一種5噸至600噸鋼錠冒口的等離子埋弧加熱方法

2023-06-08 01:55:31 2

專利名稱：一種5噸至600噸鋼錠冒口的等離子埋弧加熱方法
技術領域：
本發明涉及鋼錠製備領域，具體地說是ー種5噸至600噸鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱方法，它是用於鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱エ藝，在大型鋼錠澆注之後，對冒ロ加熱，増加冒ロ熱量，強化冒ロ補縮，提高鋼錠質量，它適用於鋼錠澆注之後冒ロ的等離子埋弧加熱以及其它合金的中間包等離子埋弧加熱和冶煉過程的埋弧等離子加熱。
背景技術：
鋼錠是鍛件的母材，所有鍛件都來源於鋼錠，特別是大型鋼錠的質量將直接影響大型鍛件的質量。隨著我國基本建設水平的提高，對大型鍛件的 製造水平提出了越來越高的要求，過去火電機組轉子的探傷為01.6mm平底孔當量，現在技術要求提高到01.2mm平底孔當量，甚至有的提高到00.8mm平底孔當量。這就要求大型鋼錠不能有大的超標缺陷，否則鍛造過程中大的縮孔疏鬆缺陷不能癒合，勢必造成鍛件報廢。所以開發優質大型鋼錠是當務之急，而加大鋼錠冒ロ補縮能力，減少縮孔疏鬆是提高鋼錠質量的有效途徑。在小型鋼錠的製備過程中，由於鋼錠高徑比較大，同樣存在嚴重的中心縮孔疏鬆問題，而強化冒ロ保溫效果將有效提高鋼錠質量。另外，大型鋼錠在澆注之後，往往是上面金屬液溫度低，下面金屬液溫度高，形成倒的溫度梯度。而鋼錠補縮需要的是正的溫度梯度，並且在鋼錠凝固初期，由於上面金屬液溫度低，先結殼，容易形成結晶雨，造成鋼錠的負偏析，形成宏觀缺陷。為了迅速建立正的溫度梯度，需要在鋼錠澆注完成之後，設法提高冒ロ溫度，而採用等離子加熱能夠有效抑制負偏析的產生。提高冒ロ溫度有很多方法，有的採用發熱劑的方法，在鋼錠澆注之後大量使用發熱劑，確實有一定效果，但發熱劑的缺點是不能將鋼錠表面溫度大幅度提高，因此鋼錠冒ロ保溫效果遠低於等離子埋弧加熱；另外，還有採用電渣加熱的方法，這種方法在冒ロ頂部需要選電洛，電渣熔化過程同樣需要先吸熱，也不利於冒ロ的快速提溫；此外，還有採用等離子加熱的，但都是採用等離子火焰加熱，這種方法加熱，存在噪音大、電能利用率低等缺點，所以應用並不普遍。利用本發明的加熱方法，正好克服了上述缺點，有利於對大型鋼錠冒ロ進行加熱。

發明內容
本發明的目的在於提供ー種5噸至600噸鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱方法，克服了傳統等離子火焰加熱存在的噪音大、電能利用率低等缺點，具有能耗小、噪音小、起弧快、對周邊測量儀表影響小等特點，適於進行鋼錠的冒ロ加熱。本發明的技術方案是ー種5噸至600噸鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱方法，在鋼錠澆注之後，利用等離子埋弧加熱系統的等離子埋弧加熱槍，對鋼錠冒ロ進行等離子埋弧加熱；其中，等離子埋弧加熱槍需通入IS氣。
