CN100486732C - 板坯连铸结晶器 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属连铸辅助装置和连铸板坯表面质量控制领域，公开了一种板坯连铸结晶器，以解决传统结晶器宽度方向不均匀冷却引起角部纵裂纹的问题。该结晶器包括宽面铜板、窄面铜板和顺着拉坯方向布置的连接螺钉孔列，宽面铜板和窄面铜板上对称分布有根据冷却均匀性需要合理设计的不同规格的矩形冷却水槽。本发明在结晶器组装、水槽形状上与传统结晶器保持一致，使铜板易于加工，安装方便；同时，根据结晶器内钢液温度分布，设计不同规格的矩形冷却水槽，合理布置在结晶器铜板上。本发明能有效消除连铸板坯表面裂纹和角部纵裂纹，又克服了相关发明在铜板加工、安装及铜板消耗等方面的问题。

Description

板坯连铸结晶器

技术领域

本发明涉及金属连铸辅助装置和连铸板坯表面质量控制领域，尤其是一种能够消除板坯角部裂纹的连铸用的结晶器。

背景技术

连铸结晶器铜板水缝或者说冷却水槽的结构对铸坯角部区域的冷却有非常重要的影响。原设计的窄面铜板靠近角部区域有Φ10mm的冷却水槽，造成铸坯角部区域冷却过强，坯壳角部优先凝固并脱开结晶器铜板，这导致角部区域与铜板之间形成不均匀气隙，因气隙造成的热阻增加使得结晶器内角部区域的传热减弱，坯壳生长速度减慢，角部区域的坯壳最薄。由于结晶器内坯壳受力是很复杂的，当坯壳所受的热应力、钢水静压力、摩擦力等超过其临界应力时将在坯壳最薄弱处产生裂纹。因结晶器铜板水缝太靠近边部，会使得角部区域冷却过强，坯壳收缩过快，气隙过早产生，导致角部区域坯壳生长缓慢，坯壳较薄，容易导致角部纵裂纹的发生。

同时，结晶器冷却制度不合理，结晶器宽窄面坯壳厚度生长不一致时，也易产生表面纵裂纹缺陷。如结晶器窄面冷却较弱时，造成窄面坯壳厚度小于正常坯壳厚度，在钢水静压力作用下，窄面坯壳向两边变形，加大了宽面坯壳中心的应力集中，在宽面坯壳薄弱处发生裂纹；而结晶器窄面冷却较强时，造成窄面坯壳厚度大于宽面坯壳厚度，在钢水静压力作用下，窄面坯壳不易变形，而宽面坯壳受到窄面坯壳的牵扯，在钢水静压力的作用下易向外凸出变形，这样就加大了宽面坯壳中心的应力集中，在坯壳薄弱处易发生纵裂。另外，含碳量在0.08％～0.18％的钢种处于包晶反应的范围内，在结晶器的凝固过程中，线收缩最大，使坯壳和结晶器壁产生气隙，导致凝固的传热不均，进而引起坯壳的不均匀生长，使坯壳产生的应力增大，铸坯容易产生表面裂纹。

因此，只有设计合理的结晶器铜板水缝结构及水流分布，并配合以合理的铸坯工艺，使坯壳均匀冷却，生成厚度均匀的初生坯壳，促进坯壳的均匀生长，才能防止板坯表面纵裂的发生。

