CN112496279A - 一种铸锭补缩方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢铁冶金技术领域，公开了一种铸锭补缩方法。该方法包括：(1)将钢锭模和浇口砖在300‑500℃下烘烤3‑6小时，将发热保温冒口砖在100‑300℃下烘烤2‑4小时；(2)将发热保温冒口砖放置在钢锭模上端，然后将浇口砖放置在发热保温冒口砖上端，等待出钢；(3)分段控制浇注速度；钢液全部浇注后，使发热保温冒口中的钢液量为钢锭重量的10‑30重量％；(4)浇注完成后冷却，待钢液在钢锭模内凝固后脱模。该方法采用特定化学组分的材料作为冒口砖以及将冒口砖加热到合适的温度，结合控制浇注速度并控制冒口中的钢液量等措施，延长冒口中钢液的凝固时间，确保有足够的钢液进入到钢锭上部缩孔中，进行有效补缩。

Description

一种铸锭补缩方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体涉及一种铸锭补缩方法。
背景技术
浇注是钢铁冶炼的一个重要环节，随着钢液浇注到钢锭模中，钢液自下而上顺序冷却凝固，钢液凝固过程中由于体积收缩会在中心部位产生缩孔，上部未凝固的钢液流入缩孔中进行填充补缩，但上部最后凝固的钢液产生的缩孔如果得不到液态钢水的有效补充，就会形成铸锭的缩孔缺陷而一直存在，并伴有疏松、偏析等内部缺陷的产生，会对后续的冶炼和加工造成不利的影响，这个问题在合金含量高的特钢上面表现的尤为明显，缩孔和疏松问题是特钢冶炼普遍存在的技术难题。
长期以来有许多的冶金工作者从事铸锭补缩方面的研究，铸锭补缩方面的专利、文献也有很多，但大多数都是关于大型铸件或者是底注工艺方面的，关于上注工艺铸锭缩孔补缩方面的文献很少。发表在《钢铁》1964年第9期的“150公斤真空感应炉钢锭冒口感应加热”文章指出：宋志高、侯树庭等人为了解决铸锭缩孔的问题，采用感应线圈对冒口进行加热处理，即在冒口安装了主、副感应线圈，钢液浇注结束后对冒口进行感应加热，延长冒口中的钢液的凝固时间，已达到补缩的目的。但该方法存在三个问题：一是成本高、操作难度大，且感应线圈很容易被溢流出来的钢水烧坏；二是感应线圈的工作电压达到了750伏之高，且是带电出钢，还需要通水循环冷却感应线圈，存在极大的安全隐患；三是采用该方法缩孔深度还有56mm不能完全消除，补缩效果不理想。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的改善铸锭缩孔效果不理想，存在极大的安全隐患，成本高、操作难度大的问题，提供一种铸锭补缩方法，该方法采用具有特定化学组分的材料作为冒口砖以及将冒口砖加热到合适的温度，结合控制浇注速度并控制冒口中的钢液量等措施，将用于补缩的钢液最后浇注到冒口中，经冒口发热保温，延长冒口中钢液的凝固时间，确保有足够的钢液进入到钢锭上部缩孔中，进行有效补缩。
为了实现上述目的，本发明提供了一种铸锭补缩方法，该方法包括以下步骤：
(1)将钢锭模和浇口砖在300-500℃下烘烤3-6小时，将发热保温冒口砖在100-300℃下烘烤2-4小时，所述发热保温冒口砖中Al的含量≥20重量％，Si的含量≥20重量％，硅酸铝的含量为20-40重量％，MgO的含量为10-20重量％，水分的含量≤1重量％；
(2)烘烤完成后，将发热保温冒口砖放置在钢锭模上端，然后将浇口砖放置在发热保温冒口砖上端，浇口砖中间形成浇口，发热保温冒口砖中间形成发热保温冒口，等待出钢；
(3)将冶炼后的钢液浇注到浇口中，经过发热保温冒口进入钢锭模内；
浇注过程中，分段控制浇注速度，具体操作为：控制前期浇注速度为60-80kg/min；钢液总量剩余二分之一时控制浇注速度为50-70kg/min；钢液总量剩余三分之一时控制浇注速度为30-50kg/min；
钢液全部浇注后，使发热保温冒口中的钢液量为钢锭重量的10-30重量％；
(4)浇注完成后冷却，待钢液在钢锭模内凝固后脱模得到钢锭。
优选地，在步骤(1)中，将钢锭模和浇口砖在350-450℃下烘烤3.5-5小时。
优选地，在步骤(1)中，所述浇口砖为含有MgO和Al2O3的耐火砖。
