CN104209482B - 一种制备大单重钢锭的钢锭模及浇注方法 - Google Patents

Abstract

一种制备大单重钢锭的钢锭模及浇注方法，属于钢锭浇注设备及浇注方法技术领域。本发明将钢锭模设计成动态可开合式，利用液压顶杆的力量在钢锭冷却过程中对钢锭进行动态压下，以消除钢锭内部疏松；在钢锭模内部冷却水通过钢锭模的热传导作用实现对钢锭的加速冷却，最终制备出内部组织良好的方形钢锭。本发明可以促进钢锭内部组织改善，提高钢锭的冷却均匀性，降低钢锭心部的补缩不足，增加对钢锭表面的横向约束，降低钢锭表面产生裂纹的几率。本发明解决了长期困扰钢铁企业的大厚度钢锭的浇注问题，极大地提高了大厚度钢锭的浇注质量，打破了制约大厚度规格钢板生产的瓶颈，大大提高了生产效率，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种制备大单重钢锭的钢锭模及浇注方法

技术领域

本发明涉及一种利用水流冷却制备大钢锭的钢锭模及使用这种钢锭模的浇注方法，属于钢锭浇注设备及浇注方法技术领域。

背景技术

钢铁冶金发展至今，连铸大钢坯生产技术已经得到长足进步，但特大特厚钢板或零件仍然只能靠大钢锭锻造或轧制成材生产。钢锭成材相对于连铸坯成材存在先天不足：首先，空冷状态下，钢锭散热较慢，由于钢锭冷却强度低，导致钢锭心部疏松和偏析严重，且内部柱状晶严重，组织粗大；其次，普通钢锭为圆锭或扁锭，圆钢锭生产钢板在整板平面上变形不均，且板形不易控制。扁钢锭在这两方面有所改善，但是头大尾小，轧制过程仍不易控制，增加了轧制时立辊轧制和表面平整的难度，且钢锭在冷却过程中易冷速不均，导致出现表面裂纹；再有，在浇注过程中，钢锭下部最先凝固，因此在钢锭上部中心部位易出现由于补缩不足导致的缩孔缺陷，特别是通水进行冷却时，钢锭坯壳较快形成，更易形成补缩不足。以上缺陷导致钢锭的成材率低，生产工艺流程复杂，高性能大厚度钢板需要二次开坯成材，成材率更低。

国内部分宽厚板厂试图利用水冷的方式生产大规格的钢锭，但应用并不成功，主要是增加水冷强度后钢锭表面开裂严重，废品率太高，导致无法推广应用。现在，大厚度规格钢板的生产仍然受到制约，高性能厚钢板生产只能使用成本更高的电渣重熔的方法生产。因此，如何开发出内部质量良好和形状规整的大钢锭成为钢锭成材的一个重要研究方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备大单重钢锭的钢锭模及浇注方法，采用这种钢锭模及浇注方法，可以促进钢锭内部组织改善，提高连铸坯的内部质量，改善钢锭的冷却均匀性，降低钢锭心部的补缩不足，增加对钢锭表面的横向约束，降低钢锭表面产生裂纹的几率，最终制备出内部组织良好的方形钢锭。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种制备大单重钢锭的钢锭模，钢锭模由前端面、后端面、底面和两个侧面组成上端开口的长方体钢锭模，钢锭模内腔体的水平截面为矩形，钢锭模的前端面和后端面内有冷却水通水孔，后端面、两侧面后部与底面的后部固定连接，前端面与底面的前部固定连接，前端面和底面前部位于两侧面的前部之间，底面前部的后端两侧与两侧面的下端有转轴相连接，在前端面的外侧连接有液压顶杆，底面有底注孔。

上述制备大单重钢锭的钢锭模，所述钢锭模的前端面和后端面内的冷却水通水孔为水平双通道反向间隔布置，前端面和后端面上相邻的冷却水通水孔内的水流方向相反，冷却水通水孔的两端距离前端面和后端面的边部为50-100mm。

上述制备大单重钢锭的钢锭模，所述前端面和后端面上分别有左入水总通道、右入水总通道和左回水总通道、右回水总通道，左入水总通道、右回水总通道和右入水总通道、左回水总通道分别逐一与前端面和后端面内的冷却水通水孔相连接。

