CN102655965B - 制造包括镗孔的金属铸锭的方法、铸锭和相关的铸造装置 - Google Patents

Abstract

在该方法中，包括由锭模(2)、型芯(4)和底部(27)限定的造型腔(3A)的模型(1)位于真空浇铸槽(5)内，真空浇铸槽(5)的上部包括液态金属进入装置(9)。用于接收进入真空浇铸槽(5)中的液态钢并将液态金属重新分配到造型腔(3A)中的液态金属接收和分配装置(11A、11’)位于造型腔(3A)的上部。使液态金属进入到槽(5)中，以在真空下形成第一液态钢喷射流(50)，以便将液态金属倾倒至接收和分配装置(11A、11’)中，并在真空下至少形成来自接收和分配装置(11A、11’)且到达造型腔(3A)的第二液态钢喷射流(52)，以便为造型腔(3A)充填液态金属。

Description

制造包括镗孔的金属铸锭的方法、铸锭和相关的铸造装置

技术领域

本发明涉及制造包括纵向镗孔的金属铸锭，且尤其涉及制造用于形成环形锻造零件的钢锭。

背景技术

为了形成锻造环形零件，例如用于建造核电站槽或用于建造石油化工反应器的套管，已知使用铸锭，这些铸锭或者是实心锭，或者是直接浇铸的、包括中心镗孔的铸锭，所述实心铸锭必须对它们进行包括轴向孔钻孔的锻造操作，所述直接浇铸的、包括中心镗孔的铸锭可以直接转换为套管形状。

这两类铸锭的区别特别在于浇铸条件，尤其是所述浇铸条件表现为液态中氢的含量，并且所述浇铸条件可能同时影响得到零件的特性和制造条件。

实际上，实心铸锭可以真空浇铸，这样可以使它们形成真空浇铸时已经除气的钢，以得到保证小于1ppm的氢含量。

相反，包括中心镗孔的铸锭在空气源中浇铸。借助在浇包冶金操作的过程中已经除气的液态金属或液态钢浇铸这些铸锭，这样保证氢的整体含量小于1.5ppm。但是，当经过空气并与构成源的耐火材料接触而进行底注时，钢再次得到大约0.3ppm的含氢量，因此当钢在锭模中为液态时，很难得到可以保证氢含量小于1.8ppm的铸锭。

然而，对某些应用，尤其是在核反应堆建造领域中的应用，需要得到最终零件上的氢含量小于0.8ppm的零件。可以用真空浇铸的实心钢锭得到这样的含量，特别是当真空浇铸槽中的压力约为0.1Torr时。但是，对于底注铸锭，且尤其是包括纵向镗孔的铸锭，只能通过使零件在它们的锻造过程中经过一系列长时间的和昂贵的热处理保证氢含量，尤其是使氢扩散的热处理保证氢含量。因此，这些区别导致具有纵向镗孔的铸锭可以用比整块铸锭简化的锻造过程进行锻造，但相反，具有纵向镗孔的铸锭需要非常长时间和非常昂贵的除气处理，所述除气处理使过程更复杂。

相反，实心铸锭尽管具有低的氢含量且因此不需要除气处理，但需要更复杂的锻造过程。实际上，该过程应至少包括用于形成中心孔的阶段，该阶段要求几次锻造和在炉中再加热的操作。

发明内容

本发明的目的是克服这些缺点，提出得到具有纵向镗孔同时氢含量从开始就足够低的锻造铸锭，以便能够保证最终零件上的氢含量低的条件，而不需要许多除气热处理。

为此，本发明的目的是提出一种通过将液态金属浇铸到模型中制造包括纵向镗孔的金属铸锭的方法，所述模型包括大体上为环形的造型腔，所述造型腔由垂直延伸在支座之上并包括向上开放空腔的锭模、位于锭模空腔内的垂直型芯和底部形成。

根据该方法：

模型位于真空浇铸槽内，真空浇铸槽的上部包括液态金属进入部件；

位于造型腔上部的液态金属的接收和分配装置，用于接收进入真空浇铸槽中的液态钢并使液态金属重新分配到造型腔中；

使液态金属进入真空浇铸槽中，以在真空下形成第一液态钢喷射流，以便使液态金属倾倒至接收和分配装置中，并在真空中至少形成来自接收和分配装置且到达造型腔的第二液态钢浇铸流，以便使液态金属浇铸到造型腔中。

