一种复合芯低偏析大型空心钢锭的制造方法技术

本发明专利技术涉及２５０吨级以下所有级别大型空心钢锭的铸造过程，具体地说是一种复合芯低偏析大型空心钢锭的制造方法。它适用于所有采用复合芯浇注大型空心钢锭的制备过程，包括各种形状、规格、材料的空心钢锭的铸造。本发明专利技术除了利用计算机模拟手段合理地设计了钢锭模具、浇注系统外，主要采用了复合芯成孔技术、大温差冷却技术、窄间隙型砂技术、下注分散浇口引流技术、厚大底盘强制冷却技术及液氮引射器装置等，并设计了相应模具和设备，浇注了不同材质钢水，制备了低偏析空心钢锭。本发明专利技术保证了空心钢锭的顺序凝固，减少了缩孔、疏松、夹杂缺陷，控制偏析位置，使空心钢锭的偏析带处于中间位置，提高了空心钢锭的利用率和使用范围。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及250吨级以下所有级别大型空心钢锭的铸造过程，具体地说是一 种复合芯低偏析大型空心钢锭的制造方法。它适用于所有采用复合芯浇注大型空 心钢锭的制备过程，包括各种形状、规格、材料的空心钢锭的铸造。
技术介绍
近年来，會^源、石油化工业发展腿，产业规模不断扩大，客观上要求相关 企业进行大规模的设备改造和主体设备更新。尤其是大型筒形件的需求量增加， 如大型加氢反应器、核电主管道、7jC轮机大轴等。过去，由于只有少数几个国家 掌握空心钢锭制造技术和筒形件锻造技术，所以大型加氢反应器等设备主要依赖 进口。我国装备制驗的迅速发展，万吨水压机的数量和锻造能力的增加，使锻 造大型筒类铸件成为可能。大型筒类件锻造所采用的钢锭有两种， 一种是实心钢锭， 一种是空心钢锭。 禾,实心钢锭进行筒类件的锻造，首先要进行大型钢锭的镦粗，钢锭镦粗到一定高度后，才可以进行冲 L。冲孔需要在专用模具上进行，利用钢棒将钢锭中心金 属冲出，形成中心圆 L。这个过程需要2 3个火次。再将钢锭放在马杠上进行拔长，形成筒形件。而利用空心钢f魏行筒形件锻造，只需要进行加热拔长，所以与用实心钢锭锻造筒形件相比，可以节省2 3个火次，可以M^、大量的能源消耗 和材料烧损。禾拥实心钢锭锻造筒形铸件，钢锭的禾,率一般不到65%，而禾, 空心钢锭进行筒形件的锻造，钢锭的利用率可以达到80%以上。宏观偏析是大型钢锭制造过程中^^解决的问题，空心钢锭在铸造过程中， 由于芯子禾嗍锭模同时X寸金属液进行冷却，所以钢锭最后凝固的位置在空心钢锭 壁厚中心位置，或接近中心位置上。空心钢锭的偏析带在锻造过程中，很难在锻 件的内表面露出来，所以禾拥空心钢锭锻造的锻件，焊接性能和使用性能都好于 实心钢锭锻造的筒形锻件。正因为如此，世界上有些大型制造公司，在进行大型 筒形件设计时，明确要求筒形锻件必须用空心钢锭锻造。世界上空心钢锭开发比较早的国家主要有法国和日本，法国的克鲁索公司已经成功浇注了 250t空心钢锭，日本的川崎公司成功浇注了 300t空心钢锭。而我 国的空心钢锭开发较晚，技术还不是十分成熟，尤其是在钢锭偏析带位置控制方 面的研究较少。由于大型空心件需求量巨大，而大型空心钢锭的生产能力有限， 所以开发大型空心钢锭制造技术，进行大型空心钢锭生产，具有很大的市场潜力。 大型空心钢锭浇注钢水量大，设备要求严格，工装准备困难，质量影响因素多， 偏析位置不易控制；另外，钢水在大气下浇注，容易产生二次氧化，内在质量难 于控制，锻##^伤容易出现超标缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合芯低偏析大型空心钢锭的制造方法，解决大 型空心钢锭制造过程中的偏析问题，以及钢7K在大气下浇注容易产生二次氧化、内在质量难于控制、锻fNf伤容易出现超标缺陷等问题。