專利名稱：一種鋼板鑄錠裝置及用該裝置生產特厚鋼板鑄錠的方法
技術領域：
本發明涉及鋼材生產技術領域，尤其涉及一種鋼板鑄錠裝置及用該裝置生產特厚鋼板鑄錠的方法。
背景技術：
隨著現代工業化水平的不斷提高和全球經濟一體化的加劇，國際市場對鋼材品種和質量水平的要求也不斷提高，國防建設的大型機械裝備、大型核電、水電和風電、承壓用壓力容器、大型艦艇、海上石油平臺樁腿等行業用高檔次特厚鋼的量越來越大。在公知的技術中，大型設備用鋼板通常是采用鋼錠模具先鑄出鋼錠，然后通過大型壓軋設備進行鋼板的壓軋成型。而傳統的鑄錠模具一般為鑄鐵整體鑄模，這種模具的主要缺陷是:1)鋼液在鑄模中冷凝的中后階段，鑄模吸收大量的熱并上升很高的溫度，而鑄模的散熱主要靠向外輻射，散熱的速度很慢，導致鋼液冷凝速度逐漸降低；2)鋼錠在整個冷凝過程中，隨著溫度的降低而逐漸收縮，鋼錠與鑄模內壁之間即形成氣隙，氣隙的存在使鋼錠與鑄模之間的熱傳導性能下降，鋼錠結晶的速度益受影響，造成鋼錠心部晶粒粗大，成分偏析現象明顯，直接影響壓軋鋼板的機械性能；3)鑄模容易出現龜裂，使用壽命短，一般只能使用30多次即行報廢，單位產量模具費用較高，平均每噸鋼錠消耗模具費用達80多元。特別是用于生產150mm以上(尤其是200mm以上)的優質鋼板，由于在鋼錠凝固過程中冷卻速度小和凝固周期長等問題，致使鑄態組織存在偏析、疏松、縮孔以及伴生的夾雜物聚集等冶金缺陷，該類鋼板通常采用鍛壓、電渣重熔等方式來生產方可保證質量，雖質量檔次比較高，但生產效率低、生產周期長、工藝控制難度大、成本高、耗能高和高污染等一系列缺點，限制了其大規模生產和進一步發展。CN201227682Y專利公開了一種鑄錠模，包括前、后模板、左、右模板和底板，其中前模板與后模板可拆卸連接，前模板和后模板均為銅模板，并設置冷卻裝置。該鑄錠模在薄板鑄錠澆注過程中對提高鋼液冷凝速度方面能夠收到一定的效果，但在進行特厚鋼板鑄錠的生產中，其作用非常有限，仍然難于解決鋼液冷卻速度低、結晶晶粒粗和易出現縮松、縮孔和組織成分偏析的問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種適合150_以上特厚鋼板鑄錠的生產，能夠使鋼液冷凝速度快，鋼錠生產周期短、效率高，產品質量高，且使用壽命長的鋼板鑄錠裝置。本發明的另一個目的是提供一種使用上述鋼板鑄錠裝置生產特厚鋼板鑄錠的方法。為實現上述目的所采用的技術方案是:一種鋼板鑄錠裝置，包括底座、固定框架和鑄錠模，其中，固定框架與底座固定連接，鑄錠模位于固定框架內，所述鑄錠模由前、后、左、右兩對側模板與底模板構成，其中一對側模板位于另一對側模板的開檔中，并可移動調整，所述側模板與底模板外側均設置冷卻水箱，所述側模板設置擠壓機構，所述底模板設置升降機構，所述側模板分別傾斜設置，其傾角為5 20度，由此構成倒錐臺狀型腔，所述底模板采用銅板制件，所述底模板上設置澆道口，所述底座上設置與所述澆道口連通的鋼水澆注口，所述每個側模板配套安裝2 4個擠壓機構，所述升降機構的配備數量可設置2 4個，所述底座上設置與底模板穿裝連接的導向柱。進一步的，所述固定框架和底座分別設置與所述冷卻水箱連通的循環水管。進一步的，所述鑄錠模的頂部設置冒口，該冒口采用電加熱保溫冒口。進一步的，所述擠壓機構和升降機構分別由驅動電機、減速器、絲桿和螺母組成。進一步的，所述鑄錠模為一個或多個。進一步的，所述底座上設置2組鑄錠模和固定框架。
