純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及厚大斷面金屬大鑄坯的制造領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種純凈化、均質(zhì)化、致密化和細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法。本發(fā)明通過(guò)在壓力作用下提高鋼鐵大鑄坯品質(zhì)的方法，可以解決現(xiàn)有大斷面鑄坯的宏觀偏析、縮孔疏松、夾雜和晶粒粗大問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)鋼鐵大鑄坯制備的純凈化、均質(zhì)化、致密化和細(xì)晶化，顯著提高鑄坯成材率。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)壓力補(bǔ)縮取代冒口重力補(bǔ)縮，實(shí)現(xiàn)無(wú)冒口鑄造，可顯著提高鑄坯的成材率。本發(fā)明適用于大斷面鋼鐵鑄坯的制造，包括圓坯、方坯和扁坯，也適用于鋁合金、鎂合金和高溫合金大鑄坯的制造，同時(shí)也適用于黑色金屬和有色金屬?gòu)?fù)雜鑄件的制造。
【專利說(shuō)明】純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及厚大斷面金屬大鑄坯的制造領(lǐng)域，包括黑色金屬和有色金屬圓坯、扁 坯和方坯的鑄造，具體地說(shuō)就是一種純凈化、均質(zhì)化、致密化、細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯（厚度大 于350mm或重量在2噸以上）的壓力鑄造方法，通過(guò)反壓作用和金屬液純凈化控制，實(shí)現(xiàn)大 鑄坯均質(zhì)化、致密化和細(xì)晶化。

【背景技術(shù)】
[0002] 鋼鐵大鑄坯是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)母材，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中。在能 源電力、冶金裝備、大型艦船、工模具鋼中，都大量使用大鑄坯軋制/鍛造的產(chǎn)品，如：核電 壓力容器、船舶用大型船用曲軸、加氫反應(yīng)器容器、航空航天領(lǐng)域鋁合金厚板、各種高端工 模具鋼等，大鑄坯的質(zhì)量在很大程度上決定后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量。目前，300mm以下厚度的鑄坯 基本采用連鑄技術(shù)生產(chǎn)，但是300mm以上特殊鋼的鑄坯基本依賴模鑄方法生產(chǎn)。模鑄厚大 斷面鑄坯存在的主要問(wèn)題是宏觀偏析、縮孔疏松、夾雜和晶粒粗大等，難以依賴常規(guī)手段解 決。與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)生產(chǎn)的鋼鐵大鑄坯內(nèi)在質(zhì)量和成材率方面都明顯落后，導(dǎo)致 我國(guó)高端特殊鋼大量進(jìn)口。
[0003] 在國(guó)際上，鋼鐵大鑄坯的制造主要分為兩個(gè)階段：1)大冒口模鑄技術(shù)。上世紀(jì) 九十年代，生產(chǎn)的大鋼錠等冒口和尾椎切除率超過(guò)20 %，成材率低。提高質(zhì)量的主要手段是 增加補(bǔ)縮強(qiáng)度，犧牲材料利用率。2)小冒口模鑄技術(shù)。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，國(guó)外在鋼鐵大鑄 坯的制造技術(shù)方面上升了一個(gè)新臺(tái)階，通過(guò)提高耐火材料的保溫效果，顯著減少冒口尺寸， 大大提高了材料利用率。目前，在德國(guó)、瑞典、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，模鑄鋼錠的材料利用 率甚至達(dá)到了 90%，而我國(guó)仍維持在80%左右。