更优选地，所述浇口砖中，Al2O3的含量≥60重量％，MgO的含量≤40重量％，CaO的含量≤1重量％，SiO2的含量≤1重量％。
优选地，在步骤(1)中，将发热保温冒口砖在100-200℃下进行烘烤。
优选地，在步骤(3)中，所述冶炼过程包括：将纯铁和废钢在感应炉中加热冶炼，待熔清后，对钢液进行脱氧精炼，然后加入合金进行合金化，调节钢液温度，待钢液成分均匀且达到出钢温度后进行出钢浇注。
优选地，在步骤(3)中，控制前期浇注速度为70-80kg/min。
优选地，在步骤(3)中，钢液总量剩余二分之一时控制浇注速度为60-65kg/min。
优选地，在步骤(3)中，钢液总量剩余三分之一时控制浇注速度为35-40kg/min。
优选地，在步骤(4)中，浇注完成后冷却2.5-3.5小时，待钢液在钢锭模内凝固后脱模。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
在本发明提供的铸锭补缩的方法中，钢液注入钢锭模中经钢锭模向外传热，先注入的钢液先凝固，因此，钢液在钢锭模中自下而上依次冷却凝固，钢液凝固过程中因体积收缩中间会产生缩孔，此时，上部没有凝固的钢液快速流入缩孔中，进行了有效的补缩。对于钢锭上部最后冷却的钢液产生的缩孔，通过控制浇注速度以及采用发热保温冒口等措施，将用于补缩的钢液最后浇注到冒口中，经冒口发热保温，延长冒口中的钢液的凝固时间，确保有足够的钢液进入到钢锭上部缩孔中，进行有效补缩。采用本发明提供的方法可以彻底解决铸锭缩孔缺陷，且成本低，操作简单易于实施，没有安全隐患。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种铸锭补缩方法，该方法包括以下步骤：
(1)将钢锭模和浇口砖在300-500℃下烘烤3-6小时，将发热保温冒口砖在100-300℃下烘烤2-4小时，所述发热保温冒口砖中Al的含量≥20重量％，Si的含量≥20重量％，硅酸铝的含量为20-40重量％，MgO的含量为10-20重量％，水分的含量≤1重量％；
(2)烘烤完成后，将发热保温冒口砖放置在钢锭模上端，然后将浇口砖放置在发热保温冒口砖上端，浇口砖中间形成浇口，发热保温冒口砖中间形成发热保温冒口，等待出钢；
(3)将冶炼后的钢液浇注到浇口中，经过发热保温冒口进入钢锭模内；
浇注过程中，分段控制浇注速度，具体操作为：控制前期浇注速度为60-80kg/min；钢液总量剩余二分之一时控制浇注速度为50-70kg/min；钢液总量剩余三分之一时控制浇注速度为30-50kg/min；
钢液全部浇注后，使发热保温冒口中的钢液量为钢锭重量的10-30重量％；
(4)浇注完成后冷却，待钢液在钢锭模内凝固后脱模得到钢锭。
本发明采用特定温度下烘烤后的具有发热保温效果的材料作为冒口砖，配合分段控制浇注速度，将用于补缩的钢液最后浇注到冒口中，经冒口发热保温，延长冒口中的钢液的凝固时间，确保有足够的钢液进入到钢锭上部缩孔中，进行有效补缩。
所述浇口砖可以是本领域常用的耐火砖。在具体实施方式中，在步骤(1)中，所述浇口砖可以为含有MgO和Al2O3的耐火砖。
在优选实施方式中，所述浇口砖中，Al2O3的含量≥60重量％，MgO的含量≤40重量％，CaO的含量≤1重量％，SiO2的含量≤1重量％。
在本发明所述的方法中，钢锭模和浇口砖的烘烤温度和烘烤时间对钢液浇注凝固过程有一定的影响，因此，需要合理控制钢锭模和浇口砖的烘烤温度和烘烤时间。
在具体实施方式中，在步骤(1)中，可以将钢锭模和浇口砖在300℃、320℃、350℃、380℃、400℃、430℃、450℃、470℃或500℃下烘烤3、3.5、4、4.5或6小时。
在优选实施方式中，在步骤(1)中，将钢锭模和浇口砖在350-450℃下烘烤3.5-5小时。
在本发明所述的方法中，发热保温冒口砖的烘烤温度和时间铸锭补缩至关重要，直接影响补缩效果。
在具体实施方式中，可以将发热保温冒口砖在100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃或300℃下烘烤2、2.5、3、3.5或4小时。
