CN114350970A - 双回路导电结晶器电渣重熔控制水轮机导叶铸件质量方法 - Google Patents

Abstract

一种双回路导电结晶器电渣重熔控制水轮机导叶铸件质量的方法，具体步骤为：1)烘烤渣料；2)确定渣量和上、下结晶器的填充比；放置底垫和下结晶器并在电极端头绑定起弧料；3)接通电源并开始加渣，起弧化渣；4)渣料全部熔清后，调节设定重熔电流和电压，进行下结晶器内的电渣重熔；5)下结晶器内的电渣重熔完毕后，安装导电上结晶器，更换电极，并重新调节设定重熔电流和电压，通过电源→自耗电极→渣料→金属熔池→铸件→底水箱→电源、电源→自耗电极→渣料→导电上结晶器→电源双回路进行电渣重熔；6)重熔后期，电渣重熔点停补缩操作后断电，冷却得重熔水轮机导叶铸件。采用该方法可获得表面和内部质量均良好的水轮机导叶铸件。

Description

双回路导电结晶器电渣重熔控制水轮机导叶铸件质量方法

技术领域

本发明属于电渣特种冶金技术领域，特别涉及一种双回路导电结晶器电渣重熔控制水轮机导叶铸件质量的方法。

背景技术

电渣重熔作为电渣冶金的一个重要分支，集熔化、精炼、凝固、近终成形为一体，是生产高品质铸件的重要方法之一，其具备去除非金属夹杂物，降低有害元素含量，控制结晶方向，使铸件自下而上顺序凝固的特点，较传统铸造方法，电渣铸件具有普通模铸无可比拟的内在质量优势。

在电渣重熔水轮机导叶铸件技术的发展过程中，大型水轮机导叶铸件长轴根部变截面处易出现心部疏松、元素偏析、渣沟以及电分流导致的铸件表面缺陷和结晶器内套损坏等问题。这是由于水轮机导叶铸件电渣重熔时瓣体与长轴根部的结晶器型腔尺寸突变，导致渣池高度快速上升，渣池温度较高，熔化速率加快，金属熔池变深，进而导致液态金属冷却减慢，温度梯度变得平缓，形成近似垂直于结晶器壁方向上生成的柱状晶。传统解决方案为降低功率输入以控制熔化速率，进而降低金属熔池深度，解决凝固质量问题；但较低的熔化速率会导致铸件表面出现渣沟缺陷，使铸件表面质量下降，需在工艺设计时加大补贴量，这又会导致打磨加工难度增加。因此，传统方法较难兼顾铸件凝固质量与表面质量，工艺设计难度大，工艺稳定性较差，且生产成本较高。

本发明使用的双回路导电结晶器电渣重熔技术，在水轮机导叶长轴部分的电渣重熔阶段，增加导电上结晶器回路：电源→自耗电极→渣料→导电上结晶器→电源，改变渣池的温度分布，进而改变金属熔池的形状和深度，获得浅平的金属熔池，降低元素偏析，消除铸件表面渣沟和分流缺陷。在保障铸件良好的凝固质量的同时，提高表面成型质量，延长结晶器使用寿命，并降低短网损耗。

发明内容

为了解决传统电渣重熔水轮机导叶方法工艺设计难度大，工艺稳定性较差，生产成本较高的问题，本发明提供了一种采用双回路导电结晶器电渣重熔技术控制水轮机导叶铸件质量的方法，该方法可以得到浅平的金属熔池，减轻元素的偏析程度，减少渣沟和分流缺陷，从而有效保障水轮机导叶铸件的表面质量和凝固质量。

本发明的目的是通过以下措施实现的：

一种双回路导电结晶器电渣重熔控制水轮机导叶铸件质量的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1)，渣料的烘烤：