本专利技术利用平稳充型浇 注系统设计技术、先进的计算机模拟技术进行空心钢锭开发，尤其采用大温差冷 却技术开发了大型空心钢锭，收到了较好效果。本专利技术的技术方案是本专利技术主要是指在250吨以下级大型空心钢锭制备过程中，提供一种复合芯 低偏析大型空心钢锭的制造方法，它包括平稳充型浇注系统设计技术、计算机模 拟技术等，主要采用了复合芯成 L技术、大温差冷却技术、窄间隙型砂技术、下 注分散浇口引流技术、厚大底盘强制冷却技术及液氮引射器装置，并设计了相应 模具和设备，浇注了不同材质钢水，制备了低偏析空心钢锭。1、复合芯成孔技术(1) 复合芯成 L技术利用钢板和型砂组合复合芯子，在空心钢锭的铸造过 程中，首先制成复合芯，将复合芯固定在钢锭模上底盘上，外面放上钢锭模，在 钢锭模和复合芯之间形成环形空腔。浇注时，钢水在钢锭模的环形空腔中凝固， 就形成空心钢锭。(2) 主要结构采用型砂与钢板多层复合结构形成芯子主体，钢板有三层， 型砂一层。三层钢板形成同心圆芯筒，外层钢板与中间层钢板之间空隙用型砂填 充，内层钢板与中间层钢板之间空隙用肋板相连；将复合芯固定在钢锭模上底盘 上，外面放上钢锭模，上底盘置于下底盘上，在钢f定模和复合芯之间形成环形铸 件型腔，钢水经过浇注系统进入铸件型腔，凝固结束后形成空心钢锭。外层钢板5 25mm厚，中间层钢板5 25mm厚，内层钢板5 25mm厚； 外层钢板与中间层钢板之间空隙5 50mm，该空隙用型砂填充；内层钢板与中间 层钢板之间空隙5 80mm，两者之间用8 24个肋板相连。(3) 主要效果当浇注1 10分钟后，在复合芯中间通入混合气体进行冷却。 钢7K外侧由钢锭模起冷却作用，内侧由芯子进行冷却。钢水内外侧同时冷却，所 以钢水的最后凝固位置接近于壁厚中间位置，而偏析的位置主要出现在钢水最后 凝固位置，这样就控制了钢水偏析位置。(4) 使用方法首先制itH层钢板的同心圆芯筒，准备相应数量的筋条。三 W冈板芯筒制造完成后，将中间层与内层及筋条焊在一起，再与外层芯筒套在一 起，保持同心。在外层钢板与中间层钢板之间用铬铁矿砂填充，粘结剂为碱性酚 醛树脂，加入量为铬铁矿砂重量的0.5% 3%，铬铁矿砂为40 120目。±真满型 砂后，进行干燥，型砂硬化后，即可4顿。2、大温差冷却技术(1) 大温差冷却技术采用低温混合气体对高温型芯进行冷却。利用气体的 低温吸热能力，增加气体冷却强度，保证型芯长时间处于低温状态。(2) 技术特点与正常的气体冷却技术相比，该技术所使用的气体为压縮空 气和液氮的混合气体，气体温度可以达到一50。C以下。(3) 主要作用低温气体带走大量热量，使复合芯内壁保持较低温度，保证 了复合芯的刚度，使其在大的钢7jC静压力作用下，不发生变形。使复合芯在钢水凝固之后，會g顺利取出。同时，使钢水的结晶潜热大量从复合芯一侦撒出，保证 了钢水从内外两侧向中间同时凝固，有利于控制钢锭的偏析。(4) 使用方法钢水浇注开始，即向复合芯中通入压縮空气，当钢水浇注1 io分钟后，开始通入液氮，使用液氮在压縮空气作用下在复合芯中雾化，形成低温混合气体，对复合芯进行冷却。