專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的水、風(fēng)冷鋼錠模及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金工業(yè)生產(chǎn)工藝設(shè)備及其應(yīng)用，尤其是一種實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的水、風(fēng)冷鋼錠模及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一些重型設(shè)備、軍用裝備需要越來越多的特厚鋼板，比如海洋石油平臺、航空母艦裝甲板、60萬千瓦汽輪發(fā)電機(jī)汽包、大型水電站閘門、原子能發(fā)電站
外殼等。這些板類件不僅趨于大重量、超厚度，而且對疏松、縮孔、偏析等內(nèi)部缺陷，以及裂紋、翻皮、結(jié)疤等外部缺陷的要求極為嚴(yán)格。目前國內(nèi)這些大型裝備制造業(yè)所需的大型鋼構(gòu)件仍依靠進(jìn)口，急待自主研發(fā)優(yōu)質(zhì)大型鋼錠，以滿足對大型板類的要求。高溫鋼液澆注成型主要有兩種方式模鑄和連鑄。連鑄不能滿足大型特厚鋼板大重量、超厚度，以及對鋼錠內(nèi)外部質(zhì)量極為嚴(yán)格的要求。而傳統(tǒng)模鑄生產(chǎn)通常采用鑄鐵模加保溫帽的下注法，鋼錠的凝固過程是靠鋼液通過模壁向外自然散熱來實(shí)現(xiàn)的。大鋼錠斷面尺寸中心與表面的距離遠(yuǎn)，散熱阻力大，所以鋼錠的凝固過程越靠近芯部結(jié)晶速度越低，選分結(jié)晶作用突出、偏析嚴(yán)重；另外傳統(tǒng)模鑄工藝生產(chǎn)大型鋼錠必須將帽口設(shè)計大一些，降低了成材率，增加了成本；而且大錠型內(nèi)部更易產(chǎn)生疏松和縮孔缺陷，因此傳統(tǒng)模鑄工藝很難生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大型鋼錠。目前中國最大的模鑄扁鋼錠單重達(dá)到了 40t，而且這種錠型對于成材有探傷要求的特厚規(guī)格(大于200mm)很難滿足。發(fā)達(dá)國家通常采用定向凝固工藝生產(chǎn)大型坯料。該工藝通過絕熱或發(fā)熱材料來抑制從側(cè)壁和頂部散熱，在底部強(qiáng)制冷卻保證凝固前沿從底部向上單向推進(jìn)，使鋼液從底面向上結(jié)晶，使最終凝固區(qū)移至上部。徹底克服了傳統(tǒng)模鑄工藝中的“內(nèi)部缺陷和偏析”問題。但是成坯后坯料表面清理量大，特別在上表面，由于最終凝固形成的碟形和偏析區(qū)造成該面清理量非常巨大，而且清理工作也十分困難，能源及金屬消耗很大，原料加工成本非常高，成材率低。采用電渣重熔技術(shù)生產(chǎn)大型板材原料需要2次熔化，生產(chǎn)成本極高，只能用于生產(chǎn)極特殊品種。實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的方式可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼錠，相關(guān)的公開專利文獻(xiàn)有“一種實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的風(fēng)冷裝置”，公開(公告)號CN101797638A，提出一種風(fēng)冷裝置來實(shí)現(xiàn)大型鍛造用鋼錠的順序凝固。該風(fēng)冷裝置是由平行放置的多組環(huán)形風(fēng)管組成的冷卻系統(tǒng)，環(huán)繞于鋼錠模外側(cè)中下部，風(fēng)管內(nèi)側(cè)均勻設(shè)有多個噴風(fēng)孔或噴嘴，每個風(fēng)管各自單獨(dú)設(shè)有壓縮空氣進(jìn)氣管和用于調(diào)節(jié)通氣量的閥門。當(dāng)澆注完成后，各風(fēng)管隨鋼錠凝固進(jìn)程自下而上對鋼錠模表面進(jìn)行通風(fēng)冷卻，可實(shí)現(xiàn)鋼錠的順序凝固，可以減輕鋼錠芯部疏松，提高致密度，改善偏析程度，從而可獲得高質(zhì)量鋼錠。但是這種風(fēng)冷裝置的強(qiáng)制冷卻效果與水冷相比較差，在鋼錠模外部進(jìn)行較弱的風(fēng)冷，改善鋼錠質(zhì)量的效果不顯著。采用鋼錠模內(nèi)部采用水冷方式可以生產(chǎn)高質(zhì)量的鋼錠，相關(guān)的公開專利文獻(xiàn)有“深、扁、長形水冷鋼錠銅模”，公開(公告)號CN101797638A，在具有深、扁、長形的紫銅內(nèi)腔背面挖一水路槽和一密封槽，在內(nèi)腔兩面各固定一個外水套組成的鋼錠模。