将渣料在600～800℃下烘烤4～6h后，渣料随炉降温，备用；

步骤2)，备料：

(1)确定渣量和上、下结晶器的填充比；

(2)将底垫放置在电渣炉的底水箱中央，将下结晶器坐落在底垫正上方，在电极端头绑定起弧料后对中置于下结晶器型腔内；

步骤3)，起弧化渣：

接通电源，起弧电流为1500～2000A，起弧电压为50～65V，起弧后，电流逐渐增加至5000～7000A，期间将渣料分批次加入下结晶器内，进行化渣；

步骤4)，下结晶器内的电渣重熔：

渣料全部熔清后，调节设定重熔电流和电压，重熔电流为6000～8000A，重熔电压为55～75V，进行电渣重熔，电流路径为电源→自耗电极→渣料→金属熔池→铸件→底水箱→电源；

步骤5)，双回路导电上结晶器内的电渣重熔：

下结晶器内的电渣重熔过程完毕后，将电源断开，安装导电上结晶器，更换电极，接通电源并重新调节设定重熔电流和电压，进行双回路导电结晶器电渣重熔，电流路径为两条：电源→自耗电极→渣料→金属熔池→铸件→底水箱→电源、电源→自耗电极→渣料→导电上结晶器→电源；

步骤6)，点停补缩后断电，拆箱脱模：

在电渣重熔过程后期，进行电渣重熔点停补缩操作后断电，自然冷却拆箱脱模，制得重熔水轮机导叶铸件。

其中：

步骤1)中，将渣料放入箱式电阻炉内进行烘烤，除去渣料中的水分，随炉冷却至室温备用。

步骤2)中，通过调控渣量和上结晶器的填充比控制步骤5)中长轴部分电渣重熔过程两条电流路径的电流配比，产生如下影响：

其他条件不变的情况下，随着渣量的增大，导电上结晶器中的渣池高度增大，电流从导电上结晶器回路流出的比例增大；

其他条件不变的情况下，随着上结晶器填充比的增大，电流从导电上结晶器回路流出的比例增大；

通过控制渣量将渣池高度控制在(0.5～2)·D_结，其中D_结为结晶器直径，通过控制电极直径将填充比(D_极/D_结)控制在0.5～0.8，电源→自耗电极→渣料→导电上结晶器→电源回路电流占总电流的电流配比为0.2～0.9。

步骤2)中，所用下结晶器型腔为短轴和瓣体型腔，上结晶器型腔为长轴型腔。

步骤2)中，下结晶器与底垫接触面间铺设绝缘材料(干渣料或石棉网等)。

步骤3)中，起弧方式为固态起弧，起弧瞬间添加渣料，在化渣阶段少量多次均匀添加渣料至化渣完毕，15～20分钟内加完。

步骤4)中，下结晶器不导电。

步骤5)中，导电上结晶器与下结晶器间用石棉网等材料做绝缘处理。

步骤5)中，安装导电上结晶器，更换电极的时间控制在2分钟以内。

步骤5)中，流经导电上结晶器回路的电流随导电上结晶器部分渣池高度的上升而增加，直至渣池全部上升至导电上结晶器后达到最大值。

步骤6)中，电渣重熔补缩阶段，逐步降低重熔电流，每次降低300～500A，每次间隔1～2min，点停4次以上。

本发明所述导电上结晶器接线位置处于结晶器上端部，接线铜牌安装固定于导电上结晶器顶部的接线板上，通过电源→自耗电极→渣料→导电上结晶器→电源回路实现同轴导电，减小电渣重熔过程的导电窗口。

本发明与现有技术相比，所具有的优点如下：

(1)本发明采用双回路导电结晶器电渣重熔技术制备水轮机导叶铸件，保证铸件长轴部分电渣重熔过程渣池温度分布均匀和金属熔池形状浅平，有效解决了水轮机导叶铸件长轴易出现的心部疏松、元素偏析、铸件表面渣沟和电分流缺陷以及结晶器内套损坏等问题。

