CN101941061B - 一种浇铸超大断面钢坯的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢铁冶金行业，特别是一种浇铸超大断面钢坯的方法及装置，其方法包括六个步骤完成对板坯或圆坯顶端进行封顶，并加入起吊环，板坯或圆坯与牵引机构脱离，由移动车将完全凝固的板坯或圆坯整体移至吊出位；其装置包括钢水包、中间罐、结晶器，其特征是：钢水包的下端固定有钢包注流保护套管，钢包注流保护套管的出口端置有中间罐，中间罐的下部固定有结晶器浸入式水口，结晶器浸入式水口的输出水口延伸至结晶器内，结晶器的下端置有铸坯诱导装置，铸坯牵引装置置于铸坯诱导装置内部，结晶器上方还置有母材送进导向系统。它提供了一种形状公差及尺寸精度可达到连铸板坯、圆坯同样技术指标的浇铸超大断面钢坯的方法及装置。

Description

一种浇铸超大断面钢坯的方法及装置

技术领域

本发明涉及钢铁冶金行业，特别是一种浇铸超大断面钢坯的方法及装置。

背景技术

随着机械制造业、船舶制造业、石油钻井平台、电站锅炉、特种交通车辆、模具制造等行业对钢材品质及规格要求的提升，特厚钢板，厚度≥200mm的需求不断增加，传统生产工艺采用模铸钢锭经自由锻造，可得到厚度要求的钢板，但由于锻造压机能力、锻造工艺参数所限，钢板的尺寸规格受到限制，钢板的表面尺寸精度、粗糙度等级低。

而现有技术中采用模铸钢锭通过开坯轧制特厚钢板，要求轧机具有较大开坯能力，由于钢锭形状及去除端部所致成材率不高；采用连铸板坯轧制生产钢板的厚度，由于压缩比所限，钢板厚度受连铸板坯厚度制约，目前成熟的板坯连铸生产技术可提供厚度400mm的厚板坯，可以用于厚度150mm以下厚钢板的轧制；与之类似，大断面管材、轴类等对大断面连铸圆坯也有需求，而现有的圆坯连铸生产技术仅能够提供直径600mm的圆坯。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产厚度可达到1000mm的钢板坯或直径可达1200mm的圆坯，并且第一、铸坯的断面尺寸特别是厚度或直径可达到大型模铸钢锭同样大小，第二、铸坯的内部质量及表面质量，形状公差及尺寸精度可达到连铸板坯、圆坯同样技术指标的浇铸超大断面钢坯的方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种浇铸超大断面钢坯的方法，其方法特征是：包括下列步骤：

1）打开钢水包下端的钢包注流保护套管，钢水流入中间罐；

2）中间罐内的钢水至正常浇注液位时，结晶器外层的一次冷却系统冷却水开通，铸坯牵引装置在液压油缸的作用下上升至结晶器下方，通过引锭机构封堵结晶器下口，打开结晶器浸入式水口将钢水按铸速导入结晶器内，钢水在与结晶器的铜板接触时，在一次冷却系统的作用下发生过冷凝固结成坯壳；

3）结晶器浸入式水口将钢水按铸速导入结晶器的同时，母材送进导向系统按铸速同步向结晶器内送进母材，并使母材处于结晶器内确定的位置；

4）铸坯牵引装置以一定的工艺速度向下移动，向下移动的同时结晶器振动装置按设定参数运动，实现振动脱模，铸坯牵引装置上的铸坯离开结晶器出口沿着铸坯诱导装置向下移动，结晶器浸入式水口继续向结晶器内导入钢水，铸坯达到工艺要求长度时，结晶器浸入式水口关闭，母材送进导向系统停止向结晶器内送进母材，铸坯最上端完全脱离结晶器下口时铸坯牵引装置停止向下运动，完成铸坯浇注；

