一种用于大高径比圆形铸坯的钢锭模的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及钢锭模领域，具体为一种用于大高径比圆形铸坯的钢锭模，解决了铸坯缩孔、疏松、裂纹等质量问题以及制造效率低的问题。该钢锭模设有下底盘、上底盘、中注管底座、钢锭模、中注管、冒口，上底盘和下底盘上下水平放置于浇注地坑中，在下底盘、上底盘上砌筑耐火砖形成的浇注系统，浇注系统采用底注式平稳充型浇注系统，采用成形中注管砖砌成；钢锭模的上端与冒口相连，钢锭模的下端与底盘、浇道系统相连，钢锭模的内部轮廓形成为从上至下逐渐增大的正锥度形状，钢锭模整体形成的大高径比圆形铸坯形状为上小下大。本实用新型的钢锭模设计能够生产出高致密、高利用率轴类用坯料，利用率比常规钢锭大8%。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及钢锭模领域，具体为一种用于大高径比轴类圆形铸坯（圆锭）的 钢锭模。 -种用于大高径比圆形铸坯的钢锭模
【背景技术】
[0002] 市场上需要大量坯料用来做轴类件、筒类件以及棒材，一般采用常规上大下小的 圆形钢锭用来作为这些锻件产品的坯料，由于常规钢锭的高径比一般低于3,其锻后利用率 在65?75%之间。为了提高产品的市场竞争力，钢锭的生产企业不断地通过技术改进来提 高钢锭的利用率及其内部质量。
[0003] 目前，如果将常规钢锭的高径比提高到3以上（大高径比），钢锭的心部将会出现 严重的缩孔疏松，往往会导致产品锻后不能满足探伤要求，严重影响产品生产。为了克服大 高径比圆坯心部缺陷问题，有的企业采用电渣重熔方式制造这种圆坯，事实证明这种生产 方式不但生产效率较低，而且生产成本也高，产品不具市场竞争力。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种用于大高径比圆形铸坯的钢锭模，解决了铸坯缩 孔、疏松、裂纹等质量问题以及制造效率低的问题。
[0005] 为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：
[0006] -种用于大高径比圆形铸坯的钢锭模，该钢锭模设有下底盘、上底盘、中注管底 座、钢锭模、中注管、冒口，具体结构如下：
[0007] 上底盘和下底盘上下水平放置于浇注地坑中，在下底盘、上底盘上砌筑耐火砖形 成的浇注系统，浇注系统采用底注式平稳充型浇注系统，采用成形中注管砖砌成；上底盘、 中注管底座均装配在底盘上，上底盘位于中注管底座的外围，底盘采用厚度为200?400mm 的厚底盘，中注管底座上设置中注管，形成直浇道，钢水通过定位在中注管底座上的中注管 注入位于钢锭下底盘中的横浇道；钢锭模的上端与冒口相连，钢锭模的下端与浇道相连，钢 锭模安装在上底盘上，钢锭模大口向下、小口向上，钢锭模上下壁厚一致；钢锭模的内腔与 上底盘中的内浇道相连通，每个钢锭模采用单独一个内浇道；下底盘表面的横浇道与上底 盘中的内浇道相连通，横浇道采用等直径结构，横浇道尾端设置集渣包；冒口装配在钢锭模 上，冒口采用保温冒口。
[0008] 所述的用于大高径比圆形铸坯的钢锭模，浇注系统中，中注管底座和中注管形成 的直浇道上大下小，直浇道上口直径0丨00?丨30mm，K 口直径050?80mm，中注管砖壁 厚30?60mm ;横浇道采用等直径耐火砖管，直径050?80mm;内浇道垂直向上，在横浇道 上直接开出直径050?80mm的内浇道；内浇道上大下小，直径尺寸相差10?15mm。
[0009] 所述的用于大高径比圆形铸坯的钢锭模，钢锭模采用上小下大正锥度圆筒形锭 模，钢锭模的内腔轮廓形成为从上至下逐渐增大的正锥度形状，钢锭模锥度> 0. 3% ;钢锭 模壁厚> 100,钢锭模采用均匀壁厚，外形与内侧形状一致。