(2)本发明采用双回路导电结晶器电渣重熔技术制备水轮机导叶铸件，与传统电渣重熔技术相比，可兼顾铸件良好的凝固质量与表面质量，工艺设计简单，工艺稳定性强，且补贴量大大减少，生产成本大幅降低。

(3)本发明采用双回路导电结晶器电渣重熔技术制备水轮机导叶铸件，通过调控渣量和导电上结晶器的填充比，可以有效控制流经导电上结晶器回路的电流大小，进而控制渣池的温度分布，使金属熔池浅平，降低元素偏析，消除铸件表面渣沟和分流缺陷。

附图说明

图1为本发明实施例电渣重熔所用装置结构示意图；

图2为本发明实施例1制备的水轮机导叶表面质量图。

附图标记：1-导电上结晶器；2-自耗电极；3-渣池；4-金属熔池；5-第一绝缘垫；6-水轮机导叶铸件；7-下结晶器；8-第二绝缘垫；9-底垫；10-K2开关；11-A2电流表；12-底水箱；13-K1开关；14-A1电流表；15-电源；16-A0电流表；17-K0开关。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于下述的实施例。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例1

一种双回路导电结晶器电渣重熔控制水轮机导叶铸件质量的方法，其电渣重熔示意图如图1所示，导电上结晶器接线位置处于结晶器上端部，接线铜牌安装固定于导电上结晶器顶部的接线板上，通过电源→自耗电极→渣料→导电上结晶器→电源回路实现同轴导电，减小电渣重熔过程的导电窗口，自耗电极材质为ZG0Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢，具体包括如下步骤：

步骤1)，渣料的烘烤：

将足量的渣料ANF-6(30％Al2O3+70％CaF2)在800℃下烘烤4h后，渣料随炉降温，备用；

步骤2)，备料：

(1)确定渣量和上、下结晶器的填充比：渣量20kg，下结晶器的填充比为0.55，导电上结晶器的填充比为0.67；

(2)将底垫放置在电渣炉的底水箱中央，在底垫与下结晶器接触的表面铺设报纸和干渣料做绝缘材料，将下结晶器坐落在底垫正上方，在电极端头绑定起弧料后对中置于下结晶器型腔内；

步骤3)，起弧化渣：

接通电源，起弧电流为2000A，起弧电压为65V，起弧后开始加渣，电流逐渐增加至7000A，期间将渣料分批次均匀加入下结晶器内，15分钟升流、化渣完毕；

步骤4)，下结晶器内的电渣重熔：

渣料全部熔清后，调节设定重熔电流8000A和电压70V，进行电渣重熔，电流路径为电源→自耗电极→渣料→金属熔池→铸件→底水箱→电源；

步骤5)，双回路导电结晶器电渣重熔：

下结晶器内的电渣重熔过程完毕后，将电源断开，安装导电上结晶器，更换电极，接通电源并重新调节设定重熔电流5000A和电压65V，进行双回路导电结晶器电渣重熔，电流路径为两条：电源→自耗电极→渣料→金属熔池→铸件→底水箱→电源、电源→自耗电极→渣料→导电上结晶器→电源；流经导电上结晶器回路的电流逐渐增加至3500A左右稳定，稳定后占总电流的70％左右；

步骤6)，点停补缩后断电，拆箱脱模：

在电渣重熔过程后期，进行电渣重熔点停补缩操作，将电流降至1800A后每2min降低500A直至断电，将自然冷却拆箱脱模，制得重熔水轮机导叶铸件。

本实施例制得的水轮机导叶铸件，无渣沟、电击穿等表面缺陷，且心部凝固质量良好，表面质量如图2所示。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双回路导电结晶器电渣重熔控制水轮机导叶铸件质量的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1)，渣料的烘烤：

