用于空心钢锭的浇注装置及其浇注方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于空心钢锭的浇注装置，包括下地盘和上底盘，上底盘上坐放有套筒型芯，套筒型芯内腔设置有铸管流钢通道，铸管流钢通道的上端口安装有盆砖，铸管流钢通道下端口与上底盘的轴心孔对正连通；套筒型芯的主体中设置有贯通轴向的进气孔及出气孔；套筒型芯的外周设置有同轴的空心钢锭模，空心钢锭模下端坐放在上底盘上，并且将上底盘上的浇注眼隔在套筒型芯与空心钢锭模之间，套筒型芯上沿外壁与空心钢锭模上沿内壁分别设置有绝热板。本发明还公开了一种用于空心钢锭的浇注方法。本发明的装置结构简单，本发明的方法操作方便，便于实施和推广。
【专利说明】
用于空心钢锭的浇注装置及其浇注方法
技术领域
[0001]本发明属于铸造设备技术领域，涉及一种用于空心钢锭的浇注装置，本发明还涉及一种用于空心钢锭的浇注方法。
【背景技术】
[0002]近年来，石油化工业发展迅速，产业规模不断扩大，相关企业需要进行大规模的设备改造和主体设备更新，尤其是大型筒形件的需求量增加，如大型加氢反应、核电主管道、水轮机大轴等。而大型筒类件锻造所采用的钢锭有两种，一种是实心钢锭，一种是空心钢锭。
[0003]采用实心钢锭锻制大型空心锻件，由于钢锭规格太大，给冶炼、锻造过程带来较大困难(指合浇能力、镦粗、冲孔等工艺过程)，且锻造工序多、切除量大，制造成本高;并且大的实心钢锭凝固时间长、偏析大，难以满足厚壁筒类锻件对均质性的要求。
[0004]利用空心钢锭进行筒类件的锻造，相比于实心钢锭省去了冲孔过程中需要的2?3个火次，减少了大量的能源消耗和材料烧损。利用实心钢锭锻造筒形铸件，钢锭利用率一般不到65%，而利用空心钢锭进行筒类件的锻造，钢锭的利用率可以达到80%以上。同时，可节省材料费15 %、加热费50 %和锻造费30 %。由于采用内外双向冷却的方式，空心钢锭制造技术有效地控制了传统实心钢锭经常发生的心部化学成分偏析等问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种用于空心钢锭的浇注装置，解决了现有技术中实心钢锭凝固时间长、偏析大，难以满足厚壁筒类锻件对均质性要求的问题。
[0006]本发明的另一目的是提供一种用于空心钢锭的浇注方法，通过底盘中相应的底眼和不同锭型的钢锭模，生产不同锭型的空心钢锭。
[0007]本发明所采用的技术方案是，一种用于空心钢锭的浇注装置，包括下地盘，下地盘上表面配套扣接有上底盘，上底盘的中心位置坐放有套筒型芯，套筒型芯内腔设置有铸管流钢通道，铸管流钢通道的上端口安装有盆砖，铸管流钢通道下端口与上底盘的轴心孔对正连通;套筒型芯的主体中设置有贯通轴向的进气孔及出气孔；
[0008]套筒型芯的外周设置有同轴的空心钢锭模，空心钢锭模下端坐放在上底盘上，并且将上底盘上的浇注眼隔在套筒型芯与空心钢锭模之间，套筒型芯上沿外壁与空心钢锭模上沿内壁分别设置有绝热板。
[0009]本发明所采用的另一技术方案是，一种用于空心钢锭的浇注方法，按照以下步骤实施:
[0010]步骤1、准备浇注装置
[0011]1.1)准备下地盘和上底盘
[0012]在下地盘预定的三个浇注通道内做入耐火砖，然后将上底盘对正放在下地盘上；再将铸管流钢通道在上底盘中心对中做好；
[0013]1.2)制作套筒型芯
