專利名稱：一種通過長水口補澆消除連鑄鋼錠中心縮孔與疏松的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼錠制造與冶金工程領(lǐng)域，具體地說是一種通過長水口補澆消除連鑄鋼錠中心縮孔和疏松的方法。
背景技術(shù)：
鋼錠是大型鍛件的母材，利用鋼錠鍛造的大型鍛件廣泛應用于水電、火電、核電等能源領(lǐng)域，以及采礦、煉鋼、軋鋼等冶金領(lǐng)域，還有火車、汽車、船舶等運輸領(lǐng)域。大型鍛件是諸多行業(yè)中大型設(shè)備的核心部件和骨干部件，如火電低壓轉(zhuǎn)子、大型船用曲軸、寬厚板軋機支承輥等。大型鍛件質(zhì)量決定著大型設(shè)備的運行質(zhì)量，而決定大型鍛件質(zhì)量的關(guān)鍵正是鋼錠，我國每年需要大型鋼錠約2000萬噸。目前，鋼錠的制備方法主要是模鑄法。利用金屬模具，采用上注或下注方法進行澆注，金屬液在鋼錠模中凝固。這種方法生產(chǎn)的鋼錠存在嚴重的偏析、夾雜、縮孔疏松問題，鋼錠平均利用率不足60%。而且采用模鑄法制備大型鋼錠生產(chǎn)周期長、效率低、能耗高。為了提高鋼錠生產(chǎn)效率，同時提高材料利用率，近年來采用連鑄方法生產(chǎn)大直徑的鋼錠越來越受到重視。該技術(shù)是將金屬液連續(xù)澆注到水冷結(jié)晶器中，鋼水在水冷結(jié)晶器中凝固，并通過引錠裝置不斷將凝固部分由下端拉出，實現(xiàn)鋼錠的連續(xù)鑄造。鋼錠連鑄技術(shù)分為兩類其一為半連續(xù)鑄造(立式連鑄)，即將鋼錠垂直拉坯一定長度后，靜置，使其完全凝固后，入爐保溫；其二為全連續(xù)鑄造(弧形連鑄)，即鋼錠拉出后通過彎曲和矯直機構(gòu)將連鑄鋼錠由豎直狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗綘顟B(tài)，通過切割裝置將連鑄鋼錠切取成所需尺寸，半連續(xù)鑄造方法更適用于制造超大直徑的連鑄鋼錠。連鑄鋼錠直徑一般大于Φ600πιπι，出結(jié)晶器后，鋼錠表面凝固層厚度只有幾十毫米，芯部金屬仍處于液態(tài)。由于截面尺寸較大，蓄熱量大，凝固時間長，且高徑比大，凝固后期，金屬液難于實現(xiàn)長程補縮，從而造成連鑄鋼錠中心疏松、縮孔甚至縮裂，致使連鑄鋼錠報廢。目前，中心疏松、縮孔和縮裂是制約鋼錠連鑄技術(shù)向大截面和超大截面發(fā)展的瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種消除大型連鑄鋼錠中心縮孔疏松缺陷的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中連鑄鋼錠中心質(zhì)量差，廢品率高，且難于向大型化發(fā)展的問題?；诖四康?，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種通過長水口補澆消除連鑄鋼錠中心縮孔與疏松的方法，采用長水口補澆金屬液的方法生產(chǎn)無縮孔疏松缺陷、直徑為Φ600 1800mm的連鑄鋼錠。所述的通過長水口補澆消除連鑄鋼錠中心縮孔與疏松的方法，采用連鑄方法生產(chǎn)直徑為Φ 600 1800mm、高度h為5 15m的鋼錠；連鑄鋼錠拉坯結(jié)束后，在其表面覆蓋發(fā)熱保溫材料或采用電加熱方式保證鋼錠上表面長時間處于液態(tài)而不發(fā)生凝固。