CN104525879B - 表面覆盖特性材料钢材的连铸生产设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种表面覆盖特性材料钢材的连铸生产设备及方法。该连铸生产设备包括用于使钢水降温和凝固的窄面结晶器、用于不断向该窄面结晶器输入宽面特性材料板带的输入装置、用于隔绝宽面特性材料板带与渣面接触的挡渣板。该设备易于实现一体化高效生产表面特性材料的钢种；原理和结构简单，便于维护，投资小，易于实现；系统集成度高；可以提高产品品质、提高生产效能、成品率高；创新性的以连铸生产过程中导入表面特性材料，不造成额外加工过程中的物料、资源的污染和浪费。

Description

表面覆盖特性材料钢材的连铸生产设备及方法

技术领域

本发明属冶金连铸领域，涉及一种连铸生产设备及生产方法，特别涉及一种表面覆盖特性材料钢材的连铸生产设备及方法。

背景技术

使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。连铸技术的迅速发展是当代钢铁工业发展的一个非常引人注目的动向，连铸之所以发展迅速，主要是它具有较大的技术经济优越性，主要表现在以下几个方面：简化生产工序，由于连铸可以省去初轧开坯工序，不仅节约了均热炉加热的能耗，而且也缩短了从钢水到成坯的周期时间；提高金属的收得率，采用钢锭模浇铸从钢水到成坯的收得率大约是84～88％，而连铸约为95～96％，因此采用连铸工艺可节约金属7～12％，这是一个相当可观的数字；节约能量消耗，据有关资料介绍，生产1吨连铸坯比模铸开坯省能627～1046KJ，相当于21.4～35.7kg标准煤，再加上提高成材率所节约的能耗大于100kg标准煤。按我国目前能耗水平测算，每吨连铸坯综合节能约为130kg标准煤；改善劳动条件，易于实现自动化，连铸的机械化和自动化程度比较高，连铸过程已实现计算机自动控制，使操作工人从笨重的体力劳动中解放出来。近年来，随着科学技术的发展，自动化水平的提高，电子计算机也用于连铸生产的控制，除浇钢开浇操作外，全部都由计算机控制；铸坯质量好，由于连铸冷却速度快、连续拉坯、浇铸条件可控、稳定，因此铸坯内部组织均匀、致密、偏析少、性能也稳定。

随着材料工业的发展及材料科学的进步，近年来，钢铁工业为了延伸产业链，覆盖高端应用市场以应对蓬勃发展的有色金属产业的竞争，在表面特性材料生产领域进行了大量投入和研发。所谓表面特性材料是指为了克服钢铁接触界面存在的性能不足，有针对性的在钢铁材料表面覆盖一层特殊材料以弥补。该材料根据需要，可以是Ti、Cu、Al等。而根据表面特性材料的覆盖工艺，又可分为表面涂镀、复合轧制等多种工艺。

目前，对于复合轧制而言，生产复合板的基本工艺可分为表面预处理—冷轧或热轧复合—热处理三个阶段，国外先进国家也都采用这一工艺。表面预处理通常采用先蚀洗，在用钢丝刷刷光，目的是清除表面氧化膜、油污及脏污等，获得洁净表面。热处理或扩散退火是为了增强结合面原子的扩散，使复合结点长大，增加实际复合面积，提高结合强度，以满足继续加工或使用的性能要求。由于面临着复合材料表面预清理等诸多限制环节，在成材率、生产率很低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种表面覆盖特性材料钢材的连铸生产设备。该连铸生产设备可以在连铸生产过程中将特性材料导入，作为结晶器的两个表面，钢水在特性材料表面逐渐凝固，形成表面为特性材料的连铸钢坯。所得到的连铸钢坯经过轧制变形，最终形成表面具有特性功能的钢材产品。此连铸系统和连铸方法可以省略传统复合轧制工艺中特性材料层和钢坯层的表面预清理环节，增加了成材率,提高了生产效率。

