CN108580829B - 一种双金属管坯离心生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双金属管坯离心铸造生产方法，外层金属液和内层金属液分别从管模的两端浇注；内外层金属液浇注时采用保护渣混合浇注；当内层金属液浇注时，外层温度处于外层金属的熔点温度；在内外层金属液浇注前和浇注过程中，均由流嘴送入的惰性气体保护；所述惰性气体自流嘴的管模出口吹出进入管模内，自流嘴成圆周分布的挡板出口吹出将浇注口的空气隔绝。按照该方法生产的双金属离心管坯，内层成分控制良好，内外层交界面无夹渣，产生冶金结合，夹杂物含量少，铸造缺陷少，离心管内在质量好。

Description

一种双金属管坯离心生产方法

技术领域

本发明应用于离心铸造领域，提供了一种采用离心铸造工艺生产双金属管坯的方法。

背景技术

双金属管坯多采用离心铸造，由于生产工艺的限制，内层管坯的成分控制比较困难，尤其是对于铸钢双金属管坯而言，金属液易氧化，浇注温度高，过热度低，铸造缺陷较多，管坯加工量大，金属收得率低，生产成本高。关键是内层成分控制与交界面的质量是一对矛盾，若熔合外层管坯量大，则内层成分不易控制，若熔合外层管坯量小，则在交界面易产生夹渣。

新兴铸管股份有限公司利用自己离新技术在本世纪初开始双金属铸钢管坯的产品研发和生产，主要作为挤压原料坯，用来生产双金属无缝钢管，但上述矛盾依然没有很好的解决。

发明内容

本发明解决的技术问题是：通过多方面的工艺控制，尤其是采用保护渣钢渣混合浇注和控制内层金属液的浇注时机，获得交界面无夹渣、内层成分合格的双金属管坯。

本发明所采用的技术方案是：

外层金属液和内层金属液分别从管模的两端浇注；内外层金属液浇注时采用保护渣混合浇注；当内层金属液浇注时，外层内表面温度处于外层金属的熔点温度；在内外层金属液浇注前和浇注过程中，均由流嘴送入的惰性气体保护；所述流嘴采用两个钢管嵌套密封，中间设计有惰性气体空腔，所述惰性气体空腔与惰性气体的进气管连接，在流嘴上分别开设有惰性气体管模出口和挡板出口，惰性气体自管模出口吹出进入管模内，自成圆周分布的挡板出口吹出将浇注口的空气隔绝；所述保护渣包括有石灰、石英、铝矾土和萤石，上述四种物料的重量百分比分别为 20-25%、15-20%、15-20%和45-60%，碱度为1.1-1.3，熔点1300-1400℃。

另外，对于某些双金属管坯，所述保护渣也可以全部采用萤石。

为获得精炼效果，降低金属液中夹杂物含量，所述保护渣用量不低于金属液重量的1%，或者外层金属液浇注完后，保护渣厚度不低于0.5mm。

为保护管模及降低管模两端钢液的温差，所述管模的涂层厚度不小于1.6mm，管模预热温度不低于230℃。

为快速成型，避免金属液氧化，有利于夹渣上浮，所述外层金属液的浇注速度不小于7kg/s，所述管模的转速不低于80G。

本发明的有益效果是：按照上述技术方案生产的双金属离心管坯，内层成分控制良好，内外层交界面无夹渣，产生冶金结合，夹杂物含量少，铸造缺陷少，离心管内在质量好。

附图说明

图1为双金属管坯浇注方案示意图；

图2为流嘴结构示意图；

其中：1-管模、2-挡板、3-流嘴、4-浇注包、5-惰性气体空腔、6-进气管、7-斜铁、8-管模出口、9-挡板出口。

具体实施方式

实施例1：10#/GH600双金属管坯。

本实施例离心铸造10#/GH600双金属管坯为挤压原料管坯，用来挤压生产化工行业高端无缝钢管。

10#/GH600双金属管坯尺寸为Φ346（外径）×Φ265（中径）×Φ150（内径）×800-1000mm（长度），中径为双金属管坯内外层结合面尺寸。

管模采用DN362×2490mm，离心双金属管毛坯尺寸为Φ362×Φ265×Φ205×2440mm，外层厚度48.5mm，外层浇注重量910kg，内层厚度为30mm，内层浇注重量420kg。内外层成分要求见下表。

