CN104259413A - 一种生产大规格椭圆坯的连铸系统及连铸工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产大规格椭圆坯的连铸系统包括：中间包：中间包内设置有与感应加热装置相配合的连续测温装置；结晶器：结晶器内设置有搅拌钢水的电磁搅拌装置；二次冷却区：包括弧形导向段和分布在弧形导向段两侧的雾化水喷嘴；拉矫机构：包括对椭圆坯实施连续矫直的多台拉矫机，多台拉矫机沿椭圆坯的行进方向呈下降趋势排布以及切割机、缓冷坑和抛丸机。本发明还包括基于该连铸系统的连铸工艺，具有流程短，成本低的优点，所制得的椭圆坯不仅具有优良的表面质量，而且其横断面的低倍质量达到了国家的一级标准，且椭圆坯的成材率达到了96%，比模注工艺高10%以上。

Description

一种生产大规格椭圆坯的连铸系统及连铸工艺
技术领域
本发明涉及生产椭圆坯的连铸系统及连铸工艺，具体涉及针对生产特大规格超高合金椭圆坯所采用的连铸系统及基于该连铸系统的连铸工艺。
背景技术
当前世界经济形势复杂多变，钢铁行业正面临原材料成本高和产能过剩的双重压力，正逐步走进微利时代。提高产品质量、树立品牌形象有利于提高企业的市场竞争力，对于厚板材的制造，将连铸椭圆坯代替板坯进行厚板材的轧制，通过提高轧制压缩比等可改善厚板材的内部质量。特大规格椭圆坯作为异型坯，目前的生产工艺是用模铸工艺生产。由于模铸工艺生产效率低下，能耗高，成材率低的缺点导致其生产成本很高，并且质量也不稳定，难以满足现场需求。因此，开发椭圆坯连铸工艺替代模铸工艺成为行业趋势。
中国发明专利《圆坯连铸方法和圆坯连铸系统》（授权公告号CN102343429B）公开了一种圆坯连铸系统，通过根据拉速确定沿连铸方向设置的不同喷淋段的单位面积上铸坯冷却强度，能够在连铸坯壳凝固、冷却并逐渐变厚的过程中使坯壳冷却均匀而防止圆管坯产生中心裂纹等内部缺陷。然而，美中不足的是该系统只适于制造直径在388～450mm的铸坯，对于尺径更大的椭圆坯，则无法保证其性能。
此外，现有圆坯连铸系统在生产圆坯过程中还存在着如下主要问题：在中间包对钢水加热步骤中，由于缺乏有效的控制手段，钢水的过热度最低仅仅能稳定控制在20～30℃，而不能实现低过热度浇注。再有，现有连铸系统在生产φ600mm大规格圆坯时，不同程度的会在浇注时出现结晶器表面钢水结壳凝固的问题，而给正常浇注，带来很多困难，特别在生产更大规格椭圆坯的时候，结晶器表面钢水结壳凝固现象或将导致整个生产线瘫痪。除此之外，由于椭圆坯的轻压下技术尚未开发出来，特大规格椭圆坯在浇注凝固时所产生得大收缩量将无法补足，势必引起坯料中心产生严重的偏析和疏松，这也是限制采用现有圆坯连铸系统生产更大尺径圆坯的重要原因。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种大规格椭圆坯连铸系统，不仅保证生产过程的顺利实施，而且能够确保生产出的大规格椭圆坯内外质量兼优，且尤能满足φ900*1350mm大规格椭圆坯的生产制造。