5）铸坯出结晶器后进入二次冷却系统，铸坯表面按温度控制模型得到喷水的二次冷却，坯壳继续增厚直至完全凝固，形成板坯或圆坯，浇注结束；

6）浇注结束后，对板坯或圆坯顶端进行封顶，并加入起吊环，板坯或圆坯与牵引机构脱离，由移动车11将完全凝固的板坯或圆坯整体移至吊出位，由车间行车吊出。

根据方法设计的一种浇铸超大断面钢坯的装置，它至少包括钢水包、中间罐、结晶器，其特征是：钢水包的下端固定有钢包注流保护套管，钢包注流保护套管的出口端置有中间罐，中间罐的下部固定有结晶器浸入式水口，结晶器浸入式水口的输出水口延伸至结晶器内，结晶器的下端置有铸坯诱导装置，铸坯牵引装置置于铸坯诱导装置内部，结晶器上方还置有母材送进导向系统。

所述的母才送进导向系统包括送进机构与导向机构两部分，送进机构由电动卷扬装置构成；导向机构由水平两个方向的导向滚轮构成。

所述的铸坯牵引装置的顶端连接有引锭机构，引锭机构对应结晶器下端开口的位置设置有引锭头，引锭机构在下端铸坯牵引装置的液压油缸作用下上升到最高点时，引锭机构的引锭头将结晶器下端开口完全封堵。

所述的中间罐的下部固定有2-4支结晶器浸入式水口，2-4支结晶器浸入式水口的输出水口均延伸至结晶器内。

所述的结晶器的形状是矩形或圆柱形，结晶器的侧壁是铜板，铜板外固定有一次冷却系统，一次冷却系统是一套水循环冷却机构。

所述的铸坯诱导装置的外侧上部固定有结晶器振动装置，铸坯诱导装置的外侧其它部位固定有铸坯二次冷却系统，铸坯诱导装置与铸坯二次冷却系统相互交错排列。

所述的铸坯二次冷却系统包括供水单元及喷射冷却单元，供水单元提供铸坯二次冷却水源并调节控制水量，喷射单元向铸坯的内外表面喷射雾化的冷却水。

所述的铸坯二次冷却系统正下方置有移动车，铸坯浇注完成后将成品的铸坯置于移动车内，最终由移动车将完全凝固的铸坯移至吊出位。

所述的母材是冷态钢坯，成份与所浇注钢水成份相同。

本发明的优点是：增加了母材送进导向系统，采用了母材与钢水同时浇注，钢水在母材表面与结晶器铜板表面内外同时凝固，缩短了铸坯断面的凝固进程，减少了整个断面的凝固时间，解决了中间部分凝固传热时间过长的难题，而钢水与母材之间的凝固过程称作反向凝固，利用反向凝固原理是解决超厚板坯或超大直径圆坯铸造成型的可行方法。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例所用装置的结构示意图。

图中：1、钢水包；2、钢包注流保护套管；3、中间罐；4、结晶器浸入式水口；5、结晶器；6、结晶器振动装置；7、引锭机构；8、铸坯诱导装置；9、铸坯二次冷却系统；10、铸坯牵引装置；11、移动车；12、铸坯；13、母材送进导向系统；14、引锭头。

具体实施方式

实施例1

如图1本实施例所用装置的结构示意图所示，本装置主要由钢水包1、钢包注流保护套管2、中间罐3、结晶器浸入式水口4、结晶器5、结晶器振动装置6、引锭机构7、铸坯牵引装置10、母材送进导向系统13构成；钢水包1、中间罐3、结晶器5由上至下依次布置，形成立式结构。

钢水包1的下端固定有钢包注流保护套管2，钢包注流保护套管2的出口端置有中间罐3，中间罐3的下部固定有结晶器浸入式水口4，结晶器浸入式水口4的输出水口延伸至结晶器5内，结晶器5的下端置有铸坯诱导装置8，铸坯诱导装置8的上部外侧固定有结晶器振动装置6，铸坯牵引装置10置于铸坯诱导装置8内部，铸坯牵引装置10的顶端连接有引锭机构7，引锭机构7对应结晶器5下端开口的位置设置有引锭头14，铸坯牵引装置10在其液压油缸的作用下能够实现升降，引锭机构7在下端铸坯牵引装置10的液压油缸作用下上升到最高点时，引锭机构7的引锭头14将结晶器5下端开口完全封堵，铸坯牵引装置10下降时，引锭机构7沿着结晶器5下端的铸坯诱导装置8向下移动。

