CN104475693B - 一种大型钢锭的还原浇铸复合方法及其装置 - Google Patents
一种大型钢锭的还原浇铸复合方法及其装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104475693B CN104475693B CN201410742466.9A CN201410742466A CN104475693B CN 104475693 B CN104475693 B CN 104475693B CN 201410742466 A CN201410742466 A CN 201410742466A CN 104475693 B CN104475693 B CN 104475693B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ingot
- core base
- steel
- casting
- steel ingot
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 182
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 182
- 238000005266 casting Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 24
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000011449 brick Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 115
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 57
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 53
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 15
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 14
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 10
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims description 5
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 claims description 3
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims description 3
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 claims description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 2
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 claims 5
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims 2
- 238000006424 Flood reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims 1
- 238000002271 resection Methods 0.000 claims 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 10
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 24
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 9
- 238000004512 die casting Methods 0.000 description 8
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 235000000396 iron Nutrition 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
- B22D7/02—Casting compound ingots of two or more different metals in the molten state, i.e. integrally cast
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
- B22D7/06—Ingot moulds or their manufacture
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
- B22D7/12—Appurtenances, e.g. for sintering, for preventing splashing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
本发明公开了一种大型钢锭的还原浇铸复合方法及装置，该方法包括选取芯坯，调整芯坯的温度，芯坯表面预除鳞，芯坯表面的氧化铁皮还原，浇铸复合，复合锭的冷却，复合锭的重复浇铸复合。该方法采用的装置包括：炉体、外壳、保温层、内壳、排气口、真空抽气装置、惰性气体入口、钢锭模、垫铁、芯坯、铁帽口、绝热板、浇口砖、连接螺栓、密封胶圈、还原气体入口、炉盖、浇铸通道、阀杆、阀体、阀板、石棉垫片、滑动水口、钢水包。利用本发明的方法和装置，可以制备出普通模铸方法无法生产的大型和特大型模铸钢锭。本发明制备的钢锭具有生产成本低，内部偏析小，内部质量好，钢锭成材率高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及合金钢锭的生产方法及其装置，特别是一种大型钢锭的还原浇铸复合方法及其装置。
背景技术
目前，模铸钢锭和电渣重熔钢锭仍然是大型钢锭的主要生产方法，但这两种钢锭生产方法都存在一些缺点。模铸大型钢锭时，随着锭型的增大，凝固速度减慢，由此带来一系列的质量问题，例如，各种偏析加剧、疏松及缩孔增加、非金属夹杂物增多、柱状晶更发达、等轴晶更粗大，由此也导致钢锭的成材率大幅度下降。为了提高大钢锭的内部质量，20世纪50年代，人们开发出电渣重熔方法，目前，电渣重熔大型钢锭可达600多吨，电渣重熔方法生产的大型钢锭纯净度高、成分均匀、组织致密、成材率高，但与传统的模铸相比，电渣重熔铸锭的电能消耗高，电极熔化速度慢，导致生产效率下降，生产成本提高，如果渣系中含有氟化钙还会导致氟的大气污染。为此，人们又开发了其它制备大型钢锭的技术，专利文献CN103212674和CN201157895公开了一种在铸模底部和侧壁通水强制冷却条件下进行铸锭的技术，通过这种定向凝固或单向凝固技术可以生产出比普通模铸技术单重更大的钢锭，锭重最大可达80吨，该技术能够减少甚至消除钢锭内部的疏松和偏析，提高钢锭本体的均匀性，最终达到提高产品质量的目的。但这种定向凝固将夹杂物和偏析物都集中在钢锭的头部，凝固后需将头部偏析带除去，加工量增加，而且钢锭柱状晶粒发达，对提高特厚板的冲击韧性非常不利。专利文献CN101927336公开了一种以连铸坯为结晶器模腔进行复合铸造的方法；专利文献CN101406937和CN101279359公开了一种在铸模中心加装低温芯棒生产低偏析大型空心钢锭的制造方法，此类方法的特点是：在浇铸钢水前，在钢锭型腔中预先布置一圈或几圈低温钢棒，这样可以增加钢锭内部的形核质点、加速钢锭冷却、提高大型钢锭的冷却凝固速度，对大型钢锭的偏析具有明显的抑制作用，因而能够获得成分比较均匀、组织细小的低偏析大型钢锭。但该方法布料比较繁琐，且棒料不易固定，棒料与锭重比例需要控制在0.8％～3％范围。
发明内容
本发明提供了一种大型钢锭的还原浇铸复合方法及其装置，能够低成本、高质量地生产出大型和特大型钢锭。
本发明提供的一种大型钢锭的还原浇铸复合方法，其特征是该方法包括以下步骤：
a.选取芯坯：芯坯或为连铸坯，或为轧制坯，或为锻造坯，或为已经浇铸出来的小钢锭，芯坯的成分与所铸成品钢锭的成分相同，芯坯的形状或为圆形，或为方形，或为矩形，或为多边形，芯坯表面无夹渣、重皮和裂纹缺陷；
b.调整芯坯的温度：选用冷坯或冷锭做芯坯时，先对芯坯进行加热，将芯坯加热到500℃～1300℃，选用现场浇铸的小钢锭做芯坯时，先将浇铸后脱模的小钢锭帽口部分切除，然后冷却到500℃～1300℃；
c.芯坯表面预除鳞：利用高压空气或高压氮气或高压水喷吹芯坯表面，将芯坯表面较厚的氧化铁皮打掉，或向芯坯表面喷射铁砂，将芯坯表面较厚的氧化铁皮层打掉；
