專利名稱：制造包括鏜孔的金屬鑄錠的方法、鑄錠和相關(guān)的鑄造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造包括縱向鏜孔的金屬鑄錠，且尤其涉及制造用于形成環(huán)形鍛造零件的鋼錠。
背景技術(shù)：
為了形成鍛造環(huán)形零件，例如用于建造核電站槽或用于建造石油化工反應(yīng)器的套管，已知使用鑄錠，這些鑄錠或者是實心錠，或者是直接澆鑄的、包括中心鏜孔的鑄錠，所述實心鑄錠必須對它們進行包括軸向孔鉆孔的鍛造操作，所述直接澆鑄的、包括中心鏜孔的鑄錠可以直接轉(zhuǎn)換為套管形狀。
這兩類鑄錠的區(qū)別特別在于澆鑄條件，尤其是所述澆鑄條件表現(xiàn)為液態(tài)中氫的含量，并且所述澆鑄條件可能同時影響得到零件的特性和制造條件。實際上，實心鑄錠可以真空澆鑄，這樣可以使它們形成真空澆鑄時已經(jīng)除氣的鋼，以得到保證小于Ippm的氫含量。相反，包括中心鏜孔的鑄錠在空氣源中澆鑄。借助在澆包冶金操作的過程中已經(jīng)除氣的液態(tài)金屬或液態(tài)鋼澆鑄這些鑄錠，這樣保證氫的整體含量小于I. 5ppm。但是，當(dāng)經(jīng)過空氣并與構(gòu)成源的耐火材料接觸而進行底注時，鋼再次得到大約0. 3ppm的含氫量，因此當(dāng)鋼在錠模中為液態(tài)時，很難得到可以保證氫含量小于I. 8ppm的鑄錠。然而，對某些應(yīng)用，尤其是在核反應(yīng)堆建造領(lǐng)域中的應(yīng)用，需要得到最終零件上的氫含量小于0. Sppm的零件?？梢杂谜婵諠茶T的實心鋼錠得到這樣的含量，特別是當(dāng)真空澆鑄槽中的壓カ約為0. ITorr吋。但是，對于底注鑄錠，且尤其是包括縱向鏜孔的鑄錠，只能通過使零件在它們的鍛造過程中經(jīng)過一系列長時間的和昂貴的熱處理保證氫含量，尤其是使氫擴散的熱處理保證氫含量。因此，這些區(qū)別導(dǎo)致具有縱向鏜孔的鑄錠可以用比整塊鑄錠簡化的鍛造過程進行鍛造，但相反，具有縱向鏜孔的鑄錠需要非常長時間和非常昂貴的除氣處理，所述除氣處理使過程更復(fù)雜。相反，實心鑄錠盡管具有低的氫含量且因此不需要除氣處理，但需要更復(fù)雜的鍛造過程。實際上，該過程應(yīng)至少包括用于形成中心孔的階段，該階段要求幾次鍛造和在爐中再加熱的操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服這些缺點，提出得到具有縱向鏜孔同時氫含量從開始就足夠低的鍛造鑄錠，以便能夠保證最終零件上的氫含量低的條件，而不需要許多除氣熱處理。為此，本發(fā)明的目的是提出一種通過將液態(tài)金屬澆鑄到模型中制造包括縱向鏜孔的金屬鑄錠的方法，所述模型包括大體上為環(huán)形的造型腔，所述造型腔由垂直延伸在支座之上并包括向上開放空腔的錠模、位于錠?？涨粌?nèi)的垂直型芯和底部形成。根據(jù)該方法模型位于真空澆鑄槽內(nèi)，真空澆鑄槽的上部包括液態(tài)金屬進入部件；
位于造型腔上部的液態(tài)金屬的接收和分配裝置，用于接收進入真空澆鑄槽中的液態(tài)鋼并使液態(tài)金屬重新分配到造型腔中；使液態(tài)金屬進入真空澆鑄槽中，以在真空下形成第一液態(tài)鋼噴射流，以便使液態(tài)金屬傾倒至接收和分配裝置中，并在真空中至少形成來自接收和分配裝置且到達造型腔的第二液態(tài)鋼澆鑄流，以便使液態(tài)金屬澆鑄到造型腔中。根據(jù)本發(fā)明的方法可以包括以下特征中的ー種或幾種液態(tài)金屬接收和分配裝置是槽形分配器，所述槽形分配器包括至少ー個通向造型腔的排管。排管可以具有不同的形狀(直管、彎管等)和不同的位置(水平、傾斜等)；液態(tài)金屬接收和分配裝置是端部用于接收第一液態(tài)鋼噴射流的耐火材料的錐體；液態(tài)金屬接收和分配裝置貼靠在型芯的上端； 型芯由耐火材料制成的整體柱形體構(gòu)成，所述整體柱形體包括軸向金屬框架；型芯的框架是金屬管，例如鋼制金屬管，金屬管的壁包括多個孔；模型大體上為圓形；液態(tài)金屬為液態(tài)鋼；真空槽內(nèi)的壓カ小于0. 2Torr0本發(fā)明的另一目的是提出一種通過真空澆鑄得到的、包括縱向鏜孔的鋼錠。例如鑄錠的整體形狀為圓形。鑄錠的氫含量可以小于I. 2ppm，優(yōu)選小于或等于lppm，并且更優(yōu)選地小于或等于0. 8ppm0本發(fā)明的目的還在于提出一種用于真空澆鑄包括縱向鏜孔的金屬鑄錠的裝置，該裝置包括由下述部分限定的造型腔錠模；垂直位于錠模中的加固耐火材料的型芯；以及底部，還包括貼靠型芯上端的液態(tài)金屬接收和分配裝置。根據(jù)ー些變型液態(tài)金屬接收和分配裝置是槽形分配器，所述槽形分配器包括至少ー個通向造型腔的排管；液態(tài)金屬接收和分配裝置是端部用于接收第一液態(tài)鋼噴射流的耐火材料的椎體。


