CN105583383A - 一种防止连铸坯表面开裂的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷却设备技术领域，提供了一种防止连铸坯表面开裂的冷却装置，包括高速冷却段、空冷返温段、低速冷却段、框架、冷却喷水单元、位置和温度探测单元、控制单元；冷却喷水单元、位置和温度探测单元分别与控制单元连接；框架上设置有喷头，冷却水管线沿框架布置，水加压装置通过冷却水管线与喷头连接；位置探头位于高速冷却段入口处，温度探头与喷头同处设置；位置探头、温度探头均分别与控制单元连接；本发明的有益效果为：铸坯经过高速冷却段、空冷返温段、低速冷却段，通过位置和温度反馈，实现冷却水流量和压力的动态控制；通过这种冷却/返温过程改善铸坯表面组织，提高表层的强度和塑性，避免在后续过程中铸坯表面开裂。

Description

一种防止连铸坯表面开裂的冷却装置

技术领域

本发明涉及冷却设备技术领域，特别涉及一种防止连铸坯表面开裂的冷却装置。

背景技术

表面裂纹问题一直伴随着连铸技术的发展，铸坯表面一旦开裂，情况轻的需要精整，增加工序和成本，严重的则产生废品，造成严重损失。铸坯表面裂纹的形成与连铸过程密切相关，由于铸坯在结晶器中顺序结晶，在拉坯方向和厚度方向会形成温度梯度，表面率先结晶形成坯壳，心部则还处于液态或熔融态，由于凝固作用，金属向中心收缩，导致表面受到向铸坯中心的拉应力。同时，铸坯在凝固过程中发生相变，当钢中C含量位于相图中包晶反应区时，随着凝固进行会发生液相和σ-Fe向γ-Fe转变，因此在凝固中不但铸坯表面和中心由于温度不均匀导致的热应力，还有相变不同步导致的相变应力。并且由于相变不均匀易在表面形成凹陷，成为表面裂纹源。与此同时，钢中的P，S等杂质元素和一些合金元素在凝固中易在晶界偏析，也会产生化合物夹杂，导致晶界对应力变得更为敏感。此外铸坯在铸机中行进，收到输送辊，压下辊等的机械作用力，由于这些力大小和作用方式不同也容易在铸坯表面形成裂纹。

因此，在现有连铸生产过程中，需要对铸坯进行冷却，防止表面裂纹，光斑，鳞状和纹装缺陷。现有的冷却工艺主要为堆冷、空冷和强制水冷，其中堆冷和空冷较为常见，例如CN104550803A专利申请，在堆冷两侧设置可移动耐火墙，保证铸坯在高温状态下缓冷，可以减轻偏析，提高组织均匀度并减少钢种气体含量。强制水冷对于铸坯表面质量有更好的改善作用，但是其对于不同钢种有不同要求，需要对冷却制度进行系统研究，同时需要专门的冷却设备，因此强制水冷的应用较少。但是仍有一些专利技术和设备，如铸钢强冷喷淋系统及强冷工艺方法的专利申请（CN104525885A），其通过计算机系统计算铸坯温度场，调整水压和水量对铸坯进行冷却减少铸坯外部角裂。以及德国，日本，韩国等钢铁企业所采用的浸入式水池或浸水式冷床，其通过起重装置将铸坯整体浸入水池中冷却，整套设备占地面积大，维护成本高，不适于国内企业采用。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种防止连铸坯表面开裂的冷却装置，使通过其冷却后的铸坯表面强度和塑性均得到提高，避免在随后堆冷或热装热送等过程中表面开裂。

本发明一种防止连铸坯表面开裂的冷却装置，包括高速冷却段、空冷反温段、低速冷却段、框架、冷却喷水单元、位置和温度探测单元、控制单元；

所述冷却装置可以布置在连铸坯矫直前（图1，A处），切割前（图1，B处）或切割后（图1，C处）；

所述冷却喷水单元包括水加压装置、冷却水管线、喷头；所述位置和温度探测单元包括位置探头和温度探头；所述冷却喷水单元、所述位置和温度探测单元分别与所述控制单元连接；

所述框架设置于所述高速冷却段、所述低速冷却段上，沿连铸坯两侧布置，所述框架上设置有所述喷头，所述冷却水管线沿所述框架布置，所述水加压装置通过所述冷却水管线与所述喷头连接；

所述位置探头位于所述高速冷却段入口处，所述温度探头与所述喷头同处设置；所述位置探头、所述温度探头均分别与所述控制单元连接。

进一步的，所述空冷返温段位于所述高速冷却段、所述低速冷却段之间，其上的框架相应区域不设置喷头或通过控制单元使相应区域内喷头关闭实现空冷反温。

进一步的，所述水加压装置可以为独立设置的第一水加压装置和第二水加压装置，所述第一水加压装置与高速冷却段的喷头连接，所述第二水加压装置与低速冷却段的喷头连接；所述第一水加压装置为高速冷却段的喷头提供加压水，所述第二水加压装置为位于低速冷却段的喷头提供加压水。