2002年2月《钢铁》杂志第37卷第1期第19～22页，转35页，张立、徐国栋、王新华、朱志远著《集装箱用钢连铸坯表面纵裂纹的研究》一文中，报道了宝钢通过采用增加结晶器上部铜板镀层厚度、降低结晶器热流和改用新的二冷工艺等措施，使集装箱钢铸坯表面纵裂纹缺陷发生率降至1％以下。2006年12月《山东冶金》杂志第28卷第6期第13～15页，董金武、刘洪波、高龙永、张松龄著《降低连铸板坯表面纵裂纹的生产实践》一文中，报道了济钢通过选择优化保护渣，严把设备运行质量关，优化成分设计，稳定工艺操作等措施，减少了铸坯表面纵裂纹，铸坯的一次裂纹合格率由50％提高到92％。2006年8月《四川冶金》杂志第28卷第4期第20～22页，谭飞著《连铸坯角部纵裂纹原因分析及对策》一文中，报道了攀钢通过调整结晶器冷却水量，降低结晶器窄面冷却强度，减小连铸坯窄面冷却，低碳铝镇静钢铸坯角部纵裂纹缺陷率由10.0％降至5.3％，普碳钢铸坯角部纵裂纹缺陷率由27.7％降至10.0％。

在上述研究中“优化保护渣、调整结晶器冷却水量、改用新的二冷制度”工艺未与结晶器铜板水缝结构设计结合起来，研究的提高连铸板坯表面质量技术大多局限于连铸工艺的控制，对亚包晶钢或含合金元素较高的钢种的铸坯表面纵裂和角部纵裂纹，难以完全消除。而铜板水缝结构设计是影响结晶器传热的重要因素，若结晶器水槽设计不合理，即使采用上述措施对铸坯质量的控制也只能在一定程度上有所减轻，因此，仅仅从优选连铸保护渣、改善一冷传热和二冷方式三个方面难以完全消除连铸板坯典型钢种铸坯表面纵裂纹缺陷。要保证初生凝固坯壳均匀、稳定的生长，必须考虑结晶器铜板水缝结构设计对铸坯传热的影响，设计合理的结晶器铜板结构尤其是角部区域的水缝结构及尺寸对防止铸坯角部缺陷有重要作用。

公告号为CN2776595，公告日为2006.05.03的中国实用新型专利专利“一种板坯连铸用的异形结晶器”采用在宽面铜板与侧面铜板连接处增加一三角凸沿的方法来减轻铸坯裂纹缺陷，在实际生产中虽也取得了一定的效果，但该方法不仅增加了铜板消耗，且增加了结晶器铜板的安装难度和安装时间，会影响铸机的作业率，同时三角凸沿也会给加工带来较大的难度，若加工精度不能满足要求，则难以起到改善铸坯质量的作用。

公告号为CN2805982，公告日为2006.08.16的中国实用新型专利“可减少铸坯裂纹的板坯连铸机结晶器”采用了改变铜板水槽几何形状的方法，将矩形水槽改变为圆弧形水槽，在实际生产中虽对铸坯质量的改善起到了积极的作用，但在铜板上加工圆弧形水槽的难度明显高于矩形水槽，加工精度难以保证，且铜板加工成本增加，导致炼钢成本上升。

发明内容

为了克服现有连铸结晶器要么冷却均匀性不够不易消除铸坯角部裂纹，要么铜板加工复杂增加成本的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种冷却均匀性足够好又同时具有传统连铸结晶器铜板加工方便优点的板坯连铸结晶器，从而解决铸坯角部裂纹缺陷问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：板坯连铸结晶器，包括两宽面铜板、两窄面铜板，宽面铜板和窄面铜板上对称分布有矩形冷却水槽和顺着拉坯方向布置的连接螺钉孔列，两宽面铜板和两窄面铜板通过螺钉连接成具有锥度的结晶器，宽面铜板上：与连接螺钉孔列相邻的水槽的截面积大于连接螺钉孔列之间与连接螺钉孔列不相邻的水槽的截面积；窄面铜板上：与连接螺钉孔列相邻的水槽与连接螺钉孔列之间的间距小于连接螺钉孔列之间与连接螺钉孔列不相邻的水槽之间的间距。

