用于大型高长径比钢锭的铸锭模及坯料成形方法技术

一种用于大型高长径比钢锭的铸锭模及坯料成形方法，所述铸锭模的冒口处设有电磁感应冒口，采用电磁感应冒口对处于凝固过程中的坯料进行处理，达到细化晶粒、提高组织均匀性和铸锭收得率的效果。本发明专利技术利用一种感应脉冲磁场来影响铸坯冒口的凝固过程，并且铸锭模可通过多层拼接手段来适应不同的坯料长度要求。本发明专利技术所述的成形方法对坯料的轴向元素偏析分布均匀性、材料收得率和组织性能都有明显的提升效果，而且有利于节约成本。而且有利于节约成本。而且有利于节约成本。

Ingot mold and blank forming method for large steel ingots with high aspect ratio

【技术实现步骤摘要】
用于大型高长径比钢锭的铸锭模及坯料成形方法


[0001]本专利技术涉及铸造
，具体为一种用于大型高长径比钢锭的铸锭模及坯料成形方法。

技术介绍

[0002]长径比作为铸锭的重要参数，对所生产的钢锭质量有重要影响。如今模铸生产过程中大部分钢锭长径比均在1:1.5和1:2之间，这种“矮、粗”锭具有减轻中心疏松的优点，但是需要经过较多的锻压工序才能达到比较高的质量，同时出品率较低。而高长径比铸锭虽然所需锻压次数减少，但是难以解决中心疏松问题，往往在锻压或轧制过程中开裂报废。因此虽然高长径比具有较多的优点，但是在中心偏析上需要得到改善。
[0003]冒口在大型铸锭中具有保温和补缩作用。普通保温冒口在大型铸锭应用中，一些宏观偏析仍然明显存在，组织均匀性较差，从而降低铸锭的组织性能。这就需要能够保证保温和补缩要求的同时能改善组织性能的方法。
[0004]CN112974740B公开了一种冒口结构，既可以有效保合金液缓慢凝固，达到补缩效果，又可使得铸锭内的合金液较快凝固，减少偏析；此外，保温冒口的形状为上宽下窄，上面可以起到保温效果，下面起到快速冷却的效果，从而减少偏析。然而，针对大型轴类坯料，现有的电磁搅拌与发热冒口相结合的技术在模铸生产上难以实现，而本专利技术所述冒口能通过改变所接电源输出的参数达到保温和减轻偏析的双重效果。
[0005]虽然CN112974740B还公开了一种电磁搅拌装置，可在合金凝固过程中使液态合金扰动，破碎枝晶，提高形核率，降低晶粒尺寸，提高合金强度；另外混匀合金液降低温度梯度，减小凝固热应力。但是，电磁搅拌通常会加快钢锭的冷却速度，在冒口施加处理时会影响冒口保温效果进而影响钢锭质量，因而电磁搅拌技术不适用于大型钢锭的冒口上。
[0006]现有专利CN107214322B也公开了通过复合磁场产生的电磁振荡作用和旋转磁场的旋流诱导搅拌作用，来促进形核，打碎枝晶尖端，细化晶粒，均匀凝固组织，降低宏观偏析，用于大型铸锭的铸造过程。但本专利技术采用的脉冲电流在处理过程中，通过电磁效应，能在固液界面产生振荡，促进晶核的形成、运动、下落，形成“结晶雨”，从而细化晶粒促进流动。本专利技术相对复合磁场结构简单，且具有保温发热效果，有利于大型铸锭的顺序凝固及均质化。
[0007]现有的铸锭模通常只适用于一种直径与高度尺寸，难以满足不同尺寸坯料的要求，并且重复利用率较低，减少了模铸在接受不同要求的订单时的选择空间。

