CN105312513A - 一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法，能够在取消铸铁锭模的情况下制备出各种吨位的大型合金钢锭。该方法的步骤包括：选取质量合格的连铸板坯、轧制板坯或锻造板坯制作钢锭模；选取质量合格的连铸坯、轧制坯、锻造坯或已经浇铸出来的小钢锭做待复合的钢芯；钢锭模与钢芯的组装及密封；预热钢芯和钢锭模；浇铸复合；复合钢锭冷却。本发明采用常规的轧制板坯、锻造板坯或连铸板坯焊接制作钢锭模，并与待浇铸的金属熔体复合在一起形成复合钢锭，可以提高钢锭的表面质量；采用连铸坯、轧制坯、锻造坯或已经浇铸出来的小钢锭做待复合的钢芯，可以彻底消除钢锭的心部疏松、气孔和夹杂物等缺陷，进一步提高钢锭的心部质量。

Description

一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法

技术领域

本发明涉及一种合金钢锭的制备方法，属于金属材料复合浇铸领域，特别是一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法。

背景技术

目前，大型钢锭的生产方法仍然以普通的模铸和电渣重熔为主。采用普通模铸方法生产大型钢锭时，需要将钢液浇注到铸铁锭模内进行冷却凝固成型，消耗了大量的铸铁锭模，提高了生产成本。此外，普通模铸钢锭时，随着锭型的增大，模内钢液凝固速度减慢，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。为了提高大型钢锭的内部质量，人们开发出电渣重熔方法，采用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，电渣重熔铸钢锭的电能消耗高，电极熔化速度慢，导致生产效率下降，生产成本大大提高，如果渣系中含有氟化钙还会导致氟的大气污染。专利文献CN101927336公开了一种大型特厚板坯及其生产方法，该方法以连铸坯为结晶器，将钢水直接浇注到不断向下移动的以连铸坯和薄带钢组成的结晶器内，凝固后形成复合板坯，该方法虽然可以制作大型超厚板坯，但操作难度极大，板坯之间以及板坯与薄带之间很难严格密封，密封不住可能导致漏钢的危险，此外，当板坯被预热到600℃时，板坯表面已经发生氧化，这会导致板坯与浇铸的钢液之间很难实现冶金结合，最终导致复合失败。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

本发明提供了一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法，能够在取消铸铁锭模的情况下制备出各种吨位的大型合金钢锭。

一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法，该方法包括以下步骤：

a.制作钢锭模：选取质量合格的连铸板坯、轧制板坯或锻造板坯，将板坯表面清洗、除油、烘干，按照常规的铸铁锭模的形状、或按照矩形形状、或按照多边形形状、或按照圆形形状将所述板坯组合，板坯相互对接的边缘采用焊接方式连接，制成能够盛装钢水的钢锭模，并在钢锭模的顶部上沿打出至少四个螺孔，或至少焊接四个耳子，耳子上打出螺孔，采用下注式浇钢时，在钢锭模的底部加工出至少一个流钢孔，然后利用机械方法或化学方法去除所述钢锭模内表面的氧化铁皮；

b.选取钢芯：选取质量合格的连铸坯、轧制坯、锻造坯或已经浇铸出来的小钢锭做待复合的钢芯，利用机械方法或化学方法去除所述钢芯表面的氧化铁皮，在每块钢芯的底部至少焊接三块垫铁；

c.钢锭模与钢芯的组装及密封：将所述的钢芯吊放到所述钢锭模的内部，将常规方法制作的铁帽口安放在所述钢锭模的顶部，所述铁帽口的下沿与钢锭模的上沿对齐，在铁帽口下沿与钢锭模上沿之间加耐火纤维密封垫，然后用紧固螺栓将铁帽口与钢锭模锁紧；在铁帽口的内壁插入常规的绝热板，在铁帽口的上部设置密封盖板，在密封盖板与铁帽口的上沿之间加耐火纤维密封垫，然后采用紧固螺栓锁紧；在密封盖板的顶部预先设置进排气管道，在进排气管道上设置真空抽气阀门和惰性气体阀门；采用上注式浇钢工艺时，在密封盖板的顶部预先设置浇注通道，在浇注通道顶部加装密封阀体，密封阀体与浇注通道之间采用螺栓连接，密封阀体内设置密封阀板，密封阀板的一半为金属板，另一半装设环形耐火砖，在浇注通道内部安放浇口砖；采用下注式浇钢工艺时，浇注通道安装在钢锭模的下部，将浇注通道焊接在钢锭模下部的流钢孔上，然后在浇注通道内放置浇口砖，在浇注通道的下部采用螺栓连接密封阀体，密封阀体的下面安装汤道，最后连接中注管，整个装置放置在工作台上进行操作，此外，采用下注式浇钢工艺时，预先将发热渣包吊挂在密封盖板的下面；

