CN104001877A - 一种无冒口钢锭水冷结晶工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无冒口钢锭水冷结晶工艺，包括如下步骤：水冷模浇铸半模由螺栓固定后，预先通过进水管向冷却水腔内通入冷凝水；水冷模的浇筑模中浇注；保温10-40min后脱模；脱模后的钢锭套上保温罩，保温13-20小时后移除保温罩，未盖保温盖的保温套中通风3-15h，盖上保温盖，保温15-40h；全部冷凝后，转入坑内保温10-40h。本发明的有益效果是：本发明冷却水循环方式，使得钢锭在冷却过程中无死水区存在，冷却速度均匀，水冷模不变形，使用寿命高，每只钢锭模使用500次左右，上部收缩效果好，且浇铸出来的钢锭组织细密、无气孔等出现，而且钢材的成材率高，本方案中冷却速度均匀，钢锭浇完后，激冷层厚，钢锭冷却速度快，钢锭致密性好。
Description
技术领域
本发明涉及钢锭结晶工艺，更具体的讲是一种无冒口钢锭水冷结晶工艺。
背景技术
钢锭的结晶技术直接影响着钢锭最终的品质，水冷模由于采用水冷技术，较之空冷冷却速度快，提高了钢锭的品质，但是水冷由下而上，若冷却速度过慢时则会造成杂质的聚集，使得钢锭本身的中心偏析过大，造成废品的产生，如申请号为201210180527.8的专利申请公开了一种新型钢锭水冷浇注模及方法，其由附盘、模体和保温帽构成，其特征在于模体座于附盘上，模体的伤口内嵌插接保温帽，所述模体的内壁是顶部直径略小于下部直径的圆筒状结构，其环周设有冷却水夹套，该夹套的墙体的间隙由下至上逐渐增大，且冷却水夹套的两端设有冷却水的出入口，使用该模体进行浇铸时，冷却水自下端注入后充满冷却水夹壁层，以期实现模体上方保温、下部先冷却的上补缩的钢锭冷凝方式。但是，冷却水夹壁层为一筒式结构，冷却水充满夹壁层的速度只取决于冷却水的注入量，冷却效果差，难以保证“上补缩”方式的真正实现。。
其水冷浇铸模在使用时，进水入口和出口处容易造成“死水区”，从而造成钢锭的冷却速度不均匀，钢锭容易出现裂纹，因此在生产过程中不利于生产吨位较大的钢锭，同时，其进水方式容易造成水冷模的变形，其使用寿命较低。
而申请号为201110241107.1的发明专利申请中公开了一种水冷钢锭模，该模具包括本体、位于本体的上端部的上部法兰、位于本体下端部的下部法兰及吊耳，水冷钢锭模的锥度为2%-6%，在本体内具有水腔，在水腔内用隔板形成了水路。本钢锭模通过隔板的设置，使冷却水冷却模具的行走路线可控，当进水口位于模具的下端、出水口位于模具的上端时，冷却水必定先对模具下部进行冷却，但是该种方式加工出来的钢锭有冒口，使用时必须切除，造成了一定的浪费。
上述技术钢锭结晶工艺中所用钢锭采用有冒口结晶工艺，一般的，冒口重量占钢锭重量的14%-20%作用，冒口的应用造成钢材成材率低，而若不使用冒口，则所生产钢锭在结晶过程中缩孔过深，使钢锭无法达到原有的要求，甚至产生废钢，如此则钢材成材率更低。
以上是现有技术中的不足之处。
发明内容
本发明的发明目的在于针对以上现有技术中的不足，提供一种一种无冒口钢锭水冷结晶工艺及其专用的水冷模。
本发明是通过一下技术方案实现的：
一种无冒口钢锭水冷结晶工艺，包括如下步骤：
水冷模浇铸半模由螺栓固定后，预先通过进水管向冷却水腔内通入冷凝水，进水水温＜36℃，保证水循环过程中不汽化，进水水压≥0.5MPa；
将VD炉出炉后的钢水控制温度后由中浇道缓慢注入水冷模的浇筑模中，锭身浇注时间10-40min；
