CN109261913B - 一种改善真空感应炉铸锭凝固质量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改善真空感应炉铸锭凝固质量的装置，一种改善真空感应炉铸锭凝固质量的装置，所述真空感应炉包括加料室，熔炼室，坩埚，溜槽，水冷铜锭模装置，锭模室，锭模小车，所述可以改善铸锭凝固质量的装置为水冷铜锭模装置或水冷铜锭模装置和氦气冷却导管的组合；所述水冷铜锭模装置通过快速水流功能将铸锭的热量带走，从而实现铸锭的快速冷却，改善铸锭凝固质量；所述氦气冷却导管通过向铸锭与锭模间的间隙处通入氦气，提高间隙处的传热，从而带走铸锭的热量，实现铸锭的快速冷却，改善铸锭凝固质量。

Description

一种改善真空感应炉铸锭凝固质量的方法
技术领域
本发明属于特种冶金领域，涉及一种改善真空感应炉铸锭凝固质量的方法。
背景技术
真空感应熔炼是生产特殊钢、精密合金、高温合金、耐腐蚀合金的重要冶炼设备，是集机械、电子、真空等多种技术为一体的成套设备。其基本生产工艺是在高真空环境下，将坩埚中原材料通过感应加热熔化并进行精炼，然后再直接或间接倒入锭模中，冷却成形。
目前，真空感应炉锭模冷却方式主要为自然冷却。这种冷却方式存在着冷却速度小、凝固周期长等问题。钢液在锭模中凝固收缩，会在铸锭与锭模之间形成间隙，改变传热方式，由热传导变为热辐射，传热效率大大降低。另外，钢锭模本身传热效率慢，且随着钢锭模温度的增加，传热能力进一步恶化。
因此，使用自然冷却得到的铸锭，尤其是中大型铸锭，很容易产生中心偏析、中心疏松、缩孔以及伴生夹杂物聚集等问题。
工业生产中，只能采用低过热度浇铸，但为了避免水口堵塞，过热度不能太低，效果有效。
发明内容
为了解决以上相关问题，本发明提供了一种改善真空感应炉铸锭凝固质量的方法，所述方法采用改善真空感应炉铸锭凝固质量的装置生产直径Ф410mm的铸锭，所述真空感应炉包括加料室，熔炼室，坩埚，溜槽，水冷铜锭模装置，锭模室，锭模小车，所述可以改善真空感应炉铸锭凝固质量的装置为水冷铜锭模装置或水冷铜锭模装置和氦气冷却导管的组合；所述水冷铜锭模装置通过快速水流功能将铸锭的热量带走，从而实现铸锭的快速冷却，改善铸锭凝固质量；所述氦气冷却导管通过向铸锭与锭模间的间隙处通入氦气，提高间隙处的传热，从而带走铸锭的热量，实现铸锭的快速冷却，改善铸锭凝固质量；
所述水冷铜锭模装置由内而外设有侧面冷却铜板、高速导向冷却铜管和水套；还包括底面冷却铜板、底座、上压扳、框架、进水腔、下腔体、密封装置、上腔体和定位装置；所述高速导向冷却铜管螺旋环绕在侧面冷却铜板上；所述侧面冷却铜板安装在框架内，并由上压扳压紧固定；所述底面冷却铜板安装在底座上；所述框架安装在底座上，底面冷却铜板嵌到侧面冷却铜板内；侧面冷却铜板和水套之间形成水缝，冷却水从进水腔进入，经过分流，分别进入水缝和高速导向冷却铜管，再由上腔体排出；下腔体和上腔体由密封装置隔开；
所述定位装置位于水套与侧面冷却铜板之间，所述定位装置用于将水套与框架定位，侧面冷却铜板与框架定位；所述定位装置可以使水套与侧面冷却铜板外侧之间形成均等的水缝，所述水缝包括底部冷却水缝和侧面冷却水缝；
所述侧面冷却铜板为一体管式结构，其截面为圆形，并带有锥度，便于脱锭；
所述方法包括如下步骤：
(1)真空感应炉熔炼即将完成前，锭模室内的锭模小车将水冷铜锭模装置送至浇铸位；
(2)水冷铜锭模装置通水冷却；通水压力：0.4~0.5MPa；
(3)熔炼完成后，坩埚翻转，开始浇铸；钢水倒入溜槽，由溜槽再注入锭模中；
(4)浇铸执行5min后，开始通氦气；氦气压力：0.3~0.4MPa；
(5)浇铸完成后，继续通氦气5min；
(6)待铸锭完全凝固后，停水，将锭模及铸锭移出锭模室。
铸锭和锭模内壁间隙的传热形式为辐射传热，熔池与锭模直接接触的部位仅在熔池半月面下部的窄带处。通过向间隙处通入高热传导能力的气体可以显著提高间隙处的传热。熔池与锭模接触部位的液态金属事实上起到一个液封的作用，从而阻氦气的渗漏，并允许在间隙部位建立起一定的冷却气体压力。间隙处的传热能力取决于气体的导热系数、气体的压力和流量，以及间隙的宽度。在7000Pa以下的压力条件下，气体的传热效率强烈受压力影响。在稍低一点的压力条件下，二者更是呈线性关系。因此热量传输率正比于压力和温差。温差就是气体带走的热量。
本发明采用水冷铜锭模装置和氦气冷却导管，高速导向水管可快速通水和氦气充气管可充氦气，通水可快速带走热量，充氦气可提高传热能力，均可实现铸锭的快速冷却，改善凝固质量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明水冷铜锭模装置的结构示意图。
图3是本发明的铸锭和锭模内壁间隙示意图。
具体实施方式
实施例1
直径Ф410mm以下铸锭生产，水冷铜锭模装置5和氦气冷却导管组合应用步骤：
(1)真空感应炉熔炼即将完成前，锭模室6内的锭模小车7将水冷铜锭模装置5送至浇铸位；
(2)水冷铜锭模装置5通水冷却；通水压力：0.4~0.5MPa；
(3)熔炼/精炼完成后，坩埚3翻转，开始浇铸；钢水倒入溜槽4，由溜槽4再注入锭模中；
(4)浇铸执行5min后，开始通氦气（He）；氦气压力：0.3~0.4MPa；
(5)浇铸完成后，继续通氦气5min；
(6)待铸锭完全凝固后，停水，将锭模及铸锭移出锭模室。
实施例2
直径Ф410mm以上铸锭生产，水冷铜锭模装置5和氦气冷却导管组合应用步骤：
(1)真空感应炉熔炼即将完成前，锭模室锭模小车7将水冷铜锭模装置5送至浇铸位；
(2)水冷铜锭模装置5通水冷却；通水压力：0.4~0.5MPa；
(3)熔炼/精炼完成后，坩埚3翻转，开始浇铸；钢水倒入溜槽4，由溜槽4再注入锭模中；
(4)浇铸执行8min后，开始通氦气（He）；氦气压力：0.35~0.45MPa；
(5)浇铸完成后，继续通氦气10min；
(6)待铸锭完全凝固后，停水，将锭模及铸锭移出锭模室。
实施例3
直径Ф410mm以下铸锭生产，单独使用水冷铜锭模装置5步骤：
（1）真空感应炉熔炼即将完成前，锭模室锭模小车7将水冷铜锭模装置5送至浇铸位；
（2）水冷铜锭模装置5通水冷却；通水压力：0.4~0.5MPa；
（3）熔炼/精炼完成后，坩埚3翻转，开始浇铸；钢水倒入溜槽4，由溜槽4再注入锭模中；
（4）待铸锭完全凝固后，停水，将锭模及铸锭移出锭模室。
实施例4
直径Ф410mm以上铸锭生产，单独使用水冷铜锭模装置5步骤：
（1）真空感应炉熔炼即将完成前，锭模室锭模小车7将水冷铜锭模装置5送至浇铸位；
（2）水冷铜锭模装置5通水冷却；通水压力：0.45~0.55MPa；
（3）熔炼/精炼完成后，坩埚3翻转，开始浇铸；钢水倒入溜槽4，由溜槽4再注入锭模中；
（4）待铸锭完全凝固后，停水，将锭模及铸锭移出锭模室。