可见，对于内层成分控制来说，熔合外层之后，C、Si、Mn、P、S控制相对难度较小，而Cr、Ni、Fe控制难度最大。内外层这三个元素含量相差较大，若熔合量控制不当，则内层的Cr、Ni含量降低，Fe含量增加。熔合外层的重量不得超过内层总重的2%，否则内层成分不易控制，也就是说，内层熔合外层的厚度不得超过0.5mm。

离心浇注工艺分析：

1、10#的熔点约为1510-1520℃，浇注温度为1580-1620℃。GH600的熔点约1420℃，浇注温度1500～1540℃，须待10#外层管坯的内表面温度在1510-1520℃左右浇注内层GH600金属液为最佳，这样，外层10#熔合量不大，而且内层GH600凝固较慢，有充分的时间产生冶金结合。

2、由于离心管坯较长，浇注端和非浇注端的存在温差，最好采用管模两端浇注的方式。附图1为双金属离心管浇注方案示意图。管模1的两端分别安装挡板2，浇注包4的流嘴3通过挡板孔***管模内，内外层金属液分别通过两端的浇注包和流嘴浇注进管模内。

3、采用钢渣混合浇注工艺，利用液态保护渣离心上浮的过程吸附金属液中的氧化夹杂物，净化金属液。保护渣用量按照内表面覆盖保护渣层厚度0.5mm计算，需要3-3.5kg。对于浇注重量910kg的外层金属液来说，降温不严重。

4、外层金属液浇注厚度近50mm，为防止甩钢事故，快速充型，管模转速不低于80G。同时，管模的高转速也有利于保护渣的上浮。

5、由于外层厚度较厚，金属液凝固时间长，为防止外层内表面金属液氧化，管模内增设惰性气体保护。惰性气体保护采用附图2所示的流嘴。浇注包4与流嘴3采用斜铁7固定连接，便于更换，也可以使用紧固件等其他快换方式固定。流嘴采用两个钢管嵌套密封，中间设计有惰性气体空腔5，该空腔与惰性气体的进气管6连接，在流嘴上分别开设有惰性气体管模出口8和挡板出口9。惰性气体自流嘴的管模出口8吹出，进入管模内，将管模内的空气排出。同时自流嘴上成圆周分布的挡板出口9吹出，将浇注口与空气隔绝，避免空气从浇注口进入管模内，从而保证金属液自浇注包流入管模后，完全处于惰性气体的保护下。

具体浇注工艺步骤和参数如下：

1、管模的外层10#浇注的一端为浇注端，另一端为非浇注端，也就是内层金属液GH600的浇注一端。按照G=80计算，管模转速不少于1080rpm。管模内喷涂涂料，为保护管模，涂层厚度不小于1.6mm，烘烤到230-280℃等待浇注。

2、10#金属液成分调整完，升温到1690-1710℃，脱氧后出钢。出钢时钢包内加脱氧剂和保护渣。出钢后扒渣，渣扒干净后，金属液液面撒3.5kg保护渣吊至浇注工位。

3、自浇注端通入惰性保护气体，10#金属液和保护渣同时浇注，总浇注时间控制在80秒以内。外层金属液浇注完后立即打开冷却水冷却管模。

4、自非浇注端采用红外线测温枪测量10#的温度，当其温度在1510-1520℃时，即10#的温度为其熔点温度时，自非浇注端钢渣混合快速浇注GH600金属液，GH600浇注温度1500-1540℃，浇注总时间控制在110秒以内。由于低熔点保护渣的熔点为1300-1400℃，当内层GH600金属液浇注时，处于液态，可以在离心力的作用下上浮到毛坯的内表面。

5、GH600金属液浇注完后，关闭惰性保护气体。

离心铸造10#/GH600双金属离心管的工艺要点有：

1、保护渣

保护渣起到洁净金属液和保护防止氧化的作用，需要对金属液中的金属氧化物具有吸附作用，为达到保护防氧化作用，保护渣覆盖内表面的厚度不少于0.5mm。保护渣使用前需经不低于250℃烘烤，烘烤时间不少于2小时。保护渣可使用萤石，由于萤石的熔点较低，可以满足本实施例的要求。也可以使用还原性保护渣，该保护渣包括石灰、石英、铝矾土和萤石，四种物料的重量百分比分别为 25-30%、20-25%、15-20%和35-45%，碱度为1.1-1.3。该配比的保护渣的熔点与萤石相差不大，同样可以满足使用，而且比单萤石保护渣具有更好的夹杂物吸附能力。

