CN102847890A - 一种5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢锭制备领域，具体地说是一种5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，在大型钢锭浇注后，对冒口加热，增加冒口热量，强化冒口补缩，提高钢锭质量，适用于钢锭浇注之后冒口的等离子埋弧加热以及其它合金的中间包等离子埋弧加热和冶炼过程的埋弧等离子加热。采用等离子埋弧加热枪对大型钢锭冒口进行加热，严格控制钢锭的浇注温度、浇注速度，等离子埋弧加热时间和氩气通入量。采用钢锭浇注完成之后，立即加热的方式控制钢锭负偏析，采用加热冒口，迅速建立正的温度梯度的方式加强冒口补缩作用，减少钢锭缩孔疏松缺陷，缺陷控制在1级；通过氩气的搅拌作用，使夹杂物快速上浮，控制钢锭夹杂物总量不超过2级。

Description

一种5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法

技术领域

本发明涉及钢锭制备领域，具体地说是一种5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，它是用于钢锭冒口的等离子埋弧加热工艺，在大型钢锭浇注之后，对冒口加热，增加冒口热量，强化冒口补缩，提高钢锭质量，它适用于钢锭浇注之后冒口的等离子埋弧加热以及其它合金的中间包等离子埋弧加热和冶炼过程的埋弧等离子加热。

背景技术

钢锭是锻件的母材，所有锻件都来源于钢锭，特别是大型钢锭的质量将直接影响大型锻件的质量。随着我国基本建设水平的提高，对大型锻件的制造水平提出了越来越高的要求，过去火电机组转子的探伤为

平底孔当量，现在技术要求提高到

平底孔当量，甚至有的提高到平底孔当量。这就要求大型钢锭不能有大的超标缺陷，否则锻造过程中大的缩孔疏松缺陷不能愈合，势必造成锻件报废。所以开发优质大型钢锭是当务之急，而加大钢锭冒口补缩能力，减少缩孔疏松是提高钢锭质量的有效途径。在小型钢锭的制备过程中，由于钢锭高径比较大，同样存在严重的中心缩孔疏松问题，而强化冒口保温效果将有效提高钢锭质量。

另外，大型钢锭在浇注之后，往往是上面金属液温度低，下面金属液温度高，形成倒的温度梯度。而钢锭补缩需要的是正的温度梯度，并且在钢锭凝固初期，由于上面金属液温度低，先结壳，容易形成结晶雨，造成钢锭的负偏析，形成宏观缺陷。为了迅速建立正的温度梯度，需要在钢锭浇注完成之后，设法提高冒口温度，而采用等离子加热能够有效抑制负偏析的产生。

提高冒口温度有很多方法，有的采用发热剂的方法，在钢锭浇注之后大量使用发热剂，确实有一定效果，但发热剂的缺点是不能将钢锭表面温度大幅度提高，因此钢锭冒口保温效果远低于等离子埋弧加热；另外，还有采用电渣加热的方法，这种方法在冒口顶部需要选电渣，电渣熔化过程同样需要先吸热，也不利于冒口的快速提温；此外，还有采用等离子加热的，但都是采用等离子火焰加热，这种方法加热，存在噪音大、电能利用率低等缺点，所以应用并不普遍。利用本发明的加热方法，正好克服了上述缺点，有利于对大型钢锭冒口进行加热。

发明内容

本发明的目的在于提供一种5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，克服了传统等离子火焰加热存在的噪音大、电能利用率低等缺点，具有能耗小、噪音小、起弧快、对周边测量仪表影响小等特点，适于进行钢锭的冒口加热。

本发明的技术方案是：

一种5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，在钢锭浇注之后，利用等离子埋弧加热系统的等离子埋弧加热枪，对钢锭冒口进行等离子埋弧加热；其中，等离子埋弧加热枪需通入氩气。

所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，对于5吨-80吨的底注钢锭，浇注过程中加入保护渣，厚度要求在50-100mm，在钢锭浇注完成后，等离子埋弧加热枪通入氩气，立即起弧，将等离子弧调节稳定；将等离子埋弧加热枪浸入金属中，使金属液面平稳；保持加热状态10-50min，使液面温度高于金属材料液相线温度30-100℃；移开等离子埋弧加热枪，加保温覆盖剂、碳化稻壳200-300mm。

