[发明专利]一种冷却模具及冷却钢锭的方法

说明书

本发明提出一种冷却模具及冷却钢锭的方法，冷却模具包括浇注底盘和冷凝壁，冷凝壁包括沿竖向依次设置的至少两个冷却层；冷却模具还包括设置在冷凝壁外侧的至少两对电磁感应组件，每对电磁感应组件均对称设置在铸造腔的两侧，各冷却层上分别设置至少一对电磁感应组件；各电磁感应组件均包括至少两对能滑动地连接在冷凝壁上的线圈，每对线圈中的两个线圈均平行且相对设置；各电磁感应组件中，至少一对线圈竖直设置，至少一对线圈水平设置，水平设置的各线圈位于竖直设置的各线圈的中心线之间；各线圈的两端首尾依次相对或相连，分别围成半封闭或封闭的矩形。本发明能从水平和竖直方向分别对钢液进行搅拌，提高了钢锭质量。

技术领域

本发明涉及冶金铸造的技术领域，特别涉及一种冷却模具和冷却钢锭的方法。

背景技术

特厚板常用于原子能发电站外壳、高层建筑底座、海洋石油平台、高压容器、航空母舰装甲板、重化工反应塔、水电、火电、风电机组底座等，属于高性能、高纯净度、高附加值产品，其中大部分要求超声波探伤，部分还要求Z向性能。目前，针对特厚板坯料主要有以下几个来源：

1、传统铸铁钢锭模，生产钢锭时，钢液注入铸铁锭模，钢锭在自然环境条件下冷却，冷却强度较低，凝固速度较慢，钢锭凝固与锭模产生气隙，钢锭传热条件下降，钢锭存在倒V型偏析、中心偏析和疏松，甚至产生中心缩孔，钢锭轧制的特厚板无法满足超声波探伤要求。

2、定向凝固技术，利用底部水冷底盘的强制冷却，增加了钢锭底部的冷却强度，但钢锭顶部存在较大面积的溶质富集层，同时存在一定量的保温渣层，需要人工或机械清理，耗费大量的人工和材料，目前很难广泛推广。

3、结合定向凝固和连铸结晶器的水冷模铸技术，增强了底盘和侧壁的冷却强度，但针对超大型钢锭的凝固过程中，尽管有外界的强制水冷却，但由于钢锭吨位较大，钢锭凝固时间较长，钢锭中心偏析仍然较为严重。

4、传统厚板坯连铸机生产的连铸坯，目前没有超过600毫米厚的坯料，按照三倍压缩比，目前仍不能满足200毫米以上的特厚板需求。

现有技术中，在铸造特厚板钢锭时，钢锭容易产生一定的质量缺陷和偏析，为了减轻偏析、疏松和缩孔，通常在钢锭模具外侧施加电磁搅拌，改善钢锭质量，但现有的电磁搅拌装置只能适用于较小断面的圆筒状钢锭，无法满足钢锭形状多样化的需求。感应线圈通电产生一定的电磁力，但电磁力只能作用在有限的区域内，且搅拌的钢液产生的流动是水平方向的，不能产生竖直方向的搅拌，钢液无法实现在铸造腔上端和下端的更大范围内流动，搅拌区域较小。

另外，现有的冷却模具的结构强度较低，容易产生局部变形和过热，发生漏钢、漏水等的风险，同时冷却能力较差，容易发生局部过热，造成烧穿等安全事故。

发明内容

为解决特厚板钢锭质量不理想的技术问题，本发明提出一种冷却模具及冷却钢锭的方法，使钢液在磁场条件下凝固，并能从水平和竖直方向分别对钢液进行搅拌，获得理想的等轴晶率，提高了钢锭质量。

本发明提出一种冷却模具，所述冷却模具包括浇注底盘和密封连接在所述浇注底盘上的冷凝壁，所述冷凝壁与所述浇注底盘围合形成具有上开口的用于容纳待冷却钢液的铸造腔，所述冷凝壁包括沿竖向依次设置的至少两个冷却层；

所述冷却模具还包括设置在所述冷凝壁外侧的至少两对电磁感应组件，每对所述电磁感应组件均对称设置在所述铸造腔的两侧，且各所述冷却层上分别设置至少一对所述电磁感应组件；各所述电磁感应组件均包括至少两对线圈，每对所述线圈中的两个所述线圈均平行且相对设置，各所述线圈分别能滑动地连接在所述冷凝壁上；

各所述电磁感应组件中，其中至少一对所述线圈竖直设置，至少一对所述线圈水平设置，水平设置的各所述线圈位于竖直设置的各所述线圈的中心线之间；各所述线圈的两端首尾依次相对，围成半封闭的矩形，或者各所述线圈的两端首尾依次相连，围成封闭的矩形。