CN101367118B - 异型坯连铸二冷段冷却吹水装置及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异型坯连铸二冷段冷却吹水装置，其输气管道(1)与其腹板垂直对称平面(16)重合，并与异型坯腹板(6)的表面平行；所述的喷气嘴(2)的喷气方向朝向异型坯(11)上的异型坯内弧侧腹板压痕(4)。采用上述技术方案，通过吹水器喷气嘴向异型坯腹板积水处喷吹压缩空气或其它惰性气体，减少积水量，并使积水均匀分布到铸坯高温部位，可使异型坯表面温度分布更均匀，表面温度回复幅度降至80℃/米以下，腹板表面横向温差降至200℃/米以下；异型坯质量大大提高，表面裂纹发生率可将至1％以下。同时，该装置及其相应的应用方法简单易用，成本低。

Description

异型坯连铸二冷段冷却吹水装置及应用方法

技术领域

本发明属于冶金工业设备的技术领域，涉及用于异型坯连铸的工艺装备，更具体地说，本发明涉及异型坯连铸二冷段冷却吹水装置。同时，本发明还涉及这种吹水装置的应用方法。

背景技术

连铸二次冷却工艺对铸坯表面和内部质量有重大影响。

如果二冷工艺不合理，使铸坯温度分布不均匀，容易导致铸坯各种表面和内部缺陷的产生。

特别是对于异型坯，由于其形状特殊，二冷段内弧侧冷却水无法像方坯、板坯等可从侧面流出，而是积留在内弧侧腹板处。

如本说明书附图中的图3所示，由于异型坯腹板6的宽度方向1/4处通常都有二冷段支撑辊产生的压痕，所以内弧侧积水通常沿该压痕往下流，导致异型坯内弧侧腹板宽度方向距两个异型坯翼缘3的对称平面即腹板垂直对称平面16的1/4～1/3处温度偏低，形成了异型坯内弧侧偏低温区10，并和周围区域存在较大温差(一般在300～600℃/米)，特别是和异型坯腹板6与异型坯翼缘3交界的圆角处，即图中的腹板与翼缘过渡圆角7。

上述现象一方面容易引起铸坯内部中间裂纹、矫直裂纹等的产生，另一方面容易导致在结晶器内生成的表面纵向微细裂纹进一步扩展，形成表面纵向大裂纹，轻者需要清理，重则导致被判报废，严重影响了异型坯的连铸质量。

针对这一问题，目前国内外解决的方法为：通常只在二冷段矫直区前用压缩空气吹扫异型坯内弧侧腹板表面积水，避免积水进入矫直区而导致各种内部缺陷的产生，但它不能解决异型坯二冷段均匀冷却的问题和铸坯表面纵向裂纹扩展的问题。

发明内容

本发明所要解决的第一个问题是：提供一种异型坯连铸二冷段冷却吹水装置，其目的是解决异型坯内弧侧积水导致的铸坯冷却不均匀问题，避免异型坯各种表面和内部缺陷的产生。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的这种异型坯连铸二冷段冷却吹水装置，其中吹水器包括输气管道和喷气嘴，所述的异型坯的横截面为“工”字形，两端为互相平行的异型坯翼缘，中间由与异型坯翼缘垂直的异型坯腹板连接，异型坯腹板上接近于连接处的表面为异型坯内弧侧腹板压痕，所述的输气管道与其腹板垂直对称平面重合，并与异型坯腹板的表面平行；所述的喷气嘴的喷气方向朝向异型坯上的异型坯内弧侧腹板压痕。

为使本发明更加完善，还就上述技术方案进一步提出了以下更为详尽和具体的技术方案，以获得最佳的实用效果，更好地实现发明目的，并提高本发明的新颖性和创造性：

在异型坯的横截面上，设两个平行的异型坯翼缘的外端面的距离为B，异型坯翼缘侧面上的宽度为H，异型坯腹板的厚度为t，则在该横截面上，所述的喷气嘴与异型坯腹板表面的距离为