根据本发明的方法可以包括以下特征中的一种或几种：

液态金属接收和分配装置是槽形分配器，所述槽形分配器包括至少一个通向造型腔的排管。排管可以具有不同的形状(直管、弯管等)和不同的位置(水平、倾斜等)；

液态金属接收和分配装置是端部用于接收第一液态钢喷射流的耐火材料的锥体；

液态金属接收和分配装置贴靠在型芯的上端；

型芯由耐火材料制成的整体柱形体构成，所述整体柱形体包括轴向金属框架；

型芯的框架是金属管，例如钢制金属管，金属管的壁包括多个孔；

模型大体上为圆形；

液态金属为液态钢；

真空槽内的压力小于0.2Torr。

本发明的另一目的是提出一种通过真空浇铸得到的、包括纵向镗孔的钢锭。例如铸锭的整体形状为圆形。

铸锭的氢含量可以小于1.2ppm，优选小于或等于1ppm，并且更优选地小于或等于0.8ppm。

本发明的目的还在于提出一种用于真空浇铸包括纵向镗孔的金属铸锭的装置，该装置包括由下述部分限定的造型腔：

锭模；

垂直位于锭模中的加固耐火材料的型芯；以及

底部，

还包括贴靠型芯上端的液态金属接收和分配装置。

根据一些变型：

液态金属接收和分配装置是槽形分配器，所述槽形分配器包括至少一个通向造型腔的排管；

液态金属接收和分配装置是端部用于接收第一液态钢喷射流的耐火材料的椎体。

附图说明

参照附图，将更准确而非限制性地描述本发明，在附图中：

图1是真空浇铸包括纵向镗孔的金属铸锭的设备的剖面图；

图2是用于浇铸包括纵向镗孔并带有液态金属接收和分配装置的铸锭的锭模的俯视图；

图3是用于浇铸包括纵向镗孔的铸锭的锭模的顶部的液态金属分配装置的第二实施例的示意剖面图；

图4是图3所示液态金属接收和分配装置的放大分解图。

具体实施方式

图1表示可以真空浇铸金属铸锭并且尤其是钢锭的整体形状为圆形并包括纵向中心镗孔的设备。

该设备包括用于浇铸金属铸锭的模型1，模型1由已知的铸铁锭模2构成，该铸铁锭模2本身限定空腔3，垂直型芯4位于空腔3内部。所有这些都位于由盖子8封闭的槽6构成的真空浇铸槽5中，槽6包括与未出示的泵送设备连接的泵送管道7。盖子8包括液态金属进入真空槽内的装置9，装置9由中间包10构成，中间包10由位于中间包10与真空槽5之间连接处的滑阀喷口11封闭。

该真空浇铸设备本身是公知的，它可以浇铸液态金属、特别是钢，首先将液态金属倾倒至中间包10中，然后可以通过打开滑阀喷口11使液态金属深入到真空槽5中而不切断真空。

模型1设置于垫块17上，垫块17的高度选择为使锭模完全位于真空浇铸槽5内，真空浇铸槽5设置于地面16以下。

模型1的下部包括大体上用27表示的底部，底部27包括垫楔装置18和铸铁底座20。底部用于得到需要的铸锭高度。垫楔装置例如由铸铁制成。垫楔部件与锭模侧壁之间的空间用干沙19充填。

用于接收垂直型芯4下部的铸铁底座20，铸铁底座20由亚铬酸盐密封圈接合。

因此，锭模2、型芯4和底部27限定用于接收液态金属并且大体上为环形的造型腔3A。

大体上为柱形的垂直型芯4的外部由围绕金属框架的亚铬酸盐构成，该金属框架由延伸在整个高度上的钢管42构成，并且钢管42的壁实际可以有一些孔。该金属骨架一方面用于保证垂直型芯4的刚性和坚固性，另一方面用于构成能够排出亚铬酸盐型芯除气所产生的气体的通道。有利地，亚铬酸盐型芯还可以涂覆以硅酸锆为基础的耐火材料涂层或任何等效产品。