本发明所要解决的另一技术问题是提供一种基于上述大规格椭圆坯连铸系统的连铸工艺。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种生产大规格椭圆坯的连铸系统，包括：依次设置的中间包：用于盛接由钢包注入的钢水并配有用于加热钢水的感应加热装置，所述中间包内设置有与所述感应加热装置相配合的连续测温装置；结晶器：用于将钢水冷凝成带有液心的椭圆坯，所述结晶器内设置有搅拌钢水的电磁搅拌装置，所述结晶器下方设置有驱动椭圆坯从结晶器内排出的结晶器振动装置；二次冷却区：包括由两两对应成一组的多组夹辊沿椭圆坯的行进方向排列而成的弧形导向段，和分布在所述弧形导向段两侧的冷却水喷嘴；拉矫机构：包括对椭圆坯实施连续矫直的多台拉矫机，所述多台拉矫机沿椭圆坯的行进方向呈平缓的下降趋势排布；所述拉矫机构末端顺次设置有将椭圆坯切割成定尺椭圆坯的切割机，对定尺椭圆坯实施缓冷的缓冷坑以及对缓冷后的定尺椭圆坯进行表面检查、清理的抛丸机。
具体地，所述拉矫机包括机架，上下相对设置于所述机架上的上、下辊，与所述上辊连接的减速机和驱动所述减速机的电机，所述上辊和下辊之间间隔有供椭圆坯通过的间距。实际生产中，对于特大规格如φ900*1350mm椭圆坯的生产，对拉矫机的拉矫速度有着严格的控制，为此，所述拉矫机优选辊径在φ450mm以上的拉矫辊和10级以上的电机以提高对拉矫速度的稳定控制。
优选地，所述多台拉矫机排布的总下降高度为20～25mm，在拉矫机构对椭圆坯实施凝固末端轻压下的过程中，使椭圆坯具有10～15mm的大压下量，从而解决椭圆坯中心偏析、中心疏松的质量问题，并可以防止因轻压下导致椭圆坯产生的裂纹，提高了椭圆坯的心部质量。
优选地，所述弧形导向段两侧的冷却水喷嘴为雾化水喷嘴，实现了椭圆坯表面的均匀冷却，有助于有效控制椭圆坯的冷却速度，避免在二次冷却区椭圆坯表面各处形成温差，有助于提高椭圆坯的表面质量。
本发明解决另一技术问题的技术方案为，
一种基于上述生产大规格椭圆坯的连铸系统的连铸工艺，包括如下步骤：
a．将钢包内的钢水注入中间包，打开中间包的感应加热装置加热钢水，并配合连续测温装置控制中间包内钢水的过热度为10～20℃；
b. 将中间包内的钢水注入结晶器并在钢水表层铺设保护渣，对钢水进行冷却和搅拌使钢水冷凝成带有液心的椭圆坯，结晶器冷却水的喷射量为500～700m3/h，搅拌电流为50～150A，搅拌频率为2～4Hz；
c. 启动拉矫机构和结晶器振动装置，使带有液心的椭圆坯进入二次冷却区并控制椭圆坯于弧形导向段内的行进速度为0.05～0.25m/min，同时，打开弧形导向段两侧的冷却水喷嘴对椭圆坯进行二次冷却，二次冷却的比水量为0.1～0.3L/kg；
d. 椭圆坯进入拉矫机构，多台拉矫机对椭圆坯进行连续矫直，矫直温度控制在850～950℃，多台拉矫机沿椭圆坯行进方向排布的总下降高度为20～25mm，以实现对椭圆坯矫直的同时实施轻压下，多台拉矫机的总压下量为5～10mm；
e．椭圆坯矫直且完全凝固后由切割机切成定尺椭圆坯，并控制定尺椭圆坯的温度在600℃以上；
f．将温度在600℃以上的定尺椭圆坯送入缓冷坑缓冷24～48h；
g．采用抛丸机对缓冷后的定尺椭圆坯进行表面检查、清理，即制得椭圆坯成品。
优选地，步骤c中所述冷却水喷嘴为雾化水喷嘴。
优选地，步骤b中所述保护渣的主要成分包括：SiO2:28～32%、Al2O3:14～18%、CaO:26～30%、C:14～18%，其主要理化性能检验指标为：碱度：0.8～1.0，熔点：1220～1240℃、粘度：0.8～1Pa.S。该保护渣有利于改善大规格椭圆坯低速浇注时结晶器表面钢水易凝固的现象，有利于钢水的顺利浇注。
本发明具有如下特点
(1) 通过在中间包内安装实时测量钢水温度的连续测温装置，并使之与中间包的感应加热装置相配合，有效控制中间包内钢水加热的低过热度在10～20℃，从而实现钢水的低温浇注，保证了椭圆坯内部等轴晶区比率大于60%，从而提高了大规格椭圆坯具有良好的内部质量。
