專利名稱：一種利用氣體凈化鋼錠及減輕a偏析的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼錠制造領(lǐng)域，具體為一種利用氣體凈化鋼錠及減輕A偏析的方法， 通過(guò)鋼錠冒口加入旋轉(zhuǎn)吹氬通氣設(shè)備去除鋼錠內(nèi)部夾雜物及減輕A偏析。
背景技術(shù)：
如圖5所示，從大型鋼錠宏觀偏析示意圖可以看出，宏觀偏析普遍存在于各種材質(zhì)和噸位的鋼錠中，宏觀偏析包括正偏析帶VI，鋼錠頂部正偏析(冒口偏析IV)，底部負(fù)偏析(負(fù)偏析沉積堆III)，中部“V”型正偏析II和周?chē)癆”型正偏析I。宏觀偏析的形成原因主要是鋼錠凝固時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，噸位越大的鋼錠其偏析程度越大，這種宏觀偏析不能通過(guò)熱處理工藝來(lái)消除。鋼錠制造過(guò)程中往往存在偏析、大型非金屬夾雜物等鑄造缺陷，這些缺陷將嚴(yán)重影響最終鍛件質(zhì)量，因此迫切需要一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的解決方法。眾所周知，鋼錠凝固過(guò)程中元素偏析現(xiàn)象是不可避免的，但通過(guò)攪拌、改變凝固速度方法可有效減輕A偏析(參見(jiàn)中國(guó)發(fā)明專利一種通過(guò)機(jī)械攪拌抑制大型鋼錠宏觀偏析的方法，申請(qǐng)?zhí)?0091001M15. X)。近幾年，雖然國(guó)內(nèi)煉鋼設(shè)備不斷升級(jí)與改進(jìn)，但鍛件質(zhì)量檢測(cè)要求也在不斷提高， 因此產(chǎn)品合格率并沒(méi)有大幅度提高，有的合格率反而下降了，引起這樣結(jié)果的最主要原因之一是鋼錠中存在大型夾雜物，因此解決鋼錠中的大型夾雜物缺陷意義重大；對(duì)于某些鋼種，例如轉(zhuǎn)子用鋼，A偏析中的MnS夾雜物將嚴(yán)重影響材料力學(xué)性能，成為裂紋源，因此減輕鋼錠中的A偏析將進(jìn)一步提高鍛件質(zhì)量。鋼錠中的大型夾雜物都是外來(lái)的，它們大部分為爐渣、侵蝕的耐火材料、保護(hù)渣， 減少這些夾雜物的主要手段是爐外精煉，但一旦有外來(lái)夾雜物隨鋼液進(jìn)入鋼錠模后，很少采用其它外來(lái)手段去除這些大型夾雜物，主要原因是操作難度大，操作的手段少，另外，如果外來(lái)手段不恰當(dāng)，將會(huì)引起鋼錠其它內(nèi)部質(zhì)量缺陷。本技術(shù)是在充分認(rèn)識(shí)鋼錠凝固過(guò)程基礎(chǔ)上，避免引起其它質(zhì)量缺陷前提下，開(kāi)發(fā)了鋼錠冒口加入旋轉(zhuǎn)吹氬通氣設(shè)備，有效去除鋼錠中的夾雜物和減輕A偏析。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中未提及到鋼錠澆注后去除夾雜物的難點(diǎn)以及抑制凝固過(guò)程中A 偏析，本發(fā)明的目的在于提供一種利用氣體凈化鋼錠及減輕A偏析的方法，主要采用根據(jù)不同鋼錠錠型制備不同旋轉(zhuǎn)直徑吹氬通氣設(shè)備、旋轉(zhuǎn)吹氬技術(shù)、冒口加入吹氬通氣設(shè)備技術(shù)、通氣管材質(zhì)的設(shè)計(jì)方法、單根與多根通氣管設(shè)計(jì)方法，可以有效去除鋼錠中夾雜物和減輕A偏析，為改善鋼錠內(nèi)部質(zhì)量提供了一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的操作方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種冒口加入旋轉(zhuǎn)吹氬設(shè)備去除鋼錠內(nèi)部夾雜物及減輕A偏析的方法，包括根據(jù)不同鋼錠錠型制備不同旋轉(zhuǎn)直徑吹氬通氣設(shè)備、旋轉(zhuǎn)吹氬技術(shù)、冒口加入吹氬通氣設(shè)備技術(shù)、通氣材質(zhì)的設(shè)計(jì)方法、單根與多根通氣管設(shè)計(jì)方法；其中，