本发明的另一目的在于提供一种表面覆盖特性材料钢材的连铸生产方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种表面覆盖特性材料钢材的连铸生产设备，包括：

窄面结晶器，包括：两块窄面铜板，平行设置；两个窄面铜板的支撑调节装置，分别用于支撑调节所述两块窄面铜板，所述两块窄面铜板分别通过所述支撑调节装置固定于浇注平台；两条宽面特性材料板带，平行设置于所述两块窄面铜板之间并与所述两块窄面铜板围成所述窄面结晶器的空腔，以使钢水在所述空腔内降温和凝固；两个宽面特性材料板带的连铸支撑装置，分别用于支撑和约束所述两块宽面特性材料板带，保证所述宽面特性材料板带的平整输送；

两个宽面特性材料板带输入装置，分别设置于所述窄面结晶器的两宽面侧，用于将宽面特性材料板带不断的传输到所述窄面结晶器内以使不断被拉出的两条宽面特性材料板带填充到所述窄面结晶器的宽面处，同时控制所述宽面特性材料板带的输入速率以及输入方向。

两个挡渣板，均插入所述窄面结晶器的渣面层下方，且所述两个挡渣板下边缘分别与所述两个宽面特性材料板带抵接，以隔绝所述宽面特性材料板带与渣面的接触。

在上述连铸生产设备中，作为一种优选实施方式，所述宽面特性材料板带的连铸支撑装置包括一组沿竖直方向设置的支撑辊道，在连铸过程中通过所述支撑辊道和所述宽面特性材料板带之间产生的摩擦力来约束和传动特性材料板带，保证所述宽面特性材料板带的平整输送。

在上述连铸生产设备中，作为一种优选实施方式，所述宽面特性材料板带输入装置包括：一组传输辊道，以按照规定速度将宽面特性材料板带输送至所述窄面结晶器的宽面处；以及夹持辊，设置于所述传输辊道的终端处，所述夹持辊与所述传输辊道中的终端传输辊组合，用于夹持所述宽面特性材料板带以控制所述宽面特性材料板带进入所述窄面结晶器内的速度以及方向。

在上述连铸生产设备中，作为一种优选实施方式，所述宽面特性材料板带输入装置的前面还设置有开卷机，用于将卷曲状态的宽面特性材料板带开卷。

在上述连铸生产设备中，作为一种优选实施方式，所述宽面特性材料板带输入装置的后面还设有矫直机，用于将宽面特性材料板带矫直。

在上述连铸生产设备中，作为一种优选实施方式，所述挡渣板的下缘伸入渣面以下5～20mm，并且倾斜放置。更优选，所述挡渣板与所述宽面特性材料板带的夹角α为10～30度。

在上述连铸生产设备中，作为一种优选实施方式，所述挡渣板的上端固定于浇注平台上。

在上述连铸生产设备中，作为一种优选实施方式，所述挡渣板由耐火材料构成。

在上述连铸生产设备中，作为一种优选实施方式，所述挡渣板下端设有吹氩气口，以避免所述挡渣板附近钢液氧化。更优选，所述吹氩气口与所述挡渣板下边缘的垂直距离为1～5mm。

在上述连铸生产设备中，作为一种优选实施方式，所述连铸生产设备还包括连铸水口，设置于所述结晶器上方，用于将钢液输入至窄面结晶器内；所述连铸水口内设置塞棒，用于控制所述窄面结晶器内的钢液液面。更优选，所述连铸水口为浸入式水口。

