300 MW及以上汽轮机低压转子冶炼工艺研究

魏雪晴 李 奇 管仲毅

(上海重型机器厂有限公司，上海200245)

300 MW及以上汽轮机低压转子冶炼工艺研究

魏雪晴 李 奇 管仲毅

(上海重型机器厂有限公司，上海200245)

介绍了300 MW及以上汽轮机低压转子的冶炼工艺控制要点。对耐火材料和辅具进行了改进和优化，最终生产出合格的转子锻件。

汽轮机低压转子;冶炼工艺;控制要点

20世纪80年代以来火电设备进入高层次的发展时期，主要着眼于提高效率、降低污染、低耗能、低成本，机组向高参数、自动化方向发展。随着对产品要求的不断提高，对用于生产该产品的钢锭质量也提出了更高的要求。国内大型铸锻件与国际先进水平还存在一定的差距，21世纪初期此类产品大部分依赖进口。针对这一现状，为提高转子质量，我公司对300 MW及以上汽轮机低压转子进行了技术攻关。

1 300 MW及以上汽轮机低压转子用钢的化学成分要求

我公司生产的300 MW及以上汽轮机低压转子主要涉及300 MW、600 MW和1 000 MW几类。下面以生产上汽300 MW及以上低压转子用钢30Cr2Ni4MoV为例进行说明。

根 据 上 汽 标 准 SQB44.05—2004，30Cr2Ni4MoV钢的化学成分要求见表1。

表1 30Cr2Ni4M oV钢的化学成分(质量分数，%)Table 1 Chem ical Com position of 30Cr2Ni4M oV steel(mass fraction，%)

为了达到产品的性能指标和金相要求，钢的化学成分按以下要求设计:

(1)钢中的碳控制在0.23%～0.28%之间;

(2)为提高钢的淬透性，钢中的Cr、Ni、Mo元素控制在规范要求的上限;

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

2 冶炼工艺流程

产品化学成分要求:Si≤0.10%，Al≤0.010%，因此采用真空碳脱氧方式进行冶炼。冶炼工艺流程为:电弧炉冶炼→精炼炉精炼→真空处理→真空碳脱氧浇注。

根据产品结构，一般所用钢锭为200 t左右。结合我公司设备能力，确定冶炼方案为:100 t电弧炉冶炼粗炼钢水两包，进120 t精炼工位进行精炼及真空处理，最后在200 t级或者300 t级真空室进行浇注，见图1。

图1 工艺流程图Figure 1 Process flow chart

表2 锻件取样点化学成分(质量分数，%)Table 2 Chem ical composition of sampling point on the forging(mass fraction，%)

3 冶炼工艺要点

3.1 冶炼控制要点

结合我公司以往生产类似产品的经验，并结合此类产品新的性能要求，特提出以下几点冶炼控制要点:

(1)炉料:采用优质碳素边角料、优质生铁、本钢种返回料，配碳量合适，沾有大量油污的炉料不得入炉［1］。

(2)粗炼钢水P的保证:严格控制电炉钢水出钢前［P］的含量，保证出钢前［P］≤0.002%。

(3)精炼处理:充分脱氧，全程采用电极粉扩散脱氧。采用底吹氩，氩气泡的上浮引起钢液的搅动，能使钢液中分散的微小夹杂得到碰撞、聚集并吸附于气泡的表面排出，从而提高夹杂的上浮速度，达到净化的目的［2］。

(4)真空处理:有效真空度控制在≤266 Pa，保证一定的有效真空时间。

(5)真空毕气体含量的测定:测定真空毕钢中［H］、［O］含量。

(6)浇注准备:钢锭模打磨、烘烤;冒口泥料处理干净;中间包清理干净。

(7)浇注:采用外引流，尽量缩短两精炼包交替衔接时间(即动态接口时间)，控制合适的浇注温度，适当的降低浇注温度，有利于减少钢锭裂纹［3］，提高钢锭质量。

(8)脱模:严格按照工艺规定的脱模时间进行脱模。

3.2 耐火材料与辅具改进

(1)中间包吹氩塞杆的优化

中间包吹氩塞杆原采用分节式砖+芯棒装置，材质为铝碳质，但如果浇注大型钢锭(200 t以上)，原装置往往会因为浇注时间较长而发生浇注毕塞杆弯曲而导致不能正常关闭的现象。经过多次试验改进，现已采用整体式塞杆。整体式塞杆材质为铝碳质，塞杆头部涂抹氧化锆。经多炉200 t～220 t钢锭浇注试验，在近50 min的浇注过程后，整体式塞杆都能顺利将水口关闭，并且保证塞杆不发生弯曲，这为浇注过程的安全、顺畅提供了保障。

(2)限流器砖结构与材质改进

限流器是钢水浇注过程可能受到污染的最后一个环节，为避免此类事件的发生，对所使用的限流器进行了优化，不单从结构上进行了调整，还在材质上进行了改进，将原使用的二级高铝材质改进为现使用的高铝硅线石材质。

(3)钢锭模模拟优化

对初期设计的钢锭模采用数值模拟方法进行凝固模拟试验。结合模拟结果，对所设计的钢锭模主要在壁厚参数上进行了修改。在保证钢锭形状不变的情况下，对钢锭模锭身、冒口、底盘各处壁厚都做了相应的减小。经大量工业生产实践证明，钢锭模壁厚减小有利于减缓钢锭内部的散热，这样有利于热核结点的升高，有利于冒口对锭身的补缩，避免缩孔和疏松的产生，从而保证钢锭质量。

4 试验结果

两支190 t钢锭经对最终产品在各取样点进行一系列分析后得到如下结果:

锻件化学成分见表2。从表2看，两支锻件的化学成分稳定性较好，钢中的P、S、As、Sn、Sb五害元素含量较低，气体含量也非常低(见表3)，控制水平达到了国内外同类产品的先进水平。

表3 锻件取样点气体含量(×10-6)Table 3 Gas content of sam p ling point on the forge

表4 锻件取样点夹杂物评级与晶粒度Table 4 Inclusion evaluation and grain size of samp ling point on the forge

锻件夹杂物评级与晶粒度见表4。从表4可以看出，锻件取样点夹杂物评级和晶粒度满足技术要求，钢水纯净度较高。

5 结论

试验结果表明，这两支锻件纯净度较高，均匀性较好，很好的满足了上汽标准。试验结果也说明锻件的冶炼工艺方案、耐火材料和辅具的改进是正确和有效的。

［1］ 宝钢集团上海五钢有限公司.电炉炼钢500问［M］.北京. 2007:27.

［2］ 邱绍岐，祝桂华.电炉炼钢原理及工艺［M］.北京.2008: 248.

［2］ 孟凡钦.钢锭浇注与钢锭质量［M］.北京.1994:379.

编辑 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，硕士研究生，工程师，从事大型铸锻件冶炼工艺与质量控制。