所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，对于顶注50吨-600吨大型钢锭，破真空后，立即加入发热剂，发热剂厚度在50-100mm，在钢锭浇注完成后，等离子埋弧加热枪通入氩气，立即起弧，将等离子弧调节稳定；将等离子埋弧加热枪浸入金属中，使金属液面平稳；保持加热状态10-50min，使液面温度高于金属材料液相线温度30-100℃；移开等离子埋弧加热枪，加保温覆盖剂、碳化稻壳200-300mm。

所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，钢锭浇注之后迅速起弧：在钢锭浇注完成后，打开等离子埋弧加热系统的氩气瓶，向等离子埋弧加热枪中通入氩气，等离子埋弧加热枪通电后起弧、预热，使等离子埋弧加热枪头升温，当等离子埋弧加热枪头温度达到800℃以上时，将加热枪伸到钢液上面渣层中加热。

所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，采用氩气搅拌：氩气在进入金属液之后，形成气泡迅速上升，氩气的上升动力带动中心部位金属液向上运动，有利于夹杂物上浮；同时，氩气泡捕捉钢液中气体，使有害气体向氩气泡中扩散，而被带出金属液；等离子埋弧加热枪氩气流量控制：开始起弧阶段，需要较小的氩气流量5-7L/min；当等离子埋弧加热枪伸入到金属液中之后，逐步加大氩气流量，达到10-15L/min，氩气压力为0.1-0.25MPa；起弧时，电压为50-120V；稳定工作时，电压为30-100V。

所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，利用氩气压力平衡等离子埋弧加热枪内外液面高度，当插入深度相同，氩气压力高时，内外液面高度差大，氩气压力低时，内外液面高度差小；保持足够大的氩气压力，使内部液面上升高度不超过40mm。

所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，钢锭的浇注速度控制在300Kg/min-7t/min。

所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，等离子埋弧加热枪加热不规则形状冒口时，为了使冒口各部位受热均匀，移动等离子埋弧加热枪；移动过程中，等离子埋弧加热枪不提出渣面，并且保持等离子埋弧加热枪慢速运动，不引起金属液面波浪。

所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，采用多极加热：等离子埋弧加热在不同吨位钢锭上使用，根据需要采用2个或2个以上等离子埋弧加热枪同时加热。

所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，采用2个等离子埋弧加热枪加热时，对称摆放，分别摆在冒口的半径1/2位置上；采用3个等离子枪加热，等离子埋弧加热枪按等边三角形摆放，同样放在冒口等离子埋弧加热枪在冒口半径1/2位置上；对于冒口直径大于1000mm的钢锭均采用2个以上多枪加热，等离子埋弧加热枪同样放在半径1/2位置上；操作上，采用同时通氩气，同时起弧，同时浸入金属液的方式进行。

本发明具有如下有益效果：

1．由于本发明采取快速提温方法给冒口加热，使大型钢锭迅速建立了正的温度梯度，增加了冒口补缩效率，使冒口利用率提高50%以上，节约了钢水，提高了钢锭出成率。等离子埋弧加热，使钢锭补缩通道长期处在畅通状态，增加了冒口的补缩时间和补缩距离，减少了钢锭缩孔疏松缺陷，提高了钢锭合格率。

2．本发明等离子埋弧加热过程，快速提温，使金属液面温度迅速升高，减少了结晶雨的下落，控制了钢锭的负偏析。同时，等离子埋弧加热，对钢水有一定的搅拌作用，促进了夹杂物及气体上浮，减少了钢锭夹杂缺陷。

3．大型钢锭采用本发明等离子埋弧加热，减少了保温剂、发热剂用量，降低了钢锭生产成本。

4．本发明采用等离子埋弧加热枪对大型钢锭冒口进行加热，严格控制钢锭的浇注温度、浇注速度，等离子埋弧加热时间和氩气通入量。采用钢锭浇注完成之后，立即加热的方式控制钢锭负偏析，采用加热冒口，迅速建立正的温度梯度的方式加强冒口补缩作用，减少钢锭缩孔疏松缺陷，缺陷控制在1级；通过氩气的搅拌作用，使夹杂物快速上浮，控制钢锭夹杂物总量不超过2级。

