[发明专利]加热式充压型水冷钢锭模具及冷却方法

说明书

本发明涉及一种加热式充压型水冷钢锭模具及冷却方法，其包括加热装置、冷却装置、气体流通装置、铸箱、旋转组件和中央控制计算机；加热装置与铸箱活动连接，气体流通装置固定在铸箱上壁，铸箱与旋转组件固定连接，冷却装置设置在铸箱的外侧；中央控制计算机远程控制加热装置、旋转装置和冷却装置。第一电动推杆通过连杆与隔热柱筒连接；第二电动推杆通过螺栓固定于柱筒内上筒壁。本发明能够实现对铸液中心的逐级加热、成型过程中的氮气施压以及分级冷却水流量控制，可以有效解决大型合金钢锭冷却成型后中心缩孔缩松缺陷，减轻金属成型过程中的宏观偏析，提高其使用性能。

技术领域

本发明涉及冶金铸造的技术领域，涉及用于大型钢锭冷却成型的模具，特别是一种加热式充压型水冷钢锭模具及冷却方法。

背景技术

为应对现代工业节约各种装置制造成本的需要，压力容器、锅炉、钻井平台及各类舰船用板等装置都逐步趋向于大型化；被应用于制造这些重大技术装备的大单重(≥20t)、特厚(≥100mm)钢板的需求量也越来越大，同时为保证大型装置的安全可靠性，对其使用的特厚钢板的质量要求越来越严格，不但要求强度高，还要求钢质洁净度、均质性好。

水冷模铸技术相对于连铸及传统模铸技术有着成材率高于传统模铸，轧制压缩比要求小于连铸坯；可浇筑合金含量较高、连铸不适宜的钢种；生产灵活，可以生产小批量品种等优点。

大型合金钢锭质量决定了锻件质量，特厚钢锭在铸造过程中往往有着宏观偏析和中心缩孔疏松等缺陷。宏观偏析通常难以通过后续处理消除，导致产品大量报废；在对大型钢锭解剖之后，结果发现非常严重的轴线缩孔疏松带，在钢锭底部发现负偏析区域，大型钢锭宏观偏析、内部缩孔缩松的世界性难题，造成了巨额的经济损失。

发明内容

针对以上不足，本发明提出了一种加热式充压型水冷钢锭模具及冷却方法，能够实现对铸液中心的逐级加热、成型过程中的氮气施压以及分级冷却水流量控制，可以细化晶粒、减轻金属成型中的宏观偏析并有效解决大型合金钢锭冷却成型后中心缩孔缩松缺陷，提高其使用性能。

一种加热式充压型水冷钢锭模具及冷却方法，包括以下步骤：

S1、在铸箱底部预埋热电偶；

S2、将三组加热线圈通电，从浇注口浇注钢液，浇注完成后，打开充压气箱侧部的球阀，充入氮气，利用第一铸箱上壁安装的无线气压传感器实时监测反馈铸箱内压力值，当铸箱内压力值达到P时，停止输入氮气，关闭球阀；

S3、启动旋转动力机构以及加热装置，利用三组加热线圈在钢液中心感应加热出椭球形温度场，铸箱底部的热电偶将热传导的热信号反馈给中央控制计算机；

S4、根据热信号，由中央控制计算机控制线圈通电大小，并控制第二电动推杆回程拉动支撑杆，进而调节线圈夹角；同时，控制各组冷却水枪的出水量，从而对椭球形温度场的温度进行调节；

步骤S4具体包括以下子步骤：

S41：初态时，热电偶所测热信号温度为铸液熔融温度T₁＝1300℃，第一电动推杆和第二电动推杆的推杆均处于推程极限状态，推杆最下端的三角体二处于距离铸液液面2-3cm，此时三组加热线圈处于水平状态，线圈通入电流最大，冷却水从铸模下部的第三组水枪的流量至铸模上部第一组水枪的流量逐渐减小；

S42:中间态时，热电偶所测热信号温度为T₂＝600-700℃，第一电动推杆和第二电动推杆的推杆开始回程，第一电动推杆带动隔热柱筒上升，安装于隔热柱筒上壁的第二电动推杆同时上升，第二电动推杆的推杆回程使得推杆下最下端的三角体二上升，通过拉动支撑杆使得线圈角度发生改变，回程状态直至三角体二处于距三角体一下端面2-3cm时停止，此时三组加热线圈与三角体一的中轴线夹角为40°-50°，线圈通入电流减小，冷却水在铸模中部第二组水枪处流量最大；