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)外在煉鋼水平上都有了很 大提高，這樣大鑄坯的內(nèi)在質(zhì)量明顯改善。目前國(guó)內(nèi)外普遍發(fā)展大高徑比鑄坯，高徑比超過(guò) 4.0。但是，目前大鑄坯存在的主要問(wèn)題是：由于冒口重力補(bǔ)縮效果減弱，中心疏松缺陷難以 控制；由于斷面尺寸增大，晶粒長(zhǎng)大導(dǎo)致粗晶問(wèn)題；澆注不穩(wěn)定經(jīng)常帶來(lái)夾雜問(wèn)題；斷面尺 寸增大后宏觀偏析缺陷嚴(yán)重。在當(dāng)前的重力澆注條件下，上述問(wèn)題難以從根本上解決。
[0004] 而采用反壓鑄造方法，可以顯著改善充型過(guò)程的平穩(wěn)性，確保純凈鋼水進(jìn)入型腔， 解決夾雜問(wèn)題；通過(guò)氧化物和硫化物的控制，可以抑制宏觀偏析的形成，解決宏觀偏析缺陷 問(wèn)題；通過(guò)充型和凝固過(guò)程施加壓力，可以解決重力補(bǔ)縮不足導(dǎo)致的鑄坯中心疏松問(wèn)題； 通過(guò)凝固過(guò)程加壓，可以提高鑄坯的冷卻速率，增加形核數(shù)量，細(xì)化晶粒；通過(guò)壓力補(bǔ)縮替 代冒口重力補(bǔ)縮，進(jìn)一步提高材料利用率，實(shí)現(xiàn)無(wú)冒口鑄造。因此，發(fā)展壓力作用下的鋼鐵 大鑄坯制造技術(shù)，是發(fā)展的必然趨勢(shì)，具有引領(lǐng)作用，也是第三代鋼鐵大鑄坯的標(biāo)志性技 術(shù)。這有利于提高大鑄坯的制造質(zhì)量和材料利用率，從根本上解決鑄造成形缺陷和組織粗 大問(wèn)題。大鑄坯質(zhì)量的提升必然帶來(lái)后續(xù)鍛件/軋材質(zhì)量的提升，這對(duì)于整個(gè)裝備制造業(yè) 和特殊鋼行業(yè)具有重大意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種純凈化、均質(zhì)化、致密化、細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄 造方法，通過(guò)壓力鑄造方式將純凈的高溫金屬液平穩(wěn)緩慢地充填到大鑄坯型腔中，并使大 鑄坯在壓力作用下結(jié)晶凝固，從而實(shí)現(xiàn)大鑄坯純凈化、均質(zhì)化、致密化、細(xì)晶化制造。
[0006] 基于此目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法，具體步驟如下：
[0008] (1)盛有精煉金屬液的鋼包放入增壓罐內(nèi)或鋼包自身作為增壓罐，金屬鑄型裝備 和升液管置于增壓罐上方，升液管插入增壓罐內(nèi)金屬液中；
[0009] (2)金屬鑄型裝備、升液管和增壓系統(tǒng)密封后啟動(dòng)壓力控制器，對(duì)金屬液面施加氣 體壓力，金屬液在壓力作用下通過(guò)升液管平穩(wěn)充入金屬鑄型內(nèi)；
[0010] (3)金屬鑄型充滿后，增加壓力，然后保持壓力直至金屬液完全凝固；
[0011] (4)鑄坯凝固后釋放壓力，移走升液管和金屬鑄型裝備，打開(kāi)金屬鑄型裝備，鑄坯 在高溫下脫模，進(jìn)行緩冷或高溫?cái)U(kuò)散退火。
[0012] 所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法，冶煉后金屬液經(jīng) 過(guò)中頻爐或者電弧爐粗煉，然后進(jìn)行爐外精煉和真空處理，形成精煉金屬液。
[0013] 所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法，冶煉后金屬液的 溫度保持在1600°c之上。
[0014] 所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法，鋼包中金屬液的 全氧含量1'.0〈20\10'[5]〈50\10 -6，[?]〈100父10-6，[!1]〈2.0\10'
[0015] 所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法，鋼包中金屬液在 充入金屬鑄型前高于液相線溫度20?50°C，進(jìn)行低過(guò)熱度澆注。