持续通入冷凝水，保温10-40min，钢锭冷凝后脱模；
脱模后的钢锭套上保温罩，保温13-20小时后移除保温罩，
将移除保温罩的钢锭套上未盖保温盖的保温套中通风3-15h，然后盖上保温盖，保温15-40h；
全部冷凝后，转入坑内保温10-40h。
上述的一种无冒口钢锭水冷结晶工艺所用水冷模具，包括浇铸模、保温罩和保温套，所述浇铸模包括浇铸模体和位于浇铸模体下方的底盘，所述底盘与中浇道连通，所述浇铸模由两个以上浇铸半模螺栓连接组成，所述浇铸模包括底盘上方构成模腔的内胆，内胆与外胆构成的冷却水腔，所述冷却水腔的下部连接进水管、上部连接出水管，其特征在于：在冷却水腔中设有腔壁，其中一个腔壁与内胆固定连接在一起，与外胆之间具有间隙，则与之相邻的腔壁与外胆固定连接在一起，与内胆之间具有间隙。
上述浇铸模体还包括连接件，所述连接件包括位于内胆上部的上法兰，还包括位于内胆下部的下法兰，所述下法兰的下部为所述底盘。
上述底盘包括小底盘和大底板，所述大底板中开有与所述中浇道连通的内浇道，在小底盘与下法兰上均设有浇铸孔。
上述浇铸模体还包括位于外胆上的加强筋，所述加强筋包括呈十字交叉的加强横筋和加强纵筋。
上述外胆上还固定有吊耳。
上述保温罩包括内层的保温材料层和外层的金属材料层。
上述保温罩的高度约为钢锭高度的三分之一。
上述保温套包括套壁和保温盖，套壁和保温盖从内至外均依次包括耐火材料层、保温层和金属层。
上述保温套还包括设在套壁金属层上的加强筋，所述保温套的高度不小于钢锭高度。
本发明的有益效果是：本模具由三部分组成，分别使用在钢锭浇铸、冷却成型的不同阶段，第一阶段将钢水经浇包注入到浇铸模中，浇注模中具有腔壁构建成的自下而上的冷却水道，该冷却水道保证了钢锭自下而上逐步冷却的“上补缩”的实现；第二阶段是待钢锭外表凝固后，移去浇铸模体，罩上保温罩Ⅰ，保温一定时间后，移去保温罩Ⅰ，罩上打开罩盖的保温罩Ⅱ，一定时间后，盖上罩盖继续保温直到钢锭模彻底凝固，本发明冷却水循环方式，使得钢锭在冷却过程中无死水区存在，冷却速度均匀，水冷模不变形，使用寿命高，每只钢锭模使用500次左右。本发明在不改变下游设备的前提下，通过巧妙的保温罩的设计和使用，使得上部收缩效果好，且浇铸出来的钢锭组织细密、无气孔等出现，尤其适用于大型钢锭的浇铸，钢锭在锻造过程中达到锻造要求，而且钢材的成材率高，而且本方案中冷却速度均匀，钢锭冷却速度快，钢锭致密性好，钢锭浇完后，激冷层厚，中心偏析程度降低。
附图说明
图1是浇铸模结构示意图；
图2是保温罩结构示意图；
图3是保温套结构示意图；
图4是浇铸半模结构示意图（以圆形为例）；
其中，1是浇铸模体，2是小底盘，3是中浇道，4是浇铸半模，5是内胆，6是外胆，7是进水管，8是出水管，9是上法兰，10是下法兰，11是大底板，12是浇铸孔，13是加强横筋，14是加强纵筋，15是吊耳，16是保温罩，17是保温套，18是套壁，19是保温盖，20是设在罩壁金属层上的加强筋，21是钢锭，22是腔壁。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，以便本领域技术人员可以更好的了解本发明，但并不因此限制本发明。
实施例1
类型：优碳钢，钢种：20，碳含量：0.17-0.23%；吨位：8吨；
水冷模前后两部分由螺栓固定后，预先在水冷模中通入冷凝水，进水水温＜36℃，进水水压0.5兆帕；
