一种金属液凝固装置及其保温方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种金属液凝固装置及其保温方法，通过在锭模的外围加装中空腔体，通过调节中空腔体内的冷却介质调节金属液的冷却速率使金属液凝固，通过调整冷却介质可使金属液凝固过程中温度场传热均匀度更高，有利于减轻金属锭的枝晶偏析、中心疏松等缺陷，提高金属锭质量；同时通过在锭模外围加装中空腔体，可以降低锭模内外表面温度差，使锭模在金属液冷却过程中所受的热应力大大降低，有利于延长锭模的使用寿命；且本发明专利技术适用于所有吨位金属锭的制备，运用范围广，可适用于碳钢、合金钢以及有色金属的制备，且工艺简便易行，可靠安全，投资及维护成本低。

A Solidification Device for Liquid Metal and Its Thermal Insulation Method

The invention discloses a liquid metal solidification device and its heat preservation method. By installing a hollow cavity outside the ingot mould, the liquid metal solidifies by adjusting the cooling rate of the liquid metal through adjusting the cooling medium inside the hollow cavity. By adjusting the cooling medium, the heat transfer uniformity of the temperature field in the solidification process of the liquid metal can be higher, and the dendrite segregation and center loosening of the ingot can be alleviated. Defects can improve the quality of metal ingots; at the same time, by adding a hollow cavity outside the ingot mould, the temperature difference between the inner and outer surface of the ingot mould can be reduced, the thermal stress of the ingot mould in the process of liquid metal cooling can be greatly reduced, and the service life of the ingot mould can be prolonged; moreover, the invention is applicable to the preparation of all tonnage metal ingots, and has a wide application range, and can be applied to carbon steel, alloy steel and non-ferro The preparation method of the genus is simple and feasible, reliable and safe, and has low investment and maintenance cost.

