[发明专利]一种优质大型钢锭的生产方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于金属铸造技术领域，涉及在钢锭模内采用双极串联对渣池加热的特种金属浇铸方法及其装置，特别是一种优质大型钢锭的生产方法及其装置。

背景技术

随着重型、大型装备向高参数、大容量发展，锻件的尺寸、吨位要求越来越大，质量和性能要求越来越高。采用普通铸造方式生产大型钢锭不但成材率低，而且容易出现中心疏松、成分偏析、性能均匀性差等质量问题，锻件报废的风险非常大。因此开发一种新的大钢锭生产技术，即能保持较好的内部质量又能使生产成本降低，十分必要。

查阅公开的专利文献，查到三篇与本发明相关的文献，具体内容如下：

1.公开(公告)号：CN102773424A，公开了一种实现钢锭顺序凝固的水、风冷钢锭模及其应用。提供的钢锭模的断面呈矩形或圆形或多边形，从下至上设有独立的通水和通风的冷却槽，每层冷却槽在钢锭模背部设置隔板，隔板两侧分别固定外套管，连接各自的水、风管路换向阀。采用强制冷却工艺可以将钢锭的结晶速度加快，缩短凝固时间，进而改善大型钢锭偏析程度，同时通过控制钢锭冷却强度由上至下逐渐增强，冷却时间由上至下逐渐增长，保证钢锭由下至上顺次凝固，进而可以有效减轻钢锭疏松、提高致密度。

2.公开(公告)号：CN102166632A，公开了一种大型钢锭的浇注方法，钢锭模上设置冒口，冒口外部安装加热烘烤装置，钢锭浇注的具体步骤为五步。

3.公开(公告)号：CN201168769，公开了一种定向凝固水冷钢锭模，它包括钢锭模本体，钢锭模本体内设有缠绕布置的一层以上冷却水管，在钢锭模本体的外侧设有冷却水管进水口和冷却水管出水口。其优点与使用功效如下：1.提高钢锭模的利用率，节约钢铁能源；2.加快钢锭冷却速度，使钢锭冷却周期缩短，提高了生产效率；3.本定向凝固水冷钢锭模与定向凝固水冷锭盘配合使用，使钢锭结晶过程中，晶粒垂直于钢锭模内壁及水冷锭盘方向呈柱状晶生长，基本消除了大钢锭的二次缩孔和V形偏析，从而得到组织结构致密而均匀的钢锭。

上述公开内容中有两个共同点：1）采用水冷或风冷加强对钢锭模的冷却，即达到钢锭快速凝固解决成分偏析的问题；2）在钢锭冒口处采用加热或发热装置，延长上部钢水凝固时间，实现补缩的目的。但是仍存在以下问题：1）即使在钢锭模外部增加了冷却，但由于钢锭凝固后将会收缩产生很多的间隙，一般钢水凝固收缩率在3%左右，即钢锭厚度在1000mm时，单边将会产生15mm的收缩间隙，由于空气的热阻非常大，导热效果很差，所以钢锭模外部增强冷却实质起到的作用很小，钢锭心部仍将产生成分偏析缺陷。2）当钢锭模内充满钢水后，即使在钢锭冒口处加有发热保温层或发热装置，但由于钢锭高度一般都大于2m，当钢水深度大于800mm以上时，即使上方的钢水没有凝固，在钢锭中间部位由于温降过大会形成支晶“搭桥”，不能够实现补缩填充的目的，那么钢锭中支晶“搭桥”部位及以下部位的钢锭心部将会出现疏松缺陷。

目前采用电渣重熔方法生产大吨位钢锭是成功的，在中国舞阳钢厂采用双极串联方法生产50t（1000×2000×3500mm）板坯钢锭，钢锭内部组织致密、成分均匀。电渣重熔技术的特点是由于金属熔池上方自始至终都有一个较厚的高温渣池，为钢锭的顺序凝固提供了有利条件，金属熔池深度一般不超过500mm，熔池体积非常小，所以钢锭内部组织致密、成分均匀。但电渣重熔技术生产效率低、生产成本高。如生产120t钢锭大约需要200小时，吨钢电耗需要1500kwh/t，电耗和人工及设备成本需要增加约2000元/吨钢。

发明内容

本发明提供了一种优质大型钢锭的生产方法及其装置，采用双极串联加热熔渣、分批间歇式地浇铸大型钢锭，大幅度提高生产效率。

本发明提供的一种生产优质大型钢锭的方法包括以下步骤：

a.开启钢锭模上口的氩气保护装置，将5～50t精炼后的钢水注入到钢锭模内；

b.从钢锭模上口向钢水上面加入100～400mm厚度的熔渣，熔渣的密度为钢水密度的1/4～1/3，熔渣浮于钢水上面；

c.闭合电源开关，将两根加热电极同时下降，使两根加热电极接触到熔渣，通过熔渣的电流为5～30kA，利用渣阻热将熔渣加热到1500～1800℃；

d.高温熔渣为钢水提供了热源，使得钢水自下而上顺序凝固，同时对钢水进行二次精炼，去除钢水中大颗粒夹杂物。当钢水凝固30～150min后，移开加热电极，再次向钢锭模内注入5～50t钢水；

e.重复步骤c和d，2～10次，得到优质的大型钢锭；