[0014]套筒型芯为标准工装，向C-D空隙中填冲造型砂，要求造型砂填充严实，每次上砂厚度不得超过300_，捣实一层砂，再填充下一层砂，直至填满C-D空隙为止；
[0015]再将填充好造型砂的套筒型芯套在铸管流钢通道外周，用造型砂将套筒型芯与铸管流钢通道之间的缝隙填充严实，再在铸管流钢通道上端口沿安装盆砖；
[0016]1.3)安装空心钢锭模
[0017]将烘烤完毕的空心钢锭模放置在上底盘上，最后根据浇注工艺要求，确定绝热板的下插高度；
[0018]步骤2、浇注
[0019]浇注前，进行对正操作，保证钢包水口与盆砖对齐；
[0020]开始浇注后，向套筒型芯中的进气孔通入压缩空气，待浇注5?10分钟后，另外再通入液氮，低温混合气体通过出气孔带走大量热量，对套筒型芯进行冷却，使空心钢锭最后凝固位置接近空心钢锭的壁厚中心。
[0021]本发明的有益效果是，能够满足15吨-35吨不同锭型空心钢锭的浇注，主要创新点在于钢锭模、底盘以及铸管流钢通道的结构及其使用方式。本发明是以40吨钢锭模浇注20吨空心钢锭为例，在其中心位置放置套筒型芯，再将铸管流钢通道放入套筒型芯内进行空心钢锭的浇注;其余规格锭型的空心钢锭可通过底盘中相应的底眼和不同锭型的钢锭模完成浇注。
【附图说明】
[0022]图1是本发明装置的结构示意图；
[0023]图2是本发明装置中空心钢锭模下地盘的俯视结构示意图；
[0024]图3是本发明装置中空心钢锭模上底盘的俯视结构示意图；
[0025]图4是本发明装置中套筒型芯的横截面结构示意图。
[0026]图中，1.下地盘，2.上底盘，3.空心钢锭模，4.套筒型芯，5.进气孔，6.出气孔，7.铸管流钢通道，8.漏斗砖，9.绝热板，1.吊耳，11.模底眼，12.浇注通道。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0028]参照图1，本发明的结构是，包括下地盘I，下地盘I上表面配套扣接有上底盘2，上底盘2的中心位置坐放有套筒型芯4，套筒型芯4内腔设置有铸管流钢通道7，铸管流钢通道7的上端口安装有盆砖8，铸管流钢通道7下端口与上底盘2的轴心孔对正连通;套筒型芯4的主体中设置有贯通轴向的进气孔5及出气孔6，进气孔5与压缩空气及惰性气体连接，套筒型芯4外壁靠近上部设置有吊耳10;
[0029]套筒型芯4的外周设置有同轴的空心钢锭模3，空心钢锭模3下端坐放在上底盘2上，并且将上底盘2上的浇注眼隔在套筒型芯4与空心钢锭模3之间，套筒型芯4上沿外壁与空心钢锭模3上沿内壁分别设置有绝热板9。
[0030]图2为下地盘11的俯视图，下地盘11可以采用现有普通规格的下注钢锭底盘，优选现有下注钢锭底盘中的三支型的底盘(或六支型的底盘)，该三支型的底盘设置有从底盘中心径向外延且夹角为120°的三个浇注通道12，即下地盘I的主体中沿圆周间隔120°均匀分布有三个浇注通道12，该三个浇注通道12内端连通。
[0031]参照图3，上底盘2与下地盘I搭配使用，上底盘2沿圆周间隔120°均匀分布有三组模底眼11，每组模底眼11沿径向均设置为三个，构成内、中、外圈三组孔;每圈的三个模底眼11作为浇注做模时的底眼，根据空心钢锭的大小，选用相应的钢锭模，再确定使用三圈模底眼11中的一组作为浇注时的底眼；而对于剩余两圈模底眼11，在底盘准备工作时，可以利用堵头砖将其堵住，避免浇注过程中由于压力过大出现跑刚现象，就能够根据不同规格的锭型选择使用内、中、外圈三圈模底眼11中的一圈三个作为钢锭浇注的模底眼11，增大了适应性。