一種用上述鑄錠模生產特厚鋼板鑄錠的方法，包括:按照生產鋼錠規格及工藝要求選擇匹配的側模板置于所述底模板上，通過所述擠壓機構與所述固定框架安裝連接，并通過所述擠壓機構將可移動的側模板調整到位；然后將熔煉好的鋼水通過所述澆注口經由所述澆道口注入所述型腔內，當鋼水冷凝至900°C 1100°C時，通過所述升降機構使底模板下降，使鋼錠鑄坯側壁始終貼緊所述側模板的內壁，通過所述冷卻水箱進行冷凝12 15小時，通過所述擠壓機構推出所述側模板，取出鋼錠。進一步的，在熔煉的鋼水注入所述型腔內后，將所述冒口加熱至800°C 900°C，并保溫至鋼錠鑄坯溫度降到700°C時為止。本發明的鋼板鑄錠裝置及用該裝置生產特厚鋼板鑄錠的方法，其有益效果是:
I)采用水冷銅板鋼錠鑄錠模，鑄錠模四周和底部通以循環冷卻水強制冷卻，在冷卻速度上克服了傳統常規鑄錠模的不足，避免了在冷熱強度應力下的變形。生產出的特厚板內部質量和性能大大提高:本發明生產的特厚板內部探傷缺陷小，探傷缺陷大小絕大部分在Φ4級別以下，生產的模鑄鋼板IOOmm 300mm探傷合格率在96.2%以上，其中有60%以上的鋼板探傷可以通過鑄鍛件探傷JB/T5000.15-2007標準驗收，通過JB4730-2008三級探傷的鋼板最后可以達到350mm厚,且生廣的特厚板內部組織晶粒度聞,在7-9級左右，性能富余量大，尤其是低溫沖擊韌性、抗層狀撕裂(Z向)性能、抗HIC等性能指標優異且重現性良好，性能合格率均在99.6%以上。2)錠型的大小可自由調整，一套鑄錠模通過對所述可移動側板的調整可澆注多種厚度規格型號的鋼錠，可調厚度區間為450 1100mm，可調錠型包括30噸 55噸范圍內近80種徒型；
3)鋼錠組織形態好，采用通水強制冷卻銅板模壁，具有鑄錠模本體冷卻強度大、鋼錠本體冷卻速度快的特點，由于鋼錠冒口有妥善的保溫措施，在凝固過程中可使鋼錠內部形成上大下小的補縮通道，避免了縮孔的產生，同時由于凝固時間大大縮短，顯著地減輕了鋼錠內部的偏析。4)鋼錠成材率高:使鋼錠的疏松缺陷集中與冒口部分，軋制成品鋼板后，只需將冒口部分切除即可，軋制成材率比常規錠軋制成材率高，據統計高出常規錠4 8%。5)周轉時間:采用循環水冷技術，能有效地減少鋼錠的冷卻時間，將單爐模鑄鋼的生產周期由2天以上降低至20小時以內，鋼錠模的周轉時間可降低至15小時；
6)噸鋼消耗鑄錠模成本低，每套常規鑄錠模平均使用次數在50 80次，鑄錠模就會因模內壁出現龜裂而報廢，而本發明的鑄錠模平均使用周期在600次以上，常規鑄錠模平均噸鋼消耗鑄錠模投資成本約81.9元/噸，本發明的鑄錠模平均噸鋼消耗鑄錠模投資成本約32.6元/噸，鑄錠模成本降幅達60.2% ；


下面結合附圖對本發明做進一步的說明:
圖1是本發明的結構示意 圖2是用本發明鋼板鑄錠裝置生產的鋼錠內部結構探傷圖片示意 圖3是用傳統鋼板鑄錠模生產的鋼錠內部結構探傷圖片示意圖。
具體實施例方式如圖1所示:本發明的鋼板鑄錠裝置，包括底座12、固定框架4和鑄錠模，其中，固定框架4與底座12固定連接，鑄錠模位于固定框架4內，所述鑄錠模由前、后、左、右兩對側模板1、2與底模板13構成。所述側模板1、2與底模板13均采用導熱系數較高的銅板制件，利于加快鋼錠的冷凝速度，防止鋼錠內部組織的偏析。兩對側模板1、2中，一對側模板2位于另一對側模板I的開檔中，并可移動調整，通過調整，一組側模板1、2可以生產多種規格的鑄錠。所述側模板1、2與底模板13外側均設置冷卻水箱3、15，對側模板1、2進行均勻的冷卻，加快鑄錠的散熱，提高鑄錠的冷凝速度。