專利名稱：通過加快底部、側(cè)壁冷卻獲得低偏析大型鋼錠的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種通過加快底部、側(cè)壁冷卻獲得低偏析大型鋼錠的裝置，涉 及各種級別大型鋼錠的制造過程，適用于碳鋼和合金鋼錠各種成分的偏析控制， 可以用于真空澆注和非真空澆注鋼錠的鑄造過程，控制宏觀偏析和減輕微觀偏析。
背景技術：
近年來隨著電力、冶金、石化、航天、造船等工業(yè)設備繼續(xù)向整體化和大型
化方向發(fā)展，對大鍛件的需求量越來越大，因itkx寸大型鋼錠的等級要求也越來越 高。大型鋼錠的凝固過程非常漫長，從幾十小時到上百小時不等，溶質(zhì)再分配充 分，使鋼錠不同區(qū)域化學成分不均勻，形成宏觀偏析和微觀偏析。成分偏析嚴重 影響鋼錠質(zhì)量，甚至導致鋼錠報廢。鋼錠偏析問題已經(jīng)成為影響大型鍛件質(zhì)量的 關鍵。
大型鋼錠的偏析問題倍受科研工作者和企業(yè)界關注。雖然在偏析形成機理方 面取得一定的進展，但是在偏析控制措施方面進展緩慢，幾乎沒有一項有效的措 施可以來抑制宏觀偏析。重型企業(yè)曾經(jīng)采用多包合澆的方法，來抑制偏析，但由 于鋼水在錠模中迅速混合，抑制偏析的效果非常有限。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種通過加快底部、側(cè)壁冷卻獲得低偏析大型鋼
錠的裝置，解決目前大型鋼錠偏析嚴重，生產(chǎn)效率低下的問題；根據(jù)大型鋼錠噸 位，確定不同的大型鋼錠底盤、側(cè)壁通氣的時間及流量，保證大型鋼錠偏析得到 抑制的同時，不產(chǎn)生其它缺陷。 本實用新型的技術方案是
一種通過加快底部、側(cè)壁冷卻獲得低偏析大型鋼錠的裝置，鋼錠模設置于底 盤上，在鋼錠模頂幢中下部和底盤中布置通氣管道。
所述的通過加快底部、側(cè)壁冷卻獲得低偏析大型鋼錠的裝置，鋼錠模頂部設 置保溫冒口，保溫冒口外側(cè)設置保溫絕熱板，保溫絕熱板外側(cè)設置冒口套。所述的通過加快底部、側(cè)壁冷卻獲得低偏析大型鋼錠的裝置，保溫冒口頂部 放有發(fā)熱劑和保溫覆蓋劑。
采用本實用新型獲得低偏析大型鋼錠的制造方法，包括如下步驟
1) 鋼錠模材料為灰口鑄鐵；
2) 冒口采用保溫冒口，冒口錐度為8 16%;
3) 鋼錠的高徑比(鋼錠高度與平均直徑的比值)為1:1 3:1;
4) 鋼錠材質(zhì)為碳鋼或合金鋼；
5) 在鋼錠模中下部及鋼錠模底盤中預鑄通氣管道；
6) 鋼錠澆注結(jié)束后底盤即可開始通壓縮空氣，1 6小時后鋼錠模側(cè)壁方可
通壓縮空氣。
本實用新型所用材料的化學成分中，按重量百分比計，C:0.01 0.75%， S 、 P:《0.030%。
本實用新型冒口采用保溫冒口，冒口錐度為8 16%，保溫冒口上小下大，
材料為優(yōu)質(zhì)耐火桐料高鋁磚、剛玉、莫來石、鎂磚、鋁鎂制品或硅酸鋁保溫材
料等，耐火材料外面有一層石棉保溫板。
本實用新型適用于所有高徑比的鋼錠，而在大型鋼錠上使用能取得明顯的效
益，其高徑比一般為1:1 3:1。
本實用新型采用冒口加發(fā)熱齊訴口保溫覆蓋劑；鋼錠模預熱溫度為50 200°C。 本實用新型在鋼錠模側(cè)壁中下部和底盤中布置管道，管道直徑依據(jù)鋼働屯位
來確定，內(nèi)徑范圍30 200mm。
本實用新型在鋼錠底部凝固層厚度達到150mm以上厚度時，側(cè)壁開始通壓
縮空氣。
本實用新型中，壓縮空氣開始時通氣量要小，而后逐漸加大流量，壓縮空氣 的流量在3 10kg/s范圍內(nèi)變化，壓縮空氣的壓力為5 8個大氣壓。 本實用新型中，大型鋼錠是指100 600噸的鋼錠。 本實用新型中，計算機模擬使用的軟件為ProCast。
本實用新型具有如下有益效果