中间罐3的下部固定有2-4支结晶器浸入式水口4，2-4支结晶器浸入式水口4的输出水口均延伸至结晶器5内。

结晶器5上方还设置有母材送进导向系统13，母才送进导向系统13包括送进机构与导向机构两部分，送进机构由电动卷扬装置构成用于使得反向凝固母材按铸坯浇铸速度同步移动，既与铸坯牵引速度相同，具有速度调节功能；母材导向机构由水平两个方向的导向滚轮构成，准确固定母材在结晶器内的位置，并在送进过程中保持不变。

实施例2

上述实施例所述的结晶器5的形状是矩形或圆柱形，具体形状根据具体铸坯12的形状而定，浇铸板坯时使用矩形结晶器，而浇铸圆坯时使用圆型结晶器。结晶器5的上端开口与结晶器浸入式水口4连接，结晶器5的下端开口置有引锭机构7，结晶器5的侧壁是铜板，铜板外固定有一次冷却系统，一次冷却系统是一套水循环冷却机构，水循环冷却机构再各各领域均有广泛应用在此不进行详细介绍，一次冷却系统铜板与结晶器5形状相吻合即可。

实施例3

本实施例与实施例1结构基本相同，不同之处在于增加了铸坯二次冷却系统9，铸坯诱导装置8的外侧上部固定有结晶器振动装置6，铸坯诱导装置8的外侧其它部位固定有铸坯二次冷却系统9，铸坯诱导装置8与铸坯二次冷却系统9相互交错排列；铸坯二次冷却系统9包括供水单元及喷射冷却单元，供水单元提供铸坯二次冷却水源，喷射单元向铸坯的内外表面喷射雾化的冷却水，结晶器5外层的一次冷却系统对铸坯进行一次冷却，铸坯12经过一次冷却后表面凝固形成坯壳，但内部仍有部分未完全凝固，经过二次冷却系统的喷射冷却后实现铸坯12的完全凝固，形成板坯或圆坯。

铸坯二次冷却系统9正下方还置有移动车11，铸坯完成后将成品的板坯或圆坯吊装至移动车11内，最终由移动车11将完全凝固的板坯或圆坯整体吊出。

实施例4

    上述实施例的主要工艺方法，包括下列步骤：

（1）打开钢水包1下端的钢包注流保护套管2，钢水流入中间罐3；

（2）中间罐3内的钢水至正常浇注液位时，结晶器5外层的一次冷却系统冷却水开通，铸坯牵引装置10在液压油缸的作用下上升至结晶器5下方，通过引锭机构7封堵结晶器5下口，打开结晶器浸入式水口4将钢水按铸速导入结晶器5内，钢水在与结晶器5的铜板接触时，在一次冷却系统的作用下发生过冷凝固结成坯壳；

（3）结晶器浸入式水口4将钢水按铸速导入结晶器5的同时，母材送进导向系统13按铸速同步向结晶器5内送进母材，并使母材处于结晶器5内确定的位置。

（4）铸坯牵引装置10以一定的工艺速度向下移动，向下移动的同时结晶器振动装置6按设定参数运动，实现振动脱模，铸坯牵引装置10上的铸坯12离开结晶器5出口沿着铸坯诱导装置8向下移动，结晶器浸入式水口4继续向结晶器5内导入钢水，铸坯12达到工艺要求长度时，结晶器浸入式水口4关闭，母材送进导向系统13停止向结晶器5内送进母材，铸坯12最上端完全脱离结晶器5下口时铸坯牵引装置10停止向下运动，完成铸坯浇注；

