专利名称：超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于冶金领域中的锭坯制造装置，尤其涉及一种超大型矩形锭坯倾 斜铸造的组合式制造装置。
背景技术：
连铸法作为公知技术已被广泛用于板坯制造，特别对于单一材质的薄板坯、中板 坯以及坯厚在400mm以下的中厚板坯的批量生产，其特点是效率高、质量好、金属有效利用 率高。然而，对于超大型船舶用板、核反应设备用板、化工领域中化学反应容器用板、水力发 电用板以及海洋结构用板等，其钢坯的单批次生产批量小、规格大(超宽、超厚)、材质要求 特殊，若采用连铸方法，其一无法发挥连铸高效率的优势，其二要求的连铸机械非常庞大、 造价极高，其三在技术方面上连铸法还不能很好解决超大型钢坯的内部质量问题。为此，现有生产超大型特厚板仍多采用钢锭模式铸造及轧制的制造方法，或经锻 造及轧制的制造方法，其锭型包括方形铸锭、多棱圆形和扁钢铸锭等，锭型均为带锥度锭 型，冷却方法多为大气自然冷却；这种生产方式存在的主要缺点是冒口相对切头量大，成材 率低，限制了钢锭吨位，目前只能生产60吨以下，厚度小于1000mm，宽度小于2500mm的锭 坯。再者，现有技术中通常是采用竖直锭模铸造或水平锭模铸造方式。其中竖直锭模 铸造方式增加了钢液对铸型的静压力和冲击力，由此对铸型的结构强度要求较高，使铸型 不易实现组合式结构，大大增加了铸型结构的制作费用；而现有水平锭模铸造方式则是采 用完全水平放置的铸型进行锭坯制造，使大型钢锭在浇铸、凝固的同时，杂质、气体等有害 物质漂浮于钢液的上表面并聚集一定深度，无法排除，由此影响了锭坯的质量；在进行锭坯 加工时，还需要用机械加工的方式将钢锭的上表面刨削一定深度，无形增加了加工成本。有鉴于此，本发明人凭借多年的相关设计和制造经验，提出一种超大型矩形锭坯 倾斜铸造的组合式制造装置，以克服现有技术的缺陷。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，该 制造装置基于传统的水平铸造装置，结合超大型矩形锭坯特点，将铸型与水平面呈5° 15°倾斜放置，大型钢锭在浇铸、凝固的同时，使杂质、气体等有害物质向斜上方的冒口内 聚集并排除；铸型底面制作成水冷金属型，可实现锭坯厚度方向的定向凝固，以提高锭坯质 量；铸型采用组合式结构，能够根据制造的锭坯规格组装出相应的铸型，以节省制作铸型的 费用，并且容易开箱。本实用新型的目的是这样实现的，一种超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造方 法，将组合式矩形铸模沿其长度方向固定放置在与水平面呈5° 15°的倾斜面上，该矩 形铸模是由强制冷却金属底板与上侧板、下侧板、左侧板、右侧板、盖板构成的能拆卸的组 合结构；在组装后的矩形铸模的最高位置处设有冒口，矩形铸模上设置钢液浇注装置；所述强制冷却金属底板内设置有一组金属管架或沿底板长度方向并列设置的多组金属管架； 钢液注入矩形铸模后，向金属管架内通入冷却介质使倾斜的矩形锭坯由下向上顺序冷却以 实现定向凝固；待矩形锭坯整体温度达到工艺起模温度后，停止通入冷却介质；拆卸组合 式矩形铸模的盖板及各侧板；调运该矩形锭坯至下一工序。该方法适用于60吨 150吨锭型规格厚度800 1500mm、宽度2100 5000mm、 长度4000 IOOOOmm的超大型矩形锭坯的铸造。一种超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，该制造装置包括一矩形铸模， 该矩形铸模沿长度方向与水平面呈5° 15°倾斜放置，所述矩形铸模由强制冷却金属底 板与上侧板、下侧板、左侧板、右侧板、盖板构成能拆卸的组合结构；所述强制冷却金属底板 由矩形金属底板本体和包覆于金属底板本体内的金属管架构成；为了提高铸模寿命，所述 强制冷却金属底板、盖板以及各侧板的内侧面挂设有一层面砂层；在所述组装后的矩形铸 模的最高位置处设有冒口，矩形铸模上还设有注入钢液的浇注装置。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述强制冷却金属底板内的金属管架是由沿 金属底板本体横向呈上下间隔设置的上主管、下主管以及垂直于上主管和下主管并与两根 主管导通的多个纵向支管构成；位于金属底板本体一侧的下主管管口设为冷却介质进口， 位于金属底板本体另一侧的上主管管口设为冷却介质出口。