CN103008577A - 微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法和模具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及模铸钢锭制备领域，具体是一种微缺陷高利用率优质钢锭的制备方法和模具，应用于真空和非真空条件下碳钢、合金钢以及有色金属的制备，对各种材料的钢锭内部的缩孔疏松、偏析、沉积锥等缺陷均有抑制作用。采用上小下大模具设计，采用振动装置进行微区触发形核细化晶粒，采用等离子埋弧加热对冒口进行加热，采用高温脱模工艺，采用保温材料对脱模后钢锭进行保温，降低钢锭、中心的热应力，采用钢锭自补缩机制消除钢锭内部的缩孔疏松缺陷。本发明有效解决钢锭内部缩孔疏松缺陷问题，减少冒口尺寸，大大提高钢锭利用率及生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及模铸钢锭的制备领域，具体是一种微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法和模具，应用于真空和非真空条件下碳钢、合金钢以及有色金属的制备，对各种材料的钢锭内部的缩孔疏松、偏析、沉积锥等缺陷均有抑制作用。
背景技术
近年来，随着我国电力工业，核工业和石油化学工业的迅猛发展，对大型锻件的需求量越来越大，同时也对大型锻件的品质要求越来越高。大型锻件是能源电力、交通运输和冶金机械等重要领域配套装备的基础，是衡量国家工业水平的重要标志。2009年国务院明确将提升大型锻件制造技术水平作为国家《装备制造业调整振兴规划》的重点。钢锭以及铸坯是大型锻件的先期产品，其质量对提高大型锻件质量尤为重要，钢锭或坯料的质量直接影响锻件的质量。钢锭内部的缩孔疏松，成分偏析以及夹杂物等缺陷影响钢锭的内在质量。目前，工业界通常采用的钢锭一般都为小的高径比设计或者大的钢锭冒口设计，甚至将钢锭的冒口端以及尾锥端切掉100-300mm，造成钢锭的利用率低。浪费了大量的能源、材料以及人力物力，即便这样，锻件的合格率也比较低，制约了高质量锻件的发展。
由于大型钢锭的凝固过程非常漫长，例如百吨级钢锭需要三十几个小时，致使金属液中低熔点、低密度元素或夹杂物在凝固前沿富集，同时由于热溶质对流等的影响，使钢锭不同区域化学成分不均匀，造成宏观偏析和微观偏析。钢锭的模具设计对钢锭的温度场分布有决定性的影响，直接影响钢锭内部的缩孔疏松缺陷的分布。因此，优化模具设计，消除钢锭内部缩孔疏松缺陷，抑制钢锭偏析，提高钢锭的利用率是目前工业界迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法和模具，采用本发明相关技术，不仅能够有效解决钢锭内部缩孔疏松缺陷问题，而且减少了钢锭冒口尺寸，大大提高了钢锭的利用率及生产效率。
本发明的技术方案是：
一种微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法，对于模铸钢锭采用上小下大模具设计，采用振动装置进行微区触发形核细化晶粒，采用等离子埋弧加热对冒口进行加热，采用高温脱模工艺，采用保温材料对脱模后钢锭进行保温，降低钢锭中心的热应力，采用钢锭径向补缩机制消除钢锭内部的缩孔疏松缺陷；其中，
（1）钢锭设计
钢锭锭身和冒口模具均采用上小下大的锥形结构，钢锭的高径比为1.5-5；
（2）微区触发形核技术
在钢锭浇注后，在钢锭的顶部，使用振动装置进行微区触发形核操作，利用耐火材料对金属液进行振荡，增加金属液的形核密度；
（3）等离子埋弧加热技术
在实施振动微区触发形核操作之后，采用等离子埋弧加热技术，对钢锭金属液进行加热，增强钢锭冒口保温能力，有利于提高金属液的凝固补缩，减少钢锭的冒口尺寸，提高利用率；
