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当代化工册究
Chenmical Intermediat
科研开发
2016-01
基于ProCAST蒙乃尔合金叶轮铸造方法的优化
0杨旭
（中国石化集团金陵石化公司烷基苯厂南京210046）
摘要：蒙乃尔合全具有很好的抗腐蚀性能，能承受氢鼠酸等扇蚀，在氢鼠酸法烷基化工艺中被广泛应用，目前国内使用的进口蒙乃尔合全泵，由于供货渠道，后期维修等原因，严重影响烷基化设备的正常造行。本文借助ProCAST软件对不同材料温度下蒙乃尔合金叶轮铸造过程进行数值模拟，通过比较得到最优的铸造温度，同时针对数值模拟中出现的问题进行工艺上的改进，并进行实际铸造试制，总结优化，进一步提高蒙乃尔合全泵的国产化效率。优化后合金在实际铸造中无缩孔、缩松和气孔出现，实际使用中运行状态良好。
关键调：蒙乃尔合全；叶轮铸造；ProCAST；优化设计中图分类号：T
文献标识码：A
OptimizationofMonelMetalPumpVaneCastingMethodonBasisofProCAST
Yang xu
(Jinling Petrochemistry Company Alkylbenzene Factory of Sinopec,Nanjing,210046)
Abstract:Monelmetalhasgoodcorrosionresistancepropertyand itcanburdenhydrofuoricacidcorrosion,so it is widely used in hydrofluoric acidalikylation crafi.Presently,theimportedmonelalloypumps used inChina haveinfuencedthe normaloperarionofalkylateequipmentbecauseof the problems of supply channel and late maintenance. In this paper, mmerical simulation is taken on the course of monel metal pump vane casting in diferentmaterial temperatures and bycomparing,theoptimal temperature isgofandalso take improvementon theproblems appearing inmamerical simulationand thentakepracticalcasting trial production.Theultimateaim isto improvethe domestication eficiencyofmonelmetal pumpbytaking conclusion and oprimizartion.After optimization, the metal does nor have the problems of shrinkage cavity,shrinkage porosity and blowhole, and the operation statein practical using is good.
Key words:monel metal: pump vane casting:ProCAST; optimal design
前言
目前国内引进进口的氢氟酸催化法烷基化装置，由于其工艺过程中使用的催化剂氢氟酸是有强腐蚀性、剧毒的化学品，如果在生产过程中发生泄露，对人和设备都会造成很大的危险，所以氢氟酸法制备烷基化油对炼油设备的结构以及材料等的要求就变得很高。长期以来，只有美国环球油品公司和菲利普斯石油公司具有氢氟酸烷基化设备的两种工艺专利技术。这两种工艺对泵的要求都很高，特别是材料上，要求过流部件都为蒙乃尔合金制造，因为蒙乃尔合金有很好的抗腐蚀性能，还能承受特别是氢氟酸等腐蚀[1-2]。
烷基苯装置的反应循环泵和HF酸再生泵等为典型的蒙
乃尔合金泵，从国外进口，价格很高。目前，进口和备件采购等通道不是很畅通，严重影响了烷基化设备的正常运行与维护。此外，由于国外的年代较久，性能不能满足工业要求，因此，提升此类设备经济性也很有必要。
反应循环泵和HF酸再生泵为低比转速离心泵，具有高扬程、低流量的外特性。目前国内对蒙乃尔合金的铸造工艺的研究多局限于试验的方法，而针对蒙乃尔合金的铸造工艺的数值模拟方面的研究相对较小。铸造数值模拟能够有效提高研究工艺工程的效率，降低成本，还可以针对数值模拟中出现的问题给予针对性的解决，以得到可行的铸造工艺方案[3-6]，这对积累蒙乃尔合金的铸造工艺经验很有帮助。本文旨在对蒙乃尔合金的铸造工艺进行数值模拟，分析铸造过程中的流动情况，铸造过程中的温度场以及铸后的应力场的
分布进行预判。一、计算模型
铸造数值模拟的主要采用的数值方法有：有限差分法（FDM）、直接差分法（DFDM）、控制体积法（VEM）、有限元法（FEM）、边界元法（BEM）和格
万方数据
子气法（LGA）。目前国内广泛的使用的铸造分析软件有 ProCAST、MAGMA、Flow-3D以及华铸CAE[7-8]。这四种软件采用的算法基本都为FEM或FDM，网格数限制也不大，但是应用范围上，目前华铸CAE还有一定局限性，不支持应力分析。由于ProCAST具有以下优点：
（1）基本算法FEM适用于模拟复杂铸件成型过程中的各种物理现象。（2）全模块化设计，适用于各种铸造过程的模拟。（3）具有热力学数据库，只需输入合金的化学成分，热力学数据库就可以自动估算出这些属性。
本文采用ProCAST进行仿真。
本文中所需的叶轮，直径较小，流道很窄，普通砂型铸造达不到叶轮精度等方面的要求，故采用精密铸造的方法。根据现有设计的设计理论并参照国外蒙乃尔合金泵的大包角参数，对叶轮进行了设计。根据设计叶轮结构并参照精密铸造砂型铸造的经验，采用顶式浇注系统，并加大浇口。为防止空气被带入到型腔中，直交道顶部横截面应该比底部横截载面稍大一点，。设置较大的流道，保证叶轮的补缩量。为了防止铸件在存放、焙烧和浇注过程中受外力作用导教型壳破碎和铸件的变形，直浇道下方要比铸件突出一块。
由于ProCAST没有实体建模功能，本文在Pro/ ENGINEER软件建立模型，包括浇冒口、叶轮等。如图1所示：
图1铸件和型腔模型