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述金属管架沿金属底板本体长度方向并列 设置有多组。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述纵向支管在金属底板本体宽度方向中的 排列方式为中间密两侧疏。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述金属管架沿金属底板本体长度方向并列 设置有多组；每组金属管架是由沿金属底板本体横向布置的多个横向支管和位于多个横向 支管两端并与多个横向支管导通的两个纵向主管构成；一纵向主管上设有冷却介质进口， 另一纵向主管上设有冷却介质出口。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述强制冷却金属底板和各侧板的内侧面均 为金属平面；所述强制冷却金属底板和各侧板上与内侧面相反的背侧面制成网格型凹坑结 构。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述各侧板上与相邻板件邻近的凹坑侧面几 何中心位置设有用于连接固定相邻板的螺栓透孔。在本实用新型的一较佳实施方式中，在所述强制冷却金属底板上表面靠近四个边 的位置设有燕尾槽，或间隔设有多个放置螺栓的透孔。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述盖板的板面上设有由多个对应的凹坑和 透孔组成的矩形网格状透孔结构；在所述网格状透孔结构内填充有造型型砂；所述盖板的 四周侧面凹设有多个凹槽，凹槽的下壁面向下设有螺栓透孔用以连接各侧板。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述各侧板和盖板分别由两块或多块相应板 件组装构成。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述钢液浇注装置由浇注漏斗、直浇道、横浇 道、内浇道组成；该钢液浇注装置贯通开设在上侧板、左侧板或右侧板上。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述下侧板内设有冷却金属管架，该冷却金
5属管架由进水主管、出水主管及导通设置在两主管之间的多个支管构成。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述钢液浇注装置由浇注漏斗、直浇道、横浇 道、内浇道组成；该钢液浇注装置贯通开设在下侧板上。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述冒口安装在矩形铸模的最高位置处，冒 口水平断面形状为沿矩形铸模宽度方向的矩形结构，冒口根据铸件宽度设置为一个或多 个，冒口上平面与钢液浇注装置的浇注漏斗下端面平齐。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述冒口安装在倾斜放置的盖板最高位置 处，冒口呈竖直状结构，冒口内腔穿过盖板与矩形铸模锭型内腔相通。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述冒口安装在倾斜放置的上侧板最高位置 处，冒口呈L形结构，L形的短边为横向连通上侧板的冒口通道，L形的长边为冒口的补缩部 分，横向冒口通道的上沿与矩形铸模锭型内腔的最高点平齐，以利于钢锭浇注过程中杂质 上浮到冒口内。由上所述，本实用新型的制造装置及方法是根据超大型矩形锭坯的特点，将铸型 与水平面呈5° 15°倾斜放置，在大型钢锭浇铸时，可大大降低钢液对铸型的静压力和 冲击力，降低了对铸型结合部件间结构强度的要求，使采用组合式铸型结构成为可能；由于 铸型采用组合式结构，能够根据制造的锭坯规格组装成相应的铸型，降低了制作铸型的费 用，并且使铸型的造型、组装、拆卸更简单灵活，使热开箱成为可能；由于铸型倾斜放置，大 型钢锭在浇铸、凝固的同时，可使杂质、气体等有害物质向斜上方的冒口内聚集并排除；铸 型底面制作成水冷金属型，可实现锭坯厚度方向的定向凝固，可消除铸件内缩孔、消弱铸件 疏松，以提高锭坯质量。
