CN112404376A - 一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具，其特征在于：包括模具底座、安装于模具底座上的内部中空的扁平内腔模具以及纵铸管，所述纵铸管向下延伸与设置于模具底座上的横铸管相连通，所述横铸管通过支管与所述模具内腔底部连通。本发明提供了一种适用于真空感应熔炼炉浇铸板坯的模具，通过采用三根底部支管同时浇铸一个模具内腔的设计，有效改善了板坯在浇铸时的内部温度场，极大的缩小板坯等高截面上的边部和心部温差，从而可浇铸出质量合格的板坯。
Description
技术领域
本申请涉及一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具及其使用方法。
背景技术
目前，有不少厂家在特种板材生产的熔炼环节浇铸特种合金扁锭，再进行后续的锻造开坯和轧制。实际上，扁锭不符合直接轧制的尺寸要求，仍需要锻造开坯后才能实现，因此这类做法难以达到减少工序，降低能耗和成本的目的。针对部分特种合金产品，若在熔炼环节可以直接浇铸出合格的特种合金板坯，可不用进行锻造开坯，直接轧制成特种合金成品板材。从而达到减少工序，降低能耗和成本的目的。
专利208712810U公开了一种合金冶炼浇注扁锭装置，包括漏斗固定架、漏斗砖、扁组合锭模、导轨和驱动电机，漏斗砖的底部设置有一漏斗孔，漏斗孔位于矩形浇注腔正上方，漏斗砖通过漏斗固定架安装于扁组合锭模上方，扁组合锭模包括位于底部的底板、挡水板和竖立于底板上的定型模具，定型模具通过钢板紧固连接，钢板上安装有螺母和螺栓，导轨两端上设置有限位装置，驱动电机与底板的一侧连接，驱动电机包括液压伸缩杆、液压缸和用于保护液压伸缩杆的耐热不锈钢保护罩。
专利208712810U公开了一种合金冶炼浇注扁锭装置，该装置虽然能够抑制扁锭开裂，使合金组织更均匀、无气孔，但扁锭不符合直接轧制的尺寸要求，仍需要继续锻打或轧制开坯后才能实现，因此这类做法仍然存在效率低和成本高的缺点，难以达到减少工序，降低能耗和成本的目的。针对部分特种合金产品，若在熔炼环节可以直接浇铸出合格的特种合金板坯，可不用进行锻造开坯，直接轧制成特种合金成品板材。从而达到减少工序，降低能耗和成本的目的。因此设计出一种直接在熔炼环节就可浇铸出符合要求的特种合金板坯的工装模具显得尤为重要。
因此，本发明设计出一种适用于生产特种合金板坯的模具，可在真空感应熔炼炉直接浇铸出符合轧制要求的板坯，减少锻造开坯环节，降低了能耗且提高了生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具及其使用方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具，包括模具底座、安装于模具底座上的内部中空的扁平内腔模具以及纵铸管，所述纵铸管向下延伸与设置于模具底座上的横铸管相连通，所述横铸管通过支管与所述模具内腔底部连通。
优选的，所述支管末端设置有孔眼，所述模具两侧设置有吊耳。
优选的，所述磨具内腔的长宽高满足：L3＝(1.5～1.8)L2＝(10～15)L1；其中：L3为所述模具内腔高度，L2为所述模具内腔宽度，L1为所述模具内腔长度。
优选的，所述纵铸管、横铸管以及支管的半径比为：1:0.69～0.74:0.58～0.6。
优选的，所述纵铸管上端连接有喇叭口，所述喇叭口垂直高度比所述模具上端高出500～800mm。
优选的，所述模具上端向内凹陷形成有耐材凹槽，所述耐材凹槽内放置有内嵌式耐材冒口。
优选的，所述支管包括有第一支管、第二支管和第三支管，所述第一支管、第二支管和第三支管末端孔眼之间的位置关系沿所述模具内腔宽度方向从左至右满足：L4＝L7＝0.5L5＝0.5L6；其中:L4为第一支管末端孔眼与所述模具内腔左壁的距离，L5为第一支管末端孔眼与第二支管末端孔眼之间的距离， L6为所述第二支管末端孔眼与第三支管末端孔眼之间的距离，L7为所述第三支管末端孔眼与所述模具内腔右壁的距离。