进一步的，所述水加压装置也可以为具有分压功能的冷却水加压装置，所述具有分压功能的冷却水加压装置分别于高速冷却段和低速冷却段的喷头连接。

进一步的，所述水加压装置为气压装置或液压装置。

进一步的，所述喷头相对于连铸坯为竖向布置或斜向布置。

进一步的，位于所述高速冷却段的喷嘴数量不少于5组，每组为2个，可在60秒内将连铸坯表面温度冷却至500℃以下，同时保持铸坯内部温度1100℃以上。

进一步的，所述喷嘴具有通用接口。

进一步的，所述低速冷却段的长度和所需喷嘴组数根据所需冷却时间确定。

进一步的，所述位置探头和所述温度探头均为红外线探头。

本发明的有益效果为：当铸坯头部通过位置检测器时，开始高速冷却，实现铸坯表面快速冷却至500℃以下，并保持铸坯心部的高温状态（>1100℃）；随后进入空冷返温段，通过测量铸坯表面温度并反馈给控制单元，达到设定温度后，开始低速冷却，维持表面温度的动态平衡，并通过再次温度测量反馈信号，实现冷却水流量和压力的动态控制；通过这种冷却/返温过程改善铸坯表面组织，提高表层的强度和塑性，避免在后续过程中铸坯表面开裂。

附图说明

图1所示为本发明实施例一种防止连铸坯表面开裂的冷却装置布置位置示意图。

图2所示为本发明实施例1结构示意图。

图3所示为本发明实施例2结构示意图。

图中：1-高速冷却段、2-空冷反温段、3-低速冷却段、4-框架、5-冷却水管线、6-位置探头、7-控制单元、8-第一水加压装置、9-第二水加压装置、10-具有分压功能的冷却水加压装置、11-钢水包、12-中间包、13-结晶器、14-搅拌和震动装置、15-二次冷却装置、16-矫直机、17-铸坯、18-切割装置、19-运输辊道。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

连铸坯冷却处理的主要工艺流程为：钢液→连铸→铸坯凝固→表面冷却至相变温度以下→返温及回火；如图1所示，钢液在钢水包11中经中间包12进入结晶器13，结晶器13连接有搅拌和震动装置14，之后，经二次冷却装置15后进入矫直机16，铸坯17经切割装置18切割后进入运输辊道19。

如图2、图3所示，本发明实施例一种防止连铸坯表面开裂的冷却装置，包括高速冷却段1、空冷返温段2、低速冷却段3、框架4、冷却喷水单元、位置和温度探测单元、控制单元7；

所述冷却装置可以布置在连铸坯矫直前（图1，A处），切割前（图1，B处）或切割后（图1，C处）；

所述冷却喷水单元包括水加压装置、冷却水管线5、喷头；所述位置和温度探测单元包括位置探头6和温度探头；所述冷却喷水单元、所述位置和温度探测单元分别与所述控制单元7连接；

所述框架4设置于所述高速冷却段1、所述低速冷却段3上，沿连铸坯两侧布置，所述框架4上设置有所述喷头，所述冷却水管线5沿所述框架4布置，所述水加压装置通过所述冷却水管线5与所述喷头连接；

所述位置探头6位于所述高速冷却段1入口处，所述温度探头与所述喷头同处设置；所述位置探头、所述温度探头均分别与所述控制单元7连接。

作为优化，所述空冷返温段2位于所述高速冷却段1、所述低速冷却段3之间，其上的框架4相应区域不设置喷头或通过控制单元7使相应区域内喷头关闭实现空冷反温。

所述水加压装置可以单独设置为第一水加压装置8和第二水加压装置9，所述第一水加压装置8与位于高速冷却段1的喷头连接，所述第二水加压装置9与位于低速冷却段3的喷头连接。

除了上述方式，所述水加压装置还可以采用一套具有分压功能的冷却水加压装置10，分别与高速冷却段1和低速冷却段3喷头连接。

所述水加压装置可以为气压装置或液压装置。

所述喷头相对于连铸坯为竖向布置或斜向布置。

位于所述高速冷却段1的喷嘴数量不少于5组，每组为2个，可在60秒内将连铸坯表面温度冷却至500℃以下，同时保持铸坯内部温度1100℃以上。

所述喷嘴可以具有通用接口，也可以定制。

所述低速冷却段3的长度和所需喷嘴组数根据所需冷却时间确定。

所述位置探头6和所述温度探头均为红外线探头。

在使用时，连铸坯在高速冷却段1进行高速冷却，通过高速冷却段1入口处设置的位置探头6对连铸坯的头部进行位置检测，当连铸坯头部进入冷却装置后，根据连铸坯的速度，5组以上喷头开启，喷头可以为各种类型，将连铸坯表面温度快速冷却至500℃以下，同时保持连铸坯内部的高温状态，一般在1100℃以上。

连铸坯在空冷返温段3进行返温，此段可以是在框架4内不设有喷头的一段，此时需要根据返温温度和连铸坯速度确定此距离长度；此段也可以与高速冷却段1、低速冷却段3合并，当连铸坯头部离开高速冷却段1时，返温过程即开始，直至某一喷头处的温度探头测量值达到设定时，返温过程结束，进入低速冷却段3。