(2) 通过在结晶器内安装搅拌钢水的电磁搅拌装置，在钢水冷凝时同时低速搅拌钢水，有利于及时排放钢水过热、降低钢水内部温差，不仅有利于结晶器内部钢水的冷凝结壳而且有助于消除结晶器表面钢水凝固结壳的现象，使钢水顺利浇注。
(3) 二次冷却区布置的喷嘴喷出的雾化水，有利于椭圆坯表面的均匀冷却而提高椭圆坯的表面质量。
(4) 对于大规格椭圆坯的生产，坯料的中心偏析、中心疏松会更加严重，本发明采用多台拉矫机对椭圆坯实现矫直并控制多台矫直机沿椭圆坯的行进方向呈一定的下降趋势，在椭圆坯的凝固末端同步实现矫直和轻压下。同时，控制拉矫速度在0.05～0.25m/min的低速状态以保证椭圆坯凝固末端的位置在拉矫区域内，控制轻压下的量在10～15mm的大压下量以克服椭圆坯凝固末端中心偏析、中心疏松的缺点，且可以防止因轻压下使椭圆坯产生裂纹。
(5) 二次冷却区的冷却水比水量控制在0.1～0.3L/kg，有利于使椭圆坯在下一步的矫直工序中的表面温度控制在850～950℃，避开脆性温度范围的700～850℃，从而避免了矫直时表面裂纹的产生。
(6) 对于大规格椭圆坯的生产，由于椭圆坯的厚度较大，采用常规矫直方式难以做到，为此本发明设计了连续矫直工艺，采用多台拉矫机沿椭圆坯的行进方向分布，并控制椭圆坯在每台拉矫机上的延伸率在形成裂纹的临界值以下，以避免连续矫直工艺中椭圆坯产生内、外矫直裂纹。
(7) 对于大规格椭圆坯的生产，若采用常规冷床对切割后的椭圆坯正常冷却，会因为冷却过快而导致椭圆坯易开裂报废，成品率降低，本发明采用高温下线工艺，控制椭圆坯切割后表面温度仍然在600℃以上并及时放入缓冷坑缓冷，有效防止了冷却裂纹的产生。若不能及时进缓冷坑，采用热送的方式也可以避免冷却裂纹的产生。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供了一套生产大规格椭圆坯的连铸系统，通过对连铸系统中中间包、结晶器、二次冷却区以及拉矫机构的改进，分别保证了椭圆坯的低温连铸、消除了结晶器表面钢水凝固结壳的现象、二次冷却区椭圆坯的均匀冷却以及拉矫工艺中同步实现矫直和轻压下工艺，保证了大规格椭圆坯生产过程的顺利实施，以及椭圆坯的内外质量。基于前述连铸系统的连铸工艺进一步限定了大规格椭圆坯的浇注工艺中的各项参数，使制造的椭圆坯不仅具有优良的表面质量，而且其横断面的低倍质量达到了国家（行业）的一级标准，椭圆坯中心疏松≤1.5级、中心裂纹0.5级、残余缩孔0.5级，该连铸工艺使椭圆坯的成材率达到了96%，比模注工艺高10%以上，且流程短，成本低，便于工业批量生产。
附图说明
图1为本发明实施例中生产大规格椭圆坯的连铸系统结构示意图；
图2为本发明实施例中9台拉矫机的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，为了便于钢水的转移，本实施例中的生产大规格椭圆坯的连铸系统与钢包回转台2配合安装，其具体包括：顺次设置的中间包3：用于盛接由钢包1注入的钢水并配有用于加热钢水的感应加热装置4，中间包3内设置有与感应加热装置4相配合的连续测温装置14；结晶器5：用于将钢水冷凝成带有液心的椭圆坯，结晶器5内设置有搅拌钢水的电磁搅拌装置6，结晶器5下方设置有驱动椭圆坯从结晶器5内排出的结晶器振动装置16；二次冷却区：包括由两两对应成一组的多组夹辊7沿椭圆坯的行进方向排列而成的弧形导向段18，和分布在弧形导向段18两侧的冷却水喷嘴17，其中冷却水喷嘴17为雾化水喷嘴以实现于弧形导向段内椭圆坯得以均匀冷却；拉矫机构：包括对椭圆坯实施连续矫直的9台拉矫机10，9台拉矫机实现对椭圆坯的连续矫直；拉矫机构末端还设置有将椭圆坯切割成定尺椭圆坯的切割机13，对定尺椭圆坯实施缓冷的缓冷坑12以及对缓冷后的定尺椭圆坯进行表面检查、清理的抛丸机11。