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范 围。其中图1 为本实用新型超大型矩形锭坯倾斜铸造工艺方案一示意图,O[0028]图2 为本实用新型超大型矩形锭坯倾斜铸造工艺方案二示意图,O[0029]图3 为本实用新型超大型矩形锭坯倾斜铸造工艺方案三示意图,O[0030]图4A为本实用新型中强制冷却金属底板及金属 f架布置结构--示意图。[0031]图4B为图4Α的侧视示意图。[0032]图4C为图4Α的仰视示意图。[0033]图5A为本实用新型中强制冷却金属底板及金属 f架布置结构二示意图。[0034]图5B为图5Α的侧视示意图。[0035]图5C为图5Α的仰视示意图。[0036]图6A为本实用新型中强制冷却金属底板及金属 f架布置结构三 示意图。[0037]图6B为图6Α的侧视示意图。[0038]图6C为图6Α的仰视示意图。[0039]图7A为本实用新型中上侧板结构示意图。[0040]图7B为图7Α的侧视示意图。[0041]图8A为本实用新型中左、右侧板结构示意图。[0042]图8B 为图8A的侧视示意图。图9A 为本实用新型中下侧板结构一示意图。图9B 为图9A的侧视示意图。图9C 为图9A的俯视示意图。图IOA 为本实用新型中下侧板结构二示意图。图IOB 为图IOA的侧视示意图。图IlA 为本实用新型中盖板结构示意图。图1IB 为图1IA的侧视示意图。图IlC 为图IlA的仰视示意图。图12A 为本实用新型中侧板和盖板组合构成的结构示意图一。图12B 为本实用新型中侧板和盖板组合构成的结构示意图二。图13 为本实用新型中倾斜放置的强制冷却金属底板挂砂厚度示意图。图14A 为本实用新型中强制冷却金属底板挂砂操作示意图。图14B 为图14A的侧视示意图。图14C 为图14A的仰视示意图。图15A 为本实用新型中下侧板挂砂操作示意图。图15B 为图15A的仰视示意图。图16A 图16F 为本实用新型中组合式制造装置合箱过程示意图。图17A 图17D 为本实用新型浇铸过程中聚渣示意图。图18A 为本实用新型倾斜铸造底面顺序水冷法缺陷仿真结果。图18B 为传统铸造自然冷却方法的缺陷仿真结果。图18C 为现有技术底面整体水冷的定向凝固法缺陷仿真结果。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明 本实用新型的具体实施方式
。如图1、图2和图3所示，本实用新型提出一种超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式 制造装置100，该制造装置100包括一矩形铸模1，该矩形铸模1沿其长度方向与水平面呈 5° 15°倾斜放置，所述矩形铸模1由强制冷却金属底板11、上侧板12、下侧板13、左侧 板14、右侧板15 (如图8A、图8B所示)和盖板16构成能拆卸的组合结构；所述强制冷却金 属底板11 (如图4A 图4C、图5A 图5C和图6A 图6C所示)是由矩形金属底板本体 111和包覆于金属底板本体111内的金属管架112构成(金属管架112外包覆浇注的钢水 凝固后形成所述矩形金属底板本体111)；所述强制冷却金属底板11、盖板16以及各侧板的 内侧面挂设有面砂层6 ；所用的面砂优选树脂砂材料，面砂层6外表面涂轧2 4mm耐高温 涂料(优选醇基氧化锆涂料)；所述强制冷却金属底板11、上侧板12、下侧板13、左侧板14 和右侧板15的内侧面挂设的面砂层6的厚度为5 20mm，所述盖板的内侧面挂设的面砂层 6的厚度为50 200mm，其中，强制冷却金属底板11与铸件面间的挂砂厚度，可根据不同部 位要求的冷却强度不同而变化，可以通过挂砂厚度调整强制冷却金属底板11与铸件间的 传热能力(如图13所示，靠近下侧板13部位可以取5mm，向上逐渐增厚至上侧板12部位取20mm)；在所述组装后的矩形铸模1的最高位置处设有冒口 2，矩形铸模1上还设有注入 钢液的钢液浇注装置3。如图1 图3所示，采用该组合式制造装置100制造超大型矩形锭坯的方法是，将 组合式矩形铸模1沿其长度方向固定放置在与水平面呈5° 15°的倾斜面上，在本实施 方式中，首先将地坑4底平面用干砂5铺成所需的倾斜坡度面(5° 15° )，再将强制冷 却金属底板11固定放置在该倾斜面上(所述强制冷却金属底板11的下表面设有网格型凹 坑结构，依靠强制冷却金属底板11自重将下方的干砂5挤满格子内的凹坑以固定该强制冷 却金属底板)，然后在强制冷却金属底板11上方顺序组装下侧板13、左、右侧板14、15和盖 板16，冒口 2安装在矩形铸模1的最高位置处，在矩形铸模1上安装钢液浇注装置3，之后， 在组装好的矩形铸模1与浇铸地坑4的内壁间填满用做背砂的干砂5，连接进、出冷却管路 并准备浇铸；钢液注入矩形铸模1后，向金属管架112内通入冷却介质使倾斜的矩形锭坯由 下向上顺序冷却以实现定向凝固；所述冷却介质可以采用水、空气、水-气混合物或其他冷 却介质；在所述强制冷却金属底板11内可以设置一组金属管架112，也可沿底板长度方向 并列设置多组金属管架112。