技术领域
[0001] 本
发明涉及钢锭制造领域，具体为一种利用气体净化钢锭及减轻A偏析的方法，通过钢锭冒口加入旋转吹氩通气设备去除钢锭内部夹杂物及减轻A偏析。
背景技术
[0002] 如图5所示，从大型钢锭宏观偏析示意图可以看出，宏观偏析普遍存在于各种材质和吨位的钢锭中，宏观偏析包括：正偏析带VI，钢锭顶部正偏析(冒口偏析IV)，底部负偏析(负偏析沉积堆III)，中部“V”型正偏析II和周围“A”型正偏析I。宏观偏析的形成原因主要是钢锭
凝固时间过长，吨位越大的钢锭其偏析程度越大，这种宏观偏析不能通
过热处理工艺来消除。
[0003] 钢锭
制造过程中往往存在偏析、大型非金属夹杂物等
铸造缺陷，这些缺陷将严重影响最终锻件
质量，因此迫切需要一种简单而实用的解决方法。众所周知，钢锭凝固过程中元素偏析现象是不可避免的，但通过搅拌、改变凝固速度方法可有效减轻A偏析(参见中国发明
专利：一种通过机械搅拌抑制大型钢锭宏观偏析的方法，
申请号200910012415.X)。
[0004] 近几年，虽然国内炼钢设备不断升级与改进，但锻件质量检测要求也在不断提高，因此产品合格率并没有大幅度提高，有的合格率反而下降了，引起这样结果的最主要原因之一是钢锭中存在大型夹杂物，因此解决钢锭中的大型夹杂物缺陷意义重大；对于某些钢种，例如
转子用钢，A偏析中的MnS夹杂物将严重影响材料
力学性能，成为裂纹源，因此减轻钢锭中的A偏析将进一步提高锻件质量。
[0005] 钢锭中的大型夹杂物都是外来的，它们大部分为炉渣、侵蚀的耐火材料、保护渣，减少这些夹杂物的主要手段是炉外精炼，但一旦有外来夹杂物随钢液进入钢
锭模后，很少采用其它外来手段去除这些大型夹杂物，主要原因是操作难度大，操作的手段少，另外，如果外来手段不恰当，将会引起钢锭其它内部质量缺陷。本技术是在充分认识钢锭凝固过程
基础上，避免引起其它质量缺陷前提下，开发了钢锭冒口加入旋转吹氩通气设备，有效去除钢锭中的夹杂物和减轻A偏析。
发明内容
[0006] 针对
现有技术中未提及到钢锭浇注后去除夹杂物的难点以及抑制凝固过程中A偏析，本发明的目的在于提供一种利用气体净化钢锭及减轻A偏析的方法，主要采用根据不同钢锭锭型制备不同旋转直径吹氩通气设备、旋转吹氩技术、冒口加入吹氩通气设备技术、通气管材质的设计方法、单根与多根通气管设计方法，可以有效去除钢锭中夹杂物和减轻A偏析，为改善钢锭内部质量提供了一种简单而实用的操作方法。
[0007] 本发明的技术方案是：
[0008] 一种冒口加入旋转吹氩设备去除钢锭内部夹杂物及减轻A偏析的方法，包括根据不同钢锭锭型制备不同旋转直径吹氩通气设备、旋转吹氩技术、冒口加入吹氩通气设备技术、通气材质的设计方法、单根与多根通气管设计方法；其中，
[0009] (1)根据不同钢锭锭型制备不同旋转直径吹氩通气设备
[0010] 钢锭浇注后，如果随钢液一起进入的外来大型夹杂物在钢锭凝固过程中没能进入冒口，那么它将成为钢锭内部缺陷，严重可导致钢锭报废。制备出的旋转吹氩通气设备去除夹杂技术和凝固过程中A偏析形成理论，根据不同锭型选择了不同吹氩直径，这种设计能够最优化去除大型夹杂，同时通过旋转搅拌有效减轻钢锭A偏析缺陷。
[0011] (2)冒口通气技术
[0012] 根据钢锭锭型设计了钢锭冒口吹氩通气设备，在钢锭浇注后，将吹氩通气设备通过钢锭冒口加入到钢锭内部，加入的具体方法为：钢锭浇注后，将固体发热
覆盖剂或液态保护渣加入到钢锭顶部，然后将吹氩通气设备通过冒口加入到钢液内部，当加入到A偏析易产生高度时停止。在设备进入冒口后，继续加入固体发热覆盖剂或液态保护渣。