d.预热钢芯和钢锭模：旋转密封阀杆，推动密封阀板，使密封阀板的金属板部分封住浇注通道，关闭进排气管道上的惰性气体阀门，打开真空抽气阀门，利用真空抽气装置通过进排气管道将密封在钢锭模内部的空气抽出，然后关闭进排气管道上的真空抽气阀门，打开进排气管道上的惰性气体阀门，向钢锭模内部充入惰性气体，然后再次关闭惰性气体阀门，打开真空抽气阀门，利用真空抽气装置通过进排气管道将密封在钢锭模内部的惰性气体抽出，当真空度小于20Pa时，对钢锭模及模内的钢芯进行预热，预热温度达到100℃-1250℃时停止加热；或当真空度达到20Pa时关闭真空抽气阀门，打开惰性气体阀门，再次向钢锭模内部充入惰性气体，当钢锭模内的惰性气体的压力大于模外大气压力时，再对钢锭模及模内的钢芯进行预热，预热温度达到100℃-1250℃时停止加热；

e.浇铸复合：关闭真空抽气阀门，打开惰性气体阀门，向钢锭模内连续充入大量的惰性气体，然后旋转密封阀杆，拉动密封阀板，使密封阀板的环形耐火砖对准浇注通道，再打开钢包下部的滑动水口，将预先熔炼好的待复合的钢水浇注到所述的钢锭模内部，直到钢水完全淹没钢芯，并充满钢锭模内部，抵达铁帽口的液相线位置，形成复合钢锭；采用上注式浇钢工艺时，或在惰性气体保护状态下进行浇钢，或在真空状态下浇钢；在真空状态下浇钢时，关闭进排气管道上的惰性气体阀门，打开真空抽气阀门，利用真空抽气装置通过进排气管道重新将密封在钢锭模内部的惰性气体抽出，当真空度小于100Pa时旋转密封阀杆，拉动密封阀板，使密封阀板的环形耐火砖的孔口对准浇注通道，再打开钢包下部的滑动水口，将预先熔炼好的待复合的钢水浇注到所述的钢锭模内部，直到钢水完全淹没钢芯，并充满钢锭模内部，抵达铁帽口的液相线位置，形成复合钢锭；采用上注式浇钢工艺时，钢水浇注完毕后移开钢包，通过浇注通道向钢锭模内投入发热保护渣；

f.复合钢锭冷却：当钢水浇注完成后，采用空冷、风冷或气雾冷却方式从钢锭模外部对所述复合钢锭进行冷却，直到复合钢锭全部凝固为止，切去钢锭头部的帽口部分，即可得到完整的复合钢锭。

步骤a中所述的制作钢锭模板坯的化学成分与待浇铸的钢水的化学成分相同时，制作同材质的大型或特大型合金钢锭；所述板坯的化学成分与待浇铸的钢水的成分不相同时，制作不同材质的大型或特大型复合钢锭。

步骤a中所述的钢锭模的截面形状为圆形、矩形、正方形、多边形、异形断面或变断面。

步骤b中所述的钢芯的界面形状为圆形、矩形、正方形、多边形或异形断面，且钢芯的成分与待浇铸的钢水的成分相同；钢芯的数量或为一块，或为多块。

与现有技术相比，本发明突出的实质性特点和显著的进步体现在：

(1)与现有的普通模铸法相比，本发明采用常规的轧制板坯、锻造板坯或连铸板坯焊接制作钢锭模，并与待浇铸的金属熔体复合在一起形成复合钢锭，可以省去铸铁锭模，大大降低模铸的生产成本，同时可以提高钢锭的表面质量。