Claims (1)

1.一种改善真空感应炉铸锭凝固质量的方法，所述方法采用改善真空感应炉铸锭凝固质量的装置生产直径Ф410mm的铸锭，其特征在于：所述真空感应炉包括加料室（1），熔炼室（2），坩埚（3），溜槽（4），水冷铜锭模装置（5），锭模室（6），锭模小车（7），所述改善真空感应炉铸锭凝固质量的装置为水冷铜锭模装置（5）和氦气冷却导管的组合；所述水冷铜锭模装置（5）通过快速水流功能将铸锭的热量带走，从而实现铸锭的快速冷却，改善铸锭凝固质量；所述氦气冷却导管通过向铸锭与锭模间的间隙处通入氦气，提高间隙处的传热，从而带走铸锭的热量，实现铸锭的快速冷却，改善铸锭凝固质量；所述水冷铜锭模装置（5）由内而外设有侧面冷却铜板（53）、高速导向冷却铜管（57）和水套（54）；还包括底面冷却铜板（55）、底座（56）、上压扳（51）、框架（52）、进水腔（58）、下腔体（59）、密封装置（510）、上腔体（511）和定位装置（512）；所述高速导向冷却铜管（57）螺旋环绕在侧面冷却铜板（53）上；所述侧面冷却铜板（53）安装在框架（52）内，并由上压扳（51）压紧固定；所述底面冷却铜板（55）安装在底座（56）上；所述框架（52）安装在底座（56）上，底面冷却铜板（55）嵌到侧面冷却铜板（53）内；侧面冷却铜板（53）和水套（54）之间形成水缝（513），冷却水从进水腔（58）进入，经过分流，分别进入水缝（513）和高速导向冷却铜管（57），再由上腔体（511）排出；下腔体（59）和上腔体（511）由密封装置（510）隔开；所述定位装置（512）位于水套（54）与侧面冷却铜板（53）之间，所述定位装置（512）用于将水套（54）与框架（52）定位，侧面冷却铜板（53）与框架（52）定位；所述定位装置（512）使水套（54）与侧面冷却铜板（53）外侧之间形成均等的水缝（513），所述水缝（513）包括底部冷却水缝和侧面冷却水缝；所述侧面冷却铜板（53）为一体管式结构，其截面为圆形，并带有锥度，便于脱锭；所述方法包括如下步骤：
(1)真空感应炉熔炼即将完成前，锭模室（6）内的锭模小车（7）将水冷铜锭模装置（5）送至浇铸位；
(2)水冷铜锭模装置（5）通水冷却；通水压力：0.4~0.5MPa；
(3)熔炼完成后，坩埚（3）翻转，开始浇铸；钢水倒入溜槽（4），由溜槽（4）再注入锭模中；
(4)浇铸执行5min后，开始通氦气；氦气压力：0.3~0.4MPa；
(5)浇铸完成后，继续通氦气5min；
(6)待铸锭完全凝固后，停水，将锭模及铸锭移出锭模室。
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