本發(fā)明屬于高氮不銹鋼鑄造，涉及一種抑制高氮不銹鋼氮?dú)饪缀褪杷尚纬傻囊睙捬b置和鑄造方法。

背景技術(shù)：

1、高氮不銹鋼不僅強(qiáng)韌性高，耐磨耐蝕性強(qiáng)，同時(shí)具有非鐵磁性及良好的生物相容性，在海洋工程、能源化工、國(guó)防航空、生物醫(yī)療等諸多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

2、氮作為高氮不銹鋼中重要的合金元素之一，其溶解度和偏析程度在很大程度上影響高氮不銹鋼的強(qiáng)度、韌性和耐磨耐蝕性。同時(shí)，氮在凝固過(guò)程中由于偏析，易形成氮?dú)馀?，氮?dú)馀菰阡撘褐械纳细∷俣刃∮阡撘旱哪趟俣?，容易被晶粒捕獲進(jìn)而形成氮?dú)饪缀褪杷傻热毕?，影響鑄錠質(zhì)量，如何合理調(diào)控凝固速率，為氮?dú)馀萏峁┏浞忠莩鰲l件，成為高氮不銹鋼鑄造工藝的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

3、對(duì)于高氮不銹鋼鑄造工藝而言，底部快速冷卻雖可加速凝固，但會(huì)過(guò)早封閉氣泡逸出通道；頂部緩慢冷卻雖有利于補(bǔ)縮，卻延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期，合理的控制凝固速率，給予氮?dú)馀萆细r(shí)間，可以很大程度消除氮?dú)饪椎挠绊?。通過(guò)在鑄模外部添加一個(gè)可分層控制冷卻強(qiáng)度的鑄模冷卻裝置，控制鑄模與鑄錠各個(gè)部分的換熱條件，抑制氮?dú)饪椎男纬桑撛O(shè)計(jì)不僅為氮?dú)馀萆细√峁┝顺渥銜r(shí)間和空間，還通過(guò)頂部鋼液的持續(xù)補(bǔ)縮抑制疏松缺陷，從而顯著提升鑄錠質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高氮不銹鋼冶煉裝置及其鑄造方法，能夠有效抑制高氮不銹鋼鑄錠氮?dú)饪缀褪杷扇毕?，工藝?jiǎn)單，高效提高鑄錠質(zhì)量。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種抑制高氮不銹鋼氮?dú)饪缀褪杷傻囊睙捬b置，包括帶有可分層控制冷卻強(qiáng)度的鑄模冷卻裝置的鑄模，帶有水冷感應(yīng)線(xiàn)圈的坩堝，爐蓋，爐體以及二者圍成的封閉爐腔，鑄模側(cè)部由上到下分為空冷模組、氦冷模組和水冷模組，分別裝有空冷銅板、氦冷銅板和水冷銅板，氦冷銅板連接進(jìn)氣管和排氣管，水冷銅板連接進(jìn)水管和排水管，四根管與法蘭盤(pán)連接處設(shè)置有流量控制閥，進(jìn)氣管與排氣管中間設(shè)置有壓差傳感器，進(jìn)水管與排水管中間設(shè)置有溫差傳感器，進(jìn)氣管右端與進(jìn)氣管壓力表和氣瓶相連，鑄?？v截面呈倒錐形。

4、除去冒口外，可分層控制冷卻強(qiáng)度的鑄模冷卻裝置為通入不同冷卻介質(zhì)的并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

5、所述空冷銅板、氦冷銅板和水冷銅板三者之間用帶密封膠圈的密封螺栓連接，之間無(wú)空隙以保證連續(xù)性。

6、所述氦冷銅板側(cè)部開(kāi)設(shè)有進(jìn)氣口與出氣口，分別通過(guò)法蘭盤(pán)與進(jìn)氣管和出氣管相連，水冷銅板側(cè)部開(kāi)設(shè)有進(jìn)水口與出水口，分別通過(guò)法蘭盤(pán)與進(jìn)水管和出水管相連。