一种连铸机，包括上述连铸生产设备。

一种表面覆盖特性材料钢材的连铸生产方法，包括如下工序：

开浇前，将宽面特性材料板带输送至窄面结晶器的两宽面处，与所述窄面结晶器的两窄面铜板组合成所述窄面结晶器的空腔；

开浇过程，将钢液送入所述窄面结晶器内，并通过所述窄面结晶器外侧的冷却系统使所述窄面结晶器内的钢液冷却并凝固；

开浇后，随连铸坯被拉出，所述宽面特性材料板带也一同被拉出，拉坯速度与板带传输速度相同，从而使宽面特性材料板带形成连铸坯的表层。

在上述生产方法中，作为一种优选实施方式，所述生产方法采用上述连铸生产设备或上述连铸机来完成，具体如下：

开浇前，先利用两个宽面特性材料板带输入装置将宽面特性材料板带分别输送至窄面结晶器的两宽面处，从而使输入到所述窄面结晶器的宽面特性材料板带与所述窄面结晶器的两窄面铜板组合成所述窄面结晶器的空腔；然后将挡渣板插入窄面结晶器保护渣渣面以下，并将所述挡渣板下边缘贴合于所述宽面特性材料板带；

开浇过程，将中间包中的钢液通过设置于所述中间包出口处的浸入式水口送入至所述窄面结晶器内，并通过设置于所述窄面结晶器外侧的冷却系统使所述窄面结晶器内的钢液冷却并凝固；

开浇后，随连铸坯被拉出，所述宽面特性材料板带也一同被拉出，并由所述宽面特性材料板带的连铸支撑装置和所述宽面特性材料板带输入装置来控制所述宽面特性材料板带的传输速度，其中，拉坯速度与所述板带传输速度相同，从而使宽面特性材料板带形成连铸坯的表层。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)易于实现一体化高效生产表面特性材料的钢种；

2)原理和结构简单，便于维护，投资小，易于实现；

3)系统集成度高；

4)可以提高产品品质、提高生产效能、成品率高；

5)创新性的以连铸生产过程中导入表面特性材料，不造成额外加工过程中的物料、资源的污染和浪费。

附图说明

图1是本发明表面覆盖特性材料钢材的连铸生产设备的平面示意图；

图2是本发明窄面结晶器的俯视图。

其中：1.宽面特性材料板带、2.宽面特性材料板带的连铸支撑辊道、3.宽面特性材料板带输入辊道、4.夹持辊、5.挡渣板、6.结晶器保护渣层、7.浸入式水口、8.窄面铜板、9.窄面铜板的支撑调节装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但不限于此。

本发明提供的表面覆盖特性材料钢材的连铸生产设备，参见图1和图2，包括用于使钢水降温和凝固的窄面结晶器、用于不断向该窄面结晶器输入宽面特性材料板带的输入装置、用于隔绝宽面特性材料板带1与渣面接触的挡渣板5以及用于向结晶器内浇注钢液的水口。下面对本发明连铸生产设备的各部件一一进行说明。

窄面结晶器，包括：平行设置的两块窄面铜板8；两个分别用于支撑和调节两块窄面铜板8的支撑调节装置9；平行设置于两块窄面铜板8之间的两条宽面特性材料板带1，两块窄面铜板8与两条宽面特性材料板带1围成窄面结晶器的空腔，在该空腔内浇注钢水并使钢水降温和凝固；以及两个宽面特性材料板带的连铸支撑装置，分别用于支撑和约束两块宽面特性材料板带1，同时在连铸过程根据连铸坯的拉坯速率调整宽面特性材料板带1的输入速率，控制输入方向，并保证宽面特性材料板带1的平整输送。传统的结晶器多由固定不动的两窄面铜板和两宽面铜板组成，相对于传统的窄面结晶器而言，本发明采用了可连续不断向窄面结晶器的宽面壁上输入宽面特性材料板带1的方式替代了现有的固定不动的宽面铜板，从而在拉坯过程中将宽面特性材料板带1和连铸坯一起拉出，特性材料板带形成连铸钢坯的表面部分，即实现在连铸过程中导入表面特性材料，不造成额外加工过程中的物料、资源的污染和浪费，易于实现一体化高效生产表面特性材料的钢种。所得到的连铸钢坯经过轧制变形，最终形成表面具有特性功能的钢材产品。本发明以显著提高表面覆盖特性材料钢材的生产效率。

有关窄面铜板8以及窄面铜板8的支撑调节装置9都与现有窄面结晶器的相应部件相同，在此不再一一赘述。窄面铜板8可与传统结晶器的固定方式相同，可通过支撑调节装置9与浇注平台相连。下面对宽面特性材料板带1和宽面特性材料板带的连铸支撑装置进行具体描述。