(2)本发明采用连铸坯、轧制坯、锻造坯或已经浇铸出来的小钢锭做待复合的钢芯，可以彻底消除钢锭的心部疏松、气孔和夹杂物等缺陷，进一步提高钢锭的心部质量。

(3)本发明采用常规的轧制板坯、锻造板坯或连铸板坯焊接制作钢锭模，采用连铸坯、轧制坯、锻造坯或已经浇铸出来的小钢锭做待复合的钢芯，将金属熔体浇铸到二者之间形成的间隙内进行凝固，可以大大提高金属熔体的凝固速度，从而得到内部质量更好的大型或特大型钢锭。

(4)将钢芯密封在钢锭模内，并在保护气氛下或真空状态下对所述的钢芯和钢锭模进行预热，钢芯的外表面和钢锭模的内表面不会被空气氧化，浇铸后钢液与钢芯及钢锭模表面呈紧密的冶金结合，界面结合质量得以保证。

(5)本发明采用固态钢坯做钢锭模，同时采用固态钢坯做钢芯，不但增加凝固速度，而且减少了浇铸钢水在整个钢锭中的比例，减少了液态钢水的收缩，减小了帽容比，大大提高钢锭的成材率。

(6)将钢芯密封在钢锭模内，并在保护气氛下或真空状态下对所述的钢芯和钢锭模进行预热，钢芯和钢锭模预热温度可控，可将钢芯和钢锭模预热到较高温度，确保了浇铸后钢液与钢芯及钢锭模表面之间的相互融合，从而确保了复合铸锭的界面质量。

(7)通过变换钢锭模的形状、尺寸、板坯的壁厚以及钢芯的尺寸、吨位、数量，可以浇铸出任何形状、尺寸及重量的复合钢锭。

(8)通过改变钢锭模与待浇铸的金属熔体的成分，可以生产出内外成分不同的复合钢锭。

附图说明

图1为一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法中，钢锭模组合焊接主视图。

图2为一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法中，钢锭模组合焊接俯视图。

图3为钢芯在钢锭模内部放置的示意图。

图4为一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法中的上注式浇钢示意图。

图5为一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法中的下注式浇钢示意图；

图6为密封阀板处于密封状态时的A-A剖面图。

图7为密封阀板处于打开状态时的A-A剖面图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法，以上注式浇钢方式真空浇注制备160吨重的大型20CrMoV低合金钢锭为例，该方法的步骤如下：

a.如图1-图4及图6所示，选取质量合格的材质为20CrMoV、尺寸为120mm×1600mm×3120mm的轧制板坯六块，尺寸为120mm×1600mm×3440mm的轧制板坯一块，作为焊接钢锭模4用的板坯，将所述的板坯表面清洗、除油、烘干，按照图1和图2所示，用一块尺寸为120mm×1600mm×3440mm的轧制板坯做钢锭模4的模底，用两块尺寸为120mm×1600mm×3120mm的轧制板坯做钢锭模4的侧边，用四块尺寸为120mm×1600mm×3120mm的轧制板坯做钢锭模4的前后面，板坯相互对接的边缘采用埋弧焊接法进行焊接，制成能够盛装钢水的矩形钢锭模4，钢锭模4的高度为3240mm，在钢锭模4的顶部上沿打出八个M24螺孔，然后利用机械打磨方法去除所述钢锭模4内表面的氧化铁皮；

b.选取质量合格的材质为20CrMoV、尺寸为200mm×1000mm×2400mm的六块连铸板坯做待复合的钢芯5，利用机械打磨方法去除所述钢芯5的表面氧化铁皮，并在每块钢芯的底部焊接四块材质为20CrMoV的圆形垫铁，垫铁高度为200mm；

c.将钢芯5分别吊放到钢锭模4的内部，放置方式如图3所示，将预先制作的铁帽口2安放在钢锭模4的顶部，如图4所示，铁帽口2的下沿与钢锭模4的上沿对齐，在铁帽口2的下沿与钢锭模4的上沿之间加耐火纤维密封垫7，然后用八只紧固螺栓8将铁帽口2与钢锭模4锁紧；在铁帽口2的内壁插入预先准备好的绝热板3，在铁帽口2的上部盖上密封盖板1，在密封盖板1与铁帽口2的上沿之间加耐火纤维密封垫7，然后采用紧固螺栓8锁紧；在密封盖板1的顶部预先设置进排气管道9，进排气管道9上设置真空抽气阀门10和惰性气体阀门11；同时，在密封盖板1的顶部预先加工出浇注通道13，浇注通道13顶部加装密封阀体16，密封阀体16与浇注通道13之间采用螺栓14连接，密封阀体16内设置密封阀板15，密封阀板15的一半为金属板，另一半装设环形耐火砖18，所述浇注通道13内部安放浇口砖12；