所述固定框架4和底座12內分別設置與所述側模板1、2與底模板13外側冷卻水箱3、15連通的循環水管10、16，可以加大循環水的傳導散熱面積，同時便于循環水路的安裝和維修。所述側模板1、2設置擠壓機構，用于可移動側板2開檔距離的調整，實現一套鑄錠模適應多種規格鋼錠的生產，減少鑄錠模更換的頻次，提高生產效率。所述底模板13設置升降機構，用于在鋼錠冷凝過程中，實現底模板13及鋼錠的下降，所述側模板1、2分別傾斜設置，其傾角(即側模板1、2的內壁與豎垂線的夾角)為5 20度，由此構成倒錐臺狀型腔，這樣可避免鋼錠與側模板1、2之間產生氣隙，始終保證鋼錠與側模板1、2處于貼緊狀態，提高鋼錠與側模板1、2之間的熱傳導效率，加快鋼錠冷卻速度。所述擠壓機構和升降機構分別由驅動電機5、19、減速器6、21、絲桿7、18和螺母11、20組成，其中驅動電機5、19和減速器6、21分別安裝在所述固定框架4和底模板13上，絲桿7、18與減速器6、21的輸出端連接，螺母11、20則分別固定在所述側模板1、2和底座12上。每個側模板I或2可配套安裝2 4個擠壓機構，這樣便于側模板1、2傾斜度的調整，且能夠保證側模板1、2的穩固。所述升降機構的配備數量可設置2 4個，也可在底座12上設置與底模板13穿裝連接的導向柱(圖中未示)。所述鑄錠模的頂部可設置冒口 8，用于鋼錠冷凝過程的補縮，該冒口 8最好加裝電熱板9，構成保溫冒口，其補縮效果更佳。所述鑄錠模可制作一個，也可多個不同的規格，通過更換鑄錠模，適應更大的鋼錠規格范圍，目前申請人通過配備多個鑄錠模，可調厚度區間達到450 1100mm，可調錠型包括30噸 55噸范圍內近80種錠型(每個0.3噸為一種錠型)。本發明將澆道口 14設置在底模板13上，將澆注口 17設置在底座12上，與所述澆道口 14連通，使鋼水由型腔下部進入，則型腔內的空氣由冒口排出，能夠更好地避免鋼水在澆注過程中氧化，也可杜絕鋼錠中產生氣孔。在一個底座12上可安裝2組鑄錠模和固定框架4，所述澆注口 17設置在2組鑄錠模和固定框架3的中間位置，這樣一次可以同時澆注2個鋼錠，生產效率可大大提高。使用本發明的鑄錠模進行特厚鋼板鑄錠的生產，其方法是:按照生產鋼錠規格及工藝要求選擇匹配的側模板1、2置于所述底模板13上，通過所述擠壓機構與所述固定框架3安裝連接，并通過所述擠壓機構將可移動的側模板2調整到位；然后將熔煉好的鋼水通過所述澆注口 17經由所述澆道口 14注入所述型腔內，當鋼水冷凝至900°C 1100°C時，通過所述升降機構使底模板13下降，使鋼錠鑄坯側壁始終貼緊所述側模板1、2的內壁，通過所述冷卻水箱3、15進行循環水冷凝12 15小時，通過所述擠壓機構推出所述側模板1、2，取出鋼錠進行堆冷即可。在澆注過程中，當熔煉的鋼水注入型腔后，可啟動電熱板9，將所述冒口 8加熱至800°C 900°C，并保溫至鋼錠鑄坯溫度降到700°C時，補縮過程基本結束，即可停止加熱，任其冷卻。本發明的鋼板鑄錠裝置利用水冷銅板鋼錠鑄錠模，鑄錠模四周和底部通以循環冷卻水強制冷卻，在冷卻速度上克服了傳統常規鑄錠模的不足，避免了在冷熱強度應力下的變形。