CN104226965B - 一种提高铸锭凝固组织等轴晶比率的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提高铸锭凝固组织等轴晶比率的方法，其特征在于，是在铸锭模的冒口上安装金属液搅拌装置，在钢液浇注到型腔的2/3高度处至接近搅拌装置的接触搅拌棒时，开始通风或通电让搅拌棒开始旋转，搅拌棒转速为：5~500转/分钟，在浇注结束后再持续搅拌20~30分钟后关闭，此时钢液的过热度在2~10℃范围内，然后吊离搅拌装置。本发明的有益效果：能够有效提高铸锭的中心等轴晶比率，进而减轻甚至消除铸锭的中心偏析、中心疏松、中心裂纹等缺陷，可解决目前尚无提高铸锭凝固组织等轴晶比率的有效手段的问题；无需形核剂不污染金属液、不污染环境；设备简单可靠，投资及维护成本低；方法简便易行。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高金属铸锭中心等轴晶比率的新方法，属于金属液浇铸技术领域。
背景技术
铸锭凝固组织的中心等轴晶比率的高低，直接决定了铸锭的内部质量。提高铸锭的中心等轴晶比率，能够减轻甚至消除铸锭的中心偏析、中心疏松、中心裂纹等缺陷，进而提高轧材成品率以及轧材质量，提高产品价值、增加产品利润。一般情况下，各种金属铸锭的中心等轴晶比率较低，因而，其中心偏析、中心疏松、中心裂纹等缺陷相对比较严重。所以，如何提高铸锭的中心等轴晶比率一直是亟待解决的难题。
通常条件下，金属凝固过程中会形成枝晶，由于枝晶根部凝固前沿的偏析成分富集的浓度更高，所以枝晶的根部比其它部位更细些。如果在金属液凝固的过程中，增大金属液流动的速度，则能够冲击并打断枝晶，被打断的枝晶在金属液中下沉形成新生成的等轴晶的核心，于是可以增加中心等轴晶比率。
在浇注结束后的冷却过程中，铸锭型腔内金属液的流动很弱，接近于静止。因而，枝晶被打断的量会很小(这一点从通常铸锭的中心等轴晶比率较低的情况，可以判断出来)。如果能够加强金属液的搅动，就会增加枝晶被打断的几率，被打断的枝晶在金属液中下沉形成新生成的等轴晶的核心，增加中心等轴晶比率。
为了增加铸锭的等轴晶比率，有研究人员提出了低过热度浇注技术，该技术的原理是，通过低过热度浇注降低凝固过程中铸锭的温度梯度，获得扩大中心等轴晶比率的效果。然而，该技术存在两大难以解决的问题：其一，低过热度会严重恶化铸锭的表面质量；其二，低过热度浇注仅能较小程度上提高中心等轴晶比率，很难达到令人满意的程度。
发明内容
本发明的目的就是通过提供一种提高铸锭凝固组织等轴晶比率的方法及装置，能够提高铸锭的中心等轴晶比率，进而减轻甚至消除铸锭的中心偏析、中心疏松、中心裂纹等缺陷。提高铸锭质量、提高轧材成品率以及轧材质量，提高产品价值，增加产品利润。可解决目前尚无提高铸锭凝固组织等轴晶比率的有效手段的问题。
一种提高铸锭凝固组织等轴晶比率的方法：是在铸锭模的冒口上安装金属液搅拌装置，在钢液浇注到型腔的2/3高度处至接近搅拌装置的接触搅拌棒时，开始通风或通电让搅拌棒开始旋转，搅拌棒转速为：5～500转/分钟，在浇注结束后再持续搅拌20～30分钟后关闭，此时钢液的过热度在2～10℃范围内，然后吊离搅拌装置。
本发明的工作原理是，当金属液上升接触到搅拌棒后，即被搅拌棒带动旋转，逐渐地随之旋转的金属液的范围越来越大，转速也逐渐加大。旋转的金属液横向冲击固液前沿新生成的枝晶，枝晶从最脆弱的根部被折断。由于枝晶的密度大于金属液，所以被折断的枝晶不断下沉至铸锭液相部分的底部，并成为新生等轴晶的晶核，于是铸锭的等轴晶区得到有效的扩大。铸锭凝固冷却一段时间后，由于金属液的固相越来越多、温度降低等原因，搅拌棒旋转的阻力逐渐增大。当搅拌棒旋转的转速明显降低时(金属液的过热度在2℃以上)，即升起金属液搅拌装置，依惯例向冒口中加入保温剂。
本发明的装置包括：搅拌棒、搅拌棒夹持板、隔热板、风动泵(或电机及减速器)、压缩空气管线(或电缆)、吊耳、固定支架、搅拌器支座套管。其风动泵(或电机及减速器)固定在固定支架上，并连接压缩空气管线(或电缆)，压缩空气管线(或电缆)布在固定支架上面以避免高温烘烤。隔热板固定在风动泵下部的轴上，以避免风动泵被高温烘烤。固定支架插入搅拌器支座套管，搅拌器支座套管被焊接在冒口模上。搅拌棒与风动泵由夹持板连接固定。吊耳被焊接在固定支架上的整体中心点的位置，方便吊装及吊起。
