[发明专利]水轮机导叶双精炼铸造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及到水轮机导叶的双精炼铸造方法，特别是高性能水轮机活动导叶的制造工艺。

背景技术

随着水轮机正在向高效率、大型化方向发展，我国一些大、中型水电站相继开发建设，对水轮机重要零部件活动导叶的质量要求愈来愈高。同时，由于我国河流泥沙含量大，对大型机组过流部件导叶的质量性能要求更高。除具有较高力学性能之外，还需具备抗疲劳、抗空蚀性能和一定的耐蚀性能。而具有较高强韧性的低碳马氏体不锈钢材料有更好的抗空蚀磨损和抗水下疲劳性能。

目前，水轮机过流部件导叶生产方法有砂型铸造和组焊成形。钢液质量与铸件的质量密切相关。虽然通过炉外精炼技术(AOD或VOD)为铸造生产提供优质的钢液，但“三分冶炼，七分铸造”，砂型铸件不可避免产生疏松、缩孔、夹杂等铸造缺陷，使得产品内部质量不稳定，难于满足高性能指标的要求，直接影响水轮机的运行寿命和经济效益。而组焊件易于产生焊接缺陷，并且涉及的工艺工装复杂，成本较高。

电渣熔铸是一项新技术，它把钢水精炼与铸造成型两道工序一起完成的特种铸造技术，所生产的铸件结晶组织均匀致密、纯度高、硫与磷含量低、非金属夹杂物少、具有较高的韧性、抗疲劳性能及良好的焊接性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种水轮机活动导叶双精炼铸造方法，即将AOD(VOD)精炼与电渣熔铸(ESRC)技术优势于一身，生产的水轮机过流部件导叶内部质量可以提高一个等级(见表1)，性能指标得到大幅度提高。

采用的技术方案是：

1、采用AOD(VOD)精炼方法制备原料自耗电极。

AOD(VOD)精炼操作过程

采用电弧炉(中频炉)+AOD(VOD)精炼的双联冶炼工艺，主要完成不锈钢钢液去气、去夹杂、脱氧、升温、微合金化等任务，具体步骤如下：

原料：纯铁、硅铁、钼铁、低碳铬铁、锰铁、镍板、废钢、废不锈钢。

将上述原料按制备的铸件成分要求的配料比例送入电弧炉(中频炉)内熔化后，在AOD(VOD)精炼炉内吹炼。

1)AOD(VOD)精炼炉吹炼过程温度及氩氧比的控制。

a、脱碳期

在脱碳过程中，O₂和惰性气体(Ar)的比例根据钢液的实际含碳量和温度不断调整，以降低CO分压确保在脱碳过程中避免铬的氧化。根据不同温度及碳含量控制吹炼氩氧比，按顺序依次把不同比例的O₂和Ar的混合气体由喷枪吹入钢液内部氧化脱碳。

O₂∶Ar＝3∶1，C下降为0.1％～0.2％、T＝1660℃～1700℃；

O₂∶Ar＝2∶1，C下降为0.05％～0.1％、T＝1660℃～1700℃；

O₂∶Ar＝1∶2，C下降为0.01％～0.02％、T＝1700℃～1750℃；

O₂∶Ar＝1∶3，C下降为0.01％、T＝1750℃～1780℃；

经多次测温和取样分析，当温度和碳含量达到工艺要求后，进入还原期。

b、还原期

脱碳之后，进入还原阶段，用FeSi做还原剂还原钢中铬、锰和铁；加入造渣剂石灰、CaF₂造渣脱硫，进行出钢成份和温度的调整。另外，对于超低碳不锈钢钢种，AOD作为中间处理环节将碳脱到一定程度送VOD进行最终处理，制备成原料自耗电极。

2)制备成的原料自耗电极的化学成份控制在(wt％)

C≤0.05％、Si≤0.6％、Mn≤0.58％、P≤0.03％、S≤0.03％、Cr为11.5-13.5％、Ni为3.5-5.0％、Mo为0.4-1.0％、Cu≤0.50％、W≤0.5％、O≤0.004％、N≤0.008％、H≤0.00035％，余量为Fe。

2、电渣熔铸工艺过程

主要完成AOD(VOD)不锈钢自耗电极基体的第二次精炼提纯、铸件近净成型等任务，具体步骤如下：

1)渣系与渣量控制

考虑铸件不锈钢凝固特性与化学元素成分变化，合理选择所需渣系，所述渣系的主要成分为CaF₂(30％～75％)、Al₂O₃(15％～35％)、MgO(5％～15％)、CaO(5％～15％)；渣量一般为铸件重量的(1.5％～3％)。

2)引燃方式

采用固态渣引燃，所述固态渣的化学成分为TiO₂35％～50％，CaF₂40％～50％，CaO10％～15％。