CN102935493B

CN102935493B - 一种单层套筒强制冷却制造大型空心钢锭的方法

Info

Publication number: CN102935493B
Application number: CN201210471940.XA
Authority: CN
Inventors: 王欢; 李金良; 巴钧涛
Original assignee: Tianjin Heavy Equipment Engineering Research Co Ltd; China First Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: Tianjin Heavy Equipment Engineering Research Co Ltd; China First Heavy Industries Co Ltd
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2032-11-20
Also published as: CN102935493A

Abstract

一种单层套筒强制冷却制造大型空心钢锭的方法，第一步：浇注前对浇注系统进行冷却；第二步：打开精炼包水口开始浇注，并进行液氮辅助强制冷却；第三步：浇注结束时，加入发热剂和保温剂，仅用鼓风机鼓风冷却；第四步：锭身凝固完毕后撤销鼓风冷却，钢锭进行自然冷却，并用天车吊出芯子；第五步：用天车吊走保温帽，然后用专用夹具夹起钢锭放置运锭车上。

Description

一种单层套筒强制冷却制造大型空心钢锭的方法

技术领域

本发明涉及一种制造大型空心钢锭的方法,特别涉及一种单层套筒强制冷却制造大型空心钢锭的方法。

背景技术

目前，国内几乎所有大型空心锻件都是采用实心钢锭生产的，实心钢锭采用下料、镦粗、冲孔、扩孔流程，这种流程不仅工序复杂，而且空心锻件所选用实心钢锭吨位大，锻造收得率低，造成生产成本较高。此外，实心钢锭由于A偏析，锻件加工后，外表面易出现偏析引起成分不均、夹杂物外露等缺陷。日本、法国工业发达国家先后研制并成功生产了空心钢锭，出于保密原因，我国没有现成技术资料可以借鉴。随着我国核电、石油化工和煤液化项目高速发展，所需大型空心锻件数目不断增长，供需矛盾日趋紧张。上世纪80年代中国第一重型机械股份公司就开始着手研究空心钢锭项目，曾取得了重大突破，用其制造的筒节已用于炼油加氢反应器。随着筒节的逐渐大型化，空心钢锭也向着大型化方向发展。如图1一所示，空心钢锭以往采用复合芯结构，此种复合芯结构由外层钢板2、中间层钢板4和内层钢板6构成，外层钢板2和中间层钢板4中间填充树脂砂3，鼓风冷却空气1由中间层钢板4和内层钢板6间的空气通道5流出进行冷却。此种方法制备了一定数量的空心钢锭，并已应用于国内某些厂家的加氢反应器上，但此种方法芯型结构制作复杂，工人劳动强度大，且装配复杂。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种单层套筒强制冷却制造大型空心钢锭的方法，单层套筒与钢水接触处涂有Amercoat873AL银色涂料，与冷却气体接触面涂有Amercoat873AL黑色涂料，套筒内部焊有数个支承筋，并采用液氮、压缩空气和鼓风冷却相混合的方式进行强制冷却，所制造空心钢锭最终凝固位置位于钢锭中部，偏析带分布合理，套筒无变形，且空心钢锭凝固后，中间芯子能顺利取出，此种方法能解决各种吨位空心钢锭的浇注，而且由于冷却速度大，所制造空心钢锭的组织更加均匀且原始柱状晶粒更加细小。

一种单层套筒强制冷却制造大型空心钢锭的方法，其特征在于所述方法采用如下步骤实施：

第一步：浇注前，打开鼓风机对浇注系统进行冷却，精炼包27水口对中中注管砖30，在精炼包水口和中注管砖之间的氩气保护罩中通入氩气保护，所述氩气压力1.5～3.0kg/cm²，精炼包水口直径为40mm～60mm；

第二步：打开精炼包水口开始浇注，当单层套筒9的温度大于等于850℃时，向混合气体冷却通道10内通液氮进行辅助强制冷却，当单层套筒（9）的温度低于850℃时，停止液氮辅助强制冷却；

所述浇注过程为：前两分钟浇注速度小于3.0t/min，第三分钟至钢锭锭身浇满期间浇注速度为3.0～3.5t/min，钢锭的帽口部分的浇注速度为2.0～2.5t/min；

