一种复合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铸造装置，解决大型空心钢锭制造过程中的偏析问题。该铸造装置的金属型设有下底盘、上底盘和钢锭模，上底盘置于下底盘上，上底盘上安放钢锭模；上底盘开设内浇道，下底盘顶部开设横浇道，内浇道与横浇道相通，横浇道与直浇道相通，直浇道上设有中间包；复合芯设有外芯筒、型砂、中间芯筒和内芯筒，复合芯置于金属型腔的中心，外芯筒、型砂、中间芯筒和内芯筒由外到内依次设置，内芯筒顶部放有盖板，金属型腔顶部的冒口周围设有保温板。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。（*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铸造装置。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，能源、石油化工业发展迅速，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、7K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。我国装备制徵的迅速发展，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。 利用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，才可以进行冲孔。冲孔需要在专用模具上进行，禾l」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。禾佣实心钢锭锻造筒形铸件，钢锭的禾,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。宏观偏析是大型钢锭制造过程中;^隹解决的问题，空心钢锭在铸造过程中， 由于芯子和钢锭模同时对金属液謝亍冷却，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。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复合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问题，以及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fNf伤容易出现超标缺陷等问题。本技术利用平 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 显差冷却技术开发了大型空心钢锭，收到了较好效果。本技术的技术方案是一种复合芯低偏析大型空心钢锭的铸造装置，该铸造装置包括金属型、复合 芯、浇注系统，金属型设有下底盘、上底盘和钢锭模，上底盘置于下底盘上，上 底盘上安放钢锭模；浇注系统设有中间包、直浇道、横浇道、内浇道，上底盘开 设内浇道，下底盘顶部开设横浇道，内浇道与横浇道相通，横浇道与直浇道相通， 直浇道上设有中间包；复合芯设有外芯筒、型砂、中间芯筒和内芯筒，复合芯置 于金属型腔的中心，外芯筒、型砂、中间芯筒和内芯筒由外到内依次设置，内芯 筒顶部放有盖板，金属型腔顶部的冒口周围设有保温板。所述的复合芯低偏析大型空心钢锭的铸造装置，还包括液氮引射器装置，液 氮引射器装置为三通形结构， 一个入口为压縮空气入口， 一个为液氮入口，另一 个为混合气体出口 ，液氮弓l射器装置的混合气体出口与复合芯的内芯筒相通。所述的复合芯低偏析大型空心钢锭的铸皿置，该液氮弓l射器装置设有混合 室、液氮入口管、液氮喷嘴、液氮喷嘴盖、喷管、压縮空气入口管，喷管一端与 压縮空气入口管连通，喷管另一端与液氮入口管连通，液氮入口管与混合室连通； 液氮入口管外罩液氮喷嘴盖，液氮喷嘴盖上设有与液氮入口管相通的液氮喷嘴， 液氮弓谢器装置的混合室插在盖板中心。本技术主要是指在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) 复合芯成孔技术禾佣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，夕卜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。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。 钢水外侧由钢锭模起冷却作用，内侧由芯子进行冷却。钢水内夕卜侧同时冷却，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7jC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 个钢板芯筒制造完成后，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，即可使用。2、 大温差冷却技术(1)大温差冷却技术采用低温混合气体X寸高温型芯进行冷却。利用气体的 低温吸热能九增加气体冷却强度，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樹目比，该技术所使用的气体为压縮空 气和液氮的混合气体，气体温度可以达到一5(TC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，使其在大的钢水静压力作用下，不发生变形。使复合芯在钢水 凝固之后，能顺利取出。同时，使钢水的结晶潜热大量从复合芯一侧散出，保证 了钢水从内外两侧向中间同时凝固，有利于控帝搠锭的偏析。(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7K浇注l 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铸造装置，其特征在于：该铸造装置包括金属型、复合芯、浇注系统，金属型设有下底盘（１）、上底盘（２）和钢锭模（３），上底盘（２）置于下底盘（１）上，上底盘（２）上安放钢锭模（３）；浇注系统设有中间包（１１）、直浇道（１２）、横浇道（１３）、内浇道（１４），上底盘（２）开设内浇道（１４），下底盘（１）顶部开设横浇道（１３），内浇道（１４）与横浇道（１３）相通，横浇道（１３）与直浇道（１２）相通，直浇道（１２）上设有中间包（１１）；复合芯设有外芯筒（５）、型砂（６）、中间芯筒（７）和内芯筒（８），复合芯置于金属型腔的中心，外芯筒（５）、型砂（６）、中间芯筒（７）和内芯筒（８）由外到内依次设置，内芯筒（８）顶部放有盖板（１０），金属型腔顶部的冒口周围设有保温板（９）。

【技术特征摘要】

【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：实用新型
国别省市：89[中国|沈阳]