（4）钢锭高温脱模保温及径向补缩技术
钢锭高温脱模，采用保温材料对脱模后钢锭进行保温，降低钢锭中心的热应力；利用钢锭凝固过程中高温壳层收缩，减轻或消除中心缩孔疏松；脱模需要凝固壳厚度为60-150mm，钢锭壳温为900-1200℃；在后续凝固过程中保温，提高壳层收缩能力。
所述步骤1）中，冒口采用分体挂保温板方法，其保温板内侧与锭身处钢锭外表面相齐，保温板的厚度为30-80mm，高度为300-600mm，保温板根据冒口尺寸进行无缝隙一体化设计，在保温板外侧还存在一层保温板支承物，保证高温脱模后，粉化后的保温板不脱落；钢锭倒锥度在2%-5%之间，冒口的锥度为1-9%，实现钢锭与冒口无过渡的一体化设计，提高冒口的利用率。
所述钢锭粉刷耐1600℃以上高温的钢锭模涂料，厚度为0.3-0.5mm。
所述步骤2）中，振动装置的振动频率为2-60Hz，振幅为5-100mm；振荡装置连接耐火材料，耐火材料采用高铝耐火砖，其耐火度在1600℃以上，耐火材料在使用前需烘烤到600℃以上；振荡过程中，金属液面进行氩气保护，防止金属液氧化；振动装置放入位置位于冒口直径或边长的1/3-1/2处；与振荡装置连接的耐火材料浸入金属液中，在振荡过程中，耐火材料在金属液中的深度为2-100mm，浸入金属液中耐火材料的尺寸占整个耐火材料的1/2-1/10；振动时间为，5-15吨钢锭振动时间为10-15min，15-30吨钢锭振动时间为15-20min，30-80吨振动时间为20-35min。
所述步骤3）中，采用等离子埋弧加热枪，对钢锭顶部进行加热；先进行等离子埋弧加热枪起弧，预热，在钢锭浇注完成后立即加热；氩气通入量为10～15L/min，压力为0.1～0.25MPa；起弧时，电压为50～120V，稳定工作时，电压为30～100V；等离子埋弧加热枪浸入到渣中，对金属液进行加热，浸入深度10～100mm；利用氩气压力平衡等离子埋弧加热枪内外液面高度，当***深度相同时，氩气压力高时，内外液面高度差大，氩气压力低时，内外液面高度差小；保持足够大的氩气压力，使内部液面上升高度不超过40mm；加热温度控制在材料液相线以上30～100℃，加热时间10～30min，等离子埋弧加热枪为一个或两个以上同时加热。
采用两个等离子埋弧加热枪加热时，等离子埋弧加热枪对称摆放，分别摆在冒口的半径1/2位置上；采用三个等离子埋弧加热枪加热时，等离子埋弧加热枪按等边三角形摆放，同样放在冒口半径1/2位置上；对于冒口直径大于1000mm的钢锭采用两个以上等离子埋弧加热枪加热，等离子埋弧加热枪同样放在冒口半径1/2位置上；操作上，采用同时通氩气，同时起弧，同时浸入金属液的方式进行。
所述步骤4）中，控制钢锭外表面冷却条件，使钢锭外表面的温度维持在固相线以下200~400℃之间，钢锭外表面凝固层处于低变形抗力的塑性变形区；采用石棉保温材料或保温罩对钢锭外表面进行保温，降低钢锭外表面与外界的换热强度，利用钢锭芯部返热使钢锭外表面温度升高，减小钢锭径向温度梯度，使钢锭芯部同时进入糊状区，使钢锭芯部同时凝固。
本发明中，微缺陷高利用率优质模铸钢锭的模具包括：钢锭底盘、中注管底盘、锭身、冒口、中注管上模、中注管、横浇道、钢锭模、冒口模，钢锭底盘上设置中注管底盘和钢锭模，中注管底盘顶部设置中注管上模，中注管安装于中注管上模和中注管底盘中，中注管底部通过钢锭底盘中设置的横浇道及横浇道上的两个以上内浇道与钢锭模内腔相通，钢锭模的顶部设置冒口模，钢锭模的内腔用于形成锭身，冒口模的内腔用于形成冒口。