7、一種高氮不銹鋼冶煉裝置的鑄造方法，步驟為：

8、1)?待鋼液達(dá)到澆鑄溫度，澆鑄開(kāi)始，下層鑄模冷卻裝置通入液態(tài)水，由于鋼液中的氮在凝固過(guò)程中的某些區(qū)域過(guò)飽和以及固液兩相密度差導(dǎo)致的體積虧空，形成氮?dú)馀莺褪杷桑鶕?jù)溫差傳感器，通過(guò)流量控制閥控制進(jìn)水管的流量與流速在安全范圍內(nèi)；

9、2)?澆鑄到中層時(shí)，中層鑄模冷卻裝置通入氦氣，氦氣的冷卻強(qiáng)度小于液態(tài)水，鑄錠凝固速率相較于下層緩慢，氮?dú)馀菰谥袑有纬刹⑸细。聦有纬傻牡獨(dú)馀菰谥袑永^續(xù)上浮，而下層由于體積虧空產(chǎn)生的疏松可以由中層的鋼液補(bǔ)縮，抑制疏松形成，根據(jù)壓差傳感器，通過(guò)流量控制閥控制進(jìn)氣管的流量與流速在安全范圍內(nèi)；

10、3)?澆鑄到上層時(shí)，上層鑄模冷卻裝置通入爐內(nèi)空氣，通入空氣的冷卻強(qiáng)度小于通入氦氣和液態(tài)水，鑄錠凝固速率相較于中，下兩層緩慢，氮?dú)馀菰谏蠈有纬刹⑸细?，中和下兩層形成的氮?dú)馀菰谏蠈永^續(xù)上浮。同理，中和下層由于體積虧空產(chǎn)生的疏松可以由上層的鋼液補(bǔ)縮，抑制疏松形成。

11、可分層控制冷卻強(qiáng)度的鑄模冷卻裝置，由下至上，通過(guò)氮?dú)饪着c疏松在鑄錠中實(shí)際占比位置確定，下層水冷裝置高度(氮?dú)饪着c疏松高度占比小于鑄錠實(shí)際高度占比的10%)占鑄模高度的40%-60%，中層氦冷裝置(氮?dú)饪着c疏松高度占比小于鑄錠實(shí)際高度占比的50%)高度占鑄模高度的20%-40%，上層空冷裝置高度占鑄模高度的10%-30%。

12、所述的鑄模的錐度范圍為2.5%-3.5%。

13、所述的鑄模的縱橫比范圍為2.8-3.2。

14、與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

15、該方法通過(guò)可分層控制冷卻強(qiáng)度的鑄模冷卻裝置，控制鑄模不同位置具有不同的冷卻強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)由下至上的逐層凝固。鑄模內(nèi)部在凝固過(guò)程中形成“v”型熔池，給予氮?dú)馀莩浞值纳细r(shí)間和空間，且保證凝固過(guò)程中頂部擁有充足的補(bǔ)縮鋼液，從而抑制氮?dú)饪缀褪杷傻男纬?，有效提高鑄錠凝固質(zhì)量，而且裝置簡(jiǎn)單高效。

技術(shù)特征：

1.一種抑制高氮不銹鋼氮?dú)饪缀褪杷尚纬傻囊睙捬b置，其特征在于，包括帶有可分層控制冷卻強(qiáng)度的鑄模冷卻裝置的鑄錠模、帶有水冷感應(yīng)線(xiàn)圈（24）的坩堝（25）、爐蓋（1）、爐體（23）以及二者圍成的封閉爐腔；鑄模側(cè)部由上到下分為空冷模組、氦冷模組和水冷模組，分別裝有空冷銅板（4）、氦冷銅板（6）和水冷銅板（18）；氦冷銅板（6）連接進(jìn)氣管（9）和排氣管（13），水冷銅板（18）連接進(jìn)水管（15）和排水管（16）；四根管與法蘭盤(pán)（7）連接處設(shè)置有流量控制閥（8），進(jìn)氣管（9）與排氣管中間設(shè)置有壓差傳感器（10），進(jìn)水管（15）與排水管中間設(shè)置有溫差傳感器（17），進(jìn)氣管（9）右端與進(jìn)氣管壓力表（11）和氣瓶（12）相連，鑄?？v截面呈倒錐形；

