真空電渣重熔制備雙合金汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼錠的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電渣重熔技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種真空電渣重熔制備雙合金汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼錠的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，高溫高壓的水蒸氣依次進(jìn)入高壓缸、中壓缸和低壓缸，推動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)做功。在高中壓缸中，水蒸氣的溫度壓力都較高，因此要求汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子具有較高的高溫抗蠕變性。另外，高中壓缸中的葉片較短，水蒸氣推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的扭矩小，因此對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的韌性要求不高。在低壓缸中，水蒸氣的溫度和壓力都降低了，所以對(duì)轉(zhuǎn)子的高溫抗蠕變性能要求下降。由于低壓缸中葉片變長(zhǎng)，水蒸氣推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的扭矩增大，要求汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子具有很高的韌性。對(duì)于高溫合金材料，高溫抗蠕變性和韌性是矛盾的，提高材料的高溫抗蠕變性就會(huì)降低其韌性，反之亦然。
[0003]為了使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子達(dá)到不同的性能要求，目前都是采用分段制備的方法。首先分別制備高中壓缸轉(zhuǎn)子鋼錠和低壓缸轉(zhuǎn)子鋼錠，對(duì)這兩個(gè)鋼錠進(jìn)行鍛造和熱處理，然后機(jī)加工成高中壓缸轉(zhuǎn)子和低壓缸轉(zhuǎn)子，最后使用聯(lián)軸器或者通過(guò)焊接方法將這兩段汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子連接在一起。但是這種方法不僅生產(chǎn)周期長(zhǎng)、制備成本高，而且需要對(duì)兩段汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行精密的平衡控制。兩段聯(lián)軸汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的力學(xué)性能有一定程度的降低，此外，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的最高轉(zhuǎn)速也會(huì)下降。這些都制約著汽輪機(jī)發(fā)電效率的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種真空電渣重熔制備雙合金汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼錠的裝置及方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種真空電渣重熔制備雙合金汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼錠的裝置，用于制備直徑處于1.0m-L Sm范圍內(nèi)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼錠，該裝置包括結(jié)晶器、導(dǎo)電桿、立柱、底水箱、導(dǎo)電橫臂、真空罩、真空泵；所述導(dǎo)電橫臂套在立柱上，導(dǎo)電桿固定在導(dǎo)電橫臂上，結(jié)晶器放在底水箱上，結(jié)晶器上方安裝有真空罩，真空罩與結(jié)晶器之間有耐高溫的密封墊，真空泵通過(guò)管道連接至真空罩；
該裝置還包括由兩根直徑相同而成分不同的子電極焊接而成的雙合金串接式自耗電極，雙合金串接式自耗電極與導(dǎo)電桿焊接固定，且雙合金串接式自耗電極插入結(jié)晶器中。
[0006]所述兩根直徑相同而成分不同的子電極的一端均具有沿45°角切削的倒角。
[0007]所述兩根直徑相同而成分不同的子電極同軸對(duì)齊，且在兩根子電極的倒角處焊接。
[0008]所述兩根子電極的成分分別與高中壓缸中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料和低壓缸中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料相同。
[0009]本發(fā)明還提供一種利用所述的真空電渣重熔制備雙合金汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼錠的裝置制備雙合金汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼錠的方法，包括以下步驟:
步驟1:根據(jù)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行環(huán)境，確定高中壓缸中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料和低壓缸中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料；
步驟2:準(zhǔn)備兩根直徑相同而成分不同的子電極，兩根子電極的成分分別與高中壓缸中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料和低壓缸中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料相同，兩根子電極的一端均沿45°角切削倒角；
步驟3:將兩根子電極同軸對(duì)齊，在倒角處把兩電極焊接形成雙合金串接式自耗電極；步驟4:把導(dǎo)電桿固定在導(dǎo)電橫臂上，將制備好的雙合金串接式自耗電極焊接在導(dǎo)電桿上；
步驟5:將配比好的渣料加入到化渣爐內(nèi)，通電將固態(tài)渣料熔化成液態(tài)熔渣；
步驟6:降低導(dǎo)電橫臂，將雙合金串接式自耗電極插入至結(jié)晶器中，接通結(jié)晶器和底水箱冷卻水循環(huán)系統(tǒng)；
步驟7:當(dāng)液態(tài)熔渣被加熱至1700°C ~1800°C時(shí)，注入到結(jié)晶器中；