其被澆鑄鋼錠的中心距離，距紫銅腔內(nèi)腔距離小，熱傳導(dǎo)快，雖然鋼水不斷倒入但被四周流動冷卻水冷卻，因此鋼水冷卻快，結(jié)晶好，而且鋼水表面氧化小，收得率可高達(dá)98%。但是該鋼錠沒有采用分層冷卻，鋼錠采用同一種冷卻強(qiáng)度，不能實(shí)現(xiàn)鋼錠從下至上順序凝固。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的水、風(fēng)冷鋼錠模及其應(yīng)用，旨在通過控制鋼錠自下而上的強(qiáng)制冷卻強(qiáng)度及強(qiáng)制冷卻時間，在加快鋼錠的凝固速 度的同時保障鋼錠液芯順次向上凝固，進(jìn)而可以同時減少鋼錠的偏析與疏松缺陷，提高鑄錠質(zhì)量。本發(fā)明提供的一種實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的水、風(fēng)冷鋼錠模其結(jié)構(gòu)如下鋼錠模的斷面呈矩形或圓形或多邊形，鋼錠模的材質(zhì)包括鑄鐵或銅等導(dǎo)熱良好的金屬，鋼錠模從下至上設(shè)有2 1000個獨(dú)立的通水和通風(fēng)的冷卻槽，每層冷卻槽在鋼錠模背部設(shè)置隔板，隔板兩側(cè)分別固定外套管，連接各自的水、風(fēng)管路換向閥，實(shí)現(xiàn)一端進(jìn)水和風(fēng)、一端出水和風(fēng)。本發(fā)明提供的一種實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的水、風(fēng)冷鋼錠模的應(yīng)用方法如下控制水速為6 30m/s，水溫I 80°C，通水時間O. Γ20小時；風(fēng)速為2 50m/s，風(fēng)溫1(T1000°C，通風(fēng)時間O. Γ20小時。通過控制不同水、風(fēng)冷卻槽內(nèi)通入水和風(fēng)的溫度和時間，來實(shí)現(xiàn)鋼錠不同高度的不同強(qiáng)制冷卻強(qiáng)度及時間，保證從下至上各層通水、通風(fēng)溫度逐漸升高，通水、通風(fēng)量逐漸減小及通水、通風(fēng)時間逐漸減小的方式，來實(shí)現(xiàn)冷卻強(qiáng)度由下至上逐漸減輕，使鋼錠液芯下部先于上部凝固，進(jìn)而保證鋼錠內(nèi)部補(bǔ)縮通道暢通，減輕鋼錠內(nèi)部疏松程度、避免縮孔發(fā)生。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著的有益效果體現(xiàn)在采用強(qiáng)制冷卻工藝可以將鋼錠的結(jié)晶速度加快，縮短凝固時間，進(jìn)而改善大型鋼錠偏析程度，同時通過控制鋼錠冷卻強(qiáng)度由上至下逐漸增強(qiáng)，冷卻時間由上至下逐漸增長，保證鋼錠由下至上順次凝固，進(jìn)而可以有效減輕鋼淀疏松、提聞致密度。本發(fā)明能夠應(yīng)用于聞質(zhì)量鋼淀的生廣，提聞廣品質(zhì)量，提聞成材率，增加生產(chǎn)效率，同時該方法生產(chǎn)成本低,產(chǎn)品可廣泛用于軍工、造船、核電站建立等行業(yè)，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖I是一種實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的兩層圓形斷面的水、風(fēng)冷鋼錠模豎直剖面。圖2是一種實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的兩層圓形斷面的水、風(fēng)冷鋼錠模水平剖面。圖3是一種實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的六層矩形斷面的水、風(fēng)冷鋼錠模豎直剖面。圖4是一種實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的六層矩形斷面的水、風(fēng)冷鋼錠模水平剖面。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖用實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例I如圖I、圖2所示，一種實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的水、風(fēng)冷鋼錠模其結(jié)構(gòu)如下
鋼錠模4斷面為圓形，鋼錠模內(nèi)腔尺寸為(tp70nim'..tp60mm) x丨OOmni采用兩層