[0010] 所述的用于大高径比圆形铸坯的钢锭模，钢锭模的锥度根据如下公式计算：
[0011] t = (D2-D1)/2H，其中：
[0012] t表示钢锭模的锥度；
[0013] Η表示钢锭模的高度；
[0014] D表示平均直径；
[0015] D1表示在所述钢锭模顶端处内腔直径；
[0016] D2表示在所述钢锭模底端处内腔直径。
[0017] 所述的用于大高径比圆形铸坯的钢锭模，钢锭模的高径比> 2. 5,根据如下公式计 算：
[0018] B = H/D ；
[0019] D = (Dl+D2)/2 ；
[0020] 其中，
[0021] B表不钢淀|旲的商径比；
[0022] Η表示钢锭模的高度，Η在1000mm?5000mm范围内；
[0023] D表示平均直径D在100mm?1000mm范围内；
[0024] D1表示在所述钢锭模顶端处内腔直径；
[0025] D2表示在所述钢锭模底端处内腔直径。
[0026] 所述的用于大高径比圆形铸坯的钢锭模，钢锭模内腔为柱形，钢锭模内腔采用无 棱设计或有棱设计；有棱设计的钢锭模内表面的凹面、凸面交替排列，凹面、凸面的弧高 < 500_ ;钢锭模外表面为柱面形状。
[0027] 所述的用于大高径比圆形铸坯的钢锭模，钢锭模冒口可采用正锥度或无锥度设 计，冒口锥度为0?8%，冒口高度为300?600mm。
[0028] 所述的用于大高径比圆形铸坯的钢锭模，保温冒口内挂保温板，保温板为轻质保 温材料的保温板，保温板的厚度在30?80mm ;在保温板之后，使用厚度在1mm以上金属条 或金属板固定保温板。
[0029] 本实用新型的优点及有益效果是：
[0030] 1、本实用新型采用锭身上小下大、高径比在2. 5以上的钢锭模设计，能够生产出 高致密、高利用率轴类用坯料，由于钢锭模采用这种设计，大大提高生产效率，给生产带来 方便。
[0031] 2、本实用新型在满足钢锭心部质量前提下，使钢锭的锻后利用率提高到85%以 上。从而，为生产轴类及筒类锻件以及棒材提供了高质量铸坯，解决了铸坯缩孔、疏松、裂纹 等质量问题以及制造效率低的问题。
[0032] 3、本实用新型采用尺寸规格为150?1000mm并且重量为2?50吨圆形铸坯的钢 锭模，适合于轴类件生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1为圆坯制造模具示意图；图中，1-下底盘，2-上底盘，3-中注管底座，4-钢锭 模，5-中注管，6-冒口，7-内浇道，8-横浇道。Η表示钢锭高度；h表示冒口高度；D1表示在 所述钢锭模顶端处内腔直径；D2表示在所述钢锭模底端处内腔直径。
【具体实施方式】
[0034] 下面通过实施例并结合附图，对本实用新型进一步具体地说明。
[0035] 如图1所示，本发明圆形铸坯（圆锭）制造模具，主要包括：下底盘1、上底盘2、中 注管底座3、钢锭模4、中注管5、冒口 6等，具体结构如下：
[0036] 上底盘2和下底盘1上下水平放置于浇注地坑中，在下底盘1、上底盘2上砌筑耐 火砖形成的浇注系统，浇注系统采用底注式平稳充型浇注系统，采用成形中注管砖砌成；上 底盘2、中注管底座3均装配在底盘1上，上底盘2位于中注管底座3的外围，底盘1采用厚 度为200?400mm的厚底盘，中注管底座3上设置中注管5,形成直浇道，钢水通过定位在 中注管底座3上的中注管5注入位于钢锭下底盘1中的横浇道8 ;钢锭模4的上端与冒口 6相连，钢锭模4的下端与浇道相连，钢锭模4安装在上底盘2上，钢锭模4大口向下、小口 向上，钢锭模4上下壁厚一致；钢锭模4的内腔与上底盘2中的内浇道7相连通，每个钢锭 模4采用单独一个内浇道7 ;下底盘1表面的横浇道8与上底盘2中的内浇道7相连通，横 浇道8采用等直径结构，横浇道8尾端设置集渣包；冒口 6装配在钢锭模4上，冒口 6采用 保温冒口。
