CN101885133B - 一种提高钢材组织均匀性方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高铸造金属材料组织均匀性方法，以及该方法使用的设备。其方法是通过浇铸、结晶、牵引、二次冷却、拉矫、切割，然后采用锯切机将铸坯沿着横截面中心线进行锯切，将铸坯横截面均分，即在铸造生产中加入沿铸坯中心横截面锯切的工序。其设备包括盛钢桶、盛钢桶水口下方的中间包、中间包水口正下方的结晶器和结晶器下方的二次冷却装置，以及拉矫辊、弯曲辊和矫直辊，矫直辊出口方向上布置有火焰切割机，矫直辊的出口方向上还设置有锯切机，锯切机将铸坯沿中心线的方向上锯切，使钢材组织的不均匀性暴露在锯切的表面，经过后序的轧制工序提高钢材组织均匀性。

Description

一种提高钢材组织均匀性方法及其设备

技术领域

本发明涉及一种提高铸造金属材料组织均匀性方法，以及该方法使用的设备。具体地说是在铸造生产中加入沿铸坯中心横截面锯切的工序，使钢材组织的不均匀性暴露在锯切的表面，经过后序的轧制工序提高钢材组织均匀性的方法和设备。

背景技术

由于钢铁凝固过程中发生包括液固相变在内的一系列物理化学变化，造成了铸态钢在宏观范围内出现不均匀性，如图1示出的铸态钢的中心处出现宏观范围内的不均匀性。依其形态，通常把这种不均匀性区分为三类：第一类，物理的不均匀性，包括缩孔、疏松、气泡、裂纹等；第二类，结晶的不均匀性，指初生树枝状晶的不同大小、形状、位向和分布；第三类，化学的不均匀性，包括树枝状偏析即晶内偏析和区域偏析等。铸态钢的宏观不均匀性最终要遗传给钢铁产品-钢材，钢材的宏观不均匀性愈严重，那么钢材各部位的力学性能的波动就愈大，工艺性能和使用性能就愈差。

为了改善钢材的宏观不均匀性，国内外钢铁企业采取了不少的措施，主要是两个方面：第一个方面，减轻铸态钢的宏观不均匀性，即从源头上采取措施，这些措施主要包括：提高钢水纯净度，控制钢液中碳含量，降低S、P等易偏析元素含量；连铸机设计成小辊径密排辊列、刚性多节辊等技术；生产中控制浇注温度和拉坯速度；优化二次冷却技术，选择合适喷嘴，保证冷却强度足够、冷却水量合理分配；采用先进的电磁搅拌技术；采用凝固末端动态轻压下技术以及可控面压下技术等。第二个方面，阻止铸态钢的宏观不均匀性遗传给最终产品，比如：大断面连铸(增大成材时的压缩率)、高温加热等。这些措施虽然在一定程度上减轻了铸态钢的宏观不均匀性，也有效的阻止了遗传过程，但是，铸态钢的宏观不均匀性不能完全消除。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够有效阻止铸态钢的组织不均匀性遗传给钢材，从而提高钢材组织均匀性的方法。本发明的第二个目的是提供实施该方法的设备。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种提高钢材组织均匀性方法，包括以下步骤：(一)、浇铸，控制到盛钢桶内的钢水含碳质量百分比＜2.11％，钢水温度1400～1800℃时，将盛钢桶中的钢水注入到中间包内；(二)、结晶，中间包内钢水过热度在10～25℃时，打开中间包塞棒或水口，钢水流入到结晶器中，钢液沿结晶器周边冷凝成坯壳；(三)、牵引，当结晶器下端出口处坯壳有沉淀时，将带有液心并和引锭装置连在一起的铸坯牵引离开结晶器，以0.3～5.0m/min的拉速度，沿着由弧形排列的夹辊支撑下移；(四)、二次冷却，将冷却水喷到带着液心铸坯上冷却铸坯，至铸坯完全凝固、表面温度分布均匀；(五)、拉矫，拉矫脱去引锭装置，矫直辊将凝固的铸坯矫直；(六)、切割，火焰切割机将铸坯切割成定长度的铸坯；(七)、步骤(五)或(六)之后，采用锯切机将铸坯沿着横截面中心线进行锯切，将铸坯横截面均分；(八)热轧，对暴露在连铸坯外表面的连铸坯横截面中心的不均匀性组织的外表面进行热轧。