試驗表明，本發明的鋼板鑄錠裝置使用壽命大大延長，每套常規鑄錠模平均使用次數在50 80次，鑄錠模就會因模內壁出現龜裂而報廢，而本發明中的鑄錠模平均使用周期在600次以上，平均噸鋼消耗鑄錠模投資成本約32.6元/噸，比常規鑄錠模平均噸鋼消耗鑄錠模投資成本的8 1.9元/噸，降低60.2% ;其次，通過多套鑄錠模的配置和單套鑄錠模對所述可移動側板的調整可澆注多種厚度規格型號的鋼錠，通過試驗，目前可調厚度區間為450 1100mm，可調錠型包括30噸 55噸范圍內近80種錠型(每個0.3噸為一種錠型)；其三，通水強制冷卻銅板模壁，具有鑄錠模本體冷卻強度大、鋼錠本體冷卻速度快的特點，由于鋼錠冒口有妥善的保溫措施，在凝固過程中可使鋼錠內部形成上大下小的補縮通道，避免了縮孔的產生，同時由于凝固時間大大縮短，顯著地減輕了鋼錠內部的偏析；而且使鋼錠成材率高，使鋼錠的疏松缺陷103集中于冒口 102部分，克服了鋼錠本體101內部的缺陷(參見圖3)，軋制成品鋼板后，只需將冒口 102部分切除即可；而常規模鑄錠的疏松缺陷203則向冒口 202下部的鋼錠本體201部分延伸，甚至可能延伸至鋼錠本體201中部(參見圖3)，為保證鋼板質量，鋼錠本體201靠冒口 202部分也需切除，因此采用同等錠重生產同規格鋼板時，軋制成材率比常規錠軋制成材率高，據試驗統計高出常規錠4 8% ;其四，采用循環水冷技術，能有效地減少鋼錠的冷卻時間，將單爐模鑄鋼的生產周期由2天以上降低至20小時以內，鋼錠模的周轉時間可降低至15小時；其五，通過上述各項措施的綜合作用，使得生產出的特厚板內部質量和性能大幅度提高，本發明生產的特厚板內部探傷缺陷小，探傷缺陷大小絕大部分在Φ4級別以下，而常規模鑄生產的特厚板的探傷缺陷大小均在Φ8左右，生產的模鑄鋼板IOOmm 300mm探傷合格率在96.2%以上，其中有60%以上的鋼板探傷可以通過鑄鍛件探傷JB/T5000.15-2007標準驗收，通過JB4730-2008三級探傷的鋼板最后可以達到350mm厚,且利用本發明生廣的特厚板內部組織晶粒度聞，在7-9級左右，而常規模鑄鋼錠的原始晶粒度在5-7級左右，性能富余量大，尤其是低溫沖擊韌性、抗層狀撕裂(Z向)性能、抗HIC等性能指標優異且重現性良好，性能合格率一直在99.6%以上。鑄錠模,包括兩寬側模板、兩窄側模板和底模板,所述兩寬側模板、兩窄側模板和底模板均采用銅板，所述兩寬側模板和兩窄側模板坐置在所述底模板上，可沿底模板自由移動。鑄模的澆道口設置在底板上，澆注時鋼水由鑄模的底部進入鑄模型腔內，可減少鋼水因與空氣的大面積接觸而氧化。兩寬側模板和兩窄側模板與底模板圍成鑄模型腔，構成鋼錠鑄模整體。所述兩寬側模板、兩窄側模板及底模板外側分別固定連接有冷卻水箱，用于鑄錠的冷卻，由此加快鑄錠的凝結速度。所述兩寬側模板和兩窄側模板相互搭接，兩窄側模板位于兩寬側模板的間隙內，或兩寬側模板位于兩窄側模板的間隙內，便于兩窄側模板或兩寬側模板的移動。所述兩寬側模板和兩窄側模板傾斜設置，其內壁與豎直線的夾角為5 20度，構成倒錐臺狀型腔，所述兩寬側模板和兩窄側模板的冷卻水箱外側分別設置擠壓機構和升降機構。這樣，可以通過擠壓機構實現兩側模板對鑄錠的擠壓，也可通過升降機構的提升實現鑄錠的四面擠壓，由此克服鑄錠凝結過程產生縮松。所述擠壓機構和升降機構均可采用與驅動電機連接的絲杠傳動機構。所述兩寬側模板和兩窄側模板的冷卻水箱外側設置固定框架，用于擠壓機構和升降機構的固定安裝，同時在固定框架內設置與所述冷卻水箱連通的冷卻水循環通道，加大冷卻水循環換熱的面積。所述型腔頂部設置冒口，用于鋼錠凝結過程的補縮，該冒口也可采用電加熱保溫冒口，便于克服補縮鋼水的冷凝速度，收到更好的補縮效果。所述兩窄側模板內壁采用弧面結構，這樣鑄出的鋼錠在軋制鋼板過程中可以避免卷邊現象，減少鋼材的浪費。