所述的5噸至600噸鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱方法，對於5噸-80噸的底注鋼錠，澆注過程中加入保護渣，厚度要求在50-100_，在鋼錠澆注完成後，等離子埋弧加熱槍通入氬氣，立即起弧，將等離子弧調節穩定；將等離子埋弧加熱槍浸入金屬中，使金屬液面平穩；保持加熱狀態10_50min，使液面溫度高於金屬材料液相線溫度30-100°C ;移開等離子埋弧加熱槍，加保溫覆蓋劑、碳化稻殼200-300mm。所述的5噸至600噸鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱方法，對於頂注50噸-600噸大型鋼錠，破真空後，立即加入發熱劑，發熱劑厚度在50-100mm，在鋼錠澆注完成後，等離子埋弧加熱槍通入氬氣，立即起弧，將等離子弧調節穩定；將等離子埋弧加熱槍浸入金屬中，使金屬液面平穩；保持加熱狀態10_50min，使液面溫度高於金屬材料液相線溫度30-100°C ；移開等離子埋弧加熱槍，加保溫覆蓋劑、碳化稻殼200-300mm。所述的5噸至600噸鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱方法，鋼錠澆注之後迅速起弧在鋼錠澆注完成後，打開等離子埋弧加熱系統的氬氣瓶，向等離子埋弧加熱槍中通入氬氣，等 離子埋弧加熱槍通電後起弧、預熱，使等離子埋弧加熱槍頭升溫，當等離子埋弧加熱槍頭溫度達到800°C以上時，將加熱槍伸到鋼液上面渣層中加熱。所述的5噸至600噸鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱方法，採用氬氣攪拌氬氣在進入金屬液之後，形成氣泡迅速上升，氬氣的上升動カ帶動中心部位金屬液向上運動，有利於夾雜物上浮；同時，氬氣泡捕捉鋼液中氣體，使有害氣體向氬氣泡中擴散，而被帶出金屬液；等離子埋弧加熱槍氬氣流量控制開始起弧階段，需要較小的氬氣流量5-7L/min ;當等離子埋弧加熱槍伸入到金屬液中之後，逐步加大氬氣流量，達到10-15L/min，氬氣壓カ為O. 1-0. 25MPa ;起弧時，電壓為50-120V ;穩定工作時，電壓為30-100V。所述的5噸至600噸鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱方法，利用氬氣壓力平衡等離子埋弧加熱槍內外液面高度，當插入深度相同，氬氣壓カ高時，內外液面高度差大，氬氣壓カ低吋，內外液面高度差小；保持足夠大的氬氣壓力，使內部液面上升高度不超過40mm。所述的5噸至600噸鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱方法，鋼錠的澆注速度控制在300Kg/min_7t/mino所述的5噸至600噸鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱方法，等離子埋弧加熱槍加熱不規則形狀冒ロ時，為了使冒ロ各部位受熱均勻，移動等離子埋弧加熱槍；移動過程中，等離子埋弧加熱槍不提出渣面，並且保持等離子埋弧加熱槍慢速運動，不引起金屬液面波浪。所述的5噸至600噸鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱方法，採用多極加熱等離子埋弧加熱在不同噸位鋼錠上使用，根據需要採用2個或2個以上等離子埋弧加熱槍同時加熱。所述的5噸至600噸鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱方法，採用2個等離子埋弧加熱槍加熱吋，對稱擺放，分別擺在冒ロ的半徑1/2位置上；採用3個等離子槍加熱，等離子埋弧加熱槍按等邊三角形擺放，同樣放在冒ロ等離子埋弧加熱槍在冒ロ半徑1/2位置上；對於冒ロ直徑大於IOOOmm的鋼錠均採用2個以上多槍加熱，等離子埋弧加熱槍同樣放在半徑1/2位置上；操作上，採用同時通氬氣，同時起弧，同時浸入金屬液的方式進行。本發明具有如下有益效果I.