本发明中，微缺陷高利用率优质模铸钢锭的模具包括：钢锭底盘、中注管底盘、锭身、冒口、中注管上模、中注管、横浇道、钢锭模、冒口模、钢锭尾锥模，钢锭底盘上设置中注管底盘和钢锭尾锥模，中注管底盘顶部设置中注管上模，中注管安装于中注管上模和中注管底盘中，中注管底部通过钢锭底盘中设置的横浇道及横浇道上的内浇道与钢锭尾锥模中心的倒锥台形孔相通，钢锭尾锥模顶部设置钢锭模，钢锭模的顶部设置冒口模，钢锭模的内腔用于形成锭身，冒口模的内腔用于形成冒口，钢锭尾锥模中心的倒锥台形孔形成钢锭尾锥，钢锭的锭身和冒口模均为上小下大的结构。
所述冒口模的内侧采用分体挂保温板，保温板的内侧与锭身处钢锭的外表面相齐；保温板镶挂于冒口模内侧，保温板的底部与钢锭锭身的顶部接触。
本发明具有如下有益效果：
1.本发明通过采用上小下大模具设计，同时有效控制冒口所占比例，使钢锭利用率高达75-80%。因此，此钢锭模具设计能够显著提高钢锭利用率。
2.本发明钢锭浇注后，在钢锭冒口中使用振动装置进行微区触发形核操作，有效细化晶粒，减轻及消除钢锭的缩孔疏松及偏析问题。在冒口实施振动微区触发形核操作之后，采用冒口等离子埋弧加热技术，提高冒口金属液温度，增强钢锭冒口的保温能力，有利用钢锭定向凝固，能够有效解决钢锭中上部分的缩孔疏松问题。此外，钢锭还采用高温脱模，对脱模后钢锭还进行保温，降低钢锭中心的热应力，利用钢锭凝固过程中高温壳层收缩有效减轻中心缩孔疏松的产生。通过以上技术能够减轻或消除内部的缩孔疏松缺陷及偏析问题，显著提高钢锭内部质量。此方法实际操作性更强，是一种创新方法，对高径比大、冒口所占比例小的钢锭具有特殊意义。
3.本发明适用于所有吨位钢锭的制备，对高径比大、冒口所占比例小的钢锭尤其有效。本发明运用范围广，显著提高钢锭的内部质量。
总之，通过本发明中的新型钢锭采用上小下大的设计，采用振动装置进行微区触发形核细化晶粒技术，采用等离子埋弧加热对冒口进行加热技术，钢锭高温脱模保温及径向补缩技术，采用保温材料对脱模后钢锭进行保温，降低钢锭中心的热应力，采用钢锭自补缩机制实现了减轻或消除钢锭中缩孔疏松及A偏析等缺陷的目的，适用于真空和非真空条件下碳钢、合金钢以及有色金属的制备，解决了高径比大、冒口所占比例小的钢锭心部质量问题，有效提高了钢锭的利用率。
附图说明
图1（a）-（b）为本发明模铸钢锭的模具示意图。其中，图1（a）为方钢锭模具；图1（b）为圆钢锭模具。
图中，1钢锭底盘；2中注管底盘；3锭身；4冒口；5中注管上模；6中注管；7横浇道；8钢锭模；9冒口模；10钢锭尾锥模；11倒锥台形孔；12保温板。
图2为2.5吨材质为42CrMo钢锭低倍检验组织图。
图3为5.5吨材质为42CrMo钢锭低倍检验组织图。
图4为50吨材质为Q345钢锭普通工艺温度场模拟结果图。
图5为50吨材质为Q345钢锭新工艺的温度场模拟结果图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例详述本发明。
本发明微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法，采用上小下大模具设计，采用振动装置进行微区触发形核细化晶粒，采用等离子埋弧加热对冒口进行加热，采用高温脱模工艺，采用保温材料对脱模后钢锭进行保温，降低钢锭中心的热应力，采用钢锭自补缩机制消除钢锭内部的缩孔疏松缺陷；其中，
（1）钢锭设计
钢锭及其冒口模均为上小下大的锥形结构；钢锭粉刷耐1600℃以上高温的常规钢锭模涂料，钢锭的高径比为1.5-5，冒口收缩后高度为150-250mm，钢锭利用率为75-80%。
本发明中，圆钢锭的高径比为钢锭的高度与钢锭的平均直径（即：(顶部直径+底部直径)/2）比值，方钢锭的高径比为钢锭的高度与钢锭的平均厚度（即：(锭身顶部窄边厚度+底部窄面厚度)/2）比值。
