CN104057052A - 一种适合倒角结晶器稳定生产的连铸工艺 - Google Patents

Abstract

一种适合倒角结晶器稳定生产的连铸工艺，炼钢－连铸技术领域。它包括根据钢种对窄面锥度值进行分别设定，足辊与结晶器下口铜板相对位置的规定，角缝值最小值的规定，结晶器与连铸机0、1段之间接弧的规定，结晶器使用周期的规定，0、1段下线检修周期的规定，结晶器窄面铜板返厂修复周期的规定。通过对倒角结晶器连铸工艺的优化，降低倒角坯角纵裂纹的发生率，提高倒角结晶器铜板的使用寿命，使得倒角结晶器可以实现稳定长寿生产。

Description

一种适合倒角结晶器稳定生产的连铸工艺

技术领域

本发明属于炼钢－连铸技术领域，特别是提供了一种适合倒角结晶器稳定生产的连铸工艺，适用的连铸板坯厚度规格范围为200～400mm，宽度规格范围为1400～3000mm。

背景技术

通过前人研究发现，钢在600-900℃的范围内存在脆性区，该温度区间内，钢的高温热塑性较差，如果在此温度区间下进行弯曲或是矫直，则极易发生表面横裂纹问题。

对于连铸板坯来讲，其角部存在二维传热，因此角部温度一般较低，在矫直过程中，如果角部温度正处于第三脆性区间时，受到矫直拉应力的作用下，极易发生角横裂纹缺陷。

为解决角横裂纹缺陷，冶金工作者提出了板坯倒角结晶器的方法，设计一种新型的板坯连铸结晶器，由两个相对宽面铜板和两个相对窄面铜板组装在一起构成，其中窄面铜板内表面向宽面铜板内表面的过渡为圆弧曲面或锐角平面，而不是传统的宽面铜板与窄面铜板成直角的设计，通过这种设计使得生产的铸坯角部生产一个倒角面，从而降低板坯角部的二维传热，提高角部温度，以避免角部在第三脆性区矫直而产生角横裂纹缺陷。

倒角结晶器设计的发明专利已经多见报道，设计也多种多样，但在实际中成功应用的报道却少之又少，其关键原因在于，倒角结晶器设计确实可以解决板坯角横裂纹缺陷，但随之而来却产生了角纵裂纹缺陷，角纵裂纹的产生不仅增加了清检和处理成本，更严重的是存在漏钢事故发生的风险。倒角结晶器没有成熟应用的根本原因就是与倒角结晶器相配套的连铸工艺并不成熟。

通过研究发现，倒角结晶器窄面锥度的不合理无法满足铸坯的收缩特性，使得结晶器铜板对铸坯没有足够的支撑，从而阻碍了铸坯坯壳的传热性能，导致坯壳相对较薄，抵抗各种应力能力较差；二冷水水质较差导致扇形段喷嘴堵塞严重，铸坯在扇形段内受力不均，发生扭曲变形，造成铜板角部磨损不均，铸坯角部传热不均，在热应力的作用下形成角部纵裂纹源；足辊对中不良，加大了铸坯初生坯壳所受的外力，加剧了铸坯角部裂纹的扩展；结晶器角缝过大、接弧不良使得铸坯角部受力集中，在机械应力的作用下，进一步扩展了倒角坯角部裂纹源，最终形成了倒角结晶器角部纵裂纹，成为了倒角结晶器设计无法稳定长寿的生产。

ZL201020201234.X提供了一种板坯连铸结晶器，由两相对宽面铜板和两相对窄面铜板组装在一起构成，其特征在于：窄面铜板内表面向宽面铜板内表面的过渡为圆弧曲面，窄面铜板两端带有平台，窄面铜板端面平台与宽面铜板夹角为90度，圆弧曲面与窄面铜板平面、平台交界处倒角半径2-6mm，圆弧曲面的背面冷却水缝轴向与水平夹角在50-80度之间。