第三步：浇注结束时，马上向钢中加入发热剂，再向钢中加入保温剂，仅用鼓风机鼓风冷却；

第四步：锭身凝固后撤销压缩空气和鼓风冷却，钢锭进行自然冷却，并用天车吊出芯子8；

第五步：当钢锭冒口处温度达到600～800℃时，用天车吊走保温帽，然后用专用夹具夹起钢锭放置运锭车上；

上述制造大型空心钢锭所用到的单层套筒与钢水接触处涂有Amercoat873AL银色涂料，与冷却气体接触面涂有Amercoat873AL黑色涂料，套筒内部焊有数个支承筋，支撑筋底部距套筒底端20～60mm，并采用液氮、压缩空气和鼓风冷却相混合的方式进行强制冷却，所制造空心钢锭最终凝固位置位于钢锭中部。

进一步地，所述鼓风机冷却强度在前3小时为35000－40000m³/h，从第4小时以后为15000－30000m³/h。

进一步地，所述步骤三中向每吨钢中加入1.0～1.4Kg发热剂，向每吨钢中加入0.8～1.2Kg保温剂。

本发明的有益效果是：空心钢锭较实心钢锭锻造时减少镦粗、冲孔工序，提高了锻造效率；采用单层套筒冷却，使芯型结构变得简单，附具装配时间减少；采用液氮、压缩空气和鼓风混合气体冷却，冷却强度大，所制造空心钢锭偏析小，组织致密；内、外同时冷却使钢锭脱模热送时间较实心钢锭缩短2／3；空心钢锭较实心钢锭浇注减少了钢水的用量，既缩短冶炼周期又降低电耗，极大的降低了生产成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有技术的复合芯型结构主视图；

图2（a）是本发明单层套筒芯型主视图；

图2（b）为本发明单层套筒芯型俯视图；

图3为下底盘俯视图；

图4为下底盘及汤道系统俯视图；

图5是单层套筒冷却浇注空心钢锭过程示意图；

其中：1空气、2外层钢板、3树脂砂、4中间层钢板、5空气通道、6内层钢板、7混合气体、8芯子、9单层套筒、10混合气体冷却通道、11支撑块、12吊耳、13支撑筋、14下底盘15钢水横向通道、16钢水分配通道、17第一钢水上升孔、18第二钢水上升孔、19第三钢水上升孔、20第四钢水上升孔、21上底盘、22环形槽、23钢锭模、24打结料、25保温帽、26绝热板、27精炼包、28钢水、29漏斗砖、30中注管砖、31中注管、32底座砖、33汤道系统、34上升孔砖、35空心钢锭。

具体实施方式

下面将参考附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

由单层套筒型芯结构装置、混合气体强制冷却技术和浇注系统装置组成。在下底盘上水平方向安装钢水横向通道，在钢水横向通道上方安装上底盘，上底盘中心安装芯子；单层套筒位于芯子外侧，套筒外侧涂有耐高温Amercoat873AL银色涂料，与冷却气体接触面涂有Amercoat873AL黑色涂料；套筒内部焊有数个支撑筋，支撑筋底部距套筒底端20～60mm；上底盘上方外缘安装钢锭模，钢锭模上安装保温帽，保温帽内安装绝热板；钢水横向通道左侧上方安装中注管，中注管钢水管道连接钢水横向通道；为保证钢水浇注通畅、分配均匀、上升平稳，满足大型空心钢锭的浇注，大型空心钢锭浇注结构装置钢水出口为均布四孔装置，钢水横向通道连接钢水分配通道，钢水分配通道连接四孔装置第一钢水上升孔、四孔装置第二钢水上升孔、四孔装置第三钢水上升孔、四孔装置第四钢水上升孔，四孔装置第一钢水上升孔、四孔装置第二钢水上升孔、四孔装置第三钢水上升孔、四孔装置第四钢水上升孔分别穿过上底盘露出在单层套筒、钢锭模之间；单层套筒和芯子之间的冷却通道采用鼓风机鼓风为主要冷却，液氮辅助冷却的方式冷却；钢锭帽口处绝热板保温保证钢锭凝固时充分补缩和最终凝固位置接近中心。

