D0L:10.13374/5.issn1001-053x.2012.02.006 第34卷第2期 北京科技大学学报 Vol.34 No.2 2012年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2012 基于ProCAST软件优化压水堆核电站一回路弯管铸 造工艺 吉晓霞)王根启)杨滨)四王西涛) 1)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京1000832)烟台台海玛努尔核电设备有限公司，烟台264003 区通信作者，E-mail:byang(@usth.ed.cm 摘要利用ProCAST软件对压水堆核电站一回路90°弯管的充型和凝固过程进行了模拟.结果表明，浇注过程中金属液充 型平稳，浇注系统设计符合顺序凝固原则.利用固相率法预测了弯管易出现缩孔缩松的位置，优化设计后获得了无缩孔缩松 的弯管铸造工艺.研究表明，运用ProCAST软件有利于提高弯管铸件的工艺出品率. 关键词核电站：压水堆：管道：铸造；计算机模拟 分类号TG262 Casting technique optimization of the primary coolant bent pipes used for a pres- surized water reactor nuclear power plant by ProCAST software JⅡXiao-xia',WANG Gen--i,YANG Bin'☒，WANGXi-tao) 1)State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Yantai Taihai Maroir Nuclear Equipment Co.Lid..Yantai 264003,China Corresponding author,E-mail:byang@ustb.edu.en ABSTRACT The filling and solidification processes of the primary coolant 90 bent pipes in pressurized water reactors(PWR)were simulated by ProCAST software.The simulation results show that molten steel can be filled smoothly,which demonstrates that the ga- ting system plan meets the directional solidification principle.The locations of shrinkage and porosity in the bent pipes were predicted by using the solid fraction method.A series of technique optimizations were carried out in order to eliminate the shrinkage and porosity, so an optimized casting technique was finally obtained for the bend pipes.It is indicated that the casting yield of the bent pipes can be increased using ProCAST software analysis. KEY WORDS nuclear power plants;pressurized water reactors;pipes;casting:computer simulation 压水堆核电站一回路主管道在使用过程中除须 1主管道弯管铸造工艺设计 承受各种复杂的载荷和低、高周疲劳外，还要承受反 应堆冷却剂介质的高温、高压、高流速和含硼酸水腐 弯管材质为Z3CN2009M不锈钢，化学成分如 蚀-.因此，对主管道材料的制备工艺和性能要求 表1所示.90°弯管轮廓尺寸约为1100mm×1500 极高.一回路主管道由大尺寸、厚壁的直管和弯管 mm×3500mm,毛坯质量约8t.弯管铸件采用水平 组成3).其中，直管道由离心铸造工艺成形，弯管 浇注，中间分型.该钢种体收缩大（约6.5%），易产 由砂型铸造工艺成形.弯管的规格有90°、50°、40° 生缩孔和缩松.为实现其顺序凝固，冒口和内浇口 和2822"等数种.本文选择铸造工艺设计相对复杂 分散设置，以减少热节).为尽量减少钢液在浇注 的90°弯管为研究对象，利用ProCAST软件研究其 和充型过程中形成的Cr2O,和CO2氧化膜被卷入 充型和凝固过程，分析可能产生的缩孔缩松缺陷及 金属液形成二次夹杂，采用大截面流道、多道浇口以 其成因 实现钢液的平稳充型. 收稿日期：2010-1209 基金项目：国家高技术研究发展计划重点资助项目(2008AA031702)第 34 卷 第 2 期 2012 年 2 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 2 Feb． 2012 基于 ProCAST 软件优化压水堆核电站一回路弯管铸 造工艺 吉晓霞1) 王根启2) 杨 滨1) 王西涛1) 1) 北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京 100083 2) 烟台台海玛努尔核电设备有限公司，烟台 264003 通信作者，E-mail: byang@ ustb． edu． cn 摘 要 利用 ProCAST 软件对压水堆核电站一回路 90°弯管的充型和凝固过程进行了模拟． 结果表明，浇注过程中金属液充 型平稳，浇注系统设计符合顺序凝固原则． 利用固相率法预测了弯管易出现缩孔缩松的位置，优化设计后获得了无缩孔缩松 的弯管铸造工艺． 研究表明，运用 ProCAST 软件有利于提高弯管铸件的工艺出品率． 关键词 核电站; 压水堆; 管道; 铸造; 计算机模拟 分类号 TG262 Casting technique optimization of the primary coolant bent pipes used for a pres￾surized water reactor nuclear power plant by ProCAST software JI Xiao-xia1) ，WANG Gen-qi 2) ，YANG Bin1) ，WANG Xi-tao 1) 1) State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Yantai Taihai Marnoir Nuclear Equipment Co． Ltd． ，Yantai 264003，China Corresponding author，E-mail: byang@ ustb． edu． cn ABSTRACT The filling and solidification processes of the primary coolant 90° bent pipes in pressurized water reactors ( PWR) were simulated by ProCAST software． The simulation results show that molten steel can be filled smoothly，which demonstrates that the ga￾ting system plan meets the directional solidification principle． The locations of shrinkage and porosity in the bent pipes were predicted by using the solid fraction method． A series of technique optimizations were carried out in order to eliminate the shrinkage and porosity， so an optimized casting technique was finally obtained for the bend pipes． It is indicated that the casting yield of the bent pipes can be increased using ProCAST software analysis． KEY WORDS nuclear power plants; pressurized water reactors; pipes; casting; computer simulation 收稿日期: 2010--12--09 基金项目: 国家高技术研究发展计划重点资助项目( 2008AA031702) 压水堆核电站一回路主管道在使用过程中除须 承受各种复杂的载荷和低、高周疲劳外，还要承受反 应堆冷却剂介质的高温、高压、高流速和含硼酸水腐 蚀［1--2］． 因此，对主管道材料的制备工艺和性能要求 极高． 一回路主管道由大尺寸、厚壁的直管和弯管 组成［3--4］． 其中，直管道由离心铸造工艺成形，弯管 由砂型铸造工艺成形． 弯管的规格有 90°、50°、40° 和 28°22″等数种． 本文选择铸造工艺设计相对复杂 的 90°弯管为研究对象，利用 ProCAST 软件研究其 充型和凝固过程，分析可能产生的缩孔缩松缺陷及 其成因． 1 主管道弯管铸造工艺设计 弯管材质为 Z3CN20--09M 不锈钢，化学成分如 表 1 所示． 90°弯管轮廓尺寸约为 1 100 mm × 1 500 mm × 3 500 mm，毛坯质量约 8 t． 弯管铸件采用水平 浇注，中间分型． 该钢种体收缩大( 约 6. 5% ) ，易产 生缩孔和缩松． 为实现其顺序凝固，冒口和内浇口 分散设置，以减少热节［5］． 为尽量减少钢液在浇注 和充型过程中形成的 Cr2O3 和 CrO2 氧化膜被卷入 金属液形成二次夹杂，采用大截面流道、多道浇口以 实现钢液的平稳充型． DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.006