CN111531158A - 一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法，包括S1：称取精钢、高纯铝、金属锰、海绵钛、钼棒、电解镍粉、金属铬粉和金属铁；S2：将精钢、高纯铝、金属锰、海绵钛、钼棒、金属铁进行熔炼、浇铸，得到塞棒铸锭；S3：将金属铸锭置入挤压机中真空挤压，得到塞棒毛坯；S4：将塞棒毛坯干燥后进行淬火、回火处理，最后利进行加工修整，得到塞棒基材；S5：将电解镍粉、金属铬粉均匀混合后均匀喷涂于步骤塞棒基材表面，冷却后即得塞棒成品；本发明工艺设计合理，制备的塞棒使用寿命长，使用效果稳定可靠，适宜大量推广。

Description

一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法
技术领域
本发明涉及金属冶炼技术领域，具体是涉及一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法。
背景技术
塞棒是装在盛钢桶内靠升降位移控制水口开闭及钢水流量的耐火材料棒，又称陶塞杆。它由棒芯、袖砖和塞头砖组成。棒芯通常由直径为30～60mm的普碳钢圆钢加工而成，连铸过程中塞棒主要起到稳流、控流的作用，塞棒在使用的过程中，由于直接与钢水接触，工作条件恶劣，在浇注不同成分的钢水，需根据钢水成分特点，选择理化指标相对满足该类型钢水浇注要求的塞棒头进行连铸控流。
但是，现有技术中所使用的塞棒抗钢水冲刷侵蚀性较差，塞棒的控流准确性受塞棒本身强度影响较大，不能适用于多炉连浇，严重制约了合金材料的连铸效率。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种使用寿命长、控流准确性高的连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法。
本发明的技术方案为：一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法，包括以下步骤：
S1、配料；
按重量百分比计，分别称取以下原料：精钢25％～36％、高纯铝15％～23％、金属锰2％～7％、海绵钛2％～5％、钼棒1％～3％、电解镍粉0.5％～2％、金属铬粉0.8％～1.5％，余量为金属铁以及不可避免的杂质；其中，所述杂质在原料总量中的占比小于0.06％；
S2、熔炼、浇铸；
向真空感应炉坩埚中依次加入步骤S1精钢、高纯铝、金属锰、海绵钛、钼棒、金属铁进行熔炼，形成金属液；真空感应炉的真空度为0.4～1.2MPa，熔炼温度为1350～1900℃；然后将金属液浇铸到预热后的浇铸模具中，冷却至室温后，得到塞棒铸锭；
S3、挤压成型；
将步骤S2所得金属铸锭置入卧式挤压机中进行真空挤压，控制挤压温度为1000℃～1450℃、挤压压力为29MPa～48MPa、挤压速率为0.2～0.4mm/min，保压200s～500s后脱模，得到塞棒毛坯；
S4、热处理；
将步骤S3所得塞棒毛坯先置于室温下干燥5～8h后进行淬火处理，处理时间为15～50min，然后进行回火处理，处理温度为550～800℃，然后用去离子水进行冷却，最后利用车床进行加工修整，得到塞棒基材；
S5、表面处理；
将步骤S1电解镍粉、金属铬粉均匀混合后使用大气等离子体喷涂工艺，均匀喷涂于步骤S4所得塞棒基材表面，控制等离子体喷涂工艺参数为：喷涂距离20～50mm，送粉速率为3～6g/min，喷涂电流为300～500A，喷涂厚度为0.3～1.8mm；然后将喷涂后的塞棒基材在真空炉内保温处理8～20min，冷却后即得塞棒成品。