[0037] 本实用新型圆坯制造模具的钢锭模内腔为柱形，具体来说钢锭模内腔可采用无棱 柱形钢锭模以及相关浇注系统。另外，钢锭模内表面也可采用有棱设计及多棱近柱形设计， 钢锭模内表面的凹面、凸面交替排列，凹面、凸面的弧高彡500mm(优选为30?500mm);钢 锭模外表面为柱面形状。
[0038] 如图1所示，所述钢锭模的高径比彡2. 5(优选为2. 5?7)，根据如下公式计算：
[0039] B = H/D ；
[0040] D = (Dl+D2)/2 ；
[0041] 其中，
[0042] B表示钢锭模的高径比；
[0043] Η表示钢锭模的高度，Η在1000mm?5000mm范围内；
[0044] D表不平均直径D在100mm?1000mm范围内；
[0045] D1表示在所述钢锭模顶端处内腔直径；
[0046] D2表示在所述钢锭模底端处内腔直径。
[0047] 浇注系统中，中注管底座3和中注管5形成的直浇道上大下小，直浇道上口直径 0100?130mm，K 口直径050?80mm，中注管砖壁厚30?60mm ;横烧道8采用等直径耐 火砖管，直径050?80mm;内烧道7垂直向上，在横烧道8上直接开出直径050?80mm的 内浇道7。内浇道7上大下小，直径尺寸相差10?15mm。
[0048] 钢锭模4采用上小下大正锥度圆筒形锭模，钢锭模4的内腔轮廓形成为从上至 下逐渐增大的正锥度形状，钢锭模锥度彡0. 3 % (优选为0. 3 %?15% );钢锭模壁厚 彡100 (优选为100?400mm)，钢锭模采用均匀壁厚，外形与内侧形状一致。使用本实用新 型的钢锭模生产出的坯料可以为圆型，钢锭模高径比为2. 5?7。钢锭模内壁形状可以完全 是圆形，也可以采用有棱近似设计。所述钢锭模由灰铸铁材料制成，其重量为2?50吨。 [0049] 如图1所示，所述钢锭模的锥度根据如下公式计算：
[0050] t = (D2_D1)/2H，其中：
[0051] t表示钢锭模的锥度；
[0052] Η表示钢锭模的高度；
[0053] D表不平均直径；
[0054] D1表示在所述钢锭模顶端处内腔直径；
[0055] D2表示在所述钢锭模底端处内腔直径；
[0056] 钢锭模冒口可采用正锥度或无锥度设计，冒口锥度为0?8% (保温冒口内径趋于 上小下大），高度为300?600mm。保温冒口内挂保温板，保温板为轻质保温材料（如：玻璃 棉、硅酸铝棉等），保温板的厚度在30?80mm，其导热系数小于0. 5W/mK，密度低于700kg/ m3,使冒口具有不仅具有足够强度而且还具有较强的保温功能。打箱时，保温冒口的内层保 温板粘附在圆坯上，不能重复使用。在冒口保温设计中，在保温板之后需使用1mm以上薄钢 板或其它金属条固定保温板，防止保温板在高温脱模中溃落。
[0057] 实施例1
[0058] 采用以上钢锭模设计，开发14. 1吨上小下大形状模铸圆坯，高径比约为5。直浇道 上口直径:0130mm，直浇道下口直径:075mm，中注管砖壁厚50mm ;横浇道内径05〇_，在 横浇道上直接开出直径050mm的内浇道，内浇道上大下小，直径尺寸相差15mm。钢锭模锥 度为4%，钢锭模壁厚350mm。采用优质保温冒口，冒口高度500mm，冒口锥度为4%，冒口保 温板厚度为40mm ;使用前，冒口预热温度为300°C。
[0059] 本实施例中，钢锭模预热温度80°C，内部喷涂1mm厚的锆英粉涂料。将底盘放置 在浇注坑中，然后装配浇注系统、钢锭模和冒口，之后进行金属液浇注。浇注的金属液材质 为42CrM 〇,浇注过热度为70°C，浇注速度为l.Ot/min，浇注过程中采用筛撒方式向钢锭模 中的金属液面上及保温覆盖剂，加入量为〇. 5kg/t。
[0060] 实际过程中，采用此钢锭模制备出14. 1吨圆坯。然后，锻成直径0370mm轴类件， 探伤结果显示，未见02mm以上缺陷。
