模铸装置及模铸生产方法与流程

本发明涉及一种模铸装置以及一种模铸生产方法，属于金属铸造技术领域。

背景技术：

在模铸时，有整体式帽口和分离式帽口和两种设计。整体式帽口，指金属模和帽口是一体的，一般用于浇注大钢锭。由于大钢锭的凝固时间长，需要的帽口金属补缩量大，因此用体积更大的整体式帽口；分离式帽口，指金属模和帽口是分开的，一般用于生产小钢锭，小钢锭的凝固时间短，需要的帽口补缩量相对较小，为了减小帽容比，提高金属收得率，因此采用体积更小的分离式帽口。

钢锭采用分离式帽口以及配套保温的绝热板后，锭身与帽口相交处的尺寸差别较大(30-100mm)，轧制时容易产生折叠缺陷，因此该位置需要进行圆角或倒角过渡。目前，均通过绝热板底部倒角，从而实现钢锭帽口和锭身的过渡，如图1所示。但是，由于绝热板倒角处厚度很薄，受高温金属液的接触后容易损坏，导致锭身与帽口过渡位置形成缺陷(图2左下部)，轧制时产生裂纹，大大降低成材率。

另外，金属锭完全凝固后，帽口会收缩成凹型(图2上部)，即帽口上部不是实心。采用分离式帽口的模铸锭，在脱除金属模时，采用夹钳夹紧帽口端并向上提升，通过金属模的自重使金属锭与金属模脱离。但是，由于帽口上部不是实心，夹钳工作时，容易使帽口上部变形而不能脱模；因此，一般要求帽口的实心高度100mm以上，方便夹钳夹持到实心区域。所以，目前现场生产时需要的帽口较高(约300mm)，降低了成材率。另外，由于夹钳尖端寿命有限，磨损后容易打滑，不能夹紧帽口，难以实现钢锭的快速脱模，影响生产效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种模铸装置，应用于模铸生产时，能够减少锭身与帽口过渡位置的缺陷，同时提高脱模效率和成材率。

为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：模铸装置，包括金属模和帽口，帽口以可分离的方式设置在金属模的上端，帽口包括位于其内部的绝热板和位于其外部的帽口壳，帽口壳下端向外延伸形成水平布置的安装底座，帽口壳内腔下端设置有呈环形布置的第一凸起，绝热板的下端面与第一凸起的上表面相接触，并且两者的接触面水平设置；第一凸起的尖端面为绝热板的内腔面锥度相同的斜面，并且与绝热板的内腔面齐平；第一凸起的下表面为倒圆面或者倒斜角面；呈相对布置的两侧绝热板设置有凸起，凸起位于绝热板朝向帽口中心的一侧，位于帽口两侧的绝热板凸起以帽口中心线为轴线呈对称布置。

进一步的是：第一凸起的下表面为倒斜角面，该倒斜角面的一端与帽口壳的安装底座下表面相接、另一端与第一凸起的尖端面相接；该倒斜角面与帽口壳内腔面之间的夹角设定为α，α的取值为20°～50°。

进一步的是：沿着第一凸起尖端面的锥度方向，第一凸起尖端面在该方向上的线性长度为10mm～30mm；第一凸起的上表面在水平向的宽度设定为l1，l1的取值为30mm～80mm；第一凸起的竖向高度设定为l2，l2是指第一凸起在帽口壳内腔面的上端轮廓线与下端轮廓线之间在竖向平面的间距，l2的取值为40mm～80mm。

进一步的是：金属模的内腔横断面为矩形，绝热板呈矩形分布，矩形分布线的每一侧分别布置一件绝热板；绝热板凸起设置于金属模的两个宽面侧。此外，也可以是每一侧的绝热板均设置有绝热板凸起。