d.芯坯表面的氧化铁皮还原：将钢锭模放进复合装置中，在钢锭模底部放置3～8块垫铁，用于支撑芯坯，垫铁的成分与芯坯及成品大钢锭的成分相同，垫铁或为圆形，或为矩形，垫铁高度为20mm～500mm，然后再将表面经过预除鳞的芯坯放进钢锭模内，置于垫铁的上面，在钢锭模上部装好帽口和绝热板，盖上复合装置的上盖，将钢锭模和芯坯全部密封在复合装置中，利用真空抽气装置将复合装置中的空气抽出，然后充入惰性气体，再将复合装置中的惰性气体抽出，确保复合装置中氧气的体积分数降低到0.1％以下，然后，关闭真空抽气装置，向复合装置中充入还原性气体，此还原性气体或为氢气，或为氢气与氮气的混合气氛，或为氢气、氮气与一氧化碳的混合气氛，目的是使还原性气体与芯坯表面的氧化铁皮发生还原反应，反应形成的水蒸气由排气口排出，当芯坯表面的氧化铁皮被还原性气体全部还原成金属铁后，关闭还原气体入口，利用真空抽气装置将复合装置中的还原性气体抽出，或向复合装置中充入惰性气体，将装置中的还原性气体排空；
e.浇铸复合：将预先准备好的盛有钢水的钢水包吊放在复合装置顶部，打开复合装置顶部的密封蝶阀，打开钢水包下部的滑动水口，向复合装置中的钢锭模内浇铸液态钢水，钢水进入钢锭模后包围在芯坯和垫铁周围，在芯坯与钢锭模之间的间隙内凝固，随着钢液的凝固，不断地向钢锭模内浇注钢水，直到钢液全部充满芯坯和钢锭模之间的间隙并淹没芯坯抵达帽口的液相线位置；
f.复合锭的冷却：当钢水浇铸完成后，向复合装置中充入惰性气体，打开复合装置的上盖，向帽口中投入保护渣，再向复合装置中喷吹大量的惰性气体或冷空气，将复合锭冷却到脱模温度，然后将钢锭及钢锭模吊出复合装置进行脱模；
g.复合锭的重复浇铸复合：更换大于步骤d所述钢锭模尺寸的钢锭模，重复步骤c至步骤f，利用浇铸复合后的钢锭做芯坯，对浇铸复合后的钢锭进行重复浇铸复合，直至制备出符合重量要求的大型钢锭。
本发明提供的一种大型钢锭的还原浇铸复合方法采用的装置，其特征是该装置包括以下部件：
炉体、外壳、保温层、内壳、排气口、真空抽气装置、惰性气体入口、钢锭模、垫铁、芯坯、铁帽口、绝热板、浇口砖、连接螺栓、密封胶圈、还原气体入口、炉盖、浇铸通道、阀杆、阀体、阀板、石棉垫片、滑动水口、钢水包，所述炉体由外壳、保温层和内壳组成，外壳采用普通钢板焊接制成，内壳采用耐热钢板焊接制成，保温层采用耐火材料填充，炉体或为圆柱形，或为矩形，或为多边形，炉体内部放置钢锭模、铁帽口和绝热板，垫铁放置在钢锭模底部，芯坯放置在垫铁上，用垫铁支撑，炉体与炉盖之间采用连接螺栓锁紧，利用密封胶圈密封；所述排气口设置在炉体的下部，用于排出炉体内部的空气以及反应生成的水蒸气；所述还原气体入口设置在炉盖上部，用于向炉体内部充入还原性气体；所述惰性气体入口设置在炉体的上部，用于向炉体内部充入惰性气体，或用于浇铸完成后向炉体内喷入冷却用空气；所述真空抽气装置设置在炉体外部，并与炉体相连，用于将炉体内的气体抽出；所述浇铸通道焊接在炉盖的顶部，浇铸通道内放置浇口砖，浇口砖采用耐火材料制成；所述阀体、阀板和阀杆组成一个密封蝶阀，设置在浇铸通道的顶端，阀体与浇铸通道之间使用连接螺栓密封连接，阀杆旋转，带动阀板在阀体内左右移动，以便打开或关闭浇铸通道；所述钢水包坐落在阀体上面，钢水包底部设置滑动水口，滑动水口对准浇铸通道；所述石棉垫片设置在钢水包与阀体之间。
所述的一种大型钢锭的还原浇铸复合方法所采用的装置，在炉体内部还设置有监测钢锭温度的测温仪、监测炉内气体压力的测压仪和监测钢锭模内钢液高度的测量仪器。
本发明突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
(1)由于芯坯的尺寸可调，并可进行多次重复浇铸复合，因此，与现有的模铸方法相比，利用本方法可以制备出重量超过80吨的大型和特大型模铸钢锭；
(2)由于芯坯的形状可调，钢锭模的形状可调，并可进行多次浇铸复合，因此，与现有的模铸方法相比，利用本方法可以制备出任何形状的大型和特大型模铸钢锭；
(3)由于芯坯温度可控，钢锭模与芯坯之间的浇铸空间可调，因此，与现有的模铸方法相比，钢液的凝固速度大幅度提高，复合铸锭的缩孔、偏析倾向减小，内部细小的等轴晶粒区增加，特别是可以彻底解决普通模铸大钢锭时产生的偏析现象，钢锭内部质量显著提高，钢锭成材率也将大幅度提高；
(4)当使用轧制坯、锻造坯做芯坯时，芯坯的内部质量大大提高，因此，与现有的模铸方法相比，利用本方法可以制备出心部质量更好的大型和特大型模铸钢锭；
(5)与现有的模铸方法相比，利用本方法浇铸钢水时，钢水可在惰性气体或真空状态下进行浇铸，故浇铸过程中避免了钢水的二次氧化和吸气，钢锭内部质量进一步提高；