将VD炉出炉后钢水温度1585±5℃，控制温度到1570-1580℃后由浇道缓慢注入水冷模的模具中，锭身浇注时间24-26min；
持续通入冷凝水，保温10min，钢锭冷凝后脱模；
脱模后的钢锭套上保温罩，保温4小时（保证钢锭基本结晶完成）后移除保温罩，
将移除保温罩的钢锭放入未盖保温盖的保温套中通风3h，然后盖上保温盖，保温15h；
全部冷凝后，转入坑内保温10h。
本实施例中，若采用有冒口方式，则冒口重量约为1.12吨，而本发明不采用冒口方式，产生类冒口废钢0.4吨。
实施例2
类型：优碳钢，钢种：65Mn，含碳量：0.62-0.70%，吨位：11吨；
水冷模前后两部分由螺栓固定后，预先在水冷模中通入冷凝水，进水水温＜36℃，进水水压0.5兆帕；
将VD炉出炉后钢水温度1550±5℃，控制温度到1535-1545℃后由浇道缓慢注入水冷模的模具中，锭身浇注时间15min；
持续通入冷凝水，保温12min，钢锭冷凝后脱模；
脱模后的钢锭套上保温罩，保温5小时后移除保温罩，
将移除保温罩的钢锭钢锭放入未盖保温盖的保温套中通风5h，然后盖上保温盖，保温24h；
全部冷凝后，转入坑内保温13h。
本实施例中，若采用有冒口方式，则冒口重量约为1.54吨，而本发明不采用冒口方式，产生类冒口废钢0.55吨。
实施例3
类型：合工钢，钢种：5CrMnMo，含碳量：0.50-0.60%，吨位18吨；
水冷模前后两部分由螺栓固定后，预先在水冷模中通入冷凝水，进水水温＜36℃，进水水压0.5兆帕；
将VD炉出炉后钢水温度1555±5℃，控制温度到1540-1550℃后由浇道缓慢注入水冷模的模具中，锭身浇注时间18min；
持续通入冷凝水，保温20min，钢锭冷凝后脱模；
脱模后的钢锭套上保温罩，保温6小时后移除保温罩，
将移除保温罩的钢锭放入未盖保温盖的保温套中通风6h，然后盖上保温盖，保温20h；
全部冷凝后，转入坑内保温20h。
本实施例中，若采用有冒口方式，则冒口重量约为2.88吨，而本发明不采用冒口方式，产生类冒口废钢0.9吨。
实施例4
类型：合结钢，钢种：20CrMnTi，含碳量：0.17-0.23%，吨位24吨；
水冷模前后两部分由螺栓固定后，预先在水冷模中通入冷凝水，进水水温＜36℃，进水水压≥05兆帕；
将VD炉出炉后钢水温度1585±5℃，控制温度到1570-1580℃后由浇道缓慢注入水冷模的模具中，锭身浇注时间24min；
持续通入冷凝水，保温20min，钢锭冷凝后脱模；
脱模后的钢锭套上保温罩，保温7小时后移除保温罩，
将移除保温罩的钢锭放入未盖保温盖的保温套中通风7h，然后盖上保温盖，保温20h；
全部冷凝后，转入坑内保温20h。
本实施例中，若采用有冒口方式，则冒口重量约为4.08吨，而本发明不采用冒口方式，产生类冒口废钢1.44吨。
实施例5
类型：合结钢，钢种：42CrMo，含碳量：0.38-0.45%，吨位30吨；
水冷模前后两部分由螺栓固定后，预先在水冷模中通入冷凝水，进水水温＜36℃，进水水压≥05兆帕；
将VD炉出炉后钢水温度1570±5℃，控制温度到1555-1565℃后由浇道缓慢注入水冷模的模具中，锭身浇注时间25min；
持续通入冷凝水，保温25min，钢锭冷凝后脱模；
脱模后的钢锭套上保温罩，保温7小时后移除保温罩，
将移除保温罩的钢锭放入未盖保温盖的保温套中通风7.5h，然后盖上保温盖，保温20h；
全部冷凝后，转入坑内保温20h。
