专利名称：通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢锭的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢锭的装置，涉 及各种级别大型钢锭的制造过程，适用于碳钢和合金钢锭各种成分的偏析控制， 可以用于真空浇注和非真空浇注钢锭的铸造过程，控制宏观偏析和减轻微观偏析。
背景技术：
近年来随着电力、冶金、石化、航天、造船等工业设备继续向整体化和大型
化方向发展，对大锻件的需求量越来越大，因itkx寸大型钢锭的等级要求也越来越 高。大型钢锭的凝固过程非常漫长，从几十小时到上百小时不等，溶质再分配充 分，使钢锭不同区域化学成分不均匀，形成宏观偏析和微观偏析。成分偏析严重 影响钢锭质量，甚至导致钢锭报废。钢锭偏析问题已经成为影响大型锻件质量的 关键。
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，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。重型企业曾经采用多包合浇的方法，来抑制偏析，但由 于钢水在锭模中迅速混合，抑制偏析的效果非常有限。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢
锭的装置，解决目前大型钢锭偏析严重，生产效率低下的问题；根据大型钢锭吨 位，确定不同的大型钢锭底盘、侧壁通气的时间及流量，保证大型钢锭偏析得到 抑制的同时，不产生其它缺陷。 本实用新型的技术方案是
一种通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢锭的装置，钢锭模设置于底 盘上，在钢锭模顶幢中下部和底盘中布置通气管道。
所述的通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢锭的装置，钢锭模顶部设 置保温冒口，保温冒口外侧设置保温绝热板，保温绝热板外侧设置冒口套。所述的通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢锭的装置，保温冒口顶部 放有发热剂和保温覆盖剂。
采用本实用新型获得低偏析大型钢锭的制造方法，包括如下步骤
1) 钢锭模材料为灰口铸铁；
2) 冒口采用保温冒口，冒口锥度为8 16%;
3) 钢锭的高径比(钢锭高度与平均直径的比值)为1:1 3:1;
4) 钢锭材质为碳钢或合金钢；
5) 在钢锭模中下部及钢锭模底盘中预铸通气管道；
6) 钢锭浇注结束后底盘即可开始通压縮空气，1 6小时后钢锭模侧壁方可
通压縮空气。
本实用新型所用材料的化学成分中，按重量百分比计，C:0.01 0.75%， S 、 P:《0.030%。
本实用新型冒口采用保温冒口，冒口锥度为8 16%，保温冒口上小下大，
材料为优质耐火桐料高铝砖、刚玉、莫来石、镁砖、铝镁制品或硅酸铝保温材
料等，耐火材料外面有一层石棉保温板。
本实用新型适用于所有高径比的钢锭，而在大型钢锭上使用能取得明显的效
益，其高径比一般为1:1 3:1。
本实用新型采用冒口加发热齐诉口保温覆盖剂；钢锭模预热温度为50 200°C。 本实用新型在钢锭模侧壁中下部和底盘中布置管道，管道直径依据钢働屯位
来确定，内径范围30 200mm。
本实用新型在钢锭底部凝固层厚度达到150mm以上厚度时，侧壁开始通压
縮空气。
本实用新型中，压縮空气开始时通气量要小，而后逐渐加大流量，压縮空气 的流量在3 10kg/s范围内变化，压縮空气的压力为5 8个大气压。 本实用新型中，大型钢锭是指100 600吨的钢锭。 本实用新型中，计算机模拟使用的软件为ProCast。
