[发明专利]一种大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置

说明书

本发明提供一种大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置。该装置可将大型铸坯分区离散浇注，并逐渐凝固累积形成所要求的铸锭或铸坯，由多步包含浇包、结晶器和喷水装置的组合凝固装置完成。初始凝固装置使金属液在水冷结晶器内凝固后由拉坯杆将金属坯拉出，直至金属坯高度与目标铸锭高度相同；连续凝固装置将扩大结晶器尺寸，移动结晶器使结晶器底端停留在沿上步凝固铸锭的指定高度，再次注入金属液，随着金属液凝固，结晶器、喷水装置和支撑辊组慢慢沿铸坯向上移动，直至新凝固的金属坯高度达到目标要求高度；重复上述过程至最终获得目标铸锭或铸坯尺寸。本发明相对于现有其它装置具有凝固速度快，成分均匀，金属成材率高，铸锭中夹杂物含量低，生产灵活，产品多样，生产周期短，经济效益显著等特点。

技术领域

本发明涉及一种大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置，属于金属材料成型技术领域。

背景技术

传统大型铸坯制造是通过把金属液一次性浇注到钢模之中，再经过长时间冷却凝固而成，其铸态组织常常出现宏观缩孔疏松、宏观偏析、组织粗大等铸造缺陷。这些缺陷对最终组织有众多不利影响，往往需要通过热处理或者其他工艺来消除，如宏观偏析需要通过长时间的高温扩散退火来消除。因此，获得高质量的大型铸锻件势必会消耗很长的时间，正是由于长时间的凝固使得大型铸锭或铸坯不可避免的会出现质量缺陷，同时长时间的凝固过程和后续处理工艺会显著提高生产成本和生产周期，增加能耗。

为了满足钢材质量、特别是整个断面组织均匀性的要求，只能有意降低金属利用率。除此之外，对于重型钢锭，由于钢锭心部非金属夹杂物的局部集中，因而引起钢锭报废的危险性也特别大。然而，目前依靠电渣冶金和电磁搅拌技术改善这些铸坯的内部缺陷存在一定的局限性。故需要缩短大铸锭或铸坯的凝固时间，改进保护浇注措施，以提高大型铸锻件的质量。

为了弥补大型钢锭或钢坯一次浇注凝固成型装置的不足，本发明提出了一种大型钢锭或钢坯的渐进凝固成型装置。该装置将大型钢锭或钢坯分区离散浇注，并逐渐凝固累积形成所要求的形状和尺寸，达到消除偏析和疏松缺陷，均匀化成分和组织，提高钢锭质量的目的，是一种紧凑式短周期的钢锭或钢坯生产工艺。

发明内容

本发明目的在于提供一种适用于大型铸锭或铸坯渐进凝固成型的装置。使用该装置可以显著加快铸锭凝固速度，缩短凝固时间，从而有效减轻甚至避免大型铸锭内部质量问题如宏观疏松缩孔、宏观偏析、组织粗大等，为生产高质量大型铸锻件提供技术支持。

为实现上述目的，本发明基于将熔融的金属液分步用不同吨位的浇包注入不同尺寸的结晶器中凝固，上一步凝固的铸锭成为下一步开始凝固前的轴心，循环往复逐渐凝固累积形成目标尺寸铸锭的思想，采用以下技术方案：一种用于大型铸锭或铸坯的渐进凝固成型装置，包括浇包、结晶器盖、结晶器、喷头、支撑辊组和拉坯杆，所述浇包下面设有出水口，所述结晶器盖上设有入水口和排气孔且置于结晶器上；浇包出水口与结晶器入水口连接，其间设有密封垫圈；所述结晶器尺寸灵活，可沿径向扩大，在开浇前其内充满惰性气体，结晶器铜板外侧铺设水冷管；所述喷头和支撑辊组均固定在可移动金属架上，可与结晶器一起运动，喷嘴可独立控制，支撑辊组用于支撑并导向结晶器内拉出的金属坯；所述结晶器和可移动金属支架的运动均由电机驱动；所述拉坯杆与电机连接，最初置于结晶器下方，待结晶器内金属液初步凝固后，由电机驱动将金属坯从结晶器拉出。

本发明大型规则铸锭或铸坯采用渐进凝固成型装置的特点在于：由多步包含浇包、结晶器和喷水装置的组合凝固装置完成。初始凝固装置与连铸类似，金属液在水冷结晶器内凝固后由拉坯杆将金属坯拉出，直至金属坯高度与目标铸锭高度相同，结束此次浇注；扩大结晶器尺寸，移动结晶器使结晶器底端与上步凝固的铸坯底部平齐或停留在上步凝固的铸坯任一高度，再次注入金属液，随着金属液凝固，结晶器、喷水装置和支撑辊组慢慢从底部沿铸坯向上移动，直至新凝固的金属坯高度与上步凝固的铸坯高度相同或新凝固的金属锭高度与要求凝固高度相等，结束此次浇注；重复上述过程至最终获得目标铸锭或铸坯尺寸。