或者该距离为

所述的喷气嘴与腹板垂直对称平面的距离为t×0.9～t×1.1。

在所述的横截面上，喷气嘴的喷气方向与异型坯腹板的表面夹角a小于90°，且a为所述的喷气方向与异型坯腹板在朝向腹板垂直对称平面一侧的夹角。

所述的喷气嘴在沿着异型坯的长度方向上是设置在相邻的两个支撑辊的正中间。

所述的输气管道输送、并通过喷气嘴喷出的气体为压缩空气，或者为压缩惰性气体。

本发明要解决的第二个问题是：提供以上所述的异型坯连铸二冷段冷却吹水装置的应用方法，其发明目的与上述技术方案是相同的。该应用方法的技术方案为：

首先，通过冷试确定工艺和设备参数：在实验室建立异型坯连铸二冷段冷态模型，通过多次物理模拟试验，利用水流量分布测试仪器测试结果，确定下列参数：

二冷强度、吹水器气体流量、吹水器气体压力、吹水器的喷气嘴类型、吹水器的喷气嘴布置形式、吹水器的喷气嘴距异型坯距离；使异型坯表面水流量分布趋于均匀；

其次，进行工业性热试：根据上述冷试结果，确定出最初的吹水器工艺、设备参数，在生产现场安装好吹水器管路，进行热试；

在热试过程中，利用红外测温仪测量异型坯不同部位的表面温度，据此再微调吹水器中的气体流量及压力控制器，使吹水器的气体流量、气体压力达到与二冷比水量相适应的最佳值，从而使异型坯表面温差降至最低。

在上述方案中，所述的异型坯的材料为Q235B、二冷比水量为0.8kg/t钢，则吹水器气体流量为10m³/小时，气体压力为0.01～0.03MPa。

在上述方法中，所述的喷气嘴为椭圆形或矩形。

本发明采用上述技术方案，合理布置吹水器的喷气嘴位置和方向，通过吹水器喷气嘴向异型坯腹板积水处喷吹压缩空气或其它惰性气体，减少积水量，并使积水均匀分布到铸坯高温部位，可使异型坯表面温度分布更均匀，表面温度回复幅度降至80℃/米以下，腹板表面横向温差降至200℃/米以下；异型坯质量大大提高，表面裂纹发生率可将至1％以下。同时，该装置及其相应的应用方法简单易用，成本低。因此，相对于在本说明书背景技术中介绍的现有技术，本发明的技术方案具有突出的实质性特点，并取得了显著的技术进步。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明中的吹水器在异型坯上布置及异型坯结构示意图；

图2为图1中的吹水器结构示意图；

图3为本发明中的异型坯横截面及喷气嘴在该截面上布置的示意图；

图4为本发明中的吹水器在整个工艺路线上的安装位置示意图。

图中标记为：1、输气管道，2、喷气嘴，3、异型坯翼缘，4、异型坯内弧侧腹板压痕，5、异型坯内弧侧，6、异型坯腹板，7、腹板与翼缘过渡圆角，8、异型坯外弧侧，9、气体流量及压力控制器，10、异型坯内弧侧偏低温区，11、异型坯，12、二冷扇形段框架，13、二冷喷水段，14、矫直段，15、吹水器管道，16、腹板垂直对称平面，17、吹水器。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及所提供装置的应用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1至图4所表达的本发明的结构，本发明涉及的是异型坯连铸二冷段冷却吹水装置，在一般的公知技术中，异型坯连铸二冷段冷却吹水装置中的吹水器17均包括输气管道1和喷气嘴2，所述的输气管道1通过支管与喷气嘴2连通，所述的异型坯11的横截面为“工”字形，两端为互相平行的异型坯翼缘3，中间由与异型坯翼缘3垂直的异型坯腹板6连接。异型坯腹板6上接近于连接处的表面为异型坯内弧侧腹板压痕4。异型坯翼缘3与异型坯腹板6表面相交处，构成腹板与翼缘过渡圆角7。

如图4所示，在异型坯连铸二冷段，异型坯11开始时经过弧形的二冷喷水段13，再经过矫直段14，最后成为直料。在二冷喷水段13，异型坯11的“工”字形的两侧凹槽，一侧朝上，形成所述的弧形的内凹，为异型坯内弧侧5；一侧朝下，形成所述的弧形的外凸，为异型坯外弧侧8。吹水器管道15通过二冷扇形段框架12固定。

如图2所示，通常的吹水方法是在二冷段矫直区前用压缩空气吹扫异型坯11内弧侧腹板表面积水，避免积水进入矫直区而导致各种内部缺陷的产生。

为了解决在本说明书背景技术部分所述的目前公知技术存在的问题并克服其缺陷，实现解决异型坯内弧侧积水导致的铸坯冷却不均匀问题，避免异型坯各种表面和内部缺陷的产生的发明目的，本发明采取的技术方案为：

如图1所示，本发明所提供的这种异型坯连铸二冷段冷却吹水装置，其中的输气管道1与其腹板垂直对称平面16重合，并与异型坯腹板6的表面平行；所述的喷气嘴2的喷气方向朝向异型坯11上的异型坯内弧侧腹板压痕4。