ZL201110232530.5提供了一种具有漏斗形曲面形状的带倒角结晶器窄边铜板，涉及了一种具有漏斗形曲面形状的带倒角结晶器窄面铜板，该窄面铜板与钢水接触的工作面包括中间区域和两侧的倒角区域，所述的工作面为上大下小的漏斗形曲面。

ZL201220192192.7提供了多锥度复合倒角结晶器，提供了一种多锥度复合倒角结晶器，它包括结晶器窄面铜板，结晶器窄面铜板具有工作面和侧平面，工作面两侧设置有折翻边，折翻边又分为上段翻边和下段翻边，上段翻边自上而下各截面面处的第一倒角R1保持相同，下段翻边自上而下各截面处的第一倒角R1连续递减；工作面对应于下段翻边的两侧还斜切形成有楔形面，楔形面与工作面之间形成有第二倒角R2，楔形面从其顶端至底边各截面处的第二倒角R2从0°开始连续递增，使结晶器窄面铜板下段形成多锥度复合倒角结构。

ZL201320350661.8提供了一种板坯连铸倒角结晶器窄面铜板，公开了一种板坯连铸倒角结晶器窄面铜板，包括平面区域和倒角区域，关键在于：所述平面区域的宽度为整个铜板宽度的70％～95％，倒角区域与铜板侧面的夹角α为30°～70°，倒角区域的高度为整个铜板宽度的2％～20％。

ZL201120388633.6提供了一种带倒角结晶器窄面铜板的冷却及其固定装置，涉及到一种带倒角结晶器窄面铜板的冷却及其固定装置，它包括带倒角结晶器窄面铜板和背板水箱，其中，两排螺栓孔将带倒角结晶器窄面铜板上的冷却水槽分为两侧的倒角区冷却水槽和中间的中部区域冷却水槽；螺栓连接固定带倒角结晶器窄面铜板和背板水箱，其间设有环形密封水条。

ZL201120136707.7提供了一种具有组合式冷却水道的倒角结晶器窄面铜板，涉及到一种具有组合式冷却水道的倒角结晶器窄面铜板。该窄面铜板的工作面包括平面区域和斜面区域，平面区域位于中部，斜面区域位于两侧的边角部，其中斜面区域在横截面上的直线长度L为5～150mm，窄面铜板内部分布有沿高度方向上下贯通的圆形和矩形冷却水道，其中斜面区域的内部分布有1～6个宽度为4～8mm的矩形冷却水道和1～6个直径为5～10mm的圆形冷却水道。

ZL2011200895009.9提供了一种用于薄板坯连铸的倒角结晶器窄面铜板，涉及一种用于薄板坯连铸的倒角结晶器窄面铜板，它的工作表面包括平面区域和曲面区域，平面区域位于工作表面的中部，其中所述铜板的总宽度为50～110mm，高度为800～1200mm，厚度为50～100mm，铜板平面区域和曲面区域在横截面方向上以相切方式光滑连接；铜板边角部厚度最大，横截面中心线处厚度最小，它们之间的厚度差H为2～9mm；所述铜板的内部均匀分布有3～6个规格相同的圆管型冷却水道。

ZL201120441610.7提供了一种具有轴端支撑结构的倒角型足辊，涉及到一种具有轴端支撑结构的倒角型足辊。它包括带倒角的支撑辊、轴、U型轴承座、端盖，其中，支撑辊为中空环式结构，轴从倒角型支撑辊的内部中心穿入，轴的两端由U型轴承座的支撑臂进行支撑，由端盖进行固定。

ZL201120305767.7提供了一种适用于带倒角连铸坯的多分节侧面支撑足辊，涉及到一种适用于带倒角连铸坯的多分节侧面支撑足辊，它包括带倒角足辊辊体、U形支撑座、通轴，其中，通轴由U形支撑座支撑，带倒角足辊辊体悬挂在通轴两端，由固定端盖固定，U形支撑座的中间通过通轴悬挂有圆柱形平足辊。