本发明的有益效果是：在结晶器组装、水槽形状上与传统结晶器保持一致，使铜板易于加工，安装方便；根据研究和实践，改变结晶器宽面水缝规格单一的传统设计思路，根据结晶器内钢液温度分布，将宽面铜板的水槽设计为截面积不相同的两种规格，并合理布置两种规格的水槽，截面积较大的水槽设置在连接螺钉孔列的两侧，适当增强连接部位冷却强度，截面积较小的水槽设置在截面积较大的水槽之间但间距缩小一些，以提高冷却均匀性；对于窄面铜板，采用截面积较大一些的窄水槽，同时在连接螺钉孔列的两侧均设置冷却水槽，适当增强连接部位冷却强度，并合理调整各条冷却水槽的间距，提高冷却均匀性。本发明专利既解决了传统结晶器宽度方向上存在不均匀性冷却的问题，能有效消除连铸板坯表面裂纹和角部纵裂纹，又克服了相关专利在铜板加工、安装及铜板消耗等方面的问题。

采用本发明的板坯连铸结晶器，能消除IF钢、低碳铝镇静钢、普碳钢、低合金钢等典型连铸钢种铸坯表面角部裂纹缺陷，同时还能消除铸坯表面纵裂纹和表面横裂纹缺陷；可减少连铸板坯清理损失，提高金属收得率；连铸板坯可实施热送热装工艺，降低加热炉燃料消耗和铸坯氧化烧损；因铸坯缺陷的消除，可提高铸机拉速，增加产量。

附图说明

图1是本发明的宽面铜板冷却水槽布置示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图2的局部放大图。

图4是本发明的窄面铜板冷却水槽布置示意图。

图5是图4的俯视图。

图中标记为，1-宽面铜板，2-窄面铜板，3-宽水槽，4-窄水槽，5-窄水槽，6-连接螺钉孔，7-连接螺钉孔列。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明的板坯连铸结晶器，包括两宽面铜板1、两窄面铜板2，宽面铜板1和窄面铜板2上对称分布有矩形冷却水槽和顺着拉坯方向布置的连接螺钉孔列7，两宽面铜板1和两窄面铜板2通过螺钉连接成具有锥度的结晶器，宽面铜板1上：与连接螺钉孔列7相邻的水槽的截面积大于连接螺钉孔列7之间与连接螺钉孔列7不相邻的水槽的截面积；窄面铜板2上：与连接螺钉孔列7相邻的水槽与连接螺钉孔列7之间的间距小于连接螺钉孔列7之间与连接螺钉孔列7不相邻的水槽之间的间距。

本发明将宽面铜板1的水槽设计为截面积不相同的两种规格，并合理布置两种规格的水槽，截面积较大的水槽设置在连接螺钉孔列7的两侧，适当增强连接部位冷却强度，截面积较小的水槽设置在截面积较大的水槽之间，以提高冷却均匀性；对于窄面铜板2，采用截面积较大一些的窄水槽，同时在连接螺钉孔列的7两侧均设置冷却水槽，适当增强连接部位冷却强度，并合理调整各条冷却水槽的间距，提高冷却均匀性。

考虑到在铸坯角部，宽面和窄面的冷却水槽同时冷却，为提高冷却均匀性，宽面铜板1上边部的两列连接螺钉孔列7仅在其内侧各设置一条水槽；窄面铜板2上连接螺钉孔列7的外侧各设置一条水槽。

对于矩形截面的水槽，可以通过改变水槽宽度、深度来改变截面积的大小。在宽面铜板1上，由于板面积较大，设置两种宽度的水槽，在窄面铜板2上，由于板面积较小，设置深度更深的水槽，使宽、窄面的冷却水槽对于铸坯均匀冷却。即：宽面铜板1上，设置两种规格的冷却水槽，宽水槽3宽于窄水槽4，宽水槽3和窄水槽4具有相同的深度d1，宽水槽3与连接螺钉孔列7相邻，其余水槽为窄水槽4，宽水槽与连接螺钉孔列7的间距s1、宽水槽与相邻的窄水槽4的间距s2、窄水槽4之间的间距s3的关系为s3<s1<s2；窄面铜板2上，水槽均采用深窄水槽5，深窄水槽5的宽度与窄水槽4相同，其深度d2>d1，深窄水槽5与连接螺钉孔列7的间距s4和深窄水槽5之间的间距s5的关系为s4<s5。