如图1（a）所示，本发明模铸钢锭的模具包括：钢锭底盘1、中注管底盘2、锭身3、冒口4、中注管上模5、中注管6、横浇道7、钢锭模8、冒口模9等，钢锭底盘1上设置中注管底盘2和钢锭模8，中注管底盘2顶部设置中注管上模5，中注管6安装于中注管上模5和中注管下模2中，中注管6底部通过钢锭底盘1中设置的横浇道7及横浇道7上的两个以上内浇道与钢锭模8内腔相通，钢锭模8的顶部设置冒口模9，钢锭模8的内腔用于形成锭身3，冒口模9的内腔用于形成冒口。
如图1（b）所示，本发明模铸钢锭的模具包括：钢锭底盘1、中注管底盘2、锭身3、冒口4、中注管上模5、中注管6、横浇道7、钢锭模8、冒口模9、钢锭尾锥模10等，钢锭底盘1上设置中注管底盘2和钢锭尾锥模10，中注管底盘2顶部设置中注管上模5，中注管6安装于中注管上模5和中注管底盘2中，中注管6底部通过钢锭底盘1中设置的横浇道7及横浇道7上的内浇道与钢锭尾锥模10中心的倒锥台形孔11相通，钢锭尾锥模10顶部设置钢锭模8，钢锭模8的顶部设置冒口模9，钢锭模8的内腔用于形成锭身3，冒口模9的内腔用于形成冒口，钢锭尾锥模10中心的倒锥台形孔11形成钢锭尾锥，钢锭的锭身3和冒口模9均为上小下大的结构。
本发明中，冒口模9的内侧采用分体挂保温板12，保温板12的内侧与锭身钢锭的外表面相齐。保温板12镶挂于冒口模9内侧，保温板12的底部与钢锭锭身的顶部接触。
（2）微区触发形核技术
在钢锭浇注后，在钢锭冒口中使用振动装置进行微区触发形核操作，利用耐火材料对金属液进行振荡，增加金属液的形核密度。
（3）冒口等离子埋弧加热技术
在冒口实施振动微区触发形核操作之后，采用冒口等离子埋弧加热技术，提高冒口金属液温度，增强钢锭冒口的保温能力，有利于提高金属液的凝固补缩，减少冒口尺寸，提高利用率。
（4）钢锭高温脱模保温及径向补缩技术
钢锭高温脱模，采用保温材料对脱模后钢锭进行保温，降低钢锭中心的热应力；利用钢锭凝固过程中高温壳层收缩，减轻或消除中心缩孔疏松。脱模需要凝固壳厚度为60-150mm，钢锭壳温为900-1200℃。在后续凝固过程中，需要保温，提高壳层收缩能力。
所述步骤1）中，为解决此类钢锭中心缩孔疏松问题，钢锭除具备以上设计特点外，在钢锭设计中还具有以下技术特点：冒口采用分体挂保温板方法，其保温板内侧与钢锭外表面相齐，保温板的厚度为30-80mm，高度为300-600mm，保温板应根据冒口尺寸进行无缝隙一体化设计，在保温板外侧存在一层保温板支承物，保证高温脱模后，粉化后的保温板不脱落。钢锭倒锥度在2%-5%之间，而冒口的锥度一般为1-9%。由图1所示，钢锭冒口设计不仅体积小，而且实现了钢锭与冒口无过渡一体化设计，提高了冒口的利用率。此外，钢锭粉刷了耐1600℃以上高温的常规钢锭模涂料，涂料的厚度为0.3-0.5mm。
所述步骤2）中，振动装置的振动频率为2-60Hz，振幅为5-100mm；振荡装置连接耐火材料，耐火材料采用高铝耐火砖，其耐火度在1600℃以上，耐火材料在使用前需烘烤到600℃以上；振荡过程中，金属液面进行氩气保护，防止金属液氧化；振动装置放入位置位于冒口直径或边长的1/3-1/2处；与振荡装置连接的耐火材料浸入金属液中，在振荡过程中，耐火材料在金属液中的深度为2-100mm，浸入金属液中耐火材料的尺寸占整个耐火材料的1/2-1/10，耐火材料的横截面积一般为50-150cm2。振动时间为，5-15吨钢锭振动时间为10-15min，15-30吨钢锭振动时间为15-20min，30-80吨振动时间为20-35min。
本发明中，振荡装置可参见中国实用新型专利申请：一种气体振荡装置，申请号：201120262332.9。