（5）铸坯12出结晶器后进入二次冷却系统，铸坯12表面按温度控制模型得到喷水的二次冷却，坯壳继续增厚直至完全凝固，形成板坯或圆坯，浇注结束；

（6）浇注结束后，可对板坯或圆坯顶端进行封顶，并加入起吊环，板坯或圆坯与牵引机构脱离，由移动车11将完全凝固的板坯或圆坯整体移至吊出位，由车间行车吊出。  

上述的母材是冷态钢坯，成份与所浇注钢水成份相同，钢水包1盛装由电炉或转炉及二次精炼按成份、温度等要求供应的合格钢水；

反向凝固法的原理是以冷态钢坯作为母体，以一定的速度穿过结晶器，由于母体的温度远远低于结晶器内钢水的温度，在母体表面附近形成足够大的过冷度，钢水从母体表面开始凝固生长。母体受热由外向内呈现熔融趋势，在母体未完全熔化前连同新结晶的金属离开结晶器时得到的固态金属即为反向凝固成型的坯料。

生产时在母体周围注入钢水，此时钢水中间是冷态的母体，四周由结晶器铜板形成的形腔限定，结晶器铜板由冷却水强制冷却。这样钢水在结晶器内，中间有母体过冷作用，周边有铜板过冷作用，钢水在芯部与周边同时结晶凝固，在周边的坯壳达到足够的厚度以支撑钢水的压力时，就可以在外力作用下离开结晶器而形成铸坯，此时已凝固铸坯芯部与坯壳之间的钢水，通过传热继续降温、结晶，直至完全凝固，利用反向凝固原理是解决超厚板坯或超大直径圆坯铸造成型的可行方法。

本发明利用金属反向凝固机理，将超厚板坯或超大直径圆坯浇注转化为钢水在结晶器铜板相接触的周边正常冷却凝固，铸坯内部沿母材周边反向凝固的综合过程，使得浇注超厚板坯或超大直径圆坯成为可能，并具备工业生产的可操作性。

由于采用了母材与钢水同时浇注，钢水在母材表面与结晶器铜板表面内外同时凝固，缩短了板坯断面的凝固进程，减少了整个断面的凝固时间，解决了中间部分凝固传热时间过长的难题。钢水与结晶器铜板表面接触的传热、结晶、凝固过程为通常的金属传热凝固。而钢水与母材之间的凝固过程称作反向凝固。

这种超厚板坯的浇注方法解决了两个技术难题。一是其产品是超厚、超大断面板坯或超大直径圆坯，而不是铸锭，铸坯的几何及尺寸精度要达到现有连铸坯的水平，可以在保温、加热后直接轧制特厚钢板或用于管坯、轴类坯料，不需要切掉头尾，金属收得率提高；其次由于铸坯内部为反向凝固过程，吸收了钢水热量，通过铸坯表面传递的热量减少，凝固进程加快，铸坯内部避免了常规凝固传热过程芯部最后凝固而带来的成份偏析、组织疏松缺陷，板坯质量提高。同样解决了浇铸超大直径圆坯时遇到的问题。

Claims (9)

1.一种浇铸超大断面钢坯的方法，其方法特征是：包括下列步骤：

1）打开钢水包(1)下端的钢包注流保护套管(2)，钢水流入中间罐(3)；

2）中间罐(3)内的钢水至正常浇注液位时，结晶器(5)外层的一次冷却系统冷却水开通，铸坯牵引装置(10)在液压油缸的作用下上升至结晶器(5)下方，通过引锭机构(7)封堵结晶器(5)下口，打开结晶器浸入式水口(4)将钢水按铸速导入结晶器(5)内，钢水在与结晶器(5)的铜板接触时，在一次冷却系统的作用下发生过冷凝固结成坯壳；