1.本實用新型工藝設計合理，通過改變大型鋼錠外部換熱條件，采用了在大 型鋼錠底盤和側(cè)壁通壓縮空氣的方法，大大提高了大型鋼錠的冷卻速度，能夠顯 著縮短鋼錠的凝固時間，縮短脫模時間，提高鋼錠的生產(chǎn)效率，從而提高大型鑄鍛件的產(chǎn)量。
2. 本實用新型設計合理的通氣系統(tǒng)，壓縮空氣可m鋼,誠盤，鋼錠模側(cè)壁 進行冷卻，系統(tǒng)簡單，安全性高，可操作性強，企業(yè)容易實現(xiàn)。
3. 采用本實用新型，鋼錠的凝固時間大為縮短，對大型鋼錠的各種宏觀偏析，
尤其魏嚴重影響鋼錠質(zhì)量的"A"型偏析有明顯的抑制作用。
4. 本實用新型適用于各種材質(zhì)的大型鋼錠的制造。利用本實用新型生產(chǎn)的大 型鋼錠具有偏析低、組織激密、成本低、周期短的特點，很容易得到廣大研究機 構(gòu)和工廠認可， 一旦,泛采用，可大幅度提高大型鋼錠生產(chǎn)效率，提高鋼錠質(zhì) 量，帶來幾十到幾百個億的效益。
5. 本實用新型3Iil^關鍵工藝參數(shù)的設計，保證了在提高大型鋼錠生產(chǎn)率， 抑制鋼錠偏析的同時沒有其它鑄造缺陷產(chǎn)生。


圖l大型鋼錠模裝配示意圖；圖中
l鋼,定豐莫；2鋼牽定；3^^溫冒口； 4^^溫纟色熱板；5冒口套；6發(fā)熱齊U; 7 {^溫
覆蓋劑；8底盤；9通氣管道。
具條駄式
本實用新型一種艦加鵬部、側(cè)壁7糊獲得低偏析大型鋼錠的體如下 1、本實用新M^用高品質(zhì)保溫冒口使鋼錠頂部鋼水保持高溫，有利于保辦岡
錠頂§ ^，使冒口金屬艦鋼錠本體進行補縮，避免縮孔疏松產(chǎn)生，保溫冒口
高度由計算機模擬軟件計算后得到。
圖1為大型鋼錠模裝配示意圖，組件包括鋼錠模l、鋼錠2、保溫冒口3、保 溫絕熱板4、冒口套5、發(fā)熱劑6、保溫a^劑7、底盤8、通氣管道9等，鋼錠 模1設置于底盤8上，鋼錠模1頂部設置保溫冒口 3，保溫冒口 3外側(cè)設置保溫 絕熱板4，保溫絕熱板4外側(cè)設置冒口套5，鋼錠模l內(nèi)的空腔形成鋼錠2，保溫 冒口 3頂部放有發(fā)熱劑6、保溫覆蓋劑7，在鋼錠模1偵幢中下部和底盤8中布置 通氣管道9，通氣管道9的管道直徑依據(jù)鋼錠噸位來確定，內(nèi)徑范圍30 200mm。
3、 大型鋼錠由于凝固時間長，鋼錠底部在凝固層厚度達到一定厚度后，熱阻 在鋼錠已凝固的部位，如果側(cè)壁通氣加強冷卻時間過早，可能會導致鋼錠側(cè)壁冷 卻過快，增加鋼錠中心疏松產(chǎn)生的趨勢。
4、 本實用新型是從大型鋼錠宏觀偏析產(chǎn)生的機理出發(fā)，基于鋼錠的凝固時間和凝固〗i^^對宏觀偏析的產(chǎn)生有著重要的影響，ffl31加強大型鋼錠與外部環(huán)境的 換熱剝牛，縮短大型鋼錠的凝固時間，強化凝固jl,，從而達到抑制大型鋼錠偏 析的目的。
以下結(jié)合附圖及實施例詳述本實用新型。
實施例1
如圖1所示，鋼錠模材料為灰口織HT150,鋼錠模預掛鵬為100°C,冒 口采用保溫冒口，冒口錐度為15.6%，鋼錠高徑比為1:1;澆注金屬液重量130噸， 澆注時間25min，真空澆注，澆注溫度為1580°C，本實用新型所采用的鋼種是 H13，按重量百分比計，其化學成分C: 0.32 0.45°/。， Si: 0.80 1.20%， Mn: 0.20 0.50% ， Cr: 4.75 5.50%, Mo: 1.10 1.75%， V: 0.80 1.20 %, S ,P: <0.030%， Fe余 量。澆注完畢后，于冒口上方填充發(fā)熱劑和保溫覆蓋劑；鋼錠澆注結(jié)束后底盤即 可開始通壓縮空氣，2 3小時后，鋼錠模側(cè)壁方可開始通壓縮空氣。
本實施例中，壓縮空氣開始日寸通氣量要小，而后逐漸加大流量，壓縮空氣的 流量在3 8kg/s范圍內(nèi)變化，壓縮空氣的壓力為6個大氣壓。