由於本發明採取快速提溫方法給冒ロ加熱，使大型鋼錠迅速建立了正的溫度梯度，増加了冒ロ補縮效率，使冒ロ利用率提高50%以上，節約了鋼水，提高了鋼錠出成率。等離子埋弧加熱，使鋼錠補縮通道長期處在暢通狀態，増加了冒ロ的補縮時間和補縮距離，減少了鋼錠縮孔疏鬆缺陷，提高了鋼錠合格率。2.本發明等離子埋弧加熱過程，快速提溫，使金屬液面溫度迅速升高，減少了結晶雨的下落，控制了鋼錠的負偏祈。同時，等離子埋弧加熱，對鋼水有一定的攪拌作用，促進了夾雜物及氣體上浮，減少了鋼錠夾雜缺陷。3.大型鋼錠採用本發明等離子埋弧加熱，減少了保溫劑、發熱劑用量，降低了鋼錠生產成本。4.本發明採用等離子埋弧加熱槍對大型鋼錠冒ロ進行加熱，嚴格控制鋼錠的澆注溫度、澆注速度，等離子埋弧加熱時間和氬氣通入量。採用鋼錠澆注完成之後，立即加熱的方式控制鋼錠負偏祈，採用加熱冒ロ，迅速建立正的溫度梯度的方式加強冒ロ補縮作用，減 少鋼錠縮孔疏鬆缺陷，缺陷控制在I級；通過氬氣的攪拌作用，使夾雜物快速上浮，控制鋼錠夾雜物總量不超過2級。


圖I為等離子埋弧加熱系統總體布置簡圖；圖中，I.電極升降驅動電機；2.等離子埋弧加熱槍伸縮臂(可伸縮橫臂)；3.等離子埋弧加熱槍；4.等離子埋弧加熱槍升降機構；5.支撐臂；6.控制拒；7.電源櫃(直流)；8.氬氣瓶；9.冷卻水箱；10.拖車；301.等離子埋弧加熱槍陰極；302.等離子埋弧加熱槍陽極;303.外層；304.中間層；305.內層；圖2為本發明下注大型鋼錠エ藝簡圖；圖中，11.冒ロ；12.錠身；13.底盤；14.中注管；15.澆口磚；圖3為等離子埋弧加熱槍陰極結構簡圖；圖中，16.銅電極I ;17.石墨電極I ;18.石墨電極II ；19.銅電極II ；20.竄水外管；305.內層；圖4為等離子埋弧加熱槍陽極結構簡圖；圖中，21.石墨電極III ；22.石墨電極IV ；23.銅電極III ；24.連接管；25.氣筒；圖5為鋼錠溫度場模擬結果顯示雲圖；圖6為等離子埋弧加熱狀態下鋼錠溫度場模擬雲圖；圖7為普通方法澆注的大型鋼錠圖；圖8為等離子埋弧加熱大型鋼錠總體布置圖；圖中，26.地坑；27.鋼錠澆注系統；28.等離子埋弧加熱系統；圖9為等離子埋弧加熱冒ロ局部放大工藝方案簡圖；圖中，11.冒ロ ；29·槍頭；30.鋼液；圖10為等離子埋弧冒ロ加熱鋼錠解剖具體實施例方式下面結合附圖及實施例詳述本發明。如圖I所示，本發明5噸至600噸鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱系統是ー套冒ロ高效加熱設備，等離子埋弧加熱系統包括電極升降驅動電機I、等離子埋弧加熱槍伸縮臂(可伸縮橫臂)2、等離子埋弧加熱槍3、等離子埋弧加熱槍升降機構4、支撐臂5、控制櫃6、電源櫃7、氬氣瓶8、冷卻水箱9、拖車10，在拖車10上設置支撐臂5、控制櫃6、電源櫃7、氬氣瓶8、冷卻水箱9，電源櫃7通過線路與等離子埋弧加熱槍3連接，氬氣瓶8通過氣路與等離子埋弧加熱槍3連接，冷卻水箱9通過水路與等離子埋弧加熱槍3連接，支撐臂5的固定臂側面設置等離子埋弧加熱槍升降機構4，支撐臂5上的升降臂頂部設置等離子埋弧加熱槍伸縮臂2，等離子埋弧加熱槍伸縮臂2的伸出端與等離子埋弧加熱槍3相連，所述等離子埋弧加熱槍伸縮臂2的伸出端上設置電極升降驅動電機1，電極升降驅動電機I用於驅動中間層304升降。控制櫃6分別與電極升降驅動電機I、等離子埋弧加熱槍升降機構4、電源櫃7、氬氣瓶8、冷卻水箱9連接，並控制各部分的工作。等離子埋弧加熱槍3的外部設置等離子埋弧加熱槍陽極302，等離子埋弧加熱槍3的內部設置等離子埋弧加熱槍陰極301。