进一步地，步骤(七)之后将铸坯围绕铸坯轴线翻转90°，沿着铸坯横截面中心线锯切铸坯，再次将铸坯横截面均分。

一种提高钢材组织均匀性设备，包括盛钢桶、设置于盛钢桶水口下方的中间包、中间包水口正下方的结晶器和结晶器下方的二次冷却装置，二次冷却装置下方依次布置有拉矫辊、弯曲辊和矫直辊，矫直辊出口方向上布置有火焰切割机，矫直辊的出口方向上还设置有锯切机，所述锯切机包括电机、机架和安装于机架上的主动轮和从动轮，主动轮和从动轮的轮上套装有环式锯条，主动轮的轴通过联轴器与电机连接。

进一步地，主动轮和从动轮之间设置冷却装置，冷却装置中的冷却液出口正对环式锯条。

进一步地，火焰切割机和锯切机依次布置于矫直辊的出口方向，或锯切机和火焰切割机依次布置于矫直辊的出口方向。

为了进一步解决连铸钢材组织均匀性的问题，在矫直辊出口方向上设置有两个锯切机，两个锯切机之间沿矫直辊出口方向上依次设置有火焰切割机和用于将定长连铸坯翻转的翻转机。

本发明采用以上技术方案，具备的优点和积极效果有：

连铸的后部工序中，将铸坯沿着横截面中心线进行锯切，使铸坯中心不均匀性组织完全暴露在钢材坯料的外表面，暴露在钢材坯料的外表面的不均匀钢材经轧制工序后，由于金属变形量大，其不均匀性组织得到很大的改善，大大提高钢材组织均匀性，提高钢材的整体性能。

在炼钢连铸机的后端装设锯切机，该锯切机主要部件为环式锯条，锯切装置将连铸坯横截面一分为二或二分为四，如图6、图7和图8所示，锯切后，连铸坯中心不均匀性组织完全暴露在钢材坯料的外表面；暴露在钢材坯料的外表面的不均匀钢材经轧制工序提高钢材的整体性能。

附图说明

图1为连铸坯中心处不均匀的状态图；

图2为实施例3中设备示意图；

图3为本发明锯切机构中的锯切机主要部件结构示意图；

图4为本发明锯切机将连铸坯一分为二过程示意图；

图5为本发明锯切机将连铸坯二分为四过程示意图；

图6为锯切机将连铸坯沿横截面横向一分为二状态图；

图7为锯切机将连铸坯横截面纵向一分为二状态图；

图8为锯切机将连铸坯横截面二分为四状态图；

图中：1、主动轮，2、环式锯条，3、冷却装置，4、传输辊道，5、连铸坯，6、从动轮，7、拉矫辊，8、弯曲辊，9、矫直辊，10、火焰切割机，11、翻转机，12、盛钢桶，13、中间包，14、结晶器，15、二次冷却装置，16、锯切机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

一种提高钢材组织均匀性方法，包括以下步骤：浇铸，控制到盛钢桶内的钢水含碳质量百分比＜2.11％，钢水温度1400～1800℃，时，将盛钢桶中的钢水注入到中间包内；结晶，当中间包内钢水过热温度在10～25℃时，打开中间包塞棒或水口，钢水流入到结晶器中，钢液沿结晶器周边冷凝成坯壳；牵引，当结晶器下端出口处坯壳有沉淀时，一般工艺上，结晶器下端出口处坯壳厚度达到50mm时，将带有液心并和引锭装置连在一起的铸坯牵引离开结晶器，以0.3～5.0m/min的拉速度，沿着由弧形排列的夹辊支撑下移；然后进行二次冷却，将冷却水喷到带着液心铸坯上冷却铸坯，至铸坯完全凝固、表面温度分布均匀；拉矫，拉矫脱去引锭装置，将全部凝固的铸坯矫直；切割，将铸坯切割成定长度的铸坯；之后，将铸坯沿着横截面中心线进行锯切，将铸坯横截面平均分开。