进一步地，步骤S5进行之前，首先利用石英砂吹喷塞棒基材，然后利用由98％的浓硫酸和45％的浓硝酸等体积组成的混合液对塞棒基材进行酸洗，最后进行钝化处理，通过石英砂对塞棒基材表面进行喷吹处理，能够增加塞棒基材表面粗糙度，同时对塞棒基材进行酸洗，能够去除塞棒基材表面附着的加工污染物，有利于提高电解镍粉和金属铬粉的混合粉末与塞棒基材的结合强度，提高塞棒基材的耐冲刷性能。
进一步地，步骤S2完成后，将塞棒铸锭以150～200℃/h升温至750～900℃，保温5～8h，然后以80～150℃/h降温到300～450℃，保温2～5h，最后以70～110℃/h升温至900～1150℃，保温5～8h，最后随炉冷却到室温，通过上述处理，能够增加塞棒铸锭内部组织的均匀性，提高塞棒铸锭的机械强度。
进一步地，步骤S3进行之前，将塞棒铸锭进行两道次预压实拔长，第一道次预压实拔长变形量为15～20％，第二道次拔长变形量为20％～35％，通过对塞棒铸锭进行两道次预压实拔长，避免了挤压成型过程中，塞棒铸锭表面氧化开裂，同时避免了棒铸锭内外存在温度梯差异的缺陷。
进一步地，步骤S2中，熔炼完成后，对金属液进行脱氧、脱气处理，去除金属液中的杂质，提高后续塞棒成品内部组织的均匀性。
进一步地，步骤S2坩埚为水冷铜坩埚，使用塞棒成品能够避免合金溶液成分偏析的问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明使用精钢、高纯铝、金属锰、海绵钛、钼棒和金属铁作为塞棒基材，使得所制备的塞棒具有优异的结构强度，同时在塞棒基材上利用大气等离子体喷涂工艺喷涂电解镍粉、金属铬粉的混合粉末，大大提高了塞棒的抗侵蚀、耐冲刷能力，同时提高了电解镍粉和金属铬粉的抗剥落性能以及抗热性能，进而提高了塞棒的使用寿命，提高了生产效率以及经济效益。
具体实施方式
实施例1：一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法，包括以下步骤：
S1、配料；
按重量百分比计，分别称取以下原料：精钢25％、高纯铝15％、金属锰2％、海绵钛2％、钼棒1％、电解镍粉0.5％、金属铬粉0.8％，余量为金属铁以及不可避免的杂质；其中，杂质在原料总量中的占比为0.05％；
S2、熔炼、浇铸；
向真空感应炉坩埚中依次加入步骤S1精钢、高纯铝、金属锰、海绵钛、钼棒、金属铁进行熔炼，形成金属液；真空感应炉的真空度为0.4MPa，熔炼温度为1350℃；然后将金属液浇铸到预热后的浇铸模具中，冷却至室温后，得到塞棒铸锭；
S3、挤压成型；
将步骤S2所得金属铸锭置入卧式挤压机中进行真空挤压，控制挤压温度为1000℃℃、挤压压力为29MPa、挤压速率为0.2mm/min，保压200s后脱模，得到塞棒毛坯；
S4、热处理；
将步骤S3所得塞棒毛坯先置于室温下干燥5h后进行淬火处理，处理时间为15min，然后进行回火处理，处理温度为550℃，然后用去离子水进行冷却，最后利用车床进行加工修整，得到塞棒基材；
S5、表面处理；
将步骤S1电解镍粉、金属铬粉均匀混合后使用大气等离子体喷涂工艺，均匀喷涂于步骤S4所得塞棒基材表面，控制等离子体喷涂工艺参数为：喷涂距离20mm，送粉速率为3g/min，喷涂电流为300A，喷涂厚度为0.3mm；然后将喷涂后的塞棒基材在真空炉内保温处理8min，冷却后即得塞棒成品。
实施例2：一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法，包括以下步骤：