所述兩寬側模板、兩窄側模板及冷卻水箱為一組或多組，在生產不同規格的鋼錠時，可以快速更換鑄模。上述表達的圖形、說明，僅為本發明的較佳實施例，并非對本發明保護范圍的限制，凡根據本發明權利要求所作的等同變化或修飾，均為本發明的權利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種鋼板鑄錠裝置，其特征在于:它包括底座、固定框架和鑄錠模，其中，固定框架與底座固定連接，鑄錠模位于固定框架內，所述鑄錠模由前、后、左、右兩對側模板與底模板構成，其中一對側模板位于另一對側模板的開檔中，并可移動調整，所述側模板與底模板外側均設置冷卻水箱，所述側模板設置擠壓機構，所述底模板設置升降機構，所述側模板分別傾斜設置，其傾角為5 20度，由此構成倒錐臺狀型腔，所述底模板采用銅板制件，所述底模板上設置澆道口，所述底座上設置與所述澆道口連通的鋼水澆注口，所述每個側模板配套安裝2 4個擠壓機構，所述升降機構的配備數量可設置2 4個，所述底座上設置與底模板穿裝連接的導向柱。
2.如權利要求1所述的鋼板鑄錠裝置，其特征在于:所述固定框架和底座分別設置與所述冷卻水箱連通的循環水管。
3.如權利要求1所述的鋼板鑄錠裝置，其特征在于:所述鑄錠模的頂部設置冒口，該冒口采用電加熱保溫冒口。
4.如權利要求1所述的鋼板鑄錠裝置，其特征在于:所述擠壓機構和升降機構分別由驅動電機、減速器、絲桿和螺母組成。
5.如權利要求1或3所述的鋼板鑄錠裝置，其特征在于:所述鑄錠模為一個或多個。
6.如權利要求1所述的鋼板鑄錠裝置，其特征在于:所述底座上設置2組鑄錠模和固定框架。
7.一種用權利要求1所述鑄錠模生產特厚鋼板鑄錠的方法，其特征在于:它包括:按照生產鋼錠規格及工藝要求選擇匹配的側模板置于所述底模板上，通過所述擠壓機構與所述固定框架安裝連接，并通過所述擠壓機構將可移動的側模板調整到位；然后將熔煉好的鋼水通過所述澆注口經由所述澆道口注入所述型腔內，當鋼水冷凝至900°C 1100°C時，通過所述升降機構使底模板下降，使鋼錠鑄坯側壁始終貼緊所述側模板的內壁，通過所述冷卻水箱進行冷凝12 15小時，通過所述擠壓機構推出所述側模板，取出鋼錠。
8.如權利要求3或7所述的鋼板鑄錠裝置，其特征在于:在熔煉的鋼水注入所述型腔內后，將所述冒口加熱至800°C 900°C， 并保溫至鋼錠鑄坯溫度降到700°C時為止。
全文摘要
本發明公開了一種鋼板鑄錠裝置，它包括底座、固定框架和鑄錠模，其中，固定框架與底座固定連接，鑄錠模位于固定框架內，所述鑄錠模由前、后、左、右兩對側模板與底模板構成，所述側模板與底模板外側均設置冷卻水箱，所述側模板設置擠壓機構，所述底模板設置升降機構，所述側模板與底模板均采用銅板制件，所述底模板上設置澆道口。本發明的鋼板鑄錠裝置能夠避免在冷熱強度應力下的變形，避免縮孔的產生，且由于凝固時間大大縮短，能顯著地減輕鋼錠內部的偏析，從而使產出的特厚板內部質量和性能大大提高，同時具有錠型大小可自由調整、鑄錠模使用周壽命長等優點。
文檔編號B22D7/06GK103212674SQ201310085198
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月16日 優先權日2013年3月16日
發明者唐鄭磊, 朱書成, 許少普, 陸岳璋, 高照海, 李忠波, 楊陽, 康文舉, 趙迪 申請人:南陽漢冶特鋼有限公司