当金属底板11内设置一组金属管架112时，冷却介质是由下 向上流动以保证矩形锭坯由下向上顺序冷却。当金属底板11内设置多组金属管架112时， 可根据矩形锭坯凝固的工艺要求，使由下向上排列的多组金属管架112内顺序通入冷却介 质，以保证矩形锭坯由下向上顺序冷却，实现定向凝固；在冷却时根据使用要求，通水顺序 先下第一组，逐步向上第二组、第三组……，形成独特的顺序冷却方式；待矩形锭坯整体温 度达到工艺起模温度后，停止通入冷却介质；拆卸组合式矩形铸模1的盖板16及各侧板； 调运该矩形锭坯至下一工序。本实用新型的制造方法适用于60吨 150吨锭型规格厚度 800 1500mm、宽度2100 5000mm、长度4000 IOOOOmm的超大型矩形锭坯的铸造。由上所述，本实用新型的制造装置及方法是根据超大型矩形锭坯的特点，将铸型 与水平面呈5° 15°倾斜放置，在大型钢锭浇铸时，可大大降低钢液对铸型的静压力和 冲击力，降低了对铸型结合部件间结构强度的要求，使采用组合式铸型结构成为可能；由于 铸型采用组合式结构，能够根据制造的锭坯规格组装成相应的铸型，降低了制作铸型的费 用，并且使铸型的造型、组装、拆卸更简单灵活，使热开箱成为可能；由于铸型倾斜放置，大 型钢锭在浇铸、凝固的同时，可使杂质、气体等有害物质向斜上方的冒口内聚集并排除；铸 型底面制作成水冷金属型，可实现锭坯厚度方向的定向凝固，消除缩孔、消弱铸件内疏松， 以提高锭坯质量。进一步，如图4A 图4C所示，在本实施方式中，所述强制冷却金属底板11内的金 属管架112是由沿金属底板本体111横向呈上下间隔设置的上主管1121、下主管1122以及 垂直于上主管和下主管并与两根主管导通的多个纵向支管1123构成；所述金属管架112布 置在金属底板本体111厚度方向邻近其上表面的位置(即金属管架112靠近铸件一侧的 表面布设)；位于金属底板本体111 一侧的下主管1122管口设为冷却介质进口(该下主管 1122另一管口用螺丝堵堵住)，位于金属底板本体111另一侧的上主管1121管口设为冷却 介质出口(该上主管1121另一管口也用螺丝堵堵住)，从而确保冷却介质是由下向上流动 以保证矩形锭坯由下向上顺序冷却，实现定向凝固。为加大锭坯中部冷却能力，所述多个纵 向支管1123在金属底板本体111宽度方向中的排列方式为中间密两侧疏(如图4A所示)。在本实施方式中，所述金属管架112可沿金属底板本体111长度方向并列设置有多组(如图5A 图5C、图6A 图6C所示)。所述金属管架112可采用上述结构并列设置 多组(如图5A 图5C所示)。如图6A 图6C所示，当使用多组金属管架112并列设置时，每组金属管架112的 结构也可由沿金属底板本体111横向布置的多个横向支管IlM和位于多个横向支管两端 并与多个横向支管导通的两个纵向主管1125、11沈构成；其中，一个纵向主管1125上设有 冷却介质进口，另一纵向主管11 上设有冷却介质出口。在本实施方式中，如图4C、图7A 图7B、图8A 图8B、图9A 图9C、图IOA 图IOB所示，所述强制冷却金属底板11和各侧板的内侧面均为金属平面；所述强制冷却金 属底板11和各侧板上与内侧面相反的背侧面制成网格型凹坑结构7，以减轻相应构件的重 量、降低铸模内部应力，降低铸模变形的可能性。所述各侧板上与相邻板件的接触面邻近的凹坑7侧面几何中心位置设有用于与 相邻板件把合固定的螺栓透孔71。在本实施方式中，如图4A 图6C所示，在所述强制冷却金属底板11上表面靠近 四个边的位置设有燕尾槽113，或间隔设有多个放置螺栓的透孔。组装铸模时，在燕尾槽 113内设置螺栓，螺栓穿过对应侧板的螺栓透孔71后，将各侧板固定在强制冷却金属底板 11上；同理，可将盖板16固定于各侧板之上。进一步，如图IlA 图IlC所示，在本实施方式中，所述盖板16的板面上设有由多 个对应的凹坑81和透孔82组成的矩形网格状透孔结构8 ；在所述网格状透孔结构8内填 充有造型型砂5 (如图1所示)，起到透气保温的作用；所述盖板16的四周侧面凹设有多个 凹槽162，凹槽162的下壁面向下设有螺栓透孔1621用以连接各侧板。