S1、配料；
按重量百分比计，分别称取以下原料：精钢28％、高纯铝20％、金属锰5％、海绵钛4％、钼棒2％、电解镍粉1.5％、金属铬粉1.1％，余量为金属铁以及不可避免的杂质；其中，杂质在原料总量中的占比位0.04％；
S2、熔炼、浇铸；
向真空感应炉坩埚中依次加入步骤S1精钢、高纯铝、金属锰、海绵钛、钼棒、金属铁进行熔炼，形成金属液；真空感应炉的真空度为0.8MPa，熔炼温度为1580℃；然后将金属液浇铸到预热后的浇铸模具中，冷却至室温后，得到塞棒铸锭；
S3、挤压成型；
将步骤S2所得金属铸锭置入卧式挤压机中进行真空挤压，控制挤压温度为1200℃、挤压压力为36MPa、挤压速率为0.32mm/min，保压320s后脱模，得到塞棒毛坯；
S4、热处理；
将步骤S3所得塞棒毛坯先置于室温下干燥3h后进行淬火处理，处理时间为36min，然后进行回火处理，处理温度为680℃，然后用去离子水进行冷却，最后利用车床进行加工修整，得到塞棒基材；
S5、表面处理；
首先利用石英砂吹喷步骤S4所得塞棒基材，然后利用由98％的浓硫酸和45％的浓硝酸等体积组成的混合液对塞棒基材进行酸洗，最后进行钝化处理，通过石英砂对塞棒基材表面进行喷吹处理，能够增加塞棒基材表面粗糙度，同时对塞棒基材进行酸洗，能够去除塞棒基材表面附着的加工污染物，有利于提高电解镍粉和金属铬粉的混合粉末与塞棒基材的结合强度，提高塞棒基材的耐冲刷性能；将步骤S1电解镍粉、金属铬粉均匀混合后使用大气等离子体喷涂工艺，均匀喷涂于步骤S4所得塞棒基材表面，控制等离子体喷涂工艺参数为：喷涂距离35mm，送粉速率为5g/min，喷涂电流为420A，喷涂厚度为1.2mm；然后将喷涂后的塞棒基材在真空炉内保温处理15min，冷却后即得塞棒成品。
实施例3：一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法，包括以下步骤：
S1、配料；
按重量百分比计，分别称取以下原料：精钢36％、高纯铝23％、金属锰7％、海绵钛5％、钼棒3％、电解镍粉2％、金属铬粉1.5％，余量为金属铁以及不可避免的杂质；其中，杂质在原料总量中的占比为0.04％；
S2、熔炼、浇铸；
向真空感应炉坩埚中依次加入步骤S1精钢、高纯铝、金属锰、海绵钛、钼棒、金属铁进行熔炼，形成金属液；真空感应炉的真空度为1.2MPa，熔炼温度为1900℃；然后将金属液浇铸到预热后的浇铸模具中，冷却至室温后，得到塞棒铸锭；
S3、挤压成型；
将步骤S2所得金属铸锭置入卧式挤压机中进行真空挤压，控制挤压温度为1450℃、挤压压力为48MPa、挤压速率为0.4mm/min，保压500s后脱模，得到塞棒毛坯；将塞棒毛坯以150℃/h升温至750℃，保温5h，然后以80℃/h降温到300℃，保温2h，最后以70℃/h升温至900℃，保温5h，最后随炉冷却到室温，通过上述处理，能够增加塞棒毛坯内部组织的均匀性，提高塞棒毛坯的机械强度；
S4、热处理；
将步骤S3所得塞棒毛坯先置于室温下干燥8h后进行淬火处理，处理时间为50min，然后进行回火处理，处理温度为800℃，然后用去离子水进行冷却，最后利用车床进行加工修整，得到塞棒基材；
S5、表面处理；
将步骤S1电解镍粉、金属铬粉均匀混合后使用大气等离子体喷涂工艺，均匀喷涂于步骤S4所得塞棒基材表面，控制等离子体喷涂工艺参数为：喷涂距离50mm，送粉速率为6g/min，喷涂电流为500A，喷涂厚度为1.8mm；然后将喷涂后的塞棒基材在真空炉内保温处理20min，冷却后即得塞棒成品。