如图2a、图2b和图3所示，单层套筒9位于芯子8外侧，单层套筒9内径与芯子8外侧间隙为20～80mm，芯子8底部设有三块支撑块11，呈120°布置，目的为了使冷却气体顺利通过，芯子8上部设有吊耳12，可供天车起吊，液氮、压缩空气和鼓风混合气体7经芯子8中空处从上至下由混合气体冷却通道10流出，单层套筒9外侧涂有耐高温Amercoat873AL银色涂料，与混合气体7接触面涂有Amercoat873AL黑色涂料；套筒9内部焊有数个支撑筋13，该支撑筋13与单层套筒9焊接在一起，支撑筋底部距套筒底端20～60mm，制成排出冷却风孔道，并其支撑单层套筒9的作用；由灰口铸铁制成的下底盘14上砌有由钢水横向通道15和钢水分配通道16以及第一钢水上升孔17、第二钢水上升孔18、第三钢水上升孔19和第四钢水上升孔20构成的汤道系统33，下底盘14上安装上底盘21，上底盘21的材料也为灰口铸铁，上底盘20中心安装单层套筒9，在单层套筒9中安装芯子8，上底盘21有四个上升空17、上升孔18、上升孔19和上升孔20，为了释放应力，上底盘21外缘设有环形槽22，上底盘21上方外缘安装钢锭模23，上底盘21与钢锭模23之间的缝隙用打结料24填充，钢锭模23上安装保温帽25，保温帽25内安装绝热板26，钢水28由精炼包27经漏斗砖29浇入中注管31，中注管砖30与底座砖32相连，汤道系统33中的钢水经上升空砖34流入钢锭模23内，最终凝固后形成空心钢锭35。

本发明结合实际大型空心钢锭浇注生产工艺，进行相关工艺参数的设置：第一步：浇注前，打开鼓风机对浇注系统进行冷却，精炼包水口对中中注管漏斗砖，在精炼包水口和中注管漏斗砖之间采用氩气保护罩通入氩气保护，氩气压力1.5～3.0kg/cm2，精炼包水口直径为40mm～60mm。

第二步：打开精炼包水口开始浇注，为了避免套筒温度上升过快，前两分钟浇注速度小于3.0t/min，第三分钟至锭身浇满期间浇注速度为3.0～3.5t/min，帽口部分的浇注速度为2.0～2.5t/min，这样既可以减轻钢锭偏析的产生，又可以保证夹杂物的上浮，同时保证钢锭最终凝固位置位于钢锭冒口端中间位置。当浇注到一定时间后，套筒温度开始快速升高，当温度大于等于850℃，通液氮进行辅助强冷，低于850℃，停止液氮辅助强冷。为了保证合适的冷却速度和钢锭质量，鼓风机冷却强度前3小时在35000－40000m³/h，从第4小时以后为15000－30000m³/h。

第三步：浇注结束时，马上加入1.0～1.5Kg发热剂每吨钢，再加入0.8～1.2kg保温剂每吨钢，同时，仅用鼓风机鼓风冷却。

第四步：锭身凝固后撤销鼓风冷却，钢锭进行自然冷却，并用天车吊出芯子。

第五步：当钢锭冒口处温度达到600～800℃时，用天车吊走保温帽，然后用专用夹具夹起钢锭放置运锭车上。

Claims

1.一种单层套筒强制冷却制造大型空心钢锭的方法，其特征在于所述方法采用如下步骤实施：

第一步：浇注前，打开鼓风机对浇注系统进行冷却，精炼包(27)水口对中中注管砖(30)，在精炼包水口和中注管砖之间的氩气保护罩中通入氩气保护，所述氩气压力1.5～3.0kg/cm²，精炼包水口直径为40mm～60mm；

第二步：打开精炼包水口开始浇注，当单层套筒(9)的温度大于等于850℃时，向混合气体冷却通道(10)内通液氮进行辅助强制冷却，当单层套筒(9)的温度低于850℃时，停止液氮辅助强制冷却；

所述浇注过程为：前两分钟浇注速度小于3.0t/min，第三分钟至钢锭锭身浇满期间浇注速度为3.0～3.5t/min，钢锭的冒口部分的浇注速度为2.0～2.5t/min；

第四步：锭身凝固后撤销鼓风冷却，钢锭进行自然冷却，并用天车吊出芯子(8)；

单层套筒内部焊有数个支承筋，支撑筋底部距套筒底端20～60mm，并采用液氮、压缩空气和鼓风冷却相混合的方式进行强制冷却，所制造空心钢锭最终凝固位置位于钢锭中部。

2.如权利要求1所述的单层套筒强制冷却制造大型空心钢锭的方法，其特征在于所述鼓风机冷却强度在前3小时为35000－40000m³/h，从第4小时以后为15000－30000m³/h。

3.如权利要求1所述的单层套筒强制冷却制造大型空心钢锭的方法，其特征在于所述步骤三中向每吨钢中加入1.0～1.5kg发热剂，向每吨钢中加入0.8～1.2kg保温剂。