d.旋转密封阀杆17，推动密封阀板15，使密封阀板15的金属板部分封住浇注通道13，关闭进排气管道9上的惰性气体阀门11，打开真空抽气阀门10，利用真空抽气装置通过进排气管道9将密封在钢锭模4内部的空气抽出，当真空度小于20Pa时关闭进排气管道9上的真空抽气阀门10，打开进排气管道9上的惰性气体阀门11，向钢锭模4内部充入氩气，然后再次关闭惰性气体阀门11，打开真空抽气阀门10，当真空度达到10Pa时关闭真空抽气阀门10，打开惰性气体阀门11，再次向钢锭模4内部充入氩气，当钢锭模4内的氩气的压力大于模外大气压力时，再利用火焰加热方法对钢锭模4及模内的钢芯5进行预热，预热温度达到600℃时停止加热；

e.将预先熔炼好的材质为20CrMoV、质量为117吨的钢水连同钢包坐放在密封阀体16上面(钢包与密封阀体16之间加装密封垫)，打开真空抽气阀门10，利用真空抽气装置将密封在钢锭模4内部的氩气抽出，当真空度小于100Pa时旋转密封阀杆17，拉动密封阀板15，使密封阀板15上的环形耐火砖18的孔口对准浇注通道13，然后再打开钢包下部的滑动水口，将预先熔炼好的材质为20CrMoV、质量为117吨的钢水浇注到所述的钢锭模4内部，直到钢水完全淹没钢芯5，并充满钢锭模4内部，抵达铁帽口2的液相线位置，形成复合钢锭，钢水浇注完毕后移走钢包，通过浇注通道13向钢锭模4内投入发热保护渣，然后采用空冷方式让复合钢锭自然冷却，直到复合钢锭全部凝固为止，即可获得总质量为173吨的复合钢锭，切去总质量7.5％的帽口部分13吨，即可获得有效尺寸为1840×3440mm×3240mm、质量为160吨的复合钢锭。

实施例2

一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法，以上注式浇钢方式在氩气保护下浇注制备45吨重的304不锈钢/16Mn低合金钢大型复合钢锭为例，该方法的步骤如下：

a.如图1-图4及图6所示，选取质量合格的材质为304不锈钢、尺寸为80mm×1000mm×2400mm的轧制板坯六块和尺寸为80mm×1000mm×2000mm的轧制板坯一块做焊接钢锭模4用的板坯，将板坯表面清洗、除油、烘干，按照图1和图2所示，用一块尺寸为80mm×1000mm×2000mm的轧制板坯做钢锭模4的模底，用两块尺寸为80mm×1000mm×2400mm的轧制板坯做钢锭模4的侧边，用四块尺寸为80mm×1000mm×2400mm的轧制板坯做钢锭模4的前后面，板坯相互对接的边缘采用埋弧焊接法进行焊接，制成能够盛装钢水的矩形钢锭模4，钢锭模4的高度为2480mm，在钢锭模4的顶部上沿打出八个M20螺孔，然后利用机械打磨法去除所述钢锭模4内表面的氧化铁皮；

b.选取质量合格的材质为16Mn、尺寸为200mm×600mm×1600mm的轧制板坯四块做待复合的钢芯5，利用机械打磨方法去除所述钢芯5的表面氧化铁皮，并在每块钢芯的底部焊接四块材质为16Mn的圆形垫铁，垫铁高度为400mm；