实施例4：一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法,包括以下步骤：
S1、配料；
按重量百分比计，分别称取以下原料：精钢25％、高纯铝15％、金属锰2％、海绵钛2％、钼棒1％、电解镍粉0.5％、金属铬粉0.8％，余量为金属铁以及不可避免的杂质；其中，杂质在原料总量中的占比为0.05％；
S2、熔炼、浇铸；
向真空感应炉坩埚中依次加入步骤S1精钢、高纯铝、海绵钛、钼棒、金属锰、金属铁进行熔炼，形成金属液；真空感应炉的真空度为0.4MPa，熔炼温度为1350℃；然后将金属液浇铸到预热后的浇铸模具中，冷却至室温后，得到塞棒铸锭；
S3、挤压成型；
将步骤S2所得塞棒铸锭进行两道次预压实拔长，第一道次预压实拔长变形量为15％，第二道次拔长变形量为20％，通过对塞棒铸锭进行两道次预压实拔长，避免了挤压成型过程中，塞棒铸锭表面氧化开裂，同时避免了棒铸锭内外存在温度梯差异的缺陷；然后将塞棒铸锭置入卧式挤压机中进行真空挤压，控制挤压温度为1000℃、挤压压力为29MPa、挤压速率为0.2mm/min，保压200s后脱模，得到塞棒毛坯；
S4、热处理；
将步骤S3所得塞棒毛坯先置于室温下干燥5h后进行淬火处理，处理时间为15min，然后进行回火处理，处理温度为550℃，然后用去离子水进行冷却，最后利用车床进行加工修整，得到塞棒基材；
S5、表面处理；
将步骤S1电解镍粉、金属铬粉均匀混合后使用大气等离子体喷涂工艺，均匀喷涂于步骤S4所得塞棒基材表面，控制等离子体喷涂工艺参数为：喷涂距离20mm，送粉速率为3g/min，喷涂电流为300A，喷涂厚度为0.3mm；然后将喷涂后的塞棒基材在真空炉内保温处理8min，冷却后即得塞棒成品。
实施例5：一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法，包括以下步骤：
S1、配料；
按重量百分比计，分别称取以下原料：精钢36％、高纯铝23％、金属锰7％、海绵钛5％、钼棒3％、电解镍粉2％、金属铬粉1.5％，余量为金属铁以及不可避免的杂质；其中，杂质在原料总量中的占比为0.04％；
S2、熔炼、浇铸；
向真空感应炉坩埚中依次加入步骤S1精钢、高纯铝、金属锰、海绵钛、钼棒、金属铁进行熔炼，形成金属液；对金属液进行脱氧、脱气处理，去除金属液中的杂质，提高后续塞棒成品内部组织的均匀性；坩埚为水冷铜坩埚，使用塞棒成品能够避免合金溶液成分偏析的问题，真空感应炉的真空度为0.4MPa，熔炼温度为1350℃；然后将金属液浇铸到预热后的浇铸模具中，冷却至室温后，得到塞棒铸锭；
S3、挤压成型；
将步骤S2所得金属铸锭置入卧式挤压机中进行真空挤压，控制挤压温度为1000℃、挤压压力为29MPa、挤压速率为0.2mm/min，保压200s后脱模，得到塞棒毛坯；
S4、热处理；
将步骤S3所得塞棒毛坯先置于室温下干燥5h后进行淬火处理，处理时间为15min，然后进行回火处理，处理温度为550℃，然后用去离子水进行冷却，最后利用车床进行加工修整，得到塞棒基材；
S5、表面处理；
将步骤S1电解镍粉、金属铬粉均匀混合后使用大气等离子体喷涂工艺，均匀喷涂于步骤S4所得塞棒基材表面，控制等离子体喷涂工艺参数为：喷涂距离20mm，送粉速率为3g/min，喷涂电流为300A，喷涂厚度为0.3mm；然后将喷涂后的塞棒基材在真空炉内保温处理20min，冷却后即得塞棒成品。
实施例6：一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法，包括以下步骤：