2.如權(quán)利要求1所述的一種抑制高氮不銹鋼氮?dú)饪缀褪杷尚纬傻囊睙捬b置，其特征在于，除去冒口（2）外，可分層控制冷卻強(qiáng)度的鑄模冷卻裝置為通入不同冷卻介質(zhì)的并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

3.如權(quán)利要求1所述的一種抑制高氮不銹鋼氮?dú)饪缀褪杷尚纬傻囊睙捬b置，其特征在于，所述空冷銅板（4）、氦冷銅板（6）和水冷銅板（18）與鑄模（22）圍成空冷腔（3）、氦冷腔（19）和水冷腔（20），三者之間用帶密封膠圈的密封螺栓（5）連接。

4.如權(quán)利要求1所述的一種抑制高氮不銹鋼氮?dú)饪缀褪杷尚纬傻囊睙捬b置，其特征在于，所述氦冷銅板（6）側(cè)部開(kāi)設(shè)有進(jìn)氣口與出氣口，分別通過(guò)法蘭盤(pán)（7）與進(jìn)氣管（9）和排氣管（13）相連，水冷銅板（18）側(cè)部開(kāi)設(shè)有進(jìn)水口與出水口，分別通過(guò)法蘭盤(pán)（7）與進(jìn)水管（15）和排水管（16）相連。

5.一種抑制高氮不銹鋼氮?dú)饪缀褪杷尚纬傻蔫T造方法，使用權(quán)利要求1-4任一所述的一種抑制高氮不銹鋼氮?dú)饪缀褪杷尚纬傻囊睙捬b置，其特征在于步驟如下：

6.如權(quán)利要求5所述的一種抑制高氮不銹鋼氮?dú)饪缀褪杷尚纬傻蔫T造方法，其特征在于，可分層控制冷卻強(qiáng)度的鑄模冷卻裝置，由下至上，下層水冷裝置高度占鑄模高度的40%-60%，中層氦冷裝置高度占鑄模高度的20%-40%，上層空冷裝置高度占鑄模高度的10%-30%。

7.如權(quán)利要求5或6所述的一種抑制高氮不銹鋼氮?dú)饪缀褪杷尚纬傻蔫T造方法，其特征在于，鑄模的錐度范圍為2.5%-3.5%。

8.如權(quán)利要求7所述的一種抑制高氮不銹鋼氮?dú)饪缀褪杷尚纬傻蔫T造方法，其特征在于，鑄模的縱橫比范圍為2.8-3.2。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于高氮不銹鋼鑄造技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)一種抑制高氮不銹鋼氮?dú)饪缀褪杷尚纬傻囊睙捬b置和鑄造方法，包括帶有可分層控制冷卻強(qiáng)度的鑄模冷卻裝置的鑄模，帶有水冷感應(yīng)線(xiàn)圈的坩堝，爐蓋，爐體以及圍成的封閉爐腔，鑄模側(cè)部由上到下分為空冷模組、氦冷模組和水冷模組，分別裝有空冷銅板、氦冷銅板和水冷銅板，氦冷銅板連接進(jìn)氣管和排氣管，水冷銅板連接進(jìn)水管和排水管，進(jìn)氣管、排氣管、進(jìn)水管、排水管通過(guò)法蘭盤(pán)與外部連接，四根管與法蘭盤(pán)連接處設(shè)置有流量控制閥，進(jìn)氣管與出氣管中間設(shè)置壓差傳感器，進(jìn)水管與出水管中間設(shè)置溫差傳感器，進(jìn)氣管右端與壓力表和氣瓶相連，鑄錠模底部設(shè)置水冷銅板底座，其與側(cè)部的水冷銅板相通，鑄?？v截面呈倒錐形。

技術(shù)研發(fā)人員：朱紅春,李花兵,倪卓文,孫正鑫,姜周華,何志禹,馮浩,張樹(shù)才
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15