一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法
阅读说明：本技术 一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法 (Casting method for 1Cr17Ni2 or 5CrNiMoV steel ingot ) 是由 钱德桥 钱强 常立忠 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于冶金浇铸技术领域,涉及一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法,本发明中注管的底部与钢锭模的底部相连通,先将钢液在中注管的顶部进行浇铸,钢液经过中注管由钢锭模的底部浇铸至钢锭模内,浇铸至钢锭模高度的13/20-19/20,然后将钢液在钢锭模的顶部浇铸至钢锭模内；本发明通过上述浇铸方法,改善钢液散热条件,使得钢液由下向上凝固,使得铸锭内成分及组织分布更加均匀。(The invention belongs to the technical field of metallurgical casting, and relates to a casting method for a 1Cr17Ni2 or 5CrNiMoV steel ingot, wherein the bottom of an injection pipe is communicated with the bottom of an ingot mold, molten steel is firstly cast at the top of the injection pipe, the molten steel passes through the injection pipe and is cast into the ingot mold from the bottom of the ingot mold, and is cast to 13/20-19/20 of the height of the ingot mold, and then the molten steel is cast into the ingot mold from the top of the ingot mold; according to the casting method, the heat dissipation condition of the molten steel is improved, so that the molten steel is solidified from bottom to top, and the components and the structure in the cast ingot are distributed more uniformly.)
技术领域
本发明属于冶金浇铸技术领域，更具体地说，涉及一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法。
背景技术
1Cr17Ni2系是马氏体不锈钢中强度与韧性搭配较好的一种钢种。它对氧化性酸、大部分有机酸以及有机盐类的水溶液有良好的耐蚀性。一般适用于硝酸、醋酸的生产和轻工、纺织等工业中的既要求强韧性又耐腐蚀的轴、活塞杆、泵等零件。5CrNiMoV是高耐磨性热锻模具钢，其成分设计特点：韧性好、强度高、耐磨性好；采用电弧炉(EAF)+精炼(LT)+真空(VD)生产的模具钢纯净度高、性能好。
上述钢种由于具有各自优良的性能，在特定领域得到了广泛的应用，但是类似于上述钢种在实际生产过程中对夹杂物具有较高的要求，尤其目前在浇铸过程中，空气中的氧很容易进入至钢液中，导致铸坯中出现夹杂，影响钢的性能；因此需要在钢水浇铸过程中使用隔离装置对钢水进行隔离。但是目前类似上述钢种在浇铸的凝固过程中，容易出现凝固不均的现象。