本发明根据结晶器内钢液温度分布，将宽面铜板1的水槽规格设计为两种，并合理布置两种规格的水槽，优化后结晶器窄面铜板2边部水槽距铜板边部的距离增大，可有效降低因凝固坯壳温度不均匀而产生的热应力，从而使铸坯经受的应力减小，抵抗变形的能力增强，降低铸坯产生裂纹缺陷的敏感性，相邻两列连接螺钉孔列7之间则合理布置多条宽、窄冷却水槽，提高铸坯宽面的冷却均匀性。

本发明中宽水槽3与连接螺钉孔列7的间距s1、宽水槽3与相邻的窄水槽4的间距s2、窄水槽4之间的间距s3的关系为s3<s1<s2、深窄水槽5与连接螺钉孔列7的间距s4和相邻深窄水槽5之间的间距s5的关系为s4<s5，因连接螺钉孔列7处无水槽通水冷却，其附近的冷却效果差，缩小连接螺钉孔列7两侧的水槽距离可减小温度梯度，改善铸坯冷却均匀性，防止因热应力过大造成的在凝固坯壳最薄弱处产生铸坯表面纵裂纹。

根据实验，宽水槽3比窄水槽4宽2mm为宜；窄水槽4比深窄水槽5浅4mm为宜。此时冷却均匀性更优，裂纹出现率极低。

效果更好的方案是：窄水槽4和深窄水槽5的宽度w2为5mm，宽水槽3和窄水槽4的深度为18mm。

根据通常的板坯铸坯规格，采用Φ16mm的螺钉孔组成连接螺钉孔列7，宽面铜板1上的螺钉孔深度等于d1；窄面铜板2上的螺钉孔深度等于d2。由于连接螺钉孔6的直径由原来的Φ22mm减小到Φ16mm，连接螺钉孔6深度由18mm增大为22mm，通过减小连接螺钉孔6直径，可缩短连接螺钉孔列7两侧的冷却水槽间的距离，改善连接部位的冷却均匀性。

根据通常的板坯铸坯规格决定的结晶器铜板尺寸，推荐取值：s1＝18.5mm，s3＝18mm，s2＝19mm，s4＝15mm，s5＝17mm。

根据通常的板坯铸坯规格，将宽面铜板1尺寸设定为1550×900×45mm，宽面铜板1上对称布置9列连接螺钉孔列7、16条宽水槽3、56条窄水槽4；窄面铜板2尺寸设定为211.5×900×45mm，窄面铜板1上对称布置9条深窄水槽5，以达到最好的冷却均匀性效果。

根据通常的板坯铸坯规格，两窄面铜板2的间距设定为1050～1300mm；两宽面铜板1的间距设定为200mm；锥度值取1.10％/m。

实施例：

某转炉炼钢厂采用本发明技术来控制连铸钢坯表面角部纵裂纹缺陷。在连铸生产时，采用图1、图2、图3、图4、图5所示的结晶器铜板水槽结构，在开浇前将铸坯宽度设定为1050mm，铸坯厚度设定为200mm，结晶器锥度设定为1.10％/m，并根据钢种不同选择相应的如下表1所列的铸坯宽度、宽面铜板冷却水量、窄面铜板冷却水量和拉坯速度：

表1 钢种和相应铸坯方法工艺参数表

 

钢种	铸坯宽度	宽面冷却水量	窄面冷却水量	拉坯速度
					IF钢	1050mm	3360l/min	400l/min	1.4m/min
Stb32低碳铝镇静钢	1180mm	3360l/min	400l/min	1.6m/min
					Q235B普碳钢	1250mm	3200l/min	390l/min	1.2m/min
P510L钢	1300mm	2950l/min	360l/min	1.0m/min

