专利名称：一种通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔与疏松的方法
技术领域：
本发明属于钢锭制造与冶金工程领域，具体地说是一种通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法。
背景技术：
钢锭是大型锻件的母材，利用钢锭锻造的大型锻件广泛应用于水电、火电、核电等能源领域，以及采矿、炼钢、轧钢等冶金领域，还有火车、汽车、船舶等运输领域。大型锻件是诸多行业中大型设备的核心部件和骨干部件，如火电低压转子、大型船用曲轴、宽厚板轧机支承辊等。大型锻件质量决定着大型设备的运行质量，而决定大型锻件质量的关键正是钢锭，我国每年需要大型钢锭约2000万吨。目前，钢锭的制备方法主要是模铸法。利用金属模具，采用上注或下注方法进行浇注，金属液在钢锭模中凝固。这种方法生产的钢锭存在严重的偏析、夹杂、缩孔疏松问题，钢锭平均利用率不足60%。而且采用模铸法制备大型钢锭生产周期长、效率低、能耗高。为了提高钢锭生产效率，同时提高材料利用率，近年来采用连铸方法生产大直径的钢锭越来越受到重视。该技术是将金属液连续浇注到水冷结晶器中，钢水在水冷结晶器中凝固，并通过引锭装置不断将凝固部分由下端拉出，实现钢锭的连续铸造。钢锭连铸技术分为两类其一为半连续铸造(立式连铸)，即将钢锭垂直拉坯一定长度后，静置，使其完全凝固后，入炉保温；其二为全连续铸造(弧形连铸)，即钢锭拉出后通过弯曲和矫直机构将连铸钢锭由竖直状态转变为水平状态，通过切割装置将连铸钢锭切取成所需尺寸，半连续铸造方法更适用于制造超大直径的连铸钢锭。连铸钢锭直径一般大于Φ600πιπι，出结晶器后，钢锭表面凝固层厚度只有几十毫米，芯部金属仍处于液态。由于截面尺寸较大，蓄热量大，凝固时间长，且高径比大，凝固后期，金属液难于实现长程补缩，从而造成连铸钢锭中心疏松、缩孔甚至缩裂，致使连铸钢锭报废。目前，中心疏松、缩孔和缩裂是制约钢锭连铸技术向大截面和超大截面发展的瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消除大型连铸钢锭中心缩孔疏松缺陷的方法，解决现有技术中连铸钢锭中心质量差，废品率高，且难于向大型化发展的问题。基于此目的，本发明的技术方案是一种通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔与疏松的方法，采用长水口补浇金属液的方法生产无缩孔疏松缺陷、直径为Φ600 1800mm的连铸钢锭。所述的通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔与疏松的方法，采用连铸方法生产直径为Φ 600 1800mm、高度h为5 15m的钢锭；连铸钢锭拉坯结束后，在其表面覆盖发热保温材料或采用电加热方式保证钢锭上表面长时间处于液态而不发生凝固。所述的通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔与疏松的方法，待连铸钢锭拉坯结束凝固结晶1 证后，钢锭凝固层厚度50-300mm，连铸钢锭中心处于固液两相区时，去除钢锭顶部保温材料或电加热装置；将内径为Φ20 IOOmm的长水口由钢锭顶部中心插入，插入深度2 10m，插入速度以连铸钢锭液面不上升为宜。所述的通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔与疏松的方法，通过长水口向连铸钢锭中补浇金属液，金属液补浇重量为连铸钢锭总重的1 3%。所述的通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔与疏松的方法，补浇钢水过程中， 不断使长水口向上移动，直至长水口完全拉出连铸钢锭，补浇结束；金属液补浇速度与长水口上移速度相互匹配，以连铸钢锭液面不降低为宜。所述的通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔与疏松的方法，长水口采用镁铝或锆基耐火材料，使用前长水口预热温度为1200 1600°C。所述的通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔与疏松的方法，该方法同样适用于模铸钢锭的生产，即，采用长水口补浇金属液的方法消除模铸钢锭中心缩孔疏松缺陷。