进一步的是：绝热板凸起的中心与绝热板的中心之间的距离为0～40mm；绝热板凸起的高度为20mm～80mm；绝热板凸起的断面直径为50mm～100mm。

进一步的是：绝热板的竖向高度为200mm～300mm。

进一步的是：绝热板上开设有孔，该孔插设有小绝热板，小绝热板的端部相对于绝热板的内壁凸出设置，以形成上述的绝热板凸起。

进一步的是：帽口壳的安装底座下表面设置有呈环形布置的第二凸起，第二凸起设置于金属模内腔，并且第二凸起的其中一侧面与金属模内腔面相贴合。

进一步的是：第二凸起的纵向截面为梯形，第二凸起朝向金属模内腔中心的一侧面为斜面；该斜面与帽口壳的安装底座下表面外端之间形成锐角，该锐角设定为β，β的取值为40°～70°；第二凸起的底端在水平向的宽度设定为l3，第二凸起的底端是指与帽口壳的安装底座下表面相接的这一端，l3的取值为30mm～60mm；第二凸起的高度设定为l4，l4是指第二凸起的尖端面与帽口壳的安装底座下表面在竖向平面的间距，l4的取值为20mm～60mm。

进一步的是：帽口壳、第一凸起和第二凸起为铸铁材质的一体式结构。

相应地，在上述的模铸装置基础上，本发明同时还提供一种模铸生产方法，浇注过程中，钢水上升至与帽口壳接触时，浇注速度减慢至锭身浇注速度的1/15～1/3；浇注时，金属锭在绝热板凸起的对应位置形成凹坑，该凹坑能够允许夹钳插入；浇注结束后，先吊起帽口壳；夹钳插入金属锭在绝热板凸起的对应位置，提升金属锭，通过金属模的自重而脱模。

进一步的是：浇注前，先烘烤金属模、帽口壳和绝热板至60℃～250℃；浇注时帽口钢水高度为150mm～300mm；浇注时，锭身浇注速度为0.2m/s～0.4m/s，钢水上升至与帽口壳接触时，浇注速度减慢至0.02m/s～0.04m/s。

本发明的有益效果是：分离式帽口壳的内腔下部为一个或两个向内凸起结构，第一凸起的下端为倒角或圆角，上端与绝热板的下端面贴合，第二凸起为梯形截面，并与金属模内腔面相贴合；上述的凸起结构可在浇注过程中起过渡作用，并且绝热板的下端面为平面，绝热板下端不再设置倒角结构，这样避免了以前绝热板下部倒角减薄造成耐材容易损坏、导致铸锭缺陷的问题。

此外，绝热板在浇注完成后会粉化，在吊起帽口壳的过程中，绝热板一般会部分脱落，然后由于绝热板已经粉化，因此夹钳可以轻易地插入金属锭在绝热板凸起的对应位置，而该位置形成有凹坑，夹钳插入凹坑后，能够增加夹持力，避免脱模滑落。

本发明脱模时，夹钳可以插入小绝热板位置从而实现快速脱模，提高铸锭进加热炉的温度。同时，本发明可以不考虑帽口的实心高度，降低帽口高度约100mm，减小帽容比。此外，由于设置有绝热板凸起，在浇注过程中，该位置的热阻更大，将减缓钢液的凝固，有利于铸锭补缩，提高内部质量。在浇注过程中，对浇注速度作了合理设计，帽口速度减慢可以避免凸起受高温钢液热冲击而损坏，同时减慢帽口的凝固速度，增加铸锭的补缩时间。

最终铸锭的成材率能够提高2％～8％。脱模时间能够减少10分钟～20分钟。

附图说明

图1为现有技术中的分离式帽口的模铸示意图；

图2为现有技术中的金属锭帽口的缺陷与收缩情况示意图；

图3为本发明中的模铸整体示意图；

图4为本发明中的帽口壳结构示意图；

图5为本发明中的绝热板结构示意图；

图中标记为：金属模1，绝热板2，帽口壳3，小绝热板4，金属锭5，绝热板下部薄弱处6。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图3和图4所示，本发明中的模铸装置，包括金属模1和帽口，帽口以可分离的方式设置在金属模1的上端，帽口包括位于其内部的绝热板2和位于其外部的帽口壳3，帽口壳3下端向外延伸形成水平布置的安装底座，帽口壳3内腔下端设置有呈环形布置的第一凸起，绝热板2的下端面与第一凸起的上表面相接触，并且两者的接触面水平设置；第一凸起的尖端面为绝热板2的内腔面锥度相同的斜面，并且与绝热板2的内腔面齐平；第一凸起的下表面为倒圆面或者倒斜角面；呈相对布置的两侧绝热板2设置有凸起，凸起位于绝热板2朝向帽口中心的一侧，位于帽口两侧的绝热板凸起以帽口中心线为轴线呈对称布置。该绝热板凸起的主要作用如下：浇注时，金属锭在绝热板凸起的对应位置形成凹坑，该凹坑能够允许夹钳插入，从而增加夹持力。帽口壳3一般为铸铁材质，相应地，第一凸起也为铸铁材质，优选结构形式为，与帽口壳3设计成一体式结构。第一凸起可在浇注过程中起过渡作用，并且绝热板2的下端面为平面，绝热板2下端不再设置倒角结构，这样避免了以前绝热板2下部倒角减薄造成耐材容易损坏、导致铸锭缺陷的问题。

