模铸钢锭技术

L/O/G/OIngotCastingTechnology模铸钢锭技术辽宁科技大学冶金工程技术中心胡林辽宁科技大学冶金工程技术中心一、模铸与连铸的比较１、模铸的种类1）普通模铸：传统工艺、适合大生产、超声探伤要求压缩比＞62）定向凝固模铸：柱状晶定向生长、内部纯净、Z向性能好、超声探伤压缩比＞2.53）电渣重熔模铸：枝晶钢偏析少、钢种适应性强、产能低成材率较高4）压力模铸：内部致密、适于特殊铸造辽宁科技大学冶金工程技术中心一、模铸与连铸的比较２、连铸和模铸的比较⑴成材率：连铸高8～12%⑵内部质量：视压缩比而定，不一定连铸就优于模铸⑶能耗：系统能耗少和生产周期短⑷品种：沸腾钢、特厚板、特殊钢、大型锻件连铸不能生产⑸生产的灵活性差：故大批量生产适用连铸，小批量多品种适用模铸⑹连铸自动化程度高和劳动强度小辽宁科技大学冶金工程技术中心一、模铸与连铸的比较打印设置和预览高效的模糊查询3任意排序实时帮助系统⑺连铸生产周期比模铸短：故连铸迅速发展但模铸也不能完全淘汰，一般连铸比为94～96%，其余为模铸⑻模铸钢锭厚度大于连铸坯厚度：模铸利用锭模吸热及向大气辐射传热，而连铸采用水冷或气雾冷却，故模铸的冷却强度低、凝固时间长，造成凝固组织粗大，偏析相对严重，需用大的压缩比来改善辽宁科技大学冶金工程技术中心一、模铸与连铸的比较⑼模铸一般采用下铸，且为敞开浇铸；而连铸是上铸，保护浇铸，故钢水二次氧化程度、钢中气体、夹杂含量不同，但由于模铸钢水凝固时间长，气体夹杂上浮的机会也多，故最后钢内的纯净度难以比较。但一般大型钢锭希望缓冷去氢⑽模铸时钢水在模内静止凝固，而连铸是在动态过程中凝固，所受应力状态比较复杂，容易产生内裂和外裂，而钢锭不易产生裂纹⑾模铸如果采用多盘浇铸则要求铸前钢水过热度高，而连铸要求过热度低。模铸为了控制质量采取变速浇铸，而连铸希望恒拉速辽宁科技大学冶金工程技术中心二、锭型选择1C型锭：B型锭：实底模、尾部圆弧型、上大下小、截保温帽、浇镇静钢2敞口模、上小下大、平头平尾、可浇沸腾钢，挂绝热板可浇静钢，容易产生二次缩孔、切尾率大、整脱模工作量小辽宁科技大学冶金工程技术中心二、锭型选择特殊锭型：①ZF法②瓶口模加凹型底盘③上大下小豁口模3辽宁科技大学冶金工程技术中心二、锭型选择钢锭的断面形状①方型锭②矩型锭③扁锭：用于板钢、带钢④八角锭：用于锻造⑤圆锭：用于管钢、车轮、轮箍4}用于型钢、棒材、线材辽宁科技大学冶金工程技术中心三、钢锭的浇铸方法1.上铸：钢水直接从模口向下浇铸优点：耐火材料消耗少，整脱模工序简单，内部夹杂少缺点：模底冲刷损失快，浇铸中有飞溅易造成表面结疤，总浇铸时间长，要求钢水过热度高2.下铸：钢水经中心铸管、汤道砖、反射水口砖从下向上浇铸优点：可同时浇铸若干钢锭，钢水在模内上升平稳，表面质量好缺点：耐火材料损失大，有残钢，整脱模工作量大3.车铸、坑铸（吊车浇铸、钢包车浇铸）辽宁科技大学冶金工程技术中心四、钢锭设计和生产是一个系统工程1.要保证钢锭内部纯净度，提高内部质量2.要保证能得到较高的成材率3.要保证有较高的锭模使用寿命4.要适应现厂的工艺设备条件，满足限制性环节要求（没有万金油式的钢锭，要量体裁衣）5.锭型系列：①选择代表性钢种②选择代表性规格③用较少的钢锭满足各种品种、规格的要求④锭型设计应与轧制规程、轧制方式相匹配辽宁科技大学冶金工程技术中心五、钢锭设计内容1.锭型选择和浇铸方式确定2.锭重计算3.保温帽部容积确定11.钢锭模设计10.钢锭体积和重量验算4.钢锭本体厚度确定12.保温帽壳设计5.钢锭本体宽度确定13.底盘和汤道砖设计6.钢锭本体锥度确定9.钢锭边部形状设计14.绝热板设计7.钢锭尾部形状设计8.钢锭头部形状设计15.中心铸管设计16.压下规程设计辽宁科技大学冶金工程技术中心六、锭重计算1.锭重与炼钢炉容量相匹配G锭=G炉-G余-G滑/n……①铸余：一般取罐容的1～1.5%；汤道损失：根据中注管、汤道内径和长度计算；n—同时浇铸锭数2.