[发明专利]一种可动芯低偏析大型空心钢锭的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及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制造方法。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。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可动芯低偏析大型空心钢锭的制造方法，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。

本发明的技术方案是：

本发明主要是指在50～300吨之间所有级别的大型空心钢锭制造过程中，提供一种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。本发明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。