铸件体积为2.756m3，取密度为7.83g/cm3，铸件重量为21.58t；所述浇注液的材质为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨继伟，刘宝惜，郝海，周文龙，王晗，范世超，
申请(专利权)人：大连华锐重工集团股份有限公司，大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21