[0032]空心钢锭模3选用现有的钢锭模，只要符合所要制备的空心钢锭的模具尺寸即可。
[0033]参照图4，套筒型芯4采用20mm厚的钢板做成标准工装，为多层内空结构，横截面为六个同心圆，从内到外，A-B、C-D、E-F三个空隙之间填满造型砂;B-C、D-E两个空隙之间为通气通道，分别称为进气孔5及出气孔6;
[0034]进气孔5在浇注使用时，向孔内通冷却空气，该间隙是用20mm厚钢板隔成，间隙大小在20-30mm之间；
[0035]出气孔6在浇注中排出气体，与进气孔5结构类似；
[0036]铸管流钢通道7内部放入做好的中注管砖；
[0037]盆砖8，浇注时钢水从盆砖8进入进行浇注。
[0038]绝热板9，又称为冒口绝热板，根据钢锭大小调整下插量以达到钢锭的标准重量。
[0039]实施例选用的是最内圈的一组，利用40吨钢锭模浇注20吨空心钢锭，通过调整绝热板9的下插高度和浇注高度来控制空心钢锭的重量。
[0040]套筒型芯4也可用20mm厚的钢板做成标准工装，在浇注过程中，钢水直接通过铸管浇注通道进入，经过底盘三个浇注通道12流入钢锭模完成空心钢锭的浇注。
[0041]吊耳10是用于吊装套筒型芯4。
[0042]本发明的主要创新点包括两个部位，即底盘和套筒芯结构，改变现有空心钢锭浇注时中注管在锭模外侧的浇注方法，简化了底盘的结构。通过将套筒型芯4做成中间空心的构造，将铸管流钢通道7放入套筒型芯4中间，可直接与底盘中心孔相连进行浇注。该套筒型芯4可用20mm厚的钢板做成标准工装，在浇注过程中，钢水直接通过铸管流钢通道7进入，经过底盘浇注通道12流入空心钢锭模3中，完成空心钢锭的浇注，期间，会通过进气孔5及出气孔6向套筒型芯4内通冷却空气，对套筒型芯4进行降温以防止套筒型芯4外壁过热被钢水击穿。
[0043]本发明用于空心钢锭的浇注方法，按照以下步骤实施:
[0044]步骤1、准备浇注装置
[0045]1.1)准备下地盘I和上底盘2
[0046]如图2，在下地盘I预定的三个浇注通道12内做入耐火砖，按照工艺要求的长度执行操作。按照传统做模的工艺要求，将砖做平整、严密、严实，保证钢水正常通过三个浇注通道12进入空心钢锭模3;然后将上底盘2对正放在下地盘I上;再将铸管流钢通道7在上底盘2中心对中做好；
[0047]1.2)制作套筒型芯4
[0048]如图4，套筒型芯4为标准工装，向C-D空隙中填冲造型砂，要求造型砂填充严实，每次上砂厚度不得超过300mm，捣实一层砂，再填充下一层砂，直至填满C-D空隙为止；
[0049]再将填充好造型砂的套筒型芯4套在铸管流钢通道7外周，用造型砂将套筒型芯4与铸管流钢通道7之间的缝隙填充严实，再在铸管流钢通道7上端口沿安装盆砖8;
[0050]1.3)安装空心钢锭模3
[0051]将烘烤完毕的空心钢锭模3放置在上底盘2上，最后再根据浇注工艺要求，确定绝热板9的下插高度，即可开始下一步的浇注，最终的安装完成状态见图1。
[0052]步骤2、浇注
[0053]浇注前，进行对正操作，保证钢包水口与盆砖8对齐；
[0054]开始浇注后，向套筒型芯4中的进气孔5通入压缩空气，待浇注5?10分钟后，另外再通入液氮，使得液氮在压缩空气作用下在套筒型芯4中快速雾化，形成低温混合气体，对套筒型芯4的外壁进行冷却降温，低温混合气体在压力作用下，通过出气孔6带走大量热量，对套筒型芯4进行冷却，使空心钢锭最后凝固位置接近空心钢锭的壁厚中心，提高冷却速度，降低偏析程度。