为具有更好的技术效果，第一凸起的优选结构形式及尺寸参数设计如下：第一凸起的下表面为倒斜角面，该倒斜角面的一端与帽口壳3的安装底座下表面相接、另一端与第一凸起的尖端面相接；该倒斜角面与帽口壳3内腔面之间的夹角设定为α，α的取值为20°～50°。沿着第一凸起尖端面的锥度方向，第一凸起尖端面在该方向上的线性长度为10mm～30mm。第一凸起的上表面在水平向的宽度设定为l1，l1的取值为30mm～80mm。第一凸起的竖向高度设定为l2，l2是指第一凸起在帽口壳3内腔面的上端轮廓线与下端轮廓线之间在竖向平面的间距，l2的取值为40mm～80mm。

本发明优选适用于矩形断面的铸坯，金属模1的内腔横断面为矩形，绝热板2呈矩形分布，矩形分布线的每一侧分别布置一件绝热板2；绝热板凸起设置于金属模1的两个宽面侧。这里的宽面侧是相对窄面侧而言。窄面侧可采用普通的平板结构，也可同样对称设置绝热板凸起，即四条侧边的绝热板2均设置有绝热板凸起。

为获得更好的技术效果，绝热板凸起的优选布置方式如下：绝热板凸起的中心与绝热板2的中心之间的距离为0～40mm。绝热板凸起的高度为20mm～80mm。绝热板凸起的断面直径为50mm～100mm。绝热板2安装好之后的竖向高度为200mm～300mm，可以根据不同的帽口高度进行设计。

为方便组装，如图3和图5所示，绝热板2的优选结构形式为：在绝热板2上开设有孔(方孔、圆孔、椭圆孔、三角等形状均可，尺寸大于夹钳，直径一般为50mm～100mm)，该孔插设有小绝热板4，小绝热板4的端部相对于绝热板2的内壁凸出设置，以形成上述的绝热板凸起。绝热板2上的孔一般为通孔结构，并与小绝热板4形成间隙配合，以便于小绝热板4插入，两者的直径差一般为1mm～3mm，即双边间隙之和为1mm～3mm。小绝热板4的一端与绝热板2的通孔端面齐平，另一端外凸高度为20mm～80mm。

为形成更多的钢水浇注过渡层次，帽口壳3的安装底座下表面设置有呈环形布置的第二凸起，第二凸起设置于金属模1内腔，并且第二凸起的其中一侧面与金属模1内腔面相贴合。

为具有更好的技术效果，第二凸起的优选结构形式及尺寸参数设计如下：第二凸起的纵向截面为梯形，第二凸起朝向金属模1内腔中心的一侧面为斜面；该斜面与帽口壳3的安装底座下表面外端之间形成锐角，该锐角设定为β，β的取值为40°～70°；第二凸起的底端在水平向的宽度设定为l3，第二凸起的底端是指与帽口壳3的安装底座下表面相接的这一端，l3的取值为30mm～60mm；第二凸起的高度设定为l4，l4是指第二凸起的尖端面与帽口壳3的安装底座下表面在竖向平面的间距，l4的取值为20mm～60mm。帽口壳3、第一凸起和第二凸起为铸铁材质的一体式结构。

在上述的模铸装置基础上，本发明同时还提供一种模铸生产方法，浇注过程中，钢水上升至与帽口壳3接触时，浇注速度减慢至锭身浇注速度的1/15～1/3(钢水上升至与帽口壳3接触时，该浇注速度即是指帽口浇注速度)。浇注时，金属锭5在绝热板凸起的对应位置形成凹坑，该凹坑能够允许夹钳插入；浇注结束后，先吊起帽口壳3；夹钳插入金属锭5在绝热板凸起的对应位置，提升金属锭5，通过金属模1的自重而脱模。

