專利名稱：一種單套筒強(qiáng)制冷卻制造大型空心鋼錠的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造大 型空心鋼錠的方法，特別涉及一種單套筒強(qiáng)制
冷卻制造大型空心鋼錠的方法。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)幾乎所有大型空心鍛件都是采用實(shí)心鋼錠生產(chǎn)的，實(shí)心鋼錠采用下料、 鐓粗、沖孔、擴(kuò)孔流程，這種流程不僅工序復(fù)雜，而且空心鍛件所選用實(shí)心鋼錠噸位大，鍛造收得率低，造成生產(chǎn)成本較高。此外，實(shí)心鋼錠由于A偏析，鍛件加工后，外表面易出現(xiàn)偏析引起成分不均、夾雜物外露等缺陷。日本、法國工業(yè)發(fā)達(dá)國家先后研制并成功生產(chǎn)了空心鋼錠，出于保密原因，我國沒有現(xiàn)成技術(shù)資料可以借鑒。隨著我國核電、石油化工和煤液化項(xiàng)目高速發(fā)展，所需大型空心鍛件數(shù)目不斷增長，供需矛盾日趨緊張。上世紀(jì)80年代中國第一重型機(jī)械股份公司就開始著手研究空心鋼錠項(xiàng)目，曾取得了重大突破，用其制造的筒節(jié)已用于煉油加氫反應(yīng)器。隨著筒節(jié)的逐漸大型化，空心鋼錠也向著大型化方向發(fā)展。如圖 I 一所示，空心鋼錠以往采用復(fù)合芯結(jié)構(gòu)，此種復(fù)合芯結(jié)構(gòu)由外層鋼板2、中間層鋼板4和內(nèi)層鋼板6構(gòu)成，外層鋼板2和中間層鋼板4中間填充樹脂砂3，鼓風(fēng)冷卻空氣I由中間層鋼板4和內(nèi)層鋼板6間的空氣通道5流出進(jìn)行冷卻。此種方法制備了一定數(shù)量的空心鋼錠，并已應(yīng)用于國內(nèi)某些廠家的加氫反應(yīng)器上，但此種方法芯型結(jié)構(gòu)制作復(fù)雜，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大， 且裝配復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種單套筒強(qiáng)制冷卻制造大型空心鋼錠的方法，單套筒與鋼水接觸處涂有Amercoat873AL銀色涂料，與冷卻氣體接觸面涂有 Amercoat873AL黑色涂料，套筒內(nèi)部焊有數(shù)個(gè)支承筋，并采用液氮、壓縮空氣和鼓風(fēng)冷卻相混合的方式進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，所制造空心鋼錠最終凝固位置位于鋼錠中部，偏析帶分布合理， 套筒無變形，且空心鋼錠凝固后，中間芯子能順利取出，此種方法能解決各種噸位空心鋼錠的澆注，而且由于冷卻速度大，所制造空心鋼錠的組織更加均勻且原始柱狀晶粒更加細(xì)小。
一種單套筒強(qiáng)制冷卻制造大型空心鋼錠的方法，其特征在于所述方法采用如下步驟實(shí)施
第一步澆注前，打開鼓風(fēng)機(jī)對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，精煉包27水口對(duì)中中注管磚 30，在精煉包水口和中注管磚之間的氬氣保護(hù)罩中通入氬氣保護(hù)；
第二步打開精煉包水口開始澆注，當(dāng)單層套筒9的溫度大于等于850°C時(shí)，向混合氣體冷卻通道10內(nèi)通液氮進(jìn)行輔助強(qiáng)制冷卻，當(dāng)單層套筒(9)的溫度低于850°C時(shí)，停止液氮輔助強(qiáng)制冷卻；
第三步澆注結(jié)束時(shí)，馬上向鋼中加入發(fā)熱劑，再向鋼中加入保溫劑，僅用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)冷卻；