所述的通過長水口補澆消除連鑄鋼錠中心縮孔與疏松的方法，待連鑄鋼錠拉坯結(jié)束凝固結(jié)晶1 證后，鋼錠凝固層厚度50-300mm，連鑄鋼錠中心處于固液兩相區(qū)時，去除鋼錠頂部保溫材料或電加熱裝置；將內(nèi)徑為Φ20 IOOmm的長水口由鋼錠頂部中心插入，插入深度2 10m，插入速度以連鑄鋼錠液面不上升為宜。所述的通過長水口補澆消除連鑄鋼錠中心縮孔與疏松的方法，通過長水口向連鑄鋼錠中補澆金屬液，金屬液補澆重量為連鑄鋼錠總重的1 3%。所述的通過長水口補澆消除連鑄鋼錠中心縮孔與疏松的方法，補澆鋼水過程中， 不斷使長水口向上移動，直至長水口完全拉出連鑄鋼錠，補澆結(jié)束；金屬液補澆速度與長水口上移速度相互匹配，以連鑄鋼錠液面不降低為宜。所述的通過長水口補澆消除連鑄鋼錠中心縮孔與疏松的方法，長水口采用鎂鋁或鋯基耐火材料，使用前長水口預熱溫度為1200 1600°C。所述的通過長水口補澆消除連鑄鋼錠中心縮孔與疏松的方法，該方法同樣適用于模鑄鋼錠的生產(chǎn)，即，采用長水口補澆金屬液的方法消除模鑄鋼錠中心縮孔疏松缺陷。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明采用長水口補澆金屬液的方法，減輕或消除連鑄鋼錠中心疏松、縮孔和縮裂缺陷的產(chǎn)生。2、本發(fā)明在連鑄鋼錠凝固一定時間后，中心進入固液兩相區(qū)時，采用長水口補澆， 為鋼錠提供凝固收縮所需的金屬液。3、本發(fā)明長水口采用耐侵蝕的鎂鋁或鋯基高溫材料制造，避免長水口插入連鑄鋼錠芯部過程中，因耐熱度低或強度低而剝落，產(chǎn)生夾雜物。4、本發(fā)明長水口預熱溫度需達到1200 1600°C，避免其插入鋼錠芯部時，大量金屬液在長水口表面凝固。5、本發(fā)明連鑄鋼錠拉坯結(jié)束后，鋼錠表面采用發(fā)熱保溫劑或電加熱裝置進行保護，保證鑄錠表面鋼液不凝固，以有利于長水口插入。6、本發(fā)明補澆時機的選擇需要通過計算機模擬嚴格計算。補澆過早時，鋼錠芯部大量金屬液仍處于液相線以上，凝固收縮量較小，補澆效果不明顯。若補澆過晚，則芯部凝固分數(shù)較大，長水口插入受阻，不能進行順利補澆。連鑄鋼錠芯部金屬液固相分數(shù)為30 60%時，適宜實施補澆。7、本發(fā)明長水口插入鋼錠中時，速度緩慢，迫使連鑄鋼錠芯部金屬液沿徑向補縮， 避免插入過快，鋼錠液面上升。補澆過程中，長水口逐漸上移，避免上移速度過快，氣體卷入造成氧化。8、本發(fā)明鋼水補澆量約為鋼錠總重量的1 3%，補充鋼錠凝固收縮量，消除中心縮孔與疏松。


圖1為立式連鑄生產(chǎn)鋼錠及長水口補澆金屬液示意圖。圖中，1-結(jié)晶器；2-連鑄鋼錠；3-鋼錠液芯；4-引錠裝置；5-鋼包；6_金屬液； 7-長水口。圖2(a)-圖2(b)為實施例2生產(chǎn)的連鑄鋼錠。其中，圖2(a)為連鑄鋼錠橫斷面， 圖2(b)為橫斷面中心酸洗后的縮孔疏松情況。圖3(a)-圖3(b)為未采用長水口補澆生產(chǎn)的連鑄鋼錠。其中，圖3(a)為連鑄鋼錠橫斷面，圖3(b)為橫斷面中心酸洗后的縮孔疏松情況。