表1中所列各钢种的化学组分见下表2。

表2 表1中所列钢种各钢种的化学组分

浇铸完毕后，对生产的铸坯进行表面和皮下质量检验，检验表明铸坯振痕深度≤0.8mm，铸坯表面无角部纵裂纹、横裂纹和网状裂纹缺陷。

Claims (10)

1、板坯连铸结晶器，包括两宽面铜板(1)、两窄面铜板(2)，宽面铜板(1)和窄面铜板(2)上对称分布有矩形冷却水槽和顺着拉坯方向布置的连接螺钉孔列(7)，两宽面铜板(1)和两窄面铜板(2)通过螺钉连接成具有锥度的结晶器，其特征是：

宽面铜板(1)上：与连接螺钉孔列(7)相邻的水槽的截面积大于连接螺钉孔列(7)之间与连接螺钉孔列(7)不相邻的水槽的截面积；

窄面铜板(2)上：与连接螺钉孔列(7)相邻的水槽与连接螺钉孔列(7)之间的间距小于连接螺钉孔列(7)之间与连接螺钉孔列(7)不相邻的水槽之间的间距。

2、如权利要求1所述的板坯连铸结晶器，其特征是：

宽面铜板(1)上：边部的两列连接螺钉孔列(7)仅在其内侧各设置一条水槽；

窄面铜板(2)上：连接螺钉孔列(7)的外侧各设置一条水槽。

3、如权利要求1所述的板坯连铸结晶器，其特征是：

宽面铜板(1)上：设置两种规格的冷却水槽，宽水槽(3)宽于窄水槽(4)，宽水槽(3)和窄水槽(4)具有相同的深度d1，宽水槽(3)与连接螺钉孔列(7)相邻，其余水槽为窄水槽(4)，宽水槽(3)与连接螺钉孔列(7)的间距s1、宽水槽(3)与相邻的窄水槽(4)的间距s2、窄水槽(4)之间的间距s3的关系为s3<s1<s2；

窄面铜板(2)上：水槽均采用深窄水槽(5)，深窄水槽(5)的宽度与窄水槽(4)相同，其深度d2>d1，深窄水槽(5)与连接螺钉孔列(7)的间距s4和深窄水槽(5)之间的间距s5的关系为s4<s5。

4、如权利要求3所述的板坯连铸结晶器，其特征是：宽水槽(3)比窄水槽(4)宽2mm；窄水槽(4)比深窄水槽(5)浅4mm。

5、如权利要求4所述的板坯连铸结晶器，其特征是：窄水槽(4)和深窄水槽(5)的宽度w2为5mm，d1为18mm。

6、如权利要求3、4或5所述的板坯连铸结晶器，其特征是：采用Φ

16mm的螺钉孔组成连接螺钉孔列(7)，宽面铜板(1)上的螺钉孔深度等于d1；窄面铜板(2)上的螺钉孔深度等于d2。

7、如权利要求6所述的板坯连铸结晶器，其特征是：s1＝18.5mm，s3＝18mm，s2＝19mm，s4＝15mm，s5＝17mm。

8、如权利要求3、4或5所述的板坯连铸结晶器，其特征是：s1＝18.5mm，s3＝18mm，s2＝19mm，s4＝15mm，s5＝17mm。

9、如权利要求3、4或5所述的板坯连铸结晶器，其特征是：宽面铜板(1)尺寸为1550×900×45mm，宽面铜板(1)上对称布置9列连接螺钉孔列(7)、16条宽水槽(3)、56条窄水槽(4)；窄面铜板(2)尺寸为211.5×900×45mm，窄面铜板(1)上对称布置9条深窄水槽(5)。

10、如权利要求1、2、3、4或5所述的板坯连铸结晶器，其特征是：两窄面铜板(2)的间距设定为1050～1300mm；两宽面铜板(1)的间距设定为200mm；锥度值取1.10％/m。

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