钢锭模设计相关资料

钢锭模设计相关资料

大型锻件的生产从冶炼、铸锭、锻造、锻后热处理到性能热处理，要经过许多道工序，每一道工序都影响着锻件的质量，稍有偏差就可能引起缺陷。钢锭的质量自然是保证锻件质量的先决条件，钢锭的质量主要表现在纯净性，致密性和均匀性三个方面。

钢锭模是生产钢锭的重要冶金附具。在设计钢锭模时，要同时考虑炼钢生产和锻造生产的两方面要求。一方面钢锭模的尺寸和形状必须保证生产出优质的钢锭，另一方面钢锭的尺寸和形状必须保证后续锻造有较高的生产率。

一：钢锭模的基础设计参数

1、钢锭模棱数：钢锭断面应尽可能接近产品的形状。产品为轴类、套筒等，选用多边形断面钢锭。随着钢锭大型化发展，为了均匀偏析带，棱边有增多趋势。增加棱边可减少棱角处偏析，而且增加了周长与横截面之比，钢锭不易产生裂纹。如日本制钢所高径比1～1.5的大于300吨钢锭有24个棱边。

2、高径比（H/D）：高径比过大，如采用上注法，浇注时由于钢水飞溅严重，降增加钢锭表面结疤和皮下气泡；钢锭静压力也大，容易形成下部纵向裂纹；并且钢液的非金属夹杂不易浮起，气泡不易排出，内部缩孔疏松缺陷比较严重。增加高径比，单位体积钢液冷却表面积大，钢锭凝固速度增加，A型偏析减少。高径比过小，钢液中夹杂物较易上浮，V型偏析程度小，但A型偏析发展严重。钢锭模高径比有减小的趋势。

3、锥度：这里指锭身一侧的斜度。当锥度为1～1.5％时，脱模已没有问题。锥度大对防治缩孔缺陷有利，可以减轻和消除V型偏析，保证钢锭中心部分致密。但锥度太大，会使柱状晶过于粗大而影响锻造性能。近年国外钢锭有大锥度趋势。法国克鲁索公司用于汽轮机的190吨钢锭锥度9％，英国钢公司的95吨钢锭的锥度为10.2％，原苏联重机建议大型钢锭的锥度采用13～16％。

4、钢锭模的外形与壁厚：外形有三种：多边形、圆形、波纹形。壁厚设计要使激冷层有一定厚度，从而防止钢锭表面裂纹，还要使钢锭模有足够的寿命，降低模耗。过厚的钢锭模没有必要。

为使钢锭凝固自下而上，一般下部厚上部薄。钢锭模外壁采用倒锥度。棱角壁厚与面壁壁厚比值最好>0.8。

二：钢锭模结构参数对炸裂和疲劳裂纹影响

1、钢锭模棱数: 棱数增加，锭模外表面最高温度有所降低，内外表面温度趋于均匀锭模的疲劳寿命与抗炸裂能力均有不同程度的提高，锭模向多棱方向发展是合理的。

2、高径比（H/D）: 降低高径比，锭模的疲劳寿命变化与抗炸裂能力的变化均不明显。

3、锥度: 钢锭的锥度视为钢锭模的锥度来设计。钢锭模设锥度的目的,不仅是为脱模方便,另一重要原因是为了使钢锭由下而上进行凝固,以便得到集中的缩孔和减少疏松的发生,使钢锭组织致密。但钢锭锥度过大会带来加热不均、成材率低、影响使用等问题。

4、钢锭模壁厚: 随锭模厚度减小，锭模内外表面温差减小，最大温差提前出现，且维持时间减少，结果是锭模抗炸裂能力提高。减小锭模厚度以降低锭模炸裂的危险性是以牺牲锭模疲劳寿命为代价的。

5、钢锭模反向圆弧半径：增大锭模反向圆弧半径，锭模内表面温度降低较多，与此同时锭模的表面温差与外表面温度均有不同程度的下降，所以增大反向圆弧半径是有好处的。

三：设计参数

钢锭重量W=锭身重量WB+冒口重量Wh+锭尾重量Wb；

钢锭体积V=锭身体积VB+冒口体积Vh+锭尾体积Vb；

钢锭模重量WC;

钢锭模内腔内切圆直径D,上口：Dt，Dct;下口：Db,Dcb

钢锭模外形内切圆直径DC；

钢锭模高度HT;

钢锭模锭身高度 h2;

高径比c;

钢锭横截面积A(m2)，上口：At; 下口：Ab;

锥度（单面）：T(%)

凹面波半径R（m），上口：Rt；下口：Rb；

棱角半径r(m)，上口：rt; 下口：rb；

钢锭模壁厚t(m)，上口：tc1;下口：tb；

钢锭模横截面积Ac(m2):上口：Act, 下口Acb;

模、锭比m=WC/WB;

面积系数：σ;

钢比重γ (t/m3);

钢锭收缩率ρ（％）。

四：设计步骤

1、选类型及横截面形状

1）选R/D、r/D，求出面积系数σ；

2）选高径比C=H/D;

3) 选钢锭模锥度T;

2、求钢锭平均内切直径D、模高H及钢锭上下口内切圆直径Dt、Db；

3、求钢锭上下口面积At、Ab;

1) 求Rt、Rb及rt、rb；

2）求凹多边形面积At、Ab；

4、选钢锭模外形、模重比m及计算钢锭模外形内切圆直径Dc；

5、选钢锭模外形锥度Tc和计算模壁厚度tt与tb；

6、计算模子上下截面面积Act、Acb；

7、计算钢锭模体积Vc；

8、计算钢锭模重量Wc;

9、模子耳轴直径与耳长；

10、其它，如加固带。