大型超临界C12A阀体新型浇注系统设计与工艺优化模拟

摘要

超临界火电机组是一种高效绿色的发电技术，大型C12A阀体是超临界火电机组中的重要部件，其长期服役于高温高压的工作环境中，因此对阀体铸件的质量提出了严峻的考验。在实际生产中，大型C12A阀体铸件常出现夹渣、气孔等缺陷，缺陷的产生与浇注系统设计的不合理性密不可分。已有的研究表明，浇注过程中充型紊乱，或者充型速度大于临界速度值，这两者对铸件质量都会产生不利的影响。因此，要生产合格的铸件，浇注系统设计至关重要。
　　本文针对大型超临界C12A阀体铸件，基于浇注系统设计的新理念，设计了大型C12A阀体铸件新型浇注系统，通过计算机模拟对设计方案进行了优化，确定了合理的工艺参数，并在企业试制出无缺陷高质量的C12A阀体铸件，解决了超临界火电机组用大型阀体铸件夹渣和气孔缺陷，为超临界火电机组设备制造的国产化奠定了基础。论文主要内容包括：
　　（1）大型C12A阀体铸件新型浇注系统设计
　　基于浇注系统设计的新理念，针对C12A阀体铸件中存在的缺陷，设计了三种新型浇注系统。第一种方案为无气隙随流型方案，是根据等流量原则，通过增加内浇道的截面积来降低充型速度；第二种方案是基于无气隙随流型方案，在横浇道增加了水平U型槽设计和末端集渣包设计，称为新型挡渣型浇注系统设计方案；第三种改进方案的优点是底注式充型方式，能够使充型过程更加平稳，因此称其为底注式平稳充型设计方案。
　　（2）大型C12A阀体铸造工艺优化模拟
　　用Experto Viewcast模拟软件对企业原有工艺方案及三种新设计的方案进行了充型和凝固过程模拟。根据充型和凝固过程中液态金属的流动、流速与温度分布，分析三种方案的充型过程是否平稳、是否产生喷溅，并且对内浇口处的充型速度进行监测。根据阀体铸件的温度场的变化，确定了冒口工艺和冷铁工艺，预测了缩孔疏松可能产生的位置。模拟结果表明：三种设计方案合理。
　　（3）大型C12A阀体铸件工厂试制
　　基于三种改进方案的模拟结果，进行了工业试制，在现场对整个生产工艺严格控制，对改进的三种方案进行浇注生产。铸件轮廓完整，表面无夹渣、气孔、裂纹等缺陷，根据X射线探伤结果，可知底注式平稳充型方案为最佳方案，铸件内部无缺陷产生。对新型挡渣型方案浇注系统的挡渣效果进行了实验分析，实验结果表明，水平U型槽的确有一定的挡渣效果。

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第1章 绪论

1.1 选题的背景及意义

1.2 铸造工艺计算机模拟研究进展

1.3 浇注系统设计

1.4 本论文主要研究内容

第2章 新型浇注系统设计

2.1 临界速度控制

2.2 直浇道设计

2.3 直、横浇道连接处设计

2.4 横浇道设计

2.5内浇道设计

2.6 本章小结

第3章 大型超临界C12A阀体新型浇注系统

3.1 原工艺方案

3.2 无气隙平稳充型浇注系统

3.3 挡渣型浇注系统

3.4 底注式平稳充型浇注系统

3.5 本章小结

第4章 大型超临界C12A阀体铸造工艺优化模拟

4.1 Experto Viewcast软件介绍

4.2原有工艺方案模拟

4.3 无气隙平稳充型方案模拟

4.4 新型挡渣型方案模拟

4.5 底注式平稳充型方案模拟

4.6 本章小结

第5章 大型超临界C12A阀体工厂试制

5.1 C12A阀体工厂试制

5.2 浇道挡渣效果

5.3 力学性能

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