【技术实现步骤摘要】
一种金属液凝固装置及其保温方法
本专利技术涉及模铸钢锭的制备
，具体涉及一种金属液凝固装置及其保温方法，应用于真空和非真空条件下碳钢、合金钢以及有色金属的制备，对各种材料的金属锭内部的缩孔疏松、偏析、沉积锥等缺陷均有抑制作用。
技术介绍
近年来，随着我国电力工业，核工业和石油化学工业的迅猛发展，对大型锻件的需求量越来越大，同时也对大型锻件的品质要求越来越高；大型锻件是能源电力、交通运输和冶金机械等重要领域配套装备的基础，是衡量国家工业水平的重要标志；钢锭以及铸坯是大型锻件的先期产品，其质量对提高大型锻件质量尤为重要，钢锭或坯料的质量直接影响锻件的质量。目前，国内钢铁冶金、有色金属和机械铸造业领域生产铸锭大多数是把液态金属浇铸到钢锭模中得到大小不同的各种铸锭；传统方法缺点明显，液态金属冷凝时间长，钢锭模散热直接影响钢水的结晶、成分的偏析、缩孔、裂纹等缺陷；例如百吨级钢锭需要三十几个小时，致使金属液中低熔点、低密度元素或夹杂物在凝固前沿富集，同时由于热溶质对流等的影响，使钢锭不同区域化学成分不均匀，造成宏观偏析和微观偏析；钢锭的模具设计对钢锭的温度场分布有决定性的影响，直接影响钢锭内部的缩孔疏松缺陷的分布，因此优化模具设计，加强钢锭模的保温性能可以改善钢材的质量，消除钢锭内部缩孔疏松缺陷，抑制钢锭偏析，提高钢锭的成坯率及利用率是目前工业界迫切需要解决的问题。为了消除钢锭内部缩孔疏松、抑制钢锭偏析、裂纹等缺陷，提高钢锭的成坯率，技术人员开发了一些技术；比如，通过风冷、水冷、气冷等冷却方式加快凝固过程的散热，其方法是在铸造钢锭模时铸入管道，使用时管道通水、鼓风或者通气，用于加速钢锭模的冷却，但是这些方法冷却效果不好，并且其制作成本很高，同时钢锭模所受热应力激增，寿命大大降低，所以并未被推广使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种金属液凝固装置及其保温方法，在锭模及其保温盖的外围加装中空腔体，通过调节中空腔体内的冷却介质调节金属液的冷却速率使金属液凝固，从而减轻金属液冷却结晶过程中的中心偏析、中心疏松等缺陷，提高金属锭质量，并降低锭模所受热应力延长锭模使用寿命。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种金属液凝固装置，包括锭模及与锭模相适配的保温盖，所述锭模外部设有外壳，外壳的顶端与锭模顶端固定连接，外壳内壁与锭模侧壁之间的空隙构成外壳中空腔体；所述保温盖外壁设有外盖，外盖由圆缺板和外盖底板构成，外盖底板的内侧与保温盖底端固定连接，外盖底板的外侧与圆缺板的底端固定连接，圆缺板与保温盖之间的空隙构成盖子中空腔体。优选的，所述外壳中空腔体通过外壳抽气口与外壳排气管一端连通，外壳排气管的另一端用阀门封闭；所述外壳中空腔体通过外壳排气口与排气管一端连通，排气管的另一端可用阀门封闭。优选的，所述盖子中空腔体通过外盖抽气口与外盖排气管连通，外盖排气管顶端封闭；所述盖子中空腔体通过外盖排气口与外盖排气管一端连通，外盖排气管的另一端可用阀门封闭。优选的，所述中空腔体的厚度为5～60mm。本专利技术还提供所述一种金属液凝固装置的保温方法：将金属液注入所述凝固装置的锭模中，通过控制中空腔体内的冷却介质调节金属液的冷却速率使金属液冷却结晶。优选的，所述金属液为铝液、铜液或钢液中的一种或多种。优选的，所述冷却介质为水、压缩气体或真空强度中的一种或多种。进一步优选的，所述冷却介质为水，所述冷却水流量为1～30t/h。进一步优选的，所述冷却介质为气体，所述压缩气体流量控制在50～1000L/min；所述气体优选为氦气。进一步优选的，所述冷却介质为真空度，所述中空腔体的真空度为0.1～1000Pa。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过在锭模的外围加装中空腔体，通过调节中空腔体内的冷却介质调节金属液的冷却速率使金属液冷却结晶，从而减轻金属锭的中心偏析、中心疏松等缺陷，提高金属锭质量。(2)通过在锭模外围加装中空腔体，可以降低锭模内外表面温度差，使锭模在金属液冷却过程中所受的热应力大大降低，有利于延长锭模的使用寿命。(3)通过改变冷却介质调整降温速率，可适应不同的金属液凝固需求，使金属液凝固过程中温度场传热均匀度更高，有利于消除金属锭的枝晶偏析。(5)本专利技术适用于所有吨位金属锭的制备，运用范围广，可适用于真空和非真空条件下碳钢、合金钢以及有色金属的制备，且工艺简便易行，可靠安全，投资及维护成本低。附图说明图1为本专利技术一种金属液凝固装置的结构示意图；图中：1、底座；2、侧壁；3、外壳；4、外壳中空腔体；501、外壳抽气口；502、外壳抽气管；503、阀门；601、外壳排气口；602、排气管；701、圆缺板；702、外盖底板；801、外盖抽气口；802、外盖抽气管；901、外盖排气口；902、外盖排气管；10、盖子中空腔体。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术；除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。以下具体实施例方式中，一种金属液凝固装置，如图1所示，包括锭模及与锭模相适配的保温盖，所述锭模由底座1及由底座1向上延伸的侧壁2共同围成的锭身组成，所述锭模外部设有外壳3，外壳3的顶端与锭模顶端固定连接，外壳3内壁与锭模侧壁2之间的空隙构成外壳中空腔体4；所述保温盖外壁设有外盖，外盖由圆缺板701和外盖底板702构成，外盖底板702的内侧与保温盖底端固定连接，外盖底板702的外侧与圆缺板701的底端固定连接，圆缺板701与保温盖之间的空隙构成盖子中空腔体10。具体的，所述外壳中空腔体4通过外壳抽气口501与外壳抽气管502一端连通，外壳抽气管502的另一端用阀门503封闭；所述外壳中空腔体4通过锭模外壳排气口601与排气管一端602连通，排气管602的另一端可用阀门封闭。具体的，所述盖子中空腔体10通过外盖抽气口801与外盖抽气管802连通，外盖抽气管802顶端封闭；所述盖子中空腔体10通过外盖排气口901与外盖排气管902一端连通，外盖排气管902的另一端可用阀门封闭。实施例1本实施例中金属液凝固装置中空腔体的厚度为40mm。浇铸单重15吨Q345B钢种八角钢锭，保温方法如下：将Q345B钢种八角钢液注入真空凝固装置锭模的锭身中并将保温盖与锭模扣合，用阀门封闭排气管，然后将真空泵吸气口依次通过外壳抽气管与外壳抽气口连接对外壳中空腔体抽真空、通过外盖抽气管与外盖抽气口连接对盖子中空腔体抽真空，当中空腔体的真空度抽至100Pa后关掉阀门，保持15h后摘掉保温盖，脱模，吊出钢锭。与常规浇铸相比，本实施例钢锭的中心偏析、中心疏松等缺陷的级别全部控制在1.0级以下，1.5级评级比例由8.33％减至0，1.0级评级比例由50％减至33.5％，0.5级评级比例由41.76％增至66.5％，钢锭的变形量0.065mm，抗拉强度为350MPa，屈服强度为375MPa，延伸率为0.72％，钢锭质量得到提高。实施例2本实施例中金属液凝固装置中空腔体的厚度为5mm。浇铸单重15吨Q345B钢种八角钢锭，保温方法如下：将Q345B钢种八角钢液注入凝固装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属液凝固装置，包括锭模及与锭模相适配的保温盖，其特征在于，所述锭模外部设有外壳，外壳的顶端与锭模顶端固定连接，外壳内壁与锭模侧壁之间的空隙构成外壳中空腔体；所述保温盖外壁设有外盖，外盖由圆缺板和外盖底板构成，外盖底板的内侧与保温盖底端固定连接，外盖底板的外侧与圆缺板的底端固定连接，圆缺板与保温盖之间的空隙构成盖子中空腔体。

【技术特征摘要】
1.一种金属液凝固装置，包括锭模及与锭模相适配的保温盖，其特征在于，所述锭模外部设有外壳，外壳的顶端与锭模顶端固定连接，外壳内壁与锭模侧壁之间的空隙构成外壳中空腔体；所述保温盖外壁设有外盖，外盖由圆缺板和外盖底板构成，外盖底板的内侧与保温盖底端固定连接，外盖底板的外侧与圆缺板的底端固定连接，圆缺板与保温盖之间的空隙构成盖子中空腔体。2.根据权利要求1所述一种金属液凝固装置，其特征在于，所述外壳中空腔体通过外壳抽气口与外壳排气管一端连通，外壳排气管的另一端用阀门封闭；所述外壳中空腔体通过外壳排气口与排气管连通。3.根据权利要求1所述的一种金属液凝固装置，其特征在于，所述盖子中空腔体通过外盖抽气口与外盖排气管连通，外盖排气管顶端封闭；所述盖子中空腔体通过外盖排气口与外盖排气管连通。4.根据权利要求1所述的一种金属液凝固装置，其特征在于，所述中空腔体的厚度为5～60mm。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建安，周劭，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42