S1、配料；
按重量百分比计，分别称取以下原料：精钢28％、高纯铝20％、金属锰5％、海绵钛4％、钼棒2％、电解镍粉1.5％、金属铬粉1.2％，余量为金属铁以及不可避免的杂质；其中，杂质在原料总量中的占比为0.03％；
S2、熔炼、浇铸；
向真空感应炉坩埚中依次加入步骤S1精钢、高纯铝、金属锰、海绵钛、钼棒、金属铁进行熔炼，形成金属液，对金属液进行脱氧、脱气处理，去除金属液中的杂质，提高后续塞棒成品内部组织的均匀性；坩埚为水冷铜坩埚，使用塞棒成品能够避免合金溶液成分偏析的问题；真空感应炉的真空度为1.0MPa，熔炼温度为1680℃；然后将金属液浇铸到预热后的浇铸模具中，冷却至室温后，得到塞棒铸锭；
S3、挤压成型；
将步骤S2所得塞棒铸锭进行两道次预压实拔长，第一道次预压实拔长变形量为18％，第二道次拔长变形量为30％，通过对塞棒铸锭进行两道次预压实拔长，避免了挤压成型过程中，塞棒铸锭表面氧化开裂，同时避免了棒铸锭内外存在温度梯差异的缺陷；然后将步骤S2所得金属铸锭置入卧式挤压机中进行真空挤压，控制挤压温度为1200℃、挤压压力为38MPa、挤压速率为0.3mm/min，保压450s后脱模，得到塞棒毛坯；将塞棒毛坯以180℃/h升温至850℃，保温5h，然后以120℃/h降温到350℃，保温3h，最后以90℃/h升温至1000℃，保温6h，最后随炉冷却到室温，通过上述处理，能够增加塞棒毛坯内部组织的均匀性，提高塞棒毛坯的机械强度；
S4、热处理；
将步骤S3所得塞棒毛坯先置于室温下干燥7h后进行淬火处理，处理时间为40min，然后进行回火处理，处理温度为680℃，然后用去离子水进行冷却，最后利用车床进行加工修整，得到塞棒基材；
S5、表面处理；
首先利用石英砂吹对步骤S4所得塞棒基材，然后利用由98％的浓硫酸和45％的浓硝酸等体积组成的混合液对塞棒基材进行酸洗，最后进行钝化处理，通过石英砂对塞棒基材表面进行喷吹处理，能够增加塞棒基材表面粗糙度，同时对塞棒基材进行酸洗，能够去除塞棒基材表面附着的加工污染物，有利于提高电解镍粉和金属铬粉的混合粉末与塞棒基材的结合强度，提高塞棒基材的耐冲刷性能；将步骤S1电解镍粉、金属铬粉均匀混合后使用大气等离子体喷涂工艺，均匀喷涂于步骤S4所得塞棒基材表面，控制等离子体喷涂工艺参数为：喷涂距离45mm，送粉速率为5g/min，喷涂电流为450A，喷涂厚度为1.5mm；然后将喷涂后的塞棒基材在真空炉内保温处理15min，冷却后即得塞棒成品。
实验例：对实施例1～6所得塞棒成品进行性能检测，检测结果如表1所示：
表1：实施例1～6所得塞棒成品性能检测结果；
Figure BDA0002541823850000101
通过表1可知，实施例2与实施例1相比，由于对塞棒基材表面进行了喷砂处理，同时进行了酸洗和钝化处理操作，使得电解镍粉和金属铬粉与塞棒基材的结合强度大大增加，显著提高了塞棒成品的耐火度，降低了塞棒成品的侵蚀速率；实施例3与实施1、2相比，由于在塞棒铸锭挤压成型之前进行了升温、降温和保温操作，使得塞棒成品的抗折强度和耐压强度大大增加，同时也使得塞棒成品的抗热震稳定性得到提高；实施例4与实施例1、2、3相比，由于塞棒铸锭挤压成型之前进行了两道次预压实拔长操作，进一步提高了塞杆成品的抗折强度和耐压强度，提高了塞杆成品的使用寿命；实施例5与实施例1相比，由于对熔炼后的金属液进行了脱氧、脱气处理，使得金属液中的杂质得到去除，提高了塞棒成品内部组织的均匀性，进而提高了塞杆成品的康热震稳定性以及使用寿命，降低了塞杆成品的侵蚀速率。