具體實施例方式本發(fā)明涉及的連鑄鋼錠中心縮孔疏松消除方法實施步驟與方式如下如圖1所示，本發(fā)明鋼錠連鑄設(shè)備主要包括水冷結(jié)晶器1、連鑄鋼錠2、引錠機構(gòu) 4、鋼包5和長水口 7，鋼包5底部出水口與長水口 7相連接，長水口 7伸至連鑄鋼錠2中， 水冷結(jié)晶器1設(shè)置于連鑄鋼錠2的四周，引錠機構(gòu)4設(shè)置于連鑄鋼錠2的底部。連鑄鋼錠 2通過引錠裝置4拉出結(jié)晶器1后，中心仍然有較大的鋼錠液芯3。若不采取任何措施，鋼錠中心將形成疏松、縮孔，甚至縮裂。本實施例中，采用半連續(xù)立式連鑄方法，連鑄鋼錠2高度為5 15m，結(jié)晶器1直徑尺寸范圍為Φ600 1800_，長水口 7內(nèi)徑尺寸范圍為Φ20 100mm、長度為2_10m，長水口采用高強度鎂鋁或鋯基耐火材料。采用本發(fā)明所設(shè)計的連鑄鋼錠縮孔疏松消除方法，首先將熔煉處理好的鋼水澆入水冷結(jié)晶器1中，待鋼水凝固結(jié)晶一定厚度(凝固層厚度30-100mm)時，采用引錠裝置4，以 0. 02 0. 50m/min的速度將連鑄鋼錠2拉出結(jié)晶器1。待連鑄過程結(jié)束后，連鑄鋼錠2中心存在較大的鋼錠液芯3，在連鑄鋼錠2頂部加發(fā)熱保溫劑或采用電加熱技術(shù)保證鋼錠表面金屬液不發(fā)生凝固。利用常規(guī)的計算機模擬技術(shù)，計算連鑄鋼錠2中心的鋼錠液芯3進入凝固糊狀區(qū)的時間，從而確定長水口 7補澆時機。連鑄結(jié)束后1 5小時，待鋼錠液芯3 進入凝固糊狀區(qū)(即連鑄鋼錠中心處于固液兩相區(qū))時，去除鋼錠頂部保溫材料或電加熱裝置，將預熱至1200 1600°C的長水口由鋼錠頂部中心插入連鑄鋼錠芯部。根據(jù)鋼錠實際高度確定長水口插入深度，插入深度一般應達到鋼錠高度的2/3，插入速度以連鑄鋼錠液面不上升為宜。長水口插入后，逐漸上移，上移過程中，通過長水口將與連鑄鋼錠成分一致的金屬液6澆入連鑄鋼錠的鋼錠液芯3中，金屬液補澆重量約為連鑄鋼錠總重的1 3%。本發(fā)明補澆鋼水過程中，不斷使長水口向上移動，直至長水口完全拉出連鑄鋼錠， 補澆結(jié)束。金屬液補澆速度與長水口上移速度相互匹配，以連鑄鋼錠液面不降低為宜。長水口由上而下插入連鑄鋼錠的過程中，將進入糊狀區(qū)的金屬液由連鑄鋼錠中心向四周擠壓，從而提高長水口周圍鋼水致密度，降低縮孔疏松傾向。長水口向上拉出過程中，不斷將金屬液澆入，原來易產(chǎn)生軸線縮孔疏松缺陷的鋼錠中心被補澆的金屬液填充，有效消除了中心疏松、縮孔和縮裂缺陷。實施例1連鑄鋼錠材質(zhì)《!MS ；連鑄鋼錠直徑600mm ；連鑄鋼錠高度10m;連鑄鋼錠抽拉速度0. 3m/min ；長水口內(nèi)徑20mm;長水口長度8m;長水口插入時機連鑄結(jié)束后Ih ；補澆金屬液重量200kg ；本實施例中，無損探傷發(fā)現(xiàn)，連鑄鋼錠內(nèi)部無疏松、縮孔和縮裂缺陷。
實施例2連鑄鋼錠材質(zhì)20CrNi2Mo ；連鑄鋼錠直徑IOOOmm ；連鑄鋼錠高度8m ；連鑄鋼錠抽拉速度0. lm/min ；長水口內(nèi)徑60mm;長水口長度6m;長水口插入時機連鑄結(jié)束后池；補澆金屬液重量800kg ；如圖2 (a)-圖2 (b)所示，本實施例中，連鑄錠采用長水口補澆技術(shù)，經(jīng)無損探傷發(fā)現(xiàn)，鋼錠內(nèi)部無縮孔疏松缺陷。如圖3(a)-圖3(b)所示，未實施長水口補澆時，大型連鑄鋼錠中心存在中心疏松、 縮孔和縮裂缺陷，鋼錠中心質(zhì)量差，廢品率高。實施例3連鑄鋼錠材質(zhì)34MnV ；連鑄鋼錠直徑1500mm ；連鑄鋼錠高度6m ；連鑄鋼錠抽拉速度0. 03m/min ；長水口內(nèi)徑IOOmm ；長水口長度4m;長水口插入時機連鑄結(jié)束后4h ；補澆金屬液重量800kg ；本實施例中，連鑄鋼錠經(jīng)無損探傷，芯部無疏松、縮孔和縮裂缺陷。結(jié)果表明，本發(fā)明根據(jù)連鑄鋼錠的直徑大小及液芯尺寸，待連鑄鋼錠凝固一定時間后，將適當直徑和長度的長水口插入連鑄鋼錠軸心，補澆一定重量的金屬液，從而達到了減輕并消除連鑄鋼錠中心縮孔和疏松的目的。