[0016] 所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法，金屬液在氣體壓 力作用下以小于〇. 5m/s的速度充型，并通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)整充型速度，充型速度和壓 力根據(jù)需要實(shí)時(shí)可控，在計(jì)算機(jī)上動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；充入金屬鑄型過(guò)程中緩慢升壓，升壓速度控制 在0. 01?0. 2atm/min ;金屬液充滿金屬鑄型后，在3?10個(gè)大氣壓作用下保壓凝固，直至 凝固結(jié)束。
[0017] 所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法，增壓罐為鋼結(jié)構(gòu) 制造，采用承受10個(gè)大氣壓以上的壓力容器結(jié)構(gòu)。
[0018] 所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法，升液管為復(fù)合結(jié) 構(gòu)，以鋼管為骨架，內(nèi)襯耐火磚，外襯耐火材料，在金屬液壓力作用下保持2小時(shí)以上不潰 散。
[0019] 所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法，金屬鑄型裝備 和升液管組裝在可移動(dòng)的液壓裝置上，液壓裝置移動(dòng)到增壓罐上方，然后升液管沿增壓罐 頂蓋插入鋼包內(nèi)的金屬液中，之后密封升液管和增壓罐頂蓋；金屬液充滿金屬鑄型后2? 20h，待凝固結(jié)束卸載壓力，移走液壓裝置，打開(kāi)增壓罐。
[0020] 所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法，該方法適用于厚 度大于350mm以上的圓坯、方坯或扁坯，也適用于同等尺寸的鋁合金、鎂合金或高溫合金鑄 坯，還適用于各種尺寸規(guī)格的有色或黑色金屬?gòu)?fù)雜鑄件的制造。
[0021] 本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是：
[0022] 本發(fā)明通過(guò)對(duì)鋼包中精煉金屬液的液面加壓，使純凈金屬液沿升液管平穩(wěn)充入鑄 型中，防止金屬液湍流導(dǎo)致的夾雜問(wèn)題；通過(guò)控制金屬液精煉和充型過(guò)程的氧化物和硫化 物夾雜，以及充型過(guò)程的溫度場(chǎng)分布，解決氧化物夾雜等導(dǎo)致的A型偏析，以及型腔內(nèi)金屬 液表面冷膜沉降導(dǎo)致的負(fù)偏析問(wèn)題；通過(guò)對(duì)金屬液充型加壓和凝固過(guò)程保壓，解決鑄坯凝 固過(guò)程中的縮孔疏松問(wèn)題；通過(guò)凝固過(guò)程保壓，加強(qiáng)金屬液與鑄型之間的接觸，增加鑄坯的 冷卻速度，提高壓力作用下的晶體形核數(shù)量，解決大斷面鑄坯的組織粗大問(wèn)題。在此基礎(chǔ) 上，通過(guò)壓力補(bǔ)縮取代冒口重力補(bǔ)縮，實(shí)現(xiàn)無(wú)冒口鑄造，可顯著提高鑄坯的成材率。本發(fā)明 適用于大斷面鋼鐵鑄坯的制造，包括圓坯、方坯和扁坯，也適用于鋁合金、鎂合金和高溫合 金大鑄坯的制造，同時(shí)也適用于黑色金屬和有色金屬?gòu)?fù)雜鑄件的制造。其中，
[0023] 1.金屬液在"中頻爐/電爐-鋼包精煉-真空脫氣"準(zhǔn)備過(guò)程中，控制0、S、P、 Η等氣體和雜質(zhì)元素含量（一般的要求是，T.0〈20Xl(T6(20ppm)，[S]〈50Xl(T6(50ppm)， [P]〈100 X 10_6 (lOOppm)，[Η]〈2. 0 X 10_6 (2. Oppm))，保證金屬液的純凈度，避免金屬凝固過(guò) 程中產(chǎn)生雜質(zhì)元素團(tuán)簇偏聚，抑制雜質(zhì)浮力流誘導(dǎo)的A偏析的形成。