(1)根據(jù)不同鋼錠錠型制備不同旋轉(zhuǎn)直徑吹氬通氣設(shè)備鋼錠澆注后，如果隨鋼液一起進(jìn)入的外來(lái)大型夾雜物在鋼錠凝固過(guò)程中沒(méi)能進(jìn)入冒口，那么它將成為鋼錠內(nèi)部缺陷，嚴(yán)重可導(dǎo)致鋼錠報(bào)廢。制備出的旋轉(zhuǎn)吹氬通氣設(shè)備去除夾雜技術(shù)和凝固過(guò)程中A偏析形成理論，根據(jù)不同錠型選擇了不同吹氬直徑，這種設(shè)計(jì)能夠最優(yōu)化去除大型夾雜，同時(shí)通過(guò)旋轉(zhuǎn)攪拌有效減輕鋼錠A偏析缺陷。(2)冒口通氣技術(shù)根據(jù)鋼錠錠型設(shè)計(jì)了鋼錠冒口吹氬通氣設(shè)備，在鋼錠澆注后，將吹氬通氣設(shè)備通過(guò)鋼錠冒口加入到鋼錠內(nèi)部，加入的具體方法為鋼錠澆注后，將固體發(fā)熱覆蓋劑或液態(tài)保護(hù)渣加入到鋼錠頂部，然后將吹氬通氣設(shè)備通過(guò)冒口加入到鋼液內(nèi)部，當(dāng)加入到A偏析易產(chǎn)生高度時(shí)停止。在設(shè)備進(jìn)入冒口后，繼續(xù)加入固體發(fā)熱覆蓋劑或液態(tài)保護(hù)渣。(3)旋轉(zhuǎn)吹氬技術(shù)加入到鋼錠內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)攪拌吹氬通氣設(shè)備，根據(jù)實(shí)際錠型及通氣管數(shù)量設(shè)計(jì)吹氬壓力，一般采用1 3標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，旋轉(zhuǎn)速度為5 20轉(zhuǎn)/min，時(shí)間IOmin 濁。(4)通氣管材質(zhì)的選擇通氣管材質(zhì)的選擇關(guān)系到通氣時(shí)間的長(zhǎng)短，對(duì)于小于10噸鋼錠，由于錠身直徑較小，凝固時(shí)間較短，不需較長(zhǎng)通氣時(shí)間，因此通氣管材料采用剛玉管。對(duì)于10噸以上鋼錠， 由于鋼錠錠身直徑較大，凝固時(shí)間較長(zhǎng)，需要較長(zhǎng)通氣時(shí)間，因此通氣管材料采用一級(jí)高鋁磚、剛玉透氣磚或塞棒磚。(5)單根與多根通氣管設(shè)計(jì)根據(jù)通氣材質(zhì)的選擇和鋼錠錠身直徑的約束，可以選擇一根或一根以上通氣管設(shè)計(jì)，通氣管的內(nèi)徑為10-20mm，這樣能夠保證鋼錠冒口不會(huì)快速冷卻。所述的冒口加入旋轉(zhuǎn)吹氬設(shè)備去除鋼錠內(nèi)部夾雜物及減輕A偏析的方法，所述步驟1)中，吹氬位置在鋼錠半徑的1/2 2/3處(以鋼錠圓心為起點(diǎn))。所述的冒口加入旋轉(zhuǎn)吹氬設(shè)備去除鋼錠內(nèi)部夾雜物及減輕A偏析的方法，所述步驟2)中，先加入發(fā)熱覆蓋劑或液態(tài)保護(hù)渣，鋼水液面不裸露即可，加入的深度可通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬A偏析產(chǎn)生位置確定。 本發(fā)明中，發(fā)熱覆蓋劑可采用在鑄鋼件使用的保溫覆蓋劑中，加入10_20wt %鋁粉的發(fā)熱覆蓋劑。液態(tài)保護(hù)渣可以采用SiO2-Al2O3-CaO-CaF2渣系，按重量百分比計(jì)，15-25% SiO2 ；20-30% Al2O3 ；30-40% CaO ；15-25% CaF2。所述的冒口加入旋轉(zhuǎn)吹氬設(shè)備去除鋼錠內(nèi)部大型夾雜物及減輕A偏析的方法，所述步驟幻中，每個(gè)主通氣管的通氣壓力要在1 3標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，旋轉(zhuǎn)速度為5 20轉(zhuǎn)/min。所述的冒口加入旋轉(zhuǎn)吹氬設(shè)備去除鋼錠內(nèi)部夾雜物及減輕A偏析的方法，所述步驟4)中，通氣管材質(zhì)的選擇為彡80wt% Al2O3耐火材料，具體為一級(jí)高鋁磚、剛玉透氣磚、