權(quán)利要求
1.一種通過長水口補澆消除連鑄鋼錠中心縮孔與疏松的方法，其特征在于采用長水口補澆金屬液的方法生產(chǎn)無縮孔疏松缺陷、直徑為Φ600 1800mm的連鑄鋼錠。
2.按照權(quán)利要求1所述的通過長水口補澆消除連鑄鋼錠中心縮孔與疏松的方法，其特征在于采用連鑄方法生產(chǎn)直徑為Φ 600 1800mm、高度h為5 15m的鋼錠；連鑄鋼錠拉坯結(jié)束后，在其表面覆蓋發(fā)熱保溫材料或采用電加熱方式保證鋼錠上表面長時間處于液態(tài)而不發(fā)生凝固。
3.按照權(quán)利要求2所述的通過長水口補澆消除連鑄鋼錠中心縮孔與疏松的方法，其特征在于待連鑄鋼錠拉坯結(jié)束凝固結(jié)晶1 證后，鋼錠凝固層厚度50-300mm，連鑄鋼錠中心處于固液兩相區(qū)時，去除鋼錠頂部保溫材料或電加熱裝置；將內(nèi)徑為Φ20 IOOmm的長水口由鋼錠頂部中心插入，插入深度2 10m，插入速度以連鑄鋼錠液面不上升為宜。
4.按照權(quán)利要求1或3所述的通過長水口補澆消除連鑄鋼錠中心縮孔與疏松的方法，其特征在于通過長水口向連鑄鋼錠中補澆金屬液，金屬液補澆重量為連鑄鋼錠總重的 1 3%。
5.按照權(quán)利要求1、3和4之一所述的通過長水口補澆消除連鑄鋼錠中心縮孔與疏松的方法，其特征在于補澆鋼水過程中，不斷使長水口向上移動，直至長水口完全拉出連鑄鋼錠，補澆結(jié)束；金屬液補澆速度與長水口上移速度相互匹配，以連鑄鋼錠液面不降低為宜。
6.按照權(quán)利要求1或3所述的通過長水口補澆消除連鑄鋼錠中心縮孔與疏松的方法， 其特征在于長水口采用鎂鋁或鋯基耐火材料，使用前長水口預熱溫度為1200 1600°C。
7.按照權(quán)利要求1所述的通過長水口補澆消除連鑄鋼錠中心縮孔與疏松的方法，其特征在于該方法同樣適用于模鑄鋼錠的生產(chǎn)，即，采用長水口補澆金屬液的方法消除模鑄鋼錠中心縮孔疏松缺陷。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋼錠制造與冶金工程領(lǐng)域，具體地說是一種通過長水口補澆消除連鑄鋼錠中心縮孔和疏松的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中連鑄鋼錠中心質(zhì)量差，廢品率高，且難于向大型化發(fā)展的問題。采用連鑄方式生產(chǎn)鋼錠，拉坯結(jié)束后，待鋼錠凝固一段時間，將一特定尺寸的長水口由鋼錠頂部插入其中心一定深度，補澆鋼水。隨鋼水不斷澆入，長水口逐漸上升，直至到達鋼錠頂部。采用該種長水口補澆鋼水的方法補充凝固收縮所需的金屬液，從而達到減輕并消除連鑄鋼錠中心縮孔和疏松的目的。
文檔編號B22D11/10GK102166635SQ201010562829
公開日2011年8月31日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者傅排先, 夏立軍, 康秀紅, 李依依, 李殿中, 欒義坤 申請人:中國科學院金屬研究所