第四步錠身凝固后撤銷壓縮空氣和鼓風(fēng)冷卻，鋼錠進(jìn)行自然冷卻，并用天車吊出芯子8 ；
第五步當(dāng)鋼錠冒口處溫度達(dá)到60(T80(TC時(shí)，用天車吊走保溫帽，然后用專用夾具夾起鋼錠放置運(yùn)錠車上。
進(jìn)一步地，所述步驟一中的IS氣壓力I. 5 3. 0kg/cm2,精煉包水口直徑為40mm 60mmo
進(jìn)一步地，所述步驟二中的澆注過程為前兩分鐘澆注速度小于3. Ot/min，第三分鐘至鋼錠錠身澆滿期間澆注速度為3. (Γ3. 5t/min，鋼錠的帽口部分的澆注速度為2.O 2. 5t/min。
進(jìn)一步地，所述鼓風(fēng)機(jī)冷卻強(qiáng)度在前3小時(shí)為35000 — 40000m3/h,從第4小時(shí)以后為 15000 — 30000m 3A ο
進(jìn)一步地，所述步驟三中向每噸鋼中加入l.(Tl.4Kg發(fā)熱劑，向每噸鋼中加入O.8 1.2Kg保溫劑。
本發(fā)明的有益效果是空心鋼錠較實(shí)心鋼錠鍛造時(shí)減少鐓粗、沖孔工序，提高了鍛造效率；采用單層套筒冷卻，使芯型結(jié)構(gòu)變得簡單，附具裝配時(shí)間減少；采用液氮、壓縮空氣和鼓風(fēng)混合氣體冷卻，冷卻強(qiáng)度大，所制造空心鋼錠偏析小，組織致密；內(nèi)、外同時(shí)冷卻使鋼錠脫模熱送時(shí)間較實(shí)心鋼錠縮短2 / 3;空心鋼錠較實(shí)心鋼錠澆注減少了鋼水的用量，既縮短冶煉周期又降低電耗，極大的降低了生產(chǎn)成本。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖I是現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)合芯型結(jié)構(gòu)主視圖2 Ca)是本發(fā)明單層套筒芯型主視圖2 (b)為本發(fā)明單層套筒芯型俯視圖3為下底盤俯視圖4為下底盤及湯道系統(tǒng)俯視圖5是單層套筒冷卻澆注空心鋼錠過程示意其中1空氣、2外層鋼板、3樹脂砂、4中間層鋼板、5空氣通道、6內(nèi)層鋼板、7混合氣體、8芯子、9單套筒、10混合氣體冷卻通道、11支撐塊、12吊耳、13支撐筋、14下底盤15 鋼水橫向通道、16鋼水分配通道、17第一鋼水上升孔、18第二鋼水上升孔、19第三鋼水上升孔、20第四鋼水上升孔、21上底盤、22環(huán)形槽、23鋼錠模、24打結(jié)料、25保溫帽、26絕熱板、 27精煉包、28鋼水、29漏斗磚、30中注管磚、31中注管、32底座磚、33湯道系統(tǒng)、34上升孔磚、35空心鋼錠。
具體實(shí)施方式
下面將參考附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)描述。
由單層套筒型芯結(jié)構(gòu)裝置、混合氣體強(qiáng)制冷卻技術(shù)和澆注系統(tǒng)裝置組成。在下底盤上水平方向安裝鋼水橫向通道，在鋼水橫向通道上方安裝上底盤，上底盤中心安裝芯子；單套筒位于芯子外側(cè)，套筒外側(cè)涂有耐高溫AmerCoat873AL銀色涂料，與冷卻氣體接觸面涂有AmerCoat873AL黑色涂料；套筒內(nèi)部焊有數(shù)個(gè)支撐筋，支撐筋底部距套筒底端2(T60mm ;上底盤上方外緣安裝鋼錠模，鋼錠模上安裝保溫帽，保溫帽內(nèi)安裝絕熱板；鋼水橫向通道左側(cè)上方安裝中注管，中注管鋼水管道連接鋼水橫向通道；為保證鋼水澆注通暢、 分配均勻、上升平穩(wěn)，滿足大型空心鋼錠的澆注，大型空心鋼錠澆注結(jié)構(gòu)裝置鋼水出口為均布四孔裝置，鋼水橫向通道連接鋼水分配通道，鋼水分配通道連接四孔裝置第一鋼水上升孔、四孔裝置第二鋼水上升孔、四孔裝置第三鋼水上升孔、四孔裝置第四鋼水上升孔，四孔裝置第一鋼水上升孔、四孔裝置第二鋼水上升孔、四孔裝置第三鋼水上升孔、四孔裝置第四鋼水上升孔分別穿過上底盤露出在單套筒、鋼錠模之間；單層套筒和芯子之間的冷卻通道采用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)為主要冷卻，液氮輔助冷卻的方式冷卻；鋼錠帽口處絕熱板保溫保證鋼錠凝固時(shí)充分補(bǔ)縮和最終凝固位置接近中心。
