一种适用于钢锭超高温热送及加热工艺设计方法技术

本发明专利技术属于热加工领域，具体为一种适用于钢锭超高温热送及加热工艺设计方法，通过数值模拟方法，提出超高温热送及加热工艺设计方案为：当冒口底部凝固壳层厚度达到冒口底部直径的1/4时天车起吊装车，然后将钢锭带帽带模运送到锻造车间。当锭身全凝时即冒口底部凝固壳层厚度达到冒口底部直径的一半时，将钢锭摘帽脱模，装入均热炉。以钢锭脱模时的温度场为初始温度场并结合实际工况进行加热计算，以钢锭内外温度差小于50℃作为判定钢锭加热均匀，可出炉锻造。本发明专利技术在不影响锭身质量的前提下，可将钢锭带模超高温热送，实现冒口带液芯钢锭脱模，提高钢锭的装炉温度，可以充分利用钢锭余热，提高炉周转率和减少钢锭烧损，有效降低燃料消耗。

A Design Method of Ultra-high Temperature Hot Transfer and Heating Process for Ingot

【技术实现步骤摘要】
一种适用于钢锭超高温热送及加热工艺设计方法
本专利技术属于热加工领域，具体地说就是一种适用于钢锭超高温热送及加热工艺设计方法，适用于对于热应力不太敏感的钢种的超高温热送与锻造前的再加热过程。
技术介绍
钢锭热送是将钢锭趁热送至锻造厂装入均热炉。热送可以充分利用钢锭余热，提高炉周转率和减少钢锭损耗，可有效降低燃料消耗。对于热应力不太敏感的钢种，则应尽可能对钢锭进行热送、热装以节约加热能耗。目前工厂中生产的钢锭均以镇静钢钢锭为主，一直以来均采用完全凝固态钢锭热送技术，即钢锭完全凝固后才脱冒口、脱模、运输。因此钢锭传搁时间偏长，钢锭在锻造厂装炉平均温度为600℃。由于锻造厂的均热炉有限，钢锭加热时间较长，加热炉的产能成为锻造厂的瓶颈，那么如何提高钢锭装炉时的温度，减少均热炉加热时间和降低能耗是钢锭热送热装工艺应用的关键。热送钢锭在脱模以后，大多都是从铸造厂直接运送到锻压厂进行锻前加热，目前模拟热送钢锭加热过程均假设钢锭的初始温度是均匀的，显然这种假设与实际不符，因为钢锭在经过浇注、凝固、冷却、脱模、运送等一系列过程后，从内到外的温度场必然是不均匀的(图1)，简单的假设均匀的初始温度场，必然会带来较大的计算误差。随着现代凝固理论和计算机模拟技术的发展，国际上开发出很多模拟软件(如：PROCAST、THERCAST等)来模拟金属在凝固过程的温度场，液相分数等情况，通过设置传热等边界条件，这些软件能够对钢锭凝固过程中各个外场对其凝固的影响进行准确模拟。而采用相同的程序接口可以将上一个软件计算的结果作为下一个软件计算的初始条件，更加接近于实际模拟情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于钢锭超高温热送及加热工艺设计方法，尤其解决由于热送钢锭装炉时温度低，钢锭加热时间长，能耗高的问题。在不影响锭身质量的前提下，可将钢锭带模超高温热送，实现冒口带液芯钢锭脱模，提高钢锭的装炉温度，可以充分利用钢锭余热，提高炉周转率和减少钢锭烧损，有效降低燃料消耗。本专利技术的技术方案是：一种适用于钢锭超高温热送及加热工艺设计方法，包括如下设计过程：(1)当冒口底部凝固壳层厚度达到冒口底部直径的1/4时天车起吊装车，然后将钢锭带保温帽、带钢锭模运送到锻造车间；(2)当锭身全凝时，即冒口底部凝固壳层厚度达到冒口底部直径的一半时，将钢锭摘保温帽脱钢锭模，装入均热炉；(3)以钢锭脱模时的温度场为初始温度场并结合实际工况进行加热计算，以钢锭内外温度差小于50℃作为判定钢锭加热均匀，出炉锻造。所述的适用于钢锭超高温热送及加热工艺设计方法，在设计过程(1)、(2)中，天车起吊装车的时间节点，由计算机模拟软件THERCAST确定。所述的适用于钢锭超高温热送及加热工艺设计方法，在设计过程(3)中，锭身全凝的时间节点，由计算机模拟软件FORGE确定。所述的适用于钢锭超高温热送及加热工艺设计方法，在设计过程(1)中，天车吊起的过程中要求平稳，以保证吊起不发生漏钢现象。所述的适用于钢锭超高温热送及加热工艺设计方法，在设计过程(2)中，钢锭摘保温帽脱钢锭模过程中操作平稳，尽量防止冒口漏钢并注意现场安全。所述的适用于钢锭超高温热送及加热工艺设计方法，为了提高钢锭的装炉温度，降低加热能耗，当锭身全凝固时对冒口带液芯钢锭脱模，此时锭身均温在900℃以上，冒口仍存在未凝金属液，将超高温钢锭热送装入均热炉。本专利技术的优点及有益效果是：1、本专利技术提出的一种适用于钢锭超高温热送及加热工艺设计方法，主要解决由于热送钢锭装炉时温度低，钢锭加热时间长，能耗高的问题。在不影响锭身质量的前提下，可将钢锭带模超高温(锭身表面温度为950～1150℃)热送，实现冒口带液芯钢锭脱模，提高钢锭的装炉温度，可以充分利用钢锭余热，提高炉周转率和减少钢锭烧损，有效降低燃料消耗。2、本专利技术提出的一种适用于钢锭超高温热送及加热工艺设计方法，再加热过程模拟中以钢锭脱模时的温度场为初始温度场，通过对钢锭加热过程温度场计算分析，可以为超高温脱模后的钢锭制定更合理的加热规范。3、基于上述