在本实施方式中，所述上侧板12、下侧板13、左侧板14、右侧板15和盖板16可分 别由两块或多块相应板件组装构成，能够根据制造的锭坯规格组装成相应的铸型，降低了 制作铸型的费用。各侧板可以由相同高度、不同长度或相同长度、不同高度的几块板件组 合而成；盖板可以由相同宽度、不同长度或相同长度、不同宽度的几块板件组合而成；如图 12A所示，左侧板14和盖板16分别由两块板件组装构成；如图12B所示，左侧板14和盖板 16分别由三块板件组装构成；所述两块或三块板件由螺栓固定连接在一起。如图1 图3所示，在本实施方式中，所述钢液浇注装置3由浇注漏斗31、直浇道 32、横浇道33、内浇道34组成；所述直浇道、横浇道、内浇道均是由耐火砖管内腔构成，其中 横浇道33与内浇道34的耐火砖管外采用典型的型砂填充，直浇道32耐火砖管外还包括有 直浇管金属壳体，在金属壳体与耐火砖管间填充型砂；直浇道32通过内部耐火砖管与横浇 道间90°弯头砖管连接在一起，外部用型砂填充将直浇管固定。该钢液浇注装置3的内浇道34可贯通开设在上侧板12、左侧板14、右侧板15或 下侧板13上。当钢液浇注装置3贯通开设在上侧板12、左侧板14或右侧板15上时，所述下侧板 13内可设置冷却金属管架131(如图IOA 图IOB所示)，该冷却金属管架131由进水主管 1311、出水主管1312及导通设置在两主管之间的多个支管1313构成。钢液浇注装置3贯 通开设在上侧板12时，内浇道34与铸件型腔连通，内浇道口位于上侧板12高度方向的中 下部，多个平行分布的内浇道均勻分布于钢锭宽度方向上。当钢液浇注装置3贯通开设在下侧板13上时，下侧板13内不设置冷却金属管架131 ；此时，内浇道要穿过下侧板13的透孔与铸件型腔连通，内浇道口位于下侧板13高度方 向的中下部，多个平行分布的内浇道均勻分布于钢锭宽度方向上。如图1 图3所示，在本实施方式中，所述冒口 2安装在矩形铸模1的最高位置处， 冒口 2可安装在倾斜放置的盖板16的最高位置处(如图2、图3所示)；冒口 2也可安装在 倾斜放置的上侧板12的最高位置处(如图1所示)。所述冒口 2水平断面形状为沿矩形铸 模1宽度方向的矩形结构，冒口 2根据铸件宽度可设置为一个或多个，冒口 2上平面与钢液 浇注装置3的浇注漏斗31下端面平齐。冒口铸型采用树脂砂面砂、传统型砂背砂；冒口内 壁表面涂轧2 4mm耐高温涂料(优选醇基氧化锆涂料)，冒口钢液面上覆盖发热剂、保温 剂。当所述冒口 2安装在倾斜放置的盖板16最高位置处时，所述盖板16上设置相应 的透孔161 (如图IlA所示)，冒口 2呈竖直状结构，冒口 2内腔穿过盖板16的透孔161与 矩形铸模锭型内腔相通；所述透孔161的尺寸应保证开箱时冒口能从透孔中脱出。当所述冒口 2安装在倾斜放置的上侧板12的最高位置处时，冒口 2呈L形结构， L形的短边为横向连通上侧板12的冒口通道，L形的长边为冒口的补缩部分，横向冒口通道 的上沿与矩形铸模锭型内腔的最高点平齐，以利于钢锭浇注过程中杂质上浮到冒口 2内。在本实施方式中，采用该组合式制造装置制造超大型矩形锭坯的制造过程包括模 具的准备、组装、浇注、冒口点浇、开箱、清整等操作步骤。具体操作步骤如下一、模具的准备包括强制冷却金属底板、左侧板、右侧板、上侧板、下侧板、盖板的 清理、造型、涂刷涂料、干燥等；1.首先找出生产所需的强制冷却金属底板、左侧板、右侧板、上侧板、下侧板、盖板 等模具，检查模具有无损坏，清理模具上残存的旧砂、锈蚀等，如有损坏进行修复或更换；2.清理好的模具进行造型操作以强制冷却金属底板为代表(包括强制冷却金属底板、左右侧板、上侧板)只需 要在接触铸件的面(内侧面)上挂5 20mm面砂，没有开设冒口、浇道等操作的为一类 将模具按照挂砂面冲上水平放置，安装四周挂砂厚度控制板于模具的四个边框上(用螺丝 拧紧)，将配制好的呋喃树脂面砂导入由挂砂厚度控制板围成的腔体内，轻轻按压将砂子铺 实、铺勻，用刮板9沿平行的两对称厚度控制板轨迹将多余面砂刮下，并补足欠缺部位(如 图14A 图14C所示)；之后准备涂刷涂料。如图15A、图15B所示，以下侧板为代表(包括下侧板、盖板等)需要在接触铸件 的面上挂砂外，还需开设冒口或浇道等将模具按照挂砂面冲上水平放置，安装四周挂砂厚 度控制板于模具的四个边框上；安放进口砖于下侧板透孔中心，在进口砖与透孔壁间填充 配制好的呋喃树脂砂至上平面；再由挂砂厚度控制板围成的腔体内添加配制好的呋喃树脂 面砂，轻轻按压将砂子铺实、铺勻，用刮板9沿平行的两对称厚度控制板轨迹将多余面砂刮 下，并补足欠缺部位；之后准备涂刷涂料。3.涂刷涂料待型砂硬化后，向与铸件接触的水平放置面上，涂轧醇基氧化锆耐 火涂料；涂轧方法将配置好的醇基氧化锆耐火涂料膏倒在砂面上，初步摊平后，再用涂料 刮板沿平行的两对称厚度控制板轨迹将涂料膏涂轧到砂面上，并控制均勻的涂料厚度在 2 4mm。同样方法将与铸件接触的其他部位也涂轧2 4mm涂料。
