我国大型铸钢件生产的现状与关键技术

我国大型铸钢件生产的现状与关键技术大型铸钢件的制造业是国家装备制造的基础行业，其发展水平是衡量一个国家综合国力的重要标志。

大型铸钢件广泛用于电站、石油化工、冶金、船舶等装备以及装备制造业，如核电设备中的不锈钢主泵泵体、汽轮机缸体，水电机组的转轮、叶片、上冠、下环，火电机组中的汽缸体件，大型冶金设备中的轧机机架、车L辊、大型轴承座等。

这些大型铸钢件的制造直接关系到国家重点工程项目的质量、安全及进度，对于国计民生具有重要的意义。

1 生产企业状况及与国外的差距1.1 我国大型铸钢件生产企业现状我国的大型铸件生产企业有30多家，大部分是国有大中型企业。

目前能够生产200 t级以上铸钢件的只有一重、二重等少数几个厂家。

整个行业的产品主要供给国内市场，很少一部分出口。

品种主要为电站、冶金部件和石油化工设备、船用设备、矿山设备以及航空航天设备用大型铸件产品。

在过去的10年中，国内一些企业如一重、二重等在大型铸件领域开展了大量研发和探索工作，取得了一批具有国际先进水平且拥有自主知识产权的成果。

如研制成功300 MW 核电大刑铸锻件、550 MW水轮机组成套大型铸锻件等。

目前，我国可以生产的最大普通碳钢铸钢件为450 t，不锈钢铸件为180 t;具有一次性生产700 t级钢液、一次性浇注单重500 t级铸钢件、400墩优质铸钢件的能力。

虽然我国大型铸钢件的生产取得了长足的进步，在生产能力上甚至步人世界前列，但在铸件产品品质上存在明显的不足，尤其是一些高端产品难以满足国内市场的需求，高端铸件还依赖于进口。

例如，长江三峡一期水电工程左岸14台机组中的上冠、下环和叶片铸件的毛坯基本全部从国外进口。

在三峡左岸机组的转轮制造中，一重和二重都尝试浇铸了相关铸件，一重铸造了一片叶片，二重铸造了一片叶片、一个上冠和一个下环。

其中叶片和上冠铸件浇注成功，_并已经用于左岸机组。

但是由于还没有很好掌握铸件的变形规律，铸造的毛坯要么加工余量很大(肥头大耳)，造成工艺出品率低、加工周期长，要么出现残缺(缺肉)，造成焊补量大。

如叶片是空间曲面形状，要求5轴联动机床加工，由于加工余量过大，加工一片的周期为半月，每台水轮机转轮需要13或15片叶片，因此加工能力根本不能满足生产需要。

三峡右岸机组12台中，东方电机和哈尔滨电机股份有限公司各中标4台。

在水轮机组和发电机组方面我国企业已经掌握了设计和制造技术，但是其中大型铸锻件的生产技术我国还没有或未完全掌握。

另一方面，在进口国外高端铸件过程中，发达国家不转让大型铸件生产技术，即高端大型铸件方面我们仍然受制于(外国)人。

1.2 与国外先进企业的整距与工业发达国家相比，目前我国大型铸钢件生产在产品品种、工艺水平、质量等级以及制造装备等整体水平方面均存在着较大差距。

在大型核电设备中。

主泵、核电汽轮机缸体等大型铸钢件多采用不锈钢材料，其质量要求极高，我国尚未掌握自主生产技术，基本全部依赖进口。

主要差距表现为:①我国企业没有掌握这类大型不锈钢铸件整体铸造工艺及技术;②对材料冶炼中化学成分控制，特别是有害微量元素控制以及钢的纯度控制水平不高;③在材料力学性能控制及铸件质量的稳定性控制等方面均存在差距。

大型水电机组中的代表性铸钢件是转轮的上冠、下环和叶片。

这些铸件的质量好坏直接影响整个水轮发电机组的使用性能—机组出力、效率、空蚀和稳定性等。

与国外先进企业相比，国产转轮的差距主要表现在:①产品设计水平不高;②制造技术水平低，如在铸造技术、热处理技术等方面存在较大差距;③铸件产品质量稳定性不高，尺寸检验、质量检测技术水平低。

