Φ1000mm-Φ2000mm大型圆坯的立式半连续生产装置及其生产工序制造方法及图纸

本发明专利技术φ1000mm

【技术实现步骤摘要】
φ
1000mm
‑
φ
2000mm大型圆坯的立式半连续生产装置及其生产工序


[0001]本专利技术φ1000mm
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φ2000mm大型圆坯的立式半连续生产装置及其生产工序涉及钢铁冶金铸造
，尤其涉及一种直径在φ1000mm
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φ2000mm,长度范围在5m
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15m的大型圆坯的立式半连续制造装置及其生产方法。

技术介绍

[0002]随着核电、风电、水电和钢铁行业的快速发展以及装备大型化的发展趋势，市场对高质量大型铸件的需求越来越大，其中由高品质特殊钢制成的、Φ1000mm
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Φ2000mm大型轴类铸件是市场需求较多的一类产品，被广泛应用在大型支承辊、风机轴、核电和水电发电机组转子、船舶主轴、轴承等领域。同时，下游行业还迫切要求降低整机的制造成本，这就需要上游行业在保证铸锭供货质量的基础上进一步优化生产流程、降低材料和能源消耗、缩短加工周期。
[0003]Φ1000mm
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Φ2000mm大型圆坯的特点是单重和断面大、凝固时间长、材料多为高合金品种钢、内部质量和纯净度要求高、且多以单批次小批量的定制化生产模式。此类大型圆坯的铸造质量极难控制：首先，凝固时间的延长会导致严重的偏析问题；其次，高合金含量会造成液芯较宽的液固两相区，生成发达的树枝晶会影响钢水的流动性，芯部易缺陷；最后，由于铸坯的断面尺寸较大，冷却的不均匀收缩易发生开裂。
[0004]目前，为生产此类高致密度、高洁净性、高均匀性、低缺陷率的大规格圆轴类铸坯，实践中多采用电渣熔铸方法[1]、模铸件锻造方法[2]、连铸方法[3]、将电渣与连铸相结合的方法[4]。除模铸件锻造方法外，其它技术通常都会配置电磁搅拌器以控制芯部的质量，但是电磁搅拌器的配置方案和使用方法都有较大区别。目前，国内已经申请的专利对以上方法都有所覆盖，但针对圆坯的尺寸规格和目标产品有所差别，技术的适用性和经济性也有很大差别。具体技术特点如下：
[0005][1]CN101480715A一种带有外加电磁搅拌的电渣熔铸装置及方法【电渣熔铸方法】
[0006]一种带有外加电磁搅拌的电渣熔铸装置及方法，属于特殊钢电渣冶金
，包括结晶器、结晶器水套和电磁搅拌器，结晶器外壁套有一个环形磁铁，环形磁铁位于结晶器的中上部，环形磁铁的铁芯上绕有线圈，在环形电磁铁周围设有电磁搅拌器水套，电磁搅拌器水套与结晶器水套连通；熔化的自耗电极形成钢液滴进入渣层，在外加旋转电磁场作用下，钢液滴在渣层中呈现螺旋线方式下落，进入钢锭液池中，钢锭液池不断上升也进入电磁搅拌器的有效磁场作用区，此时钢液中电流与旋转磁场作用产生电磁力驱动钢液旋转