[0061] 实施例2
[0062] 采用以上钢锭模设计，开发15吨上小下大形状模铸圆述，高径比约为5. 3。直浇道 上口直径0100mm,直浇道下口直径050mm,中注管砖壁厚35mm ;横浇道内径050mm，在 横浇道上直接开出直径050mm的内浇道，内浇道上大下小，直径尺寸相差10mm。钢锭模锥 度为0. 3%，钢锭模壁厚200mm。采用优质保温冒口，冒口高度400mm，冒口无锥度，冒口保温 板厚度为30mm。
[0063] 本实施例中，钢锭模预热温度80°C，内部喷涂1mm厚的锆英粉涂料。将底盘放置在 浇注地坑中，然后装配浇注系统、钢锭模和冒口，之后进行金属液浇注。浇注的金属液材质 为H13,浇注过热度为60°C，浇注速度为0. 9t/min，浇注过程中采用筛撒方式向钢锭模中的 金属液面上及保温覆盖剂，加入量为2. Okg/t。
[0064] 采用此钢锭模制备出15t圆坯，锻造成0220mm规格产品。经检测，性能满足使用 要求。
[〇〇65] 实施例结果表明，本实用新型的钢锭模设计能够生产出高致密、高利用率轴类用 坯料，利用率比常规钢锭大8 %。
【权利要求】
1. 一种用于大高径比圆形铸坯的钢锭模，其特征在于：该钢锭模设有下底盘、上底盘、 中注管底座、钢锭模、中注管、冒口，具体结构如下： 上底盘和下底盘上下水平放置于浇注地坑中，在下底盘、上底盘上砌筑耐火砖形成的 浇注系统，浇注系统采用底注式平稳充型浇注系统，采用成形中注管砖砌成；上底盘、中注 管底座均装配在底盘上，上底盘位于中注管底座的外围，底盘采用厚度为200?400mm的厚 底盘，中注管底座上设置中注管，形成直浇道，钢水通过定位在中注管底座上的中注管注入 位于钢锭下底盘中的横浇道；钢锭模的上端与冒口相连，钢锭模的下端与浇道相连，钢锭模 安装在上底盘上，钢锭模大口向下、小口向上，钢锭模上下壁厚一致；钢锭模的内腔与上底 盘中的内浇道相连通，每个钢锭模采用单独一个内浇道；下底盘表面的横浇道与上底盘中 的内浇道相连通，横浇道采用等直径结构，横浇道尾端设置集渣包；冒口装配在钢锭模上， 冒口采用保温冒口。
2. 按照权利要求1所述的用于大高径比圆形铸坯的钢锭模，其特征在于：浇注系统中， 中注管底座和中注管形成的直浇道上大下小，直浇道上口直径?130mm，下口直径?80mm， 中注管砖壁厚30?60mm ;横烧道采用等直径耐火砖管，直径?80mm ;内烧道垂直向上，在 横浇道上直接开出直径?80mm的内浇道；内浇道上大下小，直径尺寸相差10?15mm。
3. 按照权利要求1所述的用于大高径比圆形铸坯的钢锭模，其特征在于：钢锭模采用 上小下大正锥度圆筒形锭模，钢锭模的内腔轮廓形成为从上至下逐渐增大的正锥度形状， 钢锭模锥度彡〇. 3% ;钢锭模壁厚彡100,钢锭模采用均匀壁厚，外形与内侧形状一致。
4. 按照权利要求1所述的用于大高径比圆形铸坯的钢锭模，其特征在于：钢锭模内腔 为柱形，钢锭模内腔采用无棱设计或有棱设计；有棱设计的钢锭模内表面的凹面、凸面交替 排列，凹面、凸面的弧高< 500_ ;钢锭模外表面为柱面形状。
5. 按照权利要求1所述的用于大高径比圆形铸坯的钢锭模，其特征在于：钢锭模冒口 可采用正锥度或无锥度设计，冒口锥度为0?8%，冒口高度为300?600mm。
6. 按照权利要求1所述的用于大高径比圆形铸坯的钢锭模，其特征在于：保温冒口内 挂保温板，保温板为轻质保温材料的保温板，保温板的厚度在30?80_ ;在保温板之后，使 用厚度在1_以上金属条或金属板固定保温板。
【文档编号】B22D7/06GK203887184SQ201420327344
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】刘宏伟, 傅排先, 栾义坤, 夏立军, 李殿中, 李依依 申请人:中国科学院金属研究所