10[0091]4.干燥将涂轧好的含有大量乙醇的涂料膏，用乙醇拌和的稀涂料对涂料表面粉 刷一遍后，用火种点燃涂料，使涂料自燃干燥、硬化。二、合箱组装如图16A 图16F所示，将地坑底平面用干砂在放置强制冷却金属 底板的部位铺成所需的坡度(5° 15° )，上面放置强制冷却金属底板(带凹坑格子的面 朝下)，依靠强制冷却金属底板自重将下方的干砂挤满格子内的凹坑，连接强制冷却金属底 板进、出介质管路，并经打压试验确认连接良好、无泄露；然后在强制冷却金属底板上方先 安放下侧板，安放前将下侧板与强制冷却金属底板接触面的型砂及杂质去除，后在接触面 上涂刷1 2mm左右的一层醇基耐火泥膏，依靠下侧板的自重将涂料膏压平压实；穿入紧固 螺杆及定位销，将下侧板与底板紧固在一起；将底板内侧面砂与下侧板面砂接触部位的涂 料膏沿接触缝填满修平后点燃；依次安装左、右侧板、上侧板并将彼此间紧固；最后在组装 好的上侧板、左、右侧板、下侧板上方，安放带冒口的盖板(盖板与左、右侧板、上侧板、下侧 板接触面上的型砂不去除)，其间靠型砂紧密接触密封；穿入紧固螺杆及定位销使盖板与 各侧板紧固；安放浇铸装置，连接下侧板通孔内的浇口砖，铺设横浇道砖管和直浇道砖管， 砖间用型砂填实，最后安放浇铸漏斗(漏斗下平面应与冒口上面在一个水平面上)，最后在 组装好的矩形铸模与地坑内壁间用干砂做背砂填满；连接外部进、回冷却管路，准备浇铸。三、超大型矩形锭坯的浇注1.浇铸前需确认冷却介质管道正常无泄露，冷却介质进入阀门处于关闭状态，打 开介质流出阀及所有连通排水的通道，保证冷却管内气体能畅通排除。2.按工艺要求参数浇注钢液，如图17A 图17D所示，经浇注漏斗、直浇道、横浇 道、内浇道，钢液由矩形铸模下侧板透孔内的内浇口流入倾斜5° 15°放置的铸模下端， 随着钢液的不断冲入，钢液面由下向斜上方推进，夹杂在钢液中的气体、杂质在上浮的过程 也随钢液面推移向斜上方移动，直至钢液充满铸型，杂质及气体不断向位于斜上方的冒口 内聚集，随着钢液的进一步冲入，杂质及气体被挤压到冒口内部直至距冒口上端面200mm 左右停止浇注；冒口上方加保温剂、覆盖剂。3.通入冷却介质定向冷却缓慢打开冷却介质进入管阀门，调整介质进入管压 力、流量，控制介质流出管温保持在50°C 80°C间，直至铸件完全凝固。四、停止铸锭操作待铸锭整体温度达到工艺起模温度后，关闭供冷却管道阀门， 待冷却管路介质蒸发完后，卸下连接铸型上的介质进出管。五、脱模操作去除矩形铸模外的背砂，依次卸掉盖板与上侧板、左、右侧板、下侧 板间的紧固螺栓，吊起盖板箱；卸掉上侧板、左、右侧板、下侧板与强制冷却金属底板间的紧 固螺栓，拆除上侧板、左、右侧板、下侧板，调运钢锭运至清整工序进行清整。如图18A所示，为利用上述方法和本实用新型的超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合 式制造装置，按工艺要求参数浇铸锭坯的仿真结果；图18B为传统铸造自然冷却方法的缺 陷仿真结果；图18C为现有技术底面整体水冷的定向凝固法缺陷仿真结果；通过仿真结果 对比可知，本实用新型能够显著提高锭坯质量。本实用新型具有如下有益的技术效果1.采用倾斜铸造方式，大大降低了钢液对铸模的静压力和冲击力，降低了对铸模 结合部件间结构强度的要求，使组合式结构的实现成为可能，且大大降低了铸模的结构费 用；[0102]2.由于强制冷却金属底板的使用使倾斜铸造的大型钢锭由下向上顺序凝固成为 可能；3.由于强制冷却金属底板倾斜放置，保证了大型钢锭在浇铸、凝固的同时杂质、气 体等有害物质向斜上方的冒口内聚集排除成为可能；4.由于倾斜放置的强制冷却金属底板的冷却介质通道采用冷却介质下方进、上 方出的方式，铸型受冷却管的冷却下方温度较低，冷却能力较强，随着铸型热量向冷却介质 中的传递，冷却介质温度由下向上逐渐升高，冷却能力随之减弱；与铸件要求的冷却顺序一 致。5.