锯切采用翻转机围绕铸坯轴线将铸坯翻转90°，锯切机沿着铸坯横截面中心线进行锯切，第二次将铸坯横截面平均分开。

钢液沿结晶器周边冷凝成坯壳具体步骤是：(1)钢水与结晶器壁接触形成一个弧面；(2)已凝固的高温坯壳发生δ→γ相变，收缩力牵引坯壳向内弯曲脱开结晶器壁，使坯壳的收缩力与钢水的鼓胀力动平衡；(3)坯壳下降，形成气隙区的坯壳表面开始回热，坯壳强度降低，坯壳在钢水静压力下变形，直至形成皱纹或凹陷；(4)重复步骤(1)--(3)，直到坯壳出结晶器。

实施上述提高钢材组织均匀性方法所使用的设备，如图2所示，包括盛钢桶12、设置于盛钢桶12水口下方的中间包13、中间包13水口正下方的结晶器14和结晶器14下方的二次冷却装置15，二次冷却装置15下方依次布置有拉矫辊7、弯曲辊8和矫直辊9，矫直辊9出口方向上布置有火焰切割机10，矫直辊9的出口方向上还设置有锯切机16，锯切机16包括电机、机架和安装于机架上的主动轮1和从动轮6，如图3所示，主动轮1和从动轮6的轮上套装有环式锯条2，主动轮1的轴通过联轴器与电机连接。

实施例1：锯切机16和火焰切割机10布置于矫直辊9的出口方向，在连铸坯生产线后部设置锯切机16，用于将连铸坯沿其横截面锯切，经后续的轧制工序后提高钢材组织均匀性。主动轮1通过环式锯条2带动从动轮6旋转运动，主动轮1与环式锯条2之间采用摩擦传动。主动轮1和从动轮6之间设置有对环式锯条2进行冷却的冷却装置3，冷却装置3中的冷却液出口正对环式锯条2。火焰切割机10和锯切机16依次布置于矫直辊9的出口方向。

工作原理：从炼钢炉出来的钢水注入到盛钢桶12中，钢水通过盛钢桶12底部的水口注入到中间包13中，打开中间包13的水口，钢水流入结晶器14内，在结晶器14内，钢水沿其周边逐渐冷凝成连铸坯，连铸坯下行经过冷却装置3冷却经一部凝固，冷却后的连铸坯依次经过拉矫辊7、弯曲辊8和矫直辊9牵引拉直后，由火焰切割机10将其切割成定尺寸长度的连铸坯，定长连铸坯经传输辊道4到达锯切机16的入口，驱动电机带动环式锯条2沿着连铸坯横截面中心线对连铸坯5进行锯切，锯切后的连铸坯如图6、图7所示。锯切机16的锯切速度与连铸机的连铸速度、传输辊道4的传输速度保持一致，冷却装置中的冷却液出口正对环式锯条2，对发热的环式锯条2进行冷却。

实施例2：本实施例的设备，与实施例1不同的部分在连铸坯生产线的后部，区别在于火焰切割机10和锯切机16的布置的位置，本实施例先布置锯切机16，然后布置火焰切割机10，这样连铸坯5先经过锯切机16，锯切机16将整个连铸坯沿着连铸坯横截面中心线进行锯切，锯切之后的连铸坯再经过火焰切割机10，火焰切割机10将连铸坯切割成定尺寸长度的连铸坯。