如图4所示，吹水器17的主管道，即输气管道1固定在二冷扇形段框架12上。如图3所示，由于异型坯腹板6的宽度方向1/4处通常都有二冷段支撑辊产生的压痕，所以内弧侧积水通常沿该压痕往下流，导致异型坯内弧侧腹板宽度方向距两个异型坯翼缘3的对称平面即腹板垂直对称平面16的1/4～1/3处温度偏低，形成了异型坯内弧侧偏低温区10，并和周围区域存在较大温差(一般在300～600℃/米)，特别是和异型坯腹板6与异型坯翼缘3交界的圆角处，即图中的腹板与翼缘过渡圆角7。

通过吹水器17上的喷气嘴2向异型坯腹板6上的积水处，即向异型坯内弧侧腹板压痕4处，喷吹压缩空气或其它惰性气体，因为该处的积水最多，且始终在沿着该压痕流淌，通过对该处的吹水，减少积水量，并使积水均匀分布到铸坯高温部位，均匀铸坯温度。

为使更清楚和详细地介绍本发明的实施方式，下面通过所推荐的若干实施示例，对本发明进行具体的描述：

以对B×H×t为750mm×450mm×120mm规格的异型坯11为例，在生产Q235B钢种时，二冷比水量为0.8kg/t钢，此时，吹水器气体流量为10m³/小时，气体压力为0.01～0.03MPa，按下列各实施例实施：

实施例一：

如图3所示：在异型坯11的横截面上，设两个平行的异型坯翼缘3的外端面的距离为B，异型坯翼缘3侧面上的宽度为H，异型坯腹板6的厚度为t，则在该横截面上，所述的喷气嘴2与异型坯腹板6表面的距离为 $\frac{2}{3}\×B\×0.9~\frac{2}{3}\×B\×1.1,$ 或者该距离为 $\frac{2}{5}\×H\×0.9~\frac{2}{5}\×H\×1.1.$

以B×H×t为750mm×450mm×120mm为例，则喷气嘴2与异型坯腹板6表面的距离为300mm。对于上述尺寸的异型坯11来说，该距离尺寸为最佳工艺参数。

实施例二：

所述的喷气嘴2与腹板垂直对称平面16的距离为t×0.9～t×1.1。

以B×H×t为750mm×450mm×120mm为例，则喷气嘴2与腹板垂直对称平面16的距离为120mm。对于上述尺寸的异型坯11来说，该距离尺寸为最佳工艺参数。

实施例三：

在所述的横截面上，喷气嘴2的喷气方向与异型坯腹板6的表面夹角a小于90°，且a为所述的喷气方向与异型坯腹板6在朝向腹板垂直对称平面16一侧的夹角。

在具体实施时，横截面上喷嘴与腹板夹角a为75°。在该角度下，吹水效果最佳。

实施例四：

所述的喷气嘴2在沿着异型坯11的长度方向上是设置在相邻的两个支撑辊的正中间。在该位置上，喷气嘴2的喷气吹水的效果最好。

实施例五：

所述的输气管道1输送、并通过喷气嘴2喷出的气体为压缩空气，或者为压缩惰性气体。

采用普通的压缩空气，设备及运行成本低，工艺简单易行；采用压缩惰性气体吹水效果好，抗氧化，不易与高温铸坯起反应，但工艺及设备成本高，使产品造价上升。

实施例六

本发明要解决的第二个问题是：提供以上所述的异型坯连铸二冷段冷却吹水装置的应用方法，其发明目的与上述技术方案是相同的。该应用方法的技术方案为：

首先，通过冷试确定工艺和设备参数：在实验室建立异型坯连铸二冷段冷态模型，通过多次物理模拟试验，利用水流量分布测试仪器测试结果，确定下列参数：

二冷强度、吹水器17气体流量、吹水器17气体压力、吹水器17的喷气嘴2类型、吹水器17的喷气嘴2布置形式、吹水器17的喷气嘴2距异型坯11距离；使异型坯11表面水流量分布趋于均匀；

其次，进行工业性热试：根据上述冷试结果，确定出最初的吹水器17工艺、设备参数，在生产现场安装好吹水器17管路，进行热试；

在热试过程中，利用红外测温仪测量异型坯11不同部位的表面温度，据此再微调吹水器17中的气体流量及压力控制器9，使吹水器17的气体流量、气体压力达到与二冷比水量相适应的最佳值，从而使异型坯11表面温差降至最低。

图3表达了异型坯内弧侧5的测温点位置。图中的腹板与翼缘过渡圆角7，异型坯内弧侧偏低温区10为异型坯腹板6上距腹板中心即腹板垂直对称平面16的1/4～1/3距离处。

