[发明专利]内置冷芯和顶置电磁场铸造大型钢锭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢锭铸造方法，特别是一种内置冷芯和顶置电磁场铸造大型钢锭的方法。

背景技术

近年来，随着冶金设备、造船、电力、核能、国防军工、高层建筑、石油化工、重型机械等重要领域的快速发展，对大型铸锻件的需求明显增加，对其品质要求愈加苛刻，有的还要求具有较高的Z向性能和探伤合格率。传统模铸钢锭在凝固过程中会不可避免地产生疏松和缩孔，且钢锭越大、高径比越大，中心缺陷愈加突出。为此，为保证钢锭锻造质量，部分钢锭锻造过程中必须增加1～3个火次，反复镦粗和拔长，甚至一些大型钢锭的中心部位严重缺陷在多次热加工后依然难以焊合。因此，人们开发很多新技术试图克服上述问题。如电渣重熔铸造钢锭技术，该技术首先将连铸板坯剪裁并焊接成自耗电极，利用自耗电极与保护渣之间的电弧放电，将自耗电极熔化成钢液滴，液滴经渣洗落至熔池，以去除硫和夹杂等，再经水冷结晶器强冷凝固，得到内部致密、纯净的大型钢锭。但此法生产效率较低、电耗高、工序多，适应高端产品，并不适合大众产品。其他研究者采用石墨电热帽口促进钢锭凝固过程补缩。但对于大型钢锭而言，即使补缩顺畅，钢锭中心组织粗大、偏析严重等中心质量缺陷依然难以有效控制。

发明内容

本发明提供一种内置冷芯和顶置电磁场铸造大型钢锭的方法，能够铸造出成材率高、中心缺陷极少的大型钢锭。

本发明提供的内置冷芯和顶置电磁场铸造大型钢锭的方法包括如下步骤：

a.冷芯制备

选取冷芯，其内部无疏松、缩孔、夹杂和气体，且经过表面打磨，无氧化层和污浊，铸造普通钢锭时，冷芯选择与钢锭成分相近的材质；

b.冷芯预热

将冷芯均匀预热，预热温度控制在150℃～350℃；

c.内置冷芯

在浇注钢锭之前，在钢锭模中心处预置一冷芯；

d.排空气

将氩气充入锭模，将钢锭模内空气排净；

e.钢锭充型

以下注或上注方式将精炼好的钢液进行充型；

f.顶置电磁场

在帽口内保温耐火材料外围设置感应线圈，感应线圈通50～5000Hz交变电流获得电磁场，充型结束后，开启帽口电磁场电源，供电功率介于20KW～10000KW，采用持续供电或间断供电方式，总加热时间小于或等于锭身的凝固时间。

g.脱模冷却

停止电磁场电源供电，脱去锭模，冷却钢锭。

上述步骤a中所述的冷芯其截面形状与钢锭截面相同或相近，截面面积为钢锭截面的20％～40％，冷芯上表面距离锭身顶部≤350mm，冷芯下表面与锭底部的距离≤450mm。

上述步骤a中所述的冷芯成分中C、Si、Mn、P、S元素含量略低于钢液。

本发明与现有同类方法相比，其显著的有益效果体现在：

1.内置冷芯不但能够改善大型钢锭中心凝固缺陷，还可以通过选取C、S、P等元素含量略低于钢液的冷芯，并结合内置冷芯可以增强钢液冷却强度的能力，来大幅度降低钢锭凝固偏析程度，以提高大型钢锭的质量和利用率。

2.冷芯在铸造时只有表面熔化，而内部相当于利用钢液的结晶潜热进行了一次正火，对提高冷芯内部质量更为有利。

3.冷芯可以采用废弃轧辊等作为原料，有助于废品重新利用，降低成本。另外，内置冷芯后，需冶炼浇注钢液量大幅度降低，可进一步降低大型钢锭生产成本。

4.采用内置冷芯方法可以铸造普通大型实心钢锭，亦可通过内置不同于钢液成分的冷芯来铸造大型复合钢锭。

5.顶置电磁场具有加热和搅拌作用，加热作用可以弥补内置冷芯吸收的钢锭顶部热容量，有利于提高钢锭补缩效率，降低帽容比和压力加工切头率；搅拌效应能够分散元素偏析，促进夹杂上浮。

因此，采用本发明能够有效提高钢锭凝固质量，适用于各种规格、材料和形状的实心钢锭和实心复合钢锭的铸造。

附图说明

图1是大型钢锭凝固缺陷示意图。

图中：1、缩孔和疏松；2、V型偏析；3、A型偏析；4、锭芯部粗大的结晶组织；5、沉积锥。

图2是采用上注时的内置冷芯和顶置电磁场铸造大型钢锭示意图。

图3是采用下注时的内置冷芯和顶置电磁场铸造大型钢锭示意图。

图中：6、顶置电磁场装置；7、保温耐火材料；8、钢锭模；9、钢锭；10、内置冷芯；11、反射注水口；12、固定杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。