[0055]步骤3、拆除各个部件
[0056]浇注完毕后，待空心钢锭冷却凝固后进行提锭脱模，
[0057]首先，空心钢锭及冒口冷却凝固后，先将套筒型芯4连同铸管流钢通道7提出，在旁边脱模区域将铸管流钢通道7脱出，并且处理掉套筒型芯4中的造型砂，以便下次使用;然后将空心钢锭模3连带空心钢锭提出，在脱模区域进行脱模，并对空心钢锭模3进行清理;最后分别清理下地盘I和上底盘2中的横向汤道和造型砂。
【主权项】
1.一种用于空心钢锭的浇注装置，其特征在于:包括下地盘(I)，下地盘(I)上表面配套扣接有上底盘(2)，上底盘(2)的中心位置坐放有套筒型芯(4)，套筒型芯(4)内腔设置有铸管流钢通道(7)，铸管流钢通道(7)的上端口安装有盆砖(8)，铸管流钢通道(7)下端口与上底盘(2)的轴心孔对正连通;套筒型芯(4)的主体中设置有贯通轴向的进气孔(5)及出气孔(6)； 套筒型芯(4)的外周设置有同轴的空心钢锭模(3)，空心钢锭模(3)下端坐放在上底盘(2)上，并且将上底盘(2)上的浇注眼隔在套筒型芯(4)与空心钢锭模(3)之间，套筒型芯(4)上沿外壁与空心钢锭模(3)上沿内壁分别设置有绝热板(9)。2.根据权利要求1所述的用于空心钢锭的浇注装置，其特征在于:所述的下地盘(I)的主体中沿圆周间隔120°均匀分布有三个浇注通道(12)，该三个浇注通道(12)内端连通;上底盘(2)沿圆周间隔120°均匀分布有三组模底眼(11)，每组模底眼(11)沿径向均设置为三个，构成内、中、外圈三组孔。3.根据权利要求1所述的用于空心钢锭的浇注装置，其特征在于:所述的套筒型芯(4)截面为六个同心圆，从内到外，A-B、C-D、E-F三个空隙之间填满造型砂;B-C、D-E两个空隙之间为通气通道，分别称为进气孔(5)及出气孔(6)。4.一种用于空心钢锭的浇注方法，利用权利要求1、2或3所述的浇注装置，其特征在于，按照以下步骤实施: 步骤1、准备浇注装置 .1.1)准备下地盘(I)和上底盘(2) 在下地盘(I)预定的三个浇注通道(12)内做入耐火砖，然后将上底盘(2)对正放在下地盘(I)上;再将铸管流钢通道(7)在上底盘(2)中心对中做好； .1.2)制作套筒型芯(4) 套筒型芯(4)为标准工装，向C-D空隙中填冲造型砂，要求造型砂填充严实，每次上砂厚度不得超过300_，捣实一层砂，再填充下一层砂，直至填满C-D空隙为止； 再将填充好造型砂的套筒型芯(4)套在铸管流钢通道(7)外周，用造型砂将套筒型芯(4)与铸管流钢通道(7)之间的缝隙填充严实，再在铸管流钢通道(7)上端口沿安装盆砖(8)； .1.3)安装空心钢锭模(3) 将烘烤完毕的空心钢锭模(3)放置在上底盘(2)上，最后根据浇注工艺要求，确定绝热板(9)的下插高度； 步骤2、浇注 开始浇注后，向套筒型芯(4)中的进气孔(5)通入压缩空气，待浇注5?10分钟后，另外再通入液氮，低温混合气体通过出气孔(6)带走大量热量，对套筒型芯(4)进行冷却，使空心钢锭最后凝固位置接近空心钢锭的壁厚中心。
【文档编号】B22D7/12GK106077533SQ201610710544
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月23日
【发明人】王耀琨, 杜佳, 朱朋祥, 王亚锋
【申请人】中冶陕压重工设备有限公司