CN103480810B

CN103480810B - 一种h型坯连铸结晶器内腔锥度确定方法

Info

Publication number: CN103480810B
Application number: CN201310473928.7A
Authority: CN
Inventors: 陈登福; 张蕾蕾; 龙木军; 赵岩; 谢鑫; 马有光; 张星; 张献光; 申嘉龙
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2033-10-11
Also published as: CN103480810A

Abstract

本发明公开了一种H型坯连铸结晶器内腔锥度确定方法，本方法将连铸结晶器弯月面至结晶器出口处分为上下两段并分别采用不同的锥度设计，同时将浇铸钢种以含碳量0.35%为界分为AB两类，A类含碳量为0.06～0.35%，B类含碳量为0.35～0.75%；根据浇铸钢种的不同，每段锥度分别设计；在确定H型坯连铸结晶器内腔锥度时，设定H型坯连铸结晶器翼梢内侧与腹板的夹角保持不变，R角处的弧形半径固定，同时与腹板和翼梢内侧相切。本方法针对每一个部位设计合理的锥度曲线，能更好地适应H型坯连铸过程中坯壳在结晶器纵向上的收缩，有效提高了H型坯的表面质量和保证生产的顺行，为连铸高效化提供了保证。

Description

一种H型坯连铸结晶器内腔锥度确定方法

技术领域

本发明涉及一种H型坯连铸结晶器内腔锥度确定方法，根据钢种给出了H型坯连铸结晶器铜板热面在不同结晶器高度上的锥度设置。此设计可合理适应H型坯结晶器内铸坯的凝固收缩，有效提高H型连铸坯的表面质量。

背景技术

在连铸过程中，金属液从弯月面处开始凝固收缩，凝固坯壳外表面和结晶器铜板热面脱离接触产生气隙，气隙的存在给结晶器内的传热带来阻碍，使得凝固坯壳厚度在周向上分布不均，在结晶器出口处厚度不足抵御钢水静压力，从而随之带来表面质量缺陷或漏钢等一系列的问题。为消除气隙对结晶器传热的影响，现在的连铸结晶器内腔形状普遍被加工成倒锥形，以弥补连铸凝固坯壳在凝固过程中的收缩，减小气隙出现的可能性和厚度，改善结晶器内的传热条件。

对于常规坯型，如方坯、板坯、圆坯等，凝固收缩的方向都垂直于凝固坯壳外表面，H型坯相对常规坯型断面形状复杂，如图1所示，H型坯不仅相对常规坯型有更多的外凸角(翼梢内外角)，而且还具有四个内凹角(R角)；窄面虽然为直线段，但是在不同位置有着不同的厚度；腹板为直线段，但是他的变形还将会受到翼梢收缩的制约，不能完全垂直于表面向里；R角处的变形同时受到翼梢和腹板的制约，将会发生半径和圆心的同时变化。由此可见，H型坯的锥度设计是一个复杂的工作。

目前对于H型坯锥度的文献报道内容主要有如下方面。

1)“R角可设为0锥度或者负锥度”

文献中提出R角处锥度可以设为没有或者负锥度，但并未说明是否有用此方法的对象，作为异形坯连铸的一个特点来提出。

苏世怀.高效节约型建筑用钢——热轧H型钢.[M].北京,冶金工业出版社,2009.

2)直接给出上下口差值

该类文献采用了锥度数据来帮助建立流动或者传热的模型，未说明锥度类型，如抛物线、单锥度、双锥度等等。

JUNG-EUI LEE,TAE-JUNG YEO,KYU HWAN OH,JONG-KYU YOON,U-SOKYOON.Prediction of Cracks in Continuously Cast Steel Beam Blank through FullyCoupled Analysis of Fluid Flow,HeatTransfer,and Deformation Behavior of aSolidifying Shell[J].METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONSA.2000,31A:225

徐海伦.连铸异形坯冷却过程模拟仿真及优化[D].重庆大学.2010.

L.Hibbeler,Seid Koric,Kun Xu,et al.Thermo-Mechanical Modeling of BeamBlank Casting,AISTech 2008,Pittsburgh,PA,May 5-8,2008

3)说明锥度类型

此类文献提出研究对象铸机使用的结晶器类型，如双锥度，抛物线等，或给出单一锥度数值，并分别描述不同位置上，如窄面、腹板位置锥度的差异。但是未有对R角或翼梢内侧的锥度描述。

刘建华,包燕平,杜松林,孙维黄,社青.近终形异型坯连铸特点分析[J],鞍钢技术,2008.

李法兴,王新权,王立君,王刚.莱钢1#异型坯连铸的生产实践[J],冶金丛刊,2009.