附图说明：

图1为等离子埋弧加热系统总体布置简图；

图中，1.电极升降驱动电机；2.等离子埋弧加热枪伸缩臂（可伸缩横臂）；3.等离子埋弧加热枪；4.等离子埋弧加热枪升降机构；5.支撑臂；6.控制柜；7.电源柜（直流）；8.氩气瓶；9.冷却水箱；10.拖车；301.等离子埋弧加热枪阴极；302.等离子埋弧加热枪阳极；303.外层；304.中间层；305.内层；

图2为本发明下注大型钢锭工艺简图；

图中，11.冒口；12.锭身；13.底盘；14.中注管；15.浇口砖；

图3为等离子埋弧加热枪阴极结构简图；

图中，16.铜电极Ⅰ；17.石墨电极Ⅰ；18.石墨电极Ⅱ；19.铜电极Ⅱ；20.窜水外管；305.内层；

图4为等离子埋弧加热枪阳极结构简图；

图中，21.石墨电极Ⅲ；22.石墨电极Ⅳ；23.铜电极Ⅲ；24.连接管；25.气筒；

图5为钢锭温度场模拟结果显示云图；

图6为等离子埋弧加热状态下钢锭温度场模拟云图；

图7为普通方法浇注的大型钢锭图；

图8为等离子埋弧加热大型钢锭总体布置图；

图中，26.地坑；27.钢锭浇注系统；28.等离子埋弧加热系统；

图9为等离子埋弧加热冒口局部放大工艺方案简图；

图中，11.冒口；29.枪头；30.钢液；

图10为等离子埋弧冒口加热钢锭解剖图；

具体实施方式

下面结合附图及实施例详述本发明。

如图1所示，本发明5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热系统是一套冒口高效加热设备，等离子埋弧加热系统包括：电极升降驱动电机1、等离子埋弧加热枪伸缩臂（可伸缩横臂）2、等离子埋弧加热枪3、等离子埋弧加热枪升降机构4、支撑臂5、控制柜6、电源柜7、氩气瓶8、冷却水箱9、拖车10，在拖车10上设置支撑臂5、控制柜6、电源柜7、氩气瓶8、冷却水箱9，电源柜7通过线路与等离子埋弧加热枪3连接，氩气瓶8通过气路与等离子埋弧加热枪3连接，冷却水箱9通过水路与等离子埋弧加热枪3连接，支撑臂5的固定臂侧面设置等离子埋弧加热枪升降机构4，支撑臂5上的升降臂顶部设置等离子埋弧加热枪伸缩臂2，等离子埋弧加热枪伸缩臂2的伸出端与等离子埋弧加热枪3相连，所述等离子埋弧加热枪伸缩臂2的伸出端上设置电极升降驱动电机1，电极升降驱动电机1用于驱动中间层304升降。控制柜6分别与电极升降驱动电机1、等离子埋弧加热枪升降机构4、电源柜7、氩气瓶8、冷却水箱9连接，并控制各部分的工作。

等离子埋弧加热枪3的外部设置等离子埋弧加热枪阳极302，等离子埋弧加热枪3的内部设置等离子埋弧加热枪阴极301。等离子埋弧加热枪3为三层结构，外层303与中间层304之间为气体通道，中间层304与内层305之间为冷却水通道。外层303为分段组合结构，其后部为钢结构，前端为耐火材料结构。

如图1、3所示，等离子埋弧加热枪阴极301结构设置：内层305、中间层304，等离子埋弧加热枪的中间层304为两段，上段为窜水外管20，下段为铜电极Ⅰ16、石墨电极Ⅰ17、石墨电极Ⅱ18组成的阴极电极，石墨电极Ⅰ17的一端插装有石墨电极Ⅱ18，石墨电极Ⅰ17的另一端设置铜电极Ⅰ16，铜电极Ⅰ16设置于窜水外管20底部，窜水外管20上插装内层305，窜水外管20外侧设置铜电极Ⅱ19，铜电极Ⅱ19通过导线连至电源柜7，内层305下端开口与窜水外管20相通，电极整体直径10-50mm。铜电极Ⅰ16与窜水外管20采用铜焊方式连接，铜电极Ⅰ16与石墨电极Ⅰ17之间采用螺纹连接。在对钢锭冒口加热过程中，石墨电极Ⅱ18将经受1000A大电流的冲击，产生大量热量，为了保证阴极电极的正常工作，需要对电极进行冷却，内层305为水管钢结构，直径