连铸坯在低速冷却段3维持表面温度的动态平衡，此段的喷头数量根据场地大小和所需温度稳定时间计算确定。此段中与喷头同处设置的温度探头将所采集的温度反馈给控制单元7，以实现此阶段的动态控制，保证连铸坯表面温度的动态平衡。

控制单元7通过位置探头6和温度探头检测到的反馈信号控制冷却水加压装置和喷头，可实现水量、水压、开启、关闭的动态控制。

实施例1

如图2所示，在本实施例中，高速冷却段1包括喷头及与喷头同处设置的温度探头，其中第一、二组喷头为斜喷喷头，其余为竖喷喷头；空冷返温段2没有冷却水喷头；低速冷却段3包括喷头及与喷头相对应的温度探头；冷却水管线5沿框架4布置，与各个喷头相连；装置入口处设置位置探头6；控制单元7接受测温和位置检测的信号，控制水加压装置，第一冷却水加压装置8与高速冷却段1的冷却水管线5相连，第二冷却水加压装置9与低速冷却段3的冷却水管线5相连。

实施例2

如图3所示，在本实施例中，高速冷却段1，空冷返温段2和低速冷却段3相整合，10为具有分压功能的冷却水加压装置。冷却时，当位置检测器检测到铸坯头部进入冷却装置后，冷却装置前7组喷头开启，开始高速冷却，后9组喷头此时处于关闭状态，后9组喷头所对应的温度探头中的某一个检测到钢板头部温度达到所需返温温度后，其后喷头开启，开始低速冷却段3的冷却。

本发明的有益效果为：当铸坯头部通过位置检测器时，开始高速冷却，实现铸坯表面快速冷却至500℃以下，并保持铸坯心部的高温状态（>1100℃）；随后进入空冷返温段，通过测量铸坯表面温度并反馈给控制单元，达到设定温度后，开始低速冷却，维持表面温度的动态平衡，并通过再次温度测量反馈信号，实现冷却水流量和压力的动态控制；通过这种冷却/返温过程改善铸坯表面组织，提高表层的强度和塑性，避免在后续过程中铸坯表面开裂。

本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (10)

1.一种防止连铸坯表面开裂的冷却装置，其特征在于，包括高速冷却段、空冷返温段、低速冷却段、框架、冷却喷水单元、位置和温度探测单元、控制单元；

所述冷却装置布置在连铸坯矫直前或切割前或切割后；

所述冷却喷水单元包括水加压装置、冷却水管线、喷头；所述位置和温度探测单元包括位置探头和温度探头；所述冷却喷水单元、所述位置和温度探测单元分别与所述控制单元连接；

所述框架设置于所述高速冷却段、所述低速冷却段上，沿连铸坯两侧布置，所述框架上设置有所述喷头，所述冷却水管线沿所述框架布置，所述水加压装置通过所述冷却水管线与所述喷头连接；

所述位置探头位于所述高速冷却段入口处，所述温度探头与所述喷头同处设置；所述位置探头、所述温度探头均分别与所述控制单元连接。

2.如权利要求1所述的防止连铸坯表面开裂的冷却装置，其特征在于，所述空冷返温段位于所述高速冷却段、所述低速冷却段之间，其上的框架相应区域不设置喷头或通过控制单元使相应区域内喷头关闭实现空冷反温。

3.如权利要求1所述的防止连铸坯表面开裂的冷却装置，其特征在于，所述水加压装置单独设置为第一水加压装置和第二水加压装置，所述第一水加压装置与位于高速冷却段的喷头连接，所述第二水加压装置与位于低速冷却段的喷头连接。

4.如权利要求1所述的防止连铸坯表面开裂的冷却装置，其特征在于，所述水加压装置为一台具有分压功能的冷却水加压装置，分别与高速冷却段和低速冷却段喷头连接。

5.如权利要求1所述的防止连铸坯表面开裂的冷却装置，其特征在于，所述水加压装置为气压装置或液压装置。

6.如权利要求1-5任一项所述的防止连铸坯表面开裂的冷却装置，其特征在于，所述喷头相对于连铸坯为竖向布置或斜向布置。

7.如权利要求6所述的防止连铸坯表面开裂的冷却装置，其特征在于，位于所述高速冷却段的喷嘴数量不少于5组，每组为2个，可在60秒内将连铸坯表面温度冷却至500℃以下，同时保持铸坯内部温度1100℃以上。

8.如权利要求1所述的防止连铸坯表面开裂的冷却装置，其特征在于，所述喷嘴具有通用接口。

9.如权利要求6所述的防止连铸坯表面开裂的冷却装置，其特征在于，所述低速冷却段的长度和所需喷嘴组数根据所需冷却时间确定。

10.如权利要求1所述的防止连铸坯表面开裂的冷却装置，其特征在于，所述位置探头和所述温度探头均为红外线探头。