[0013] (3)旋转吹氩技术
[0014] 加入到钢锭内部的旋转搅拌吹氩通气设备，根据实际锭型及通气管数量设计吹氩压力，一般采用1～3标准
大气压，旋转速度为5～20转/min，时间10min～2h。
[0015] (4)通气管材质的选择
[0016] 通气管材质的选择关系到通气时间的长短，对于小于10吨钢锭，由于锭身直径较小，凝固时间较短，不需较长通气时间，因此通气管材料采用刚玉管。对于10吨以上钢锭，由于钢锭锭身直径较大，凝固时间较长，需要较长通气时间，因此通气管材料采用一级高
铝砖、刚玉透气砖或塞棒砖。
[0017] (5)单根与多根通气管设计
[0018] 根据通气材质的选择和钢锭锭身直径的约束，可以选择一根或一根以上通气管设计，通气管的内径为10-20mm，这样能够保证钢锭冒口不会快速冷却。
[0019] 所述的冒口加入旋转吹氩设备去除钢锭内部夹杂物及减轻A偏析的方法，所述步骤1)中，吹氩
位置在钢锭半径的1/2～2/3处(以钢锭圆心为起点)。
[0020] 所述的冒口加入旋转吹氩设备去除钢锭内部夹杂物及减轻A偏析的方法，所述步骤2)中，先加入发热覆盖剂或液态保护渣，
钢水液面不裸露即可，加入的深度可通过计算机模拟A偏析产生位置确定。
[0021] 本发明中，发热覆盖剂可采用在铸钢件使用的保温覆盖剂中，加入10-20wt％铝粉的发热覆盖剂。液态保护渣可以采用SiO2-Al2O3-CaO-CaF2渣系，按重量百分比计，15-25％SiO2；20-30％Al2O3；30-40％CaO；15-25％CaF2。
[0022] 所述的冒口加入旋转吹氩设备去除钢锭内部大型夹杂物及减轻A偏析的方法，所述步骤3)中，每个主通气管的通气压力要在1～3标准大气压，旋转速度为5～20转/min。
[0023] 所述的冒口加入旋转吹氩设备去除钢锭内部夹杂物及减轻A偏析的方法，所述步骤4)中，通气管材质的选择为≥80wt％Al2O3耐火材料，具体为一级高铝砖、刚玉透气砖、塞棒砖。
[0024] 所述的冒口加入旋转吹氩设备去除钢锭内部夹杂物及减轻A偏析的方法，所述步骤5)中，通气管的预热
温度600-1000℃。
[0025] 本发明具有如下有益效果：
[0026] 1、本发明冒口加入旋转吹氩设备去除钢锭内部夹杂物及减轻A偏析的方法，采用不同钢锭锭型制备不同旋转直径吹氩技术、旋转吹氩技术、冒口加入吹氩设备技术、通气材质的设计方法、单根与多根通气管设计方法，能够有效去除锭内部大型夹杂物及减轻A偏析，是提高钢锭质量的一种简单而实用的操作方法。
[0027] 2、本发明能够从钢锭冒口加入吹氩设备，为发展去除夹杂物提高一种新的手段。
[0028] 3、本发明通过旋转方式进行吹氩，一方面，改变钢水流动方式、增加氩气泡
吸附夹杂物区域；另一方面，旋转搅拌能够有效减轻钢锭中的A偏析。
[0029] 4、本发明通过不同锭型凝固时间选择不同吹氩管及吹氩管材质，能够保证吹氩时间，为有效去除夹杂物提供了保障。
[0030] 总之，通过不同锭型需要合理设计、使用冒口加入吹氩设备技术，可以实现钢锭中夹杂物的去除及减轻A偏析，因此能够提高钢锭内部质量。
附图说明
[0031] 图1(a)-(b)为本发明三管旋转吹氩通气设备示意图；图1(a)为主视图，图1(b)为通气管在钢锭冒口位置。图中，1钢锭冒口；2通气管；3旋转臂；4氩气管。
[0032] 图2为未经旋转吹氩处理的普通浇注500kg钢锭
腐蚀结果图。
[0033] 图3为经旋转吹氩处理的500kg钢锭腐蚀结果图。