技术实现思路

[0008]为克服上述现有技术的不足，本专利技术针对目前的大型高长径比铸锭坯料成形难度高、产品质量低的问题，提供一种用于大型高长径比钢锭的铸锭模及坯料成形方法。采用电磁感应冒口对处于凝固过程中的坯料进行处理，达到细化晶粒、提高组织均匀性和铸锭收得率的效果。
[0009]本专利技术的电磁冒口原理如下：
[0010]脉冲电流在通入感应线圈之后，在冒口内产生脉冲磁场，而脉冲磁场的连续施加，降低了固液界面前沿的温度梯度，即产生“磁致过冷”效应，降低了形核功以及临界形核半径，提高了形核率；同时熔体受到的电磁力随着脉冲磁场的快速变化，在熔体中产生磁致振荡，促进型壁上的晶核脱落、运动、沉积，达到一个细化晶粒提高铸锭均质化的效果，如图1。
[0011]本专利技术的技术解决方案如下：
[0012]一种用于大型高长径比钢锭的铸锭模，包括有冒口，其特点在于，所述铸锭模的冒口处设有电磁感应冒口，该电磁感应冒口包括感应线圈、耐火材料层、不锈钢外壳和线圈接头，所述耐火材料层设置于紧贴所述不锈钢外壳的内部，中央设有与所述铸锭模的型腔相通的冒口腔，所述感应线圈埋设于该耐火材料层的内部且通过设置于所述不锈钢外壳外表的线圈接头与外部的感应电源连接；当钢水浇注至冒口处时，所述感应电源产生一定脉宽的脉冲电流或者交变电流并输入所述感应线圈，在凝固温度区间内对所述冒口内的钢水进行处理，产生“磁致过冷”效应以提高形核率，同时引起钢水熔体内部的强制对流，达到细化晶粒和提高铸锭的均质化。
[0013]所述的脉冲电流的频率范围为5
‑
500Hz，脉冲宽度为1
‑
50ms；所述交变电流的频率范围为500
‑
2000Hz。
[0014]所述的铸锭模为可拼接式铸锭模。
[0015]所述的铸锭模还包括副冒口。
[0016]一种采用上述铸锭模实现的用于大型高长径比钢锭的坯料成形方法，其特点在于，所述坯料成形方法包括：通过在电磁感应冒口的感应线圈内通入脉冲电流或交变电流产生电磁效应，在所述铸锭模的冒口内产生持续的脉冲磁场，在固液界面产生振荡，降低该固液界面前沿的温度梯度，从而产生“磁致过冷”效应，降低形核功及临界形核半径以提高形核率，同时钢水熔体受到脉冲磁场的作用而发生振荡，引起熔体内部的强制对流，促进晶核的形成、脱落、运动和沉积而形成“结晶雨”，达到细化晶粒、铸锭的均质化和金相组织性能的改善。
[0017]所述方法包括以下具体步骤：
[0018]步骤1.根据实际所需选择铸锭模的直径，并折算所需铸锭模的高度；
[0019]步骤2.将接有脉冲电源的冒口线圈置于铸锭模上方冒口处；
[0020]步骤3.将钢液浇注至所述铸锭模内；
[0021]步骤4.待钢水浇注至冒口2/3处撒上发热剂保温；
[0022]步骤5.开启冒口线圈电源，在该钢种凝固区间所在时间内对冒口内钢水持续处理，随后关闭电源，待冷却；
[0023]步骤6.将钢锭从铸锭模中脱出，切除冒口部分，进行后续热加工。
[0024]所述可拼接是铸锭模，有多种直径与高度可供拼接，满足大部分大型钢锭的要求，如直径500mm、800mm、1200mm，高度800mm、1600mm、2400mm。
[0025]所述接有脉冲电源的冒口线圈为电磁感应线圈，所接脉冲电源可产生一定脉宽的脉冲电流。
[0026]所述冒口由主冒口和副冒口组成，主冒口内含电磁感应线圈，副冒口具有保证补缩效果和保证磁场对钢液的强制对流的作用。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0028]1)利用感应脉冲磁场来影响铸坯冒口的凝固过程，并且铸锭模可通过多层拼接手段来适应不同的坯料长度要求。
[0029]2)从铸锭模的选择和脉冲磁场的处理参数，使得铸锭组织细化、组织均匀性和金属收得率提高，能够仅采用常用的几个断面完成多种坯料的不同的质量需求。对坯料的轴向元素偏析分布均匀性、材料收得率和组织性能都有明显的提升效果，而且有利于节约成本。
附图说明
[0030]图1为本专利技术冒口原理图，其中，a为不出现成分过冷以及未施加磁场时的临界温度梯度G
’
，b为施加磁场液相中产生磁致过冷后的温度梯度G。
[0031]图2为本专利技术中电磁冒口外形图。
[0032]图3为本专利技术中电磁冒口剖视图。
[0033]图4为本专利技术中凝固阶段结构剖视图
[0034]图5为本专利技术实施1的开启线圈电源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于大型高长径比钢锭的铸锭模，包括有冒口，其特征在于，所述铸锭模的冒口处设有电磁感应冒口，该电磁感应冒口包括感应线圈、耐火材料层、不锈钢外壳和线圈接头；所述耐火材料层设置于紧贴所述不锈钢外壳的内部，中央设有与所述铸锭模的型腔相通的冒口腔；所述感应线圈埋设于该耐火材料层的内部且通过设置于所述不锈钢外壳外表的线圈接头与外部的感应电源连接；当钢水浇注至冒口处时，所述感应电源产生一定脉宽的脉冲电流或者交变电流并输入所述感应线圈，在凝固温度区间内对所述冒口内的钢水进行处理，产生“磁致过冷”效应以提高形核率，同时引起钢水熔体内部的强制对流，达到细化晶粒和提高铸锭的均质化。2.根据权利要求1所述的用于大型高长径比钢锭的铸锭冒口，其特征在于，所述的脉冲电流的频率范围为5
‑
500Hz，脉冲宽度为1
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50ms；所述交变电流的频率范围为500
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2000Hz。3.根据权利要求1所述的用于大型高长径比钢锭的铸锭模，其特征在于，所述的铸锭模为可拼接式铸锭模。4.根据权利要求1所述的用于大型高长径比钢锭的铸锭模，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟启杰，仲红刚，杨宇乾，徐智帅，刘海宁，李莉娟，李仁兴，龚永勇，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：