在造型腔3A的上部，冒口板22位于锭模的内壁和型芯的外壁上。这种冒口板本身是本领域技术人员所公知的。

进入真空槽的液态钢的接收和分配装置11A位于模型上部。该液体接收和分配装置11A由槽形分配器12构成并由台状氧化铝构成，液体接收和分配装置11A在其外围包括垂直通到造型腔3A之上的管道13。管道13用于将包含在分配器12内部的液态钢引导至造型腔3A中。这些管道13由耐火材料制成，并且包含在充填有沙子的外壳14中。它们位于支座15上，支座15贴靠垂直型芯4的上部和锭模2的上表面。

如图2的俯视图中可以看到的，分配器12包括内槽121，四个管道13从内槽121出发，四个管道13包含在四个包含沙子14的支撑外壳中并由支座15的臂122支撑。这些成十字形设置的臂122贴靠在锭模2之上。

最后，在造型腔3A上部，并在可以将液态钢倾倒至造型腔3A中的管道13出口附近，模型1包括一方面围绕垂直型芯4且另一方面围绕锭模2的冒口板22。这种冒口板本身是本领域技术人员所公知的。

现在描述浇铸金属铸锭、尤其是包括也为圆形的中心镗孔且大体形状为圆形的钢锭的方法。

在借助盖子8封闭槽6后，通过本领域技术人员所公知的真空泵送设备泵送穿过管道7而在真空浇铸槽5中形成真空。因此，使真空槽5内的大气压下降到可以下降为0.5Torr以下的值，优选为0.2Torr以下的值，并更优选地为0.1Torr以下的值。一旦在槽内形成真空，将钢包置于中间包10之上，将液态钢倾倒到中间包10中。当中间包10由钢足够填充时，打开滑阀喷口11，这样可以使液态钢进入真空槽5内。该液态钢形成第一喷射流50，该第一喷射流50在分配器12的槽121中形成液态钢的储存51。

则液态钢的储存51穿过管道13流出，以形成第二喷射流52，第二喷射流52使液态钢进入造型腔3A内并逐渐充填造型腔3，以在造型腔3A内形成液态钢的体积53。

由于在真空槽5中形成多个液态钢的喷射流50、52，喷射流50、52一方面是位于滑阀喷口与分配器12之间的喷射流50，另一方面是充填造型腔3A的喷射流52，因此钢的除气特别有效。实际上，第一喷射流50和其他喷射流52都出现分裂，喷射流50、52在真空中的分裂有助于氢的排出。

因此，利用已经在静态除气包中预先静态除气或在二次冶金操作时的液态钢，使氢含量优选在1.2-1.5ppm之间，可以得到具有纵向镗孔的铸锭，当铸锭在锭模内还处于液态时，铸锭的氢含量可以明显低于0.8ppm。

但是，在实施例的变型中，可以从氢含量高于1.5ppm的液态钢出发，同时始终得到氢含量明显小于0.8ppm的铸锭。

一旦造型腔3A填充液态钢，则以已知方式使铸锭在真空浇铸槽5中凝固。

则可以打开真空浇铸槽5，移除盖子8，然后移除接收和分配装置11，最后以本领域技术人员公知的方式使铸锭脱模。

因此得到金属铸锭，特别是钢锭，且特别是具有很高金属特性的低合金钢锭，该金属铸锭可以用于制造重型设备的锻造零件，如核电站的槽或石油化工设备。铸锭的氢含量非常低，可以保证低于1.2ppm，甚至低于1ppm，且优选地必要时可以低于0.8ppm。

该铸锭的优点是之后可进行非常简单的锻造操作以得到质量非常高的零件。在这里已经示出的实施例中，液态金属接收和分配装置11A由包括槽并贴靠在中心型芯4上的分配器12构成。其他实施例也是可以的，重要的是在真空下至少形成两个连续的液态金属喷射流，两个连续的液态金属喷射流可以分裂以保证两次连续的除气操作。