为实现本发明的另一目的，本发明提供一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具使用方法，包括以下步骤：
步骤1：组装；将模具底座的底部支管与横主管组装完成，随后组装纵铸管、纵铸管保护套及纵铸管喇叭口，将模具吊装至模具底座并固定好位置；
步骤2：浇铸；将步骤1中组装好的模具在400～500℃烘烤2～4小时；随后控制浇铸钢包，使钢液从纵铸管喇叭进入通过横铸管与底部支管流入模具内腔，控制模具内腔钢液上升速度直至钢液填满整个模具内腔，停止浇筑；
步骤3：脱模；待上述步骤中浇筑完成的模具冷却后，对模具进行脱模。
优选的，所述步骤1中，所述纵铸管保护套之间用铁销子紧固；所述模具上端放置内嵌式的耐材冒口。
与现有技术相比，本发明提供了一种适用于真空感应熔炼炉浇铸板坯的模具，通过此套模具，可在真空感应熔炼炉浇铸出特种合金板坯，避开传统的开坯环节，可直接进入轧制环节，与需要开坯的传统板材生产方式相比，此发明在降低能耗、提高效率、降低成本等方面，有着巨大优势。同时本申请的真空模具采用三根底部支管同时浇铸一个模具内腔的设计，有效改善了板坯在浇铸时的内部温度场，极大的缩小板坯等高截面上的边部和心部温差，从而可浇铸出质量合格的板坯。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例的一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具的局部剖视图；
图2为本发明具体实施例的一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具的结构示意图；
图3为本发明具体实施例的一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具的底部结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1所示，本申请的一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具，模具1带有扁平内腔9，上下为通口，内腔9尺寸与所需板坯尺寸相近，厚度为L1，宽度为L2，高度为L3。模具内腔9上端四周设计一圈耐材凹槽101，放置内嵌式耐材冒口2，模具1两侧安装有吊耳便于吊装为浇铸出来的板坯铸锭符合后道轧机加工要求，模具内腔9尺寸方面，将高度、宽度和厚度三者设计如下比例关系：L3＝(1.5～1.8)L2＝(10～15)L1
结合图2所示，本申请的模具采用底铸方式，钢液从中间包铸入上端带有喇叭口8的纵铸管6内，钢液沿纵铸管6顺流而下，到达底部横铸管7，此横铸管7与水平放置的三支底部耐材支管8的一端相接，各支管8另一端通入模具内腔9底部，并在支管8末端的上端面设计有孔眼801。如此，钢液到达横铸管7后，分流到三支支管8内，钢液沿底部支管8水平流动，最终通过支管8末端上部孔眼801铸入到模具内腔9底部的不同位置，随着浇铸的进行，钢液会从下至上逐步铸满模具内腔9。纵铸管喇叭口5与纵铸管6是成型耐材，采用阶梯式拼接方式连接，纵铸管6视高度情况，也可采用分段拼接的方式，拼接处需涂抹上胶泥，确保钢液不从接缝处漏出。纵铸管喇叭口5与纵铸管6的外层套有铸铁或碳钢材质的纵铸管保护套4，保护套4与纵铸管6之间的缝隙采用干燥镁砂填充夯实。底部横铸管7和分流支管8都水平内置于模具底座3的槽内。为使钢液在纵铸管6、横铸管7和底部支管8内有较好的流量匹配，纵铸管6半径R1、横铸管半径7R2、底部支管8半径R3 应存在如下比例关系：
R1：R2：R3＝1:(0.69～0.74)：(0.58～0.6)。
同时，为保证此套模具在浇铸时能被顺利充型，纵铸管7的喇叭口5上端要比模具1上端高出500～800mm，利用液位差原理，使纵铸管7内的钢液顺利的通过横铸管和底部支管铸入到模具内腔中，保证充型完成。