所述步骤3）中，采用等离子埋弧加热枪，进行钢锭冒口加热。先进行等离子埋弧加热枪起弧，预热，在钢锭浇注完成后立即加热。氩气通入量为10～15L/min，压力为0.1～0.25MPa。起弧时，电压为50～120V，稳定工作时，电压为30～100V。等离子埋弧加热枪浸入到渣中，对金属液进行加热，浸入深度10～100mm。利用氩气压力平衡等离子埋弧加热枪内外液面高度，当***深度相同时，氩气压力高时，内外液面高度差大，氩气压力低时，内外液面高度差小。保持足够大的氩气压力，使内部液面上升高度不超过40mm。加热温度控制在材料液相线以上30～100℃，加热时间10～30min，可以采用的2个或2个以上等离子埋弧加热枪同时加热。采用两个等离子埋弧加热枪加热时，等离子埋弧加热枪对称摆放，分别摆在冒口的半径1/2位置上；采用三个等离子埋弧加热枪加热时，等离子埋弧加热枪按等边三角形摆放，同样放在冒口半径1/2位置上；对于冒口直径大于1000mm的钢锭均采用两个以上等离子埋弧加热枪加热，等离子埋弧加热枪同样放在冒口半径1/2位置上；操作上，采用同时通氩气，同时起弧，同时浸入金属液的方式进行。
本发明中，冒口等离子埋弧加热技术可参见中国发明专利申请：一种5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热方法，申请号：201210322358.7。等离子埋弧加热枪可参见中国发明专利申请：一种5吨至600吨钢锭冒口的等离子埋弧加热装置，申请号：201210319706.5。
所述步骤4）中，控制钢锭外表面冷却条件，使钢锭外表面的温度维持在固相线以下200~400℃之间，钢锭外表面凝固层处于低变形抗力的塑性变形区。采用石棉等保温材料或保温罩对钢锭外表面进行保温，降低铸坯外表面与外界的换热强度，利用钢锭芯部返热使钢锭外表面温度升高，减小钢锭径向温度梯度，使钢锭芯部同时进入糊状区，使钢锭芯部同时凝固。
利用以上技术试生产2.5吨、5.5吨钢锭，实验结果见图2、图3，浇注钢水材质为42CrMo，浇注温度1540℃。另外，利用以上技术还进行50吨大型方钢锭开发，利用计算机模拟技术对钢锭凝固过程进行模拟，结果如图4、图5所示。由模拟结果可知，通过等离子埋弧加热以及高温脱模能够使钢锭凝固过程中的温度场改善，使缩孔疏松大大减轻。在实际过程中，还在冒口实施振动微区触发形核操作，以及高温脱模钢锭还存在径向收缩，能够使钢锭心部缩孔疏松缺陷更进一步减轻。
实施例1
如图1（b）所示，试生产2.5吨锭身横截面为圆钢锭，高径比为2.5，浇注钢水材质为42CrMo，浇注温度1540℃。在浇注之后，对冒口实施振动微区触发形核操作，振动时间为8min，冒口振动之后，将等离子埋弧加热枪侵入金属液中，对钢锭冒口进行加热，加热时间大约30min，保证冒口表面钢液温度比此钢种的液相线高出10-20℃，当钢锭壳温降到900℃时脱模，最终钢锭低倍结果如图2所示，试验结果表明，钢锭心部致密，没有发现较肉眼可见的缩孔疏松缺陷，也没有A型偏析。此外，在钢锭尾部负偏析区域，没有发现大型夹杂物。因此，通过在钢锭冒口中使用振动装置进行微区触发形核操作，以及在冒口实施振动微区触发形核操作之后，采用冒口等离子埋弧加热技术可以使高径比大的钢锭心部致密。
实施例2
如图1（b）所示，试生产5.5吨锭身横截面为圆钢锭，高径比为3，浇注钢水材质为42CrMo，浇注温度1540℃。在浇注之后，对冒口实施振动微区触发形核操作，振动时间为10min，冒口振动之后，将等离子埋弧加热枪侵入金属液中，对钢锭冒口进行加热，加热时间大约50min，保证冒口表面钢液温度比此钢种的液相线高出10-20℃，当钢锭壳温降到1000℃时脱模，最终钢锭低倍结果如图3所示，试验结果表明，钢锭心部致密，没有发现较肉眼可见的缩孔疏松缺陷，存在较轻A型偏析。另外，在钢锭尾部负偏析区域，没有发现大型夹杂物。因此，通过在钢锭冒口中使用振动装置进行微区触发形核操作，以及在冒口实施振动微区触发形核操作之后，采用冒口等离子埋弧加热技术可以使高径比大的钢锭心部致密。