如图2所示，9台拉矫机沿椭圆坯的行进方向呈下降趋势分布，且总的下降高度控制在20～25mm，任一拉矫机包括机架10.5，上下相对设置于机架10.5上的上、下辊10.3、10.4，与上辊10.3连接的减速机10.2和驱动减速机10.2的电机10.1，上辊10.3和下辊10.4之间间隔有供椭圆坯通过的间距，本实施例中上辊和下辊的辊径为450mm，电机10.1选用10级电机。
基于上述连铸系统的生产大规格椭圆坯的连铸工艺具体如下：以生产规格φ900*1350mm大规格椭圆坯为例，
将冶炼好的钢水注入钢包1，由钢包回转台2将钢包1转移至中间包2上方，钢水通过钢包1底部的水口注入到中间包3内，启动感应加热器4和连续测温装置14，对中间包3内的钢水加热并控制钢水的过热度在10~20℃范围内；
中间包3的出水口位置被预先对准结晶器5，钢水流入下口由引锭杆头封堵的结晶器5，在钢水表层铺设保护渣15，钢水沿结晶器周边逐渐冷凝成钢壳，结晶器冷却水量控制在500～700m3/h，同时打开电磁搅拌装置6对结晶器5内的钢水进行搅拌，搅拌电流50～150A，搅拌频率2～4Hz；当结晶器下端出口处坯壳有的厚度达到30mm或以上时，同时启动拉矫机10和结晶器振动装置16，使带有液心的椭圆坯9（其心部仍为液相穴8）进入由夹辊7组成的弧形导向段18即二次冷却区，椭圆坯一边下行，行进速度为0.05～0.25m/min，一边经受弧形导向段18两侧雾化水喷嘴17喷出的雾化水对其强制冷却，二次冷却的比水量控制0.1～0.3L/kg；当引锭杆出拉矫机10后将其与椭圆坯脱开，采用九台拉矫机10对椭圆坯实施九点连续矫直，矫直温度控制在850～950℃，在椭圆坯进行矫直的同时，控制九台拉矫机10沿椭圆坯的行进方向具有的总下降高度在20～25mm，从而在椭圆坯凝固末端19对其实施轻压下，总的压下量控制在5～10mm；待椭圆坯被矫直且完全凝固后，由火焰切割机13切成4～6m的定尺椭圆坯，最后由行车使用专用夹具将表面温度600℃以上的定尺椭圆坯吊到缓冷坑12缓冷24～48h，缓冷结束后的椭圆坯用行车吊到抛丸机11进行表面抛丸检查，去除椭圆坯表面的氧化铁皮，对椭圆坯进行表面缺陷检查和清理，保证无缺陷椭圆坯的交付。
本实施中，为了防止结晶器表面因椭圆坯断面大和拉速慢而结壳凝固，结晶器内保护渣15的主要成分包括：SiO2:28～32%、Al2O3:14～18%、CaO:26～30%、C:14～18%，其主要理化性能检验指标为：碱度：0.8～1.0，熔点：1220～1240℃、粘度：0.8～1Pa.S。
经检测，采用上述连铸系统及连铸工艺生产的φ900*1350mm大规格椭圆坯表面质量良好，横断面的低倍质量（包括中心偏析和中心疏松）达到了国家（行业）标准一级，椭圆坯中心疏松≤1.5级、中心裂纹0.5级、残余缩孔0.5级，经过用户试用，完全满足了用户要求。且有效地提高了椭圆坯的成材率，可达96%以上，与模注工艺相比提高了10%以上，整个连铸工艺流程短、成本低、且所生产的椭圆坯质量稳定，便于工业批量生产。

Claims (7)

1.一种生产大规格椭圆坯的连铸系统，其特征在于：包括依次设置的中间包(3)：用于盛接由钢包(1)注入的钢水并配有用于加热钢水的感应加热装置(4)，所述中间包(3)内设置有与所述感应加热装置(4)相配合的连续测温装置(14)；
