【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属凝固领域，具体涉及一种提高大型钢锭收得率的浇注工艺。
技术介绍
1、钢锭作为大型铸、锻件的母材，其质量的高低直接决定后续加工出零件和产品的质量。钢锭在凝固过程中有钢液流动性大、凝固速度慢等特性，在凝固过程中由于固液相的互相作用形成流动，导致钢锭在凝固中期出现“a”型和“v”型环状流动，导致带状偏析的产生；在凝固过程中等轴晶的沉淀和顶部溶质的富集，导致严重的底部负偏析和顶部正偏析以及最终由于凝固收缩而形成的“v”型缩孔。传统方式制备的铸锭组织以表面细等轴晶区、底部等轴晶区、侧面柱状晶区、中部粗大的等轴晶区分布，组织的不均匀性影响着溶质不均匀分配，从而降低钢锭整体的质量。
2、随着当今社会对钢铁产量和质量要求提高，在制备大型或巨型钢锭时出现偏析和缩孔缩松的程度更加严重，顶部凝固收缩形成的缩孔缩松降低钢锭整体收得率，而宏观偏析形成的溶质不均匀性在后续的加工过程中无法得到有效地改善，极大地影响了钢锭产品质量，对社会资源和能源也造成了极大的浪费。
3、近年来针对大型钢锭均质化制备方法，研究者们提出了脉冲磁致振荡、超声波、电磁搅拌、定向凝固、电渣重熔等方式进行大型钢锭制备。而从浇注工艺角度入手的制备方法较少，主要包括多包浇注、层状铸造等对浇注工艺改善来提高钢锭组织的均匀性。上海大学的《一种基于熔渣保护的逐层浇注制备铸锭的方法》(专利公开号：cn 108889915 a，2018.11.27)提出了一种在熔渣保护下进行逐层浇注，通过控制每层浇注的金属液质量和间隔时间实现铸锭凝固组织的均匀性；通过熔渣作
技术实现思路
1、为克服上述现有技术的不足，本专利技术目的是提供一种提高大型钢锭收得率的浇注工艺。在浇注过程中实现铸件金属液流动平稳、定向凝固、防止凝固过程中二次氧化，得到组织细小、成分均匀的钢锭。
2、为实现上述目的，本专利技术提出了如下技术方案：
3、1)浇注系统设计：本专利技术适用于高径比为0.2～2之间的钢锭，采用阶梯式浇注系统逐层浇注方式进行钢锭制备，浇注系统分为直浇道、分直浇道、横浇道、内浇道(上、底)组成。
4、(1)设计阶梯式浇注系统，包括直浇道、横浇道、多层上内浇道和底内浇道，所述上内浇道的层数与浇注层数相同，且所述浇注层数n与待浇注钢锭的高径比h/d(h——高度，d——直径，cm)满足如下关系：
5、
6、第n层与第n+1层的浇注间隔时间t(min)与第n层钢液厚度h(cm)之间的关系：
7、
8、从边侧收得率角度考虑，当第n层与第n+1层的浇注间隔时间t＝l2/169时(l——液面最宽位置长度，cm)，即水平方向凝固区域达到最大值，立即浇注第n+1层钢液，以保证钢锭收得率。
9、(2)内浇道长度为50cm～150cm，内浇道为两列，列间距为l/2cm，截面面积为钢锭高度的1/12～1/8。上内浇道与底内浇道面积比为(1～2)：1，斜度设定为10°～30°之间，上内浇道间隔距离与每层液面厚度相同。(3)浇注速度：小型钢锭(1t～5t)总浇注时间为3min～8min，中型钢锭(5t～15t)总浇注时间为10min～18min，逐层浇注避免钢液对玻璃浮渣层和已凝固熔体的冲击，将速度调整在1.9～2.8kg/s。逐层浇注的浇注时间依照钢液量按比例进行时间分配。(4)浇注温度：传统浇注的过热度选取为20℃～40℃，为实现整体定向凝固加大底部与钢液表面的温差，选取过热度在30℃～60℃为浇注温度。
10、2)底部水冷盘设计：
11、底部水冷盘与钢锭底部面积相同或略宽，厚度与钢锭高度比为0.2～0.3:1。材质可以为铸铁、铸钢或纯铜，但不限于以上材料。冷却水水压为0.2～0.4mpa。
12、3)玻璃浮渣类型选择：
13、玻璃浮渣选取o型玻璃浮渣或轻质渣，所述玻璃浮渣的黏度在0.1～0.8pa·s之间，熔化温度在1000～1350℃之间。玻璃浮渣特性应具有密度低、熔点低、反应性低、黏度低的特性。首次添加玻璃浮渣液渣层厚度为1cm～5cm；每层浇注后补充厚度为0.5cm～2cm液渣层。
14、4)浇注工艺操作步骤：
15、(1)根据钢锭尺寸确定钢液量，根据浇注层数将钢液分成若干份分别熔炼。
16、(2)将钢液浇入型腔中，待液面高度与第一层上内浇道平齐时停止浇注，撒入液渣层厚度为1cm～5cm进行保护；
17、(3)钢液凝固70％～95％进行第二层钢液浇注，在液面高度至第二层上内浇道高度停止浇注，补加液渣层厚度为0.5cm～2cm的玻璃浮渣。
