钢坯加热炉用定向凝固垫块及其制作工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种钢坯加热炉用ＤＳ垫块和其制作工艺，所述ＤＳ垫块上部的宏观结晶组织由定向柱状晶组织构成而该ＤＳ垫块下部的宏观结晶组织至少由等轴晶组织和柱状晶组织中的一种结晶组织构成的。所述ＤＳ垫块是用改进的电渣熔铸方法制成。本发明专利技术提供的制作上述ＤＳ垫块的工艺使得到的所述垫块上部的宏观结晶组织全部由排列整齐的定向柱状晶结晶组织构成，而且垫块的金属更纯洁，组织更致密，成分更均匀。因此，本发明专利技术ＤＳ垫块具有高温强度更高，抗层状剥蚀性能更强，因而垫块有效使用高度更高，有效使用寿命更长，并且制造成本与常规精密铸造法相当的优点，在生产中推广使用可以明显减小被加热钢坯“黑印”温差，达到提高轧材品质和降低生产能耗的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种轧钢厂钢坯轧前步进梁式加热炉用垫块及其制作工艺。尤其是一种垫块上部的宏观结晶组织由定向柱状晶结晶组织构成而该垫块下部的宏观结晶组织至少由等轴晶结晶组织和柱状晶结晶组织中的一种结晶组织构成的金属整体垫块(以下简称DS垫块)。钢坯加热炉内炉底支承梁上向上凸起安装的垫块，是支承和传递钢坯并保证加热质量的关键部件。被加热钢坯“黑印”温差过大是严重影响轧材品质和生产效率的主要因素之一。现场测量表明，当滑轨型垫块高度从100mm提高到150mm时，加热炉内气氛温度与垫块顶部温度之差由110℃-120℃减小到50℃以下，由此说明，坛加炉底支承梁上垫块高度，可以达到显著减小钢坯“黑印”温差和降低生产能耗的双重目的。在现有技术中，步进梁式加热炉广泛使用钴合金(Co-40、Co-50)垫块，这类铸造钴合金垫块的最大缺点是垫块高度极限仅为120mm，并且使用过程中垫块高度降低速度过大(约10-15mm/年或更大)，因此造成钢坯“黑印”温差偏大，对提高轧材品质和降低生产能耗有很坏的影响。研究已证明，决定现有技术中钴合金垫块高度极限和高度降低速度过大的主要原因是这类常规垫块中存在大量的横向晶界。众所周知，步进梁式加热炉中垫块的工况和推钢式加热炉中滑轨(垫块)的工况存在本质区别推钢式加热炉滑轨(垫块)承受钢坯的稳态压力和磨擦力，要求滑轨在高温下有好的蠕变强度和耐磨性能。在步进梁式加热炉中，垫块在高温氧化气氛下和钢坯周期性接触，因而承受两种周期性的应力，其一是由钢坯本身重量产生的压疲劳应力，其二是钢坯与垫块接触和分离期间由于引起垫块本身温度剧烈变化而产生的热疲劳应力。压疲劳应力和热疲劳应力是垫块工作过程中承受的两种主要应力，在本专利技术中统称为主应力。主应力的取向基本都是在垫块的高度方向即铅垂线方向上。用常规铸造方法制造的垫块，铸件的宏观结晶组织是等轴晶组织，铸件中的晶界是随机取向的。在高温下，晶界是合金最易发生破坏的薄弱环节，特别是等轴晶铸件存在大量的垂直或接近垂直垫块所承受的前述两种疲劳主应力取向的晶界(以下简称横向晶界)，在与被加热钢坯相接触的垫块顶部层面区域内，横向晶界在高温和应力的周期性反复作用下极易形成微裂纹和产生加速氧化，并最终导致该层面金属氧化脆化而发生层状剥蚀，层状剥蚀速度随温度的升高和应力的坛大而快速坛加。这就是决定步进梁式加热炉垫块高度极限以及垫块高度逐渐降低并最终失效的主要原因。相同的研究也证明，在现有加热炉设计参数和使用条件下，垫块高度的减损、失效和金属的宏观压缩变形没有直接关系。因此，消除垫块本身在高温区内的横向晶界，能有效抑制垫块顶部层状剥蚀的发生和明显提高垫块的高温综合性能，达到提高垫块高度极限并延长垫块有效使用寿命的目的。本专利技术的目的在于改进现有技术的不足，提供一种使用性能明显高于现有常规铸造垫块的步进梁式加热炉用定向凝固垫块(即DS垫块)，进一步的目的是提供制作所述DS垫块的制作工艺。本专利技术涉及的步进梁式加热炉用DS垫块是这样设计的钢坯加热炉用DS垫块设计为所述垫块上部的宏观结晶组织由定向柱状晶组织构成而所述垫块下部的宏观结晶组织至少由等轴晶组织和柱状晶组织中的一种结晶组织构成的金属连续整体垫块，在通常情况下，所述垫块下部的宏观结晶组织是由柱状晶结晶组织和等轴晶结晶组织构成。所述DS垫块上部顶面与被加热钢坯相接触，所述DS垫块下部底端直接固定在或通过另一底座固定在炉底支承梁上。