本实用新型具有如下有益效果
1.本实用新型工艺设计合理，通过改变大型钢锭外部换热条件，采用了在大 型钢锭底盘和侧壁通压縮空气的方法，大大提高了大型钢锭的冷却速度，能够显 著縮短钢锭的凝固时间，縮短脱模时间，提高钢锭的生产效率，从而提高大型铸锻件的产量。
2. 本实用新型设计合理的通气系统，压縮空气可m钢,誠盘，钢锭模侧壁 进行冷却，系统简单，安全性高，可操作性强，企业容易实现。
3. 采用本实用新型，钢锭的凝固时间大为缩短，对大型钢锭的各种宏观偏析，
尤其魏严重影响钢锭质量的"A"型偏析有明显的抑制作用。
4. 本实用新型适用于各种材质的大型钢锭的制造。利用本实用新型生产的大 型钢锭具有偏析低、组织激密、成本低、周期短的特点，很容易得到广大研究机 构和工厂认可， 一旦,泛采用，可大幅度提高大型钢锭生产效率，提高钢锭质 量，带来几十到几百个亿的效益。
5. 本实用新型3Iil^关键工艺参数的设计，保证了在提高大型钢锭生产率， 抑制钢锭偏析的同时没有其它铸造缺陷产生。
图l大型钢锭模装配示意图；图中
l钢,定丰莫；2钢牵定；3^^温冒口； 4^^温纟色热板；5冒口套；6发热齐U; 7 {^温
覆盖剂；8底盘；9通气管道。
具條駄式
本实用新型一种舰加鹏部、侧壁7糊获得低偏析大型钢锭的體如下 1、本实用新M^用高品质保温冒口使钢锭顶部钢水保持高温，有利于保辦冈
锭顶§ ^，使冒口金属舰钢锭本体进行补縮，避免縮孔疏松产生，保温冒口
高度由计算机模拟软件计算后得到。
图1为大型钢锭模装配示意图，组件包括钢锭模l、钢锭2、保温冒口3、保 温绝热板4、冒口套5、发热剂6、保温a^剂7、底盘8、通气管道9等，钢锭 模1设置于底盘8上，钢锭模1顶部设置保温冒口 3，保温冒口 3外侧设置保温 绝热板4，保温绝热板4外侧设置冒口套5，钢锭模l内的空腔形成钢锭2，保温 冒口 3顶部放有发热剂6、保温覆盖剂7，在钢锭模1侦幢中下部和底盘8中布置 通气管道9，通气管道9的管道直径依据钢锭吨位来确定，内径范围30 200mm。
3、 大型钢锭由于凝固时间长，钢锭底部在凝固层厚度达到一定厚度后，热阻 在钢锭已凝固的部位，如果侧壁通气加强冷却时间过早，可能会导致钢锭侧壁冷 却过快，增加钢锭中心疏松产生的趋势。
4、 本实用新型是从大型钢锭宏观偏析产生的机理出发，基于钢锭的凝固时间和凝固〗i^^对宏观偏析的产生有着重要的影响，ffl31加强大型钢锭与外部环境的 换热剝牛，缩短大型钢锭的凝固时间，强化凝固jl,，从而达到抑制大型钢锭偏 析的目的。
以下结合附图及实施例详述本实用新型。
实施例1
如图1所示，钢锭模材料为灰口織HT150,钢锭模预掛鹏为100°C,冒 口采用保温冒口，冒口锥度为15.6%，钢锭高径比为1:1;浇注金属液重量130吨， 浇注时间25min，真空浇注，浇注温度为1580°C，本实用新型所采用的钢种是 H13，按重量百分比计，其化学成分C: 0.32 0.45°/。， Si: 0.80 1.20%， Mn: 0.20 0.50% ， Cr: 4.75 5.50%, Mo: 1.10 1.75%， V: 0.80 1.20 %, S ,P: <0.030%， Fe余 量。浇注完毕后，于冒口上方填充发热剂和保温覆盖剂；钢锭浇注结束后底盘即 可开始通压缩空气，2 3小时后，钢锭模侧壁方可开始通压縮空气。
本实施例中，压縮空气开始日寸通气量要小，而后逐渐加大流量，压縮空气的 流量在3 8kg/s范围内变化，压缩空气的压力为6个大气压。