技术介绍
的介绍，本专利技术通过数值模拟方法，并结合钢锭超高温热送与加热的工艺要求和实际工况，利用铸造模拟软件THERCAST模拟钢锭在锭模内的凝固过程，利用锻造模拟软件FORGE以及THERCAST软件计算得到的温度场作为初始温度场来模拟钢锭在加热炉的加热过程，结合二者制定钢锭的超高温热送及加热工艺。总之，采用本专利技术设计的钢锭超高温热送及加热工艺方法，解决由于热送钢锭装炉时温度低，钢锭加热时间长，能耗高的问题。在不影响锭身质量的前提下，可将钢锭带模超高温热送，实现冒口带液芯钢锭脱模，提高钢锭的装炉温度，可以充分利用钢锭余热，提高炉周转率和减少钢锭烧损，有效降低燃料消耗。同时再加热过程模拟中以钢锭脱模时的温度场为初始温度场，通过对钢锭加热过程温度场计算分析，可以为超高温脱模后的钢锭制定更合理的加热规范。附图说明图1为经超高温脱模后的钢锭温度场分布。图2(a)-图2(e)为THERCAST模拟13.8吨钢锭凝固过程不同时刻的温度场；其中，图2(a)为1h，图2(b)为2h，图2(c)为3h20min，图2(d)为4h30min，图2(e)为7h20min。图2中，纵坐标Temperature为温度(℃)。图3(a)-图3(b)为THERCAST模拟13.8吨钢锭凝固过程中两个时刻的冒口底部凝固壳层厚度；其中，图3(a)为3h20min，此为钢锭起吊时间节点；图3(b)为4h30min，此时钢锭超高温脱模时间节点。图3中，纵坐标Liquidfraction为液相分数。图4(a)-图4(c)为FORGE模拟软件模拟的13.8吨钢锭加热过程中不同时刻的温度场；其中，图4(a)为2h，图4(b)为3h30min，图4(c)为8h。图4中，纵坐标Temperature为温度(℃)图5为FORGE模拟软件模拟的13.8吨钢锭加热过程中不同节点温度变化图；图5中，横坐标Time为小时(h)，纵坐标是Temperature为温度(℃)。图6(a)-图6(d)为实施例中的钢锭浇注(图6a)、起吊装车(图6b)、运送(图6c)和脱模装炉(图6d)操作过程图。具体实施方式在具体实施过程中，本专利技术适用于超高温软芯锻造用钢锭锭型设计方法，其设计思想如下：如图2所示，结合生产实际情况利用THERCAST软件对13.8吨18CrNiMo7-6钢锭在不同时刻的温度场分布。对比各时间点的温度场分布可以看出，钢液的凝固趋势是在轴向上由钢锭底部向顶部逐渐推进，径向上由钢模内壁向钢锭心部推进。冒口区域径向凝固发展缓慢，可以看出冒口的保温效果良好。冒口作为一个独立的金属液储蓄池，除了排气和集渣外，最主要的作用是用来提供额外的金属液以补偿铸钢在冷却、凝固过程中的液态收缩和凝固收缩。如果冒口补缩不足，钢锭内部便会形成缩孔疏松缺陷。但当锭身完全凝固后，冒口就不再发挥原有的补缩作用。如图3所示，钢锭在两个时刻的液相分数分布，从图3b可以看出，钢锭锭身在浇注后4h30min完全凝固，而整个钢锭直到7h20min后才完全凝固。这是由于冒口的保温性能良好，所以延迟钢锭整体的凝固时间。从锭身凝固到冒口凝固这段时间，冒口不再发挥补缩作用，而锭身的热量不断散失。为了提高钢锭的装炉温度，降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于钢锭超高温热送及加热工艺设计方法，其特征在于，包括如下设计过程：(1)当冒口底部凝固壳层厚度达到冒口底部直径的1/4时天车起吊装车，然后将钢锭带保温帽、带钢锭模运送到锻造车间；(2)当锭身全凝时，即冒口底部凝固壳层厚度达到冒口底部直径的一半时，将钢锭摘保温帽脱钢锭模，装入均热炉；(3)以钢锭脱模时的温度场为初始温度场并结合实际工况进行加热计算，以钢锭内外温度差小于50℃作为判定钢锭加热均匀，出炉锻造。

【技术特征摘要】
1.一种适用于钢锭超高温热送及加热工艺设计方法，其特征在于，包括如下设计过程：(1)当冒口底部凝固壳层厚度达到冒口底部直径的1/4时天车起吊装车，然后将钢锭带保温帽、带钢锭模运送到锻造车间；(2)当锭身全凝时，即冒口底部凝固壳层厚度达到冒口底部直径的一半时，将钢锭摘保温帽脱钢锭模，装入均热炉；(3)以钢锭脱模时的温度场为初始温度场并结合实际工况进行加热计算，以钢锭内外温度差小于50℃作为判定钢锭加热均匀，出炉锻造。2.根据权利要求1所述的适用于钢锭超高温热送及加热工艺设计方法，其特征在于，在设计过程(1)、(2)中，天车起吊装车的时间节点，由计算机模拟软件THERCAST确定。3.根据权利要求1所述的适用于钢锭超高温热送及加热工...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙明月，郭逸丰，徐斌，谢海练，康秀红，李殿中，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21