在上述方法中，合理布置吹水器17的喷气嘴2位置和方向，通过吹水器17的喷气嘴2向异型坯腹板6的积水处喷吹压缩空气或其它惰性气体，减少积水量，并使积水均匀分布到铸坯高温部位，可使异型坯11的表面温度分布更均匀，表面温度回复幅度降至80℃/米以下，腹板表面横向温差降至200℃/米以下；异型坯质量大大提高，表面裂纹发生率可将至1％以下。同时，该装置及其相应的应用方法简单易用，成本低。

实施例七

在上述方案中，经过冷态和热态的工艺实验验证：当所述的异型坯11的材料为Q235B、二冷比水量为0.8kg/t钢时，则吹水器17气体流量为10m³/小时，气体压力为0.01～0.03MPa为最佳值。其中二冷比水量为每吨钢使用的冷却水的量。

实施例八：

在上述方法中，所述的喷气嘴2为椭圆形或矩形。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种异型坯连铸二冷段冷却吹水装置，其中的吹水器(17)包括输气管道(1)和喷气嘴(2)，所述的异型坯(11)的横截面为“工”字形，“工”的两端为互相平行的异型坯翼缘(3)，中间由与异型坯翼缘(3)垂直的异型坯腹板(6)连接，异型坯腹板(6)上接近于连接处的表面为异型坯内弧侧腹板压痕(4)，其特征在于：所述的输气管道(1)与其腹板垂直对称平面(16)重合，并与异型坯腹板(6)的表面平行；所述的喷气嘴(2)的喷气方向朝向异型坯(11)上的异型坯内弧侧腹板压痕(4)。

2.按照权利要求1所述的异型坯连铸二冷段冷却吹水装置，其特征在于：在异型坯(11)的横截面上，设两个平行的异型坯翼缘(3)的外端面的距离为B，则在该横截面上，所述的喷气嘴(2)与异型坯腹板(6)表面的距离为

3.按照权利要求1所述的异型坯连铸二冷段冷却吹水装置，其特征在于：在异型坯(11)的横截面上，设异型坯翼缘(3)侧面上的宽度为H，则在该横截面上，所述的喷气嘴(2)与异型坯腹板(6)表面的距离为

4.按照权利要求2或3所述的异型坯连铸二冷段冷却吹水装置，其特征在于：设异型坯腹板(6)的厚度为t，所述的喷气嘴(2)与腹板垂直对称平面(16)的距离为t×0.9～t×1.1。

5.按照权利要求1或2或3所述的异型坯连铸二冷段冷却吹水装置，其特征在于：在所述的横截面上，喷气嘴(2)的喷气方向与异型坯腹板(6)的表面夹角a小于90°，且a为所述的喷气方向与异型坯腹板(6)在朝向腹板垂直对称平面(16)一侧的夹角。

6.按照权利要求1或2或3所述的异型坯连铸二冷段冷却吹水装置，其特征在于：所述的喷气嘴(2)在沿着异型坯(11)的长度方向上是设置在相邻的两个支撑辊的正中间。

7.按照权利要求1或2或3所述的异型坯连铸二冷段冷却吹水装置的应用方法，其特征在于：所述的应用方法的过程为：

首先，通过冷试确定工艺和设备参数：在实验室建立异型坯连铸二冷段冷态模型，通过多次物理模拟试验，利用水流量分布测试仪器测试结果，确定下列参数：

二冷强度、吹水器(17)气体流量、吹水器(17)气体压力、吹水器(17)的喷气嘴(2)类型、吹水器(17)的喷气嘴(2)布置形式、吹水器(17)的喷气嘴(2)距异型坯(11)距离；使异型坯(11)表面水流量分布趋于均匀；

其次，进行工业性热试：根据上述冷试结果，确定出最初的吹水器(17)工艺、设备参数，在生产现场安装好吹水器(17)管路，进行热试；

在热试过程中，利用红外测温仪测量异型坯(11)不同部位的表面温度，据此再微调吹水器(17)中的气体流量及压力控制器(9)，使吹水器(17)的气体流量、气体压力达到与二冷比水量相适应的最佳值，从而使异型坯(11)表面温差降至最低。

8.按照权利要求7所述的应用方法，其特征在于：所述的输气管道(1)输送、并通过喷气嘴(2)喷出的气体为压缩空气，或者为压缩惰性气体。

9.按照权利要求7所述的应用方法，其特征在于：所述的异型坯(11)的材料为Q235B、二冷比水量为0.8kg/t钢，则吹水器(17)气体流量为10m³/小时，气体压力为0.01～0.03MPa。

10.按照权利要求7或8或9所述的应用方法，其特征在于：所述的喷气嘴(2)为椭圆形或矩形。

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