考虑吊车、加热炉、轧机负荷，不能超载3.考虑提高成材率、是否为死定尺G锭=bhlγn1/η1……②b.h－成品断面尺寸；l－成品定尺长；γ－钢材比重(7.85t/m3)n1－一个锭轧成的成品根数；η1－从锭到材的成材率(包括切头、切尾、切边、烧损、取样)4.综合考虑后调整锭重辽宁科技大学冶金工程技术中心七、钢锭的铸造组织1.一次缩孔，集中偏析区2.V型偏析（补缩）3.倒V型偏析（双向溶质富集）4.细晶坚壳带（急冷）5.柱状晶带（枝晶逆热流方向生长）6.中心等轴晶区和疏松带（体积结晶）7.二次缩孔（补缩不足）8.底部细晶沉积区（结晶雨沉降）辽宁科技大学冶金工程技术中心八、帽部容积计算1.由于钢锭有凝固收缩，凝固后的精确尺寸难以计算，故钢锭容积是按液体体积计算的，取钢液的比重为7.0～7.2t/m3（与钢种、钢水过热度、钢锭大小及浇铸速度有关）V帽%=a%+b%/η2……③a－钢水的液态收缩率，一般取0.5～1%b－钢水的凝固收缩率，一般为3～6%（与钢种有关）η2－帽部容积有效利用率，一般为25～35%（与绝热板保护渣保温效果、保证质量的实心高度和脱模夹钳要求高度有关）2.V帽一般为10～18%，V帽是影响钢锭内部质量及成材率的主要因素之一，锭重愈大，钢种要求愈高，帽容比愈大3.本体容积：V本=V锭－V帽……④辽宁科技大学冶金工程技术中心九、钢锭本体设计1.本体大头厚度h大①保证质量所需的压缩比h大=h成·n……⑤对一般要求n4,对探伤要求n6②考虑设备条件（加热炉、炉膛尺寸、轧机开口度、高压水除鳞箱高度）③考虑轧机能力、轧制道次、变形深透程度l/hc0.5变形不深透，钢锭侧边产生双鼓形、头尾产生轧凹、轧件心部产生附加拉应力，使内部产生缺陷；……⑥Δh－压下量H－轧前厚度R－轧辊工作半径h－轧后厚度2/)(/hHhRhlc辽宁科技大学冶金工程技术中心九、钢锭本体设计2.本体小头厚度h小h小=h大－2i大(H本－R大)……⑦i大－大面锥度H本－本体高度R大－大面圆弧半径3.钢锭大面锥度i大%是影响钢锭内部质量的主要参数之一，影响着凝固前沿的形态、帽部金属对本体补缩的好坏，一般为2.5～5.0%，合金比高取大値。4.钢锭本体高度H本钢锭高度愈大，钢水静压力对锭底部的作用愈大，钢锭愈容易开裂；钢锭愈高，钢液中气体夹杂上浮阻力愈大、残存气体夹杂愈多，探伤愈不易合格；钢锭愈高，保温帽部钢水不容易补缩进本体，愈容易产生疏松和二次缩孔，一般钢锭总高（本体高加帽部浇高）不超过3500mm5.钢锭大面圆弧半径R大钢锭本体大面圆弧半径大，可减少成品板尾部轧凹，可提高成材率，一般R大=250～350mm辽宁科技大学冶金工程技术中心九、钢锭本体设计6.本体大头宽度b大b大=b成+Δb－Δb′……⑧Δb－钢锭立轧压下量（有立辊时为∑Δh立,无立辊时为0）Δb′－扁锭横轧展宽量,为保证钢板横向性能,一般要求板宽/锭宽1.33。钢锭宽度还要考虑输入辊道宽度、加热炉尺寸和厚板轧机辊身长度。7.本体小头宽度b小b小=b大－2i小(H本－R小)……⑨i小－小面锥度R小－小面圆弧半径H本－本体高度8.钢锭小面锥度i小%为了使轧出的钢板平面呈矩形以提高成材率，应尽可能减少i小%，因为i小%对钢锭的凝固补缩作用没有i大%那么大，故一般取i小%=0.8～1.0%，只要保证脱模就行9.钢锭本体小面圆弧半径R小为减少钢锭切尾损失，应取得小一点，一般为R小=80～100mm辽宁科技大学冶金工程技术中心10.钢锭大面凸度钢锭大面做出凸度n的目的是：①钢锭模向外凸，使钢锭模内壁在受热膨胀时受压应力，防止锭模产生内裂②在钢锭立轧时抵消一部分双鼓变形造成的不均匀延伸，减少切头尾损失③加大钢锭宽面中心的总压下量，有利于轧合中心疏松，n=20～40mm九、钢锭本体设计11.钢锭小面凸度钢锭小面凸度m的作用是抵消一部分平轧时的侧面双鼓形，减少切边量，如钢锭要进行首次立轧，则不能设置小面凸度，否则立轧时钢锭站立不稳小面凸度作成梅花形而不做成圆弧形的原因：要加大比表面积、增加坚壳带厚度，防止小面开裂辽宁科技大学冶金工程技术中心九、钢锭本体设计12.