工作原理：与实施例1的工作原理不同的部分在于后续的工序上，由锯切机16将整个连铸坯沿着连铸坯横截面中心线进行锯切，然后由火焰切割机10将连铸坯切割成定尺寸长度的连铸坯。

实施例3：本实施例的连铸坯生产线，与实施例1不同的部分在连铸坯生产线的后部，矫直辊9出口方向上设置有两个锯切机16，两个锯切机16之间沿矫直辊9出口方向上设置有用于将定长连铸坯翻转的翻转机11。

工作原理：与实施例1的工作原理不同的部分在于后续的工序上，由锯切机16将整个连铸坯沿着连铸坯横截面中心线进行锯切是先进行锯切，然后由火焰切割机10将连铸坯切割成定尺寸长度的连铸坯，定尺寸长度的连铸坯经过翻转机11，翻转机11将火焰切割机10切割后的定长连铸坯翻转90°，翻转后的连铸坯5进入另一台锯切机，按照实施例1中相同的锯切方法，锯切机将沿着连铸坯横截面水平中心线对连铸坯进行锯切，如图8所示，最后将连铸坯的横截面二分为四。

锯切机16将连铸坯锯切以后，如图6、图7和图8所示，连铸坯横截面中心的不均匀性组织就暴露在连铸坯的外表面，暴露在外表面的不均匀性组织在随后的热轧过程中，由于金属变形量大易得到改善，从而提高钢材的整体性能。

Claims (7)

1.一种提高钢材组织均匀性方法，其特征在于包括以下步骤：

(一)、浇铸，控制到盛钢桶内的钢水含碳质量百分比＜2.11％，钢水温度1400～1800℃时，将盛钢桶中的钢水注入到中间包内；

(二)、结晶，中间包内钢水过热度在10～25℃时，打开中间包塞棒或水口，钢水流入到结晶器中，钢液沿结晶器周边冷凝成坯壳；

(三)、牵引，当结晶器下端出口处坯壳有沉淀时，将带有液心并和引锭装置连在一起的铸坯牵引离开结晶器，以0.3～5.0m/min的拉速度，沿着由弧形排列的夹辊支撑下移；

(四)、二次冷却，将冷却水喷到带着液心铸坯上冷却铸坯，至铸坯完全凝固、表面温度分布均匀；

(五)、拉矫，拉矫脱去引锭装置，矫直辊将凝固的铸坯矫直；

(六)、切割，火焰切割机将铸坯切割成定长度的铸坯；

(七)、步骤(五)或(六)之后，采用锯切机将铸坯沿着横截面中心线进行锯切，将铸坯横截面均分；

(八)热轧，对暴露在连铸坯外表面的连铸坯横截面中心的不均匀性组织的外表面进行热轧。

2.根据权利要求1所述的提高钢材组织均匀性方法，其特征在于：步骤(七)之后将铸坯围绕铸坯轴线翻转90°，沿着铸坯横截面中心线锯切铸坯，再次将铸坯横截面均分。

3.一种实施权利要求1方法的设备，包括盛钢桶、设置于盛钢桶水口下方的中间包、中间包水口正下方的结晶器和结晶器下方的二次冷却装置，二次冷却装置下方依次布置有拉矫辊、弯曲辊和矫直辊，矫直辊出口方向上布置有火焰切割机，其特征在于：矫直辊的出口方向上还设置有锯切机，所述锯切机包括电机、机架和安装于机架上的主动轮和从动轮，主动轮和从动轮的轮上套装有环式锯条，主动轮的轴通过联轴器与电机连接。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：主动轮和从动轮之间设置冷却装置，冷却装置中的冷却液出口正对环式锯条。

5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：火焰切割机和锯切机依次布置于矫直辊的出口方向。

6.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：锯切机和火焰切割机依次布置于矫直辊的出口方向。

7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：矫直辊出口方向上设置有两个锯切机，两个锯切机之间沿矫直辊出口方向上依次设置有火焰切割机和用于将定长连铸坯翻转的翻转机。

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