以上关于倒角结晶器的专利均为设备方面的设计，目前尚无倒角坯连铸工艺方面的报道。倒角结晶器设计多种多样，但实现稳定生产的企业却寥寥无几，主要是倒角结晶器使用过程中，由于工艺不合理而频发角纵裂缺陷，使得倒角结晶器的使用受到限制，该问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合倒角结晶器稳定生产的连铸工艺，降低倒角连铸坯角纵裂纹的发生率，提高倒角结晶器铜板的使用寿命，使得倒角结晶器可以实现稳定长寿生产。

本发明适用的连铸板坯厚度规格范围为200～400mm，宽度规格范围为1400～3000mm；其工艺步骤及控制的技术参数如下：

(1)根据钢种的收缩系数和裂纹敏感性设定不同的窄面锥度系数，含Nb钢锥度系数设定在1.30％/m-1.45％/m之间，非含Nb钢锥度系数设定在1.20％/m-1.35％/m之间。

(2)为保证足辊对倒角铸坯的约束，将足辊向内进行调节，调节距离在20-50mm之间，误差范围±5mm。

(3)倒角窄面铜板与宽面铜板之间的角缝值小于0.3mm。

(4)为保证结晶器与0段、0段与1段之间的对中和0段、1段的喷嘴通畅，对0段和1段进行定期下线清理，周期为过钢量在3.5-5.5万吨之间。

(5)两个结构相同的结晶器进行轮换使用制度，两个结晶器各使用一次的时间与0、1段更换一次的时间基本相同。最终确定过钢量(指结晶器铜板在一个使用周期内通过的钢水量的累积)在1.5-2.5万吨进行一次结晶器更换。

(6)为防止结晶器磨损造成铸坯角纵裂纹缺陷的发生，对结晶器窄面铜板的使用寿命需进行规定，确定窄面铜板的过钢量达到4-5万吨之间后进行返厂维修。

由于钢坯凝固过程中存在一定收缩，结晶器的断面尺寸就是考虑铸坯在冷却凝固过程中的收缩来确定的，为了减少坯壳与结晶器铜板间的气隙，提高铜板的导热性能，加速坯壳的生长，在结晶器设计时，一般要采用倒锥度，即下口断面比上口断面略小。倒角结晶器由于存在倒角，铸坯倒角面的坯壳较薄，在钢液静压力的作用下，容易在坯壳初生的过程中形成角部纵裂纹缺陷，因此需要采用较大的倒锥度以保证铸坯倒角面和窄面均与结晶器窄面铜板有良好的贴合度。另外由于不同钢种具有不同的收缩系数和裂纹敏感性，因此对含Nb钢和非含Nb钢设定了不同的锥度系数。同时考虑到结晶器镀层的寿命问题，锥度不能无限制增加，以保证结晶器的过钢量，根据凝固计算结果和实际生产数据，最终确定含Nb钢锥度系数在1.30％/m-1.45％/m之间，非含Nb钢锥度系数在1.20％/m-1.35％/m之间。

铸坯离开结晶器后，没有铜板的贴合，在钢水静压力的作用下，铸坯将发生鼓肚，由于此时铸坯坯壳较薄，在倒角面和铸坯宽面的连接处容易发生角裂纹缺陷。铸坯离开结晶器时刻，对铸坯起到约束功能的仅为结晶器足辊，而窄面足辊的约束可以对铸坯角部裂纹缺陷的发生起到抑制作用，通常情况下，传统结晶器的足辊是与结晶器下口铜板平行的，但对于倒角结晶器，为保证足辊对铸坯的约束作用，将足辊向内进行调节，调节距离在20-50mm之间，调节误差为±5mm。

板坯结晶器是有两个宽面铜板和两个窄面铜板组合而成的，窄面铜板和宽面铜板贴合位置的缝隙被称为角缝。对于直角结晶器来讲，窄面铜板厚度相同，钢水对窄面铜板的静压力是平均分配在窄面铜板上的。但对于倒角结晶器来讲，由于窄面铜板存在倒角，倒角的边缘为锐角，钢水对窄面铜板的静压力在窄面铜板上存在应力集中，因此对角缝的要求更高，为防止倒角锐角对钢坯的影响，角缝值应小于0.3mm。

