微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法和模具技术

本发明专利技术涉及模铸钢锭制备领域，具体是一种微缺陷高利用率优质钢锭的制备方法和模具，应用于真空和非真空条件下碳钢、合金钢以及有色金属的制备，对各种材料的钢锭内部的缩孔疏松、偏析、沉积锥等缺陷均有抑制作用。采用上小下大模具设计，采用振动装置进行微区触发形核细化晶粒，采用等离子埋弧加热对冒口进行加热，采用高温脱模工艺，采用保温材料对脱模后钢锭进行保温，降低钢锭、中心的热应力，采用钢锭自补缩机制消除钢锭内部的缩孔疏松缺陷。本发明专利技术有效解决钢锭内部缩孔疏松缺陷问题，减少冒口尺寸，大大提高钢锭利用率及生产效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模铸钢锭的制备领域，具体是一种微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法和模具，应用于真空和非真空条件下碳钢、合金钢以及有色金属的制备，对各种材料的钢锭内部的缩孔疏松、偏析、沉积锥等缺陷均有抑制作用。
技术介绍
近年来，随着我国电力工业，核工业和石油化学工业的迅猛发展，对大型锻件的需求量越来越大，同时也对大型锻件的品质要求越来越高。大型锻件是能源电力、交通运输和冶金机械等重要领域配套装备的基础，是衡量国家工业水平的重要标志。2009年国务院明确将提升大型锻件制造技术水平作为国家《装备制造业调整振兴规划》的重点。钢锭以及铸坯是大型锻件的先期产品，其质量对提高大型锻件质量尤为重要，钢锭或坯料的质量直接影响锻件的质量。钢锭内部的缩孔疏松，成分偏析以及夹杂物等缺陷影响钢锭的内在质量。目前，工业界通常采用的钢锭一般都为小的高径比设计或者大的钢锭冒口设计，甚至将钢锭的冒口端以及尾锥端切掉100-300mm，造成钢锭的利用率低。浪费了大量的能源、材料以及人力物力，即便这样，锻件的合格率也比较低，制约了高质量锻件的发展。由于大型钢锭的凝固过程非常漫长，例如百吨级钢锭需要三十几个小时，致使金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法，其特征在于：对于模铸钢锭采用上小下大模具设计，采用振动装置进行微区触发形核细化晶粒，采用等离子埋弧加热对冒口进行加热，采用高温脱模工艺，采用保温材料对脱模后钢锭进行保温，降低钢锭中心的热应力，采用钢锭径向补缩机制消除钢锭内部的缩孔疏松缺陷；其中，（1）钢锭设计钢锭锭身和冒口模具均采用上小下大的锥形结构，钢锭的高径比为1.5?5；（2）微区触发形核技术在钢锭浇注后，在钢锭的顶部，使用振动装置进行微区触发形核操作，利用耐火材料对金属液进行振荡，增加金属液的形核密度；（3）等离子埋弧加热技术在实施振动微区触发形核操作之后，采用等离子埋弧加热技术，对钢锭金属液...

【技术特征摘要】
1.一种微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法，其特征在于对于模铸钢锭采用上小下大模具设计，采用振动装置进行微区触发形核细化晶粒，采用等离子埋弧加热对冒口进行加热，采用高温脱模工艺，采用保温材料对脱模后钢锭进行保温，降低钢锭中心的热应力，采用钢锭径向补缩机制消除钢锭内部的缩孔疏松缺陷；其中， (O钢锭设计 钢锭锭身和冒口模具均采用上小下大的锥形结构，钢锭的高径比为1. 5-5 ； (2)微区触发形核技术 在钢锭浇注后，在钢锭的顶部，使用振动装置进行微区触发形核操作，利用耐火材料对金属液进行振荡，增加金属液的形核密度； (3)等离子埋弧加热技术 在实施振动微区触发形核操作之后，采用等离子埋弧加热技术，对钢锭金属液进行加热，增强钢锭冒口保温能力，有利于提高金属液的凝固补缩，减少钢锭的冒口尺寸，提高利用率； (4)钢锭高温脱模保温及径向补缩技术 钢锭高温脱模，采用保温材料对脱模后钢锭进行保温，降低钢锭中心的热应力；利用钢锭凝固过程中高温壳层收缩，减轻或消除中心缩孔疏松；脱模需要凝固壳厚度为60-150mm，钢锭壳温为900-1200°C ;在后续凝固过程中保温，提高壳层收缩能力。2.按照权利要求1所述的微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法，其特征在于所述步骤I)中，冒口采用分体挂保温板方法，其保温板内侧与锭身处钢锭外表面相齐，保温板的厚度为30-80mm，高度为300-600mm，保温板根据冒口尺寸进行无缝隙一体化设计，在保温板外侧还存在一层保温板支承物，保证高温脱模后，粉化后的保温板不脱落；钢锭倒锥度在2%-5%之间，冒口的锥度为1_9%，实现钢锭与冒口无过渡的一体化设计，提高冒口的利用率。3.按照权利要求2所述的微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法，其特征在于钢锭粉刷耐1600°C以上高温的钢锭模涂料，厚度为O. 3-0. 5mm。4.按照权利要求1所述的微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法，其特征在于所述步骤2)中，振动装置的振动频率为2-60Hz，振幅为5-100mm ;振荡装置连接耐火材料，耐火材料采用高铝耐火砖，其耐火度在1600°C以上，耐火材料在使用前需烘烤到600°C以上；振荡过程中，金属液面进行氩气保护，防止金属液氧化；振动装置放入位置位于冒口直径或边长的1/3-1/2处；与振荡装置连接的耐火材料浸入金属液中，在振荡过程中，耐火材料在金属液中的深度为2-100_，浸入金属液中耐火材料的尺寸占整个耐火材料的1/2-1/10 ；振动时间为，5-15吨钢锭振动时间为10-15min，15-30吨钢锭振动时间为15_20min，30-80吨振动时间为20-35min。5.按照权利要求1所述的微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法，其特征在于所述步骤3)中，采用等离子埋弧加热枪，对钢锭顶部进行加热；先进行等离子埋弧加热枪起弧，预热，在钢锭浇注完成后立即加热；氩气通入量为10 15L/min，压力为O.1 O...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏伟，傅排先，栾义坤，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：发明
国别省市：