[0007][2]CN102172766A核电转子等大型轴类零件的锻造工艺【模铸件锻造方法】
[0008]本专利技术公开了一种能够有效解决超大规格高等级转子锻造问题的核电转子等大型轴类零件的锻造工艺。该工艺具体包括以下步骤：1)采用WHF法将钢锭拔长为扁方；2)对该扁方进行立料镦粗；3)采用WHF法将镦粗后的钢坯再次拔长为扁方；4)对该扁方进行四面中心压实；
[0009][3]CN108436046A一种超大规格圆坯的立式连铸生产设备及方法【连铸方法】：
[0010]采用的是立式连续式铸造设备及方法，主要设备包括钢包、中间罐、结晶器、拉坯系统和出坯系统，出坯系统含有铸坯出坯装置、铸坯并坯装置、铸坯提升装置和上出坯辊道。其主要针对的Φ600mm～Φ1300mm的超大规格断面圆坯，适用于生产碳素钢、合结钢等多品种钢种，从而实现大断面高质量坯料的连续化生产。其工艺流程与传统连铸工艺相同，不同之处在于拉坯系统中配置有火焰切割机，可以在线切割铸坯，并经由出坯系统输送出来。
[0011][4]CN106029254A用于制造具有较大横截面的较长铸锭的方法和设备
[0012]【电渣和连铸结合的方法】
[0013]该技术针对目的是制造圆形或者多边形、方形或矩形形状的锭，其在圆形锭中具有的直径大于300mm的范围或者等同于其它截面形状的横截面积，并且长度超过5m。铸锭在在较短的、水冷却的金属模浇注，直至达到所希望的锭长度，并且接下来通过电渣方法借助自消耗的电极对金属浇注池进行加热，或者对加热的中间罐或可加热的顶盖进行后续加热，并且在浇注时以及在浇注结束后直至凝固结束，此外通过电磁搅拌器影响凝固结构。
[0014]目前的大型圆坯的制造技术主要存在以下问题：
[0015]一是，电渣熔铸技术拉坯极慢，过程中需要消耗极大的电能，因此生产效率极低，且能耗成本极高；
[0016]二是，对于模铸+自由锻造技术，在大钢锭模铸工序中需要切除冒口端和水口端，材料的利用率较低(50％～70％)，该技术后序锻造和加工的成本和能耗也较高；
[0017]三是，对于连铸技术，虽然材料成本和连续化生产方面较前两者有优势，但其铸造的圆坯直径达到Φ1000mm时就达到了极限，且设备占地和投资成本较大，不适合单批次、小批量的产品定制化生产模式；
[0018]四是，对于将电渣与连铸相结合的方法，虽然能很好的解决了冒口补缩和补温的问题，但是电极与钢水直接接触，会产生增碳现象，影响铸坯成分的均匀性；最后，凝固坯壳的温度影响电磁搅拌器的有效性，目前所有技术都未考虑坯壳温度低于居里点温度情况下的解决措施，同时配置的电磁搅拌器通常为尺寸不可变的整体式结构，无法根据铸坯尺寸的变化动态调整间距。
[0019]针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的φ1000mm
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φ2000mm大型圆坯的立式半连续生产装置及其生产工序，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