(6)当使用高温脱模的钢锭做芯坯时，或使用热轧或热锻后温度较高的热坯做芯坯时，可省去对芯坯的加热工序，降低能耗，从而进一步降低生产大型和特大型钢锭的成本；
(7)与现有的电渣重熔方法相比，本方法仍然属于模铸钢锭范畴，因此，利用本方法可以低成本地制备出大型和特大型钢锭；
(8)本发明所需设备简单、投资少，适合现有的生产企业进行技术升级改造。
附图说明
图1是一种大型钢锭的还原浇铸复合方法及其装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图用实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，采用一种大型钢锭的还原浇铸复合方法，一次还原浇铸复合生产125～130吨的大钢锭，该方法内容如下：
选择已经浇铸出来的重量为50吨的钢锭做芯坯10，芯坯10的成分为45#钢，芯坯10的形状为正八边形，芯坯10脱模后将帽口部分切除，然后冷却到800℃～850，℃利用高压氮气吹除芯坯10表面较厚的初生氧化铁皮。将130吨大钢锭的钢锭模8放进炉体1中，在钢锭模8的底部放置4块直径为60mm高度为100mm成分为45#钢的圆柱形垫铁9，要求垫铁9表面无氧化铁皮，并被预热到150℃，然后再用吊车将芯坯10放进钢锭模8内，用垫铁9支撑，在钢锭模8上部安放铁帽口11，在铁帽口11内表面插入绝热板12，盖上炉盖17，将钢锭模8、垫铁9和芯坯10全部密封在炉体1中，利用真空抽气装置6将炉体1中的空气抽出，然后关闭真空抽气装置6，通过惰性气体入口7向炉体1中充入氮气，再启动真空抽气装置6将炉体1中的氮气抽出，使炉体1中的氧气体积分数降低到0.1％以下，然后，关闭真空抽气装置6，通过还原性气体入口16向炉体1中充入氢气，将芯坯10表面剩余的氧化铁皮还原成金属铁，反应形成的水蒸气由排气口5排出，当芯坯10表面的氧化铁皮被氢气全部还原成金属铁后，关闭还原性气体入口16，利用真空抽气装置6将炉体中的氢气抽出，然后，向炉体1中充入氮气，利用真空抽气装置6再次将炉体中的氮气抽出，使得炉体1内呈真空状态，真空度达到1.0Pa。将预先处理好的盛有75～80吨钢水的钢水包24吊放在炉盖17顶部的阀体20上面，在钢水包24与阀体20之间设置石棉垫片22对炉体1进行密封，旋转阀杆19带动阀板21向右运动，打开密封蝶阀，然后，再打开钢水包24下部的滑动水口23，在真空状态下，向炉体1中放置的钢锭模8内浇铸液态钢水25，钢水25进入钢锭模8后包围在50吨的芯坯10及垫铁9周围，在芯坯10与钢锭模8之间的间隙内逐渐凝固，随着钢液的凝固，不断地向钢锭模8内浇注钢水25，直到钢液全部充满芯坯10和钢锭模8之间的间隙并淹没芯坯10抵达铁帽口11的液相线位置。钢水浇铸完成后，关闭真空抽气装置6，通过惰性气体入口7向炉体1中重新充入氮气，打开炉盖17，向铁帽口11中投入保护渣，通过惰性气体入口7再向炉体1中喷吹大量的空气，将复合钢锭冷却到脱模温度，然后将复合钢锭及钢锭模8吊出炉体1，最后进行脱模，得到重量为125～130吨的大钢锭。
实施例2
如图1所示，采用一种大型钢锭的还原浇铸复合方法，二次还原浇铸复合生产180～190吨的大钢锭，该方法内容如下：
选择经过锻造的重量为40吨的矩形钢坯做芯坯10，芯坯10的成分为45#钢，先将芯坯10加热到900，℃利用高压氮气吹除芯坯10表面在加热时生成的初生氧化铁皮。将85吨大钢锭的钢锭模8放进炉体1中，在钢锭模8的底部放置4块直径为100mm高度为120mm成分为45#钢的圆柱形垫铁9，要求垫铁9表面无氧化铁皮，并被预热到150℃，然后再用吊车将芯坯10放进钢锭模8内，用垫铁9支撑，在钢锭模8上部安放铁帽口11，在铁帽口11内表面插入绝热板12，盖上炉盖17，将钢锭模8、垫铁9和芯坯10全部密封在炉体1中，利用真空抽气装置6将炉体1中的空气抽出，然后关闭真空抽气装置6，通过惰性气体入口7向炉体1中充入氮气，再启动真空抽气装置6将炉体1中的氮气抽出，确保炉体1中的氧气体积分数降低到0.1％以下，然后再关闭真空抽气装置6，通过还原性气体入口16向炉体1中充入75％氢气和25％氮气的混合气氛，将芯坯10表面剩余的氧化铁皮还原成金属铁，反应形成的水蒸气由排气口5排出，当芯坯10表面的氧化铁皮被氢气全部还原成金属铁后，关闭还原性气体入口16，利用真空抽气装置6将炉体中的氮氢混合气氛抽出，然后，向炉体1中充入氮气，利用真空抽气装置6再次将炉体中的氮气抽出，使得炉体1内呈真空状态，真空度达到5.0Pa。