窄面结晶器中使用的宽面特性材料板带1是根据实际生产需要进行调节的，比如根据生产需要对板带1的宽度、材质进行选择，其材质可以是Ti、Cu、Al等板材。

宽面特性材料板带的连铸支撑装置，为两套，分别用于支撑窄面结晶器两侧的宽面特性材料板带1，该支撑装置包括一组沿竖直方向设置的支撑辊道2，在宽面特性材料板带向下运行过程中，所述支撑辊道和所述宽面特性材料板带之间产生摩擦力，用以约束和传动特性材料板带。该连铸支撑装置和宽面特性材料板带输入装置共同配合以按照要求的传输速度将板带1平稳的传送。支撑辊道2主要调节板带1中的张力，以保证宽面特性材料板带1的平整输送。另外，支撑辊道2还可以防止宽面特性材料板带1的变形。

两个宽面特性材料板带输入装置，分别设置于窄面结晶器的两宽面侧，用于将宽面特性材料板带1不断的传输到窄面结晶器内的宽面壁处以使不断被拉出的两条宽面特性材料板带1填充到所述窄面结晶器的宽面处。具体地，该宽面特性材料板带输入装置包括一组传输辊道3，以按照规定速度将宽面特性材料板带1输送至窄面结晶器的宽面处；以及夹持辊4，设置于辊道3终端处，夹持辊4与输入辊道3中的终端传输辊组合以夹持宽面特性材料板带1来控制宽面特性材料板带1进入窄面结晶器内的速度以及方向。控制板带传输速度与现有辊机、传送辊的传送原理相同，即通过辊道电机转速来实现。优选地，宽面特性材料板带输入装置的前面还设置有开卷机，用于将卷曲状态的宽面特性材料板带开卷；宽面特性材料板带输入装置的后面还设有矫直机，用于将宽面特性材料板带矫直，以保证所输入的板带的平直。

根据钢水静压力的不同，板带宽面特性材料板带输入装置和宽面特性材料板带的连铸支撑装置之间必须有一定的张力，才能实现平稳输入。在连铸过程中，连铸支撑辊道2、板带传输辊道3和夹持辊4的同时作用实现板带1的连续、平稳输入，具体地，传输辊道3主要根据连铸坯的拉坯速率调整宽面特性材料板带1的输入速率，并与夹持辊4协同作用控制板带的输入方向，支撑辊道2主要调节板带中的张力，保证宽面特性材料板带的平整输送。

两个挡渣板5，均插入窄面结晶器保护渣面层6下方，且两个挡渣板5下边缘分别与两个宽面特性材料板带1抵接或者说是贴合，以防止宽面特性材料板带1与渣面接触，从而避免板带与钢基体之间卷渣。

具体地，挡渣板5由耐火材料构成，其整个宽度正好覆盖整个宽面特性材料板带的宽度，这样可以充分避免宽面特性材料板带1与渣面接触，挡渣板5的下端设有吹氩气口(图中未示出)，用于吹氩，使挡渣板5与板带1之间形成氩封空间，以避免挡渣板5附近的钢液氧化。吹氩气口与挡渣板5的下边缘的垂直距离优选为1～5mm。挡渣板5倾斜放置且挡渣板5与宽面特性材料板带1的夹角α优选为10～30度，该角度越小越好，其有利于减小挡渣板5与特性材料板带1接触处上方的空隙，有利于防止钢水的氧化，但是角度太小又不利于夹持辊4的安装，因此，本发明挡渣板5与宽面特性材料板带1的夹角最适为10～30度。挡渣板5的下边缘伸入渣面以下5～20mm。对于挡渣来说，伸到渣面下的距离越大越好；但距离太大，挡渣板5与板带1贴合处钢水溢到板带1与挡渣板5空间的概率增大；挡渣板5的下边缘伸入渣面以下5-20mm时的钢水液压，不会造成渗漏。挡渣板5的上边缘可固定于浇注平台上，为了固定方便，挡渣板5可以设计为V型结构，如图1所示，V型结构的两端中一端与宽面特性材料板带1贴合，另一端固定于浇注平台上。为了能够让挡渣板5起到支撑的作用，挡渣板5的下边缘优选为一竖直平面，且挡渣板5的竖直平面与支撑辊道2的支撑边缘位于同一竖直面上。