[0034] 图4为经旋转吹氩处理的700kg钢锭腐蚀结果图。
[0035] 图5为大型钢锭宏观偏析示意图。
具体实施方式
[0037] 1、钢锭的材质选用45号中
碳钢，具体化学成分见表1。钢锭模材料为普通水玻璃砂；冒口高径比为2(高径比： H为冒口高度，D为冒口顶部直径，d为冒口根部直径)；钢水高温出炉，出炉温度为1620-1640℃，
浇注温度为1580±10℃，浇注之前在型腔中充氩气，在氩气保护下进行浇注；钢锭砂型浇注前进行充分
烘烤，防止产生气体引起气孔缺陷。以上工艺参数的设计目标是确保钢锭内部质量良好，适当延长钢锭的凝固时间。
[0038] 表145#钢的化学成分(wt％)
[0039]
[0040] 2、选择两个500kg钢锭进行对比实验，一个采用旋转吹氩通气设备、另一个采用普通浇注方式。钢锭具体尺寸Φ300mm×800mm。
[0041] 3、根据钢锭具体尺寸设计了旋转吹氩通气设备，选择三个通气管，通气管的内径为
[0042] 如图1所示，本发明三管旋转吹氩通气设备包括通气管2、旋转臂3、氩气管4，氩气管4的出口分三路通气管2，三路通气管2均布，氩气管4上连有旋转臂3。使用时，通气管4从钢锭冒口1上方伸入。
[0043] 4、通气管的材质选择刚玉管，预热温度800℃。
[0044] 5、在浇注过程中，将预热好的通气管从钢锭冒口上方伸至钢锭高度的二分之一处，保持氩气压力在2个标准大气压，当钢水充满钢锭模后，迅速加入铸钢常用的冒口发热覆盖剂。
[0045] 本实施例中，发热覆盖剂采用在铸钢件使用的保温覆盖剂中，加入15wt％铝粉的发热覆盖剂。
[0046] 6、吹氩位置在钢锭半径的1/2处(以钢锭圆心为起点)，旋转臂以15转/min转动，带动氩气旋转设备通气管转动，保持15min，然后缓慢拿出氩气通气管。
[0047] 7、对两个钢锭进行解剖检验，首先对钢锭中心面进行腐蚀，与图2相比，图3中经旋转吹氩处理的500kg钢锭A偏析减轻了，同时通过硫印观察，旋转吹氩钢锭中的夹杂物也减少了。
[0048] 实施例2
[0049] 与实施例1不同之处在于：
[0050] 本实施例中，液态保护渣可以采用SiO2-Al2O3-CaO-CaF2渣系，按重量百分比计，20％SiO2；25％Al2O3；35％CaO；20％CaF2。
[0051] 1、钢锭浇注重量为700kg，具体尺寸为Φ400mm×800mm。
[0052] 2、根据钢锭具体尺寸设计了旋转吹氩通气设备，选择三个通气管，通气管的内径为
[0053] 3、通气管的材质选择刚玉管，预热温度900℃。
[0054] 4、在浇注过程中，将预热好的通气管从钢锭冒口上方伸至钢锭高度的二分之一处，保持氩气压力在3个标准大气压，当钢水充满钢锭模后，迅速加入铸钢常用的冒口液态保护渣。
[0055] 5、吹氩位置在钢锭半径的2/3处(以钢锭圆心为起点)，旋转臂以10转/min转动，带动氩气旋转设备通气管转动，保持20min，然后缓慢拿出氩气通气管。
[0056] 如图4所示，对钢锭进行解剖检验，对钢锭中心面进行腐蚀，同时通过硫印观察，旋转吹氩钢锭中的夹杂物也减少了，经旋转吹氩处理的700kg钢锭的A偏析减轻。
[0057] 实施例结果表明，对于钢锭中的大型夹杂物而言，由于
对流携带、柱状枝晶阻碍作用，使其在凝固初期不能快速上浮而停留在钢锭中，最终成为严重的
铸造缺陷，通过吹氩气、吸附大型夹杂物方法能够有效去除夹杂物。因此，钢锭冒口加入旋转吹氩通气设备去除钢锭中的夹杂物及减轻A偏析技术能够改善钢锭内部质量，消除非金属夹杂物、减轻A偏析等铸造缺陷。