将预先处理好的盛有45吨～50吨钢水的钢水包24吊放在炉盖17顶部的阀体20上面，在钢水包24与阀体20之间设置石棉垫片22对炉体1进行密封，旋转阀杆19带动阀板21向右运动，打开密封蝶阀，然后，再打开钢水包24下部的滑动水口23，在真空状态下，向炉体1中放置的钢锭模8内浇铸液态钢水25，钢水25进入钢锭模8后包围在重量为40吨的芯坯10周围，在芯坯10与钢锭模8之间的间隙内逐渐凝固，随着钢液的凝固，不断地向钢锭模8内浇注钢水25，直到钢液全部充满芯坯10和钢锭模8之间的间隙并淹没芯坯10抵达铁帽口11的液相线位置。钢水25浇铸完成后，关闭真空抽气装置6，通过惰性气体入口7向炉体1中重新充入氮气，打开炉盖17，向铁帽口11中投入保护渣，通过惰性气体入口7再向炉体1中喷吹大量的空气，将复合钢锭冷却到脱模温度，然后将复合钢锭及钢锭模8吊出炉体1，最后进行脱模，得到重量为85吨～90吨的大钢锭；利用高压氮气吹除钢锭表面较厚的初生氧化铁皮，以此做新芯坯进行第二次还原浇铸复合。第二次浇铸前，将钢锭模8及铁帽口11更换为190吨大钢锭的钢锭模及帽口，将钢锭模8放进炉体1中，在钢锭模8的底部重新放置4块直径为100mm高度为120mm成分为45#钢的圆柱形垫铁9，要求垫铁9表面无氧化铁皮，并被预热到150℃，然后再用吊车将芯坯10放进钢锭模8内，用垫铁9支撑，在钢锭模8上部重新安放铁帽口11，在铁帽口11内表面插入绝热板12，盖上炉盖17，将钢锭模8、垫铁9和芯坯10全部密封在炉体1中，利用真空抽气装置6将炉体1中的空气抽出，然后关闭真空抽气装置6，通过惰性气体入口7向炉体1中充入氮气，再启动真空抽气装置6将炉体1中的氮气抽出，确保炉体1中的氧气体积分数降低到0.1％以下，然后，再关闭真空抽气装置6，通过还原性气体入口16向炉体1中充入75％氢气和25％氮气的混合气氛，将芯坯10表面剩余的氧化铁皮还原成金属铁，反应形成的水蒸气由排气口5排出，当芯坯10表面的氧化铁皮被氢气全部还原成金属铁后，关闭还原性气体入口16，利用真空抽气装置6将炉体中的氮氢混合气氛抽出，然后，向炉体1中充入氮气，利用真空抽气装置6再次将炉体中的氮气抽出，使得炉体1内呈真空状态，真空度达到10Pa。将预先处理好的盛有100～105吨钢水的钢水包24吊放在炉盖17顶部的阀体20上面，在钢水包24与阀体20之间设置石棉垫片22对炉体1进行密封，旋转阀杆19带动阀板21向右运动，打开密封蝶阀，然后，再打开钢水包24下部的滑动水口23，在真空状态下，向炉体1中放置的钢锭模8内浇铸液态钢水25，钢水25进入钢锭模8后包围在重量为85吨的芯坯10周围，在芯坯10与钢锭模8之间的间隙内逐渐凝固，随着钢液的凝固，不断地向钢锭模8内浇注钢水25，直到钢液全部充满芯坯10和钢锭模8之间的间隙并淹没芯坯10抵达铁帽口11的液相线位置。钢水25浇铸完成后，关闭真空抽气装置6，通过惰性气体入口7向炉体1中重新充入氮气，打开炉盖17，向铁帽口11中投入保护渣，通过惰性气体入口7再向炉体1中喷吹大量的空气，将复合钢锭冷却到脱模温度，然后将复合钢锭及钢锭模8吊出炉体1，最后进行脱模，得到重量为180～190吨的大钢锭。
一种大型钢锭的还原浇铸复合方法采用的装置实施例
如图1所示，该装置由炉体1、外壳2、保温层3、内壳4、排气口5、真空抽气装置6、惰性气体入口7、钢锭模8、垫铁9、芯坯10、铁帽口11、绝热板12、浇口砖13、连接螺栓14、密封胶圈15、还原气体入口16、炉盖17、浇铸通道18、阀杆19、阀体20、阀板21、石棉垫片22、滑动水口23和钢水包24构成。所述炉体由外壳2、保温层3和内壳4组成，外壳2采用厚度为8～10mm的Q235普通钢板焊接制成，内壳4采用厚度为2～3mm的Cr25Ni20耐热钢板焊接制成，保温层3采用普通的高铝质耐火纤维填充，炉体底部保温层使用耐火浇铸料浇铸，炉体1为正八边形，炉体1内部放置钢锭模8、垫铁9、芯坯10、铁帽口11和绝热板12，芯坯10放置在钢锭模8内部，用垫铁9支撑，炉体1与炉盖17之间采用连接螺栓14锁紧，利用密封胶圈15密封；在炉体1的下部设置排气口5，用于排出炉体1内部的空气以及反应生成的水蒸气；在炉盖17上部设置还原气体入口16，用于向炉体1内部充入还原性气体；在炉体1的上部设置惰性气体入口7，用于向炉体内部充入惰性气体，或用于浇铸完成后向炉体1内喷入冷却用空气；在炉体1的外部设置真空抽气装置6，并与炉体1相连，用于将炉体1内的气体抽出；炉盖17的顶部焊接浇铸通道18，浇铸通道18内放置浇口砖13，浇口砖13采用高铝质耐火材料制成；阀杆19、阀体20和阀板21组成一个密封蝶阀，设置在浇铸通道18的顶端，阀体20与浇铸通道18之间使用螺栓密封连接，阀杆19旋转，带动阀板21在阀体20内左右移动，以便打开或关闭浇铸通道18；钢水包24坐落在阀体20上面，钢水包24底部设置滑动水口23，滑动水口23对准浇铸通道18，钢水包24与阀体20之间采用石棉垫片22密封。此外，在炉体1内部还设置有用于监测钢锭温度的测温仪、监测炉内气体压力的测压仪、监测钢锭模内钢液高度的测量仪器。