内层305上端与进水管相连，下端悬空，与铜电极Ⅰ16之间距离为5-50mm。内层305通水后，水流从内层305的进口流入，经下端自由端快速流过，经窜水外管20的出口流出，对铜电极Ⅰ16进行冷却。石墨电极（石墨电极Ⅰ17、石墨电极Ⅱ18）与窜水外管20之间通过铜电极Ⅰ16连接，主要目的是铜的导热速度比较快，可以迅速带走电极产生的热量，如果采用其它材料连接，导热能力差，势必造成石墨电极Ⅱ18与窜水外管20之间的过渡段电极（石墨电极Ⅰ17）温度急剧升高，造成过渡电极熔化，造成加热功能丧失。采用铜电极过渡，可以快速降温，保证设备正常运行。

如图1、4所示，等离子埋弧加热枪阳极302结构设置：外层303，等离子埋弧加热枪的外层303为分段结构，上段气筒25为Q235钢管结构，气筒25的外侧设置铜电极III23，铜电极III23通过导线连至电源柜7；下段为高致密石墨管结构，中间为连接管24（筛网形管）隔开，气筒25通过连接管24与石墨电极III21连接，石墨电极III21的前端安装石墨电极Ⅳ22，石墨电极Ⅳ22与等离子埋弧加热枪阴极的石墨电极Ⅱ18相对应匹配结构，石墨电极Ⅳ22开有通孔。石墨管结构由石墨电极III21（石墨筒）和石墨电极Ⅳ22组成，石墨筒直径100-500mm。在用等离子系统进行冒口加热时，石墨电极（石墨电极III21、石墨电极Ⅳ22）与金属液发生接触，电极在高温金属液作用下熔化，使金属液增碳。为了防止电极增碳，减少电极的熔化，在石墨电极表面喷耐火锆英粉涂料，涂料层厚度为0.1-0.7mm。根据钢锭冒口的大小不同，及加热时间不同，确实涂料厚度及涂料层高度。

如图2所示，本发明下注大型钢锭工艺采用：冒口11、锭身12、底盘13、中注管14、浇口砖15组成的浇注系统，锭身12顶部设置冒口11，中注管14中设置浇口砖15，浇口砖15通过底盘13与锭身12底部相通，形成下注式浇注系统。

在实际浇注之前，利用计算机模拟技术对钢锭凝固过程进行模拟，结果如图5、图6所示。由模拟结果可知，通过等离子埋弧加热，能够使钢锭冒口中的钢水在凝固末期仍然有很高的温度，未凝固的钢水量远多于普通钢锭，可见等离子埋弧加热能够使钢锭冒口具有较强的保温效果。在实际生产中，没有采用等离子埋弧加热的普通钢锭心部存在严重缩孔疏松缺陷，如图7所示。

如图8所示，等离子埋弧加热大型钢锭总体布置如下：在地坑26中设置钢锭浇注系统（下注式）27，等离子埋弧加热系统28的枪头伸至钢锭浇注系统27的冒口中。

如图9所示，等离子埋弧加热枪的枪头29伸至冒口11中进行加热，使冒口11中形成钢液30。

本发明5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法是：利用等离子埋弧加热系统的等离子埋弧加热枪（图1），在钢锭浇注完成后，等离子埋弧加热枪通入氩气，进行钢锭冒口的等离子埋弧加热。其中，浇注速度控制在300Kg/min-7吨/min。

对于底注钢锭（5吨-80吨），浇注过程中仍然加入保护渣，厚度要求在50-100mm，在钢锭浇注完成后，等离子埋弧加热枪通入氩气，立即起弧，将等离子弧调节稳定；将等离子埋弧加热枪浸入金属中，使金属液面平稳；保持加热状态10-50min，使液面温度高于金属材料液相线温度30-100℃；移开等离子埋弧加热枪，加保温覆盖剂、碳化稻壳200-300mm；

对于顶注大型钢锭（50吨-600吨）而言，破真空后，立即加入发热剂，发热剂厚度同样要求在50-100mm，然后同样采用以上等离子埋弧加热方式对大型钢锭冒口内钢液进行加热操作。

严格控制氩气流量、氩气压力，动态控制电源电压，电极插入深度以及加热时间，同时控制冒口中金属液加热温度，具体如下：

（1）钢锭浇注之后迅速起弧：在钢锭浇注完成后，打开等离子埋弧加热系统的氩气瓶，向等离子埋弧加热枪中通入氩气，等离子埋弧加热枪通电后起弧、预热，使等离子埋弧加热枪头升温，当等离子埋弧加热枪头温度达到800℃以上时，将加热枪伸到钢液上面渣层中加热。

