[發明專利]一種高質量、高成材率鋼錠制備方法

有效

• 申請號: 201110201539.X
• 申請日: 2011-07-18
• 公開（公告）號: CN102266916A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 傅排先;李殿中;夏立軍;劉宏偉;康秀紅;李依依
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B22D7/00
• 分類號: B22D7/00;B22D7/06;B22D7/10
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及大型鋼錠領域，具體為一種高質量、高成材率鋼錠制備方法，也就是一種消除鋼錠內部縮孔缺陷及減輕底部負偏析的方法，涉及10-700噸所有級別金屬模大型鋼錠的鑄造過程，應用于真空和非真空條件下碳鋼和合金鋼錠的鑄造過程，對各種黑色合金材料鋼錠的質量與成材率都有提高作用。

背景技術

近年來隨著我國電力工業，核工業和石油化學工業的迅猛發展，對大型鑄鍛件的需求量越來越大，同時也對大型鑄鍛件的品質要求越來越高。鋼錠是鑄鍛件的先期產品，其質量對提高鑄鍛件質量尤為重要。大型鋼錠是大型鍛件、軋鋼用寬厚板、各種環型件等的坯料，制備大型優質鋼錠是獲取高質量大型鍛件的前提。核電壓力容器、火電高中低壓轉子、水輪機組大軸、風機主軸和碾環、高鐵車軸、冶金軋輥、船用曲軸等關鍵鍛件都需要優質鋼錠制造。我國是世界上第一鋼錠制造大國，每年需要實心鋼錠約1500萬噸。然而，國內大型鋼錠的制備技術相對落后，導致大型鍛件質量不穩定，大型鋼錠的鋼水量大、凝固時間長，極易產生夾雜物、宏觀偏析和二次縮孔等內部缺陷。大型鋼錠內部缺陷難以通過鍛造方法消除，造成大型鍛件質量不穩定，甚至引起大型鍛件直接報廢。因此，通過冒口保溫設計提高冒口保溫效果是改善鋼錠內部質量最有效的辦法。

大型鋼錠的內部質量問題倍受科研工作者和企業界關注。雖然在縮孔形成機理與縮孔疏松預測等方面取得很好的進展，如利用計算機模擬技術預測縮孔疏松等，但是在縮孔疏松甚至偏析控制措施方面進展緩慢，尤其對于大型鋼錠的制備內部質量更是難以保證，導致工廠不斷加大鋼錠的冒口尺寸，造成鋼水的浪費的同時，卻沒有提高鋼錠的內在質量。

幾十年來在大型鋼錠的生產中，工廠一直采取整體冒口設計，嚴重忽略了冒口根部的保溫作用，導致冒口根部凝固速度快，致使鋼錠內部產生二次縮孔疏松，如果冒口根部的保溫效果差，單純提高冒口高度仍然無法提高冒口的保溫效果，從而導致鋼錠成材率低、質量差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高質量、高成材率鋼錠制備方法，解決工廠目前鋼錠內部質量差、成材率低下的問題。

本發明的技術方案是：

一種高質量、高成材率鋼錠制備方法，主要包括：

1)鋼錠制備采用單獨分體保溫冒口，冒口分體設計技術；

2)冒口保溫設計技術，冒口錐度為3～30％；

3)鋼水澆注之前，冒口箱預熱到500℃-1000℃；

4)模具裝配時，冒口箱與鋼錠模之間需放置1-10mm厚保溫材料；

5)鋼錠材質為碳鋼或合金鋼。

鋼錠制備冒口箱模具為單獨冒口設計，與錠身模具分開，冒口箱模具分為上下兩層結構(冒口上層模具和冒口下層模具)，如圖1所示，冒口上層模具支撐保溫材料，冒口下層模具固定保溫材料，模具材料為灰口鑄鐵、球鐵或鑄鋼材料。

冒口上層模具和冒口下層模具通過螺栓連接，冒口上層模具和冒口下層模具之間放置保溫棉材料，如石棉或硅酸鋁棉，保溫棉材料厚度為1-50mm。

保溫冒口技術在于，冒口上層模具內設三層結構，與模具接觸的外層為保溫絕熱板或保溫棉(如：保溫石棉板或保溫高鋁棉等)，厚度為5-50mm；中間層為多孔保溫材料(如：輕質多孔硅酸鋁保溫棉或輕質多孔高鋁保溫磚等)，厚度為20-80mm；與鋼水接觸的內層為耐火材料(如：輕質高鋁耐火磚等)，厚度為50-80mm。

保溫冒口技術在于，冒口下層模具與金屬液之間安置保溫異型保溫耐火材料(如高鋁耐火磚等)，其結構如圖2所示，厚度為10-80mm。

冒口下層模具結構包括異型保溫耐火材料的尺寸，其內徑比鋼錠錠身模具小20-120mm。

異型保溫耐火材料為法蘭形狀，異型保溫耐火材料的一端為凸出端，該端伸至冒口下模內側，緊貼于冒口下模的內壁；異型保溫耐火材料的另一端為搭接于冒口下模的上表面。

鋼水澆注之前，冒口箱包括內部的保溫材料整體預熱到500℃-1000℃；

模具裝配時，冒口箱與鋼錠錠身模具之間放置1-10mm厚保溫材料。

本發明中，大型鋼錠是指10～700噸的鋼錠。

本發明中，保溫冒口錐度：其中D為冒口根部直徑，d為冒口頂部直徑，H為冒口高度。

本發明具有如下有益效果：

1.本發明工藝設計合理，通過改變鋼錠冒口箱設計，通過冒口保溫設計技術，大大提高了冒口保溫效果，提高了鋼水的利用率，提高材料的出品率，消除鋼錠內部二次縮孔疏松缺陷，對各種黑色合金材料鋼錠的內部縮孔缺陷及底部負偏析均有抑制作用，從而提高鋼錠質量。