连铸水口，设置于窄面结晶器上方，在开浇时根据拉坯速率、结晶器截面尺寸等参数将钢液输送至所述结晶器中，该水口，与现有连铸技术中的水口构成、结构、作用相一致。所述连铸水口内还设置塞棒，用于控制所述窄面结晶器内的钢液液面。优选，所述连铸水口为浸入式水口7。

以上是本发明提供的连铸生产设备，但是本发明也包括采用上述连铸生产设备的连铸机，该连铸机还可以包括位于窄面结晶器外部的冷却系统(即水冷系统)、中间罐、结晶器振动机构、引锭杆、二次冷却道、拉矫机以及切割机，这些部件或装置均与现有连铸机中相应装置或部件相同，在此不再一一赘述。

下面详细介绍一下本发明提供的表面覆盖特性材料钢材的连铸生产方法，在本发明的实施例中，该生产方法采用上述连铸生产设备或上述连铸机来完成。

实施例表面覆盖特性材料钢材的连铸生产方法

具体包括如下工序：

开浇前，先利用开卷机将卷曲的特性材料板带开卷，然后将开卷的板带送入宽面特性材料板带输入装置的传输辊道上，经由加持辊输送至窄面结晶器的宽面处，从而使输入到窄面结晶器两宽面处的宽面特性材料板带与窄面结晶器的两窄面铜板组合成窄面结晶器的空腔；然后将挡渣板插入窄面结晶器保护渣渣面以下15mm左右，并将挡渣板下边缘贴合于宽面特性材料板带，使挡渣板与宽面特性材料板带的夹角α为20度左右。

开浇过程，将中间包中的钢液通过设置于中间包出口处的浸入式水口送入至窄面结晶器内，窄面结晶器外侧的冷却系统向窄面铜板和特性材料板带喷冷却水，冷却水带走钢水的凝固潜热，使窄面结晶器内的钢液冷却并凝固，由于特性材料板带温度较低，在钢水凝固的过程中钢水与输入结晶器的宽面特性材料板带凝固在一起；另外，在整个开浇过程中，都通过设置于挡渣板下端的氩气口吹氩，氩气流量为15～40L/min，氩气压力为0.4～2.0MPa，本发明的整个开浇过程及开浇技术与现有连铸技术通用。

开浇后，拉坯，随连铸坯被拉出，宽面特性材料板带也一同被拉出，并由宽面特性材料板带的连铸支撑装置和宽面特性材料板带输入装置来控制宽面特性材料板带的传输速度，也就是说，开浇后随连铸坯运行由宽面特性材料连铸支承装置控制连铸坯平稳下行并提供支撑；随着连铸进行宽面特性材料板带输入装置伴随工作，并由传输辊和其终端的夹持辊控制穿过其中的板带传输速度和传输方向；其中，拉坯速度与所述板带传输速度相同，从而使宽面特性材料板带形成连铸坯的表层。

应当理解，这些具体实施方式仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种表面覆盖特性材料钢材的连铸生产设备，其特征在于，包括：

窄面结晶器，包括：两块窄面铜板，平行设置；两个窄面铜板的支撑调节装置，分别用于支撑调节所述两块窄面铜板，所述两块窄面铜板分别通过所述支撑调节装置固定于浇注平台；两条宽面特性材料板带，平行设置于所述两块窄面铜板之间并与所述两块窄面铜板围成所述窄面结晶器的空腔，以使钢水在所述空腔内降温和凝固；两个宽面特性材料板带的连铸支撑装置，分别用于支撑和约束所述两块宽面特性材料板带，保证所述宽面特性材料板带的平整输送；