图3表示为另一种可能的实施例，其中锭模2之上是进入真空浇铸槽的液态金属喷射流50的接收和分配装置11’。该装置11’由贴靠在中心型芯4上的椎体110构成。来自喷射流50的液态金属流到椎体110外围上的区域51’上，然后通向造型腔3A以形成分裂的喷射流52’，因此可以保证非常好的除气。

图4表示为液态钢的接收和分配装置的椎体110，用于支撑椎体110的U形件111形成完整椎体110。

在上面的描述中描述了大体上为圆形并包括也是圆形的纵向镗孔的铸锭的制造。但是，本领域技术人员应理解，铸锭和镗孔可以不是圆形的，并且镗孔也可以不是轴向的。在所有情况下，造型腔都大体上为环形。

同样，描述了大体上为柱形的型芯和锭模，但本领域技术人员应理解，型芯和/或锭模也可是轻微的锥形。总之，本领域技术人员应理解，造型腔可以具有便于脱模的斜度。

最后，已知的是，锭模可以由多个组装段构成。

Claims (13)

1.一种通过将液态金属浇铸到模型(1)中而制造包括纵向镗孔的金属铸锭的方法，所述模型(1)包括大体上为环形的造型腔(3A)，所述造型腔(3A)由垂直延伸在支座(17)之上并包括向上开放空腔(3)的锭模(2)、垂直位于所述空腔(3)内的型芯(4)和底部(27)限定，其特征在于：

所述模型(1)位于真空浇铸槽(5)内，所述真空浇铸槽(5)的上部包括液态金属进入装置(9)；

位于所述造型腔(3A)上部的液态金属接收和分配装置(11A、11’)，用于接收进入所述真空浇铸槽(5)中的液态钢并将所述液态金属重新分配到所述造型腔(3A)中，

并且，

使所述液态金属进入到所述真空浇铸槽(5)中，以在真空下形成分裂的第一液态钢喷射流(50)，以便将所述液态金属倾倒至所述液态金属接收和分配装置(11A、11’)中，并在真空中至少形成来自所述液态金属接收和分配装置(11A、11’)且到达所述造型腔(3A)的分裂的第二液态钢喷射流(52)，以便为所述造型腔(3A)充填所述液态金属。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液态金属接收和分配装置(11A)为槽形分配器(12)，所述槽形分配器(12)包括至少一个通向所述造型腔(3A)的排管(13)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液态金属接收和分配装置(11’)是端部用于接收所述第一液态钢喷射流的耐火材料的椎体(110)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液态金属接收和分配装置(11A、11’)贴靠在所述型芯(4)的上端。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述型芯(4)由耐火材料制成的整体柱形体(41)构成，所述整体柱形体(41)包括轴向金属框架(42)。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述型芯的框架为金属管(42)，所述金属管(42)的壁包括多个孔。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型大体上为圆形。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液态金属为液态钢。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空浇铸槽(5)中的压力小于0.5Torr。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述金属管(42)为钢制金属管。

11.一种用于真空浇铸包括纵向镗孔的金属铸锭的造型装置，其特征在于，包括：

包括造型腔(3A)的模型(1)，所述造型腔(3A)由下列部分限定：锭模(2)；垂直布置在所述锭模(2)中的加固耐火材料的型芯(4)；以及底部(27)；

贴靠所述型芯上端的液态金属接收和分配装置(11A、11’)；和

中间包(10)，所述中间包(10)用于使液态金属进入到真空槽(5)中，以在真空下形成第一液态钢喷射流(50)，以便将所述液态金属倾倒至所述液态金属接收和分配装置(11A、11’)中，并在真空中至少形成来自所述液态金属接收和分配装置(11A、11’)且到达所述造型腔(3A)的第二液态钢喷射流(52)，以便为所述造型腔(3A)充填所述液态金属。

12.根据权利要求11所述的造型装置，其特征在于，所述液态金属接收和分配装置(11A)是槽形分配器(12)，所述槽形分配器(12)包括至少一个通向所述造型腔(3A)的排管(13)。

13.根据权利要求11所述的造型装置，其特征在于，所述液态金属接收和分配装置(11’)是端部用于接收所述第一液态钢喷射流的耐火材料的椎体(110)。