在优选实施方式中，在步骤(1)中，将发热保温冒口砖在100-200℃下进行烘烤。
在本发明所述的方法中，钢液的冶炼可以按照本领域的常规冶炼工艺进行冶炼。
在具体实施方式中，在步骤(3)中，所述冶炼过程包括：将纯铁和废钢在感应炉中加热冶炼，待熔清后，对钢液进行脱氧精炼，然后加入合金进行合金化，调节钢液温度，待钢液成分均匀且达到出钢温度后进行出钢浇注。
在本发明所述的方法中，浇注过程对补缩效果至关重要。本发明采用前期快速浇注，后期慢速浇注的方式进行浇注，在各阶段需要严格控制浇注速度。
在具体实施方式中，在步骤(3)中，可以控制前期浇注速度为60kg/min、62kg/min、64kg/min、66kg/min、68kg/min、70kg/min、72kg/min、74kg/min、76kg/min、78kg/min或80kg/min。
在优选实施方式中，在步骤(3)中，控制前期浇注速度为70-80kg/min。
在具体实施方式中，在步骤(3)中，钢液总量剩余二分之一时可以控制浇注速度为50kg/min、52kg/min、54kg/min、56kg/min、58kg/min、60kg/min、62kg/min、64kg/min、66kg/min、68kg/mi或70kg/min。
在优选实施方式中，在步骤(3)中，钢液总量剩余二分之一时控制浇注速度为60-65kg/min。
在具体实施方式中，在步骤(3)中，钢液总量剩余三分之一时可以控制浇注速度为30kg/min、32kg/min、34kg/min、36kg/min、38kg/min、40kg/min、42kg/min、44kg/min、46kg/min、48kg/min或50kg/min。
在优选实施方式中，在步骤(3)中，钢液总量剩余三分之一时控制浇注速度为35-40kg/min。
在本发明所述的方法中，为了保证铸锭的质量，浇注结束后，需要控制时间。
在步骤(4)中，浇注完成后冷却2.5-3.5小时，待钢液在钢锭模内凝固后脱模。
在具体实施方式中，在步骤(4)中，浇注完成后可以冷却2.5、3或3.5小时。
采用本发明所述的方法得到的铸锭没有缩孔缺陷。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
实施例用于说明高温合金(GH4169钢)铸锭的浇注过程。
具体操作步骤如下：
(1)将浇注过程需要用的浇口砖和钢锭模在400℃的温度下烘烤4小时，发热保温冒口砖在150℃的温度下烘烤3小时，其中，所述发热保温冒口砖中Al的含量≥20重量％，Si的含量≥20重量％，硅酸铝的含量为30重量％，MgO的含量为10重量％，水分的含量≤1重量％；
(2)将冶炼GH4169钢的纯铁和废钢在真空感应炉坩埚内加热冶炼，待熔清后，对钢液进行脱氧精炼，然后加入合金进行合金化，调节钢液温度，使钢液成分均匀且达到出钢温度；
(3)将完成烘烤的浇口砖和钢锭模从加热炉内取出，将钢锭模放置在出钢小车上，钢锭模上端依次放置发热保温冒口砖和浇口砖，移动出钢小车，将钢锭模、发热保温冒口砖、浇口砖移到坩埚出钢浇口的下端对正，等待出钢；
(4)出钢浇注温度调节到位后，开始出钢浇注，钢液从坩埚出钢浇口先浇注到浇口内，通过浇口下孔流经发热保温冒口后进入钢锭模内，浇注人员通过观察剩余钢液量调整浇注速度，即前期约为75kg/min；钢液量剩余二分之一时约为60kg/min；钢液量剩余三分之一时约为40kg/min；
钢液全部浇注后，使发热保温冒口中的钢液量为钢锭重量的20重量％；
(5)浇注完成后冷却3小时再脱模。
采用本实施例所述方法浇注了12炉GH4169钢锭，经检验铸锭均没有出现缩孔缺陷。
本发明中，检验铸锭的方法为：将得到的铸锭沿中心线纵向剖开成两半，查看中心缩孔情况。
实施例2
实施例用于说明GH4065钢的铸锭浇注过程。
具体操作步骤如下：
(1)将浇注过程需要用的浇口砖和钢锭模在450℃的温度下烘烤3.5小时，发热保温冒口砖在120℃的温度下烘烤4小时，其中，所述发热保温冒口砖中Al的含量≥20重量％，Si的含量≥20重量％，硅酸铝的含量为20重量％，MgO的含量为20重量％，水分的含量≤1重量％；