将渣料在600～800℃下烘烤4～6h后，渣料随炉降温，备用；

步骤2)，备料：

(1)确定渣量和上、下结晶器的填充比；

(2)将底垫放置在电渣炉的底水箱中央，将下结晶器坐落在底垫正上方，在电极端头绑定起弧料后对中置于下结晶器型腔内；

步骤3)，起弧化渣：

接通电源，起弧电流为1500～2000A，起弧电压为50～65V，起弧后，电流逐渐增加至5000～7000A，期间将渣料分批次加入下结晶器内，进行化渣；

步骤4)，下结晶器内的电渣重熔：

渣料全部熔清后，调节设定重熔电流和电压，重熔电流为6000～8000A，重熔电压为55～75V，进行电渣重熔，电流路径为电源→自耗电极→渣料→金属熔池→铸件→底水箱→电源；

步骤5)，双回路导电上结晶器内的电渣重熔：

下结晶器内的电渣重熔过程完毕后，将电源断开，安装导电上结晶器，更换电极，接通电源并重新调节设定重熔电流和电压，进行双回路导电结晶器电渣重熔，电流路径为两条：电源→自耗电极→渣料→金属熔池→铸件→底水箱→电源、电源→自耗电极→渣料→导电上结晶器→电源；

步骤6)，点停补缩后断电，拆箱脱模：

在电渣重熔过程后期，进行电渣重熔点停补缩操作后断电，自然冷却拆箱脱模，制得重熔水轮机导叶铸件。

2.根据权利要求1所述双回路导电结晶器电渣重熔控制水轮机导叶铸件质量的方法，其特征在于：步骤2)中，通过调控渣量和上结晶器的填充比控制步骤5)中长轴部分电渣重熔过程两条电流路径的电流配比，渣量及上结晶器的填充比越大，流经电源→自耗电极→渣料→导电上结晶器→电源回路的电流比例越高，通过控制渣量将渣池高度控制在(0.5～2)·D_结，其中D_结为结晶器直径，通过控制电极直径D_极将填充比(D_极/D_结)控制在0.5～0.8，电源→自耗电极→渣料→导电上结晶器→电源回路电流占总电流的电流配比为0.2～0.9。

3.根据权利要求1所述双回路导电结晶器电渣重熔控制水轮机导叶铸件质量的方法，其特征在于：步骤2)中，所用下结晶器型腔为短轴和瓣体型腔，上结晶器型腔为长轴型腔。

4.根据权利要求1所述双回路导电结晶器电渣重熔控制水轮机导叶铸件质量的方法，其特征在于：步骤3)中，接通电源起弧时开始加渣，在化渣阶段将渣料分批次均匀加入，15～20分钟内加完。

5.根据权利要求1所述双回路导电结晶器电渣重熔控制水轮机导叶铸件质量的方法，其特征在于：步骤5)中，安装导电上结晶器，更换电极的时间控制在2分钟以内。

6.根据权利要求1所述双回路导电结晶器电渣重熔控制水轮机导叶铸件质量的方法，其特征在于：步骤5)中，流经导电上结晶器回路的电流随导电上结晶器部分渣池高度的上升而增加，直至渣池全部上升至导电上结晶器后稳定。

7.根据权利要求1所述双回路导电结晶器电渣重熔控制水轮机导叶铸件质量的方法，其特征在于：步骤6)中，电渣重熔补缩阶段，逐步降低重熔电流，每次降低300～500A，每次间隔1～2min，点停4次以上。

8.根据权利要求1所述双回路导电结晶器电渣重熔控制水轮机导叶铸件质量的方法，其特征在于：下结晶器与底垫接触面间铺设绝缘材料，导电上结晶器与下结晶器间做绝缘处理。

9.根据权利要求1所述双回路导电结晶器电渣重熔控制水轮机导叶铸件质量的方法，其特征在于：导电上结晶器接线位置处于结晶器上端部，接线铜牌安装固定于导电上结晶器顶部的接线板上，通过电源→自耗电极→渣料→导电上结晶器→电源回路实现同轴导电，减小电渣重熔过程的导电窗口。

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