CN201342480Y

CN201342480Y - 一种抑制大型钢锭宏观偏析的内冷装置

Info

Publication number: CN201342480Y
Application number: CNU2008202195818U
Authority: CN
Inventors: 康秀红; 桑宝光; 刘宏伟; 夏立军; 李殿中; 李依依
Original assignee: Institute of Metal Research of CAS
Current assignee: Institute of Metal Research of CAS
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2018-11-19

Abstract

本实用新型涉及一种抑制大型钢锭宏观偏析的内冷装置，具体地说是一种通过加入钢棒抑制大型钢锭宏观偏析的装置，属于低偏析大型钢锭制造技术。在大型钢锭浇注前，在钢锭型腔中预置至少一圈钢棒，增加钢锭内部的形核质点、加快钢锭的冷却速度，从而能够抑制溶质对流，防止偏析通道的形成而获得成分均匀、组织细化的低偏析钢锭。本实用新型可以解决大型钢锭化学成分不均匀，晶粒粗大，低熔点、低密度元素(C、P等)的“A”型和“V”型等宏观偏析，钢锭利用率低等问题，从而生产出化学成分均匀的低偏析大型钢锭。本实用新型适用于所有规格、所有材质的砂型和金属型的大型钢锭制造。

Description

一种抑制大型钢锭宏观偏析的内冷装置

技术领域

本实用新型涉及一种抑制大型钢锭宏观偏析的内冷装置，具体地说是通过加入钢棒抑制大型钢锭宏观偏析的装置，属于低偏析大型钢锭制造技术。本实用新型适用于所有规格、所有材质的砂型和金属型的大型钢锭制造。

背景技术

近年来随着我国电力工业，核工业和石油化学工业的迅猛发展，对大型铸锻件的需求量越来越大，同时也对大型铸锻件的品质要求越来越高。大型钢锭是大型铸锻件的先期产品，其质量对提高大型铸锻件质量尤为重要。大型钢锭的凝固时间非常长(根据钢锭吨位不同，几十小时到上百小时不等)，使钢锭化学成分有充分的时间进行扩散，导致不同区域化学成分不均匀，造成宏观偏析和微观偏析，最后凝固区域组织粗大。对钢锭的后续处理通常是：对钢锭砍头(顶部)去尾(底部)，只取中部成分均匀部分，这严重地影响了钢锭的利用率。

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，如偏析类型，偏析位置的确定等，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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种抑制大型钢锭宏观偏析的内冷装置，以解决大型钢锭化学成分不均匀，晶粒粗大，低熔点、低密度元素(C、P等)的“A”型和“V”型等宏观偏析，钢锭利用率低等问题，从而生产出化学成分均匀的低偏析大型钢锭。

本实用新型的技术方案是：

一种抑制大型钢锭宏观偏析的内冷装置，该装置设有钢棒、钢锭模，钢锭模内形成钢锭型腔，钢棒置于钢锭型腔中。

所述的抑制大型钢锭宏观偏析的内冷装置，钢棒成环状，交叉形状的横杆一侧连接立杆，横杆另一侧的中心和四周纵向连接钢棒，钢棒通过立杆挂在钢锭型腔中。

所述的抑制大型钢锭宏观偏析的内冷装置，钢锭型腔顶部设置保温冒口套，保温冒口套内侧形成保温冒口，保温冒口顶部放置保温覆盖剂。

本实用新型开发了一种抑制大型钢锭宏观偏析的内冷方法，包括如下步骤：

1)在大型钢锭浇注前，在钢锭型腔中预先布置至少一圈钢棒，钢棒加入量为钢锭毛坯(不包含浇注系统，但包含冒口)重量的0.3％～8.0％(优选范围为0.8％～3.0％)；

2)钢棒内部没有铸造缺陷，表面光洁，成分与钢锭成分相同或相近；

3)每支钢棒直径为10～60mm，长度为锭身高度的1/4～1/2；

4)钢棒在热处理炉中进行均匀预热，钢棒最终温度不低于150℃，钢棒预热温度一般为150℃～450℃；

5)钢棒分散布置在钢锭型腔圆周1/4～1/2半径位置处，钢棒顶点离冒口根部20～450mm(优选范围为50～250mm)的距离。

本实用新型钢棒为挤压成形棒材，其内部没有缩孔、疏松，不含气体和夹杂物，表面光洁，不含任何防锈剂或其它油污；钢棒成分与钢锭成分相同或相近，即C、Si和Mn元素含量与钢锭成分相同或者比钢锭低1％～2％(重量百分比)，对于高合金钢成分的钢锭，考虑到成本和生产成本方面的要求，钢棒可以采用碳钢，对合金元素不作要求，而P、S等杂质元素含量要低于钢锭成分要求0.01％以上。