[0024] 2.金屬液在密閉容器中采用壓力方式進(jìn)行充型，充型過(guò)程中升液管連接鋼包金屬 液面以下純凈金屬和大鑄坯型腔；壓力系統(tǒng)連接鋼包密閉容器，使金屬液面與型腔內(nèi)產(chǎn)生 壓差，從而促使純凈金屬液緩慢流動(dòng)充滿型腔，抑制澆注過(guò)程中金屬液劇烈湍流造成氧化 和夾雜，同時(shí)防止金屬液面一次渣被澆入型腔形成缺陷。
[0025] 3.充型結(jié)束，大鑄坯在壓力（3?lOatm)作用下結(jié)晶凝固，保證凝固過(guò)程中充分補(bǔ) 縮，同時(shí)增強(qiáng)鑄坯金屬液與型腔金屬模壁的接觸，提高冷卻強(qiáng)度，促進(jìn)凝固形核，細(xì)化凝固 組織。
[0026] 4.大鑄坯澆注結(jié)束后，采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)監(jiān)控溫度場(chǎng)，完全凝固后，采用高溫打 箱，進(jìn)行緩冷或擴(kuò)散退火，不僅抑制裂紋產(chǎn)生，而且提高生產(chǎn)效率。
[0027] 5.為了保證充型與凝固過(guò)程中的安全性與穩(wěn)定性，增壓設(shè)備和升液管均采用高承 壓設(shè)計(jì)。
[0028] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：
[0029] 1.本發(fā)明冶煉過(guò)程通過(guò)控制雜質(zhì)形成元素的含量，保證金屬液純凈度，從而抑制 了大鑄坯中形成A偏析，保證了大鑄坯的純凈化與均質(zhì)化。
[0030] 2.本發(fā)明大鑄坯充型過(guò)程通過(guò)反重力實(shí)現(xiàn)，并在壓力狀態(tài)下使金屬液凝固，這在 國(guó)內(nèi)外黑色冶金領(lǐng)域?qū)儆谑讋?chuàng)，具有引領(lǐng)作用。這一發(fā)明保證了金屬液充型的平穩(wěn)性，避免 了劇烈湍流產(chǎn)生的二次氧化與卷渣，同時(shí)避免不潔金屬液進(jìn)入型腔，進(jìn)一步提高了鑄坯的 純凈度。
[0031] 3.本發(fā)明大鑄坯在壓力狀態(tài)下進(jìn)行凝固，促進(jìn)了糊狀區(qū)補(bǔ)縮，抑制了縮孔疏松的 產(chǎn)生，保證了大鑄坯的致密化；同時(shí)，不依賴于冒口的壓力補(bǔ)縮方式大大減小了冒口比例 (幾乎為零），提高了大鑄坯的材料利用率。
[0032] 4.本發(fā)明壓力狀態(tài)下充型，可以大幅度提高金屬液的流動(dòng)性，因此可以實(shí)現(xiàn)低熱 度、超低過(guò)熱度澆注，大大減低凝固過(guò)程液態(tài)收縮量，有利于消除縮孔疏松；同時(shí)，超低過(guò)熱 度澆注有利于促進(jìn)凝固形核，細(xì)化鑄態(tài)晶粒。
[0033] 5.本發(fā)明在較高壓力狀態(tài)下凝固，致使金屬液與型腔之間的接觸面積增加，促進(jìn) 了界面熱量交換，提高了鑄坯冷卻強(qiáng)度，增加了凝固形核率，有效細(xì)化了大鑄坯的凝固組 織，避免最終粗晶、混晶類缺陷的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了大鑄坯與后續(xù)產(chǎn)品的細(xì)晶化。
[0034] 6.采用本發(fā)明凝固結(jié)束后，采用高溫打箱，促進(jìn)凝固過(guò)程中的應(yīng)力釋放，避免產(chǎn)生 鑄態(tài)裂紋，不僅提商了廣品合格率，而且大大提商生廣效率，節(jié)約能源。
[0035] 7.本發(fā)明增壓罐、升液管等采用高承壓設(shè)計(jì)，保證了生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性與安全性。
[0036] 8.本發(fā)明具有很好的移植性，不僅適用于黑色金屬大鑄坯的高品質(zhì)制備，也適用 于有色金屬鑄坯與鑄件的生產(chǎn)，尤其對(duì)于高合金、高附加值產(chǎn)品，特別有利于提高其大鑄坯 的純凈度、均質(zhì)性和致密度，并有利于細(xì)化組織。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1為本發(fā)明大鑄坯壓力鑄造成套工裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1、錠模；2、密封壓板； 3、下底板；4、耐火磚；5、升液管；6、鋼包；7、增壓罐；8、壓力控制器；9增壓罐頂蓋；10螺栓； 11錠模下法蘭。