专利号为“200920101344.6”发明名称为“异型坯结晶器铜管”的中国实用新型专利提到异型坯结晶器内腔锥度为抛物线形曲面，但是并没有对该抛物线曲面进行函数定义，并且如前所述，H型坯各个部位的收缩尺寸不一致，在不同部位(如翼梢内侧与腹板)设置相同的锥度曲线是具有一定的局限性的。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种专门针对H型坯连铸结晶器内腔锥度确定的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种H型坯连铸结晶器内腔锥度确定方法，本方法将连铸结晶器弯月面至结晶器出口处分为上下两段并分别采用不同的锥度设计，同时将浇铸钢种以含碳量0.35％为界分为A、B两类，A类含碳量为0.06～0.35％，B类含碳量为0.35～0.75％，当含碳量为临界值0.35％时，归入A类；根据浇铸钢种的不同，每段锥度分别设计；

在确定H型坯连铸结晶器内腔锥度时，设定H型坯连铸结晶器翼梢内侧与腹板的夹角保持不变，R角处的弧形半径固定，同时与腹板和翼梢内侧相切；

当浇铸A类钢种时，H型坯连铸结晶器内腔锥度按表1确定：

当浇铸B类钢种时，H型坯连铸结晶器内腔锥度按表2确定：

表1：浇铸A类钢种时，H型坯连铸结晶器内腔锥度参数

表2：浇铸B类钢种时，H型坯连铸结晶器内腔锥度参数

其中锥度由式(1)定义，

Taper (\frac{%}{m}) = \frac{(M_{t} - M_{b})}{(M_{t}) (M_{l})} \times 100 % - - - (1)

式中M_t为该锥度段结晶器上部对应面的结构参数，M_b为该锥度段结晶器下部对应面的结构参数，M_l为该锥度段的长度。

所述表1和表2中锥度在一个范围情况下的锥度取值规则为：首先以断面大小初步确定锥度范围，大断面采用大锥度，小断面采用小锥度；在该初步确定的锥度范围下再以拉速进一步确定锥度值，高拉速取小锥度值，低拉速取大锥度值。

本方法针对每一个部位设计合理的锥度曲线，能更好地适应H型坯连铸过程中坯壳在结晶器纵向上的收缩，有效提高了H型坯的表面质量和保证生产的顺行，为连铸高效化提供了保证。

附图说明

图1-H型坯断面形状示意图。

图2本发明H型坯结晶器内腔结构特征图；

图3–图2俯视图。

图4-图2主视图。

图5-用到的结构参数示意图。

具体实施方式

H型坯形状复杂，各个部位收缩规律不一致，本发明提供了一种带双锥度的H型坯连铸结晶器内腔结构，针对每一个部位设计合理的锥度曲线，并根据不同浇铸钢种进行了区分，能更好地适应H型坯连铸过程中坯壳在结晶器纵向上的收缩，适用于各种断面尺寸的H型坯连铸结晶器。具体实现方案如下。

(1)钢种的分类

钢种成分对铸坯的凝固收缩有影响，本发明依据浇铸钢种的碳含量来对H型坯结晶器的锥度进行区分设计，目前H型坯浇铸钢种碳含量在0.06～0.75％，本发明将钢种分为两类，以C％＝0.35％为界，分别为A类：含碳量0.06～0.35％和B类：含碳量0.35～0.75％，当含碳量为临界值0.35％时，归入A类，两种钢种分别设定锥度曲线。

(2)结晶器高度上的锥度结构特征

本发明采用双锥度形式，在结晶器高度上的结构特征如图2所示，Z₀为弯月面处横截面，Z₁为锥度转折处截面，Z₂为结晶器出口处。其俯视图及主视图分别如图3、图4所示，该结构左右对称，根据连铸机的参数结构，可设计为立式结晶器、弧形结晶器或立弯式结晶器。

比如结晶器有效高度为700mm，假设锥度在距离弯月面100mm处发生改变，那么就应当分别在距弯月面0～100mm处和100mm～700mm采用不同的锥度值。

(3)横断面不同部位处的锥度特征

各部位锥度值设置采用的结构数据如图5所示，锥度由式(1)定义。其中窄面的锥度跟图5中a值相关，腹板的锥度跟图5中c值相关，翼梢顶部的锥度跟图5中b值相关，翼梢内侧的锥度跟图5中e值相关。对于一个如图5所示的H型坯横断面，翼梢内角和翼梢外角根据实际H型坯横截面特征设为直线夹角或圆角，结晶器长度方向上圆角半径不发生改变。本发明设定在结晶器高度上翼梢内侧与腹板的夹角保持不变，R角处的弧形半径固定，且同时与腹板和翼梢内侧相切，因此只要确定a、b、c和e的值，即可唯一确定H型坯结晶器内腔结构。