c.将所述的钢芯5分别吊放到所述钢锭模4的内部，将预先制作的铁帽口2安放在所述钢锭模4的顶部，所述铁帽口2的下沿与所述钢锭模4的上沿对齐，在铁帽口2的下沿与钢锭模4的上沿之间加耐火纤维密封垫7，然后采用八只紧固螺栓8将铁帽口2与钢锭模4锁紧；在铁帽口2的内壁插入预先准备好的绝热板3，在铁帽口2的上部盖上密封盖板1，在密封盖板1与铁帽口2的上沿之间加耐火纤维密封垫7，然后采用紧固螺栓8锁紧；在所述密封盖板1的顶部预先设置进排气管道9，所述进排气管道9上设置真空抽气阀门10和惰性气体阀门11；同时，在所述密封盖板1的顶部预先加工出浇注通道13，所述浇注通道13顶部加装密封阀体16，密封阀体16与浇注通道13之间采用螺栓14连接，密封阀体16内设置密封阀板15，密封阀板15的一半为金属板，另一半装设环形耐火砖18，所述浇注通道13内部安放浇口砖12；

d.旋转密封阀杆17，推动密封阀板15，使密封阀板15的金属板部分封住浇注通道13，关闭进排气管道9上的惰性气体阀门11，打开真空抽气阀门10，利用真空抽气装置通过进排气管道9将密封在钢锭模4内部的空气抽出，当真空度小于20Pa时关闭进排气管道9上的真空抽气阀门10，打开进排气管道9上的惰性气体阀门11，向钢锭模4内部充入氩气，然后再次关闭惰性气体阀门11，打开真空抽气阀门10，当真空度达到10Pa时利用火焰加热方法对钢锭模4及模内的钢芯5进行预热，预热温度达到800℃时停止加热；

关闭真空抽气阀门10，打开惰性气体阀门11，向钢锭模4内连续充入大量的氩气，然后旋转密封阀杆17，拉动密封阀板15，使密封阀板15上的环形耐火砖18的孔口对准浇注通道13，再打开钢包下部的滑动水口，将预先熔炼好的材质为16Mn的钢水浇注到所述的钢锭模4内部，直到钢水完全淹没钢芯5，并充满钢锭模4内部，抵达铁帽口2的液相线位置，形成复合钢锭，钢水浇注完毕后移走钢包，通过浇注通道13向钢锭模4内投入发热保护渣，然后使复合钢锭自然空冷，直到复合钢锭全部凝固为止，即可获得总质量为47.2吨的304不锈钢/16Mn低合金钢复合钢锭，切去总质量4.66％的帽口部分2.2吨，即可获得有效尺寸为1160×2000mm×2480mm、质量为45吨、表层304不锈钢厚度为80mm的复合钢锭。

实施例3

一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法，以下注式浇钢方式在保护气氛下浇注制备90吨重的大型Q345B钢锭为例，该方法的步骤如下：

a.如图1-图3和图5-图6所示，选取质量合格的材质为Q345B、尺寸为100mm×1500mm×3200mm的轧制板坯两块以及尺寸为100mm×2000mm×3200mm的轧制板坯两块和尺寸为150mm×2000mm×1700mm的轧制板坯一块做焊接钢锭模4用的板坯，将所述板坯表面清洗、除油、烘干，按照图1和图2所示，用一块尺寸为150mm×2000mm×1700mm的轧制板坯做钢锭模4的模底，用两块尺寸为100mm×1500mm×3200mm的轧制板坯做钢锭模4的侧边，用两块尺寸为100mm×2000mm×3200mm的轧制板坯做钢锭模4的前后面，板坯相互对接的边缘采用埋弧焊接法进行焊接，制成能够盛装钢水的矩形钢锭模4，钢锭模4的高度为3400mm，在钢锭模4的顶部上沿打出八个M20螺孔，然后利用机械打磨法去除所述钢锭模4内表面的氧化铁皮，在钢锭模4的底部打出一个的流钢孔；

b.选取质量合格的材质为Q345B、尺寸为200mm×600mm×2400mm的六块轧制板坯做待复合的钢芯5，利用机械打磨方法去除所述钢芯5的表面氧化铁皮，并在每块钢芯的底部焊接四块材质为Q345B、尺寸为100mm×100mm×400mm的垫铁；