上述具体实施例表明，采用本发明的方法和装置可以制备出普通模铸方法无法生产的大型和特大型模铸钢锭，本发明制备的钢锭具有生产成本低，内部偏析小，内部质量好，钢锭成材率高等特点。需要说明的是，这些例子仅是本技术方法和装置的一些应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (3)
1.一种大型钢锭的还原浇铸复合方法，其特征是该方法包括以下步骤：
a.选取芯坯：芯坯或为连铸坯，或为轧制坯，或为锻造坯，或为已经浇铸出来的小钢锭，芯坯的成分与所铸成品钢锭的成分相同，芯坯的形状或为圆形，或为方形，或为矩形，或为多边形，芯坯表面无夹渣、重皮和裂纹缺陷；
b.调整芯坯的温度：选用冷坯或冷锭做芯坯时，先对芯坯进行加热，将芯坯加热到500℃～1300℃，选用现场浇铸的小钢锭做芯坯时，先将浇铸后脱模的小钢锭帽口部分切除，然后冷却到500℃～1300℃；
c.芯坯表面预除鳞：利用高压空气或高压氮气或高压水喷吹芯坯表面，将芯坯表面较厚的氧化铁皮打掉，或向芯坯表面喷射铁砂，将芯坯表面较厚的氧化铁皮层打掉；
d.芯坯表面的氧化铁皮还原：将钢锭模放进复合装置中，在钢锭模底部放置3～8块垫铁，用于支撑芯坯，垫铁的成分与芯坯及成品大钢锭的成分相同，垫铁或为圆形，或为矩形，垫铁高度为20mm～500mm，然后再将表面经过预除鳞的芯坯放进钢锭模内，置于垫铁的上面，在钢锭模上部装好帽口和绝热板，盖上复合装置的上盖，将钢锭模和芯坯全部密封在复合装置中，利用真空抽气装置将复合装置中的空气抽出，然后充入惰性气体，再将复合装置中的惰性气体抽出，确保复合装置中氧气的体积分数降低到0.1％以下，然后，关闭真空抽气装置，向复合装置中充入还原性气体，此还原性气体或为氢气，或为氢气与氮气的混合气氛，或为氢气、氮气与一氧化碳的混合气氛，目的是使还原性气体与芯坯表面的氧化铁皮发生还原反应，反应形成的水蒸气由排气口排出，当芯坯表面的氧化铁皮被还原性气体全部还原成金属铁后，关闭还原气体入口，利用真空抽气装置将复合装置中的还原性气体抽出，或向复合装置中充入惰性气体，将装置中的还原性气体排空；
e.浇铸复合：将预先准备好的盛有钢水的钢水包吊放在复合装置顶部，打开复合装置顶部的密封蝶阀，打开钢水包下部的滑动水口，向复合装置中的钢锭模内浇铸液态钢水，钢水进入钢锭模后包围在芯坯和垫铁周围，在芯坯与钢锭模之间的间隙内凝固，随着钢液的凝固，不断地向钢锭模内浇注钢水，直到钢液全部充满芯坯和钢锭模之间的间隙并淹没芯坯抵达帽口的液相线位置；
f.复合锭的冷却：当钢水浇铸完成后，向复合装置中充入惰性气体，打开复合装置的上盖，向帽口中投入保护渣，再向复合装置中喷吹大量的惰性气体或冷空气，将复合锭冷却到脱模温度，然后将钢锭及钢锭模吊出复合装置进行脱模；
g.复合锭的重复浇铸复合：更换大于步骤d所述钢锭模尺寸的钢锭模，重复步骤c至步骤f，利用浇铸复合后的钢锭做芯坯，对浇铸复合后的钢锭进行重复浇铸复合，直至制备出符合重量要求的大型钢锭。
2.一种大型钢锭的还原浇铸复合方法采用的装置，其特征是该装置包括以下部件：
炉体、外壳、保温层、内壳、排气口、真空抽气装置、惰性气体入口、钢锭模、垫铁、芯坯、铁帽口、绝热板、浇口砖、连接螺栓、密封胶圈、还原气体入口、炉盖、浇铸通道、阀杆、阀体、阀板、石棉垫片、滑动水口、钢水包，所述炉体由外壳、保温层和内壳组成，外壳采用普通钢板焊接制成，内壳耐热钢板焊接制成，保温层采用耐火材料填充，炉体或为圆柱形，或为矩形，或为多边形，炉体内部放置钢锭模、铁帽口和绝热板，垫铁放置在钢锭模底部，芯坯放置在垫铁上，用垫铁支撑，炉体与炉盖之间采用连接螺栓锁紧，利用密封胶圈密封；所述排气口设置在炉体的下部；所述还原气体入口设置在炉盖上部；所述惰性气体入口设置在炉体的上部；所述真空抽气装置设置在炉体外部，并与炉体相连；所述浇铸通道焊接在炉盖的顶部，浇铸通道内放置浇口砖，浇口砖采用耐火材料制成；所述阀体、阀板和阀杆组成一个密封蝶阀，设置在浇铸通道的顶端，阀体与浇铸通道之间使用连接螺栓密封连接，阀杆旋转，带动阀板在阀体内左右移动；所述钢水包坐落在阀体上面，钢水包底部设置滑动水口，滑动水口对准浇铸通道；所述石棉垫片设置在钢水包与阀体之间。