步驟8:隨著液態(tài)熔渣液面上升，當(dāng)雙合金串接式自耗電極接觸到液態(tài)熔渣時(shí)接通交流電源，導(dǎo)電桿、雙合金串接式自耗電極、液態(tài)熔渣和底水箱組成通電回路，當(dāng)電流達(dá)到4kA~6kA時(shí)停止注入液態(tài)熔渣；
步驟9:在結(jié)晶器上方安裝真空罩，啟動(dòng)真空泵，排除真空罩和結(jié)晶器內(nèi)的氣體，使絕對(duì)真空度處于0.026kPa~60.75kPa范圍內(nèi)；
步驟10:雙合金串接式自耗電極在液態(tài)熔渣內(nèi)逐漸熔化并滴落，金屬液滴穿過(guò)液態(tài)熔渣在結(jié)晶器內(nèi)形成金屬熔池，在冷卻水作用下開始凝固；
步驟11:當(dāng)雙合金串接式自耗電極的第一根子電極熔化了 60%~80%的長(zhǎng)度后，電流線性減小到停止注入液態(tài)熔渣時(shí)的電流的50%~70%，直至當(dāng)前子電極全部熔化；此過(guò)程中，熔速減小，金屬熔池逐漸變淺，此時(shí)金屬熔池中液態(tài)金屬的成分均為第一根子電極成分；
步驟12:當(dāng)雙合金串接式自耗電極的另一根子電極開始熔化時(shí)，在其前20%~40%的長(zhǎng)度內(nèi)，電流線性增加到停止注入液態(tài)熔渣時(shí)的電流，而后電流保持不變直至當(dāng)前子電極全部熔化，此過(guò)程中，熔速增大，金屬熔池中液態(tài)金屬的成分逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪桓与姌O的成分;
步驟13:待雙合金串接式自耗電極全部熔化后，關(guān)閉交流電源，保持真空泵繼續(xù)運(yùn)行，結(jié)晶器和底水箱內(nèi)的冷卻水繼續(xù)循環(huán)直至雙合金汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼錠完全冷卻。
[0010]有益效果:
采用本發(fā)明的裝置及方法制備的雙合金汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼錠用來(lái)加工成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，可省去制備聯(lián)軸器和焊接等工序，且一體化制備可減小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度，節(jié)約材料，因而降低了生產(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期。制備相同規(guī)格的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，一體化制備比分段制備可減少材料費(fèi)至少10%，減少機(jī)加費(fèi)至少20%。一體化雙合金汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子解決了因?yàn)槭褂寐?lián)軸器或者焊接工藝而帶來(lái)的軸不對(duì)稱問(wèn)題，能夠在更高的轉(zhuǎn)速下，穩(wěn)定運(yùn)行，可以提高汽輪機(jī)發(fā)電效率。
[0011]真空電渣重熔能夠顯著提高金屬潔凈度，獲得組織致密、表面光潔度高的鋼錠。在真空環(huán)境中的壓力差作用下，水蒸氣和其他有害氣體易于排除，有利于熔渣的干燥，防止金屬氧化和氣體的進(jìn)入，同時(shí)促進(jìn)反應(yīng)向低氧方向移動(dòng)，降低了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼錠中氫氧含量。真空環(huán)境中元素?zé)龘p少，金屬收得率高，同時(shí)消除了白點(diǎn)及年輪狀偏析，顯著提高了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼錠質(zhì)量。
[0012]在子電極端頭加工出一個(gè)倒角，一方面可以降低焊接難度。另一方面，在熔煉過(guò)程中減小電流時(shí)，避免橫截面電流密度過(guò)低，影響電渣重熔過(guò)程的穩(wěn)定性。
[0013]當(dāng)雙合金串接式自耗電極熔化到兩根子電極焊接處時(shí)，先減小電流能夠使金屬熔池變淺，而后增大電流，使熔速變大，可以在短時(shí)間內(nèi)完成兩種合金成分的轉(zhuǎn)變，過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度變短。不僅縮短了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度，而且提高了轉(zhuǎn)子機(jī)械性能的穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的一種真空電渣重熔制備雙合金汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼錠的裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的雙合金串接式自耗電極結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的真空電渣重熔過(guò)程中電流變化圖；
圖中，1-立柱，2-導(dǎo)電橫臂，3-導(dǎo)電桿，4-真空罩，5-雙合金串接式自耗電極，6-密封墊，7-結(jié)晶器，8-金屬熔池，9-重熔后鋼錠，10-底水箱，11-管道，12-真空泵，13-NiCrMoV電極，14-CrMoV電極。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]實(shí)施例1
一種真空電渣重熔制備雙合金汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼錠的裝置，如圖1所示，用于制備直徑1.0m的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼錠，該裝置包括結(jié)晶器7、導(dǎo)電桿3、立柱1、底水箱10、導(dǎo)電橫臂2、真空罩4、真空泵12 ;導(dǎo)電橫臂2套在立柱I上，導(dǎo)電桿3固定在導(dǎo)電橫臂2上，結(jié)晶器7放在底水箱10上，結(jié)晶器7上方安裝有真空罩4，真空罩4與結(jié)晶器7之間有耐高溫的密封墊6，真空泵12通過(guò)管道11連接至真空罩4 ;熔化的金屬液滴從雙合金串接式自耗電極5的端頭滴落，穿過(guò)熔渣在結(jié)晶器7內(nèi)形成金屬熔池8，而后在冷卻水的強(qiáng)制冷卻下逐漸凝固形成重熔后鋼錠9，重熔過(guò)程結(jié)束后，分離真空罩4，抬起結(jié)晶器7，使其與底水箱10分離，重熔后的鋼錠便從結(jié)晶器7中脫落。
[0017]該裝置還包括由兩根直徑相同而成分不同的子電極焊接而成的雙合金串