塞棒磚。所述的冒口加入旋轉(zhuǎn)吹氬設(shè)備去除鋼錠內(nèi)部夾雜物及減輕A偏析的方法，所述步驟5)中，通氣管的預(yù)熱溫度600-1000°C。本發(fā)明具有如下有益效果1、本發(fā)明冒口加入旋轉(zhuǎn)吹氬設(shè)備去除鋼錠內(nèi)部夾雜物及減輕A偏析的方法，采用不同鋼錠錠型制備不同旋轉(zhuǎn)直徑吹氬技術(shù)、旋轉(zhuǎn)吹氬技術(shù)、冒口加入吹氬設(shè)備技術(shù)、通氣材質(zhì)的設(shè)計(jì)方法、單根與多根通氣管設(shè)計(jì)方法，能夠有效去除錠內(nèi)部大型夾雜物及減輕A偏析，是提高鋼錠質(zhì)量的一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的操作方法。2、本發(fā)明能夠從鋼錠冒口加入吹氬設(shè)備，為發(fā)展去除夾雜物提高一種新的手段。3、本發(fā)明通過(guò)旋轉(zhuǎn)方式進(jìn)行吹氬，一方面，改變鋼水流動(dòng)方式、增加氬氣泡吸附夾雜物區(qū)域；另一方面，旋轉(zhuǎn)攪拌能夠有效減輕鋼錠中的A偏析。4、本發(fā)明通過(guò)不同錠型凝固時(shí)間選擇不同吹氬管及吹氬管材質(zhì)，能夠保證吹氬時(shí)間，為有效去除夾雜物提供了保障?？傊ㄟ^(guò)不同錠型需要合理設(shè)計(jì)、使用冒口加入吹氬設(shè)備技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)鋼錠中夾雜物的去除及減輕A偏析，因此能夠提高鋼錠內(nèi)部質(zhì)量。


圖l(a)-(b)為本發(fā)明三管旋轉(zhuǎn)吹氬通氣設(shè)備示意圖；圖1(a)為主視圖，圖1(b) 為通氣管在鋼錠冒口位置。圖中，1鋼錠冒口；2通氣管；3旋轉(zhuǎn)臂；4氬氣管。圖2為未經(jīng)旋轉(zhuǎn)吹氬處理的普通澆注500kg鋼錠腐蝕結(jié)果圖。圖3為經(jīng)旋轉(zhuǎn)吹氬處理的500kg鋼錠腐蝕結(jié)果圖。圖4為經(jīng)旋轉(zhuǎn)吹氬處理的700kg鋼錠腐蝕結(jié)果圖。圖5為大型鋼錠宏觀偏析示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例11、鋼錠的材質(zhì)選用45號(hào)中碳鋼，具體化學(xué)成分見(jiàn)表1。鋼錠模材料為普通水玻
璃砂；冒口高徑比為2 (高徑比7^j，H為冒口高度，D為冒口頂部直徑，d為冒口根部直
D + d
徑)；鋼水高溫出爐，出爐溫度為1620-1640°C，澆注溫度為1580士 10°C，澆注之前在型腔中充氬氣，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行澆注；鋼錠砂型澆注前進(jìn)行充分烘烤，防止產(chǎn)生氣體引起氣孔缺陷。以上工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是確保鋼錠內(nèi)部質(zhì)量良好，適當(dāng)延長(zhǎng)鋼錠的凝固時(shí)間。表145#鋼的化學(xué)成分(wt % )
權(quán)利要求