2、内层GH600金属液的浇注时机。

若内层GH600金属液浇注早，10#处于液态，则外层10#熔合量较大，内层GH600中的Cr、Ni、Fe含量会超标。若浇注晚，外层内表面温度降低，保护渣会产生固体颗粒，则内外层交界面会产生夹渣，无法达到挤压管坯的内在质量要求。最佳时间为10#温度在其熔点温度范围时，即1510-1520℃时。此时，保护渣处于液态，内外层交界面不会产生夹渣。内层GH600的熔点约1420℃，所以GH600金属液冷却时间长，有充分的时间与外层10#产生冶金结合。

3、惰性气体

保护渣和惰性气体在10#浇注和冷却过程中，起到隔绝空气，防止氧化污染的作用，为内外层双金属结合面纯净、结合力的提高打下了基础。

4、管模转速

为保证快速充型，尽可能减小管模两端的金属液的温差，内外层金属液浇注速度均给出了时间要求。管模的高速旋转是快速成型和防止甩钢事故的关键，管模转速的G值越大，金属液充型约容易，越不易产生甩钢事故，而且金属液中的夹渣上浮速度也越快，有利于纯净金属液。

采用上述工艺方案生产的10#/GH600双金属离心管坯，内层成分控制良好，保证了GH600的各个成分含量，同时内外层交界面无夹渣，结合力也得到了保证，产生了冶金结合，完全能够满足挤压热变形的需求。

实施例2：16Mn/Cr15双金属耐磨管。

该双金属耐磨管为混凝土输送管，外层采用16Mn，要求具有焊接性能，内层采用Cr15具有抗磨性能，同时外层16Mn需要耐压，具有良好的安全保压性能。双金属耐磨管总厚不超过22mm，外层不超过13mm，内层约9mm。

双金属耐磨管尺寸：Φ222（外径）×Φ196（中径）×Φ178（内径）×2000mm（长度），管模规格：DN230×2204mm，外层金属液浇注重量：145-152kg，内层金属液浇注重量：70-80kg。

内外层成分要求：

C

Si

Mn

P

S

Cr

16Mn

0.13-0.19

0.20-0.60

1.20-1.60

≤0.030

≤0.030

≤0.30

Cr15

1.5～2.2

≤1.0

0.5-1.5

≤0.035

≤0.030

11.0-14.0

可见，如果Cr15过熔外层16Mn，除Si、Mn、P、S可成分调制一致外，则Cr15中的C和Cr含量会降低。

离心浇注工艺分析：

1、16Mn的熔点约为1500-1510℃，Cr15的浇注温度一般约为1450-1500℃，可见16Mn凝固后，Cr15不能将其熔化，所以两者熔合的条件是在16Mn的熔点以上温度浇注，或提高Cr15的浇注温度。可以通过Cr15冶炼时控制其C、Cr在上限的方法适当控制与16Mn的较大熔合量。也就是说保护渣的熔点不得高于1500℃，最好控制在1300-1400℃，防止管模两端散热快，保护渣凝固，以利于双金属管内外层成分和夹渣的控制。

2、由于管坯内外层均比较薄，管模两端的金属液必然存在温差，最好采用管模两端浇注的方式，浇注方式同实施例1。

3、采用钢渣混合浇注工艺，利用液态保护渣离心上浮的过程吸附金属液中的氧化夹杂物，净化金属液。保护渣用量按照0.5mm计算，需要2-2.5kg。对于浇注重量150kg的外层金属液来说，需考虑金属液降温情况，最好加入2kg，为金属液量的1.3%。

4、因内外层管坯厚度薄，为快速充型，降低管模两端的温差，管模转速不低于100G。同时，管模的高转速也有利于保护渣的上浮。

5、由于使用保护渣量少，为了更好的保护金属液免受空气的氧化，管模内采用惰性保护气体保护，保护方式同实施例1。

具体浇注工艺步骤和参数如下：

1、管模的外层16Mn浇注的一端为浇注端，另一端为非浇注端，也就是内层金属液Cr15的浇注一端。按照G=100计算，管模转速不少于680rpm。管模内喷涂涂料，为保证充型和减少管模两端金属液温差，涂层厚度不小于2.0mm，烘烤到230-300℃等待浇注。