结晶器(5)：用于将钢水冷凝成带有液心的椭圆坯，所述结晶器(5)内设置有搅拌钢水的电磁搅拌装置(6)，所述结晶器(5)下方设置有驱动椭圆坯从结晶器(5)内排出的结晶器振动装置(16)；
二次冷却区：包括由两两对应成一组的多组夹辊(7)沿椭圆坯的行进方向排列而成的弧形导向段(18)，和分布在所述弧形导向段(18)两侧的冷却水喷嘴(17)；
拉矫机构：包括对椭圆坯实施连续矫直的多台拉矫机(10)，所述多台拉矫机(10)沿椭圆坯的行进方向呈下降趋势排布；
所述拉矫机构末端顺次设置有将椭圆坯切割成定尺椭圆坯的切割机(13)，对定尺椭圆坯实施缓冷的缓冷坑(12)以及对缓冷后的定尺椭圆坯进行表面检查、清理的抛丸机(11)。
2.根据权利要求1所述的生产大规格椭圆坯的连铸系统，其特征在于：所述拉矫机(10)包括机架(10.5)，上下相对设置于所述机架(10.5)上的上、下辊(10.3、10.4)，与所述上辊(10.3)连接的减速机(10.2)和驱动所述减速机(10.2)的电机(10.1)，所述上辊(10.3)和下辊(10.4)之间间隔有供椭圆坯通过的间距。
3.根据权利要求1所述的生产大规格椭圆坯的连铸系统，其特征在于：所述多台拉矫机(10)排布的总下降高度为20～25mm。
4.根据权利要求1所述的生产大规格椭圆坯的连铸系统，其特征在于：所述弧形导向段(18)两侧的冷却水喷嘴(17)为雾化水喷嘴。
5.一种基于权利要求1所述的生产大规格椭圆坯的连铸系统的连铸工艺，其特征在于：包括如下步骤：
a．将钢包(1)内的钢水注入中间包(3)，打开中间包(3)的感应加热装置(4)加热钢水，并配合连续测温装置(14)控制中间包内钢水的过热度为10～20℃；
b. 将中间包(3)内的钢水注入结晶器(5)并在钢水表层铺设保护渣(15)，对钢水进行冷却和搅拌使钢水冷凝成带有液心的椭圆坯，结晶器冷却水的喷射量为500～700m3/h，搅拌电流为50～150A，搅拌频率为2～4Hz；
c. 启动拉矫机构和结晶器振动装置(16)，使带有液心的椭圆坯进入二次冷却区并控制椭圆坯于弧形导向段(18)内的行进速度为0.05～0.25m/min，同时，打开弧形导向段(18)两侧的冷却水喷嘴(17)对椭圆坯进行二次冷却，二次冷却的比水量为0.1～0.3L/kg；
d. 椭圆坯进入拉矫机构，多台拉矫机(10)对椭圆坯进行连续矫直，矫直温度控制在850～950℃，多台拉矫机(10)沿椭圆坯行进方向排布的总下降高度为20～25mm，以实现对椭圆坯矫直的同时实施轻压下，多台拉矫机(10)的总压下量为5～10mm；
e．椭圆坯矫直且完全凝固后由切割机(13)切成定尺椭圆坯，并控制定尺椭圆坯的温度在600℃以上；
f．将温度在600℃以上的定尺椭圆坯送入缓冷坑(12)缓冷24～48h；
g．采用抛丸机(11)对缓冷后的定尺椭圆坯进行表面检查、清理，即制得椭圆坯成品。
6.根据权利要求5所述的一种生产大规格椭圆坯的连铸系统的连铸工艺，其特征在于：步骤c中所述冷却水喷嘴为雾化水喷嘴。
7.根据权利要求5所述的一种生产大规格椭圆坯的连铸系统的连铸工艺，其特征在于：步骤b中所述保护渣的主要成分包括：SiO2:28～32%、Al2O3:14～18%、CaO:26～30%、C:14～18%，其主要理化性能检验指标为：碱度：0.8～1.0，熔点：1220～1240℃、粘度：0.8～1Pa.S。
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