本实施例中，若采用有冒口方式，则冒口重量约为5.23吨，而本发明不采用冒口方式，产生类冒口废钢1.95吨。
实施例6
类型：碳结钢，钢种：Q235A，含碳量：0.14-0.22%，吨位：36吨；
水冷模前后两部分由螺栓固定后，预先在水冷模中通入冷凝水，进水水温＜36℃，进水水压0.5兆帕；
将VD炉出炉后钢水温度1580±5℃，控制温度到1565-1575℃后由浇道缓慢注入水冷模的模具中，锭身浇注时间32min；
持续通入冷凝水，保温25min，钢锭冷凝后脱模；
脱模后的钢锭套上保温罩，保温8小时后移除保温罩，
将移除保温罩的钢锭放入未盖保温盖的保温套中通风10h，然后盖上保温盖，保温40h；
全部冷凝后，转入坑内保温40h。
本实施例中，若采用有冒口方式，则冒口重量约为6.12吨，而本发明不采用冒口方式，产生类冒口废钢2.16吨。
实施例7
类型：轴承钢，钢种：GCr15SiMn，含碳量：0.95-1.05%，吨位：42吨；
水冷模前后两部分由螺栓固定后，预先在水冷模中通入冷凝水，进水水温＜36℃，进水水压0.5兆帕；
将VD炉出炉后钢水温度1505±5℃，控制温度到1490-1500℃后由浇道缓慢注入水冷模的模具中，锭身浇注时间32min；
持续通入冷凝水，保温25min，钢锭冷凝后脱模；
脱模后的钢锭套上保温罩，保温12小时后移除保温罩，
将移除保温罩的钢锭放入未盖保温盖的保温套中通风10h，然后盖上保温盖，保温40h；
全部冷凝后，转入坑内保温40h。
本实施例中，若采用有冒口方式，则冒口重量约为7.56吨，而本发明不采用冒口方式，产生类冒口废钢2.94吨。
实施例8
类型：合结钢，钢种：40CrNiMoA，含碳量：0.37-0.44%，吨位：63吨；
水冷模前后两部分由螺栓固定后，预先在水冷模中通入冷凝水，进水水温＜36℃，进水水压0.5兆帕；
将VD炉出炉后钢水温度1570±5℃，控制温度到1555-1565℃后由浇道缓慢注入水冷模的模具中，锭身浇注时间35min；
持续通入冷凝水，保温30min，钢锭冷凝后脱模；
脱模后的钢锭套上保温罩，保温20小时后移除保温罩，
将移除保温罩的钢锭放入未盖保温盖的保温套中通风12h，然后盖上保温盖，保温40h；
全部冷凝后，转入坑内保温40h。
本实施例中，若采用有冒口方式，则冒口重量约为12.6吨，而本发明不采用冒口方式，产生类冒口废钢6.3吨。
上述发明均采用如下水冷模：
包括浇铸模、保温罩和保温套，所述浇铸模包括浇铸模体1和位于浇铸模体1下方的底盘，所述底盘与中浇道3连通，所述浇铸模由两个浇铸半模4螺栓连接组成，所述浇铸模包括底盘上方构成模腔的内胆5，内胆5与外胆6构成的冷却水腔，所述冷却水腔的下部连接进水管7、上部连接出水管8，在冷却水腔中设有腔壁22，其中一个腔壁22与内胆5固定连接在一起，与外胆6之间具有间隙，则与之相邻的腔壁22与外胆6固定连接在一起，与内胆5之间具有间隙。
上述浇铸模体还包括连接件，所述连接件包括位于内胆5上部的上法兰9，还包括位于内胆5下部的下法兰10，所述下法兰10的下部为所述底盘。
上述底盘包括小底盘2和大底板11，所述大底板11中开有与所述中浇道3连通的内浇道，在小底盘2与下法兰10上均设有浇铸孔12。
上述浇铸模体还包括位于外胆6上的加强筋，所述加强筋包括呈十字交叉的加强横筋13和加强纵筋14。
上述外胆6上还固定有吊耳15。
上述保温罩16包括内层的保温材料层17和外层的金属材料层。