两个宽面特性材料板带输入装置，分别设置于所述窄面结晶器的两宽面侧，用于将宽面特性材料板带不断的传输到所述窄面结晶器内以使不断被拉出的两条宽面特性材料板带填充到所述窄面结晶器的宽面处，同时控制所述宽面特性材料板带的输入速率以及输入方向；

两个挡渣板，均插入所述窄面结晶器的渣面层下方，且所述两个挡渣板下边缘分别与所述两个宽面特性材料板带抵接，以隔绝所述宽面特性材料板带与渣面的接触。

2.根据权利要求1所述的连铸生产设备，其特征在于，所述宽面特性材料板带的连铸支撑装置包括一组沿竖直方向设置的支撑辊道，在连铸过程中通过所述支撑辊道和所述宽面特性材料板带之间产生的摩擦力来约束和传动所述宽面特性材料板带，保证所述宽面特性材料板带的平整输送。

3.根据权利要求1所述的连铸生产设备，其特征在于，所述宽面特性材料板带输入装置包括：一组传输辊道，以按照规定速度将所述宽面特性材料板带输送至所述窄面结晶器的宽面处；以及

夹持辊，设置于所述传输辊道的终端处，所述夹持辊与所述传输辊道中的终端传输辊组合，用于夹持所述宽面特性材料板带以控制所述宽面特性材料板带进入所述窄面结晶器内的速度以及方向。

4.根据权利要求1所述的连铸生产设备，其特征在于，所述宽面特性材料板带输入装置的前面还设置有开卷机，用于将卷曲状态的宽面特性材料板带开卷。

5.根据权利要求1所述的连铸生产设备，其特征在于，所述挡渣板的下缘伸入渣面以下5～20mm，并且倾斜放置。

6.根据权利要求5所述的连铸生产设备，其特征在于，所述挡渣板与所述宽面特性材料板带的夹角α为10～30度。

7.根据权利要求1所述的连铸生产设备，其特征在于，所述挡渣板下端设有吹氩气口，以避免所述挡渣板附近钢液氧化。

8.根据权利要求7所述的连铸生产设备，其特征在于，所述吹氩气口与所述挡渣板下边缘的垂直距离为1～5mm。

9.根据权利要求1所述的连铸生产设备，其特征在于，所述连铸生产设备还包括连铸水口，设置于所述结晶器上方，用于将钢液输入至窄面结晶器内；所述连铸水口内设置塞棒，用于控制所述窄面结晶器内的钢液液面。

10.根据权利要求9所述的连铸生产设备，其特征在于，所述连铸水口为浸入式水口。

11.一种连铸机，包括权利要求1-10中的任意一项所述的连铸生产设备。

12.一种表面覆盖特性材料钢材的连铸生产方法，其特征在于，所述生产方法采用权利要求1-10中的任意一项所述的连铸生产设备或权利要求11所述的连铸机来完成，具体如下：

开浇前，先利用两个宽面特性材料板带输入装置将宽面特性材料板带分别输送至窄面结晶器的两宽面处，从而使输入到所述窄面结晶器的宽面特性材料板带与所述窄面结晶器的两窄面铜板组合成所述窄面结晶器的空腔；然后将挡渣板插入窄面结晶器保护渣渣面以下，并将所述挡渣板下边缘贴合于所述宽面特性材料板带；

开浇过程，将中间包中的钢液通过设置于所述中间包出口处的浸入式水口送入至所述窄面结晶器内，并通过设置于所述窄面结晶器外侧的冷却系统使所述窄面结晶器内的钢液冷却并凝固；

开浇后，随连铸坯被拉出，所述宽面特性材料板带也一同被拉出，并由所述宽面特性材料板带的连铸支撑装置和所述宽面特性材料板带输入装置来控制所述宽面特性材料板带的传输速度，其中，拉坯速度与所述板带传输速度相同，从而使宽面特性材料板带形成连铸坯的表层。