低温混合气体在压力作用下，通过复合芯的内层钢板与中间层钢板的空隙(无 通气孔，内层钢板与钢锭模底部有空隙，气体从底部返上来)，气1ffi通过该空隙 的过程中，带走大量热量，对复合芯外层产生冷却作用，使空心钢锭最后凝固位 置接近钢锭壁厚中心，提高冷却速度，降低偏析。其中，压縮空气的流量为1 5kg/s，压縮空气的压力为3 8atm(大气压)；液 氮的流量为0.2 1.5k^s。3、 窄间隙型砂技术(1) 窄间隙型砂技术利用专用木条在钢板之间进行撞砂。木条长与复合芯长度相同，宽度50mm，厚度小于钢板间隙。(2) 撞砂方法首先利用定位销将复合芯内外层定位，保证内外层钢板筒同心。再在钢板之间±真砂，利用厚度小于钢板间隙的木条进行撞砂。每次上砂不超过300mm，撞实一层，再上下一层，±真满为止。(3) 主要作用禾,这种方法，可以将比较高和比较窄的间隙填满填实型砂， 使型砂起到增加复合芯抵抗热冲击的能力。4、 下注分散浇口引流技术(1) 下注分散浇口弓硫技术浇注系统由直浇道、横浇道、至少两个内浇道M构成，内浇道均匀分布在上底盘上，下底盘顶部开设与内浇道相通的横浇道。(2) 主要作用内浇道分成两个以上，保证金属液进入型腔时流动平稳，不出现喷射。内浇道均匀分布，使金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合芯低偏析大型空心钢锭的制造方法，其特征在于：采用复合芯成孔技术，采用多层复合芯形成空心钢锭的中心空腔，复合芯由三层钢板和一层型砂组成，外层钢板与中间层钢板之间空隙用型砂填充，内层钢板与中间层钢板之间空隙用肋板相连，将复合芯固定在钢锭模上底盘上，外面放上钢锭模，上底盘置于下底盘上，在钢锭模和复合芯之间形成环形铸件型腔，钢水经过浇注系统进入铸件型腔，凝固结束后形成空心钢锭。

【技术特征摘要】
1、一种复合芯低偏析大型空心钢锭的制造方法，其特征在于采用复合芯成孔技术，采用多层复合芯形成空心钢锭的中心空腔，复合芯由三层钢板和一层型砂组成，外层钢板与中间层钢板之间空隙用型砂填充，内层钢板与中间层钢板之间空隙用肋板相连，将复合芯固定在钢锭模上底盘上，外面放上钢锭模，上底盘置于下底盘上，在钢锭模和复合芯之间形成环形铸件型腔，钢水经过浇注系统进入铸件型腔，凝固结束后形成空心钢锭。2、 按照权利要求1所述的复合芯低偏析大型空心钢锭的制造方法，其特征在于外层钢板5 25mm厚，中间层钢板5 25mm厚，内层钢板5 25mm厚； 外层钢板与中间层钢板之间空隙5 50mm，该空隙用型砂填充；内层钢板与中间 层钢板之间空隙5 80mm，两者之间用8 24个肋板相连。3、 按照权利要求1所述的复合芯低偏析大型空心钢锭的制造方法，其特征在 于采用大温差冷却技术，在钢水浇注开始时，向复合芯中通入压縮空气，当钢 7jC浇注l 10^l中后，使用液氮引射器装置将液氮吸到复合芯中，液氮在压縮空 气作用下在复合芯中雾化，在复合芯内层钢板的圆桶中形成低温混合气体，低温 混合气体在压力作用下，通过复合芯的内层钢板与中间层钢板的空隙，气体在通 过该空隙的过程中，带走大量热量，对复合芯外层产生冷却作用，使空心钢锭最 后凝固位置接近钢锭壁厚中心，提高冷却速度，降低偏析。4、 按照权利要求1所述的复合芯低偏析大型空心钢锭的制造方法，其特征在 于采用窄间隙型砂紧实技术，在复合芯的制造过程中，在外层钢板与...

【专利技术属性】
技术研发人员：李殿中，康秀红，夏立军，傅排先，李依依，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]