(2)将冶炼GH4065钢的纯铁和废钢在真空感应炉坩埚内加热冶炼，待熔清后，对钢液进行脱氧精炼，然后加入合金进行合金化，调节钢液温度，使钢液成分均匀且达到出钢温度；
(3)将完成烘烤的浇口砖和钢锭模从加热炉内取出，将钢锭模放置在出钢小车上，钢锭模上端依次放置发热保温冒口砖和浇口砖，移动出钢小车，将钢锭模、发热保温冒口砖、浇口砖移到坩埚出钢浇口的下端对正，等待出钢；
(4)出钢浇注温度调节到位后，开始出钢浇注，钢液从坩埚出钢浇口先浇注到浇口内，通过浇口下孔流经发热保温冒口后进入钢锭模内，浇注人员通过观察剩余钢液量调整浇注速度，即前期约为70kg/min；钢液量剩余二分之一时约为65kg/min；钢液量剩余三分之一时约为35kg/min；
钢液全部浇注后，使发热保温冒口中的钢液量为钢锭重量的10重量％；
(5)浇注完成后冷却2.5小时再脱模。
采用本实施例所述方法浇注了11炉GH4065钢锭，经检验铸锭均没有出现缩孔缺陷。
实施例3
实施例用于说明GH2909钢的铸锭浇注过程。
具体操作步骤如下：
(1)将浇注过程需要用的浇口砖和钢锭模在350℃的温度下烘烤5小时，发热保温冒口砖在180℃的温度下烘烤2小时，其中，所述发热保温冒口砖中Al的含量≥20重量％，Si的含量≥20重量％，硅酸铝的含量为40重量％，MgO的含量为15重量％，水分的含量≤1重量％；
(2)将冶GH2909钢的纯铁和废钢在真空感应炉坩埚内加热冶炼，待熔清后，对钢液进行脱氧精炼，然后加入合金进行合金化，调节钢液温度，使钢液成分均匀且达到出钢温度；
(3)将完成烘烤的浇口砖和钢锭模从加热炉内取出，将钢锭模放置在出钢小车上，钢锭模上端依次放置发热保温冒口砖和浇口砖，移动出钢小车，将钢锭模、发热保温冒口砖、浇口砖移到坩埚出钢浇口的下端对正，等待出钢；
(4)出钢浇注温度调节到位后，开始出钢浇注，钢液从坩埚出钢浇口先浇注到浇口内，通过浇口下孔流经发热保温冒口后进入钢锭模内，浇注人员通过观察剩余钢液量调整浇注速度，即前期约为78kg/min；钢液量剩余二分之一时约为60kg/min；钢液量剩余三分之一时约为35kg/min；
钢液全部浇注后，使发热保温冒口中的钢液量为钢锭重量的30重量％；
(5)浇注完成后冷却3.5小时再脱模。
采用本实施例所述方法浇注了12炉GH2909钢锭，经检验铸锭均没有出现缩孔缺陷。
实施例4
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(1)中，将发热保温冒口砖在300℃下烘烤。
采用本实施例所述方法浇注了12炉GH4169钢锭，经检验铸锭均没有出现缩孔缺陷。
实施例5
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(3)中，控制前期浇注速度为60kg/min。
采用本实施例所述方法浇注了11炉GH4169钢锭，经检验铸锭均没有出现缩孔缺陷。
实施例6
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(3)中，钢液总量剩余二分之一时控制浇注速度为50kg/min。
采用本实施例所述方法浇注了12炉GH4169钢锭，经检验铸锭均没有出现缩孔缺陷。
实施例7
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(3)中，钢液总量剩余三分之一时控制浇注速度为50kg/min。
采用本实施例所述方法浇注了12炉GH4169钢锭，经检验铸锭均没有出现缩孔缺陷。
对比例1
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(1)中，将发热保温冒口砖在400℃下烘烤。
采用本对比例所述方法浇注了12炉GH4169钢锭，经检验铸锭均出现了缩孔缺陷。
对比例2
按照实施例1的方法实施，不同的是，发热保温冒口砖的化学成分为Al2O3的含量≥60重量％，MgO的含量≤40重量％，CaO的含量≤1重量％，SiO2的含量≤1重量％。
采用本对比例所述方法浇注了12炉GH4169钢锭，经检验铸锭均出现了缩孔缺陷。
对比例3