上述制备大单重钢锭的钢锭模，所述钢锭模的两侧面有保温层。

上述制备大单重钢锭的钢锭模，所述前端面围绕转轴向外旋转的角度为0.5°-2°。

上述制备大单重钢锭的钢锭模，所述前端面上有加强肋，两个加强肋沿着前端面的垂直方向平行固定，液压顶杆的前端与加强肋连接。

一种采用上述钢锭模制备高品质和大单重钢锭的的方法，它采用以下步骤进行：

（1）钢锭模准备：将钢锭模的底面放置在浇注平台上，底注孔与浇道相连接，将钢锭模的两侧面通过弹簧紧压装置与前端面压紧，能够实现前端面与后端面的相对转动，钢锭模前端面和后端面衔接部位用可燃物质封闭，防止钢液注入初期沿缝隙渗出，同时在钢锭模内加入保护渣；

（2）浇注准备：浇注前利用液压装置通过液压顶杆和加强肋的作用，将钢锭模前端面围绕转轴向外旋转0.5°-2°的倾角；

（3）冷却准备：浇注前开启冷却水管路，向前端面和后端面的冷却水通水孔内注入冷却水，保证冷却水的水流通道畅通；

（4）钢液浇注：开始浇注时钢锭模上部预留一定量的正开口度，随着浇注进行，坯壳首先形成，且钢锭下部坯壳较厚，待钢水浇注完毕至钢锭下部完全凝固，通过液压顶杆的作用将前端面向钢锭慢速挤压，以降低心部的补缩不足，直到钢锭完全凝固，锭模可动部分基本达到垂直位置，整支钢锭形成完全的方块形。

上述制备大单重钢锭的的方法，钢液浇注开始不能立即强水流冷却，避免钢锭底部过早凝固导致上部断流，冷却水的增加必须随钢液液位高度的上升由下向上逐步加强，当钢锭底部完全凝固后，加强水流量并启用液压压紧，减少补缩不足产生的缩孔。

上述制备大单重钢锭的的方法，冷却水流量和压力可实现连续或分挡调节。

本发明的有益之处在于：

1、空冷状态下，钢锭散热较慢，导致凝固组织粗大，心部偏析严重。因此本发明通过在钢锭模中通水冷却增加冷却强度，促进钢锭内部组织改善，提高连铸坯的内部质量。

2、普通钢锭为圆锭或扁锭，圆钢锭生产钢板在整板平面上变形不均，且板形不易控制。扁钢锭在这两方面有所改善，但是头大尾小，轧制过程仍不易控制，且钢锭在冷却过程中易冷速不均，导致出现表面裂纹。本发明在此方面的创新点在于，设计了矩形的钢锭断面，通过在侧面设置保温层，弱化钢锭侧面和边角的冷却，用水冷强化钢锭大面的冷却，使钢锭冷却接近于单向散热，以降低边角应力，同时在前后端面上的水冷采用双通道反向对流的方式，保证在整个面上的冷却均匀性。

3、根据浇注过程控制，钢锭下部最先凝固，因此在钢锭上部中心部位易出现由于补缩不足导致的缩孔缺陷，特别是通水进行冷却时，钢锭坯壳较快形成，更易形成补缩不足。本发明的另一个创新点在于设计了可自由开合的钢锭模，钢锭模的开合通过液压顶杆控制。开始浇注时钢锭模上部预留一定量的正开口度，随着浇注进行，坯壳首先形成，且钢锭下部坯壳较厚，待钢水浇注完毕至钢锭下部完全凝固，通过液压顶杆的作用将钢锭模可动部分向钢锭慢速挤压，以降低心部的补缩不足，直到钢锭完全凝固，钢锭模可动部分基本达到垂直位置，整支钢锭形成完全的方块形。

4、可自由开合的钢锭模的另一个优势在于，通过液压顶杆的作用，能够使钢锭紧贴钢锭模，减少了钢锭和钢锭模之间由于冷却收缩产生的气隙，增强了传导散热。同时由于钢锭紧密接触钢锭模，增加了钢锭表面的横向约束，降低了钢锭表面产生裂纹的几率。另外，可自由开合的钢锭模可以使钢锭的脱模变得更加简单。

本发明提出了一种制备大单重钢锭的钢锭模及浇注方法，解决了长期困扰钢铁企业的大厚度钢锭的浇注问题，极大地提高了大厚度钢锭的浇注质量，打破了制约大厚度规格钢板生产的瓶颈，大大提高了生产效率，大幅度地降低了成本，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明的钢锭模的结构示意图；