c.将所述的钢芯5分别吊放到所述钢锭模4的内部，按如图3所示方式放置，将预先制作的铁帽口2安放在所述钢锭模4的顶部，如图5所示，所述铁帽口2的下沿与所述钢锭模4的上沿对齐，在铁帽口2的下沿与钢锭模4的上沿之间加耐火纤维密封垫7，然后采用八只紧固螺栓8将铁帽口2与钢锭模4锁紧；在铁帽口2的内壁插入预先准备好的绝热板3，在铁帽口2的上部盖上密封盖板1，将发热渣包19吊挂在密封盖板1的下面，在所述密封盖板1与铁帽口2的上沿之间加耐火纤维密封垫7，然后采用紧固螺栓8锁紧；在所述密封盖板1的顶部预先设置进排气管道9，所述进排气管道9上设置真空抽气阀门10和惰性气体阀门11；同时，将浇注通道13焊接在钢锭模4下部的流钢孔上，然后在浇注通道13内插入浇口砖12，浇口砖的外径为内径为在浇注通道13下部采用螺栓14连接密封阀体16，密封阀体16的下面安装汤道21，最后连接中注管22，整个装置放置在工作台20上进行操作；

d.旋转密封阀杆17，推动密封阀板15，使密封阀板15的金属板部分封住浇注通道13，关闭进排气管道9上的惰性气体阀门11，打开真空抽气阀门10，利用真空抽气装置通过进排气管道9将密封在钢锭模4内部的空气抽出，然后关闭进排气管道9上的真空抽气阀门10，打开进排气管道9上的惰性气体阀门11，向钢锭模4内部充入氩气，然后再次关闭惰性气体阀门11，打开真空抽气阀门10，当真空度达到20Pa时关闭真空抽气阀门10，打开惰性气体阀门11，再次向钢锭模4内部充入氩气，当钢锭模4内的氩气的压力大于模外大气压力时，利用火焰加热方法对钢锭模4及模内的钢芯5进行预热，预热温度达到750℃时停止加热；

e.向钢锭模4内连续充入大量的氩气，然后旋转密封阀杆17，拉动密封阀板15，使密封阀板15上的环形耐火砖18的孔口对准浇注通道13，再打开钢包下部的滑动水口，将预先熔炼好的材质为Q345B、质量为75吨的钢水通过中注管22，流经汤道21和浇口砖12浇注到所述的钢锭模4内部，直到钢水完全淹没钢芯5，并充满钢锭模4内部，抵达铁帽口2的液相线位置，形成复合钢锭，然后采用空冷方式让复合钢锭自然冷却，直到复合钢锭全部凝固为止，即可获得总质量为97.5吨的复合钢锭，切去总质量7.7％的帽口部分7.5吨，即可获得有效尺寸为1700×2000mm×3400mm、质量为90吨的复合钢锭。

上述具体实施例表明，采用本发明的工艺方法可以低成本地制备出界面呈冶金结合的大型复合钢锭，本发明的工艺方法具有工艺简单、生产成本低，界面结合质量好，钢锭内在质量好，钢锭综合成材率高，钢锭形状、尺寸规格及品种灵活多样等特点。需要说明的是，这些例子仅是本发明的制备方法提供的一些应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (4)

1.一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法，其特征是该方法包括以下步骤：

a.制作钢锭模：选取质量合格的连铸板坯、轧制板坯或锻造板坯，将板坯表面清洗、除油、烘干，按照常规的铸铁锭模的形状、或按照矩形形状、或按照多边形形状、或按照圆形形状将所述板坯组合，板坯相互对接的边缘采用焊接方式连接，制成能够盛装钢水的钢锭模，并在钢锭模的顶部上沿打出至少四个螺孔，或至少焊接四个耳子，耳子上打出螺孔，采用下注式浇钢时，在钢锭模的底部加工出至少一个流钢孔，然后利用机械方法或化学方法去除所述钢锭模内表面的氧化铁皮；

b.选取钢芯：选取质量合格的连铸坯、轧制坯、锻造坯或已经浇铸出来的小钢锭做待复合的钢芯，利用机械方法或化学方法去除所述钢芯表面的氧化铁皮，在每块钢芯的底部至少焊接三块垫铁；