由于上述一些差距的存在，使我国大型铸件行业在劳动生产率、热加工产值产量和质量成本等综合指标上低于国外的先进企业，综合能力比先进国家落后约5—10年。

2 我国大型铸钢件生产的发展趋势我国国民经济高速增长，对能源、冶金、船舶、石化等工业提出了巨大的需求，这也间接对大型铸钢件提出了巨大的、高水平的需求。

此外，随着我国三峡工程、西气东输、西油东送以及振兴东北工业基地等重要工程的逐步推进，也给我国大型铸钢件行业带来了更为广阔的市场前景。

2.1 国内市场器求仅水电行业，我国在“十一五”和未来巧年将有巨大的发展，70万kw机组面临着巨大需求。

长江三峡工程右岸需要12台70万kW水轮机组，地下电站需要6台;已经开工的总装机容量为530万kW的广西龙滩水电站，装机总容量1 260万kW的溪洛渡电站，向家坝电站等，金沙江和黄河上游等还将需求32台以上70万kW特大型机组。

国务院批准的怅江流域综合利用规划简要报告》表明，以溪格渡建设为开端，金沙江中下游将规划兴建梯级电站12座。

今后2030年是我国水电开发的黄金时期，预计到2010年水电装机容量将由1.1亿kW发展达到1_6亿kW, 2020年水电装机容量达到2.7雀弘W。

据专家估计，未来十五年我国将需要上百台70万kW水轮机组。

这就需要上百件水轮机上冠、下环铸件、上千片水轮机叶片。

寸为5.2 mx3.6 mx1.28 m，重I6t;下环外径10.3 m,高2.59 m，重104 t，如图2所示。

[url=/amtoverview/Article68427.htm][/url]图1.重430t的三峡水轮机转轮Fig.1 Hydraulic turbine tuntter (weight 430 t)[url=/amtoverview/Article68427.htm][/url]图2 直径10m的三峡水轮机下环Fig. 2 A Francis turbine band casting超超临界燃煤发电技术是目前国际上公认的具有代表性的洁净煤发电新技术，具有效率高、可靠性高、技术成熟、实现国产化生产较快等优势。

积极促进超超临界燃煤发电机组的应用，是当前我国发电结构调整的重要任务和电力工业发展的必然趋势。

我国自行设计、自行制造的第一个百万千瓦级超超临界燃煤发电机组—浙江华能玉环电厂超超临界燃煤机组正在加紧施工建设，之后，我国将又有一批这样的发电机组投人建设。

而这里大型、耐高压、高温的缸体铸件也是关键零件之一，必须主要依靠我国自己生产。

在轧锅方面，宽厚板轧机的发展对轧机机架铸件提出了更大、更高的要求。

德国成功铸造了净重413 t的世界最大轧钢机机架，浇注钢液610 t。

二重浇注的宝钢5 m轧钢机机架铸件重380 t,钢液重量达706 t，其断面尺寸在1m以上，见图30随着我国钢铁行业热轧、冷轧生产线的不断投人，这类大型铸钢件的需求量也逐步扩大。

这些领域均为大型铸钢件行业提供了大量的市场需求，同时也对铸件产品的质量提出了更高的要求。

[url=/amtoverview/Article68427.htm][/url]图3 5m轧钢机机架铸件(380 t)Fig. 3 A heavy mill stand casting (5 m, 380 t)2.2 国外市场需求随着经济的发展和对环境的要求，发达国家部分大型铸件生产制造的重心已经逐渐向发展中国家转移，世界制造业的加工基地也逐渐向发展中国家转移。

我国的重型机械大型铸锻件制造业在技术与市场方面与世界不断接轨，凭借着不断提高的技术实力和相对较低的劳动力成本，使我国在大型铸件中的转包生产和分包生产的外贸任务量不断扩大。

