[发明专利]一种消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法

说明书

技术领域

本发明属于钢锭制造与冶金工程领域，具体地说是一种消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法。

背景技术

钢锭是大型锻件的母材，利用钢锭锻造的大型锻件广泛应用于水电、火电、核电等能源领域，采矿、炼钢、轧钢等冶金领域，火车、汽车、船舶等运输领域。大型锻件是诸多行业中大型设备的核心部件和骨干部件，如火电低压转子、大型船用曲轴、宽厚板轧机支承辊等。大型锻件质量决定着大型设备的运行质量，而决定大型锻件质量的关键正是钢锭，我国每年需要大型钢锭约2000万吨。

目前，钢锭的制备方法主要是模铸法。利用金属模具，采用上注或下注方法进行浇注，金属液在钢锭模中凝固。这种方法生产的钢锭存在严重的偏析、夹杂、缩孔疏松问题，钢锭平均利用率不足60％。而且采用模铸法制备大型钢锭生产周期长、效率低、能耗高。

为了提高钢锭生产效率，同时提高材料利用率，近年来采用连铸方法生产大直径钢锭越来越受到重视。该技术是将金属液连续浇注到水冷结晶器中，钢水在水冷结晶器中凝固，并通过引锭装置不断将凝固部分由下端拉出，实现钢锭的连续铸造。钢锭连铸技术分为两类：其一为半连续铸造(立式连铸)，即将钢锭垂直拉坯一定长度后，静置，使其完全凝固后，入炉保温；其二为全连续铸造(弧形连铸)，即钢锭拉出后通过弯曲和矫直机构将连铸钢锭由竖直状态转变为水平状态，通过切割装置将连铸钢锭切取成所需尺寸。半连续铸造方法更适用于制造超大直径的连铸钢锭。

连铸钢锭直径一般大于Φ600mm，出结晶器后，钢锭表面凝固层厚度只有几十毫米，芯部金属仍处于液态。由于截面尺寸较大，蓄热量大，凝固时间长，且高径比大，凝固后期，金属液难于实现长程补缩，从而造成连铸钢锭中心疏松、缩孔甚至缩裂，致使连铸钢锭报废。目前，中心疏松、缩孔和缩裂是制约钢锭连铸技术向大截面和超大截面发展的瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除大型连铸钢锭中心缩孔疏松缺陷的方法，解决现有技术中连铸钢锭中心质量差，废品率高，且难于向大型化发展的问题。

基于此目的，本发明的技术方案是：

一种消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，采用置入金属棒的方法生产无缩孔疏松缺陷、直径为Φ600～1800mm的连铸钢锭。

所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，选用与连铸钢锭相同或相近材质的金属棒。

所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，将金属棒旋转插入连铸钢锭中心。

所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，金属棒直径及其插入时机通过计算机模拟准确确定。

所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，金属棒插入连铸钢锭中心后，实现与钢锭的冶金融合。

所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，采用半连续立式连铸方法，连铸钢锭高度为5～15m，结晶器直径尺寸范围为Φ600～1800mm，置入金属棒的直径尺寸范围为Φ20～150mm，金属棒的长度为3-15m。

所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，首先将熔炼处理好的过热度为10～50℃的钢水浇入水冷结晶器中，待钢水凝固结晶至凝固层厚度为30～100mm时，采用引锭装置，以0.02～0.50m/min的速度将连铸钢锭拉出结晶器。

所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，待连铸过程结束后，将金属棒表面清理干净，并预热至80～300℃，待钢锭液芯进入凝固糊状区时，将金属棒由连铸钢锭顶部中心旋转插入连铸钢锭的钢锭液芯中，金属棒的旋转速度ω＝5～100rpm。

所述的消除连铸钢锭中心缩孔和疏松的方法，该方法同样适用于采用模铸方法生产的钢锭，即，在模铸钢锭中心置入金属棒消除中心缩孔疏松缺陷。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用旋转插入金属棒的方法，实现减轻或消除连铸钢锭中心疏松、缩孔和缩裂缺陷。

2、采用与连铸钢锭具有相同或相近材质的钢棒，有利于提高钢锭的纯净度，且可以防止后续锻造过程中内裂纹的产生。

3、本发明采用旋转方法置入金属棒，有利于金属棒对中，防止偏心，最大可能增加金属棒与钢锭的同心度。

4、采用计算机模拟技术，准确确定金属棒的直径和插入时机，避免插入过早，金属棒完全融化，无法实现降低疏松和缩孔的目的；同时可防止插入过晚，导致金属棒无法与连铸钢锭芯部液态金属实现冶金融合，造成内部裂纹。

5、采用该技术可以进一步发挥连铸技术的优势，将连铸钢锭向大截面、大尺寸拓展，覆盖更大吨位的模铸钢锭，从而更大限度的取代生产效率低、材料利用率低的模铸钢锭。

6、本发明同时可应用于模铸钢锭，用于降低或消除模铸钢锭缩孔、疏松和偏析等缺陷。