优选的方式为，浇注前，先烘烤金属模1、帽口壳3和绝热板2至60℃～250℃；浇注时帽口钢水高度为150mm～300mm；浇注时，锭身浇注速度为0.2m/s～0.4m/s，钢水上升至与帽口壳3接触时，浇注速度减慢至0.02m/s～0.04m/s，有利于减缓高温钢水对于凸起的热冲击，提高使用寿命；同时增加帽口的充填时间，有利于增加帽口的补缩效果，提高铸坯质量。

实施例1：对cr12mov钢，浇注3t锭；实施方式如下：

帽口壳3内腔下端设置有呈环形布置的第一凸起。第一凸起的尺寸参数如下：l1的取值为60mm，l2的取值为50mm，第一凸起的下表面倒斜角或圆角，α的角度为50°，第一凸起的尖端为一个小切角，形成与绝热板2的内腔面齐平的斜面，切边长15mm(即第一凸起的尖端面在其倾斜方向上的线性长度为15mm)。帽口壳3和第一凸起为铸铁材质的一体式结构。

金属模1的内腔横断面为矩形，帽口壳3的内腔横断面也为矩形，帽口壳3的内腔安装四块绝热板2，每侧一块，绝热板2底部放在第一凸起的上表面，绝热板2底部为平面、无倒角。

绝热板2的结构形式为，每块绝热板2中部均开设直径为80mm的圆孔，开孔的中心距离绝热板底部80mm(开孔的中心位置距离绝热板2中心40mm)；并在每块绝热板2的孔里面插入小绝热板4，小绝热板4采用直径为78mm的圆柱形结构。将小绝热板4插入孔中之后，在帽口的内腔形成高度为30mm的绝热板凸起。

浇注前，先烘烤金属模1、帽口壳3和绝热板2至80℃；浇注时，锭身浇注速度0.197m/s，帽口浇注速度0.034m/s；帽口钢水高度170mm，浇注结束后吊起帽口壳3，夹钳插入金属锭5在绝热板凸起的对应位置，提升金属锭5脱模，一次性脱模成功。金属锭身与帽口之间过渡良好，无质量缺陷；脱模时间减少10分钟，轧制后成材率提高6％。

实施例2：对cr12钢，浇注3.2t扁锭；实施方式如下：

帽口壳3内腔下端设置有呈环形布置的第一凸起。第一凸起的尺寸参数如下：l1的取值为50mm，l2的取值为50mm，第一凸起的下表面倒斜角或圆角，α的角度为55°，第一凸起的尖端为一个小切角，形成与绝热板2的内腔面齐平的斜面，切边长25mm(即第一凸起的尖端面在其倾斜方向上的线性长度为25mm)。

帽口壳3的安装底座下表面设置有呈环形布置的第二凸起，第二凸起设置于金属模1内腔，并且第二凸起的其中一侧面与金属模1内腔面相贴合；第二凸起的纵向截面为梯形，其尺寸参数如下：高度l4的取值为40mm，宽度l3的取值为40mm，β的角度为45°。

帽口壳3、第一凸起和第二凸起为铸铁材质的一体式结构。

金属模1的内腔横断面为矩形，帽口壳3的内腔横断面也为矩形，帽口壳3的内腔安装四块绝热板2，每侧一块，绝热板2底部放在第一凸起的上表面，绝热板2底部为平面、无倒角。

绝热板2的结构形式为，窄面采用无开孔的绝热板2，宽面的绝热板2中部分别开孔，开孔为70mm×70mm的方孔，开孔的中心距离绝热板2底部100mm(开孔的中心距离绝热板2中心30mm)，该方孔用于插入小绝热板4，小绝热板4为68mm×68mm的方形断面。将小绝热板4插入孔中之后，在帽口的内腔形成高度为35mm的绝热板凸起。

浇注前，先烘烤金属模1、帽口壳3和绝热板2至75℃；浇注时，锭身浇注速度0.197m/s，帽口浇注速度0.036m/s；帽口钢水高度150mm，浇注结束后吊起帽口壳3，夹钳插入金属锭5在绝热板凸起的对应位置，提升金属锭5脱模，一次性脱模成功。金属锭身与帽口之间过渡良好，无质量缺陷；脱模时间减少20分钟，轧制后成材率提高8％。