[0038] 圖2(a)-圖2(b)為本發(fā)明升液管結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖2(a)為主視圖；圖2(b) 為圖2(a)的I處放大圖。圖中，51、耐火材料層；52、隔熱材料層I ;53、鋼管；54、隔熱材料 層II ;55、澆道磚；56升液管法蘭。
[0039] 圖3為采用本發(fā)明生產(chǎn)的高致密鑄坯圖片。

【具體實(shí)施方式】
[0040] 如圖1-圖2所示，本發(fā)明大鑄坯壓力鑄造成套工裝主要包括：錠模1、密封壓板2、 下底板3、耐火磚4、升液管5、鋼包6、增壓罐7、壓力控制器8等，具體結(jié)構(gòu)如下：
[0041] 鋼包6置于增壓罐7中（或鋼包自身作為增壓罐），增壓罐7通過(guò)管道與壓力控 制器8連通，形成增壓鑄造裝置；增壓罐7為鋼結(jié)構(gòu)制造，采用承受10個(gè)大氣壓以上的壓力 容器結(jié)構(gòu)。增壓罐7頂部設(shè)置增壓罐頂蓋9,升液管5的下端與鋼包6相通，升液管5的上 端穿過(guò)增壓罐頂蓋9,該端通過(guò)耐火磚4的中心孔與錠模1相通，升液管5頂部設(shè)置升液管 法蘭56,升液管5頂部通過(guò)升液管法蘭56固定密封于增壓罐頂蓋9與耐火磚4之間；耐火 磚4的外側(cè)設(shè)置下底板3于增壓罐頂蓋9之上，錠模1通過(guò)錠模下法蘭11的底面置于下底 板3之上；密封壓板2為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其縱截面為頂面和立面構(gòu)成的直角形，密封壓板2的頂 面與錠模下法蘭11的背面壓接，密封壓板2的立面與增壓罐頂蓋9抵觸，密封壓板2的頂 面與增壓罐頂蓋9之間通過(guò)螺栓10連接，使錠模1固定于下底板3之上，錠模下法蘭11與 下底板3之間通過(guò)密封壓板2實(shí)現(xiàn)密封。
[0042] 如圖2(a) -圖2(b)所示，升液管5主要包括：耐火材料層51、隔熱材料層I 52、鋼 管53、隔熱材料層II 54、澆道磚55、升液管法蘭56等，具體結(jié)構(gòu)如下：
[0043] 升液管5為復(fù)合結(jié)構(gòu)，升液管5頂部為升液管法蘭56,升液管法蘭56以下的管狀 部分為分層結(jié)構(gòu)，由外到內(nèi)依次為耐火材料層51、隔熱材料層I 52、鋼管53、隔熱材料層 II 54、燒道磚55,升液管法蘭56與鋼管53為一體結(jié)構(gòu)。從而，以鋼管為骨架，內(nèi)襯耐火磚， 外襯耐火材料，使升液管5同時(shí)具有耐熱隔熱效果好、傳輸鋼液流動(dòng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊固和安裝 方便等功能和作用，在金屬液壓力作用下保持2小時(shí)以上不潰散。
[0044] 本發(fā)明中，金屬鑄型裝備和升液管組裝在可移動(dòng)的液壓裝置上，液壓裝置移動(dòng)到 增壓罐上方，然后升液管沿增壓罐頂蓋插入鋼包內(nèi)的金屬液中，之后密封升液管和增壓罐 頂蓋；金屬液充滿金屬鑄型后2?20h，待凝固結(jié)束卸載壓力，移走液壓裝置，打開(kāi)增壓罐。
[0045] 本發(fā)明通過(guò)采用壓力鑄造方法生產(chǎn)鋼鐵大鑄坯，實(shí)現(xiàn)純凈化、均質(zhì)化、致密化、細(xì) 晶化，具體實(shí)施步驟與方式如下：
[0046] 1.通過(guò)"中頻爐/電弧爐-鋼包精煉-真空脫氣"等工藝路線制備金屬液，按重量 比計(jì)，實(shí)現(xiàn) Τ· 0〈20 X ΚΓ6, [S]〈50 X ΚΓ6, [P]〈100 X ΚΓ6, [H]〈2. 0 X Hr6 等金屬液純凈化控制 目標(biāo)。