Claims (7)

1.一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、配料；
按重量百分比计，分别称取以下原料：精钢25％～36％、高纯铝15％～23％、金属锰2％～7％、海绵钛2％～5％、钼棒1％～3％、电解镍粉0.5％～2％、金属铬粉0.8％～1.5％，余量为金属铁以及不可避免的杂质；其中，所述杂质在原料总量中的占比小于0.06％；
S2、熔炼、浇铸；
向真空感应炉坩埚中依次加入步骤S1所述精钢、高纯铝、金属锰、海绵钛、钼棒、金属铁进行熔炼，形成金属液；所述真空感应炉的真空度为0.4～1.2MPa，熔炼温度为1350～1900℃；然后将所述金属液浇铸到预热后的浇铸模具中，冷却至室温后，得到塞棒铸锭；
S3、挤压成型；
将步骤S2所得金属铸锭置入卧式挤压机中进行真空挤压，控制挤压温度为1000℃～1450℃、挤压压力为29MPa～48MPa、挤压速率为0.2～0.4mm/min，保压200s～500s后脱模，得到塞棒毛坯；
S4、热处理；
将步骤S3所得塞棒毛坯先置于室温下干燥5～8h后进行淬火处理，处理时间为15～50min，然后进行回火处理，处理温度为550～800℃，然后用去离子水进行冷却，最后利用车床进行加工修整，得到塞棒基材；
S5、表面处理；
将步骤S1所述电解镍粉、金属铬粉均匀混合后使用大气等离子体喷涂工艺，均匀喷涂于步骤S4所得塞棒基材表面，控制等离子体喷涂工艺参数为：喷涂距离20～50mm，送粉速率为3～6g/min，喷涂电流为300～500A，喷涂厚度为0.3～1.8mm；然后将喷涂后的塞棒基材在真空炉内保温处理8～20min，冷却后即得塞棒成品。
2.根据权利要求1所述的一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法，其特征在于，步骤S5进行之前，首先利用石英砂吹喷塞棒基材，然后利用由98％的浓硫酸和45％的浓硝酸等体积组成的混合液对塞棒基材进行酸洗，最后进行钝化处理。
3.根据权利要求1所述的一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法，其特征在于，所述步骤S2完成后，将所述塞棒铸锭以150～200℃/h升温至750～900℃，保温5～8h，然后以80～150℃/h降温到300～450℃，保温2～5h，最后以70～110℃/h升温至900～1150℃，保温5～8h，最后随炉冷却到室温。
4.根据权利要求1所述的一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法，其特征在于，步骤S3进行之前，将所述塞棒铸锭进行两道次预压实拔长，第一道次预压实拔长变形量为15～20％，第二道次拔长变形量为20％～35％。
5.根据权利要求1所述的一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法，其特征在于，步骤S2中，熔炼完成后，对所述金属液进行脱氧、脱气处理。
6.根据权利要求1所述的一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法，其特征在于，步骤S2所述坩埚为水冷铜坩埚。
7.根据权利要求1所述的一种连铸用高强度耐冲刷塞棒的制造方法，其特征在于，步骤S2中，熔炼完成后，对所述金属液进行脱气处理。
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