等離子埋弧加熱槍3為三層結構，外層303與中間層304之間為氣體通道，中間層304與內層305之間為冷卻水通道。外層303為分段組合結構，其後部為鋼結構，前端為耐火材料結構。如圖1、3所示，等離子埋弧加熱槍陰極301結構設置內層305、中間層304，等 離子埋弧加熱槍的中間層304為兩段，上段為竄水外管20，下段為銅電極I 16、石墨電極I 17、石墨電極II 18組成的陰極電極，石墨電極I 17的一端插裝有石墨電極II 18，石墨電極I 17的另一端設置銅電極I 16，銅電極I 16設置於竄水外管20底部，竄水外管20上插裝內層305，竄水外管20外側設置銅電極II 19，銅電極II 19通過導線連至電源櫃7，內層305下端開ロ與竄水外管20相通，電極整體直徑10_50mm。銅電極I 16與竄水外管20採用銅焊方式連接，銅電極I 16與石墨電極I 17之間採用螺紋連接。在對鋼錠冒ロ加熱過程中，石墨電極II 18將經受1000A大電流的衝擊，產生大量熱量，為了保證陰極電極的正常工作，需要對電極進行冷卻，內層305為水管鋼結構，直徑08-03Omrn,內層305上端與進水管相連，下端懸空，與銅電極I 16之間距離為5-50mm。內層305通水後,水流從內層305的進ロ流入，經下端自由端快速流過，經竄水外管20的出ロ流出，對銅電極I 16進行冷卻。石墨電極(石墨電極I 17、石墨電極II 18)與竄水外管20之間通過銅電極I 16連接，主要目的是銅的導熱速度比較快，可以迅速帶走電極產生的熱量，如果採用其它材料連接，導熱能力差，勢必造成石墨電極II 18與竄水外管20之間的過渡段電極(石墨電極I 17)溫度急劇升高，造成過渡電極熔化，造成加熱功能喪失。採用銅電極過渡，可以快速降溫，保證設備正常運行。如圖1、4所示，等離子埋弧加熱槍陽極302結構設置外層303，等離子埋弧加熱槍的外層303為分段結構，上段氣筒25為Q235鋼管結構，氣筒25的外側設置銅電極11123，銅電極III23通過導線連至電源櫃7 ;下段為高緻密石墨管結構，中間為連接管24 (篩網形管)隔開，氣筒25通過連接管24與石墨電極III21連接，石墨電極III21的前端安裝石墨電極IV 22，石墨電極IV 22與等離子埋弧加熱槍陰極的石墨電極II 18相對應匹配結構，石墨電極IV 22開有通孔。石墨管結構由石墨電極III21 (石墨筒)和石墨電極IV 22組成，石墨筒直徑100-500mm。在用等離子系統進行冒ロ加熱時，石墨電極(石墨電極II121、石墨電極IV 22)與金屬液發生接觸，電極在高溫金屬液作用下熔化，使金屬液增碳。為了防止電極增碳，減少電極的熔化，在石墨電極表面噴耐火鋯英粉塗料，塗料層厚度為O. 1-0. 7mm。根據鋼錠冒ロ的大小不同，及加熱時間不同，確實塗料厚度及塗料層高度。如圖2所示，本發明下注大型鋼錠エ藝採用冒ロ 11、錠身12、底盤13、中注管14、澆ロ磚15組成的澆注系統，錠身12頂部設置冒ロ 11，中注管14中設置澆ロ磚15，澆ロ磚15通過底盤13與錠身12底部相通，形成下注式澆注系統。在實際澆注之前，利用計算機模擬技術對鋼錠凝固過程進行模擬，結果如圖5、圖6所示。由模擬結果可知，通過等離子埋弧加熱，能夠使鋼錠冒口中的鋼水在凝固末期仍然有很高的溫度，未凝固的鋼水量遠多於普通鋼錠，可見等離子埋弧加熱能夠使鋼錠冒ロ具有較強的保溫效果。在實際生產中，沒有採用等離子埋弧加熱的普通鋼錠心部存在嚴重縮孔疏鬆缺陷，如圖7所示。如圖8所示，等離子埋弧加熱大型鋼錠總體布置如下在地坑26中設置鋼錠澆注系統(下注式)27，等離子埋弧加熱系統28的槍頭伸至鋼錠澆注系統27的冒口中。