经检索，公开专利“一包多锭的钢锭真空浇铸装置”(公开号：CN204338807U)，该专利公开的一包多锭的钢锭真空浇铸装置包括：钢水包，其内部盛装钢水，所述钢水包下方设有滑动水口；中间包，其位于所述钢水包的下方，所述钢水包通过所述滑动水口与所述中间包连通，所述中间包具有多个浇铸水口；真空罐盖，其上方设置真空密封座，所述中间包通过所述真空密封座与所述真空罐盖相连，所述真空罐盖上对应每个所述浇铸水口的下方布置有导流管，所述导流管位于所述真空密封座内并伸入所述真空罐盖中；该装置浇铸过程中钢液从顶部凝固，导致铸锭整体质量变差。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有设备在浇铸过程中铸锭由上到下凝固导致铸锭分布不均的问题，提供了一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法，通过先将钢液由底部通入至钢锭模内，再由顶部通入钢锭模内，改善钢液的散热条件，解决凝固过程铸锭分布不均的问题。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法，中注管的底部与钢锭模的底部相连通，先将钢液在中注管的顶部进行浇铸，钢液经过中注管由钢锭模的底部浇铸至钢锭模内，浇铸至钢锭模高度的13/20-19/20，然后将钢液在钢锭模的顶部浇铸至钢锭模内。
优选地，钢液浇铸的过程中，使用气密罩对钢水口进行气密保护。
优选地，所述气密罩可在中注管和钢锭模上方进行切换。
优选地，使用的钢水浇铸系统，包括铸锭单元、气密罩和移动单元；所述铸锭单元包括中注管和钢锭模，气密罩通过移动单元可来回移动地设置于中注管和钢锭模的上方；所述气密罩包括罩体外壳和第二转轴，罩体外壳由2个半外壳组成，半外壳的连接处设置有第二转轴，半外壳之间通过第二转轴转动连接；所述移动单元包括第一转轴和升降器，气密罩通过升降器设置于第一转轴。
优选地，装置中所述罩体外壳设置有水口容纳孔、浇铸容纳孔和喷吹管，所述水口容纳孔设置于罩体外壳的顶部，浇铸容纳孔设置于罩体外壳的罩体底部，所述喷吹管通过通气管与气源相连。
优选地，所述中注管的底部和钢锭模的底部之间通过引流管相连通，且钢锭模的外壁下部设置有水冷管。
优选地，罩体外壳的内部侧壁上设置有石蜡，所述石蜡沿圆周方向均匀设置于罩体外壳的内部侧壁。
优选地，所述钢锭模横切面距离钢锭模底部的高度为H，钢锭模横切面的面积是关于H 的连续增函数。
优选地，所述喷吹管包括上喷吹管和下喷吹管，所述上喷吹管的喷吹方向朝上倾斜设置，下喷吹管的喷吹方向朝下倾斜设置，上喷吹管通过上通气管与气源相连，下喷吹管通过下通气管与气源相连。
优选地，所述水冷管设置有进水口和出水口，所述进水口的离地高度为D1，出水口的离地高度为D2，钢锭模最高处的离地距离为D3，则D1＜D2，且D2:D3＝1/4～1/3。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法，中注管的底部与钢锭模的底部相连通，先将钢液在中注管的顶部进行浇铸，钢液经过中注管由钢锭模的底部浇铸至钢锭模内，浇铸至钢锭模高度的13/20-19/20，然后将钢液在钢锭模的顶部浇铸至钢锭模内；通过上述浇铸方法，改善钢液散热条件，使得钢液由下向上凝固，使得铸锭内成分及组织分布更加均匀。
(2)本发明的一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法，钢液浇铸的过程中，使用气密罩对钢水口进行气密保护；所述气密罩可在中注管和钢锭模上方进行切换，所使用的装置中，气密罩通过移动单元上的第一转轴可移动地设置于铸锭单元的上方；通过移动单元驱动气密罩在中注管上方和钢锭模上方来回移动，可以在钢水浇铸的不同阶段将气密罩方便地移动至中注管上方或钢锭模上方；建造成本低，使用便捷性高，有效提高生产效率。
附图说明
图1为本发明一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法中装置半外壳张开状态俯视图；
图2为本发明一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法中装置中气密罩位于中注管上状态俯视图；
图3为本发明一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法中装置中气密罩移动状态俯视图；
图4为本发明一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法中装置侧视图；
图5为本发明一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法中装置主视图；
图6为本发明一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法中气密罩的装置示意图；
