專利名稱：一種利用氣體凈化鋼錠及減輕a偏析的方法
技術領域：
本發明涉及鋼錠制造領域，具體為一種利用氣體凈化鋼錠及減輕A偏析的方法， 通過鋼錠冒口加入旋轉吹氬通氣設備去除鋼錠內部夾雜物及減輕A偏析。
背景技術：
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)，底部負偏析(負偏析沉積堆III)，中部“V”型正偏析II和周圍“A”型正偏析I。宏觀偏析的形成原因主要是鋼錠凝固時間過長，噸位越大的鋼錠其偏析程度越大，這種宏觀偏析不能通過熱處理工藝來消除。鋼錠制造過程中往往存在偏析、大型非金屬夾雜物等鑄造缺陷，這些缺陷將嚴重影響最終鍛件質量，因此迫切需要一種簡單而實用的解決方法。眾所周知，鋼錠凝固過程中元素偏析現象是不可避免的，但通過攪拌、改變凝固速度方法可有效減輕A偏析(參見中國發明專利一種通過機械攪拌抑制大型鋼錠宏觀偏析的方法，申請號20091001M15. X)。近幾年，雖然國內煉鋼設備不斷升級與改進，但鍛件質量檢測要求也在不斷提高， 因此產品合格率并沒有大幅度提高，有的合格率反而下降了，引起這樣結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；對于某些鋼種，例如轉子用鋼，A偏析中的MnS夾雜物將嚴重影響材料力學性能，成為裂紋源，因此減輕鋼錠中的A偏析將進一步提高鍛件質量。鋼錠中的大型夾雜物都是外來的，它們大部分為爐渣、侵蝕的耐火材料、保護渣， 減少這些夾雜物的主要手段是爐外精煉，但一旦有外來夾雜物隨鋼液進入鋼錠模后，很少采用其它外來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，如果外來手段不恰當，將會引起鋼錠其它內部質量缺陷。本技術是在充分認識鋼錠凝固過程基礎上，避免引起其它質量缺陷前提下，開發了鋼錠冒口加入旋轉吹氬通氣設備，有效去除鋼錠中的夾雜物和減輕A偏析。
發明內容
針對現有技術中未提及到鋼錠澆注后去除夾雜物的難點以及抑制凝固過程中A 偏析，本發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，主要采用根據不同鋼錠錠型制備不同旋轉直徑吹氬通氣設備、旋轉吹氬技術、冒口加入吹氬通氣設備技術、通氣管材質的設計方法、單根與多根通氣管設計方法，可以有效去除鋼錠中夾雜物和減輕A偏析，為改善鋼錠內部質量提供了一種簡單而實用的操作方法。本發明的技術方案是一種冒口加入旋轉吹氬設備去除鋼錠內部夾雜物及減輕A偏析的方法，包括根據不同鋼錠錠型制備不同旋轉直徑吹氬通氣設備、旋轉吹氬技術、冒口加入吹氬通氣設備技術、通氣材質的設計方法、單根與多根通氣管設計方法；其中，
(1)根據不同鋼錠錠型制備不同旋轉直徑吹氬通氣設備鋼錠澆注后，如果隨鋼液一起進入的外來大型夾雜物在鋼錠凝固過程中沒能進入冒口，那么它將成為鋼錠內部缺陷，嚴重可導致鋼錠報廢。制備出的旋轉吹氬通氣設備去除夾雜技術和凝固過程中A偏析形成理論，根據不同錠型選擇了不同吹氬直徑，這種設計能夠最優化去除大型夾雜，同時通過旋轉攪拌有效減輕鋼錠A偏析缺陷。(2)冒口通氣技術根據鋼錠錠型設計了鋼錠冒口吹氬通氣設備，在鋼錠澆注后，將吹氬通氣設備通過鋼錠冒口加入到鋼錠內部，加入的具體方法為鋼錠澆注后，將固體發熱覆蓋劑或液態保護渣加入到鋼錠頂部，然后將吹氬通氣設備通過冒口加入到鋼液內部，當加入到A偏析易產生高度時停止。在設備進入冒口后，繼續加入固體發熱覆蓋劑或液態保護渣。(3)旋轉吹氬技術加入到鋼錠內部的旋轉攪拌吹氬通氣設備，根據實際錠型及通氣管數量設計吹氬壓力，一般采用1 3標準大氣壓，旋轉速度為5 20轉/min，時間IOmin 濁。(4)通氣管材質的選擇通氣管材質的選擇關系到通氣時間的長短，對于小于10噸鋼錠，由于錠身直徑較小，凝固時間較短，不需較長通氣時間，因此通氣管材料采用剛玉管。對于10噸以上鋼錠， 由于鋼錠錠身直徑較大，凝固時間較長，需要較長通氣時間，因此通氣管材料采用一級高鋁磚、剛玉透氣磚或塞棒磚。(5)單根與多根通氣管設計根據通氣材質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計，通氣管的內徑為10-20mm，這樣能夠保證鋼錠冒口不會快速冷卻。所述的冒口加入旋轉吹氬設備去除鋼錠內部夾雜物及減輕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)。所述的冒口加入旋轉吹氬設備去除鋼錠內部夾雜物及減輕A偏析的方法，所述步驟2)中，先加入發熱覆蓋劑或液態保護渣，鋼水液面不裸露即可，加入的深度可通過計算機模擬A偏析產生位置確定。 本發明中，發熱覆蓋劑可采用在鑄鋼件使用的保溫覆蓋劑中，加入10_20wt %鋁粉的發熱覆蓋劑。液態保護渣可以采用SiO2-Al2O3-CaO-CaF2渣系，按重量百分比計，15-25% SiO2 ；20-30% Al2O3 ；30-40% CaO ；15-25% CaF2。所述的冒口加入旋轉吹氬設備去除鋼錠內部大型夾雜物及減輕A偏析的方法，所述步驟幻中，每個主通氣管的通氣壓力要在1 3標準大氣壓，旋轉速度為5 20轉/min。所述的冒口加入旋轉吹氬設備去除鋼錠內部夾雜物及減輕A偏析的方法，所述步驟4)中，通氣管材質的選擇為彡80wt% Al2O3耐火材料，具體為一級高鋁磚、剛玉透氣磚、