技术实现思路

[0020]根据上述现有技术提出的生产率低；能耗高；占地和投资大；不适合定制化生产；芯部质量难以控制，易出现宏观偏析、疏松和缩孔等问题；质量控制难以实现等技术问题，而提供一种φ1000mm
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φ2000mm大型圆坯的立式半连续生产装置及其生产工序。本专利技术主要采用了多项铸锭质量控制技术，适用于各类钢种，如普碳钢、合金钢和不锈钢材料，从而有效提升相关产品的质量水平。
[0021]本专利技术采用的技术手段如下：
[0022]一种φ1000mm
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φ2000mm大型圆坯的立式半连续生产装置包括：管道式感应加热
钢包底座、浇注系统、冷却系统、铸坯升降系统、分体式电磁搅拌系统、铸坯温度控制系统、出坯系统、输送铸坯滑道和铸坯缓冷系统；
[0023]进一步地，管道式感应加热钢包底座为浇注系统的辅助系统；
[0024]进一步地，浇注系统、冷却系统和铸坯升降系统上下依次设置；
[0025]进一步地，分体式电磁搅拌系统和铸坯温度控制系统作为铸坯质量的控制系统围绕着圆坯设置；
[0026]进一步地，出坯系统、输送铸坯滑道和铸坯缓冷系统依次置于生产装置一侧。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种φ1000mm
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φ2000mm大型圆坯的立式半连续生产装置；其特征在于：所述的φ1000mm
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φ2000mm大型圆坯的立式半连续生产装置包括：管道式感应加热钢包底座(3)、浇注系统、冷却系统、铸坯升降系统、分体式电磁搅拌系统、铸坯温度控制系统、出坯系统(21)、输送铸坯滑道(22)和铸坯缓冷系统(23)；所述的管道式感应加热钢包底座(3)为浇注系统的辅助系统；所述的浇注系统、冷却系统和铸坯升降系统上下依次设置；所述的分体式电磁搅拌系统和铸坯温度控制系统作为铸坯质量的控制系统围绕着圆坯设置；所述的出坯系统(21)、输送铸坯滑道(22)和铸坯缓冷系统(23)依次置于生产装置一侧。2.根据权利要求1所述的φ1000mm
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φ2000mm大型圆坯的立式半连续生产装置，其特征在于：所述的浇注系统兼容两种钢包，分别为普通结构钢包(1)和感应加热钢包(2)；两种钢包对应两种浇注系统，分别为：普通结构钢包浇注系统和感应加热钢包浇注系统；所述的普通结构钢包浇注系统不需要对传统钢包结构进行改造，包括：普通结构钢包(1)、管道式感应加热钢包底座(3)、钢包支架(4)、长水口(5)、中间包(6)和旋流水口(7)；普通结构钢包(1)与管道式感应加热钢包底座(3)相连接，一同安装在钢包支架(4)上，并通过长水口(5)与中间包(6)相连接；中间包(6)底部设置有旋流水口(7)，旋流水口(7)浸入冷却系统的钢水中，从而形成钢水从普通结构钢包(1)至冷却系统的流动通道；所述的感应加热钢包浇注系统包括：感应加热钢包(2)、钢包支架(4)、长水口(5)、中间包(6)和旋流水口(7)；感应加热钢包(2)置于钢包支架(4)的上部，并通过长水口(5)与中间包(6)相连接；中间包(6)底部设置有旋流水口(7)，旋流水口(7)浸入冷却系统的钢水中，从而形成钢水从感应加热钢包(2)至冷却系统的流动通道。3.根据权利要求2所述的φ1000mm
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φ2000mm大型圆坯的立式半连续生产装置，其特征在于：所述的冷却系统上部与浇注系统相连接，冷却系统分为以及结晶器冷却区和二冷区，二者上下布置；所述的结晶器冷却区包括：结晶器(8)、结晶器振动驱动装置(9)；所述的结晶器(8)由铜管围绕铸坯(14)而成，铜管通过水冷却；所述的结晶器(8)的内部插入旋流水口(7)；所述的结晶器振动驱动装置(9)设置于结晶器(8)的外部；所述的二冷区是由两组围绕着铸坯(14)排列的二冷喷水装置(10)构成，二冷喷水装置(10)可以喷射水和水雾；所述的两组二冷喷水装置(10)之间设置四个围绕着铸坯(14)的支撑足辊(11)，对铸坯(14)进行支撑。4.根据权利要求1所述的φ1000mm
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φ2000mm大型圆坯的立式半连续生产装置，其特征在于：所述的铸坯升降系统是控制铸坯移动至各工艺操作位置的核心设备，包括：引锭杆(12)和引锭杆液压驱动装置(13)；
所述的引锭杆(12)的外径与结晶器(8)的内径有配合关系，可以插入到结晶器(8)的内部；所述的引锭杆(12)的顶部与凝固的铸坯(14)底部相连接，在出坯时二者易于分离；所述的引锭杆液压驱动装置(13)与引锭杆(12)的底部相连接，驱动引锭杆(12)带动铸坯(14)上下移动；在浇注拉坯阶段，拉坯速度为0.005m/min
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0.5m/min。5.根据权利要求1所述的φ1000mm
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φ2000mm大型圆坯的立式半连续生产装置，其特征在于：所述的分体式电磁搅拌系统是由四个独立的分体式电磁搅拌器两两相对组成的第一组电磁搅拌器(15)和第二组电磁搅拌器(16)；所述的第一组电磁搅拌器(15)和第二组电磁搅拌器(16)上下设置，并围绕着铸坯(14)布置；所述的第一组电磁搅拌器(15)和第二组电磁搅拌器(16)均配置有独立的升降机构，并配合工艺流程移动到相应的工作位置；所述的第一组电磁搅拌器(15)和第二组电...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈磊，邢思深，戴广惠，张亮，王超，李昕，
申请(专利权)人：中国第一重型机械股份公司，
类型：发明
国别省市：