3）结晶器浸入式水口(4)将钢水按铸速导入结晶器(5)的同时，母材送进导向系统(13)按铸速同步向结晶器(5)内送进母材，并使母材处于结晶器(5)内确定的位置；

4）铸坯牵引装置(10)以一定的工艺速度向下移动，向下移动的同时结晶器振动装置(6)按设定参数运动，实现振动脱模，铸坯牵引装置(10)上的铸坯(12)离开结晶器(5)出口沿着铸坯诱导装置(8)向下移动，结晶器浸入式水口(4)继续向结晶器(5)内导入钢水，铸坯(12)达到工艺要求长度时，结晶器浸入式水口(4)关闭，母材送进导向系统(13)停止向结晶器(5)内送进母材，铸坯(12)最上端完全脱离结晶器(5)下口时铸坯牵引装置(10)停止向下运动，完成铸坯浇注；

5）铸坯(12)出结晶器后进入二次冷却系统，铸坯(12)表面按温度控制模型得到喷水的二次冷却，坯壳继续增厚直至完全凝固，形成板坯或圆坯，浇注结束；

6）浇注结束后，对板坯或圆坯顶端进行封顶，并加入起吊环，板坯或圆坯与牵引机构脱离，由移动车(11)将完全凝固的板坯或圆坯整体移至吊出位，由车间行车吊出。

2.根据权利要求1所述的一种浇铸超大断面钢坯的方法设计的一种浇铸超大断面钢坯的装置，它至少包括钢水包（1）、中间罐（3）、结晶器（5），其特征是：钢水包（1）的下端固定有钢包注流保护套管（2），钢包注流保护套管（2）的出口端置有中间罐（3），中间罐（3）的下部固定有结晶器浸入式水口（4），结晶器浸入式水口（4）的输出水口延伸至结晶器（5）内，结晶器（5）的下端置有铸坯诱导装置（8），铸坯牵引装置（10）置于铸坯诱导装置（8）内部，结晶器（5）上方还置有母材送进导向系统（13）。

3.根据权利要求1所述的一种浇铸超大断面钢坯的方法，其特征是：所述的母材送进导向系统（13）包括送进机构与导向机构两部分，送进机构由电动卷扬装置构成；导向机构由水平两个方向的导向滚轮构成。

4.根据权利要求1所述的一种浇铸超大断面钢坯的方法，其特征是：所述的铸坯牵引装置（10）的顶端连接有引锭机构（7），引锭机构（7）对应结晶器（5）下端开口的位置设置有引锭头（14），引锭机构（7）在下端铸坯牵引装置（10）的液压油缸作用下上升到最高点时，引锭机构（7）的引锭头（14）将结晶器（5）下端开口完全封堵。

5.根据权利要求1所述的一种浇铸超大断面钢坯的方法，其特征是：所述的中间罐（3）的下部固定有2-4支结晶器浸入式水口（4），2-4支结晶器浸入式水口（4）的输出水口均延伸至结晶器（5）内。

6.根据权利要求1所述的一种浇铸超大断面钢坯的方法，其特征是：所述的结晶器（5）的形状是矩形或圆柱形，结晶器（5）的侧壁是铜板，铜板外固定有一次冷却系统，一次冷却系统是一套水循环冷却机构。

7.根据权利要求1所述的一种浇铸超大断面钢坯的方法，其特征是：所述的铸坯诱导装置（8）的外侧上部固定有结晶器振动装置（6），铸坯诱导装置（8）的外侧其它部位固定有铸坯二次冷却系统（9），铸坯诱导装置（8）与铸坯二次冷却系统（9）相互交错排列。

8.根据权利要求7所述的一种浇铸超大断面钢坯的方法，其特征是：所述的铸坯二次冷却系统（9）正下方置有移动车（11），铸坯浇注完成后将成品的铸坯（12）置于移动车（11）内，最终由移动车（11）将完全凝固的铸坯移至吊出位。

9.根据权利要求1所述的一种浇铸超大断面钢坯的方法，其特征是：所述的母材是冷态钢坯，成份与所浇注钢水成份相同。

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