本发明的有益效果是1、本发明采用长水口补浇金属液的方法，减轻或消除连铸钢锭中心疏松、缩孔和缩裂缺陷的产生。2、本发明在连铸钢锭凝固一定时间后，中心进入固液两相区时，采用长水口补浇， 为钢锭提供凝固收缩所需的金属液。3、本发明长水口采用耐侵蚀的镁铝或锆基高温材料制造，避免长水口插入连铸钢锭芯部过程中，因耐热度低或强度低而剥落，产生夹杂物。4、本发明长水口预热温度需达到1200 1600°C，避免其插入钢锭芯部时，大量金属液在长水口表面凝固。5、本发明连铸钢锭拉坯结束后，钢锭表面采用发热保温剂或电加热装置进行保护，保证铸锭表面钢液不凝固，以有利于长水口插入。6、本发明补浇时机的选择需要通过计算机模拟严格计算。补浇过早时，钢锭芯部大量金属液仍处于液相线以上，凝固收缩量较小，补浇效果不明显。若补浇过晚，则芯部凝固分数较大，长水口插入受阻，不能进行顺利补浇。连铸钢锭芯部金属液固相分数为30 60%时，适宜实施补浇。7、本发明长水口插入钢锭中时，速度缓慢，迫使连铸钢锭芯部金属液沿径向补缩， 避免插入过快，钢锭液面上升。补浇过程中，长水口逐渐上移，避免上移速度过快，气体卷入造成氧化。8、本发明钢水补浇量约为钢锭总重量的1 3%，补充钢锭凝固收缩量，消除中心缩孔与疏松。
图1为立式连铸生产钢锭及长水口补浇金属液示意图。图中，1-结晶器；2-连铸钢锭；3-钢锭液芯；4-引锭装置；5-钢包；6_金属液； 7-长水口。图2(a)-图2(b)为实施例2生产的连铸钢锭。其中，图2(a)为连铸钢锭横断面， 图2(b)为横断面中心酸洗后的缩孔疏松情况。图3(a)-图3(b)为未采用长水口补浇生产的连铸钢锭。其中，图3(a)为连铸钢锭横断面，图3(b)为横断面中心酸洗后的缩孔疏松情况。
具体实施例方式本发明涉及的连铸钢锭中心缩孔疏松消除方法实施步骤与方式如下如图1所示，本发明钢锭连铸设备主要包括水冷结晶器1、连铸钢锭2、引锭机构 4、钢包5和长水口 7，钢包5底部出水口与长水口 7相连接，长水口 7伸至连铸钢锭2中， 水冷结晶器1设置于连铸钢锭2的四周，引锭机构4设置于连铸钢锭2的底部。连铸钢锭 2通过引锭装置4拉出结晶器1后，中心仍然有较大的钢锭液芯3。若不采取任何措施，钢锭中心将形成疏松、缩孔，甚至缩裂。本实施例中，采用半连续立式连铸方法，连铸钢锭2高度为5 15m，结晶器1直径尺寸范围为Φ600 1800_，长水口 7内径尺寸范围为Φ20 100mm、长度为2_10m，长水口采用高强度镁铝或锆基耐火材料。采用本发明所设计的连铸钢锭缩孔疏松消除方法，首先将熔炼处理好的钢水浇入水冷结晶器1中，待钢水凝固结晶一定厚度(凝固层厚度30-100mm)时，采用引锭装置4，以 0. 02 0. 50m/min的速度将连铸钢锭2拉出结晶器1。待连铸过程结束后，连铸钢锭2中心存在较大的钢锭液芯3，在连铸钢锭2顶部加发热保温剂或采用电加热技术保证钢锭表面金属液不发生凝固。利用常规的计算机模拟技术，计算连铸钢锭2中心的钢锭液芯3进入凝固糊状区的时间，从而确定长水口 7补浇时机。连铸结束后1 5小时，待钢锭液芯3 进入凝固糊状区(即连铸钢锭中心处于固液两相区)时，去除钢锭顶部保温材料或电加热装置，将预热至1200 1600°C的长水口由钢锭顶部中心插入连铸钢锭芯部。根据钢锭实际高度确定长水口插入深度，插入深度一般应达到钢锭高度的2/3，插入速度以连铸钢锭液面不上升为宜。长水口插入后，逐渐上移，上移过程中，通过长水口将与连铸钢锭成分一致的金属液6浇入连铸钢锭的钢锭液芯3中，金属液补浇重量约为连铸钢锭总重的1 3%。本发明补浇钢水过程中，不断使长水口向上移动，直至长水口完全拉出连铸钢锭， 补浇结束。金属液补浇速度与长水口上移速度相互匹配，以连铸钢锭液面不降低为宜。长水口由上而下插入连铸钢锭的过程中，将进入糊状区的金属液由连铸钢锭中心向四周挤压，从而提高长水口周围钢水致密度，降低缩孔疏松倾向。长水口向上拉出过程中，不断将金属液浇入，原来易产生轴线缩孔疏松缺陷的钢锭中心被补浇的金属液填充，有效消除了中心疏松、缩孔和缩裂缺陷。实施例1连铸钢锭材质《!MS ；连铸钢锭直径600mm ；连铸钢锭高度10m;连铸钢锭抽拉速度0. 3m/min ；长水口内径20mm;长水口长度8m;长水口插入时机连铸结束后Ih ；补浇金属液重量200kg ；本实施例中，无损探伤发现，连铸钢锭内部无疏松、缩孔和缩裂缺陷。
