專利名稱：中型特殊鋼鋼錠模的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及冶金行業特殊鋼的模鑄生產，尤其是指用于特殊鋼模鑄的鋼錠模。
背景技術：
金屬鋼液的澆鑄是冶金行業的必備流程。鋼液澆鑄分模鑄(鋼液澆鑄成鋼錠)和連鑄(鋼液澆鑄成連鑄坯)兩種方式。鋼錠模是模鑄的必備裝置(或設備)，包括鋼錠模下部的錠身2、與錠身2上口尺寸匹配的帽口1；錠身2與帽口1可以合體(主要是普通鋼鋼錠模，有些甚至沒有帽口1)，也可以分體，特殊鋼鋼錠模都是分體的。從鋼錠的重量來看，鋼錠模可分為小型鋼錠模(鋼錠單重一般＜3噸)、中型鋼錠模(鋼錠單重一般在3~5噸)、大型鋼錠模(鍛造生產用鋼錠，鋼錠單重一般在5噸以上)；從用途來看，鋼錠模可分為普通鋼鋼錠模、特殊鋼(用于模具鋼、軸承鋼、不銹鋼、合金結構鋼等)鋼錠模、特種鋼(用于高溫合金等)鋼錠模。采用電爐技術冶煉的模具鋼、軸承鋼、不銹鋼、合金結構鋼等特殊鋼產品，鋼液模鑄的質量要求高，對鋼錠偏析、鑄態組織、夾雜物等要求苛刻，故鋼液模鑄時基本上采用下注法鋼液從鋼包底部的水口澆入中注管，再從中注管底部經流鋼磚流入鋼錠模錠身2底部，最后從鋼錠模錠身2底部上升進入鋼錠模全部直至注滿鋼錠模上部的帽口1，鋼液在鋼錠模內冷卻凝固成鋼錠。
鋼錠模的結構大小、形狀的設計直接影響模鑄鋼液的凝固條件以及鋼錠的質量和成坯率(鋼鐵制造成本)。長期以來，用于鋼鐵冶煉的電爐爐容量(出鋼量)一般在10～40噸以下，為兼顧特殊鋼鋼錠的質量和成坯率，用于鋼液模鑄的特殊鋼鋼錠模多采用小型鋼錠模(鋼錠單重一般＜3噸)，小型鋼錠模的設計和應用也在長期的生產實踐中趨于合理鋼錠模橫截面呈正方形，縱截面是一個上大下小的等腰梯形，鋼錠錐度＝(B1-B2)÷2÷H＝3.0～3.5％(錐度太大，初軋機軋制鋼錠開坯困難；錐度太小，影響鋼液在鋼錠模中的凝固過程，影響鋼錠質量)，B1、B2分別是等腰梯形的上、下邊長，H是等腰梯形的高度，高寬比＝2H÷(B1+B2)＝2.5～3.0(高寬比太大，鋼錠模內的鋼液表面靜壓力較大，鋼液內的有害氣體、夾雜物上浮困難，不利于排除，影響鋼錠質量；高寬比太小，鋼錠模橫截面較大，在鋼液凝固過程中，由于選分結晶的作用，會造成成分偏析、鑄態組織不夠致密、夾雜物聚集等現象，影響鋼錠質量和成坯率)，帽容比(鋼錠模上部的帽口1部分的鋼液容積÷鋼錠模錠身2部分的鋼液容積)是11％～12％(帽容比太大，鋼錠成坯率較低，生產成本上升；帽容比太小，鋼錠頭部的保溫條件較差，易產生縮孔、疏松等鋼錠鑄態組織不夠致密的質量問題)。小型特殊鋼鋼錠模的優點是由于錠型小，鋼液凝固速度較快，結晶過程中所形成的偏析減小、鑄態組織致密、夾雜物聚集程度輕，鋼錠的質量穩定，成坯率較高，達到86~87％的水平。不足之處在于隨著冶煉技術的進步，電爐煉鋼技術的發展使電爐爐容量(出鋼量)增大、功率加大，生產節奏加快，一方面，小型鋼錠模造成同一爐鋼水澆鑄支數過多，生產準備繁瑣，占用較多的澆鑄平板和較大的生產場地，澆鑄過程長，澆鑄后期溫度偏低，不利于鋼錠質量，與煉鋼技術的發展趨勢不相適應；另一方面，由于鋼錠模錠型較小，單支鋼錠重量也較輕，降低了軋機的生產能力，同時，造成鋼錠橫截面尺寸較小，不能滿足壓縮比，限制了一火成材(直接由初軋機生產，而不再經過熱軋機，鋼材制造成本大幅下降)大圓鋼產品的開發，無法滿足大規格特殊鋼產品的市場要求。