1.一種利用氣體凈化鋼錠及減輕A偏析的方法，其特征在于，利用冒口加入旋轉(zhuǎn)吹氬通氣設(shè)備去除夾雜技術(shù)和凝固過(guò)程中A偏析，包括旋轉(zhuǎn)吹氬技術(shù)、冒口通氣技術(shù)、通氣材質(zhì)的設(shè)計(jì)、單根與多根通氣管設(shè)計(jì)，其中(1)旋轉(zhuǎn)吹氬技術(shù)加入到鋼錠內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)攪拌吹氬通氣設(shè)備，根據(jù)實(shí)際錠型及通氣管數(shù)量設(shè)計(jì)吹氬壓力，采用1 3標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，旋轉(zhuǎn)速度為5 20轉(zhuǎn)/min，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為IOmin 池；(2)冒口通氣技術(shù)根據(jù)鋼錠錠型設(shè)計(jì)鋼錠冒口吹氬通氣設(shè)備，在鋼錠澆注后，將吹氬通氣設(shè)備通過(guò)鋼錠冒口加入到鋼錠內(nèi)部；(3)吹氬用的通氣管的材質(zhì)采用含Al2O3彡80wt%的耐火材料；(4)吹氬用的通氣管采用一根或一根以上。
2.按照權(quán)利要求1所述的利用氣體凈化鋼錠及減輕A偏析的方法，其特征在于，鋼錠澆注后，將固體發(fā)熱覆蓋劑或液態(tài)保護(hù)渣加入到鋼錠頂部，然后將吹氬通氣設(shè)備通過(guò)冒口加入到鋼液內(nèi)部，當(dāng)加入到A偏析易產(chǎn)生高度時(shí)停止，在吹氬通氣設(shè)備進(jìn)入冒口后，繼續(xù)加入固體發(fā)熱覆蓋劑或液態(tài)保護(hù)渣。
3.按照權(quán)利要求1所述的利用氣體凈化鋼錠及減輕A偏析的方法，其特征在于，對(duì)于 10噸以上鋼錠，通氣管材料采用一級(jí)高鋁磚、剛玉透氣磚或塞棒磚。
4.按照權(quán)利要求1所述的利用氣體凈化鋼錠及減輕A偏析的方法，其特征在于，對(duì)于小于10噸鋼錠，通氣管材料采用剛玉管。
5.按照權(quán)利要求1所述的利用氣體凈化鋼錠及減輕A偏析的方法，其特征在于，以鋼錠中心為起點(diǎn)，吹氬位置在鋼錠半徑的1/2 2/3處。
6.按照權(quán)利要求1所述的利用氣體凈化鋼錠及減輕A偏析的方法，其特征在于，通氣管的內(nèi)徑為10-20mm,。
7.按照權(quán)利要求1所述的利用氣體凈化鋼錠及減輕A偏析的方法，其特征在于，發(fā)熱覆蓋劑采用含10-20wt%鋁粉的發(fā)熱覆蓋劑；按重量百分比計(jì)，液態(tài)保護(hù)渣為15-25% SiO2 ； 20-30% Al2O3 ；30-40% CaO ；15-25% CaF2。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋼錠制造領(lǐng)域，具體為一種利用氣體凈化鋼錠及減輕A偏析的方法，通過(guò)鋼錠冒口加入旋轉(zhuǎn)吹氬通氣設(shè)備去除鋼錠內(nèi)部夾雜物及減輕A偏析，解決現(xiàn)有技術(shù)中未提及到鋼錠澆注后去除夾雜物的難點(diǎn)以及提出了抑制鋼錠凝固過(guò)程中A偏析形成的新手段。該方法主要包括旋轉(zhuǎn)吹氬技術(shù)、冒口處通氣技術(shù)、根據(jù)錠型選擇加入位置、數(shù)量及吹氬時(shí)間技術(shù)。本發(fā)明主要是在鋼水澆入鋼錠模后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)攪拌吹氬技術(shù)去除鋼錠中夾雜物及減輕鋼錠A偏析缺陷，為改善鋼錠內(nèi)部質(zhì)量提供于一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的操作方法。
文檔編號(hào)C21C7/072GK102268515SQ20111020029
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者傅排先, 劉宏偉, 夏立軍, 康秀紅, 李依依, 李殿中 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所