国外一些特大型制造企业都逐步在中国实施转包生产计划，如大型火电站的缸体铸件、大型冶金机械配件、矿山机械用耐磨铸件等在国外都有比较好的市场。

另外，随着第三世界国家经济的发展，对冶金、电站设备的需求量越来越大，对中国的订单也日益增多。

目前，我国应该尽快缩小在产品质量、交货期和价格上与国际先进企业的差距，发展技术含量高、附加值高的出口产品，提高产品在国际市场上的竟争力。

3 大型铸钢件生产中的关键技术大型铸钢件大多为重大技术装备中的主要承载件和支撑件，铸件尺寸巨大，形状复杂，截面厚薄悬殊口这类铸件常处于高温、高压工作状态，对其性能及质量要求非常严格，尤其对高温性能要求更加严格。

铸件从小做到大，不是简单的仿制和机械式的放大;使用条件和使用环境对其力学性能、物理性能、缺陷等都有更为苛刻的要求，这就为其制造提出了更高的要求。

因此，大型铸钢件的生产过程是一个复杂的系统工程，生产满足国内需求的高精尖产品必然涉及到众多新材料、新工艺、新技术，其制造过程中的关键技术也必然涉及到材料加工过程中的众多领域和方面。

3.1 金属材料冶炼技术核电、水电、火电及冶金设备等领域中的大型铸钢件使用条件严格、性能参数高，要求具有优良的常温性能、高温性能、制造性能和热处理性能等。

大型铸钢件金属冶炼中成分的精确控制技术，杂质及有害元素去除技术，真空净化除气技术等对保证大型铸钢件的性能有着重要的作用。

当前大型铸钢件制造技术的发展，无论是国内还是国外都在向高纯度钢液获得技术发展。

大型铸钢件生产中，钢液的冶炼基本淘汰平炉设备，主要发展电炉，特别是发展高功率直流电弧炉，并积极推广应用炉外精炼和真空处理技术等进行二次精炼。

精炼操作是提高铸件优质钢液的关键工序，同时精炼工序的科学控制又是保证浇注顺利关键环节，其主要目的是确保浇注钢液成分、温度、时间节点等满足浇注要求。

目前，冶金行业中广泛应用的一系列炉外精炼技术如LF(钢包)炉法、RH炉法、VD炉法等普遍为一些大型重机厂所采用。

采用这些设备可以有效脱碳、脱硫、去除钢液中的[H]，[0]，[N]等气体杂质，实践表明钢包炉的脱硫率可达60%，成品硫含量可降至0.005%以下，氢含量可降至2x10以下，氧含量降至(30--40)x10。

例如马钢机制公司在热轧、冷轧双板轧机机架的生产过程中，钢液的冶炼采用转炉+LF或srcF炉精炼，通过确定合理的精炼工艺，在熔炼过程中一次性提供足够的精炼钢液，最终确保浇注钢液的成分、温度，尤其是钢中及全铝含量均满足要求，热轧机架满足德国DIN1681标准，冷轧机架满足日本JISG5101标准。

广泛用于水轮机铸件的不锈钢，在冶炼过程中，往往需要尽可能地降低碳含量，由于不锈钢中的Cr含量高，脱碳非常困难，因此对于这类合金的精炼通常需采用特殊的方法，现阶段、VOD(真空吹氧脱碳)法和AOD(吹氢氧脱碳)法，已经成为最为普遍的不锈钢精炼工艺。

通过这些精炼工艺可以较好的实现不锈钢冶炼中降碳保铬目的，通过恰当控制工艺，可以冶炼[Cr]20%--30%，[C+N]<=100μg/g的超低碳不锈钢。

由于上述的一些钢液炉外精炼法已普遍用千钢铁冶金行业的连铸连轧、板坯连铸的生产中，所以冶金行业比一般的机械行业在对大型铸件用钢液的精炼、材质的成分控制方面具有优势。

目前，我国重机行业也已拥有一批炉外精炼设备，在生产中发挥了重大作用;但是从总的情况来看，一批中小重机厂还没有精炼设备，有精炼设备的，设备利用率还不高，一些重要的精炼工艺及其相关技术尚处于发展阶段。