參照附圖，將更準確而非限制性地描述本發(fā)明，在附圖中圖I是真空澆鑄包括縱向鏜孔的金屬鑄錠的設(shè)備的剖面圖；圖2是用于澆鑄包括縱向鏜孔并帶有液態(tài)金屬接收和分配裝置的鑄錠的錠模的俯視圖；圖3是用于澆鑄包括縱向鏜孔的鑄錠的錠模的頂部的液態(tài)金屬分配裝置的第二實施例的示意剖面圖；圖4是圖3所示液態(tài)金屬接收和分配裝置的放大分解圖。
具體實施例方式圖I表示可以真空澆鑄金屬鑄錠并且尤其是鋼錠的整體形狀為圓形并包括縱向中心鏜孔的設(shè)備。該設(shè)備包括用于澆鑄金屬鑄錠的模型1，模型I由已知的鑄鐵錠模2構(gòu)成，該鑄鐵錠模2本身限定空腔3，垂直型芯4位于空腔3內(nèi)部。所有這些都位于由蓋子8封閉的槽6構(gòu)成的真空澆鑄槽5中，槽6包括與未出示的泵送設(shè)備連接的泵送管道7。蓋子8包括液態(tài)金屬進入真空槽內(nèi)的裝置9，裝置9由中間包10構(gòu)成，中間包10由位于中間包10與真空槽5之間連接處的滑閥噴ロ 11封閉。該真空澆鑄設(shè)備本身是公知的，它可以澆鑄液態(tài)金屬、特別是鋼，首先將液態(tài)金屬傾倒至中間包10中，然后可以通過打開滑閥噴ロ 11使液態(tài)金屬深入到真空槽5中而不切斷真空。模型I設(shè)置于墊塊17上，墊塊17的高度選擇為使錠模完全位于真空澆鑄槽5內(nèi)， 真空澆鑄槽5設(shè)置于地面16以下。模型I的下部包括大體上用27表示的底部，底部27包括墊楔裝置18和鑄鐵底座
20。底部用于得到需要的鑄錠高度。墊楔裝置例如由鑄鐵制成。墊楔部件與錠模側(cè)壁之間的空間用干沙19充填。用于接收垂直型芯4下部的鑄鐵底座20，鑄鐵底座20由亞鉻酸鹽密封圈接合。因此，錠模2、型芯4和底部27限定用于接收液態(tài)金屬并且大體上為環(huán)形的造型腔3A。大體上為柱形的垂直型芯4的外部由圍繞金屬框架的亞鉻酸鹽構(gòu)成，該金屬框架由延伸在整個高度上的鋼管42構(gòu)成，并且鋼管42的壁實際可以有ー些孔。該金屬骨架一方面用于保證垂直型芯4的剛性和堅固性，另ー方面用于構(gòu)成能夠排出亞鉻酸鹽型芯除氣所產(chǎn)生的氣體的通道。有利地，亞鉻酸鹽型芯還可以涂覆以硅酸鋯為基礎(chǔ)的耐火材料涂層或任何等效廣品。在造型腔3A的上部，冒ロ板22位于錠模的內(nèi)壁和型芯的外壁上。這種冒ロ板本身是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。進入真空槽的液態(tài)鋼的接收和分配裝置IlA位于模型上部。該液體接收和分配裝置IlA由槽形分配器12構(gòu)成并由臺狀氧化鋁構(gòu)成，液體接收和分配裝置IlA在其外圍包括垂直通到造型腔3A之上的管道13。管道13用于將包含在分配器12內(nèi)部的液態(tài)鋼引導(dǎo)至造型腔3A中。這些管道13由耐火材料制成，并且包含在充填有沙子的外殼14中。它們位于支座15上,支座15貼靠垂直型芯4的上部和錠模2的上表面。如圖2的俯視圖中可以看到的，分配器12包括內(nèi)槽121，四個管道13從內(nèi)槽121出發(fā)，四個管道13包含在四個包含沙子14的支撐外殼中并由支座15的臂122支撐。這些成十字形設(shè)置的臂122貼靠在錠模2之上。最后，在造型腔3A上部，并在可以將液態(tài)鋼傾倒至造型腔3A中的管道13出口附近，模型I包括一方面圍繞垂直型芯4且另一方面圍繞錠模2的冒ロ板22。這種冒ロ板本身是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的?，F(xiàn)在描述澆鑄金屬鑄錠、尤其是包括也為圓形的中心鏜孔且大體形狀為圓形的鋼錠的方法。
在借助蓋子8封閉槽6后，通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的真空泵送設(shè)備泵送穿過管道7而在真空澆鑄槽5中形成真空。因此，使真空槽5內(nèi)的大氣壓下降到可以下降為