c.钢锭模与钢芯的组装及密封：将所述的钢芯吊放到所述钢锭模的内部，将常规方法制作的铁帽口安放在所述钢锭模的顶部，所述铁帽口的下沿与钢锭模的上沿对齐，在铁帽口下沿与钢锭模上沿之间加耐火纤维密封垫，然后用紧固螺栓将铁帽口与钢锭模锁紧；在铁帽口的内壁插入常规的绝热板，在铁帽口的上部设置密封盖板，在密封盖板与铁帽口的上沿之间加耐火纤维密封垫，然后采用紧固螺栓锁紧；在密封盖板的顶部预先设置进排气管道，在进排气管道上设置真空抽气阀门和惰性气体阀门；采用上注式浇钢工艺时，在密封盖板的顶部预先设置浇注通道，在浇注通道顶部加装密封阀体，密封阀体与浇注通道之间采用螺栓连接，密封阀体内设置密封阀板，密封阀板的一半为金属板，另一半装设环形耐火砖，在浇注通道内部安放浇口砖；采用下注式浇钢工艺时，浇注通道安装在钢锭模的下部，将浇注通道焊接在钢锭模下部的流钢孔上，然后在浇注通道内放置浇口砖，在浇注通道的下部采用螺栓连接密封阀体，密封阀体的下面安装汤道，最后连接中注管，整个装置放置在工作台上进行操作，此外，采用下注式浇钢工艺时，预先将发热渣包吊挂在密封盖板的下面；

d.预热钢芯和钢锭模：旋转密封阀杆，推动密封阀板，使密封阀板的金属板部分封住浇注通道，关闭进排气管道上的惰性气体阀门，打开真空抽气阀门，利用真空抽气装置通过进排气管道将密封在钢锭模内部的空气抽出，然后关闭进排气管道上的真空抽气阀门，打开进排气管道上的惰性气体阀门，向钢锭模内部充入惰性气体，然后再次关闭惰性气体阀门，打开真空抽气阀门，利用真空抽气装置通过进排气管道将密封在钢锭模内部的惰性气体抽出，当真空度小于20Pa时，对钢锭模及模内的钢芯进行预热，预热温度达到100℃-1250℃时停止加热；或当真空度达到20Pa时关闭真空抽气阀门，打开惰性气体阀门，再次向钢锭模内部充入惰性气体，当钢锭模内的惰性气体的压力大于模外大气压力时，再对钢锭模及模内的钢芯进行预热，预热温度达到100℃-1250℃时停止加热；

e.浇铸复合：关闭真空抽气阀门，打开惰性气体阀门，向钢锭模内连续充入大量的惰性气体，然后旋转密封阀杆，拉动密封阀板，使密封阀板的环形耐火砖对准浇注通道，再打开钢包下部的滑动水口，将预先熔炼好的待复合的钢水浇注到所述的钢锭模内部，直到钢水完全淹没钢芯，并充满钢锭模内部，抵达铁帽口的液相线位置，形成复合钢锭；采用上注式浇钢工艺时，或在惰性气体保护状态下进行浇钢，或在真空状态下浇钢；在真空状态下浇钢时，关闭进排气管道上的惰性气体阀门，打开真空抽气阀门，利用真空抽气装置通过进排气管道重新将密封在钢锭模内部的惰性气体抽出，当真空度小于100Pa时旋转密封阀杆，拉动密封阀板，使密封阀板的环形耐火砖的孔口对准浇注通道，再打开钢包下部的滑动水口，将预先熔炼好的待复合的钢水浇注到所述的钢锭模内部，直到钢水完全淹没钢芯，并充满钢锭模内部，抵达铁帽口的液相线位置，形成复合钢锭；采用上注式浇钢工艺时，钢水浇注完毕后移开钢包，通过浇注通道向钢锭模内投入发热保护渣；

f.复合钢锭冷却：当钢水浇注完成后，采用空冷、风冷或气雾冷却方式从钢锭模外部对所述复合钢锭进行冷却，直到复合钢锭全部凝固为止，切去钢锭头部的帽口部分，即可得到完整的复合钢锭。

2.根据权利要求1所述的一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法，其特征是步骤a中所述的制作钢锭模板坯的化学成分与待浇铸的钢水的化学成分相同时，制作同材质的大型或特大型合金钢锭；所述板坯的化学成分与待浇铸的钢水的成分不相同时，制作同不材质的大型或特大型复合钢锭。

3.根据权利要求1所述的一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法，其特征是步骤a中所述的钢锭模的截面形状为圆形、矩形、正方形、多边形、异形断面或变断面。

4.根据权利要求1所述的一种模芯一体化复合浇铸大型合金钢锭的方法，其特征是步骤b中所述的钢芯的界面形状为圆形、矩形、正方形、多边形或异形断面，且钢芯的成分与待浇铸的钢水的成分相同；钢芯的数量或为一块，或为多块。