由于强制冷却金属底板中冷却支管采用中间密两侧疏的分布形式，提高了铸件 中部传热，可减少疏松；6.由于强制冷却金属底板中冷却金属管架采用多组独立供水的结构，为铸件人为 控制顺时冷却创造了条件，使消弱铸件内疏松、消除缩孔成为可能；7.由于铸模采用半永久型箱式组合结构，铸模的造型、组装、拆卸更简单灵活；并 且使热开箱成为可能；8.由于铸模采用半永久型箱式组合结构，可以通过改变左、右侧板、上、下侧板高 度或长度，改变铸模内腔规格尺寸，因此，模具的通用性更强，规格变换更方便，模具费用可 大大降低；9.由于铸模采用挂砂的半永久型结构，钢液不再直接与金属型接触，避免了钢液 飞溅、上升不稳出现的表面冷隔、钢豆等表面缺陷；10.由于铸型采用挂砂的半永久型结构，钢液接触砂型表面激冷强度大大降低，降 低了表层激冷形核能力，削弱了钢锭表面激冷层极细等轴晶厚度，使得钢锭整体均勻形核 倾向大大增加，使得铸锭整体等轴晶比例大大增加；11.由于强制冷却金属底板挂砂厚度的改变(采用下薄、上厚均勻变化)，起到了 铸模冷却换热的调节和控制作用，有利于疏松、缩孔向冒口方向转移；12.由于半永久型铸模采用树脂砂挂砂材料，砂内不含水及结晶水成分，无需特殊 干燥，型砂在浇铸后树脂碳化并溃散后生成物可以避免钢锭表面氧化，溃散后的型砂更有 利于脱模；13.由于半永久型铸模树脂砂挂砂层外氧化锆醇基涂料的使用，在钢液的高温烧 结下，氧化锆涂料层形成一层坚硬的陶瓷薄壳，一方面阻止了钢液再次向砂层渗透，避免了 粘砂，同时有防止型砂卷入钢液污染金属液的作用；14.半永久型组合件采用一面为平面，另一面为格子凹坑结构，在保证组合件整体 刚度的同时，使该整体铸模重量大大降低(成本降低)，同时使应力大大降低(受热变形的 可能性降低)，使组合件间的固定连接变得更方便。综上所述，本实用新型使得超大型矩形锭坯组合式制造成为可能，同时，具有铸锭 等轴晶区大、质量好、金属利用率高等优点。以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式
，并非用以限定本实用新型的范 围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变 化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
权利要求1.一种超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，该制造装置包括一矩形铸模，其 特征在于该矩形铸模沿长度方向与水平面呈5° 15°倾斜放置，所述矩形铸模由强制 冷却金属底板与上侧板、下侧板、左侧板、右侧板、盖板构成能拆卸的组合结构；所述强制冷 却金属底板由矩形金属底板本体和包覆于金属底板本体内的金属管架构成；所述强制冷却 金属底板、盖板以及各侧板的内侧面挂设有面砂层；在所述组装后的矩形铸模的最高位置 处设有冒口，矩形铸模上还设有注入钢液的钢液浇注装置。
2.如权利要求1所述的超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，其特征在于所 述强制冷却金属底板内的金属管架是由沿金属底板本体横向呈上下间隔设置的上主管、下 主管以及垂直于上主管和下主管并与两根主管导通的多个纵向支管构成；位于金属底板本 体一侧的下主管管口设为冷却介质进口，位于金属底板本体另一侧的上主管管口设为冷却 介质出口。
3.如权利要求2所述的超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，其特征在于所 述金属管架沿金属底板本体长度方向并列设置有多组。
4.如权利要求2或3所述的超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，其特征在于 所述纵向支管在金属底板本体宽度方向中的排列方式为中间密两侧疏。
5.如权利要求1所述的超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，其特征在于所 述金属管架沿金属底板本体长度方向并列设置有多组；每组金属管架是由沿金属底板本体 横向布置的多个横向支管和位于多个横向支管两端并与多个横向支管导通的两个纵向主 管构成；一纵向主管上设有冷却介质进口，另一纵向主管上设有冷却介质出口。
