魏雪晴 李 奇 管仲毅

(上海重型機器廠有限公司，上海200245)

300 MW及以上汽輪機低壓轉(zhuǎn)子冶煉工藝研究

魏雪晴 李 奇 管仲毅

(上海重型機器廠有限公司，上海200245)

介紹了300 MW及以上汽輪機低壓轉(zhuǎn)子的冶煉工藝控制要點。對耐火材料和輔具進行了改進和優(yōu)化，最終生產(chǎn)出合格的轉(zhuǎn)子鍛件。

汽輪機低壓轉(zhuǎn)子;冶煉工藝;控制要點

20世紀80年代以來火電設(shè)備進入高層次的發(fā)展時期，主要著眼于提高效率、降低污染、低耗能、低成本，機組向高參數(shù)、自動化方向發(fā)展。隨著對產(chǎn)品要求的不斷提高，對用于生產(chǎn)該產(chǎn)品的鋼錠質(zhì)量也提出了更高的要求。國內(nèi)大型鑄鍛件與國際先進水平還存在一定的差距，21世紀初期此類產(chǎn)品大部分依賴進口。針對這一現(xiàn)狀，為提高轉(zhuǎn)子質(zhì)量，我公司對300 MW及以上汽輪機低壓轉(zhuǎn)子進行了技術(shù)攻關(guān)。

1 300 MW及以上汽輪機低壓轉(zhuǎn)子用鋼的化學(xué)成分要求

我公司生產(chǎn)的300 MW及以上汽輪機低壓轉(zhuǎn)子主要涉及300 MW、600 MW和1 000 MW幾類。下面以生產(chǎn)上汽300 MW及以上低壓轉(zhuǎn)子用鋼30Cr2Ni4MoV為例進行說明。

根 據(jù) 上 汽 標 準 SQB44.05—2004，30Cr2Ni4MoV鋼的化學(xué)成分要求見表1。

表1 30Cr2Ni4M oV鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%)Table 1 Chem ical Com position of 30Cr2Ni4M oV steel(mass fraction，%)

為了達到產(chǎn)品的性能指標和金相要求，鋼的化學(xué)成分按以下要求設(shè)計:

(1)鋼中的碳控制在0.23%～0.28%之間;

(2)為提高鋼的淬透性，鋼中的Cr、Ni、Mo元素控制在規(guī)范要求的上限;

(3)Si、P、S、As、Sn、Sb、H、O、N為有害元素，控制得越低越好。

2 冶煉工藝流程

產(chǎn)品化學(xué)成分要求:Si≤0.10%，Al≤0.010%，因此采用真空碳脫氧方式進行冶煉。冶煉工藝流程為:電弧爐冶煉→精煉爐精煉→真空處理→真空碳脫氧澆注。

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，一般所用鋼錠為200 t左右。結(jié)合我公司設(shè)備能力，確定冶煉方案為:100 t電弧爐冶煉粗煉鋼水兩包，進120 t精煉工位進行精煉及真空處理，最后在200 t級或者300 t級真空室進行澆注，見圖1。

圖1 工藝流程圖Figure 1 Process flow chart

表2 鍛件取樣點化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%)Table 2 Chem ical composition of sampling point on the forging(mass fraction，%)

3 冶煉工藝要點

3.1 冶煉控制要點

結(jié)合我公司以往生產(chǎn)類似產(chǎn)品的經(jīng)驗，并結(jié)合此類產(chǎn)品新的性能要求，特提出以下幾點冶煉控制要點:

(1)爐料:采用優(yōu)質(zhì)碳素邊角料、優(yōu)質(zhì)生鐵、本鋼種返回料，配碳量合適，沾有大量油污的爐料不得入爐［1］。

(2)粗煉鋼水P的保證:嚴格控制電爐鋼水出鋼前［P］的含量，保證出鋼前［P］≤0.002%。

(3)精煉處理:充分脫氧，全程采用電極粉擴散脫氧。采用底吹氬，氬氣泡的上浮引起鋼液的攪動，能使鋼液中分散的微小夾雜得到碰撞、聚集并吸附于氣泡的表面排出，從而提高夾雜的上浮速度，達到凈化的目的［2］。

(4)真空處理:有效真空度控制在≤266 Pa，保證一定的有效真空時間。

(5)真空畢氣體含量的測定:測定真空畢鋼中［H］、［O］含量。

(6)澆注準備:鋼錠模打磨、烘烤;冒口泥料處理干凈;中間包清理干凈。

(7)澆注:采用外引流，盡量縮短兩精煉包交替銜接時間(即動態(tài)接口時間)，控制合適的澆注溫度，適當(dāng)?shù)慕档蜐沧囟?，有利于減少鋼錠裂紋［3］，提高鋼錠質(zhì)量。