[0047] 2.如圖1所示，將液相線溫度20°C以上的高溫金屬液（優(yōu)選過(guò)熱度20?50°C )， 存放在鋼包6中，并將鋼包6放置到增壓罐7內(nèi)。
[0048] 3.組裝好升液管5、耐火磚4、下底板3和錠模1，并采用密封壓板2進(jìn)行密封，壓 力控制器8通過(guò)管道與增壓罐7連通。金屬鑄型裝備和升液管組裝在可移動(dòng)的液壓裝置 上，液壓裝置移動(dòng)到增壓罐上方，然后升液管沿增壓罐頂蓋插入鋼包內(nèi)的金屬液中，之后密 封升液管和增壓罐頂蓋。
[0049] 4.采用密封壓板進(jìn)行密封，檢驗(yàn)壓力控制器8與增壓罐7以及錠模1之間的密封 性，準(zhǔn)備加壓生產(chǎn)。
[0050] 5.啟動(dòng)壓力控制器8,使增壓罐7內(nèi)的空氣壓力以0.01?0.20atm/min的速度 增加，使金屬液在鋼包6與錠模1型腔之間存在壓力差的情況下上升，金屬液以低于0. 5m/ s (優(yōu)選0. 15?0. 45m/s)的速度緩慢充填型腔。
[0051] 6.錠模型腔被金屬液充滿后，迅速提升壓力控制器8與增壓罐7內(nèi)的氣壓至3? lOatm，使型腔內(nèi)的金屬液在壓力下凝固。
[0052] 7.錠模1采用上小下大正錐度設(shè)計(jì)，大鑄坯一旦完全凝固，立即釋放壓力控制器8 與增壓罐7內(nèi)的壓力，實(shí)施脫模。
[0053] 8.脫模后，大鑄坯迅速放入緩冷坑進(jìn)行慢冷，或進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散退火（退火溫度在 800°C 以上）。
[0054] 下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0055] 實(shí)施例
[0056] 本實(shí)施例采用本發(fā)明涉及的方法進(jìn)行Φ800πιπιΧ3000mm，10噸級(jí)鋼鐵大鑄坯的制 備，鋼水材質(zhì)為45Cr。
[0057] 首先采用電弧爐-LF精煉和真空脫氣進(jìn)行鋼水處理，澆注前檢測(cè)氣體與雜質(zhì)元素 的重量含量為：Τ· 0 = 15 X ΚΓ6, [S] = 40 X ΚΓ6, [P] = 80 X ΚΓ6, [H] = 1. 5 X ΚΓ6,符合金 屬液純凈度要求。
[0058] 采用鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法，將金屬液（初始溫度1550°C，過(guò)熱度50°C )放 置到15噸鋼包內(nèi)，鋼包用天車(chē)等工具吊入增壓罐內(nèi)，然后合上增壓罐頂蓋。將組裝好的錠 模型腔、升液管放入增壓鑄造裝置上，啟動(dòng)壓力控制器，進(jìn)行鋼鐵大鑄坯的澆注，通過(guò)控制 加壓方式與加壓速度，使增壓罐內(nèi)的空氣壓力以〇. 12atm/min的速度增加，使鋼水在鋼包 與錠模型腔之間存在壓力差的情況下上升，并通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)整充型速度，金屬液 充填型腔的速度為〇. 23?0. 45m/s。
[0059] 錠模型腔在15min內(nèi)被充滿，提升增壓罐的壓力至8atm，并保持3h，金屬液完全凝 固后立即打箱，大鑄坯外表面溫度為1100°C，大鑄坯放入緩冷坑慢速冷卻。
[0060] 本實(shí)施例生產(chǎn)的高致密坯料如圖3所示。經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例生產(chǎn)鋼鐵大鑄坯的質(zhì) 量水平見(jiàn)表1。
[0061] 表 1
[0062]

【權(quán)利要求】
1. 一種純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法，其特征在于，具體步 驟如下： (1) 盛有精煉金屬液的鋼包放入增壓罐內(nèi)或鋼包自身作為增壓罐，金屬鑄型裝備和升 液管置于增壓罐上方，升液管插入增壓罐內(nèi)金屬液中； (2) 金屬鑄型裝備、升液管和增壓系統(tǒng)密封后啟動(dòng)壓力控制器，對(duì)金屬液面施加氣體壓 力，金屬液在壓力作用下通過(guò)升液管平穩(wěn)充入金屬鑄型內(nèi)； (3) 金屬鑄型充滿后，增加壓力，然后保持壓力直至金屬液完全凝固； (4) 鑄坯凝固后釋放壓力，移走升液管和金屬鑄型裝備，打開(kāi)金屬鑄型裝備，鑄坯在高 溫下脫模，進(jìn)行緩冷或高溫?cái)U(kuò)散退火。