0.5Torr以下的值，優(yōu)選為0. 2Torr以下的值，并更優(yōu)選地為0. ITorr以下的值。一旦在槽內(nèi)形成真空，將鋼包置于中間包10之上，將液態(tài)鋼傾倒到中間包10中。當(dāng)中間包10由鋼足夠填充時，打開滑閥噴ロ 11，這樣可以使液態(tài)鋼進入真空槽5內(nèi)。該液態(tài)鋼形成第一噴射流50，該第一噴射流50在分配器12的槽121中形成液態(tài)鋼的儲存51。則液態(tài)鋼的儲存51穿過管道13流出，以形成第二噴射流52，第二噴射流52使液態(tài)鋼進入造型腔3A內(nèi)并逐漸充填造型腔3，以在造型腔3A內(nèi)形成液態(tài)鋼的體積53。由于在真空槽5中形成多個液態(tài)鋼的噴射流50、52，噴射流50、52—方面是位于滑閥噴ロ與分配器12之間的噴射流50，另ー方面是充填造型腔3A的噴射流52，因此鋼的除氣特別有效。實際上，第一噴射流50和其他噴射流52都出現(xiàn)分裂，噴射流50、52在真空中 的分裂有助于氫的排出。因此，利用已經(jīng)在靜態(tài)除氣包中預(yù)先靜態(tài)除氣或在二次冶金操作時的液態(tài)鋼，使氫含量優(yōu)選在I. 2-1. 5ppm之間,可以得到具有縱向鍵孔的鑄錠,當(dāng)鑄錠在錠模內(nèi)還處于液態(tài)時，鑄錠的氫含量可以明顯低于0. 8ppm。但是，在實施例的變型中，可以從氫含量高于I. 5ppm的液態(tài)鋼出發(fā)，同時始終得到氫含量明顯小于0. 8ppm的鑄錠。一旦造型腔3A填充液態(tài)鋼，則以已知方式使鑄錠在真空澆鑄槽5中凝固。則可以打開真空澆鑄槽5，移除蓋子8，然后移除接收和分配裝置11，最后以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式使鑄錠脫摸。因此得到金屬鑄錠，特別是鋼錠，且特別是具有很高金屬特性的低合金鋼錠，該金屬鑄錠可以用于制造重型設(shè)備的鍛造零件，如核電站的槽或石油化工設(shè)備。鑄錠的氫含量非常低，可以保證低于1.2ppm,甚至低于lppm,且優(yōu)選地必要時可以低于0. 8ppm。該鑄錠的優(yōu)點是之后可進行非常簡單的鍛造操作以得到質(zhì)量非常高的零件。在這里已經(jīng)示出的實施例中，液態(tài)金屬接收和分配裝置IlA由包括槽并貼靠在中心型芯4上的分配器12構(gòu)成。其他實施例也是可以的，重要的是在真空下至少形成兩個連續(xù)的液態(tài)金屬噴射流，兩個連續(xù)的液態(tài)金屬噴射流可以分裂以保證兩次連續(xù)的除氣操作。圖3表示為另ー種可能的實施例，其中錠模2之上是進入真空澆鑄槽的液態(tài)金屬噴射流50的接收和分配裝置11’。該裝置11’由貼靠在中心型芯4上的椎體110構(gòu)成。來自噴射流50的液態(tài)金屬流到椎體110外圍上的區(qū)域51’上，然后通向造型腔3A以形成分裂的噴射流52’，因此可以保證非常好的除氣。圖4表示為液態(tài)鋼的接收和分配裝置的椎體110，用于支撐椎體110的U形件111形成完整椎體110。在上面的描述中描述了大體上為圓形并包括也是圓形的縱向鏜孔的鑄錠的制造。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，鑄錠和鏜孔可以不是圓形的，并且鏜孔也可以不是軸向的。在所有情況下，造型腔都大體上為環(huán)形。同樣，描述了大體上為柱形的型芯和錠模，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，型芯和/或錠模也可是輕微的錐形?？傊?，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，造型腔可以具有便于脫模的斜度。最后，已知的是，錠?？梢杂啥鄠€組裝段構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種通過將液態(tài)金屬澆鑄到模型(I)中而制造包括縱向鏜孔的金屬鑄錠的方法，所述模型(I)包括大體上為環(huán)形的造型腔(3A)，所述造型腔(3A)由垂直延伸在支座(17)之上并包括向上開放空腔(3)的錠模(2)、垂直位于所述空腔(3)內(nèi)的型芯(4)和底部(27)限定，其特征在干 所述模型(I)位于真空澆鑄槽(5)內(nèi)，所述真空澆鑄槽(5)的上部包括液態(tài)金屬進入裝置(9)； 位于所述造型腔(3A)上部的液態(tài)金屬接收和分配裝置(11AU1’)，用于接收進入所述真空澆鑄槽(5)中的液態(tài)鋼并將所述液態(tài)金屬重新分配到所述造型腔(3A)中， 并且， 