图2是图1的正视图；

图3是图1的俯视图。

图中标记如下：前端面1、后端面2、底面3、侧面4、冷却水通水孔5、转轴6、液压顶杆7、底注孔8、加强肋9、入水方向10、回水方向11、左入水总通道12、右入水总通道13、左回水总通道14、右回水总通道15。

具体实施方式

本发明将钢锭模设计成动态可开合式，利用液压顶杆的力量在钢锭冷却过程中对钢锭进行动态压下，以消除钢锭内部疏松；在钢锭模内部嵌制水流通道，通过水泵的压力作用实现水流循环，水流通过钢锭模的热传导作用实现对钢锭的加速冷却，最终制备出内部组织良好的方形钢锭。

图中显示，钢锭模由前端面1、后端面2、底面3和两个侧面4组成上端开口的长方体钢锭模，钢锭模内腔体的水平截面为矩形，钢锭模前端面1、后端面2边部设计有内圆弧的凸起，可以实现钢锭边角的平滑过渡，钢锭模材质为耐高温铸钢，保证有一定的高温强度。

图中显示，钢锭模的前端面1和后端面2内有冷却水通水孔5，冷却水通水孔5为水平双通道反向间隔布置，相邻的冷却水通水孔5内的水流方向相反。在前端面1和后端面2上分别有左入水总通道12、右入水总通道13和左回水总通道14、右回水总通道15，左入水总通道12和右回水总通道15构成一个水流通路，右入水总通道13和左回水总通道14构成一个水流通路，入水总通道和回水总通道分别与前端面1和后端面2内的冷却水通水孔5相连接。冷却水通水孔5中的冷却水可以使钢锭大面上实现均匀的冷却，以降低冷却不均产生的热应力。

图中显示，钢锭模侧面4覆盖保温层，目标是不易形成初始坯壳，在随后的压紧过程中侧面不会形成坯壳折叠，同时，前端面1和后端面2的边部没有冷却水通水孔，弱化钢锭侧面4和边角的冷却，用水冷强化钢锭大面的冷却，使钢锭冷却接近于单向散热，以降低边角应力。

图中显示，后端面2、两侧面4后部与底面3的后部固定连接，前端面1与底面3的前部固定连接，前端面1和底面3前部位于两侧面4的前部之间，两侧面4通过弹簧紧压装置与前端面1压紧，底面3前部的后端两侧与两侧面4的下端有转轴6相连接。这样前端面1和底面3前部可以绕转轴6转动，前端面1围绕转轴6向外旋转的角度为0.5°-2°。前端面1转动的目的是在凝固过程中，前端面1向钢锭慢速挤压，以降低心部的补缩不足，直到钢锭完全凝固，前端面1基本达到垂直位置，整支钢锭形成完全的方块形。

图中显示，为了实现前端面1转动动作，在前端面1的外侧连接有液压顶杆7，液压顶杆7与液压装置相连接，液压压力能够实现前端面1的压紧动作。在前端面1上有加强肋9，两个加强肋9沿着前端面1的垂直方向平行固定，两个液压顶杆7的前端与加强肋9连接。通过液压顶杆7的作用，能够使钢锭紧贴钢锭模，减少了钢锭和钢锭模之间由于冷却收缩产生的气隙，增强了传导散热。同时由于钢锭紧密接触钢锭模，增加了钢锭表面的横向约束，降低了钢锭表面产生裂纹的几率。

图中显示，底面3有底注孔8，用于进行浇注。

采用上述钢锭模制备大单重钢锭的的方法，它采用以下步骤进行：

（1）钢锭模准备：将钢锭模的底面3放置在浇注平台上，底注孔8与浇道相连接，将钢锭模的两侧面4通过弹簧紧压装置与前端面1压紧，能够实现前端面1与后端面2的相对转动，钢锭模前端面1和后端面2衔接部位用可燃物质封闭，防止钢液注入初期沿缝隙渗出，同时在钢锭模内加入保护渣；

（2）浇注准备：浇注前利用液压装置通过液压顶杆7和加强肋9的作用，将钢锭模前端面1围绕转轴6向外旋转0.5°-2°的倾角；

（3）冷却准备：浇注前开启冷却水管路，向前端面1和后端面2的冷却水通水孔5内注入冷却水，保证冷却水的水流通道畅通；

（4）钢液浇注：开始浇注时钢锭模上部预留一定量的正开口度，随着浇注进行，坯壳首先形成，且钢锭下部坯壳较厚，待钢水浇注完毕至钢锭下部完全凝固，通过液压顶杆7的作用将前端面1向钢锭慢速挤压，以降低心部的补缩不足，直到钢锭完全凝固，前端面1基本达到垂直位置，整支钢锭形成完全的方块形。