如圖9所示，等離子埋弧加熱槍的槍頭29伸至冒ロ 11中進行加熱，使冒ロ 11中 形成鋼液30。本發明5噸至600噸鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱方法是利用等離子埋弧加熱系統的等離子埋弧加熱槍(圖1)，在鋼錠澆注完成後，等離子埋弧加熱槍通入氬氣，進行鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱。其中，澆注速度控制在300Kg/min-7噸/min。對於底注鋼錠(5噸-80噸)，澆注過程中仍然加入保護渣，厚度要求在50-100mm，在鋼錠澆注完成後，等離子埋弧加熱槍通入氬氣，立即起弧，將等離子弧調節穩定；將等離子埋弧加熱槍浸入金屬中，使金屬液面平穩；保持加熱狀態10-50min，使液面溫度高於金屬材料液相線溫度30-100°C ;移開等離子埋弧加熱槍，加保溫覆蓋劑、碳化稻殼200-300mm ；對於頂注大型鋼錠(50噸-600噸)而言，破真空後，立即加入發熱劑，發熱劑厚度同樣要求在50-100mm，然後同樣採用以上等離子埋弧加熱方式對大型鋼錠冒口內鋼液進行加熱操作。嚴格控制氬氣流量、氬氣壓力，動態控制電源電壓，電極插入深度以及加熱時間，同時控制冒口中金屬液加熱溫度，具體如下(I)鋼錠澆注之後迅速起弧在鋼錠澆注完成後，打開等離子埋弧加熱系統的氬氣瓶，向等離子埋弧加熱槍中通入氬氣，等離子埋弧加熱槍通電後起弧、預熱，使等離子埋弧加熱槍頭升溫，當等離子埋弧加熱槍頭溫度達到800°C以上時，將加熱槍伸到鋼液上面渣層中加熱。(2)等離子埋弧加熱槍氬氣流量控制開始起弧階段，需要較小的氬氣流量5-7L/min。當等離子埋弧加熱槍伸入到金屬液中之後,逐步加大気氣流量,達到10-15L/min,lS氣壓カ為O. 1-0. 25MPa。氬氣流量足夠大，起到穩定等離子弧和保護金屬液面，防止金屬液氧化作用。起弧時，電壓為50-120V ;穩定工作時，電壓為30-100V。(3)等離子埋弧加熱槍伸入鋼錠金屬液中加熱等離子埋弧加熱槍頭浸入渣層中，對金屬液進行加熱，浸入深度10-100mm。加熱溫度控制在材料液相線以上30_100°C，加熱時間 10-50min。利用氬氣壓力平衡等離子埋弧加熱槍內外液面高度，當插入深度相同，氬氣壓力高吋，內外液面高度差大，氬氣壓カ低吋，內外液面高度差小。保持足夠大的氬氣壓力，使內部液面上升高度不超過40mm。等離子埋弧加熱槍中存在壓力，當等離子埋弧加熱槍頭浸入渣層時，部分金屬液進入等離子埋弧加熱槍，在壓力作用下，金屬液在等離子埋弧加熱槍中液面高度與外面渣層液面高度存在一定差距。當浸入金屬液的深度大時，內外金屬液差距大。同吋，必須增加氬氣壓力，保證內外渣面差距，並且使內部液面在等離子埋弧加熱槍陽極之下。否則，液面接觸到陽極，就產生短路，發生事故。因此，氬氣壓カ需要保持在O. 1-0. 25MPa。加熱過程中，開始少加保溫覆蓋劑，厚度要求50-100mm，有利用熱量迅速傳遞給金屬液，又能防止鋼水氧化、吸氣，在加熱完成後，繼續加入保溫覆蓋劑以及碳化稻殼，厚度為200-300mmo等離子埋弧加熱槍加熱不規則形狀冒ロ時，為了使冒ロ各部位受熱均勻，可以移動等離子埋弧加熱槍。移動過程中，等離子埋弧加熱槍不提出渣面，並且保持等離子埋弧加熱槍慢速運動，不引起金屬液面波浪。(4)氬氣攪拌氬氣在進入金屬液之後，形成氣泡迅速上升，氬氣的上升動カ帶動中心部位金屬液向上運動，有利於夾雜物上浮。同時，氬氣泡可以捕捉鋼液中氣體，使氫氣等有害氣體向氬氣泡中擴散，而被帶出金屬液。