实施例2连铸钢锭材质20CrNi2Mo ；连铸钢锭直径IOOOmm ；连铸钢锭高度8m ；连铸钢锭抽拉速度0. lm/min ；长水口内径60mm;长水口长度6m;长水口插入时机连铸结束后池；补浇金属液重量800kg ；如图2 (a)-图2 (b)所示，本实施例中，连铸锭采用长水口补浇技术，经无损探伤发现，钢锭内部无缩孔疏松缺陷。如图3(a)-图3(b)所示，未实施长水口补浇时，大型连铸钢锭中心存在中心疏松、 缩孔和缩裂缺陷，钢锭中心质量差，废品率高。实施例3连铸钢锭材质34MnV ；连铸钢锭直径1500mm ；连铸钢锭高度6m ；连铸钢锭抽拉速度0. 03m/min ；长水口内径IOOmm ；长水口长度4m;长水口插入时机连铸结束后4h ；补浇金属液重量800kg ；本实施例中，连铸钢锭经无损探伤，芯部无疏松、缩孔和缩裂缺陷。结果表明，本发明根据连铸钢锭的直径大小及液芯尺寸，待连铸钢锭凝固一定时间后，将适当直径和长度的长水口插入连铸钢锭轴心，补浇一定重量的金属液，从而达到了减轻并消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的目的。
权利要求
1.一种通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔与疏松的方法，其特征在于采用长水口补浇金属液的方法生产无缩孔疏松缺陷、直径为Φ600 1800mm的连铸钢锭。
2.按照权利要求1所述的通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔与疏松的方法，其特征在于采用连铸方法生产直径为Φ 600 1800mm、高度h为5 15m的钢锭；连铸钢锭拉坯结束后，在其表面覆盖发热保温材料或采用电加热方式保证钢锭上表面长时间处于液态而不发生凝固。
3.按照权利要求2所述的通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔与疏松的方法，其特征在于待连铸钢锭拉坯结束凝固结晶1 证后，钢锭凝固层厚度50-300mm，连铸钢锭中心处于固液两相区时，去除钢锭顶部保温材料或电加热装置；将内径为Φ20 IOOmm的长水口由钢锭顶部中心插入，插入深度2 10m，插入速度以连铸钢锭液面不上升为宜。
4.按照权利要求1或3所述的通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔与疏松的方法，其特征在于通过长水口向连铸钢锭中补浇金属液，金属液补浇重量为连铸钢锭总重的 1 3%。
5.按照权利要求1、3和4之一所述的通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔与疏松的方法，其特征在于补浇钢水过程中，不断使长水口向上移动，直至长水口完全拉出连铸钢锭，补浇结束；金属液补浇速度与长水口上移速度相互匹配，以连铸钢锭液面不降低为宜。
6.按照权利要求1或3所述的通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔与疏松的方法， 其特征在于长水口采用镁铝或锆基耐火材料，使用前长水口预热温度为1200 1600°C。
7.按照权利要求1所述的通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔与疏松的方法，其特征在于该方法同样适用于模铸钢锭的生产，即，采用长水口补浇金属液的方法消除模铸钢锭中心缩孔疏松缺陷。
全文摘要
本发明属于钢锭制造与冶金工程领域，具体地说是一种通过长水口补浇消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，解决现有技术中连铸钢锭中心质量差，废品率高，且难于向大型化发展的问题。采用连铸方式生产钢锭，拉坯结束后，待钢锭凝固一段时间，将一特定尺寸的长水口由钢锭顶部插入其中心一定深度，补浇钢水。随钢水不断浇入，长水口逐渐上升，直至到达钢锭顶部。采用该种长水口补浇钢水的方法补充凝固收缩所需的金属液，从而达到减轻并消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的目的。
文档编号B22D11/10GK102166635SQ201010562829
公开日2011年8月31日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日
发明者傅排先, 夏立军, 康秀红, 李依依, 李殿中, 栾义坤 申请人:中国科学院金属研究所