采用如下工艺(l)采用顶注式浇注，浇注之前抽真空，减少二次氧化。(2) 同时使用保温冒口和发热齐吸保温覆盖剂，尽量 >钢锭縮孔、疏松，陷。(3) 钢锭浇注结束后底盘即可开始通压缩空气，2 3小时后，钢锭模侧壁方可开始通 压縮空气。
钢锭凝固时间由原来的34小时^1>到30小时，生产率提高了12%。但;W 过模拟可以看出，底盘与钢锭模侧壁通气后，显著加快了钢锭开始阶段的凝固速 度，使凝固前沿ffliIM过容易产生"A"型偏析的区域，减轻了 "A"型偏析产生 的趋势。
实施例2
与实施例1不同之处是
钢锭模材料为灰口,HT250，钢锭模预 度为15(TC，冒口采用保温冒 口，冒口锥度为13.2%，钢锭高径比为1.4:1;浇注金属液重量380吨，浇注时间 60min;钢锭浇注结束后底盘即可开始通压缩空气，4 5小时后，钢l定模侧壁方 可开始通压縮空气。
本实施例中，压縮空气开始时通气量要小，而后逐渐加大流量，压縮空气的 流量在5 9k^s范围内变化，压縮空气的压力为8个大气压。本实用新型工作过^呈及结果
由于本实用新,用浇注完成后底盘即开,压縮空气，1 6小时后，钢锭 模侧壁开始通压縮空气的方法。不但會扱时糊锭f數卜表面的热量带走，降低钢 锭模和底盘的温度，縮短了钢锭的凝固时间，同时显著加快了钢锭初期阶段的冷
却速度，使凝固前^ffiil3M;容易产生偏析的区域，显著改善大型钢锭的宏观偏 析问题。
实施例的结果表明，本实用新型以大型钢锭计 1模拟结果为依据，所设计
的大型钢锭底盘、侧壁通气7转卩皿可显著提高大型钢锭的凝固速度，縮短脱模
时间，改善大型钢锭的凝固状态，对大型钢锭的各种偏析有舰的抑制作用，尤
其就严重影响钢,顿量的"A"型偏析有明显的抑制作用，适用于碳钢或合金
钢等各种材质的大型钢锭的制造。
权利要求1、一种通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢锭的装置，其特征在于钢锭模(1)设置于底盘(8)上，在钢锭模(1)侧壁中下部和底盘(8)中布置通气管道(9)。
2、 按照权利要求1所述的通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢锭的装置，其特征在于钢锭模(1)顶部设置保温冒口 (3)，保温冒口 (3)外侧设置保温绝热板(4)，保温绝热板(4)外侧设置冒口套(5)。
3、 按照权利要求2所述的通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢锭的装 置，其特征在于保温冒口 (3)顶部放有发热剂(6)和保温覆盖剂(7)。
专利摘要本实用新型是一种通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢锭的装置，涉及各种级别大型钢锭的制造过程，适用于碳钢和合金钢锭各种成分的偏析控制，可以用于真空浇注和非真空浇注钢锭的铸造过程，控制宏观偏析和减轻微观偏析。本实用新型的钢锭模设置于底盘上，在钢锭模侧壁中下部和底盘中布置通气管道。本实用新型设计了大型钢锭底盘和锭模侧壁通压缩空气的冷却系统，大大提高了大型钢锭的冷却速度，有效地抑制了大型钢锭的各种偏析，解决目前大型钢锭偏析严重，生产效率低下的问题；根据大型钢锭吨位，确定不同的大型钢锭底盘、侧壁通气的时间及流量，保证大型钢锭偏析得到抑制的同时，不产生其它铸造缺陷。
文档编号B22D7/06GK201231310SQ20082001270
公开日2009年5月6日 申请日期2008年5月15日 优先权日2008年5月15日
发明者傅排先, 夏立军, 康秀红, 李依依, 李殿中, 桑宝光, 陈露贵 申请人:中国科学院金属研究所