因此，在等離子埋弧加熱開始階段，保持足 夠的氬氣流量和壓カ，以便產生更多的氬氣泡，起到除氣、除渣的作用。(5)多極加熱等離子埋弧加熱可以在不同噸位鋼錠上使用，對於特大型鋼錠，由於鋼錠需要補充的熱量多，並且冒ロ需要快速提溫，而增加等離子埋弧加熱槍的功率，會使設備變得異常複雜。可以採用的2個或2個以上等離子埋弧加熱槍同時加熱，可以解決大鋼錠冒ロ快速提溫問題。採用2個等離子埋弧加熱槍加熱時，可以對稱擺放，分別擺在冒ロ的半徑1/2位置上。如果採用3個等離子槍加熱，等離子埋弧加熱槍按等邊三角形擺放，同樣放在冒ロ等離子埋弧加熱槍在冒ロ半徑1/2位置上。對於冒ロ直徑大於IOOOmm的鋼錠均可以採用2個以上多槍加熱，等離子埋弧加熱槍同樣放在半徑1/2位置上。操作上，採用同時通氬氣，同時起弧，同時浸入金屬液的方式進行。(6)高溫加熱等離子體是ー種特殊的熱源，它清潔，不產生任何汙染。等離子體的高溫特性，也正適合用來加熱鋼錠冒ロ。大型鋼錠冒ロ，澆注之後溫度經常在1450°C以上，採用普通的熱源，很難將溫度再進行提高，而等離子體的溫度可以達到6000°C以上，利用等離子體對冒ロ進行加熱，尤其是對黑色金屬冒ロ加熱，可以起到快速提溫，快速起作用的目的。為了證明等離子埋弧加熱，能夠有效抑制鋼錠中心縮孔疏鬆缺陷產生，開展如下實驗。實施例I試生產5. 3噸鋼錠，澆注鋼水材質42CrMo，澆注鋼水重量5. 3噸，充型時間17. 5min，澆注度 1530 0C0如圖8所示，本實施例中，5噸至600噸鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱方法如下I)嚴格控制冶煉過程，從配料入手，選擇優質廢鋼，降低雜質含量，P < O. 01wt%,S 彡 O. 01wt%o2)在鋼錠模合模前，不對冒ロ進行預熱。3)澆注過程中，採用慢澆方法澆鑄，距鋼錠底部300mm處懸掛保護渣，加入量為平鋪鋼錠液面50-100mm厚，錠身澆注lOmin，冒ロ澆注7. 5min。
4)鋼錠燒注15. 5min後，等離子埋弧加熱槍開始通5L/min気氣起弧，電壓為50V ；2min之後鋼錠澆注完畢，等離子埋弧加熱槍預熱完畢，當等離子埋弧加熱槍頭溫度達到900°C時，將等離子埋弧加熱槍浸入冒ロ渣面中，對金屬液進行加熱，浸入深度30mm，見圖9。然後加大氬氣流量到10L/min，氬氣壓カ為O. IMPa，加熱溫度控制在材料液相線以上30°C。加熱20min取出等離子埋弧加熱槍，繼續加入保溫覆蓋劑、碳化稻殼，厚度為200_300mm。試驗結果表明鋼錠冒ロ呈水平形狀下沉，在對實際鍛件進行檢驗時，沒有發現超標縮孔疏鬆缺陷，此外，鋼錠尾部負偏析較輕微，符合成分要求。實施例2試生產5. 5噸鋼錠，澆注鋼水材質42CrMo，澆注鋼水重量5. 8噸，充型時間18min，澆注溫度1540°C。如圖8所示，本實施例中，5噸至600噸鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱方法如下 I)嚴格控制冶煉過程，從配料入手，選擇優質廢鋼，降低雜質含量，P ( 0.01,S 彡 O. 01。2)在鋼錠模合模前，對冒ロ進行以預熱，預熱溫度彡450°C。3)澆注過程中，採用慢澆方法澆鑄，錠身澆注lOmin，冒ロ澆注8min。4)鋼錠澆注16min後，等離子埋弧加熱槍開始通6L/min氬氣起弧，電壓為80V ；2min之後鋼錠澆注完畢，等離子埋弧加熱槍預熱完畢，當等離子埋弧加熱槍頭溫度達到IOOO0C時,將等離子埋弧加熱槍浸入冒ロ金屬液中，對金屬液進行加熱，浸入深度60mm,加大氬氣流量到12L/min，氬氣壓カ為O. 