如图3所示，L2为模具内腔9宽度，L4为左侧支管孔眼与模具内腔9 左壁的具体，L5为左侧支管与中间支管的距离，L6为中间支管与右侧支管的距离，L7为右侧支管与模具内腔右壁的距离。满足:L4＝L7＝0.5L5＝0.5L6。t 通过距离的设计改变板坯在浇铸时及浇铸后的内部温度场，减少板坯的等高截面温差，提升板坯表面质量的同时，也避免了板坯内部因等高截面的大温差产生的大型缩孔，使板坯内部缩孔微小化和弥散化。此类小型缩孔或疏松可在后期板坯的轧制过程中，通过合理的轧制温度和轧制变形量可完全焊合。
同时，本申请的浇铸***在组装完成后进行整体烘烤，在450℃～550℃保温2～3h，在烘烤时间到达后，需在临近浇铸时，将烘好的模具工装整体吊装到浇铸室，定位放置好之后，需立即关闭浇铸室门，对浇铸室抽真空，待浇铸室真空度达到工艺要求后，可进行浇铸操作。如此，是为了减少模具从停止烘烤到开始浇铸的时间，减少模具温降，确保浇铸时钢液在浇铸通道内的流动性。
本申请的一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具的使用方法，包括如下步骤：
步骤1：组装；首先在模具底座组装好底部支管，接着先后组装纵铸管、纵铸管保护套及纵铸管喇叭口，每段保护套之间需用铁销子紧固；之后是将模具吊装到模具底座上，固定好位置；最后在模具上端放置内嵌式的耐材冒口。
步骤2：浇铸；模具组装并在400～500℃烘烤2～4小时后，可进入浇铸环节。控制浇铸钢包，使钢液从炉嘴流出，浇铸到纵铸管喇叭口内，钢液顺流纵铸管，先后经过横铸管和底部支管，最后铸入到模具内，控制模具内钢液面的上升速度，直至钢液将整个模具型腔铸满，停止浇铸，凝固冷却。
步骤3：脱模；待模具内板坯冷却后，可将此套模具吊装至脱模区进行脱模，脱模顺序与组模顺序相反，先吊起模具，脱出板坯，连接处可用切割工具割断；然后松开紧固纵铸管保护套的铁销子，脱出保护套；最后将包覆的耐材铸管敲碎，取出浇铸通道的冷钢。
实施例1：
本实施例中，所使用的浇铸***应满足和符合以下特性：即一根纵铸管，通过底部横铸管，再与三根或者若干根支管连接，而这些支管会将钢液导入到同一个板坯模具内。模具内腔尺寸的高度L3、宽度L2和厚度L1三者需具备如下比例关系：L3＝(1.5～1.8)L2＝(10～15)L1；铸管半径R1、横铸管半径R2、底部支管半径R3应存在如下比例关系：R1：R2：R3＝1:(0.69～0.74)： (0.58～0.6)；边部位置的底部支管与中心位置的底部支管的距离是边部位置的底部支管到模具内壁距离的2倍；模具组装完成后纵铸管的喇叭口上端要比模具上端高出500～800mm；组装完成后的模具进行整体烘烤，在450℃～550℃保温2～3h。
实例操作中，使用4.5吨真空感应熔炼炉，浇铸钢种为4J36精密合金，浇铸温度为1530℃，模具内钢液面上升的速度5.2mm/s.使用此板坯浇铸***和相关浇铸参数生产的板坯表面质量良好，内部质量也符合工艺要求。
实施例2：
本实施例中，所使用的浇铸***应满足和符合以下特性：即一根纵铸管，通过底部横铸管，再与三根或者若干根支管连接，而这些支管会将钢液导入到同一个板坯模具内。模具内腔尺寸的高度L3、宽度L2和厚度L1三者需具备如下比例关系：L3＝(1.5～1.8)L2＝(10～15)L1；铸管半径R1、横铸管半径R2、底部支管半径R3应存在如下比例关系：R1：R2：R3＝1:(0.69～0.74)： (0.58～0.6)；边部位置的底部支管与中心位置的底部支管的距离是边部位置的底部支管到模具内壁距离的2倍；模具组装完成后纵铸管的喇叭口上端要比模具上端高出500～800mm；组装完成后的模具进行整体烘烤，在450℃～550℃保温2～3h。
实例操作中，使用4.5吨真空感应熔炼炉，浇铸钢种为4J36精密合金，浇铸温度为1535℃，模具内钢液面上升的速度5.1mm/s.使用此板坯浇铸***和相关浇铸参数生产的板坯表面质量良好，内部质量也符合工艺要求。
实施例3：