本发明的具体结构有所述搅拌棒长度：10～1500mm；直径：5～500mm。
本发明的具体结构有所述风动泵或电机及减速器的转速：5～1000转/分钟。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
⑴能够有效提高铸锭的中心等轴晶比率，进而减轻甚至消除铸锭的中心偏析、中心疏松、中心裂纹等缺陷，可解决目前尚无提高铸锭凝固组织等轴晶比率的有效手段的问题；
⑵无需形核剂不污染金属液、不污染环境；
⑶设备简单可靠，投资及维护成本低；
⑷方法简便易行。附图是本发明装置的结构示意图。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
1搅拌棒；2搅拌棒夹持板；3隔热板；4风动泵(或电机及减速器)；5压缩空气管线(或电缆)；6吊耳；7固定支架；8搅拌器支座套管，9冒口模。
具体实施方式
在铸锭模的冒口上安装金属液搅拌装置，在钢液浇注到型腔的2/3高度处至接近搅拌装置的接触搅拌棒时，开始通风或通电让搅拌棒开始旋转，搅拌棒转速为：5～500转/分钟，在浇注结束后再持续搅拌20～30分钟后关闭，此时钢液的过热度在2～10℃范围内，然后吊离搅拌装置。
本发明的装置包括：搅拌棒、搅拌棒夹持板、隔热板、风动泵(或电机及减速器)、压缩空气管线(或电缆)、吊耳、固定支架、搅拌器支座套管，风动泵(或电机及减速器)4固定在固定支架7上，连接压缩空气管线(或电缆)5，压缩空气管线(或电缆)5布在固定支架7上面以避免高温烘烤。隔热板3固定在风动泵(或电机及减速器)下部的轴上，以避免风动泵(或电机及减速器)4被高温烘烤。固定支架7插入搅拌器支座套管8，搅拌器支座套管8被焊接在冒口模9上。搅拌棒1与风动泵(或电机及减速器)4由夹持板2连接固定。吊耳6被焊接在固定支架7上的整体中心点的位置，
实施例1：
浇注材质为45#钢，单重15吨的钢锭。采用石墨材质制作搅拌棒1，直径30mm，长度800mm；采用风动泵做为驱动装置，驱动气体为压缩空气。浇注前将金属液搅拌装置安装在冒口模上。在钢液浇注到型腔的2/3高度处时开启金属液搅拌装置，搅拌棒转速为：105转/分钟。在浇注结束后再持续搅拌25分钟后关闭，此时钢液的过热度约在2～10℃范围内，然后吊离搅拌装置。
实施例2：
浇注材质为Cr25Ni20，单重20吨的高合金钢锭。采用镁铬质耐材制作搅拌棒1，直径45mm，长度950mm；采用电机做为驱动装置，搅拌棒转速为：150转/分钟。浇注前将金属液搅拌装置吊装在冒口模上。在钢液浇注到型腔的3/4高度处时开启金属液搅拌装置，在浇注结束后再持续搅拌30分钟后关闭，此时钢液的过热度约在8～15℃范围内，然后吊离搅拌装置。
实施例3：
浇注材质为纯铝，单重7吨的铸锭。采用镁质耐材制作搅拌棒1，直径20mm，长度550mm；采用风动泵做为驱动装置，压缩空气为驱动气体。浇注前将金属液搅拌装置吊装在冒口模上。在铝液浇注到型腔的5/7高度处时开启金属液搅拌装置，搅拌棒转速为：105转/分钟。在浇注结束后23分钟后关闭，此时铝液的过热度约在3～7℃范围内，然后吊离搅拌装置。
Claims (2)
1.一种用于提高铸锭凝固组织等轴晶比率的方法的装置，其特征在于，是在铸锭模的冒口上安装金属液搅拌装置，在钢液浇注到型腔的2/3高度处至接触搅拌棒时，开始通风或通电让搅拌棒开始旋转，搅拌棒转速为：5～500转/分钟，在浇注结束后再持续搅拌20～30分钟后关闭，此时钢液的过热度在2～10℃范围内，然后吊离搅拌装置；该搅拌装置包括搅拌棒、搅拌棒夹持板、隔热板、风动泵或电机及减速器、压缩空气管线或电缆、吊耳、固定支架、搅拌器支座套管；其风动泵或电机及减速器固定在固定支架上，并连接压缩空气管线或电缆，压缩空气管线或电缆布在固定支架上面，隔热板固定在风动泵下部的轴上，固定支架插入搅拌器支座套管，搅拌器支座套管被焊接在冒口模上，搅拌棒与风动泵由夹持板连接固定，吊耳被焊接在固定支架上的整体中心点的位置。
2.根据权利要求1所述的提高铸锭凝固组织等轴晶比率的方法的装置，其特征在于，所述搅拌棒长度：10～1500mm；直径：5～500mm。
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