图7为本发明一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法中气密罩使用状态示意图；
图8为本发明一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法中铸锭装置实施例1 的结构示意图；
图9为本发明一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法中铸锭装置实施例2 的结构示意图；
图10为本发明一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法流程示意图。
图中标号说明：
100、中注管；110、隔热层；120、耐高温层；130、钢水出口；200、钢锭模；210、钢水进口；300、引流管；400、水冷管；410、进水口；411、进水法兰；420、出水口；421、出水法兰；500、钢水；
600、罩体外壳；601、水口容纳孔；602、浇铸容纳孔；603、半外壳；610、耐火棉；620、罩体底部；
710、上喷吹管；711、上通气管；720、下喷吹管；721、下通气管；
801、钢包；802、浇铸水口；803、铸锭器；810、固定件；820、石蜡；
901、第一转轴；902、升降器；903、第二转轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明的一种可用于1Cr17Ni2或5CrNiMoV钢锭的浇铸方法，如图10所示，中注管100 的底部与钢锭模200的底部相连通，先将钢液在中注管100的顶部进行浇铸，钢液经过中注管100由钢锭模200的底部浇铸至钢锭模200内，浇铸至钢锭模200高度的13/20-19/20，该数值可取3/4或17/20。然后将钢液在钢锭模200的顶部浇铸至钢锭模200内。通过上述的浇铸方法，可以使得钢锭模200底部的钢液先开始凝固，使得钢液由下向上开始凝固。
钢液浇铸的过程中，使用气密罩对钢水口进行气密保护；所述气密罩可在中注管100和钢锭模200上方进行切换。
本方法所使用的装置如图1所示，包括铸锭单元、气密罩和移动单元，铸锭单元包括中注管100和钢锭模200，气密罩通过移动单元可来回移动地设置于中注管100和钢锭模200 的上方。
移动单元包括第一转轴901，气密罩设置于第一转轴901上，第一转轴901由电机驱动旋转，如图2所示，第一转轴901驱动气密罩在中注管100上方和钢锭模200上方来回移动，当钢水需要由中注管100切换至钢锭模200进行浇铸时，如图3所示，电机驱动第一转轴901旋转，第一转轴901再驱动气密罩由中注管100上方移动至钢锭模200上方进行隔绝。
如图3所示，移动单元还包括升降器902，升降器902可上下移动地设置于第一转轴901 上，本实施例中升降器902包括电机驱动的齿轮，第一转轴901上设置有与齿轮相配合的驱动齿，在驱动齿与齿轮配合的情况下，电机驱动齿轮转动，即可实现升降器902在第一转轴 901上的升降。气密罩设置于升降器902上，通过升降器902可以实现气密罩高度的调节。
本实施例的气密罩，如图6～7示，包括罩体外壳600，罩体外壳600由2个半外壳603组成，2个半外壳603的连接处设置有第二转轴903，半外壳603通过第二转轴903与移动单元相连接，半外壳603通过移动单元的第二转轴903相对转动。如图4和图5所示，该设置使得罩体外壳600可以将入钢口较大的中注管100和钢锭模200顶部进行包裹，从而实现钢水有效的隔离。罩体外壳600的顶部设置有水口容纳孔601，沿水口容纳孔601的周围设置有耐火棉610，浇铸过程中耐火棉610接触钢包801的底部，在一定程度上可以起到隔绝的作用。罩体外壳600的罩体底部620设置有浇铸容纳孔602；浇铸时，如图2使用状态图所示，将钢包801的浇铸水口802从罩体外壳600的顶部***至有水口容纳孔601中，使得罩体底部620的浇铸容纳孔602环绕设置于铸锭器803钢液入口的周围，此时钢包801中的钢水由浇铸水口802经过罩体外壳600的内部流入至铸锭器803钢液入口。
本实施例中罩体外壳600的两个半外壳603可分离设置，在浇铸时，两个分离的半外壳 603合并，将钢包801的浇铸水口802和中注管100或锭模200钢液入口包围，然后提升部件驱动罩体外壳600向上运动，使得罩体外壳600顶部的耐火棉610接触至钢包801的底部，然后即可释放钢液。