如圖2、圖3所示，單層套筒9位于芯子8外側(cè)，單層套筒9內(nèi)徑與芯子8外側(cè)間隙為20 80mm，芯子8底部設(shè)有三塊支撐塊11，呈120°布置，目的為了使冷卻氣體順利通過，芯子8上部設(shè)有吊耳12，可供天車起吊，液氮、壓縮空氣和鼓風(fēng)混合氣體7經(jīng)芯子8中空處從上至下由混合氣體冷卻通道10流出，單層套筒9外側(cè)涂有耐高溫Amercoat873AL銀色涂料，與混合氣體7接觸面涂有Amercoat873AL黑色涂料；套筒9內(nèi)部焊有數(shù)個(gè)支撐筋13， 該支撐筋13與單層套筒9焊接在一起，支撐筋底部距套筒底端2(T60mm，制成排出冷卻風(fēng)孔道，并其支撐單層套筒9的作用；由灰口鑄鐵制成的下底盤14上砌有由鋼水橫向通道15 和鋼水分配通道16以及第一鋼水上升孔17、第二鋼水上升孔18、第三鋼水上升孔19和第四鋼水上升孔20構(gòu)成的湯道系統(tǒng)33,下底盤14上安裝上底盤21,上底盤21的材料也為灰口鑄鐵，上底盤20中心安裝單層套筒9，在單層套筒9中安裝芯子8，上底盤21有四個(gè)上升空17、上升孔18、上升孔19和上升孔20，為了釋放應(yīng)力，上底盤21外緣設(shè)有環(huán)形槽22，上底盤21上方外緣安裝鋼錠模23，上底盤21與鋼錠模23之間的縫隙用打結(jié)料24填充，鋼錠模23上安裝保溫帽25，保溫帽25內(nèi)安裝絕熱板26，鋼水28由精煉包27經(jīng)漏斗磚29澆入中注管31，中注管磚30與底座磚32相連，湯道系統(tǒng)33中的鋼水經(jīng)上升空磚34流入鋼錠模 23內(nèi)，最終凝固后形成空心鋼錠35。
本發(fā)明結(jié)合實(shí)際大型空心鋼錠澆注生產(chǎn)工藝，進(jìn)行相關(guān)工藝參數(shù)的設(shè)置第一步 澆注前，打開鼓風(fēng)機(jī)對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，精煉包水口對(duì)中中注管漏斗磚，在精煉包水口和中注管漏斗磚之間采用氬氣保護(hù)罩通入氬氣保護(hù)，氬氣壓力I. 5^3. 0kg/cm2，精煉包水口直徑為40mm 60mm。
第二步打開精煉包水口開始澆注，為了避免套筒溫度上升過快，前兩分鐘澆注速度小于3. Ot/min，第三分鐘至錠身澆滿期間澆注速度為3. (Γ3. 5t/min，帽口部分的澆注速度為2. (Γ2. 5t/min，這樣既可以減輕鋼錠偏析的產(chǎn)生，又可以保證夾雜物的上浮，同時(shí)保證鋼錠最終凝固位置位于鋼錠冒口端中間位置。當(dāng)澆注到一定時(shí)間后，套筒溫度開始快速升高，當(dāng)溫度大于等于850°C，通液氮進(jìn)行輔助強(qiáng)冷，低于850°C，停止液氮輔助強(qiáng)冷。為了保證合適的冷卻速度和鋼錠質(zhì)量，鼓風(fēng)機(jī)冷卻強(qiáng)度前3小時(shí)在35000 - 40000m3/h,從第4小時(shí)以后為 15000 — 30000m 3A ο
第三步澆注結(jié)束時(shí)，馬上加入I. (Tl. 5Kg發(fā)熱劑每噸鋼，再加入O. 8^1. 2kg保溫劑每噸鋼，同時(shí)，僅用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)冷卻。