Taper (\frac{%}{m}) = \frac{(M_{t} - M_{b})}{(M_{t}) (M_{l})} \times 100 % - - - (1)

式中M_t为该锥度段结晶器上部对应面的结构参数，M_b为该锥度段结晶器下部对应面的结构参数，M_l为该锥度段的长度。则本发明最后确定的的结构特征如表1和表2所示。

表1：浇铸A类钢种时，H型坯连铸结晶器内腔锥度参数

表2：浇铸B类钢种时，H型坯连铸结晶器内腔锥度参数

由于上表中大部分锥度为一个取值范围，实际取值时根据具体工况及浇铸断面尺寸来取值，具体规则为：首先以断面大小初步确定锥度范围，大断面采用大锥度，小断面采用小锥度；在该初步确定的锥度范围下再以拉速进一步确定锥度值，高拉速取小锥度值，低拉速取大锥度值。即优先以断面取值规则取值。

本发明同时适用于H管式结晶器和板式结晶器的内腔结构。以下结合具体实施例详细说明如何根据实际工况来确定结晶器各段各部位锥度。

某厂H型坯热坯规格750mm(2a)×450mm(2b)×120mm(2c)的结晶器内腔，2e＝675mm。结晶器有效长度700mm。浇铸Q235钢(C％＝0.2％)，拉速0.8m/min。其中,2a即为结晶器出口处的宽面尺寸(长)，2b为窄面尺寸(宽)，2c为腹板的高度，e为翼梢内角与腹板中心距离。

1、分析对象，选取合适的锥度值

该对象断面尺寸较大，拉速低且C％＝0.2％在铁碳包晶相变点附近，属于过包晶钢，收缩较大，在锥度的选取上选择较大值。Q235在A类钢种范围，在该例中取值如下：

表1：浇铸A类钢种时，H型坯连铸结晶器内腔锥度参数

2、确定结晶器下口尺寸

结晶器出口尺寸按热坯尺寸设计为750×450×120mm，即对应图5中的a＝375mm；b＝225mm；c＝60mm；e＝337.5mm。

3、根据式(1)转换计算距弯月面100mm处横截面尺寸，即Z₁断面尺寸(约到小数点后两位)：

M_{t} = \frac{M_{b}}{1 - taper \times l / 100}

a＝376.35mm

b＝225.69mm

c＝60.22mm

e＝337.11mm

4、弯月面处(Z₀)的横截面尺寸：

a＝377.18mm

b＝225.69mm

c＝60.40mm

e＝337.11mm

5、加工结晶器投入使用

由以上数据即可确定H型坯连铸结晶器内腔结构。利用所得锥度数据加工得到结晶器成品，应用到实际生产过程中，将能改善H型坯表面质量，提高铸坯所得率。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种H型坯连铸结晶器内腔锥度确定方法，其特征在于：本方法将连铸结晶器弯月面至结晶器出口处分为上下两段并分别采用不同的锥度设计，同时将浇铸钢种以含碳量0.35％为界分为A、B两类，A类含碳量为0.06～0.35％，B类含碳量为0.35～0.75％，当含碳量为临界值0.35％时，归入A类；根据浇铸钢种的不同，每段锥度分别设计；

当浇铸A类钢种时，H型坯连铸结晶器内腔锥度按表1确定：

当浇铸B类钢种时，H型坯连铸结晶器内腔锥度按表2确定：

表1：浇铸A类钢种时，H型坯连铸结晶器内腔锥度参数

表2：浇铸B类钢种时，H型坯连铸结晶器内腔锥度参数

其中锥度由式(1)定义，

Taper (\frac{%}{m}) = \frac{(M_{t} - M_{b})}{(M_{t}) (M_{l})} \times 100 % - - - (1)

2.根据权利要求1所述的H型坯连铸结晶器内腔锥度确定方法，其特征在于：所述表1和表2中锥度在一个范围情况下的锥度取值规则为：首先以断面大小初步确定锥度范围，大断面采用大锥度，小断面采用小锥度；在该初步确定的锥度范围下再以拉速进一步确定锥度值，高拉速取小锥度值，低拉速取大锥度值。

3.根据权利要求1或2所述的H型坯连铸结晶器内腔锥度确定方法，其特征在于：所述连铸结晶器弯月面至结晶器出口处高度为700mm，结晶器出口尺寸为750×450×120mm，2e＝675mm，e为翼梢内角与腹板中心距离；浇铸Q235钢，其含碳量为0.2％，属于A类钢种；拉速0.8m/min；将连铸结晶器上下两段的分界确定在距离弯月面100mm处，该工况下H型坯连铸结晶器上下两段各部位的内腔锥度取值如下：