专利名称：定向凝固钢锭侧壁保温装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及炼钢生产过程中的铸锭装置，尤其是一种定向凝固钢锭侧壁保温装置。
背景技术：
核电站设备、压力容器、超大型船舶等需要大型钢板制造。这些钢板不仅趋于大重量、超厚度，而且对疏松、偏析、非金属夹杂物的要求极为严格，还要求有较好的锻造性能和焊接性能。普通钢锭由于存在负偏析、V偏析、Λ偏析、疏松及沉积锥等缺陷，而且钢锭的重量越大，这些偏析越严重，越难以控制，难以满足上述大型钢板的苛刻要求。为改善普通铸造工艺生产的大钢锭质量，科研人员在大量的理论研究，实验研究及生产实践中发现钢锭凝固界面的推进速度和推进方向直接影响偏析的形成，高径比H/D和锭模锥度对消除末端凝固缺陷都有直接的影响。当H/D< 1时，可消除疏松区域。为此，法国和日本在上个世纪七十年代末期相继提出小高径比、高冷却强度的定向凝固钢锭技术。其钢锭的H/D ^ 1，通过放置绝热或发热材料来抑制从侧壁和顶部的散热，保证凝固前沿从底部向上单向推进，由此保证大型钢锭的质量，可满足大型钢板板苛刻的要求。不少研究人员还对定向凝固钢锭的均质性、含氧量等方面进行了分析，认为均优于普通钢锭。与此相关的公开文献是花尾方史，川本正幸.高速铸造铸型内O 7，^夕^ 7 4 > A .铁i 钢 Vol.92. 2006. 655-660 ；Shinjo A sano et al. Proc. of the 3rd Process Technology Conf. 1982 :807 ；Tooru MATSUMIYA. recenttopics of research and development in casting. ISIJ International. Vol. 46. 2006 :1800。抑制侧壁传热是定向凝固钢锭有别于普通钢锭的主要标志，它能显著地减少偏析的产生。川上公成等将侧壁做成两层，在两层之间倒入熔渣，从而显著降低了侧壁的导热，使缺陷大为减少。公开文献是川上公成6 .公开特许公报.昭57-75252。网本节男等认为，在以往的定向凝固钢锭中，由于钢锭大面积收缩，保温材料和钢锭之间会产生气隙，另外在保温材料与底盘之间也可能产生气隙，当气隙间构成通路时，侧壁的保温性能会大为下降。为此，发明者在侧壁下部外侧围起一层薄铁皮，在铁皮和铸模之间填入耐热性粉末以阻断气路，从而减小了偏析的区域。公开文献是网本节男6 .公开特许公报.昭 57-70079。清水正己等人将侧壁隔热材料分成内外两层，内层与钢水接触，每次使用后都将破损而需更换，但外层不必每次都换，从而节省了一半左右的隔热材料。公开文献是清水正己^ .公开特许公报.昭61-176463。上述日本定向凝固钢锭侧壁保温技术，侧壁采用高保温材料，用发热材料代替肩部、在钢液上面保温材料中用石墨电极进行电弧放电加热或在侧壁的绝热材料与耐火砖之间放入一对电阻发热体，来抑制侧壁的热损失，提高钢锭质量。但高保温材料不耐高温，使用寿命短；发热材料的发热时间短且对钢水产生污染，加入石墨电极或电阻发热体实际应用不便，生产成本高。影响上述方法在定向凝固钢锭生产工艺中应用。本发明申请人曾经提出“定向凝固钢锭侧壁双层中空绝热装置”专利申请，该申请构思了绝热气层结构，但没有给出绝热气层尺度和数量，绝热保温效果也不理想。
发明内容