在上述方法中，钢液浇注开始不能立即强水流冷却，避免钢锭底部过早凝固导致上部钢液断流，冷却水的增加必须随钢液液位高度的上升由下向上逐步加强，当钢锭底部完全凝固后，加强水流量并启用液压压紧，减少补缩不足产生的缩孔。

在上述方法中，冷却水流量和压力可实现连续或分挡调节。

Claims (7)

1.一种制备大单重钢锭的钢锭模，钢锭模由前端面（1）、后端面（2）、底面（3）和两个侧面（4）组成上端开口的长方体钢锭模，其特征在于：钢锭模内腔体的水平截面为矩形，钢锭模的前端面（1）和后端面（2）内有冷却水通水孔（5），后端面（2）、两侧面（4）后部与底面（3）的后部固定连接，前端面（1）与底面（3）的前部固定连接，前端面（1）和底面（3）前部位于两侧面（4）的前部之间，底面（3）前部的后端两侧与两侧面（4）的下端有转轴（6）相连接，在前端面（1）的外侧连接有液压顶杆（7），底面（3）有底注孔（8）。

2.根据权利要求1所述的制备大单重钢锭的钢锭模，其特征在于：所述钢锭模的前端面（1）和后端面（2）内的冷却水通水孔（5）为水平双通道反向间隔布置，前端面（1）和后端面（2）上相邻的冷却水通水孔（5）内的水流方向相反，冷却水通水孔（5）的两端距离前端面（1）和后端面（2）的边部为50-100mm。

3.根据权利要求2所述的制备大单重钢锭的钢锭模，其特征在于：所述前端面（1）和后端面（2）上分别有有左入水总通道（12）、右入水总通道（13）和左回水总通道（14）、右回水总通道（15），左入水总通道（12）、右回水总通道（15）和右入水总通道（13）、左回水总通道（14）分别逐一与前端面和后端面内的冷却水通水孔相连接。

4.根据权利要求3所述的制备大单重钢锭的钢锭模，其特征在于：所述前端面（1）围绕转轴（6）向外旋转的角度为0.5°-2°。

5.一种采用如权利要求1至4任意一项大单重钢锭的钢锭模制备大单重钢锭的的方法，其特征在于，它采用以下步骤进行：

a.钢锭模准备：将钢锭模的底面（3）放置在浇注平台上，底注孔（8）与浇道相连接，将钢锭模的两侧面（4）通过弹簧紧压装置与前端面（1）压紧，能够实现前端面（1）与后端面（2）的相对转动，钢锭模前端面（1）和后端面（2）衔接部位用可燃物质封闭，防止钢液注入初期沿缝隙渗出，同时在钢锭模内加入保护渣；

b.浇注准备：浇注前利用液压装置通过液压顶杆（7）和加强肋（9）的作用，将钢锭模前端面（1）围绕转轴（6）向外旋转0.5°-2°的倾角；

c.冷却准备：浇注前开启冷却水管路，向前端面（1）和后端面（2）的冷却水通水孔（5）内注入冷却水，保证冷却水的水流通道畅通；

d.钢液浇注：开始浇注时钢锭模上部预留一定量的正开口度，随着浇注进行，坯壳首先形成，且钢锭下部坯壳较厚，待钢水浇注完毕至钢锭下部完全凝固，通过液压顶杆（7）的作用将前端面（1）向钢锭慢速挤压，以降低心部的补缩不足，直到钢锭完全凝固，锭模可动部分达到垂直位置，整支钢锭形成完全的方块形。

6.根据权利要求5所述的制备大单重钢锭的的方法，其特征在于：钢液浇注开始不能立即强水流冷却，避免钢锭底部过早凝固导致上部钢液断流，冷却水的增加必须随钢液液位高度的上升由下向上逐步加强，当钢锭底部完全凝固后，加强水流量并启用液压压紧，减少补缩不足产生的缩孔。

7.根据权利要求6所述的制备大单重钢锭的的方法，其特征在于：冷却水流量和压力可实现连续或分挡调节。