实施例3
如图1（a）所示，开发50吨上小下大型的模铸方坯（方钢锭），高径比约为4。其钢液材质选为Q345，浇注温度为1540℃。利用计算机模拟技术对钢锭凝固过程进行模拟，如图4所示，对于普通制备工艺来说，此钢锭的热结区域在钢锭的中下部位，易于带来严重缩孔疏松问题，这种严重缩孔疏松缺陷可能使锻后产品报废。为了消除这类缺陷，将钢锭在凝固1小时之后进行了高温脱模，随后进行了保温处理，以及在冒口进行了加热处理，为了防止冒口跑钢，冒口进行了小功率埋弧加热，并且加热区域主要集中在冒口中心部位，由图5模拟结果可知，采用新工艺制备的钢锭更易顺序凝固，有利于消除钢锭缩孔疏松。而在实际制备过程中，还会在冒口实施振动微区触发形核操作，以及高温脱模钢锭还存在径向收缩，能够使钢锭心部缩孔疏松缺陷更进一步减轻。
Claims (10)
1.一种微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法，其特征在于：对于模铸钢锭采用上小下大模具设计，采用振动装置进行微区触发形核细化晶粒，采用等离子埋弧加热对冒口进行加热，采用高温脱模工艺，采用保温材料对脱模后钢锭进行保温，降低钢锭中心的热应力，采用钢锭径向补缩机制消除钢锭内部的缩孔疏松缺陷；其中，
（1）钢锭设计
钢锭锭身和冒口模具均采用上小下大的锥形结构，钢锭的高径比为1.5-5；
（2）微区触发形核技术
在钢锭浇注后，在钢锭的顶部，使用振动装置进行微区触发形核操作，利用耐火材料对金属液进行振荡，增加金属液的形核密度；
（3）等离子埋弧加热技术
在实施振动微区触发形核操作之后，采用等离子埋弧加热技术，对钢锭金属液进行加热，增强钢锭冒口保温能力，有利于提高金属液的凝固补缩，减少钢锭的冒口尺寸，提高利用率；
（4）钢锭高温脱模保温及径向补缩技术
钢锭高温脱模，采用保温材料对脱模后钢锭进行保温，降低钢锭中心的热应力；利用钢锭凝固过程中高温壳层收缩，减轻或消除中心缩孔疏松；脱模需要凝固壳厚度为60-150mm，钢锭壳温为900-1200℃；在后续凝固过程中保温，提高壳层收缩能力。
2.按照权利要求1所述的微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中，冒口采用分体挂保温板方法，其保温板内侧与锭身处钢锭外表面相齐，保温板的厚度为30-80mm，高度为300-600mm，保温板根据冒口尺寸进行无缝隙一体化设计，在保温板外侧还存在一层保温板支承物，保证高温脱模后，粉化后的保温板不脱落；钢锭倒锥度在2%-5%之间，冒口的锥度为1-9%，实现钢锭与冒口无过渡的一体化设计，提高冒口的利用率。
3.按照权利要求2所述的微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法，其特征在于：钢锭粉刷耐1600℃以上高温的钢锭模涂料，厚度为0.3-0.5mm。
4.按照权利要求1所述的微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，振动装置的振动频率为2-60Hz，振幅为5-100mm；振荡装置连接耐火材料，耐火材料采用高铝耐火砖，其耐火度在1600℃以上，耐火材料在使用前需烘烤到600℃以上；振荡过程中，金属液面进行氩气保护，防止金属液氧化；振动装置放入位置位于冒口直径或边长的1/3-1/2处；与振荡装置连接的耐火材料浸入金属液中，在振荡过程中，耐火材料在金属液中的深度为2-100mm，浸入金属液中耐火材料的尺寸占整个耐火材料的1/2-1/10；振动时间为，5-15吨钢锭振动时间为10-15min，15-30吨钢锭振动时间为15-20min，30-80吨振动时间为20-35min。