目前，雖然有一些中大型鋼錠模在模鑄中應用，但是僅限于普通鋼的鋼液模鑄或鍛造開坯成材用。中大型特殊鋼鋼錠模(尤其是≥3.5噸)幾乎沒有(國內撫順、北滿、大冶等特鋼企業都沒有用于初軋機開坯生產的單重≥3.5噸的特殊鋼鋼錠模)，主要原因在于鋼錠模錠型增大以后，鋼錠模橫截面也相應放大，鋼錠模內的鋼液凝固時間長，由于選分結晶的作用，結晶過程中更容易形成嚴重的偏析，以及產生縮孔、疏松、夾雜物聚集等質量問題，為保證鋼錠的偏析、縮孔、疏松、夾雜物等冶金質量滿足技術要求，根據常規的鋼錠模設計理論和經驗，中大型鋼錠模須采用大的帽容比，一般達13％～15％(鋼錠單重2～3噸的鋼錠模帽容比是11％～12％，鋼錠單重≥3噸的鋼錠模帽容比是13％～15％，鋼錠單重10噸以上鋼錠模的帽容比甚至超過15％)，這雖然能保證鋼錠質量，但是鋼錠初軋機開坯成坯率卻因鋼錠帽容比過大而下降2％以上，造成特殊鋼產品生產成本大大上升。
發明內容
本實用新型設計一種中型特殊鋼鋼錠模，它是對常規特殊鋼鋼錠模設計理論(或經驗)的改進，適當增加鋼錠模錠身2的高寬比，控制鋼錠模橫截面尺寸的放大程度，在保持小型鋼錠的偏析小、鑄態組織致密、夾雜物聚集程度輕等優異冶金質量的同時，降低了中大型特殊鋼鋼錠模設計理論(或經驗)所需要的帽容比(13％～15％)，達到小型特殊鋼鋼錠的帽容比(11％～12％)水平，使鋼錠成坯率保持86～87％的較高水平。
本實用新型提供的中型特殊鋼鋼錠模，包括分體式的鋼錠模錠身2、帽口1，帽口1與錠身2尺寸匹配，錠身2內腔縱截面呈“上大下小”等腰梯形、橫截面呈正方形、底部呈圓弧形球冠狀，其特征是鋼錠模容積與單重3～5噸的鋼錠尺寸匹配；在鋼錠模錠身2設計中，適當增加常規設計理論(或經驗)所規定的2.5～3.0的高寬比，高寬比＝2H÷(B1+B2)＝3.0～4.0(高寬比≥3.0，鋼錠模內的鋼液表面靜壓力較大，鋼液內的有害氣體、夾雜物上浮雖然有一定程度的困難，但是，隨著現代煉鋼工業設備、技術的發展進步，尤其是真空冶煉爐等技術的使用，鋼液內有害氣體、夾雜物大大減少，少量的有害氣體、夾雜物仍然能夠上浮到鋼錠模帽口1，基本不影響鋼錠質量；高寬比≥4.0，鋼錠模內的鋼液表面靜壓力很大，鋼液內的有害氣體、夾雜物不能上浮，排除困難，影響鋼錠質量；高寬比太小，鋼錠模橫截面較大，在鋼液凝固過程中，由于選分結晶的作用，會造成成分偏析、鑄態組織不夠致密、夾雜物聚集等現象，影響鋼錠質量和成坯率)，使錠型橫截面尺寸減小，從而縮短鋼液凝固時間，使鋼錠具有偏析小、鑄態組織致密、夾雜物聚集程度輕的特點，B1、B2分別是鋼錠模錠身2內腔的“等腰梯形縱截面”上、下邊長，H是等腰梯形的高度；鋼錠模錠身2內腔的上口尺寸B1＝550mm～600mm(B1太大，引起帽口1的下口尺寸太大，在帽容比不變的情況下，造成帽口1高度較小，影響鋼錠頭部的保溫，易產生縮孔、疏松等鋼錠質量問題；B1太小，為保證鋼錠模容積與單重3～5噸鋼錠的匹配，必須增加H的高度，使鋼錠模內的鋼液表面靜壓力很大，不利于鋼液內有害氣體、夾雜物的上浮排除，影響鋼錠質量)；鋼錠錐度α＝(B1-B2)÷H÷2＝2.7～3.3％(錐度太大，一方面造成初軋機軋制鋼錠開坯困難，另一方面造成B1較大，引起帽口1的下口尺寸太大，在帽容比不變的情況下，造成帽口1高度較小，影響鋼錠頭部的保溫，易產生縮孔、疏松等鋼錠質量問題；錐度太小，影響鋼液在鋼錠模中的凝固過程，影響鋼錠質量)；鋼錠模模壁100～120mm(保證其堅固耐用，并靠其冷卻作用使鋼錠的激冷層具有一定的厚度，以承受鋼液的靜壓力而不致產生裂紋)；帽容比(鋼錠模上部的帽口1部分的鋼液容積÷鋼錠模錠身2部分的鋼液容積)是11％～12％(帽容比太大，鋼錠成坯率較低，生產成本上升；帽容比太小，帽口1高度太小，鋼錠頭部的保溫條件較差，易產生縮孔、疏松等鋼錠質量問題)；上述結合構成本實用新型。
