[发明专利]一种通过机械搅拌抑制大型钢锭宏观偏析的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过机械搅拌抑制大型钢锭宏观偏析的方法，具体地说是一种通过机械搅拌钢液，影响凝固过程从而抑制大型钢锭宏观偏析的方法，属于低偏析大型钢锭制造技术。本发明适用于所有规格、所有材质的砂型和金属型的大型钢锭制造。

背景技术

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，对大型铸锻件的需求量越来越大，同时也对大型铸锻件的品质要求越来越高。大型钢锭是大型铸锻件的先期产品，其质量对提高大型铸锻件质量尤为重要。大型钢锭的凝固时间非常长(根据钢锭吨位不同，几十小时到上百小时不等)，溶质再分配充分，致使碳、磷等低熔点、低密度元素在凝固前沿富集，加上其它物理过程，如热溶质对流等的影响，使钢锭不同区域化学成分不均匀，造成宏观偏析，最后凝固区域组织粗大。

大型钢锭的偏析问题倍受科研工作者和企业界关注，虽然在偏析形成机理方面取得一定的进展，如偏析类型、偏析位置的确定等，但是在偏析控制措施方面进展缓慢，几乎没有一项有效的措施可以来抑制宏观偏析。电磁搅拌在连铸方面得到广泛应用，但大尺寸铸件磁场强度衰减严重，应用受到很大限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过机械搅拌抑制大型钢锭宏观偏析的方法，以解决大型钢锭化学成分不均匀，晶粒粗大，低熔点、低密度元素(C、P等)的“A”型和“V”型等宏观偏析，钢锭利用率低等问题，从而生产出化学成分均匀的低偏析大型钢锭。

本发明的技术方案是：

本发明开发了一种通过机械搅拌抑制大型钢锭宏观偏析的方法，包括如下步骤：

1)在大型钢锭凝固层达到10mm以上的厚度后，采用机械搅拌装置开始沿着凝固前沿开始搅拌，凝固层厚度在30～100mm之间为宜；

2)搅拌装置采用中空碳棒，内部通冷却空气进行冷却；

3)碳棒直径为50～150mm，长度达到锭身高度的1/2；

4)碳棒在热处理炉中进行均匀预热，碳棒最终温度不低于100℃，钢棒预热温度一般为100℃～250℃；

5)搅拌位置随凝固前沿向钢锭中心推进而移动，到达钢锭半径的1/3～1/2后即可停止搅拌。

本发明搅拌装置用碳棒制作，内部中空，表面光洁，不含任何防锈剂或其它油污。

本发明中，大型钢锭是指100～600吨的钢锭，钢锭的高度在4000mm～7000mm。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明以大型钢锭计算机模拟结果为依据，通过机械搅拌，使枝晶前端破碎，增加钢锭内部的形核质点、加快钢锭的冷却速度，对大型钢锭的偏析有明显的抑制作用。从而，能够抑制溶质对流，防止偏析通道的形成而获得成分均匀、组织细化的低偏析钢锭。

2.本发明运用合理的冶炼工艺提高钢水纯净度，采用合理的机械搅拌工艺，使钢锭化学均匀化，组织细化，大大提高了钢锭使用性能，显著减轻了钢锭顶部正偏析、底部负偏析、“A”型和“V”型宏观偏析，提高了钢锭的质量和利用率。

3.本发明适用于各种材质和吨位的低偏析大型钢锭的制造。利用本发明生产的低偏析大型钢锭具有高性能、高材料利用率、低成本的特点，很容易得到用户认可，由于市场潜力巨大，一旦被广泛采用，将有几十亿元以上的产值。

附图说明

图1大型钢锭宏观偏析示意图；图中，8、冒口偏析带；9、“A”型偏析带；10、“V”型偏析带；11柱状晶；12细等轴晶；13负偏析带。

图2搅拌装置示意图；图中，14冷却装置；15碳棒。

图3凝固层厚度达到10mm时开始搅拌10mim，钢锭中间截面整体硫印图。

图4本发明通过机械搅拌抑制大型钢锭宏观偏析的装置示意图；图中，1搅拌装置；2保温覆盖剂；3保温冒口套；4钢锭型腔；5钢水；6钢锭模；7保温冒口。

图5未进行机械搅拌的钢锭的中间截面整体硫印图。

图6凝固层厚度达到30mm开始搅拌，凝固前沿推进到1/4半径时停止的钢锭中间截面整体硫印图。

图7凝固层厚度达到80mm开始搅拌，凝固前沿推进到1/2半径时停止的钢锭中间截面整体硫印图。

具体实施方式

本发明一种通过机械搅拌抑制大型钢锭宏观偏析的方法：