2MPa，加熱溫度控制在材料液相線以上60°C。加熱30min取出等離子埋弧加熱槍，加保溫覆蓋劑、碳化稻殼，厚度為200-300mm。試驗結果表明鋼錠冒ロ水平下沉，沒有超標縮孔疏鬆缺陷，消除了鋼錠的負偏析，滿足使用要求。實施例3試生產5. 5噸鋼錠，澆注鋼水材質42CrMo，澆注鋼水重量5. 5噸，充型時間18min，澆注溫度1560°C。如圖8所示，本實施例中，5噸至600噸鋼錠冒ロ的等離子埋弧加熱方法如下I)嚴格控制冶煉過程，從配料入手，選擇優質廢鋼，降低雜質含量，P ( O. 02,S 彡 O. 01。2)在鋼錠模合模前，冒ロ不進行預熱。3)澆注過程中，採用慢澆方法澆鑄，錠身澆注lOmin，冒ロ澆注8min。4)鋼錠澆注16min後，等離子埋弧加熱槍開始通7L/min氬氣起弧，電壓為120V ；2min之後鋼錠澆注完畢，等離子埋弧加熱槍預熱完畢，當等離子埋弧加熱槍頭溫度達到800°C時，將等離子埋弧加熱槍浸入冒ロ金屬液中，對金屬液進行加熱，浸入深度100mm，カロ大氬氣流量到15L/min，氬氣壓カ為O. 25MPa，加熱溫度控制在材料液相線以上60°C。加熱40min取出等離子埋弧加熱槍，加保溫覆蓋劑、碳化稻殼，厚度為200-300mm。試驗結果表明鋼錠冒ロ水平下沉，補縮良好。對鋼錠進行解剖檢驗，在鋼錠中心不存在肉眼可見縮孔疏鬆缺陷，如圖10所示。另外，對中心面進行超聲無損探檢測，結果顯示鋼錠中心緻密，不存在單個Φ3Π1Π1以上孔洞缺陷。
本發明工作過程及結果本發明エ藝方案比較合理，所採取的各項措施都起到了相應的作用。I)嚴格控制熔化溫度和澆注溫度，控制澆注速度。2)鋼錠澆注完成之前，提前進行等離子埋弧加熱槍的預熱，鋼錠澆注完成之後，立即加熱，控制了負偏析的產生。3)控制加熱時間，使冒ロ溫度升高，提高補縮能力，但又不使溫度過高，造成V形偏析等缺陷。4)採用規定的氬氣流量，使金屬液面保持平穩，沒有引起嚴重的氧化。
採用不同的加熱時間，鋼錠的收縮狀態有所不同，但是關鍵是澆注之後，立即對冒ロ加熱，建立正的溫度梯度，減少結晶雨下沉，控制負偏祈。否則，澆注溫度過低，金屬液上部先形成硬殼，容易形成結晶雨，即使再進行加熱，也容易形成負偏析。在實施例中，均採用了較快的加熱速度，所以負偏析得到了控制，製備的鋼錠均滿足使用要求。
權利要求
1.一種5噸至600噸鋼錠冒口的等離子埋弧加熱方法，其特徵在於在鋼錠澆注之後，利用等離子埋弧加熱系統的等離子埋弧加熱槍，對鋼錠冒口進行等離子埋弧加熱；其中，等離子埋弧加熱槍需通入氬氣。
2.按照權利要求I所述的5噸至600噸鋼錠冒口的等離子埋弧加熱方法，其特徵在於，對於5噸-80噸的底注鋼錠，澆注過程中加入保護渣，厚度要求在50-100mm，在鋼錠澆注完成後，等離子埋弧加熱槍通入氬氣，立即起弧，將等離子弧調節穩定；將等離子埋弧加熱槍浸入金屬中，使金屬液面平穩；保持加熱狀態10_50min，使液面溫度高於金屬材料液相線溫度30-10(TC ;移開等離子埋弧加熱槍，加保溫覆蓋劑、碳化稻殼200-300mm。
3.按照權利要求I所述的5噸至600噸鋼錠冒口的等離子埋弧加熱方法，其特徵在於，對於頂注50噸-600噸大型鋼錠，破真空後，立即加入發熱劑，發熱劑厚度在50-100mm，在鋼錠澆注完成後，等離子埋弧加熱槍通入氬氣，立即起弧，將等離子弧調節穩定；將等離子埋弧加熱槍浸入金屬中，使金屬液面平穩；保持加熱狀態10_50min,使液面溫度高於金屬材料液相線溫度30-10(TC ;移開等離子埋弧加熱槍，加保溫覆蓋劑、碳化稻殼200-300mm。