本实施例中，所使用的浇铸***应满足和符合以下特性：即一根纵铸管，通过底部横铸管，再与三根或者若干根支管连接，而这些支管会将钢液导入到同一个板坯模具内。模具内腔尺寸的高度L3、宽度L2和厚度L1三者需具备如下比例关系：L3＝(1.5～1.8)L2＝(10～15)L1；铸管半径R1、横铸管半径 R2、底部支管半径R3应存在如下比例关系：R1：R2：R3＝1:(0.69～0.74)： (0.58～0.6)；边部位置的底部支管与中心位置的底部支管的距离是边部位置的底部支管到模具内壁距离的2倍；模具组装完成后纵铸管的喇叭口上端要比模具上端高出500～800mm；组装完成后的模具进行整体烘烤，在450℃～550℃保温2～3h。
实例操作中，使用4.5吨真空感应熔炼炉，浇铸钢种为4J36精密合金，浇铸温度为1540℃，模具内钢液面上升的速度5.0mm/s.使用此板坯浇铸***和相关浇铸参数生产的板坯表面质量良好，内部质量也符合工艺要求。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (9)
1.一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具，其特征在于：包括模具底座、安装于模具底座上的内部中空的扁平内腔模具以及纵铸管，所述纵铸管向下延伸与设置于模具底座上的横铸管相连通，所述横铸管通过支管与所述模具内腔底部连通。
2.根据权利要求1所述的一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具，其特征在于：所述支管末端设置有孔眼，所述模具两侧设置有吊耳。
3.根据权利要求1所述的一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具，其特征在于：所述磨具内腔的长宽高满足：L3＝(1.5～1.8)L2＝(10～15)L1；其中：L3为所述模具内腔高度，L2为所述模具内腔宽度，L1为所述模具内腔长度。
4.根据权利要求1所述的一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具，其特征在于：所述纵铸管、横铸管以及支管的半径比为：1:0.69～0.74:0.58～0.6。
5.根据权利要求1所述的一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具，其特征在于：所述纵铸管上端连接有喇叭口，所述喇叭口垂直高度比所述模具上端高出500～800mm。
6.根据权利要求1所述的一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具，其特征在于：所述模具上端向内凹陷形成有耐材凹槽，所述耐材凹槽内放置有内嵌式耐材冒口。
7.根据权利要求1所述的一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具，其特征在于：所述支管包括有第一支管、第二支管和第三支管，所述第一支管、第二支管和第三支管末端孔眼之间的位置关系沿所述模具内腔宽度方向从左至右满足：L4＝L7＝0.5L5＝0.5L6；其中:L4为第一支管末端孔眼与所述模具内腔左壁的距离，L5为第一支管末端孔眼与第二支管末端孔眼之间的距离，L6为所述第二支管末端孔眼与第三支管末端孔眼之间的距离，L7为所述第三支管末端孔眼与所述模具内腔右壁的距离。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：组装；将模具底座的底部支管与横主管组装完成，随后组装纵铸管、纵铸管保护套及纵铸管喇叭口，将模具吊装至模具底座并固定好位置；
步骤2：浇铸；将步骤1中组装好的模具在400～500℃烘烤2～4小时；随后控制浇铸钢包，使钢液从纵铸管喇叭进入通过横铸管与底部支管流入模具内腔，控制模具内腔钢液上升速度直至钢液填满整个模具内腔，停止浇筑；
步骤3：脱模；待上述步骤中浇筑完成的模具冷却后，对模具进行脱模。
9.根据权利要求8所述的一种真空感应熔炼炉生产特种合金板坯的模具使用方法，其特征在于：所述步骤1中，所述纵铸管保护套之间用铁销子紧固；所述模具上端放置内嵌式的耐材冒口。
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