[发明专利]一种双向冷却动态浇注复合铸锭的方法及其装置

说明书

本发明针对现有技术中浇铸大型钢锭或合金钢锭存在的问题，提供了一种双向冷却动态浇注复合铸锭的方法及其装置。该方法的步骤包括：原料准备，芯坯准备，铸模与芯坯的组装，布模，排空模腔内空气，转动芯坯，浇注金属熔体，铸锭冷却；并提供了该方法所使用的装置。本发明通过在铸模内预置多块作为搅拌器的低温芯坯，从内外两个方向对铸锭进行强制冷却，增强对金属熔体凝固过程中温度场的控制，浇注熔体与被冲熔的芯坯一起形成内部含有大量晶核和半固态质点的过冷的熔体，转动的芯坯还可以清洁芯坯表面，提高芯液界面结合质量，增加形核率，细化组织，减轻疏松和气孔缺陷，使溶质分布更均匀，获得内部组织细密的各种吨位的大型合金钢锭。

技术领域

本发明属于金属铸锭的生产方法技术领域，特别涉及一种双向冷却动态浇注复合铸锭的方法及其装置。

背景技术

目前，模铸在钢锭的生产中仍然占有一定比例，这主要是因为模铸可以生产连铸无法生产的大断面钢锭，从而提高成材的压缩比，得到内部组织更加细密均匀的产品。此外，模铸还具有批量小、生产灵活、适应性强等特点。但随着锭型尺寸的增加，凝固速度减慢，由此带来一系列的质量问题，各种偏析加剧、疏松及缩孔增加、非金属夹杂物增多、柱状晶发达、等轴晶粗大，导致钢锭的内部质量大幅度下降。采用电渣重熔方法也能生产大型铸锭，但电渣重熔铸锭的尺寸受限，电能消耗高，电极熔化速度慢，生产效率低，生产成本高，如果渣系中含有氟化钙还会导致氟的大气污染。为了提高模铸钢锭的内部质量，根据钢锭的凝固特点，人们开发了多种提高钢锭内部质量的方法，专利文献CN103212674和CN201157895公开了一种在铸模底部和侧壁通水强制冷却铸锭的技术，通过这种铸模强制冷却技术可以生产出单重更大的钢锭，但该方法适合中小锭型，钢锭尺寸增大时，采用水冷锭模效果明显减弱。专利文献CN200910010862公开了一种多包合浇抑制大型钢锭偏析的方法，该方法采用多个浇包梯次浇注，不同浇包内钢水的碳含量根据偏析的规律逐渐降低，不同浇包的浇注时间间隔逐渐增长，但该方法的工艺参数控制难度大，钢锭内部质量不稳定。专利文献CN101927336公开了一种以连铸坯为结晶器模腔进行复合铸造特厚板坯的方法，这种特厚板坯由2块或2块以上的连铸坯组成结晶器，并在其间浇注钢水凝固复合而成，该方法存在的明显缺点是板坯与凝固组织之间的界面容易氧化、分离，导致复合失效。专利文献CN101406937和CN101279359公开了一种在铸模中心加装低温芯棒生产低偏析大型空心钢锭的制造方法，该方法通过在钢锭型腔中预先布置一圈或几圈低温钢棒增加钢锭冷却凝固速度，获得成分比较均匀、组织比较细小的低偏析大型钢锭。但该方法中棒料与锭重比例需要控制在0.8％～3％范围之内，冷却效果不佳，而且棒料预热温度较低时，钢液与棒料结合界面易产生孔隙。专利文献201510835843.8、201510138188.0、201410742466.9和2014104875430都公开了一种在铸模内设置钢芯进行复合浇铸大型合金钢锭的方法，由于浇注前在铸模内预置一块或多块低温的钢芯，故可以从熔体内部强化熔体的冷却，从而提高熔体的凝固速度，细化铸态内部组织。但这些方法没有考虑钢芯与熔体之间的结合问题，由于钢芯表面吸附大量气体，当钢芯预热温度不高，静止不动，钢液围绕其凝固时，钢液与钢芯之间的界面会形成气孔、夹渣等缺陷，因此造成铸锭内部质量缺陷。

发明内容

本发明针对现有技术中浇铸大型钢锭或合金钢锭存在的问题，提供了一种双向冷却动态浇注复合铸锭的方法及其装置，利用该方法及其装置通过在铸模内预置多块低温的芯坯，将钢液浇注到芯坯上，并采用与金属熔体成分相同的芯坯作为搅拌器对熔体进行搅拌，可以从内外两个方向对铸锭进行强制冷却，缩短金属熔体的凝固距离，增强对金属熔体凝固过程中温度场的控制，提高熔体的凝固速度，浇注熔体与被冲熔的芯坯一起形成内部含有大量晶核和半固态质点的过冷的熔体，转动的芯坯还可以清洁芯坯表面，提高芯液界面结合质量，可以强制熔体流动，打碎熔体内粗大的枝晶，增加形核率，细化组织，可以阻止枝晶搭接，减轻疏松和气孔缺陷，使溶质分布更均匀，减轻各种偏析缺陷，因此可以获得内部组织细密的各种吨位的大型合金钢锭。

本发明提供的一种双向冷却动态浇注复合铸锭的方法，包括以下步骤：