CN103406503A

CN103406503A - 一种优质大型钢锭的生产方法及其装置

Info

Publication number: CN103406503A
Application number: CN2013102991199A
Authority: CN
Inventors: 臧喜民; 姜周华; 宋华
Original assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Current assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2013-11-27

Abstract

本发明公开了一种优质大型钢锭的生产方法及其装置，采用双极串联加热熔渣、分批间歇式地浇铸大型钢锭。该方法步骤包括：开启氩气保护装置，精炼后的钢水注入到钢锭模内；向钢水上面加入熔渣，熔渣浮于钢水上面；闭合电源开关，利用渣阻热将熔渣加热到1500～1800℃；当钢水凝固30～150min后，移开加热电极，再次向钢锭模内注入钢水；重复浇铸和加热得到优质的大型钢锭。该装置包括：底板、钢锭模、氩气保护装置、电极Ⅰ、电极Ⅱ、短网、变压器和钢包。本发明保持了电渣重熔的技术特性，减少了电极模铸工序，电耗降节约75%～80%，而钢水注入的平均速度是重熔速度的5～10倍，生产效率大幅度提高。

Description

一种优质大型钢锭的生产方法及其装置

技术领域

本发明属于金属铸造技术领域，涉及在钢锭模内采用双极串联对渣池加热的特种金属浇铸方法及其装置，特别是一种优质大型钢锭的生产方法及其装置。

背景技术

随着重型、大型装备向高参数、大容量发展，锻件的尺寸、吨位要求越来越大，质量和性能要求越来越高。采用普通铸造方式生产大型钢锭不但成材率低，而且容易出现中心疏松、成分偏析、性能均匀性差等质量问题，锻件报废的风险非常大。因此开发一种新的大钢锭生产技术，即能保持较好的内部质量又能使生产成本降低，十分必要。

查阅公开的专利文献，查到三篇与本发明相关的文献，具体内容如下：

1.公开(公告)号：CN102773424A，公开了一种实现钢锭顺序凝固的水、风冷钢锭模及其应用。提供的钢锭模的断面呈矩形或圆形或多边形，从下至上设有独立的通水和通风的冷却槽，每层冷却槽在钢锭模背部设置隔板，隔板两侧分别固定外套管，连接各自的水、风管路换向阀。采用强制冷却工艺可以将钢锭的结晶速度加快，缩短凝固时间，进而改善大型钢锭偏析程度，同时通过控制钢锭冷却强度由上至下逐渐增强，冷却时间由上至下逐渐增长，保证钢锭由下至上顺次凝固，进而可以有效减轻钢锭疏松、提高致密度。

2.公开(公告)号：CN102166632A，公开了一种大型钢锭的浇注方法，钢锭模上设置冒口，冒口外部安装加热烘烤装置，钢锭浇注的具体步骤为五步。

3.公开(公告)号：CN201168769，公开了一种定向凝固水冷钢锭模，它包括钢锭模本体，钢锭模本体内设有缠绕布置的一层以上冷却水管，在钢锭模本体的外侧设有冷却水管进水口和冷却水管出水口。其优点与使用功效如下：1.提高钢锭模的利用率，节约钢铁能源；2.加快钢锭冷却速度，使钢锭冷却周期缩短，提高了生产效率；3.本定向凝固水冷钢锭模与定向凝固水冷锭盘配合使用，使钢锭结晶过程中，晶粒垂直于钢锭模内壁及水冷锭盘方向呈柱状晶生长，基本消除了大钢锭的二次缩孔和V形偏析，从而得到组织结构致密而均匀的钢锭。

上述公开内容中有两个共同点：1）采用水冷或风冷加强对钢锭模的冷却，即达到钢锭快速凝固解决成分偏析的问题；2）在钢锭冒口处采用加热或发热装置，延长上部钢水凝固时间，实现补缩的目的。但是仍存在以下问题：1）即使在钢锭模外部增加了冷却，但由于钢锭凝固后将会收缩产生很多的间隙，一般钢水凝固收缩率在3%左右，即钢锭厚度在1000mm时，单边将会产生15mm的收缩间隙，由于空气的热阻非常大，导热效果很差，所以钢锭模外部增强冷却实质起到的作用很小，钢锭心部仍将产生成分偏析缺陷。2）当钢锭模内充满钢水后，即使在钢锭冒口处加有发热保温层或发热装置，但由于钢锭高度一般都大于2m，当钢水深度大于800mm以上时，即使上方的钢水没有凝固，在钢锭中间部位由于温降过大会形成支晶“搭桥”，不能够实现补缩填充的目的，那么钢锭中支晶“搭桥”部位及以下部位的钢锭心部将会出现疏松缺陷。

目前采用电渣重熔方法生产大吨位钢锭是成功的，在中国舞阳钢厂采用双极串联方法生产50t（1000×2000×3500mm）板坯钢锭，钢锭内部组织致密、成分均匀。电渣重熔技术的特点是由于金属熔池上方自始至终都有一个较厚的高温渣池，为钢锭的顺序凝固提供了有利条件，金属熔池深度一般不超过500mm，熔池体积非常小，所以钢锭内部组织致密、成分均匀。但电渣重熔技术生产效率低、生产成本高。如生产120t钢锭大约需要200小时，吨钢电耗需要1500kwh/t，电耗和人工及设备成本需要增加约2000元/吨钢。