5.按照权利要求1所述的微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中，采用等离子埋弧加热枪，对钢锭顶部进行加热；先进行等离子埋弧加热枪起弧，预热，在钢锭浇注完成后立即加热；氩气通入量为10～15L/min，压力为0.1～0.25MPa；起弧时，电压为50～120V，稳定工作时，电压为30～100V；等离子埋弧加热枪浸入到渣中，对金属液进行加热，浸入深度10～100mm；利用氩气压力平衡等离子埋弧加热枪内外液面高度，当***深度相同时，氩气压力高时，内外液面高度差大，氩气压力低时，内外液面高度差小；保持足够大的氩气压力，使内部液面上升高度不超过40mm；加热温度控制在材料液相线以上30～100℃，加热时间10～30min，等离子埋弧加热枪为一个或两个以上同时加热。
6.按照权利要求5所述的微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法，其特征在于：采用两个等离子埋弧加热枪加热时，等离子埋弧加热枪对称摆放，分别摆在冒口的半径1/2位置上；采用三个等离子埋弧加热枪加热时，等离子埋弧加热枪按等边三角形摆放，同样放在冒口半径1/2位置上；对于冒口直径大于1000mm的钢锭采用两个以上等离子埋弧加热枪加热，等离子埋弧加热枪同样放在冒口半径1/2位置上；操作上，采用同时通氩气，同时起弧，同时浸入金属液的方式进行。
7.按照权利要求1所述的微缺陷高利用率优质模铸钢锭的制备方法，其特征在于：所述步骤4）中，控制钢锭外表面冷却条件，使钢锭外表面的温度维持在固相线以下200~400℃之间，钢锭外表面凝固层处于低变形抗力的塑性变形区；采用石棉保温材料或保温罩对钢锭外表面进行保温，降低钢锭外表面与外界的换热强度，利用钢锭芯部返热使钢锭外表面温度升高，减小钢锭径向温度梯度，使钢锭芯部同时进入糊状区，使钢锭芯部同时凝固。
8.一种权利要求1所述制备方法的微缺陷高利用率优质模铸钢锭的模具，其特征在于，所述的模具包括：钢锭底盘、中注管底盘、锭身、冒口、中注管上模、中注管、横浇道、钢锭模、冒口模，钢锭底盘上设置中注管底盘和钢锭模，中注管底盘顶部设置中注管上模，中注管安装于中注管上模和中注管底盘中，中注管底部通过钢锭底盘中设置的横浇道及横浇道上的两个以上内浇道与钢锭模内腔相通，钢锭模的顶部设置冒口模，钢锭模的内腔用于形成锭身，冒口模的内腔用于形成冒口。
9.一种权利要求1所述制备方法的微缺陷高利用率优质模铸钢锭的模具，其特征在于，所述的模具包括：钢锭底盘、中注管底盘、锭身、冒口、中注管上模、中注管、横浇道、钢锭模、冒口模、钢锭尾锥模，钢锭底盘上设置中注管底盘和钢锭尾锥模，中注管底盘顶部设置中注管上模，中注管安装于中注管上模和中注管底盘中，中注管底部通过钢锭底盘中设置的横浇道及横浇道上的内浇道与钢锭尾锥模中心的倒锥台形孔相通，钢锭尾锥模顶部设置钢锭模，钢锭模的顶部设置冒口模，钢锭模的内腔用于形成锭身，冒口模的内腔用于形成冒口，钢锭尾锥模中心的倒锥台形孔形成钢锭尾锥，钢锭的锭身和冒口模均为上小下大的结构。
10.按照权利要求8或9所述的微缺陷高利用率优质模铸钢锭的模具，其特征在于：冒口模的内侧采用分体挂保温板，保温板的内侧与锭身处钢锭的外表面相齐；保温板镶挂于冒口模内侧，保温板的底部与钢锭锭身的顶部接触。
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