[实用新型]一种改善大型铸钢件宏观偏析和疏松的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种能够改善大型铸钢件中心区域偏析和疏松的形成金属铸锭的装置。

背景技术

近年来中国重型装备制造业发展迅速，对于大型铸锻件的需求也越发旺盛，特别是航空、航天、航海重大型号项目所需的关键构件与型材，以及核电、能源核心材料与构件等。以对大型铸锻件需求较多的核电设备为例，预计到2020年，核电占电力总装机容量的比例将由4％调高到8％以上。据此推算，将带动核电装备制造业7000亿～7500亿元的市场需求。这类产品所用钢材中的相当一部分均由大型钢锭经过开坯、压延、锻造等加工过程生产的，其最终产品质量的好坏与由钢锭制得的铸锻件质量密切相关。要获得高质量的铸锻件，必须对钢锭中固有的质量缺陷如成分偏析、组织疏松等进行控制，这是因为偏析物的存在和组织疏松必然导致偏析区的脆化，形成钢锭中的裂纹源，会明显降低铸锭及铸件的力学性能，并且很难通过热处理等后续工艺给予消除。

大型铸钢件凝固过程中产生的区域偏析不但严重恶化铸钢件的质量，而且严重影响经济效益。整个凝固过程必定是在液相中出现固相的结晶核，而晶核在逐渐消耗液相金属的同时不断长大，这种凝固过程中发生的变化，控制着大型铸钢件的组织和质量。在凝固过程中，从粘度较小的液体变为粘度较大糊状区，然后凝固成固体，体积也在不断地发生变化。如果液体金属不能连续地向正在凝固的区域补送，则由于这种体积的变化就会产生钢锭内部的组织疏松。另一方面，金属在凝固过程中的选分结晶，导致晶体中不可避免的出现偏析。偏析分为两种：一种是晶粒尺寸范围(包括晶界)内化学成分不均造成的微观偏析；另一种是铸坯整个断面上化学成分不均匀造成的宏观偏析。其中宏观成分偏析是铸锭、特别是合金铸锭和大型铸件生产中经常遇到的一种铸造缺陷。

为了满足市场对高品质大型铸钢件的大量需求，探索一种方法来克服钢锭组织机构的区域偏析和疏松两种缺陷不仅意义重大，而且具有非常重要的实际价值。为此国内外学者进行了大量的研究工作，其中有人提出在大型钢锭浇注过程中，向钢锭中加入钢球，增加钢锭内部的形核质点、加快钢锭的冷却速度，从而获得低偏析大型钢锭的方法，但这种方法的缺陷是钢球在钢锭型腔中的位置不可控；也有人提出了在钢锭模中下部及钢锭模底盘中预铸通气管道，然后通入压缩空气进行冷却，大大提高了大型钢锭的冷却速度，抑制大型钢锭各种偏析的方法，但该法对中心偏析和中心疏松的抑制效果不佳。

实用新型内容

本实用新型创造的目的在于设计出一种用于改善铸件宏观偏析和疏松的装置，以此增加细等轴晶的数量，以便解决铸件化学成分宏观偏析、疏松以及铸件利用率低等问题，从而生产出化学成分更均匀的低偏析、少疏松铸件。

本实用新型提供了一种形成金属铸锭的装置，所述装置包括铸锭模以及与铸锭模同心地设置在所述铸锭模内部的用于加速金属液凝固的促凝构件。其中，所述促凝构件包括金属套筒和金属板架，所述金属板架固定在金属套筒中，且金属板架的下端伸出金属套筒的下端并与所述铸锭模的底部连接，金属板架的上端不超出金属套筒的上端。

在本实用新型的一个实施例中，所述金属套筒和所述金属板架的材质可以与待浇铸金属液相同，或者所述金属套筒和所述金属板架的组成元素可以与待浇铸金属液相同且所述金属套筒和所述金属板架中的易偏析元素P和S的含量按重量百分比计分别比待浇铸金属液中的对应元素含量至少低0.01％，并且所述金属套筒和所述金属板架中的非易偏析元素C、Si和Mn分别比待浇铸金属液中的对应元素含量低1％～2％。

在本实用新型的一个实施例中，所述金属套筒的横截面可以为圆形、扁圆形或边数大于或等于3的多边形。

在本实用新型的一个实施例中，所述金属套筒的高度可以为钢锭模空腔高度的3/5～4/5。

在本实用新型的一个实施例中，所述金属板架的下端伸出所述金属套筒下端的部分的高度可以为80mm～100mm。

在本实用新型的一个实施例中，所述金属套筒和金属板架的厚度可以为铸锭模内径的1/500～1/200且至少为1mm。

在本实用新型的一个实施例中，所述金属板架可以由一条或两条以上的金属板焊接而成，并且其横截面可以为“-”形、“+”形、“T”形、“Y”形或“井”形。

在本实用新型的一个实施例中，所述金属板架的上端可以与金属套筒的上端平齐。