18、(4)重复上述操作至钢液全部浇注完成。
19、进一步说，每层钢液凝固分数至70％～95％区间进行下层钢液浇注。优选的，10t以上的钢锭每层钢液凝固分数区间在80％～95％之间，5t～10t的钢锭每层钢液凝固分数区间在75％～90％，5t以下的钢锭每层钢液凝固分数区间在50％～80％。
20、进一步说，优选的，下层钢液浇注时机按照测温仪测温结果进行校正。测温仪选择红外测温，测量钢液表面温度，当测温数值达到该钢种液相线温度以下5℃～20℃之间进行下一层浇注。
21、进一步说，在浇注过程中向浇道内持续充氩气，减少钢液在浇注流动时的吸气和卷气行为。
22、进一步说，钢锭模高径比应在0.2～2之间，内浇道与分直浇道垂直夹角在50°～90°。
23、进一步说，底部水冷盘中水压随着层数的增加而增加，增大底部冷却强度。
24、进一步说，在钢液逐层凝固过程中表面散热结壳，形成薄的一层钢壳在钢液顶部。下一包钢液浇入后需要将上一包钢液表面熔化，因此钢液所需过热度更大，设置在过热度50～80℃。
25、更进一步说，玻璃浮渣一般为sio2-al2o3-cao系，玻璃浮渣的黏度应在0.1～0.8pa·s之间，保证液态渣在钢液中上浮至表面；玻璃浮渣的熔化温度应在1000～1350℃之间，过高将吸收大量热量，过低则防氧化效果降低；
26、与现有的技术相比，本专利技术有益效果如下：
27、可以细化凝固组织，减少大型钢锭的宏本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高大型钢锭收得率的浇注工艺，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的提高大型钢锭收得率的浇注工艺，其特征在于，第n层与第n+1层的浇注间隔时间t(min)与第n层钢液厚度h(cm)之间满足如下关系：
3.根据权利要求1所述的提高大型钢锭收得率的浇注工艺，其特征在于，所述上内浇道的长度为50cm～150cm，内浇道为两列，列间距为L/2cm，截面面积为钢锭高度的1/12～1/8。
4.根据权利要求3所述的提高大型钢锭收得率的浇注工艺，其特征在于，所述上内浇道的高度与每层金属液浇注高度相同。
5.根据权利要求1所述的提高大型钢锭收得率的浇注工艺，其特征在于，所述钢锭的高径比H/d为0.2～2，钢锭横截面形状包括长方形、多边形和圆形。
6.根据权利要求1所述的提高大型钢锭收得率的浇注工艺，其特征在于，所述上内浇道上倾，与直浇道夹角为50°～80°。
7.根据权利要求1所述的提高大型钢锭收得率的浇注工艺，其特征在于，所述底部水冷盘的材质为铸铁、不锈钢或纯铜，所述底部水冷盘上表面覆盖脱模剂，脱模剂
8.根据权利要求1所述的提高大型钢锭收得率的浇注工艺，其特征在于，所述钢锭模内表面为厚度20mm～100mm的保温层，保温层材质包括于砂型、莫来石保温板或莫来石基体预混浇注料。
9.根据权利要求1所述的提高大型钢锭收得率的浇注工艺，其特征在于，所述玻璃浮渣选取O型玻璃浮渣或轻质渣，所述玻璃浮渣的黏度在0.1～0.8Pa·s之间，熔化温度在1000～1350℃之间。
...【技术特征摘要】
1.一种提高大型钢锭收得率的浇注工艺，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的提高大型钢锭收得率的浇注工艺，其特征在于，第n层与第n+1层的浇注间隔时间t(min)与第n层钢液厚度h(cm)之间满足如下关系：
3.根据权利要求1所述的提高大型钢锭收得率的浇注工艺，其特征在于，所述上内浇道的长度为50cm～150cm，内浇道为两列，列间距为l/2cm，截面面积为钢锭高度的1/12～1/8。
4.根据权利要求3所述的提高大型钢锭收得率的浇注工艺，其特征在于，所述上内浇道的高度与每层金属液浇注高度相同。
5.根据权利要求1所述的提高大型钢锭收得率的浇注工艺，其特征在于，所述钢锭的高径比h/d为0.2～2，钢锭横截面形状包括长方形、多边形和圆形。...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟启杰，魏宏滨，徐智帅，刘海宁，陈湘茹，李莉娟，仲红刚，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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