第四步錠身凝固后撤銷鼓風(fēng)冷卻，鋼錠進(jìn)行自然冷卻，并用天車吊出芯子。
第五步當(dāng)鋼錠冒口處溫度達(dá)到60(T80(TC時(shí)，用天車吊走保溫帽，然后用專用夾具夾起鋼錠放置運(yùn)錠車上。
權(quán)利要求
1.一種單套筒強(qiáng)制冷卻制造大型空心鋼錠的方法，其特征在于所述方法采用如下步驟實(shí)施第一步澆注前，打開鼓風(fēng)機(jī)對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，精煉包(27)水口對(duì)中中注管磚(30)，在精煉包水口和中注管磚之間的氬氣保護(hù)罩中通入氬氣保護(hù)；第二步打開精煉包水口開始澆注，當(dāng)單層套筒(9)的溫度大于等于850°C時(shí)，向混合氣體冷卻通道(10)內(nèi)通液氮進(jìn)行輔助強(qiáng)制冷卻，當(dāng)單層套筒(9)的溫度低于850°C時(shí)，停止液氮輔助強(qiáng)制冷卻；第三步澆注結(jié)束時(shí)，馬上向鋼中加入發(fā)熱劑，再向鋼中加入保溫劑，僅用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)冷卻；第四步錠身凝固后撤銷鼓風(fēng)冷卻，鋼錠進(jìn)行自然冷卻，并用天車吊出芯子(8)；第五步當(dāng)鋼錠冒口處溫度達(dá)到60(T80(TC時(shí)，用天車吊走保溫帽，然后用專用夾具夾起鋼錠放置運(yùn)錠車上。
2.如權(quán)利要求I所述的單套筒強(qiáng)制冷卻制造大型空心鋼錠的方法，其特征在于所述步驟一中的IS氣壓力L 5 3. 0kg/cm2,精煉包水口直徑為40mm 60mm。
3.如權(quán)利要求I所述的單套筒強(qiáng)制冷卻制造大型空心鋼錠的方法，其特征在于所述步驟二中的澆注過程為前兩分鐘澆注速度小于3. Ot/min，第三分鐘至鋼錠錠身澆滿期間澆注速度為3. (Γ3. 5t/min，鋼錠的帽口部分的澆注速度為2. 0^2. 5t/min。
4.如權(quán)利要求I所述的單套筒強(qiáng)制冷卻制造大型空心鋼錠的方法，其特征在于所述鼓風(fēng)機(jī)冷卻強(qiáng)度在前3小時(shí)為35000 - 40000m3/h，從第4小時(shí)以后為15000 — 30000m3/h。
5.如權(quán)利要求I所述的單套筒強(qiáng)制冷卻制造大型空心鋼錠的方法，其特征在于所述步驟三中向每噸鋼中加入I. (Tl. 5Kg發(fā)熱劑，向每噸鋼中加入O. 8^1. 2kg保溫劑。
全文摘要
一種單套筒強(qiáng)制冷卻制造大型空心鋼錠的方法，第一步澆注前對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行冷卻；第二步打開精煉包水口開始澆注，并進(jìn)行液氮輔助強(qiáng)制冷卻；第三步澆注結(jié)束時(shí)，加入發(fā)熱劑和保溫劑，僅用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)冷卻；第四步錠身凝固完畢后撤銷鼓風(fēng)冷卻，鋼錠進(jìn)行自然冷卻，并用天車吊出芯子；第五步用天車吊走保溫帽，然后用專用夾具夾起鋼錠放置運(yùn)錠車上。
文檔編號(hào)B22D7/04GK102935493SQ201210471940
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者王歡, 李金良, 巴均濤 申請(qǐng)人:天津重型裝備工程研究有限公司, 中國第一重型機(jī)械股份公司