4.按照權利要求I所述的5噸至600噸鋼錠冒口的等離子埋弧加熱方法，其特徵在於，鋼錠澆注之後迅速起弧在鋼錠澆注完成後，打開等離子埋弧加熱系統的氬氣瓶，向等離子埋弧加熱槍中通入氬氣，等離子埋弧加熱槍通電後起弧、預熱，使等離子埋弧加熱槍頭升溫，當等離子埋弧加熱槍頭溫度達到800°C以上時，將加熱槍伸到鋼液上面渣層中加熱。
5.按照權利要求I所述的5噸至600噸鋼錠冒口的等離子埋弧加熱方法，其特徵在於，採用氬氣攪拌氬氣在進入金屬液之後，形成氣泡迅速上升，氬氣的上升動力帶動中心部位金屬液向上運動，有利於夾雜物上浮；同時，氬氣泡捕捉鋼液中氣體，使有害氣體向氬氣泡中擴散，而被帶出金屬液；等離子埋弧加熱槍氬氣流量控制開始起弧階段，需要較小的氬氣流量5-7L/min ;當等離子埋弧加熱槍伸入到金屬液中之後，逐步加大氬氣流量，達到10-15L/min，氬氣壓力為O. 1-0. 25MPa ;起弧時，電壓為50-120V ;穩定工作時，電壓為30-100V。
6.按照權利要求I所述的5噸至600噸鋼錠冒口的等離子埋弧加熱方法，其特徵在於，利用氬氣壓力平衡等離子埋弧加熱槍內外液面高度，當插入深度相同，氬氣壓力高時，內外液面高度差大，氬氣壓力低時，內外液面高度差小；保持足夠大的氬氣壓力，使內部液面上升高度不超過40mm。
7.按照權利要求I所述的5噸至600噸鋼錠冒口的等離子埋弧加熱方法，其特徵在於，鋼錠的澆注速度控制在300Kg/min-7t/min。
8.按照權利要求I所述的5噸至600噸鋼錠冒口的等離子埋弧加熱方法，其特徵在於，等離子埋弧加熱槍加熱不規則形狀冒口時，為了使冒口各部位受熱均勻，移動等離子埋弧加熱槍；移動過程中，等離子埋弧加熱槍不提出渣面，並且保持等離子埋弧加熱槍慢速運動，不引起金屬液面波浪。
9.按照權利要求I所述的5噸至600噸鋼錠冒口的等離子埋弧加熱方法，其特徵在於，採用多極加熱等離子埋弧加熱在不同噸位鋼錠上使用，根據需要採用2個或2個以上等離子埋弧加熱槍同時加熱。
10.按照權利要求9所述的5噸至600噸鋼錠冒口的等離子埋弧加熱方法，其特徵在於，採用2個等離子埋弧加熱槍加熱時，對稱擺放，分別擺在冒口的半徑1/2位置上；採用3個等離子槍加熱，等離子埋弧加熱槍按等邊三角形擺放，同樣放在冒口等離子埋弧加熱槍在冒口半徑1/2位置上 ；對於冒口直徑大於IOOOmm的鋼錠均採用2個以上多槍加熱，等離子埋弧加熱槍同樣放在半徑1/2位置上；操作上，採用同時通氬氣，同時起弧，同時浸入金屬液的方式進行。
全文摘要
本發明涉及鋼錠製備領域，具體地說是一種5噸至600噸鋼錠冒口的等離子埋弧加熱方法，在大型鋼錠澆注後，對冒口加熱，增加冒口熱量，強化冒口補縮，提高鋼錠質量，適用於鋼錠澆注之後冒口的等離子埋弧加熱以及其它合金的中間包等離子埋弧加熱和冶煉過程的埋弧等離子加熱。採用等離子埋弧加熱槍對大型鋼錠冒口進行加熱，嚴格控制鋼錠的澆注溫度、澆注速度，等離子埋弧加熱時間和氬氣通入量。採用鋼錠澆注完成之後，立即加熱的方式控制鋼錠負偏析，採用加熱冒口，迅速建立正的溫度梯度的方式加強冒口補縮作用，減少鋼錠縮孔疏鬆缺陷，缺陷控制在1級；通過氬氣的攪拌作用，使夾雜物快速上浮，控制鋼錠夾雜物總量不超過2級。
文檔編號B22D7/10GK102847890SQ201210322358
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月3日 優先權日2012年9月3日
發明者夏立軍, 李殿中, 王雪東, 康秀紅, 傅排先, 劉宏偉, 李依依 申請人:中國科學院金屬研究所