采用如下工藝(l)采用頂注式澆注，澆注之前抽真空，減少二次氧化。(2) 同時使用保溫冒口和發(fā)熱齊吸保溫覆蓋劑，盡量 >鋼錠縮孔、疏松，陷。(3) 鋼錠澆注結(jié)束后底盤即可開始通壓縮空氣，2 3小時后，鋼錠模側(cè)壁方可開始通 壓縮空氣。
鋼錠凝固時間由原來的34小時^1>到30小時，生產(chǎn)率提高了12%。但;W 過模擬可以看出，底盤與鋼錠模側(cè)壁通氣后，顯著加快了鋼錠開始階段的凝固速 度，使凝固前沿ffliIM過容易產(chǎn)生"A"型偏析的區(qū)域，減輕了 "A"型偏析產(chǎn)生 的趨勢。
實施例2
與實施例1不同之處是
鋼錠模材料為灰口,HT250，鋼錠模預 度為15(TC，冒口采用保溫冒 口，冒口錐度為13.2%，鋼錠高徑比為1.4:1;澆注金屬液重量380噸，澆注時間 60min;鋼錠澆注結(jié)束后底盤即可開始通壓縮空氣，4 5小時后，鋼l定模側(cè)壁方 可開始通壓縮空氣。
本實施例中，壓縮空氣開始時通氣量要小，而后逐漸加大流量，壓縮空氣的 流量在5 9k^s范圍內(nèi)變化，壓縮空氣的壓力為8個大氣壓。本實用新型工作過^呈及結(jié)果
由于本實用新,用澆注完成后底盤即開,壓縮空氣，1 6小時后，鋼錠 模側(cè)壁開始通壓縮空氣的方法。不但會扱時糊錠f數(shù)卜表面的熱量帶走，降低鋼 錠模和底盤的溫度，縮短了鋼錠的凝固時間，同時顯著加快了鋼錠初期階段的冷
卻速度，使凝固前^ffiil3M;容易產(chǎn)生偏析的區(qū)域，顯著改善大型鋼錠的宏觀偏 析問題。
實施例的結(jié)果表明，本實用新型以大型鋼錠計 1模擬結(jié)果為依據(jù)，所設計
的大型鋼錠底盤、側(cè)壁通氣7轉(zhuǎn)卩皿可顯著提高大型鋼錠的凝固速度，縮短脫模
時間，改善大型鋼錠的凝固狀態(tài)，對大型鋼錠的各種偏析有艦的抑制作用，尤
其就嚴重影響鋼,頓量的"A"型偏析有明顯的抑制作用，適用于碳鋼或合金
鋼等各種材質(zhì)的大型鋼錠的制造。
權(quán)利要求1、一種通過加快底部、側(cè)壁冷卻獲得低偏析大型鋼錠的裝置，其特征在于鋼錠模(1)設置于底盤(8)上，在鋼錠模(1)側(cè)壁中下部和底盤(8)中布置通氣管道(9)。
2、 按照權(quán)利要求1所述的通過加快底部、側(cè)壁冷卻獲得低偏析大型鋼錠的裝置，其特征在于鋼錠模(1)頂部設置保溫冒口 (3)，保溫冒口 (3)外側(cè)設置保溫絕熱板(4)，保溫絕熱板(4)外側(cè)設置冒口套(5)。
3、 按照權(quán)利要求2所述的通過加快底部、側(cè)壁冷卻獲得低偏析大型鋼錠的裝 置，其特征在于保溫冒口 (3)頂部放有發(fā)熱劑(6)和保溫覆蓋劑(7)。
專利摘要本實用新型是一種通過加快底部、側(cè)壁冷卻獲得低偏析大型鋼錠的裝置，涉及各種級別大型鋼錠的制造過程，適用于碳鋼和合金鋼錠各種成分的偏析控制，可以用于真空澆注和非真空澆注鋼錠的鑄造過程，控制宏觀偏析和減輕微觀偏析。本實用新型的鋼錠模設置于底盤上，在鋼錠模側(cè)壁中下部和底盤中布置通氣管道。本實用新型設計了大型鋼錠底盤和錠模側(cè)壁通壓縮空氣的冷卻系統(tǒng)，大大提高了大型鋼錠的冷卻速度，有效地抑制了大型鋼錠的各種偏析，解決目前大型鋼錠偏析嚴重，生產(chǎn)效率低下的問題；根據(jù)大型鋼錠噸位，確定不同的大型鋼錠底盤、側(cè)壁通氣的時間及流量，保證大型鋼錠偏析得到抑制的同時，不產(chǎn)生其它鑄造缺陷。
文檔編號B22D7/06GK201231310SQ20082001270
公開日2009年5月6日 申請日期2008年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月15日
發(fā)明者傅排先, 夏立軍, 康秀紅, 李依依, 李殿中, 桑寶光, 陳露貴 申請人:中國科學院金屬研究所