和現有技術相比，本發明具有下列優點1、帽容比較低，鋼錠成坯率較高，達到小錠型水平；2、鋼錠成分偏析低，與小錠型偏析水平一致；3、發揮大容量電爐出鋼量能力，加快了生產節奏；4、節約煉鋼車間模鑄生產場地；5、提高軋鋼機的生產能力；6、生產初軋一火成材大規格圓鋼。
圖1是本實用新型的結構示意圖圖2是鋼錠模錠身2的結構示意圖圖3是圖2的縱截面示意圖圖4是圖2的橫截面示意圖具體實施方案上海某鋼鐵公司煉鋼車間，實施本實用新型用于模具鋼、軸承鋼、不銹鋼、合金結構鋼等特殊鋼產品的鋼液模鑄鋼錠單重3.7噸；鋼錠模的錠身2、帽口1呈分體式；錠身2內腔的底部呈圓弧形球冠狀、橫截面呈正方形(角部圓弧形半徑＝55mm)、縱截面呈“上大下小”等腰梯形，B1＝560mm、B2＝460mm，H＝1630mm；高寬比＝2H÷(B1+B2)＝3.2；鋼錠錐度α＝(B1-B2)÷2÷H＝3.07；鋼錠模模壁100～120mm；帽口1的下口尺寸與鋼錠模錠身2上口尺寸匹配；帽容比＝11.8％。試驗報告(見表一)表明鋼錠成坯率普遍達到小錠型鋼錠模水平，H13模具鋼達到85.80％，GCr15軸承鋼、20CrMnTi合金結構鋼、40Cr合金結構鋼、45碳素結構鋼實際達到86％以上。另外，鋼錠外表較光滑，無裂紋、翻皮、飛邊、結疤、冷濺等缺陷，表面質量良好，滿足熱送錠初軋坯表面質量要求；初軋坯檢測中，偏析、縮孔、疏松等低倍缺陷以及夾雜物缺陷評價，完全滿足國家標準規定的技術要求。
鋼錠成坯率試驗報告 表一
權利要求1.中型特殊鋼鋼錠模，包括分體式的鋼錠模錠身(2)、帽口(1)，帽口(1)與錠身(2)尺寸匹配，錠身2內腔縱截面呈“上大下小”等腰梯形、橫截面呈正方形、底部呈圓弧形球冠狀，其特征在于鋼錠模容積與單重3～5噸的鋼錠尺寸匹配；在鋼錠模錠身(2)設計中，適當增加常規設計理論所規定的2.5～3.0的高寬比，高寬比＝2H÷(B1+B2)＝3.0～4.0，B1、B2分別是鋼錠模錠身(2)內腔的“等腰梯形縱截面”上、下邊長，H是等腰梯形的高度；鋼錠模錠身(2)內腔的上口尺寸B1＝550mm～600mm；鋼錠模錐度α＝(B1-B2)÷H÷2＝2.7～3.3％；鋼錠模模壁100～120mm；帽容比是11％～12％。
專利摘要中型特殊鋼鋼錠模，用于特殊鋼生產的鋼液模鑄。包括尺寸匹配的分體式錠身、帽口，錠身內腔縱截面呈“上大下小”等腰梯形、橫截面呈正方形、底部呈圓弧形球冠狀，其特征是鋼錠模容積與單重3～5噸的鋼錠尺寸匹配，模壁100～120mm；錠身的高寬比≥3.0，錠身內腔的上口尺寸B1＝560～600mm；鋼錠錐度α＝2.7～3.3％；帽容比≤12％。本實用新型具有設計合理、帽容比較低的特點，實施本實用新型生產的模具鋼、軸承鋼等特殊鋼鋼錠，外表較光滑，無裂紋、翻皮、飛邊、結疤、冷濺等缺陷，滿足初軋坯表面質量要求；檢測分析的偏析、縮孔、疏松等低倍缺陷以及夾雜物缺陷評價，滿足國家標準。成坯率達到小錠型特殊鋼鋼錠模的水平H13達到85.80％，GCr15、20CrMnTi、40Cr均達到86％以上。
文檔編號B22D7/06GK2650906SQ200320109270
公開日2004年10月27日 申請日期2003年10月28日 優先權日2003年10月28日
發明者包民偉, 陳中新, 王治政, 徐明華, 陳新建, 胡俊輝 申請人:寶鋼集團上海五鋼有限公司