本实用新型中，大型钢锭是指100～600吨的钢锭，钢锭的高度在4000mm～7000mm。

本实用新型具有如下有益效果：

1.本实用新型以大型钢锭计算机模拟结果为依据，浇注前，在钢锭型腔中预先布置一圈或者几圈钢棒，增加钢锭内部的形核质点、加快钢锭的冷却速度，可显著提高大型钢锭的凝固速度，缩短钢锭固液两相区停留的时间，对大型钢锭的偏析有明显的抑制作用。从而，能够抑制溶质对流，防止偏析通道的形成而获得成分均匀、组织细化的低偏析钢锭。

2.本实用新型运用合理的冶炼工艺提高钢水纯净度，采用合理的预置钢棒快速冷却工艺，使钢锭化学均匀化，组织细化，大大提高了钢锭使用性能，显著减轻了钢锭顶部正偏析、底部负偏析、“A”型和“V”型宏观偏析，提高了钢锭的质量和利用率。

3.本实用新型适用于各种材质和吨位的低偏析大型钢锭的制造。利用本实用新型生产的低偏析大型钢锭具有高性能、高材料利用率、低成本的特点，很容易得到用户认可，由于市场潜力巨大，一旦被广泛采用，将有几十亿元以上的产值。

4.本实用新型设计了保温冒口，有效地实现了钢锭的补缩，浇注过程中采用氩气保护，通过对加入钢棒位置、尺寸、长度以及质量分数等关键工艺参数的控制，保证了低偏析大型钢锭的质量。

附图说明

图1大型钢锭宏观偏析示意图；图中，8、冒口偏析带；9、“A”型偏析带；10、“V”型偏析带；11柱状晶；12细等轴晶；13负偏析带。

图2钢棒示意图；图中，1钢棒；14立杆；15横杆。

图3添加钢棒0.9％的钢锭中间截面整体硫印图；

图4本实用新型抑制大型钢锭宏观偏析的内冷装置示意图；图中，1钢棒；2保温覆盖剂；3保温冒口套；4钢锭型腔；5钢水；6钢锭模；7保温冒口。

图5未添加钢棒的同型号钢锭的中间截面整体硫印图；

图6添加钢棒2.0％的钢锭中间截面整体硫印图；

图7添加钢棒3.0％的钢锭中间截面整体硫印图。

具体实施方式

本实用新型抑制大型钢锭宏观偏析的内冷方法如下：

1、宏观偏析普遍存在于各种材质和吨位的钢锭中，如图1所示，宏观偏析包括钢锭顶部正偏析带(冒口偏析带8)、底部负偏析带13、中部正偏析带(“V”型偏析带10)和周围正偏析带(“A”型偏析带9)，在钢锭表层形成细等轴晶12，在钢锭里层形成柱状晶11。宏观偏析的形成原因主要是钢锭凝固时间过长，吨位越大的钢锭其偏析程度越大，这种宏观偏析不能通过热处理工艺来消除。通过向钢锭内部加入适量的低温钢棒，可以有效地加快钢锭内部钢水的凝固速度，抑制钢锭内部直接导致宏观偏析形成的热-溶质自然对流，从而达到控制钢锭偏析的目的。钢棒的添加量一方面不能太大，否则会引起钢棒不能完全熔化，在钢锭内部形成其它的铸造缺陷，如气孔，夹杂、疏松等；另一方面添加量不能太小，否则对钢锭的凝固不起任何作用。本实用新型在大量计算机模拟(使用的软件为Procast)和实验的基础上得到的最优添加量是：钢锭毛坯(不包括浇注系统)重量的0.3％～8.0％(较佳的重量范围为0.8％～3.0％)。钢棒内部不允许存在铸造缺陷，如气孔，夹杂物等，否则会给钢锭本体带来外来缺陷。钢棒1焊接成环状，预置在钢锭中，形状如图2所示，交叉形状的横杆15一侧连接立杆14，横杆15另一侧的中心和四周纵向连接钢棒1，钢棒1通过立杆14挂在钢锭型腔4中。

2、钢棒必须先预热，否则在钢水凝固时上升的气泡和夹杂会在冷的钢棒上聚集长大，致使钢锭内部产生气孔和夹杂。预热后的钢钢棒分散布置在钢锭型腔圆周1/4～1/2半径位置处，钢棒顶点离冒口根部20～450mm的距离。钢棒不能太靠近钢锭边缘，否则容易造成钢棒不能完全熔化；也不能太靠近中心部位，否则在凝固早期起不到冷却作用，偏析通道形成而偏析抑制效果不明显。

如图4所示为本实用新型工艺方案简图，钢锭模6内形成钢锭型腔4，钢水5浇注于钢锭型腔4中，钢棒1自钢锭型腔4上方伸入，置于钢锭型腔4中，钢棒1在钢锭型腔4中布置一圈或者几圈，钢锭型腔4顶部设置保温冒口套3，保温冒口套3内侧形成保温冒口7，保温冒口7顶部放置保温覆盖剂2。