3.根据权利要求2所述的一种大型钢锭的还原浇铸复合方法采用的装置，其特征是所说的炉体内部还设置有监测钢锭温度的测温仪、监测炉内气体压力的测压仪和监测钢锭模内钢液高度的测量仪器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410742466.9A CN104475693B (zh) | 2014-12-08 | 2014-12-08 | 一种大型钢锭的还原浇铸复合方法及其装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410742466.9A CN104475693B (zh) | 2014-12-08 | 2014-12-08 | 一种大型钢锭的还原浇铸复合方法及其装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104475693A CN104475693A (zh) | 2015-04-01 |
| CN104475693B true CN104475693B (zh) | 2016-06-29 |
Family
ID=52750370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410742466.9A Expired - Fee Related CN104475693B (zh) | 2014-12-08 | 2014-12-08 | 一种大型钢锭的还原浇铸复合方法及其装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104475693B (zh) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105312513B (zh) * | 2015-11-26 | 2018-07-31 | 辽宁科技大学 | 一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法 |
| CN106944606A (zh) * | 2017-04-05 | 2017-07-14 | 哈尔滨理工大学 | 一种利用镶嵌铸造制备大尺寸合金梯度材料的装置和方法 |
| CN107150109B (zh) * | 2017-07-06 | 2022-09-06 | 辽宁科技大学 | 一种双向冷却动态浇注复合铸锭的方法及其装置 |
| CN108145099B (zh) * | 2018-03-12 | 2024-02-20 | 沈阳工大重型设备制造有限公司 | 一种旋转插入芯坯制备大型复合钢锭的方法及装置 |
| CN110883328A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-03-17 | 和县华顺铸造有限公司 | 一种机械用平衡重的制备方法 |
| CN111390141A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-07-10 | 辽宁科技大学 | 一种双层或多层金属复合管棒型坯的制备方法 |
| CN112157253B (zh) * | 2020-09-25 | 2022-02-01 | 三明学院 | 一种全程无氧化保护浇铸装置及浇铸方法 |
| CN112692272B (zh) * | 2020-12-10 | 2022-03-29 | 辽宁科技大学 | 一种金属铸锭的二维浇铸成型装置及方法 |
| CN112705677B (zh) * | 2020-12-16 | 2022-05-13 | 辽宁科技大学 | 一种旋转浇铸金属铸锭的装置及方法 |
| CN112974772B (zh) * | 2021-02-08 | 2022-07-15 | 中国第一重型机械股份公司 | 一种制备复合钢锭的方法 |
| CN116174662B (zh) * | 2021-11-26 | 2024-11-05 | 湖北上大模具材料科技股份有限公司 | 一种复合材质钢锭的制造方法 |
| CN114367651B (zh) * | 2022-01-12 | 2023-07-21 | 华北理工大学 | 一种高氮钢冶炼装置及其冶炼方法 |
| CN115229140A (zh) * | 2022-07-14 | 2022-10-25 | 中国第一重型机械股份公司 | 一种复合钢锭的制备方法及装置 |