（2）等离子埋弧加热枪氩气流量控制：开始起弧阶段，需要较小的氩气流量5-7L/min。当等离子埋弧加热枪伸入到金属液中之后，逐步加大氩气流量，达到10-15L/min，氩气压力为0.1-0.25MPa。氩气流量足够大，起到稳定等离子弧和保护金属液面，防止金属液氧化作用。起弧时，电压为50-120V；稳定工作时，电压为30-100V。

（3）等离子埋弧加热枪伸入钢锭金属液中加热：等离子埋弧加热枪头浸入渣层中，对金属液进行加热，浸入深度10-100mm。加热温度控制在材料液相线以上30-100℃，加热时间10-50min。

利用氩气压力平衡等离子埋弧加热枪内外液面高度，当插入深度相同，氩气压力高时，内外液面高度差大，氩气压力低时，内外液面高度差小。保持足够大的氩气压力，使内部液面上升高度不超过40mm。

等离子埋弧加热枪中存在压力，当等离子埋弧加热枪头浸入渣层时，部分金属液进入等离子埋弧加热枪，在压力作用下，金属液在等离子埋弧加热枪中液面高度与外面渣层液面高度存在一定差距。当浸入金属液的深度大时，内外金属液差距大。同时，必须增加氩气压力，保证内外渣面差距，并且使内部液面在等离子埋弧加热枪阳极之下。否则，液面接触到阳极，就产生短路，发生事故。因此，氩气压力需要保持在0.1-0.25MPa。

加热过程中，开始少加保温覆盖剂，厚度要求50-100mm，有利用热量迅速传递给金属液，又能防止钢水氧化、吸气，在加热完成后，继续加入保温覆盖剂以及碳化稻壳，厚度为200-300mm。

等离子埋弧加热枪加热不规则形状冒口时，为了使冒口各部位受热均匀，可以移动等离子埋弧加热枪。移动过程中，等离子埋弧加热枪不提出渣面，并且保持等离子埋弧加热枪慢速运动，不引起金属液面波浪。

（4）氩气搅拌：氩气在进入金属液之后，形成气泡迅速上升，氩气的上升动力带动中心部位金属液向上运动，有利于夹杂物上浮。同时，氩气泡可以捕捉钢液中气体，使氢气等有害气体向氩气泡中扩散，而被带出金属液。因此，在等离子埋弧加热开始阶段，保持足够的氩气流量和压力，以便产生更多的氩气泡，起到除气、除渣的作用。

（5）多极加热：等离子埋弧加热可以在不同吨位钢锭上使用，对于特大型钢锭，由于钢锭需要补充的热量多，并且冒口需要快速提温，而增加等离子埋弧加热枪的功率，会使设备变得异常复杂。可以采用的2个或2个以上等离子埋弧加热枪同时加热，可以解决大钢锭冒口快速提温问题。

采用2个等离子埋弧加热枪加热时，可以对称摆放，分别摆在冒口的半径1/2位置上。如果采用3个等离子枪加热，等离子埋弧加热枪按等边三角形摆放，同样放在冒口等离子埋弧加热枪在冒口半径1/2位置上。对于冒口直径大于1000mm的钢锭均可以采用2个以上多枪加热，等离子埋弧加热枪同样放在半径1/2位置上。操作上，采用同时通氩气，同时起弧，同时浸入金属液的方式进行。

（6）高温加热：等离子体是一种特殊的热源，它清洁，不产生任何污染。等离子体的高温特性，也正适合用来加热钢锭冒口。大型钢锭冒口，浇注之后温度经常在1450℃以上，采用普通的热源，很难将温度再进行提高，而等离子体的温度可以达到6000℃以上，利用等离子体对冒口进行加热，尤其是对黑色金属冒口加热，可以起到快速提温，快速起作用的目的。