下面结合附图及实施例详述本实用新型。

实施例1

如图4所示，钢锭冒口采用保温冒口；钢水高温出炉，出炉温度为1630℃，浇注金属液重量3吨，浇注时间120秒，翻包浇注，浇注温度1600℃，浇注之前在型腔中充氩气，在氩气保护下进行浇注，按重量百分比计，本实施例的45号钢成分为：C 0.46％，Si 0.26％，Mn 0.70％，P≤0.015％，S≤0.02％，Fe余量；浇注前在冒口根部50mm，1/2半径的位置挂好已经焊接并预热好的钢棒，钢棒预热温度200℃，成分为：C 0.35％，P≤0.01％，S≤0.01％，直径为20mm，长度为锭身高度的1/2，质量占钢锭总重量的0.9％，浇注完毕后，于冒口上方填充保温覆盖剂；钢锭浇注结束后8小时打箱。打箱后保持其铸造状态进行硫印和低倍金相试验。如图3所示，铸态45号普碳钢钢锭内部碳元素的各种偏析程度明显降低。其中，钢锭中间部位的“V”型碳偏析不可辨认；钢锭边界处的“A”型碳偏析可辨认，但程度明显减轻；钢锭顶部的碳正偏析仍然存在，但与底部相比，两者碳含量相差不大。

实施例2

与实施例1不同之处是：

浇注金属液重量3吨，浇注时间90秒，浇注温度1580℃，浇注前在冒口根部100mm，1/3半径的位置挂好已经焊接好的钢棒，钢棒预热温度300℃，直径为30mm，长度为锭身高度的1/3，质量占钢锭总重量的2.0％，浇注结束后冒口处加保温覆盖剂；钢锭浇注结束后8小时打箱。打箱后保持其铸造状态进行硫印和低倍金相试验，如图6所示，钢锭中间部位的“V”型碳偏析不可辨认；钢锭边界处的“A”型碳偏析可辨认，但与未添加钢棒的钢锭的偏析情况对比程度明显减轻。

实施例3

与实施例1不同之处是：

浇注金属液重量5吨，浇注时间180秒，浇注温度1560℃，浇注前在冒口根部200mm，1/4半径的位置挂好已经焊接好的钢棒，钢棒预热温度400℃，直径为40mm，长度为锭身高度的1/4，质量占钢锭总重量的3.0％，浇注结束后冒口处加保温覆盖剂；钢锭浇注结束后14小时打箱。打箱后保持其铸造状态进行硫印和低倍金相试验，如图7所示，与未添加钢棒的钢锭的偏析情况对比程度明显减轻。

本实用新型工作过程及结果：

由于本实用新型采用在浇注过程中进行氩气保护，保证了金属液的纯净；利用外加相似成分钢棒对钢锭内部金属液进行有效的冷却，大大降低了钢锭的偏析程度，生产出了各部位成分均匀的高性能大型钢锭。

比较例

浇注金属液重量3吨，浇注时间100秒，翻包浇注，浇注温度1590℃，浇注前没有添加钢棒，钢锭自然冷却。如图5所示，钢锭的中间截面存在清晰的“A”型和“V”型偏析，钢锭顶部与底部碳含量存在显著差异。

实施例和比较例表明，利用本实用新型进行低偏析大型钢锭的制造，采用合适的钢棒添加量，预热温度，钢棒直径，对钢锭内部进行有效的冷却，在很大程度上抑制大型钢锭偏析的产生。钢棒加入量为钢锭毛坯重量的0.3％～8.0％，竖直放置的钢棒顶点离冒口根部20～450mm的距离，均可达到本实用新型目的。

Claims

1、一种抑制大型钢锭宏观偏析的内冷装置，其特征在于，该装置设有钢棒(1)、钢锭模(6)，钢锭模(6)内形成钢锭型腔(4)，钢棒(1)置于钢锭型腔(4)中。

2、按照权利要求1所述的抑制大型钢锭宏观偏析的内冷装置，其特征在于，钢棒(1)在钢锭型腔(4)中布置至少一圈，钢棒分散布置在钢锭型腔圆周1/4～1/2半径位置处。

3、按照权利要求1所述的抑制大型钢锭宏观偏析的内冷装置，其特征在于，钢棒(1)成环状，交叉形状的横杆(15)一侧连接立杆(14)，横杆(15)另一侧的中心和四周纵向连接钢棒(1)，钢棒(1)通过立杆(14)挂在钢锭型腔(4)中。

4、按照权利要求1所述的抑制大型钢锭宏观偏析的内冷装置，其特征在于，钢锭型腔(4)顶部设置保温冒口套(3)，保温冒口套(3)内侧形成保温冒口(7)，保温冒口(7)顶部放置保温覆盖剂(2)。

5、按照权利要求1所述的抑制大型钢锭宏观偏析的内冷装置，其特征在于，钢棒钢棒顶点离冒口根部20～450mm的距离。

6、按照权利要求1所述的抑制大型钢锭宏观偏析的内冷装置，其特征在于：每支钢棒直径为10～60mm，长度为锭身高度的1/4～1/2。