水、風(fēng)冷卻槽1，水、風(fēng)冷卻槽至鋼錠模內(nèi)側(cè)的距離為5mm ;至鋼錠模外側(cè)的距離為5mm，水、風(fēng)冷卻槽的高度為40mm，水、風(fēng)冷卻槽的寬度為5mm，兩層水、風(fēng)冷卻槽之間的距離為l(T20mm。按冷卻的需要從各層的進(jìn)水、風(fēng)管2通入水或風(fēng)，由出水、風(fēng)管3流出。一種實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的水、風(fēng)冷鋼錠模的應(yīng)用方法如下所述的兩層水、風(fēng)冷卻槽，上層冷卻槽通風(fēng)，風(fēng)速為5m/s，風(fēng)溫20°C，通風(fēng)時間I小時，下層冷卻槽通水，水速為10m/s，水溫20°C，通水時間I小時。
該實(shí)施方案是通過控制不同層的冷卻強(qiáng)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋼錠下部的凝固速度比上部的凝固速度快，實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固。實(shí)施例2如圖3、圖4所示，一種實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的水、風(fēng)冷鋼錠模其結(jié)構(gòu)如下鋼錠模4斷面為長方形，鋼錠模內(nèi)腔尺寸為(200mnTl80mm) X(100mnT90mm) X 270mm,采用六層水、風(fēng)冷卻槽,水、風(fēng)冷卻槽至鋼錠模內(nèi)側(cè)的距離為IOmm,至鋼錠模外側(cè)的距離為10mm，水、風(fēng)冷卻槽的高度為30mm，水、風(fēng)冷卻槽的寬度為10mm，兩層水、風(fēng)冷卻槽之間的距離為l(T30mm。每層由各自的進(jìn)水、風(fēng)管2通入水或風(fēng)，再由出水、風(fēng)管3流出。一種實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的水、風(fēng)冷鋼錠模的應(yīng)用方法如下所述六層水、風(fēng)冷卻槽，各層先通水，再通風(fēng)，各層通風(fēng)和通水的時間總和為2小時，最上層通水時間為10分鐘，通風(fēng)時間為110分鐘，以下各層通水時間依次增加20分鐘，通風(fēng)時間相應(yīng)減少20分鐘，最下層通水時間為110分鐘，通風(fēng)時間為10分鐘。該實(shí)施方案是通過控制不同層的強(qiáng)制冷卻時間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋼錠下部的凝固速度比上部的凝固速度快，實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的水、風(fēng)冷鋼錠模，其特征在于該鋼錠模的結(jié)構(gòu)如下 鋼錠模的斷面呈矩形或圓形或多邊形，鋼錠模的材質(zhì)包括鑄鐵或銅等導(dǎo)熱良好的金屬，鋼錠模從下至上設(shè)有2 1000個獨(dú)立的通水和通風(fēng)的冷卻槽，每層冷卻槽在鋼錠模背部設(shè)置隔板，隔板兩側(cè)分別固定外套管，連接各自的水、風(fēng)管路換向閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的水、風(fēng)冷鋼錠模的應(yīng)用方法，其特征在于該方法內(nèi)容如下 控制水速為6 30m/s，水溫I 80°C，通水時間O. I 20小時；風(fēng)速為2 50m/s，風(fēng)溫10 1000°C，通風(fēng)時間O. I 20小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)鋼錠順序凝固的水、風(fēng)冷鋼錠模及其應(yīng)用，保障鋼錠液芯順次向上凝固，提高鑄錠質(zhì)量。本發(fā)明提供的鋼錠模的斷面呈矩形或圓形或多邊形，從下至上設(shè)有獨(dú)立的通水和通風(fēng)的冷卻槽，每層冷卻槽在鋼錠模背部設(shè)置隔板，隔板兩側(cè)分別固定外套管，連接各自的水、風(fēng)管路換向閥。鋼錠模的應(yīng)用方法控制水速為6～30m/s，水溫1～80℃，通水時間0.1～20小時；風(fēng)速為2～50m/s，風(fēng)溫10～1000℃，通風(fēng)時間0.1～20小時。本發(fā)明采用強(qiáng)制冷卻工藝可以將鋼錠的結(jié)晶速度加快，縮短凝固時間，進(jìn)而改善大型鋼錠偏析程度，同時通過控制鋼錠冷卻強(qiáng)度由上至下逐漸增強(qiáng)，冷卻時間由上至下逐漸增長，保證鋼錠由下至上順次凝固，進(jìn)而可以有效減輕鋼錠疏松、提高致密度。
文檔編號B22D7/06GK102773424SQ20121025603
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者侯忠霖, 呂楠, 李珺, 李勝利, 沙明紅, 王寧, 艾新港, 陶軍 申請人:遼寧科技大學(xué)