本发明提供了一种定向凝固钢锭侧壁保温装置，旨在通过抑制定向凝固铸型侧壁的传热，减少铸锭的侧向散热，有利于柱状晶的生长，提高铸锭质量。普通的定向凝固装置的侧壁一般是靠近铸锭侧为高强度的耐热材料，靠近外侧为高保温的耐热材料，在生产铸锭过程中，不能达到侧壁良好的绝热效果。如果侧壁传热量增大，将影响铸锭凝固过程中柱状晶的生长，在铸锭中会产生等轴晶。等轴晶的出现会破坏铸锭中的纵向力学性能，降低铸锭质量。本发明提供的定向凝固钢锭侧壁保温装置包括水冷底盘、保温材料层、高强度耐热材料层、隔热气层、耐火板、高保温耐热材料层，水冷底盘在装置底部，保温材料层覆盖在钢水表面，高强度耐热材料层接触钢水，位于装置内侧，隔热气层在中间，隔热气层内插入耐火板，高保温耐热材料层在装置外侧和上面，将整个侧壁保温装置封闭。在高强度耐热材料层外侧表面和高保温耐热材料层内侧表面镶嵌或涂有低黑度物质，耐火板的表面也镶嵌或涂有低黑度物质。所述插入的耐火板为1-10个，耐火板厚度为4-10毫米，耐火板间的距离2-20毫米。本发明提供的定向凝固钢锭侧壁保温装置与现有同类装置相比，其实质性特点和有益效果体现在以下方面辐射传热量主要与高强度的耐热材料和耐火板表面温度差、两者表面黑度等有关；对流传热量主要与空气层间距离和温度及温度差有关。通过在高强度的耐热材料外侧和高保温的耐热材料内侧及耐火板表面镶嵌或涂加低黑度物质，即降低表面黑度来减少辐射传热量；在空气层插入若干表面低黑度的耐火板，通过合理设置高强度的耐热材料和耐火板间、耐火板和高保温的耐热材料间、耐火板间空气层的距离，避免高强度的耐热材料和耐火板间、耐火板和高保温的耐热材料间、耐火板间空气层产生对流传热，即缩小空气层间的距离来减少对流传热量。本发明可以显著减少通过侧壁的传热，保持铸锭侧壁处于近似理想的绝热状态，可以提高柱状晶的形成率，提高铸锭的质量。
图1是定向凝固钢锭侧壁保温装置定向凝固钢锭侧壁保温装置单侧截面示意图。
具体实施例方式如图1所示，定向凝固钢锭侧壁保温装置包括水冷底盘1、保温材料层3、高强度耐热材料层4、隔热气层5、耐火板6、高保温耐热材料层7，水冷底盘1在装置底部，保温材料层3覆盖在钢水2表面，高强度耐热材料层4接触钢水2，位于装置内侧，隔热气层5在中间，隔热气层内插入耐火板6，高保温耐热材料层7在装置外侧和上面，将整个侧壁保温装置封闭。在高强度的耐热材料层外侧表面和高保温的耐热材料内侧表面镶嵌或涂有低黑度物质，耐火板的表面也镶嵌或涂有低黑度物质。所述水冷底盘通水冷却，保温材料采用碳化稻壳，钢锭高度400毫米，高强度耐热材料层采用200毫米宽的硅质或铬质铸造砂，高保温耐热材料层采用100毫米宽的硅藻土保温砖，两者之间放入3块10毫米厚的硅质绝热板，硅质或铬质铸造砂与硅质绝热板间、硅质绝热板与硅藻土保温砖间、硅质绝热板间的距离均为10毫米，在硅质绝热板表面、硅质或铬质铸造砂外表面、硅藻土保温砖内表面分别镶嵌抛光低黑度铝板。
权利要求
1.一种定向凝固钢锭侧壁保温装置，其特征在于该装置包括水冷底盘、保温材料层、高强度耐热材料层、隔热气层、耐火板、高保温耐热材料层，水冷底盘在装置底部，保温材料层覆盖在钢水表面，高强度耐热材料层接触钢水，位于装置内侧，隔热气层在中间，隔热气层内插入耐火板，高保温耐热材料层在装置的外侧和上面，将整个侧壁保温装置封闭，在高强度耐热材料层外侧表面和高保温的耐热材料层内侧表面镶嵌或涂有低黑度物质，耐火板的表面也镶嵌或涂有低黑度物质。
2.根据权利要求1所述的定向凝固钢锭侧壁保温装置，其特征在于所说插入的耐火板为1-10个，耐火板厚度为4-10毫米，耐火板间的距离2-20毫米。
全文摘要
本发明公开了一种定向凝固钢锭侧壁保温装置，其特征在于该装置包括水冷底盘、保温材料层、高强度耐热材料层、隔热气层、耐火板、高保温耐热材料层，水冷底盘在装置底部，保温材料层覆盖在钢水表面，高强度耐热材料层接触钢水，位于装置内侧，隔热气层在中间，隔热气层内插入耐火板，高保温耐热材料层在装置外侧和上面，将整个侧壁保温装置封闭。在高强度耐热材料层外侧表面和高保温耐热材料层内侧表面镶嵌或涂有低黑度物质，耐火板的表面也镶嵌或涂有低黑度物质。本发明可以显著减少通过侧壁的传热，保持铸锭侧壁处于绝热状态，提高柱状晶的形成率，提高铸锭的质量。
文档编号B22D27/04GK102240797SQ20101017053
公开日2011年11月16日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者张振山, 敖广武, 沈明钢 申请人:辽宁科技大学