所述DS垫块上部的定向柱状晶的晶界取向平行或接近平行于DS垫块前述的主应力轴方向，即DS垫块的高度方向，所述DS垫块上部柱状晶组织的晶界与所述DS垫块高度方向间的夹角在20度以内，所述DS垫块上部的柱状晶晶粒长度大于所述DS垫块总高度的15％。为使所述DS垫块具有更好的性能，优先推荐上述夹角在15度以内，上述晶粒长度大于DS垫块总高度的20％。所述DS垫块上部和下部之间的宏观结晶组织是由前述结晶组织自然过渡相连接成金属整体，不需要进行特别的工艺控制。由于处于高温区的所述DS垫块上部是由平行或接近平行于主应力轴的定向柱状晶构成，不存在横向晶界，因此垫块上部具有更高的高温强度和抗层状剥蚀性能，而DS垫块下部有耐火层包覆且底座固定在通水(或汽)冷却的支承梁上，工作温度较低且变化不大，DS垫块下部宏观结晶组织由等轴晶和柱状晶之一种或两者共同构成有较好的中低温综合性能，也有利于降低DS垫块的制造成本。所以，本专利技术DS垫块设计成所述垫块上部的宏观结晶组织由定向柱状晶组织构成而所述垫块下部的宏观结晶组织至少由等轴晶和柱状晶两种结晶组织之一种结晶组织构成的金属一体结构。本专利技术的DS垫块可以设计为单一合金化学成份的金属整体，也可以设计成沿DS垫块高度具有不同合金化学成份的金属整体，这样既可以保持DS垫块的高温性能又可以进一步降低DS垫块的制造成本，因此是本专利技术优先推荐的设计方案。本专利技术涉及DS垫块通过改进的电渣熔铸方法获得，该方法是电渣重熔、精密铸造和定向凝固三种工艺的组合。所述DS垫块的制造工艺过程如下1、将顶、底两端开口的熔铸模安置在水冷铜激冷底板上，组成电渣熔铸腔室。熔铸模根据DS垫块的形状尺寸，并考虑相关因素如渣皮厚度、熔体收缩及结晶起始段等因素设计。所述熔铸模至少由两段模上下相叠组成，其中一段模由隔热保温段组成，另一段模由内部通水冷却的金属结晶器段或其它耐热材料结晶器段组成。2、冶炼并浇铸电渣熔铸用的棒状或板状电极。熔铸有不同合金成份的所述DS垫块时用对应成份的上下两段相串接的双合金电极或用双臂对应合金成份的单合金电极交替熔铸。3、用固态引弧法或底侧液渣虹吸法将电渣料漆加入所述熔铸腔室中。所用渣料为高氟渣(60-75)％CaF2+(20-30)％Al2O3+(5-15)％CaO和低氟渣15％CaF2-CaO-MgO-Al2O3-SiO2中的任一种。当使用高氟渣时需在熔铸过程中适时适量添补80％CaF2+20％CaO渣料保持渣池中的CaF2含量和渣池深度。4、将铜激冷底板和合金电极分别连接到电渣熔铸电源的两电极上，将石墨电极和合金电极连在电源同一电极上。先通电用石墨电极将渣料化清并将渣池加热至1700-1800℃左右，提起石墨电极，然后以适当速度下移送进合金电极开始电渣熔铸过程。5、电渣熔铸过程采用工艺参数为炉口电压28-40伏，电流密度0.5-1.5安/毫米2，电极送进速度15-50毫米/分，熔化率0.5-3公斤/分左右，渣池深度保持在40-70毫米，铜激冷板和结晶器出水温度45-70℃，电极与熔模壁间距保持8-25毫米，由于铸模内腔断面变化及热流变化等原因，熔铸过程需适时调整工艺参数，以便获得稳定的电渣过程和性能优良的熔铸件。电渣熔铸是利用电流通过熔渣产生热量熔化合金电极本身，熔化金属以熔滴形式通过液态渣池下沉形成金属熔池，金属熔池底部由于铜激冷板以及熔模结晶器的强制冷却而自下向上逐渐凝固并迫使渣池上升，最终形成形状与熔铸模内腔一致的熔铸垫块。利用改进的电渣熔铸方法制造本专利技术DS垫块的过程与常规电渣熔铸过程基本相同，其重要区别仅在于1、所述的DS垫块熔铸模至少由隔热保温段和结晶器段两段模上下相叠组成，所述隔热保温段由高度大于所述熔铸模总高度10％的带保护衬层的耐火材料层和隔热陶质纤维层组成，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种安装在钢坯加热炉炉底支承梁上的耐热合金定向凝固垫块（以下简称ＤＳ垫块），其特征在于所述ＤＳ垫块是该垫块上部的宏观结晶组织由定向柱状晶结晶组织构成而该垫块下部的宏观结晶组织至少由柱状晶和等轴晶两种结晶组织中的一种结晶组织构成的金属一体垫块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马华政，马燕宁，
申请(专利权)人：马华政，马燕宁，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]