| CN115592096B (zh) * | 2022-10-24 | 2023-06-20 | 华北理工大学 | 一种多炉加压浇铸生产碳氮协同超高氮钢装置及方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5935855A (ja) * | 1982-08-23 | 1984-02-27 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 鋼塊製造法 |
| CN101352755A (zh) * | 2008-09-18 | 2009-01-28 | 冬燕 | 多个滑动水口钢水包倒包脱气和真空铸锭的设备和工艺 |
| CN201342480Y (zh) * | 2008-11-19 | 2009-11-11 | 中国科学院金属研究所 | 一种抑制大型钢锭宏观偏析的内冷装置 |
| CN101406937A (zh) * | 2008-11-19 | 2009-04-15 | 中国科学院金属研究所 | 一种抑制大型钢锭宏观偏析的内冷方法 |
| CN202146980U (zh) * | 2011-05-23 | 2012-02-22 | 东北大学 | 一种改善大型铸钢件宏观偏析和疏松的装置 |
| CN103611892B (zh) * | 2013-11-25 | 2016-03-02 | 钢铁研究总院 | 一种真空碳脱氧细晶粒钢的冶炼浇注方法 |
-
2014
- 2014-12-08 CN CN201410742466.9A patent/CN104475693B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104475693A (zh) | 2015-04-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104475693B (zh) | 一种大型钢锭的还原浇铸复合方法及其装置 | |
| CN104785757B (zh) | 一种多芯还原多包共浇复合浇铸大型钢锭的方法及装置 | |
| CN100491019C (zh) | 一种大型主轴承座的铸造方法 | |
| CN101279362B (zh) | 通过加快底部、侧壁冷却获得低偏析大型钢锭的制造方法 | |
| CN105312513B (zh) | 一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法 | |
| CN100484659C (zh) | 真空钢包脱气和真空浇铸多支钢锭一体化装置 | |
| CN102380588B (zh) | 中频感应定向凝固铸锭方法及其装置 | |
| CN106041029B (zh) | 一种不锈钢复合钢坯的制备方法及其装置 | |
| CN101342586B (zh) | 钢水真空溢流法浇铸多支钢锭的设备和工艺 | |
| CN113305268A (zh) | 一种12立方米渣包的铸造方法 | |
| CN104259413A (zh) | 一种生产大规格椭圆坯的连铸系统及连铸工艺 | |
| CN112692272B (zh) | 一种金属铸锭的二维浇铸成型装置及方法 | |
| CN101279363B (zh) | 一种抑制大型钢锭偏析的方法 | |
| CN100479948C (zh) | 低塑性金属空心型材的连铸成形设备 | |
| CN107150109B (zh) | 一种双向冷却动态浇注复合铸锭的方法及其装置 | |
| CN201033350Y (zh) | 一种100吨级以上单一材质超大型铸钢支承辊的铸造装置 | |
| CN106513599A (zh) | 高温耐蚀合金电极锭的浇注方法 | |
| CN101028648B (zh) | 一种100吨级以上单一材质超大型铸钢支承辊的铸造方法 | |
| CN100448568C (zh) | 真空钢包脱气和真空浇铸多支钢锭的一体化生产工艺 | |
| CN104249142B (zh) | 纯净化均质化致密化细晶化钢铁大铸坯的压力铸造方法 | |
| CN105014035B (zh) | 一种模拟结晶器内钢液初始凝固装置 | |
| CN103128268B (zh) | 用于大型特厚板坯的中低温打箱的方法 | |
| CN106270434A (zh) | 一种新型非晶母合金锭连铸系统及其使用方法 | |
| CN201157895Y (zh) | 一种特厚板坯凝固装置 | |
| CN116441501A (zh) | 一种真空水平连铸和模铸的装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160629 Termination date: 20201208 |