一种可动芯低偏析大型空心钢锭的铸造装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及５０～３００吨级之间所有级别大型空心钢锭的制备技术，具体是一种可动芯低偏析大型空心钢锭的铸造装置，解决大型空心钢锭制造过程中的偏析等问题。它适用于所有采用可动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。该铸造装置设有金属型、可动芯，可动芯置于金属型腔的中心；金属型为下底盘、上底盘、钢锭模构成，上底盘置于下底盘上，上底盘上安放钢锭模，钢锭模和可动芯之间形成环形铸件型腔。本实用新型专利技术保证了金属液的纯净度以及铸造工艺的可操作性与稳定性，减轻偏析程度、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。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及50 300吨级之间所有级别大型空心钢锭的制备技术， 具体是一种可动芯低偏析大型空心钢锭的铸造装置。它适用于所有采用可 动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，工业的发展有着质的飞跃，工业对能源的需求日益增加，能 源短缺以及供求矛盾日益显著，从而带动中国能源、石油化工业发展迅速 产业规模不断扩大。如大型加氢反应器、核电主管道、水轮机大轴等用量 在不断加大。目前，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，主要设备依赖进口。国内对于大型筒类锻件只能采用大型钢 锭进行冲孔锻造，由于大型钢钢锭本身制造的限制，而关键的筒类件难以 实现。我国装备制造业的迅速发展，万吨水压机的数量和锻造能力的增加， 以及满足节能减排的要求使锻造大型筒类铸件成为可能。利用空心钢锭进行筒形件锻造，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，可以减少大量的能源消耗和 材料烧损。利用实心钢锭锻造筒形铸件，钢锭的利用率一般不到65%，而 利用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。目前， 法国的克鲁索公司己经成功浇注了 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。此外，宏观偏析是大型钢锭制造过程中最难解决的问题，而空心钢锭 在铸造过程中，由于可动芯和钢锭模同时对金属液进行冷却，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，所以利用空心钢锭锻 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。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，锻件探伤容易出现超标缺陷。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种可动芯低偏析大型空心钢锭的铸造装置，适用于50 300吨之间所有级别大型空心钢锭制造，解决大型空心钢 锭制造过程中的偏析等问题。 本技术的技术方案是一种可动芯低偏析大型空心钢锭的铸造装置，该铸造装置设有金属型、 可动芯，可动芯置于金属型腔的中心；金属型为下底盘、上底盘、钢锭模 构成，上底盘置于下底盘上，上底盘上安放钢锭模，钢锭模和可动芯之间 形成环形铸件型腔。所述的可动芯低偏析大型空心钢锭的铸造装置，可动芯为外层芯筒、 中间第一层芯筒、中间第二层芯筒、内层芯筒由外到内依次设置而成，内 层芯筒顶部放有盖板，外层芯筒与中间第一层芯筒之间为外层间隙，中间 第一层芯筒与中间第二层芯筒之间为中间层间隙，中间第二层芯筒与内层 芯筒之间为内层间隙。所述的可动芯低偏析大型空心钢锭的铸造装置，外层间隙、中间层间 隙用型砂填充，内层间隙用肋板相连，内层间隙中设有中间测温点和底部 测温点。