(8)脫模:嚴格按照工藝規(guī)定的脫模時間進行脫模。

3.2 耐火材料與輔具改進

(1)中間包吹氬塞桿的優(yōu)化

中間包吹氬塞桿原采用分節(jié)式磚+芯棒裝置，材質(zhì)為鋁碳質(zhì)，但如果澆注大型鋼錠(200 t以上)，原裝置往往會因為澆注時間較長而發(fā)生澆注畢塞桿彎曲而導(dǎo)致不能正常關(guān)閉的現(xiàn)象。經(jīng)過多次試驗改進，現(xiàn)已采用整體式塞桿。整體式塞桿材質(zhì)為鋁碳質(zhì)，塞桿頭部涂抹氧化鋯。經(jīng)多爐200 t～220 t鋼錠澆注試驗，在近50 min的澆注過程后，整體式塞桿都能順利將水口關(guān)閉，并且保證塞桿不發(fā)生彎曲，這為澆注過程的安全、順暢提供了保障。

(2)限流器磚結(jié)構(gòu)與材質(zhì)改進

限流器是鋼水澆注過程可能受到污染的最后一個環(huán)節(jié)，為避免此類事件的發(fā)生，對所使用的限流器進行了優(yōu)化，不單從結(jié)構(gòu)上進行了調(diào)整，還在材質(zhì)上進行了改進，將原使用的二級高鋁材質(zhì)改進為現(xiàn)使用的高鋁硅線石材質(zhì)。

(3)鋼錠模模擬優(yōu)化

對初期設(shè)計的鋼錠模采用數(shù)值模擬方法進行凝固模擬試驗。結(jié)合模擬結(jié)果，對所設(shè)計的鋼錠模主要在壁厚參數(shù)上進行了修改。在保證鋼錠形狀不變的情況下，對鋼錠模錠身、冒口、底盤各處壁厚都做了相應(yīng)的減小。經(jīng)大量工業(yè)生產(chǎn)實踐證明，鋼錠模壁厚減小有利于減緩鋼錠內(nèi)部的散熱，這樣有利于熱核結(jié)點的升高，有利于冒口對錠身的補縮，避免縮孔和疏松的產(chǎn)生，從而保證鋼錠質(zhì)量。

4 試驗結(jié)果

兩支190 t鋼錠經(jīng)對最終產(chǎn)品在各取樣點進行一系列分析后得到如下結(jié)果:

鍛件化學(xué)成分見表2。從表2看，兩支鍛件的化學(xué)成分穩(wěn)定性較好，鋼中的P、S、As、Sn、Sb五害元素含量較低，氣體含量也非常低(見表3)，控制水平達到了國內(nèi)外同類產(chǎn)品的先進水平。

表3 鍛件取樣點氣體含量(×10-6)Table 3 Gas content of sam p ling point on the forge

表4 鍛件取樣點夾雜物評級與晶粒度Table 4 Inclusion evaluation and grain size of samp ling point on the forge

鍛件夾雜物評級與晶粒度見表4。從表4可以看出，鍛件取樣點夾雜物評級和晶粒度滿足技術(shù)要求，鋼水純凈度較高。

5 結(jié)論

試驗結(jié)果表明，這兩支鍛件純凈度較高，均勻性較好，很好的滿足了上汽標準。試驗結(jié)果也說明鍛件的冶煉工藝方案、耐火材料和輔具的改進是正確和有效的。

［1］ 寶鋼集團上海五鋼有限公司.電爐煉鋼500問［M］.北京. 2007:27.

［2］ 邱紹岐，祝桂華.電爐煉鋼原理及工藝［M］.北京.2008: 248.

［2］ 孟凡欽.鋼錠澆注與鋼錠質(zhì)量［M］.北京.1994:379.

編輯 杜青泉

Smelting Process of Steam Turbine Low Pressure Rotor of 300MW＆Above

W ei Xueqing，Li Qi，Guan Zhongyi

This paper presents the smelting process control key points of 300 MV and above steam turbine low pressure rotor.Refractorymaterials and auxiliary tools have been improved and optimized，eventually acceptable rotor has been produced.

low pressure rotor of steam turbine;melting process;key points of controlling

TF703

B

2013—07—26

魏雪晴(1981—)，女，碩士研究生，工程師，從事大型鑄鍛件冶煉工藝與質(zhì)量控制。