上述保温罩16的高度约为钢锭高度的三分之一。
上述保温套17包括套壁18和保温盖19，套壁18和保温盖19从内至外均依次包括耐火材料层、保温层和金属层。
上述保温套17还包括设在套壁18金属层上的加强筋20，所述保温套17的高度不小于钢锭高度。
以上实施例1-8所得钢锭性能参数见下表1、表2和表3，
由上表1-3可以看出，通过本发明水冷模和相对应的工艺所得钢锭，在不采用冒口的方式下结晶冷却所得钢锭在机械性能，收缩率以及组织细密程度和偏析等均有较大的提高，达到了锻造的要求，适合不同吨位的钢锭生产，适应范围广，而且本发明并没有采用冒口，提高了成材率。
Claims (10)
1.一种无冒口钢锭水冷结晶工艺，包括如下步骤：
(1)水冷模浇铸半模由螺栓固定后，预先通过进水管向冷却水腔内通入冷凝水，进水水温＜36℃，进水水压≥0.5MPa；
(2)将VD炉出炉后的钢水控制温度后由中浇道缓慢注入水冷模的浇筑模中，锭身浇注时间10-40min；
(3)持续通入冷凝水，保温10-40min，钢锭冷凝后脱模；
(4)脱模后的钢锭套上保温罩，保温13-20小时后移除保温罩；
(5)将移除保温罩的钢锭套上未盖保温盖的保温套中通风3-15h，然后盖上保温盖，保温15-40h；
(6)全部冷凝后，转入坑内保温10-40h。
2.根据权利要求1所述的一种无冒口钢锭水冷结晶工艺所用水冷模具，包括浇铸模、保温罩和保温套，所述浇铸模包括浇铸模体和位于浇铸模体下方的底盘，所述底盘与中浇道连通，所述浇铸模由两个以上浇铸半模螺栓连接组成，所述浇铸模包括底盘上方构成模腔的内胆，内胆与外胆构成的冷却水腔，所述冷却水腔的下部连接进水管、上部连接出水管，其特征在于：在冷却水腔中设有腔壁，其中一个腔壁与内胆固定连接在一起，与外胆之间具有间隙，则与之相邻的腔壁与外胆固定连接在一起，与内胆之间具有间隙。
3.根据权利要求2所述的一种无冒口钢锭水冷结晶工艺所用水冷模具，其特征在于：所述浇铸模体还包括连接件，所述连接件包括位于内胆上部的上法兰，还包括位于内胆下部的下法兰，所述下法兰的下部为所述底盘。
4.根据权利要求3所述的一种无冒口钢锭水冷结晶工艺所用水冷模具，其特征在于：所述底盘包括小底盘和大底板，所述大底板中开有与所述中浇道连通的内浇道，在小底盘与下法兰上均设有浇铸孔。
5.根据权利要求3所述的一种无冒口钢锭水冷结晶工艺所用水冷模具，其特征在于：所述浇铸模体还包括位于外胆上的加强筋，所述加强筋包括呈十字交叉的加强横筋和加强纵筋。
6.根据权利要求3所述的一种无冒口钢锭水冷结晶工艺所用水冷模具，其特征在于：所述外胆上还固定有吊耳。
7.根据权利要求2所述的一种无冒口钢锭水冷结晶工艺所用水冷模具，其特征在于：所述保温罩包括内层的保温材料层和外层的金属材料层。
8.根据权利要求7所述的一种无冒口钢锭水冷结晶工艺所用水冷模具，其特征在于：所述保温罩的高度约为钢锭高度的三分之一。
9.根据权利要求2所述的一种无冒口钢锭水冷结晶工艺所用水冷模具，其特征在于：所述保温套包括套壁和保温盖，套壁和保温盖从内至外均依次包括耐火材料层、保温层和金属层。
10.根据权利要求2所述的一种无冒口钢锭水冷结晶工艺所用水冷模具，其特征在于：所述保温套还包括设在套壁金属层上的加强筋，所述保温套的高度不小于钢锭高度。
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