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(3)中，控制前期浇注速度为90kg/min。
采用本对比例所述方法浇注了12炉GH4169钢锭，经检验铸锭均出现了缩孔缺陷。
对比例4
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(3)中，钢液总量剩余二分之一时控制浇注速度为80kg/min。
采用本对比例所述方法浇注了12炉GH4169钢锭，经检验铸锭均出现了缩孔缺陷。
对比例5
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(3)中，钢液总量剩余三分之一时控制浇注速度为20kg/min。
采用本对比例所述方法浇注了12炉GH4169钢锭，经检验铸锭均出现了缩孔缺陷。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铸锭补缩方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将钢锭模和浇口砖在300-500℃下烘烤3-6小时，将发热保温冒口砖在100-300℃下烘烤2-4小时，所述发热保温冒口砖中Al的含量≥20重量％，Si的含量≥20重量％，硅酸铝的含量为20-40重量％，MgO的含量为10-20重量％，水分的含量≤1重量％；
(2)烘烤完成后，将发热保温冒口砖放置在钢锭模上端，然后将浇口砖放置在发热保温冒口砖上端，浇口砖中间形成浇口，发热保温冒口砖中间形成发热保温冒口，等待出钢；
(3)将冶炼后的钢液浇注到浇口中，经过发热保温冒口进入钢锭模内；
浇注过程中，分段控制浇注速度，具体操作为：控制前期浇注速度为60-80kg/min；钢液总量剩余二分之一时控制浇注速度为50-70kg/min；钢液总量剩余三分之一时控制浇注速度为30-50kg/min；
钢液全部浇注后，使发热保温冒口中的钢液量为钢锭重量的10-30重量％；
(4)浇注完成后冷却，待钢液在钢锭模内凝固后脱模得到钢锭。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，将钢锭模和浇口砖在350-450℃下烘烤3.5-5小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述浇口砖为含有MgO和Al2O3的耐火砖。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述浇口砖中，Al2O3的含量≥60重量％，MgO的含量≤40重量％，CaO的含量≤1重量％，SiO2的含量≤1重量％。
5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，将发热保温冒口砖在100-200℃下进行烘烤。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述冶炼过程包括：将纯铁和废钢在感应炉中加热冶炼，待熔清后，对钢液进行脱氧精炼，然后加入合金进行合金化，调节钢液温度，待钢液成分均匀且达到出钢温度后进行出钢浇注。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，控制前期浇注速度为70-80kg/min。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，钢液总量剩余二分之一时控制浇注速度为60-65kg/min。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，钢液总量剩余三分之一时控制浇注速度为35-40kg/min。
10.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，浇注完成后冷却2.5-3.5小时，待钢液在钢锭模内凝固后脱模。
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