2、16Mn金属液成分调整完，升温到1670-1690℃，脱氧后出钢。出钢时钢包内加脱氧剂和保护渣。出钢后扒渣，渣扒干净后，金属液液面撒2kg保护渣吊至浇注工位。

3、自浇注端通入惰性保护气体，16Mn金属液和保护渣同时浇注，总浇注时间控制在8秒以内。外层金属液浇注完后管模空冷。

4、自非浇注端采用红外线测温枪测量16Mn的温度，当其温度在1500-1510℃时，即16Mn的温度为其熔点温度时，自非浇注端钢渣混合快速浇注Cr15金属液，Cr15浇注温度1500-1540℃，浇注总时间控制在6秒以内。由于保护渣的熔点为1300-1400℃，当内层Cr15金属液浇注时，处于液态，可以在离心力的作用下上浮到毛坯的内表面。

5、Cr15金属液浇注完后，打开冷却水冷却管模，关闭惰性保护气体。

离心铸造16Mn/Cr15双金属离心管的工艺要点有：

1、保护渣：同实施例1。

2、内层Cr15金属液的浇注时机：若内层Cr15金属液浇注早，16Mn处于液态，则外层16Mn熔合量较大，内层Cr15中的C、Cr降低，耐磨性降低。若浇注晚，外层内表面温度降低，内外层不能粘接，耐磨管里面耐磨层会碎裂掉块，严重时会堵塞管道，使得输送压力增加，产生***隐患。最佳时间为16Mn温度在其熔点温度范围时，即1500-1510℃时。此时，保护渣处于液态，内外层交界面不会产生夹渣。内层Cr15的熔点约1420℃，所以Cr15金属液冷却时间长，有充分的时间与外层16Mn产生冶金结合。

3、惰性气体：保护渣和惰性气体在内外层金属液浇注中，起到隔绝空气，防止氧化污染的作用，为内外层双金属结合面纯净、结合力的提高打下了基础。

4、管模转速：本实施例采用较高的G值，为了保证快速充型，降低管模两端的温差。管模转速的G值越大，金属液充型约容易，而且金属液中的夹渣上浮速度也越快。

采用上述方案生产的16Mn/Cr15双金属离心管，内层成分控制良好，依据GB/T10561-2005/ISO4967:1998夹杂物评级标准（没有铸件夹杂物评级标准），双金属耐磨管内外层夹杂物含量（A硫化物、B氧化铝类、C硅酸盐类、D球状氧化物类、DS单颗粒球状类）均小于1.0级，铸造缺陷少，双金属管内在质量好，保证了该双金属管铸态情况下的安全使用。

Claims (4)

1.一种双金属管坯离心生产方法，外层金属液和内层金属液分别从管模的两端浇注，内外层金属液浇注时采用保护渣混合浇注，其特征在于：当内层金属液浇注时，外层内表面温度处于外层金属的熔点温度；在内外层金属液浇注前和浇注过程中，均由流嘴送入的惰性气体保护；所述流嘴采用两个钢管嵌套密封，中间设计有惰性气体空腔（5），所述惰性气体空腔（5）与惰性气体的进气管（6）连接，在流嘴上分别开设有惰性气体管模出口（8）和挡板出口（9），惰性气体自管模出口（8）吹出进入管模内，自成圆周分布的挡板出口（9）吹出将浇注口的空气隔绝；所述保护渣包括有石灰、石英、铝矾土和萤石，上述四种物料的重量百分比分别为 20-25%、15-20%、15-20%和45-60%，碱度为1.1-1.3，熔点1300-1400℃。

2.根据权利要求1所述的一种双金属管坯离心生产方法，其特征在于：所述保护渣全部采用萤石。

3.根据权利要求1所述的一种双金属管坯离心生产方法，其特征在于：所述保护渣用量不低于金属液重量的1%，或者外层金属液浇注完后，保护渣厚度不低于0.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种双金属管坯离心生产方法，其特征在于：所述外层金属液的浇注速度不小于7kg/s。