6.如权利要求1所述的超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，其特征在于所 述强制冷却金属底板和各侧板的内侧面均为金属平面；所述强制冷却金属底板和各侧板上 与内侧面相反的背侧面制成网格型凹坑结构。
7.如权利要求6所述的超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，其特征在于所 述各侧板上与相邻板件邻近的凹坑侧面几何中心位置设有用于连接固定相邻板的螺栓透 孔。
8.如权利要求7所述的超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，其特征在于在 所述强制冷却金属底板上表面靠近四个边的位置设有燕尾槽，或间隔设有多个放置螺栓的 透孔。
9.如权利要求1所述的超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，其特征在于所 述盖板的板面上设有由多个对应的凹坑和透孔组成的矩形网格状透孔结构；在所述网格状 透孔结构内填充有造型型砂；所述盖板的四周侧面凹设有多个凹槽，凹槽的下壁面向下设 有螺栓透孔用以连接各侧板。
10.如权利要求7或9所述的超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，其特征在 于所述各侧板和盖板分别由两块或多块相应板件组装构成。
11.如权利要求1所述的超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，其特征在于所 述钢液浇注装置由浇注漏斗、直浇道、横浇道、内浇道组成；该钢液浇注装置贯通开设在上 侧板、左侧板或右侧板上。
12.如权利要求11所述的超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，其特征在于 所述下侧板内设有冷却金属管架，该冷却金属管架由进水主管、出水主管及导通设置在两主管之间的多个支管构成。
13.如权利要求1所述的超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，其特征在于所 述钢液浇注装置由浇注漏斗、直浇道、横浇道、内浇道组成；该钢液浇注装置贯通开设在下 侧板上。
14.如权利要求11或13所述的超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，其特征在 于所述冒口安装在矩形铸模的最高位置处，冒口水平断面形状为沿矩形铸模宽度方向的 矩形结构，冒口根据铸件宽度设置为一个或多个，冒口上平面与钢液浇注装置的浇注漏斗 下端面平齐。
15.如权利要求14所述的超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，其特征在于 所述冒口安装在倾斜放置的盖板最高位置处，冒口呈竖直状结构，冒口内腔穿过盖板与矩 形铸模锭型内腔相通。
16.如权利要求14所述的超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，其特征在于 所述冒口安装在倾斜放置的上侧板最高位置处，冒口呈L形结构，L形的短边为横向连通上 侧板的冒口通道，L形的长边为冒口的补缩部分，横向冒口通道的上沿与矩形铸模锭型内腔 的最高点平齐，以利于钢锭浇注过程中杂质上浮到冒口内。
专利摘要本实用新型为一种超大型矩形锭坯倾斜铸造的组合式制造装置，该制造装置包括一矩形铸模，该矩形铸模沿长度方向与水平面呈5°～15°倾斜放置，矩形铸模由强制冷却金属底板、四个侧板和盖板构成的组合结构；强制冷却金属底板内设有金属管架；所述强制冷却金属底板、盖板以及各侧板的内侧面挂设有面砂层；组装后的矩形铸模的最高位置处设有冒口，矩形铸模上还设有注入钢液的钢液浇注装置。本装置可降低钢液对铸型的静压力和冲击力，降低制作铸型的费用，使铸型的造型、组装、拆卸更简单灵活，使热开箱成为可能；杂质、气体等有害物质容易向斜上方的冒口内聚集并排除；本装置可实现锭坯的定向凝固，消除铸件内缩孔、消弱铸件疏松，提高锭坯质量。
文档编号B22D7/00GK201906799SQ20112003423
公开日2011年7月27日 申请日期2011年1月31日 优先权日2011年1月31日
发明者冯宝全, 刘艳, 周守航, 张西鹏, 曹建宁, 李澍, 石立文, 赵长春, 黄衍林 申请人:中冶京诚(营口)装备技术有限公司, 中冶京诚工程技术有限公司