为了证明等离子埋弧加热，能够有效抑制钢锭中心缩孔疏松缺陷产生，开展如下实验。

实施例1

试生产5.3吨钢锭，浇注钢水材质42CrMo，浇注钢水重量5.3吨，充型时间17.5min，浇注度1530℃。

如图8所示，本实施例中，5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法如下：

1）严格控制冶炼过程，从配料入手，选择优质废钢，降低杂质含量，P≤0.01wt%，S≤0.01wt%。

2）在钢锭模合模前，不对冒口进行预热。

3）浇注过程中，采用慢浇方法浇铸，距钢锭底部300mm处悬挂保护渣，加入量为平铺钢锭液面50-100mm厚，锭身浇注10min，冒口浇注7.5min。

4）钢锭浇注15.5min后，等离子埋弧加热枪开始通5L/min氩气起弧，电压为50V；2min之后钢锭浇注完毕，等离子埋弧加热枪预热完毕，当等离子埋弧加热枪头温度达到900℃时，将等离子埋弧加热枪浸入冒口渣面中，对金属液进行加热，浸入深度30mm，见图9。然后加大氩气流量到10L/min，氩气压力为0.1MPa，加热温度控制在材料液相线以上30℃。加热20min取出等离子埋弧加热枪，继续加入保温覆盖剂、碳化稻壳，厚度为200-300mm。

试验结果表明：钢锭冒口呈水平形状下沉，在对实际锻件进行检验时，没有发现超标缩孔疏松缺陷，此外，钢锭尾部负偏析较轻微，符合成分要求。

实施例2

试生产5.5吨钢锭，浇注钢水材质42CrMo，浇注钢水重量5.8吨，充型时间18min，浇注温度1540℃。

如图8所示，本实施例中，5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法如下：

1）严格控制冶炼过程，从配料入手，选择优质废钢，降低杂质含量，P≤0.01，S≤0.01。

2）在钢锭模合模前，对冒口进行以预热，预热温度≥450℃。

3）浇注过程中，采用慢浇方法浇铸，锭身浇注10min，冒口浇注8min。

4）钢锭浇注16min后，等离子埋弧加热枪开始通6L/min氩气起弧，电压为80V；2min之后钢锭浇注完毕，等离子埋弧加热枪预热完毕，当等离子埋弧加热枪头温度达到1000℃时，将等离子埋弧加热枪浸入冒口金属液中，对金属液进行加热，浸入深度60mm，加大氩气流量到12L/min，氩气压力为0.2MPa，加热温度控制在材料液相线以上60℃。加热30min取出等离子埋弧加热枪，加保温覆盖剂、碳化稻壳，厚度为200-300mm。

试验结果表明：钢锭冒口水平下沉，没有超标缩孔疏松缺陷，消除了钢锭的负偏析，满足使用要求。

实施例3

试生产5.5吨钢锭，浇注钢水材质42CrMo，浇注钢水重量5.5吨，充型时间18min，浇注温度1560℃。

如图8所示，本实施例中，5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法如下：

1）严格控制冶炼过程，从配料入手，选择优质废钢，降低杂质含量，P≤0.02，S≤0.01。

2）在钢锭模合模前，冒口不进行预热。

3）浇注过程中，采用慢浇方法浇铸，锭身浇注10min，冒口浇注8min。

4）钢锭浇注16min后，等离子埋弧加热枪开始通7L/min氩气起弧，电压为120V；2min之后钢锭浇注完毕，等离子埋弧加热枪预热完毕，当等离子埋弧加热枪头温度达到800℃时，将等离子埋弧加热枪浸入冒口金属液中，对金属液进行加热，浸入深度100mm，加大氩气流量到15L/min，氩气压力为0.25MPa，加热温度控制在材料液相线以上60℃。加热40min取出等离子埋弧加热枪，加保温覆盖剂、碳化稻壳，厚度为200-300mm。

试验结果表明：钢锭冒口水平下沉，补缩良好。对钢锭进行解剖检验，在钢锭中心不存在肉眼可见缩孔疏松缺陷，如图10所示。另外，对中心面进行超声无损探检测，结果显示钢锭中心致密，不存在单个Φ3mm以上孔洞缺陷。

本发明工作过程及结果：

本发明工艺方案比较合理，所采取的各项措施都起到了相应的作用。1）严格控制熔化温度和浇注温度，控制浇注速度。2）钢锭浇注完成之前，提前进行等离子埋弧加热枪的预热，钢锭浇注完成之后，立即加热，控制了负偏析的产生。3)控制加热时间，使冒口温度升高，提高补缩能力，但又不使温度过高，造成V形偏析等缺陷。4）采用规定的氩气流量，使金属液面保持平稳，没有引起严重的氧化。