而为了保证气封效果，罩体外壳600内设置有上喷吹管710和下喷吹管720，上喷吹管 710的喷吹方向朝上倾斜设置，下喷吹管720的喷吹方向朝下倾斜设置，上喷吹管710通过上通气管711与气源相连，下喷吹管720通过下通气管721与气源相连，本实施例中气源为氩气气源。浇铸过程中，倾斜设置的上喷吹管710倾斜向上喷吹氩气，倾斜向上喷吹氩气对罩体外壳600顶部与浇铸水口802之间的间隙进行气封；倾斜设置的下喷吹管720倾斜向下喷吹氩气，倾斜向下喷吹氩气对罩体底部620与铸锭器803之间的间隙进行气封。本实施例中上喷吹管710与水平面的倾斜角为30°～60°，下喷吹管720与水平面的倾斜角为30°～60°。
另外，上喷吹管710和下喷吹管720分别设置有多个，上喷吹管710沿罩体外壳600内部的圆周方向均匀设置；以保证喷吹管吹氩的均匀，保证气封效果的均匀程度。并且上喷吹管710和下喷吹管720在高度方向上至少设置有两层，通过多层喷吹管的设置，可以提高气封的区域，从而进一步改善喷吹管吹氩的气封效果。
值得说明的是，罩体外壳600的内部侧壁上设置有石蜡820，石蜡820沿圆周方向均匀设置于罩体外壳600的内部侧壁。在浇铸过程的开始阶段，钢水辐射热使得石蜡820燃烧，进而石蜡820将罩体外壳600内残留的氧气消耗，避免氧进入钢水中，从而实现对钢水的保护；并且石蜡820的均匀设置使得罩体外壳600内残留的氧气消耗得更为均匀充分。罩体外壳600的内部侧壁上设置有突出于侧壁的固定件810，石蜡820固定于固定件810上。固定件810可以为支撑板/钉，用于将石蜡820较为稳固地固定在罩体外壳600的内部侧壁上。
如图8所示，铸锭单元的中注管100和钢锭模200的高度相同，中注管100的底部和钢锭模200的底部之间通过引流管300相连通。中注管100由内到外依次设置有耐高温层120和隔热层110，且耐高温层120的厚度小于隔热层110的厚度，此设计可以减少中注管100 中钢水500的热量逸散；不仅如此，中注管100的进口设置有进液漏斗，可以防止注入钢水 500时钢水500外溅。值得说明的是，中注管100的底部设置有钢水出口130，钢锭模200底部设置有钢水进口210，钢水出口130的面积大于钢水进口210的面积，既可以保证钢水500 注入速度，又可以使得冷却后的成品脱模方便。
钢锭模200用于冷却钢水500，钢锭模200的外壁设置有保温层，可以防止钢水500冷却过快，提高产品质量。钢锭模200上部横切面的面积大于下部横切面的面积，且钢锭模200 横切面距离钢锭模200底部的高度为H，钢锭模200横切面的面积是关于H的连续增函数，使得装置呈上大下小的结构；此设计有利于下层钢水500中心部位的降温，使得整体温度均匀，进而减轻钢锭的中心偏析、中心疏松等缺陷，提高成品质量。
钢锭模200的外壁下部环绕设置有水冷管400，水冷管400设置有进水口410和出水口 420，进水口410的离地高度为D1，出水口420的离地高度为D2，钢锭模200最高处的离地距离为D3，则D1＜D2，且D2:D3＝1/4～1/3。采用流动水对钢锭模200的下部进行冷却，加速下层钢水500的冷却速度；不仅如此，由下向上进水的方式可以使得最下层的钢水500接触的流动水温度最低，还能使已作冷却作用的热水立即从上口排出，以达到最佳的冷却效果。水冷管400的管道之间设置有间隙，可以防止水冷管之间的热交换，降低水冷管冷却效果。进水口410设置有进水法兰411，出水口420设置有出水法兰421，便于在需要吊起钢锭模200时拆卸水冷管400。
在本实施例中，石蜡820设置于罩体外壳600的内上部的侧壁上，在高度方向上设置有石蜡820的高度为罩体外壳600整体高度的1/3～1/2，因为钢水主要暴露在罩体外壳600内的上部位置，因此使得石蜡820主要在罩体外壳600内的上部位置进行燃烧，对钢水进行针对性保护。水冷管400设置于钢锭模200的保温层中，且中注管100的底部的钢水出口130与钢锭模200底部的钢水进口210在同一水平线上。
实施例2
如图9所示，本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：水冷管400环绕设置于钢锭模200的保温层外部，且中注管100的底部的钢水出口130与钢锭模200底部的钢水进口210在同一水平线上。
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。
更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。