钢锭的几个参数①平均宽厚比希望大一些好，一般为2.0～5.0②平均高厚比希望小一些好，一般不超过3.5～4.513.钢锭本体体积的验算确定上述各参数后，要将钢锭本体分成若干单体（梯形台、半圆柱、弓形台等）计算体积后累加求出本体重量，与要求重量相比较，如不合适即进行修改辽宁科技大学冶金工程技术中心十、钢锭帽部设计1.帽部的形状①有正锥台型、平行六面体型、倒锥台型之分，内部砌筑绝热板、帽部容积是指由绝热板围成的体积②帽部有带肩部的收缩型帽口(a)和不带肩部的敞开式帽口(b)之分，收缩帽口可以减少帽部容积和切头率0.5～1%，保证所需的实心高度辽宁科技大学冶金工程技术中心十、钢锭帽部设计2.帽部尺寸①帽部下部宽度：b帽=b大－(30~60)b大－钢锭本体大头宽度②帽部下部厚度：h帽=h大－(20~40)h大－钢锭本体大头厚度b帽、h帽之所以向内收缩，是要防止保温帽一旦座偏时产生“悬挂”拉裂③帽部锥度：i%=5~20%，防止脱模时吊牙打滑④帽部浇高：H帽一般为350~550mm，以最后根据帽容比的计算为准，不希望太高（影响成材率）或太低（夹不出锭或集中偏析深入本体）辽宁科技大学冶金工程技术中心十、钢锭帽部设计3.如帽口做成带肩部的收缩型帽口，则肩宽不超过250mm，肩部斜度应大于20%，以防止保护渣积存憋气、产生喷溅，肩部的断面形状应为半圆形，以防止“肩窝”的产生4.帽部尺寸确定后，和本体一样也要验算其容积，使实际重量和设计帽部要求重量相等辽宁科技大学冶金工程技术中心十一、钢锭模设计①热应力均匀，防止锭模开裂②重量合适，保证钢锭凝固吸热需要，节约成本③整体刚性好，使用寿命长C：4.1~4.5%Si：0.6~0.9%Mn：0.6~0.8%P：≤0.10%S：≤0.03%灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁辽宁科技大学冶金工程技术中心十一、钢锭模设计锭模内腔尺寸和锭型尺寸是一致的锭模外型要根据锭模壁厚及铸锭所需结构设计锭模图辽宁科技大学冶金工程技术中心十一、钢锭模设计①大面模壁厚度一般取钢锭厚度的0.25~0.30倍，太厚热应力大、吸热能力有浪费；太薄强度刚性不足、吸热能力差、影响钢锭凝固组织②钢锭模壁应按不等厚设计，使大面、小面、转角热应力分布均匀，锭模不易开裂③一般大面壁厚︰小面壁厚︰转角壁厚比为1.05︰1︰0.95④扁钢锭模横截面外轮廓线应尽量接近椭圆形⑤钢锭模纵截面壁厚应为“龟背形”，以均匀热应力，防止纵向变形内壁龟裂1.模壁厚度及其分配辽宁科技大学冶金工程技术中心十一、钢锭模设计采用热光弹法，取钢锭横截面作分析2.钢锭模热应力的彩色云图辽宁科技大学冶金工程技术中心十一、钢锭模设计3.宝钢BV30锭模图辽宁科技大学冶金工程技术中心十一、钢锭模设计①模底厚度及模底眼尺寸②顶部定位台尺寸（要与保温帽壳尺寸相匹配）③顶部加固圈尺寸确定④吊耳尺寸及强度验算：（G锭+G模）a[τ][τ]－锭模材质的许用剪应力a－系数，一般取1.1（考虑拉断尾芯）⑤模口坡口的作用F=4.其他尺寸确定辽宁科技大学冶金工程技术中心十一、钢锭模设计时效处理：以每小时升温50度至550度，保温12小时，随炉冷却，或露天堆放半年以上，以消除铸造应力。锭模浇铸前预热温度80~120℃模温太低，热应力大，模易裂模温太高，冷却强度不足，影响铸造组织5.锭模的时效处理，消除铸造应力辽宁科技大学冶金工程技术中心十二、保温帽壳设计保温帽壳内腔形状和尺寸与保温帽设计尺寸相同但要在四周加上绝热板的厚度尺寸辽宁科技大学冶金工程技术中心十二、保温帽壳设计1.保温帽耳轴2.保温帽壳应是薄壁结构，以减少帽部吸热，提高帽部补缩利用率3.保温帽壳应有加强筋，增加刚性，防止受热变形产生帽模接口漏钢4.帽壳高度应比浇高高出80~100mm，以盛装保护渣和调节帽容比辽宁科技大学冶金工程技术中心十三、中心铸管设计1.中心铸管高度应保证浇满锭