塞棒磚。所述的冒口加入旋轉吹氬設備去除鋼錠內部夾雜物及減輕A偏析的方法，所述步驟5)中，通氣管的預熱溫度600-1000°C。本發明具有如下有益效果1、本發明冒口加入旋轉吹氬設備去除鋼錠內部夾雜物及減輕A偏析的方法，采用不同鋼錠錠型制備不同旋轉直徑吹氬技術、旋轉吹氬技術、冒口加入吹氬設備技術、通氣材質的設計方法、單根與多根通氣管設計方法，能夠有效去除錠內部大型夾雜物及減輕A偏析，是提高鋼錠質量的一種簡單而實用的操作方法。2、本發明能夠從鋼錠冒口加入吹氬設備，為發展去除夾雜物提高一種新的手段。3、本發明通過旋轉方式進行吹氬，一方面，改變鋼水流動方式、增加氬氣泡吸附夾雜物區域；另一方面，旋轉攪拌能夠有效減輕鋼錠中的A偏析。4、本發明通過不同錠型凝固時間選擇不同吹氬管及吹氬管材質，能夠保證吹氬時間，為有效去除夾雜物提供了保障。總之，通過不同錠型需要合理設計、使用冒口加入吹氬設備技術，可以實現鋼錠中夾雜物的去除及減輕A偏析，因此能夠提高鋼錠內部質量。
圖l(a)-(b)為本發明三管旋轉吹氬通氣設備示意圖；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旋轉臂；4氬氣管。圖2為未經旋轉吹氬處理的普通澆注500kg鋼錠腐蝕結果圖。圖3為經旋轉吹氬處理的500kg鋼錠腐蝕結果圖。圖4為經旋轉吹氬處理的700kg鋼錠腐蝕結果圖。圖5為大型鋼錠宏觀偏析示意圖。
具體實施例方式實施例11、鋼錠的材質選用45號中碳鋼，具體化學成分見表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，在氬氣保護下進行澆注；鋼錠砂型澆注前進行充分烘烤，防止產生氣體引起氣孔缺陷。以上工藝參數的設計目標是確保鋼錠內部質量良好，適當延長鋼錠的凝固時間。表145#鋼的化學成分(wt % )
權利要求
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，利用冒口加入旋轉吹氬通氣設備去除夾雜技術和凝固過程中A偏析，包括旋轉吹氬技術、冒口通氣技術、通氣材質的設計、單根與多根通氣管設計，其中(1)旋轉吹氬技術加入到鋼錠內部的旋轉攪拌吹氬通氣設備，根據實際錠型及通氣管數量設計吹氬壓力，采用1 3標準大氣壓，旋轉速度為5 20轉/min，旋轉時間為IOmin 池；(2)冒口通氣技術根據鋼錠錠型設計鋼錠冒口吹氬通氣設備，在鋼錠澆注后，將吹氬通氣設備通過鋼錠冒口加入到鋼錠內部；(3)吹氬用的通氣管的材質采用含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，將固體發熱覆蓋劑或液態保護渣加入到鋼錠頂部，然后將吹氬通氣設備通過冒口加入到鋼液內部，當加入到A偏析易產生高度時停止，在吹氬通氣設備進入冒口后，繼續加入固體發熱覆蓋劑或液態保護渣。
3.按照權利要求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，對于 10噸以上鋼錠，通氣管材料采用一級高鋁磚、剛玉透氣磚或塞棒磚。
4.按照權利要求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，對于小于10噸鋼錠，通氣管材料采用剛玉管。
5.按照權利要求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，吹氬位置在鋼錠半徑的1/2 2/3處。
6.按照權利要求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，通氣管的內徑為10-20mm,。
7.按照權利要求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，發熱覆蓋劑采用含10-20wt%鋁粉的發熱覆蓋劑；按重量百分比計，液態保護渣為15-25% SiO2 ； 20-30% Al2O3 ；30-40% CaO ；15-25% CaF2。
全文摘要
本發明涉及鋼錠制造領域，具體為一種利用氣體凈化鋼錠及減輕A偏析的方法，通過鋼錠冒口加入旋轉吹氬通氣設備去除鋼錠內部夾雜物及減輕A偏析，解決現有技術中未提及到鋼錠澆注后去除夾雜物的難點以及提出了抑制鋼錠凝固過程中A偏析形成的新手段。該方法主要包括旋轉吹氬技術、冒口處通氣技術、根據錠型選擇加入位置、數量及吹氬時間技術。本發明主要是在鋼水澆入鋼錠模后，通過旋轉攪拌吹氬技術去除鋼錠中夾雜物及減輕鋼錠A偏析缺陷，為改善鋼錠內部質量提供于一種簡單而實用的操作方法。
文檔編號C21C7/072GK102268515SQ20111020029
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月18日 優先權日2011年7月18日
發明者傅排先, 劉宏偉, 夏立軍, 康秀紅, 李依依, 李殿中 申請人:中國科學院金屬研究所