发明内容

本发明提供了一种优质大型钢锭的生产方法及其装置，采用双极串联加热熔渣、分批间歇式地浇铸大型钢锭，大幅度提高生产效率。

本发明提供的一种生产优质大型钢锭的方法包括以下步骤：

a.开启钢锭模上口的氩气保护装置，将5～50t精炼后的钢水注入到钢锭模内；

b.从钢锭模上口向钢水上面加入100～400mm厚度的熔渣，熔渣的密度为钢水密度的1/4～1/3，熔渣浮于钢水上面；

c.闭合电源开关，将两根加热电极同时下降，使两根加热电极接触到熔渣，通过熔渣的电流为5～30kA，利用渣阻热将熔渣加热到1500～1800℃；

d.高温熔渣为钢水提供了热源，使得钢水自下而上顺序凝固，同时对钢水进行二次精炼，去除钢水中大颗粒夹杂物。当钢水凝固30～150min后，移开加热电极，再次向钢锭模内注入5～50t钢水；

e.重复步骤c和d，2～10次，得到优质的大型钢锭；

f.当凝固钢锭的重量达到设定的吨位时，将加热功率减少为原来的1/3～1/2对钢锭进行补缩2～8小时，浇铸结束。

一种优质大型钢锭的生产方法采用的装置，该装置包括：底板、钢锭模、氩气保护装置、电极Ⅰ、电极Ⅱ、短网、变压器和钢包，电极Ⅰ和电极Ⅱ设置在钢锭模上方，通过短网连接变压器。

本发明与现有同类技术相比，其显著的有益效果体现在：

本发明利用两支电极对液态金属上方的渣池进行持续加热，为钢锭自下而上的顺序凝固和保持较小体积的金属熔池提供条件。由于在整个钢锭的浇铸过程中钢水熔池体积较小、熔池深度较浅，可使得钢锭组织致密、成分均匀。本发明保持了电渣重熔的技术特性，减少了电极模铸工序，电耗降节约75%～80%，而钢水注入的平均速度是重熔速度的5～10倍，生产效率大幅度提高。

附图说明

图1是一种优质大型钢锭的生产方法浇铸时装置结构示意图。

图2是一种优质大型钢锭的生产方法加热熔渣时装置结构主视图示意图。

图3是一种优质大型钢锭的生产方法加热熔渣时装置结构俯视图示意图。

图4是一种优质大型钢锭的生产方法补缩时装置结构主视图示意图。

图5是一种优质大型钢锭的生产方法补缩时装置结构俯视图示意图。

图中：1.底板；2.钢锭模；3.氩气保护装置；4.电极Ⅰ；5.电极Ⅱ；6.短网；7.变压器；8.钢包；9.液态金属；10.熔渣；11.电源开关。

具体实施方式

下面结合附图用实施例详细描述本发明。

实施例1

如图1～图5所示，一种优质大型钢锭的生产方法采用的装置，底板1为1500×3500mm，钢锭模2为1000×3000×4500mm，熔渣10为2000kg，电极Ⅰ4和电极Ⅱ5均为Φ300×3200mm石墨电极，短网6为导电铜缆，电源开关11，钢包8容积10t，氩气保护装置3氩气流量20Nm³/h。

一种优质大型钢锭的生产方法按如下步骤进行：

a.开启氩气保护装置3，氩气流量控制在20Nm³/h，将钢包8中10t钢水注入到钢锭模2中，浇铸完成后液位高度为500mm；

b.从钢锭模2上口向钢水上面加入2000kg的熔渣10，渣池厚度为250mm；

c.闭合电源开关11，电极Ⅰ4和电极Ⅱ5同时下降，当两根电极接触到熔渣10时电流通过熔渣，电压设置为100V，电流设置为15kA，利用电阻热将熔渣加热到1600℃；

d.当钢水凝固50分钟后，移开加热电极，再次向钢锭模2内注入10t钢水；

e.重复步骤c和d共8次，得到1000×3000×4000mm、90t的优质的大型板坯钢锭；

f.最后一次浇铸钢水完成后，将电压设置为60V，电流设置为7kA，对钢锭进行补缩加热5小时后停止。

实施例2

如图1～图5所示，一种优质大型钢锭的生产方法采用的装置，底板1直径Φ2500mm，钢锭模2为Φ2000×4500mm，熔渣10为2800kg，电极Ⅰ4和电极Ⅱ5均为Φ400×3200mm石墨电极，短网6为导电铜缆，电源开关11，钢包8容积为20t，氩气保护装置3氩气流量为15Nm³/h。

一种优质大型钢锭的生产方法按如下步骤进行：

a.开启氩气保护装置3，流量控制在15Nm³/h，将钢包8中20t钢水注入到钢锭模2中，浇铸完成后液位高度为800mm；

b.从钢锭模3上口向钢水上面加入2800kg的熔渣10，渣池厚度为300mm；

c.闭合电源开关11，电极电极Ⅰ4和电极Ⅱ5同时下降，当两根电极接触到熔渣时电流通过熔渣10，电压设置为120V，电流设置为18kA，利用电阻热将熔渣10加热到1600℃度；

d.当钢水凝固80分钟后，移开加热电极，再次向钢锭模2内注入20t钢水。

e.重复步骤c和d共4次，得到Φ2000×4000mm、100t的大型优质圆锭；

f.最后一次浇铸钢水完成后，将电压设置为70V，电流设置为8kA，对钢锭进行补缩加热6小时后停止。

Claims

1.一种生产优质大型钢锭的方法，其特征是该方法包括以下步骤：

d.当钢水凝固30～150min后，移开加热电极，再次向钢锭模内注入5～50t钢水；

e.重复步骤c和d，2～10次，得到优质的大型钢锭；

2.权利要求1所述的一种优质大型钢锭的生产方法采用的装置，该装置包括底板、钢锭模和钢包，其特征是该装置还包括氩气保护装置、电极Ⅰ、电极Ⅱ、短网、电源开关和变压器，电极Ⅰ和电极Ⅱ设置在钢锭模上方，通过短网连接变压器。