采用不同的加热时间，钢锭的收缩状态有所不同，但是关键是浇注之后，立即对冒口加热，建立正的温度梯度，减少结晶雨下沉，控制负偏析。否则，浇注温度过低，金属液上部先形成硬壳，容易形成结晶雨，即使再进行加热，也容易形成负偏析。在实施例中，均采用了较快的加热速度，所以负偏析得到了控制，制备的钢锭均满足使用要求。

Claims (10)

1.一种5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，其特征在于：在钢锭浇注之后，利用等离子埋弧加热系统的等离子埋弧加热枪，对钢锭冒口进行等离子埋弧加热；其中，等离子埋弧加热枪需通入氩气。

2.按照权利要求1所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，其特征在于，对于5吨-80吨的底注钢锭，浇注过程中加入保护渣，厚度要求在50-100mm，在钢锭浇注完成后，等离子埋弧加热枪通入氩气，立即起弧，将等离子弧调节稳定；将等离子埋弧加热枪浸入金属中，使金属液面平稳；保持加热状态10-50min，使液面温度高于金属材料液相线温度30-100℃；移开等离子埋弧加热枪，加保温覆盖剂、碳化稻壳200-300mm。

3.按照权利要求1所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，其特征在于，对于顶注50吨-600吨大型钢锭，破真空后，立即加入发热剂，发热剂厚度在50-100mm，在钢锭浇注完成后，等离子埋弧加热枪通入氩气，立即起弧，将等离子弧调节稳定；将等离子埋弧加热枪浸入金属中，使金属液面平稳；保持加热状态10-50min，使液面温度高于金属材料液相线温度30-100℃；移开等离子埋弧加热枪，加保温覆盖剂、碳化稻壳200-300mm。

4.按照权利要求1所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，其特征在于，钢锭浇注之后迅速起弧：在钢锭浇注完成后，打开等离子埋弧加热系统的氩气瓶，向等离子埋弧加热枪中通入氩气，等离子埋弧加热枪通电后起弧、预热，使等离子埋弧加热枪头升温，当等离子埋弧加热枪头温度达到800℃以上时，将加热枪伸到钢液上面渣层中加热。

5.按照权利要求1所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，其特征在于，采用氩气搅拌：氩气在进入金属液之后，形成气泡迅速上升，氩气的上升动力带动中心部位金属液向上运动，有利于夹杂物上浮；同时，氩气泡捕捉钢液中气体，使有害气体向氩气泡中扩散，而被带出金属液；等离子埋弧加热枪氩气流量控制：开始起弧阶段，需要较小的氩气流量5-7L/min；当等离子埋弧加热枪伸入到金属液中之后，逐步加大氩气流量，达到10-15L/min，氩气压力为0.1-0.25MPa；起弧时，电压为50-120V；稳定工作时，电压为30-100V。

6.按照权利要求1所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，其特征在于，利用氩气压力平衡等离子埋弧加热枪内外液面高度，当插入深度相同，氩气压力高时，内外液面高度差大，氩气压力低时，内外液面高度差小；保持足够大的氩气压力，使内部液面上升高度不超过40mm。

7.按照权利要求1所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，其特征在于，钢锭的浇注速度控制在300Kg/min-7t/min。

8.按照权利要求1所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，其特征在于，等离子埋弧加热枪加热不规则形状冒口时，为了使冒口各部位受热均匀，移动等离子埋弧加热枪；移动过程中，等离子埋弧加热枪不提出渣面，并且保持等离子埋弧加热枪慢速运动，不引起金属液面波浪。

9.按照权利要求1所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，其特征在于，采用多极加热：等离子埋弧加热在不同吨位钢锭上使用，根据需要采用2个或2个以上等离子埋弧加热枪同时加热。

10.按照权利要求9所述的5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，其特征在于，采用2个等离子埋弧加热枪加热时，对称摆放，分别摆在冒口的半径1/2位置上；采用3个等离子枪加热，等离子埋弧加热枪按等边三角形摆放，同样放在冒口等离子埋弧加热枪在冒口半径1/2位置上；对于冒口直径大于1000mm的钢锭均采用2个以上多枪加热，等离子埋弧加热枪同样放在半径1/2位置上；操作上，采用同时通氩气，同时起弧，同时浸入金属液的方式进行。

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