[发明专利]通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢锭的制造方法

说明书

技术领域

本发明是一种通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢锭的制造方法，涉及各种级别大型钢锭的制造过程，适用于碳钢和合金钢锭各种成分的偏析控制，可以用于真空浇注和非真空浇注钢锭的铸造过程，控制宏观偏析和减轻微观偏析。

背景技术

近年来随着电力、冶金、石化、航天、造船等工业设备继续向整体化和大型化方向发展，对大锻件的需求量越来越大，因此对大型钢锭的等级要求也越来越高。大型钢锭的凝固过程非常漫长，从几十小时到上百小时不等，溶质再分配充分，使钢锭不同区域化学成分不均匀，形成宏观偏析和微观偏析。成分偏析严重影响钢锭质量，甚至导致钢锭报废。钢锭偏析问题已经成为影响大型锻件质量的关键。

大型钢锭的偏析问题倍受科研工作者和企业界关注。虽然在偏析形成机理方面取得一定的进展，但是在偏析控制措施方面进展缓慢，几乎没有一项有效的措施可以来抑制宏观偏析。重型企业曾经采用多包合浇的方法，来抑制偏析，但由于钢水在锭模中迅速混合，抑制偏析的效果非常有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢锭的制造方法，解决目前大型钢锭偏析严重，生产效率低下的问题；根据大型钢锭吨位，确定不同的大型钢锭底盘、侧壁通气的时间及流量，保证大型钢锭偏析得到抑制的同时，不产生其它缺陷。

本发明的技术方案是：

本发明开发了一种通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢锭的制造方法，包括如下步骤：

1)钢锭模材料为灰口铸铁；

2)冒口采用保温冒口，冒口锥度为8～16％；

3)钢锭的高径比(钢锭高度与平均直径的比值)为1∶1～3∶1；

4)钢锭材质为碳钢或合金钢；

5)在钢锭模中下部及钢锭模底盘中预铸通气管道；

6)钢锭浇注结束后底盘即可开始通压缩空气，1～6小时后钢锭模侧壁方可通压缩空气。

本发明所用材料的化学成分中，按重量百分比计，C：0.01～0.75％，S、P：≤0.030％。

本发明冒口采用保温冒口，冒口锥度为8～16％，保温冒口上小下大，材料为优质耐火材料：高铝砖、刚玉、莫来石、镁砖、铝镁制品或硅酸铝保温材料等，耐火材料外面有一层石棉保温板。

本发明适用于所有高径比的钢锭，而在大型钢锭上使用能取得明显的效益，其高径比一般为1∶1～3∶1。

本发明采用冒口加发热剂和保温覆盖剂；钢锭模预热温度为50～200℃。

本发明在钢锭模侧壁中下部和底盘中布置管道，管道直径依据钢锭吨位来确定，内径范围30～200mm。

本发明在钢锭底部凝固层厚度达到150mm以上厚度时，侧壁开始通压缩空气。

本发明中，压缩空气开始时通气量要小，而后逐渐加大流量，压缩空气的流量在3～10kg/s范围内变化，压缩空气的压力为5～8个大气压。

本发明中，大型钢锭是指100～600吨的钢锭。

本发明中，计算机模拟使用的软件为ProCast。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明工艺设计合理，通过改变大型钢锭外部换热条件，采用了在大型钢锭底盘和侧壁通压缩空气的方法，大大提高了大型钢锭的冷却速度，能够显著缩短钢锭的凝固时间，缩短脱模时间，提高钢锭的生产效率，从而提高大型铸锻件的产量。

2.本发明设计合理的通气系统，压缩空气可通过钢锭底盘，钢锭模侧壁进行冷却，系统简单，安全性高，可操作性强，企业容易实现。

3.采用本发明，钢锭的凝固时间大为缩短，对大型钢锭的各种宏观偏析，尤其是对严重影响钢锭质量的“A”型偏析有明显的抑制作用。

4.本发明适用于各种材质的大型钢锭的制造。利用本发明生产的大型钢锭具有偏析低、组织致密、成本低、周期短的特点，很容易得到广大研究机构和工厂认可，一旦被广泛采用，可大幅度提高大型钢锭生产效率，提高钢锭质量，带来几十到几百个亿的效益。

5.本发明通过对关键工艺参数的设计，保证了在提高大型钢锭生产率，抑制钢锭偏析的同时没有其它铸造缺陷产生。

附图说明

图1大型钢锭模装配示意图；图中：

1钢锭模；2钢锭；3保温冒口；4保温绝热板；5冒口套；6发热剂；7保温覆盖剂；8底盘；9通气管道。

图2钢锭冒口完全凝固时的温度场；

图3大型钢锭浇注完后底盘通气1.5h时的固相分数模拟结果图；

图4底盘、侧壁通气条件下130t钢锭冒口完全凝固时的温度场；

图5自然冷却条件下130t钢锭“A”偏析预测结果图；