使所述液態(tài)金屬進入到所述真空澆鑄槽(5)中，以在真空下形成第一液態(tài)鋼噴射流(50)，以便將所述液態(tài)金屬傾倒至所述接收和分配裝置(IlAUT)中，并在真空中至少形成來自所述接收和分配裝置(IlAur)且到達所述造型腔(3A)的第二液態(tài)鋼噴射流(52)，以便為所述造型腔(3A)充填所述液態(tài)金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述液態(tài)金屬接收和分配裝置(IlA)為槽形分配器(12)，所述槽形分配器(12)包括至少ー個通向所述造型腔(3A)的排管(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述液態(tài)金屬接收和分配裝置(11’)是端部用于接收所述第一液態(tài)鋼噴射流的耐火材料的椎體(110)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，所述液態(tài)金屬接收和分配裝置(llA、ir )貼靠在所述型芯(4)的上端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，所述型芯(4)由耐火材料制成的整體柱形體(41)構(gòu)成，所述整體柱形體(41)包括軸向金屬框架(42)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述型芯的框架為金屬管(42)，例如鋼制金屬管，所述金屬管(42)的壁包括多個孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的方法，其特征在于，所述模型大體上為圓形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法，其特征在于，所述液態(tài)金屬為液態(tài)鋼。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的方法，其特征在于，所述真空澆鑄槽(5)中的壓カ小于 0. 5Torr。
10.ー種包括縱向鏜孔的鋼錠，其特征在于，所述鋼錠通過真空澆鑄而成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的鋼錠，其特征在于，所述鋼錠的氫含量小于I.2ppm。
12.一種用于真空澆鑄包括縱向鏜孔的金屬鑄錠的造型裝置(1)，其特征在于，包括 包括造型腔(3A)的模型(I)，所述造型腔(3A)由下列部分限定 錠模⑵； 位于所述錠模(2)中的加固耐火材料的型芯(4);以及 底部(27)； 和，貼靠所述型芯上端的液態(tài)金屬接收和分配裝置(11AUT )。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的造型裝置，其特征在于，所述液態(tài)金屬接收和分配裝置(IlA)是槽形分配器(12)，所述槽形分配器(12)包括至少ー個通向所述造型腔(3A)的排管(13)。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的造型裝置(I)，其特征在于，所述液態(tài)金屬接收和分配裝置(11’ )是端部用于接收第一液態(tài)鋼噴射流的耐火材料的椎體(110)。
全文摘要
在該方法中，包括由錠模(2)、型芯(4)和底部(27)限定的造型腔(3A)的模型(1)位于真空澆鑄槽(5)內(nèi)，真空澆鑄槽(5)的上部包括液態(tài)金屬進入裝置(9)。用于接收進入真空澆鑄槽(5)中的液態(tài)鋼并將液態(tài)金屬重新分配到造型腔(3A)中的液態(tài)金屬接收和分配裝置(11A、11’)位于造型腔(3A)的上部。使液態(tài)金屬進入到槽(5)中，以在真空下形成第一液態(tài)鋼噴射流(50)，以便將液態(tài)金屬傾倒至接收和分配裝置(11A、11’)中，并在真空下至少形成來自接收和分配裝置(11A、11’)且到達造型腔(3A)的第二液態(tài)鋼噴射流(52)，以便為造型腔(3A)充填液態(tài)金屬。
文檔編號B22D7/04GK102655965SQ200980162469
公開日2012年9月5日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者B·薩瓦里, F·布拉科尼耶, G·拉克格尼, J-L·達賓, M·勒羅伊, T·弗丹 申請人:安賽樂米塔爾研究與發(fā)展有限責(zé)任公司