所述的可动芯低偏析大型空心钢锭的铸造装置，外层芯筒为5 30mm 厚，中间第一层芯筒为5 15mm厚，中间第二层芯筒为5 15mm厚，内 层芯筒为5 30mm厚；外层芯筒与中间第一层芯筒之间空隙10 30mm; 中间第一层芯筒与中间第二层芯筒之间空隙5 50mm;内层芯筒与中间第 二层芯筒之间空隙5 60mm，两者之间用6 24个肋板相连。 所述的可动芯低偏析大型空心钢锭的铸造装置，可动芯顶部设有冷却 介质雾化装置，冷却介质雾化装置插在盖板中心。所述的可动芯低偏析大型空心钢锭的铸造装置，冷却介质雾化装置为 三通形结构， 一个入口为压縮空气入口， 一个为液氮入口， 一个为雾化水 入口，入口另一端为混合气体出口，冷却介质雾化装置的混合气体出口与 可动芯的内层芯筒相通。所述的可动芯低偏析大型空心钢锭的铸造装置，该冷却介质雾化装置 设有混合室、液氮喷嘴、液氮入口管、喷嘴盖、压縮空气入口管和雾化水 入口管，液氮喷嘴一端与压縮空气入口管连通，液氮喷嘴另一端与混合室 连通，液氮喷嘴的圆周上均布有孔；液氮喷嘴外边罩着喷嘴盖，液氮入口 管、雾化水入口管分别安装于喷嘴盖上。所述的可动芯低偏析大型空心钢锭的铸造装置，金属型腔顶部的冒口 周围设有保温板，上底盘中心设有保温板，钢锭模底部设有保护渣。所述的可动芯低偏析大型空心钢锭的铸造装置，还设有浇注系统，浇 注系统为中间包、直浇道、横浇道、内浇道由上至下依次连接而成，上底 盘底部开设内浇道，下底盘顶部开设横浇道，内浇道与横浇道相通。本技术低偏析大型空心钢锭的制造方法，它包括利用计算机模拟 手段合理地设计了钢锭模具、浇注系统，主要采用了可动芯成孔技术、多 种介质不同阶段强冷却技术、可动保护芯技术、冷却介质流量与可动芯温 度控制技术、冷却介质雾化装置、金属液早期电渣保护与惰性气保护技术、 防底盘大温差变化技术保护底盘技术。本技术通过浇注了不同材质钢 水，制备了低偏析空心钢锭。1、可动芯成孔技术(1) 可动芯成孔技术利用多层钢板和耐火材料制成可动芯，在空心 钢锭的铸造过程中，首先制成可动芯，将可动芯固定在上底盘上，外面放 上钢锭模，在钢锭模和可动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) 主要结构采用可动芯成孔技术，可动芯由四层钢板和两层型砂 组成，采用多层芯形成空心钢锭的中心空腔。如图2所示，外层芯筒(最外层钢板)13厚5 30mm，中间第一层芯筒(中间第一层钢板)14厚5 15mm，中间第二层芯筒(中间第二层钢板)15厚5 15mm，内层芯筒(内 层钢板)16厚5 30mm;最外层钢板13与中间第一层钢板14之间空隙(外 层间隙17) 10 30mm;中间第一层钢板14与中间第二层钢板15之间空隙 (中间层间隙18) 5 50mm;内层钢板16与中间第二层钢板15之间空隙 (内层间隙19) 5 60mm，两者之间用6 24个肋板相连；将可动芯5固 定在底盘2上，外面放上钢锭模4，在钢锭模4和可动芯5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。(3) 主要效果在钢水浇注开始时，向可动芯中通入压縮空气，当钢 水浇注1 15分钟后，利用冷却介质雾化装置引入液氮，引入液氮时间超 过钢锭打箱时间的3/4以后，利用冷却介质雾化装置引入雾化水直至钢锭打 箱。在可动芯内层钢板的圆桶中形成低温混合气体，低温混合气体通过可 动芯的内层钢板与中间第二层钢板之间的空隙，混合气体在通过该空隙的 过程中，带走大量热量，对可动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) 使用方法首先制造多层钢板的同心圆芯筒，准备相应数量的筋 条。四个钢板芯筒制造完成后，将中间第一层、第二层钢板与内层及筋条 焊在一起，再与外层芯筒套在一起，保持同心。在可动芯制造过程中，钢 板之间的间隙用耐火材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可动芯低偏析大型空心钢锭的铸造装置，其特征在于：该铸造装置设有金属型、可动芯，可动芯置于金属型腔的中心；金属型为下底盘（１）、上底盘（２）、钢锭模（４）构成，上底盘（２）置于下底盘（１）上，上底盘（２）上安放钢锭模（４），钢锭模（４）和可动芯（５）之间形成环形铸件型腔。

【技术特征摘要】

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