与结晶器相连为连铸机的0段，0段与连铸机1段相连，结晶器和连铸机0段之间的对中会影响铸坯初生坯壳在结晶器后的受力，从而是影响角纵裂发生的重要因素。对结晶器与0段之间和0段与1段之间的对中需小于0.5mm，以保证倒角结晶器的顺利使用。

铸坯在连铸机0段与1段的位置时，铸坯的坯壳依然很薄，因此0段与1段的冷却均匀性与稳定性也会对倒角铸坯的表面质量起到至关重要的作用，为防止因喷嘴堵塞造成的铸坯表面质量缺陷的发生，应对0段与1段的喷嘴进行定时清理，通过多次试验结果后确定0段与1段在过钢量达到3.5-5.5万吨之间进行一次下线清理。

由于倒角结晶器需使用较大锥度，因此结晶器铜板的磨损较为严重，当结晶器下口磨损较大时，则容易发生角纵裂纹缺陷，尤其在存在不对称磨损的情况下，角纵裂纹则更容易发生。同时由于结晶器与0段、1段之间的对中也影响着结晶器的使用，为保证结晶器与0段、1段对中的稳定性，应同时生产两个倒角结晶器，当某一结晶器达到一定过钢量时，更换另一台结晶器使用，两个结晶器各使用一次的时间与0段与1段的更换一次的时间基本相同，以减少由于结晶器与0段之间对中不良造成的结晶器磨损的加大。通过实践最终确定每台结晶器过钢量在1.5-2.5万吨之间进行一次更换。

由于结晶器磨损严重会造成倒角铸坯表面纵裂纹的发生，因此需对倒角结晶器的过钢量进行规定，当达到最大过钢量时，对窄面铜板进行返厂修复，根据实际生产情况最终确定窄面铜板的最大过钢量在4-5万吨之间。

通过以上的工艺优化以实现倒角结晶器的稳定长寿生产。

本发明具有以下优点：

(1)建立一套倒角结晶器生产的连铸工艺，工艺易于实现。

(2)通过工艺优化，可以降低倒角坯角纵裂纹的发生率，以保证倒角结晶器长寿稳定的使用。

具体实施方式

浇铸中碳含Nb钢倒角连铸坯时，使用锥度系数1.35％/m，调节足辊向内收缩30±5mm，窄面铜板与宽面铜板之间的角缝值小于0.3mm，第一个结晶器过钢量达到2.2万吨下线，更换第二个结晶器，当第二个结晶器过钢量到达2万吨时下线，再次上线第一个结晶器过钢量达到2万吨候下线，第一个结晶器的窄面铜板过钢量达到4.2万吨返厂修复，上线第二结晶器过钢量达到2.5万吨下线，第二个结晶器窄面铜板过钢量达到4.5万吨返厂修复。过钢量达到5万吨时将0段、1段进行下线清理。

Claims (1)

1.一种适合倒角结晶器稳定生产的连铸工艺，适用的连铸板坯厚度规格范围为200～400mm，宽度规格范围为1400～3000mm；其特征在于，工艺步骤及控制的技术参数如下：

(1)根据钢种的收缩系数和裂纹敏感性设定不同的窄面锥度系数，含Nb钢锥度系数设定在1.30％/m-1.45％/m之间，非含Nb钢锥度系数设定在1.20％/m-1.35％/m之间；

(2)为保证足辊对倒角铸坯的约束，将足辊向内进行调节，调节距离在20-50mm之间，误差范围±5mm；

(3)倒角窄面铜板与宽面铜板之间的角缝值小于0.3mm；

(4)为保证结晶器与0段、0段与1段之间的对中和0段、1段的喷嘴通畅，对0段和1段进行定期下线清理，周期为过钢量在3.5-5.5万吨之间；

(5)两个结构相同的结晶器进行轮换，两个结晶器各使用一次的时间与0、1段更换一次的时间相同；最终确定过钢量在1.5-2.5万吨进行一次结晶器更换；

(6)为防止结晶器磨损造成铸坯角纵裂纹缺陷的发生，对结晶器窄面铜板的使用寿命需进行规定，确定窄面铜板的过钢量达到4-5万吨之间后进行返厂维修。