2. 按照權(quán)利要求1所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法，其 特征在于，冶煉后金屬液經(jīng)過(guò)中頻爐或者電弧爐粗煉，然后進(jìn)行爐外精煉和真空處理，形成 精煉金屬液。
3. 按照權(quán)利要求2所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法，其 特征在于，冶煉后金屬液的溫度保持在1600 C之上。
4. 按照權(quán)利要求1或2或3所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造 方法，其特征在于，鋼包中金屬液的全氧含量Τ. 0〈20Χ ΚΓ6, [S]〈50X 1〇Λ [Ρ]〈100Χ ΚΓ6， [Η]〈2· 0Χ1(Γ6。
5. 按照權(quán)利要求1所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法， 其特征在于，鋼包中金屬液在充入金屬鑄型前高于液相線溫度20?50°C，進(jìn)行低過(guò)熱度澆 注。
6. 按照權(quán)利要求1或5所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方 法，其特征在于，金屬液在氣體壓力作用下以小于0. 5m/s的速度充型，并通過(guò)計(jì)算機(jī)控制 系統(tǒng)調(diào)整充型速度，充型速度和壓力根據(jù)需要實(shí)時(shí)可控，在計(jì)算機(jī)上動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；充入金屬鑄 型過(guò)程中緩慢升壓，升壓速度控制在0. 01?0. 2atm/min ;金屬液充滿金屬鑄型后，在3? 10個(gè)大氣壓作用下保壓凝固，直至凝固結(jié)束。
7. 按照權(quán)利要求1所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法，其 特征在于，增壓罐為鋼結(jié)構(gòu)制造，采用承受10個(gè)大氣壓以上的壓力容器結(jié)構(gòu)。
8. 按照權(quán)利要求1所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法，其 特征在于，升液管為復(fù)合結(jié)構(gòu)，以鋼管為骨架，內(nèi)襯耐火磚，外襯耐火材料，在金屬液壓力作 用下保持2小時(shí)以上不潰散。
9. 按照權(quán)利要求1所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法，其 特征在于，金屬鑄型裝備和升液管組裝在可移動(dòng)的液壓裝置上，液壓裝置移動(dòng)到增壓罐上 方，然后升液管沿增壓罐頂蓋插入鋼包內(nèi)的金屬液中，之后密封升液管和增壓罐頂蓋；金屬 液充滿金屬鑄型后2?20h，待凝固結(jié)束卸載壓力，移走液壓裝置，打開(kāi)增壓罐。
10. 按照權(quán)利要求1所述的純凈化均質(zhì)化致密化細(xì)晶化鋼鐵大鑄坯的壓力鑄造方法， 其特征在于，該方法適用于厚度大于350mm以上的圓坯、方坯或扁坯，也適用于同等尺寸的 鋁合金、鎂合金或高溫合金鑄坯，還適用于各種尺寸規(guī)格的有色或黑色金屬?gòu)?fù)雜鑄件的制 造。
【文檔編號(hào)】B22D17/00GK104249142SQ201410505052
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】李殿中, 王雪東, 欒義坤, 劉宏偉, 傅排先, 康秀紅, 夏立軍, 李依依 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所