CN109622904B - 一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置及方法，在圆坯压下区间的外部沿圆坯轴向阵列分布有若干圆坯径向压下装置，所述压下区间为圆坯固相率0.65至其凝固终点的区域，所述圆坯径向压下装置包括若干沿圆坯中心轴圆周阵列分布的压下辊，若干压下辊之间构成用于挤压圆坯的成型孔，靠近圆坯成形端的所述成型孔至靠近圆坯凝固端的所述成型孔由三角形或椭圆形至圆形渐变设置，相邻的两个圆坯径向压下装置错开布置，所述压下辊外部均设置有切水板，所述圆坯径向压下装置的压下辊具有沿圆坯径向开合的功能，本发明能够有效的解决连铸圆坯的芯部存在的疏松、偏析等缺陷问题，提高了连铸圆坯成材率，降低了生产成本。

Description

一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置及方法

技术领域

本发明属于金属材料成型与控制工程技术领域，具体涉及一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置及方法。

背景技术

连铸圆坯是无缝钢管、海洋平台腿桩、大型法兰、轴承等钢材产品开发生产的重要坯料。由于连铸圆坯采用低拉速浇铸导致钢液凝固速度低，圆坯组织中柱状晶发达，且容易发生枝晶搭接，从而连铸圆坯尤其是大直径尺寸的坯料内部偏析、疏松和缩孔更加严重。

连铸圆坯的偏析、疏松及缩孔等缺陷将导致轧制成的管材或加工制造的海洋平台腿桩、大型法兰、轴承等产品产生裂纹、凹坑等各种缺陷。碳、锰等元素富集在连铸圆坯内形成偏析，将在铸坯内部形成明显的带状组织，这种带状组织造成坯料内部分层，使坯料径向及轴向上的力学性能出现差异。对于生产钢管的连铸圆坯，中心偏析将导致圆坯穿孔轧制时管材成分不均，力学性能产生较大差异；其次在管坯穿孔时，由于心部的带状组织发生相变，使得局部硬度增加，加大穿孔过程中壁厚控制难度，导致最终无法保证壁厚精度，造成壁厚不均；同时，中心偏析在管坯心部形成的MnS，CaS等夹杂物将导致铸坯中心对裂纹的敏感性提高，加速裂纹的扩展，进而在加工成形过程中易导致缺陷的产生。另外，圆坯尤其是大直径尺寸圆坯受凝固过程的钢液收缩导致的内部疏松、缩孔等缺陷影响，在后续轧制成管材或加工制造成的海洋平台腿桩、大型法兰、轴承等产品的过程中会出现撕裂、裂纹甚至内壁出现严重缺肉、凹坑等缺陷。疏松和缩孔等缺陷会降低连铸圆坯的成材率，提高生产成本。

针对上述问题，净化熔体、低过热度浇注、电磁搅拌、凝固末端轻压下等技术，是业界开发的或已知的能够减少中心偏析或疏松、缩孔的有效手段，可以在一定程度上改善坯料质量，仍会产生疏松、偏析等缺陷。

净化熔体是通过冶炼洁净钢，如采用铁水预处理或钢包脱硫等技术，降低钢液中S、P等易偏析元素含量，提高钢水纯净度，可有效防止中心偏析和疏松，但是对于在凝固过程中由于溶质再分配和液态钢水的流动与体积收缩产生的疏松与偏析的缺陷不起作用。

低过热度浇注技术是在连铸工艺过程中采用降低钢水的过热度，浇注温度低，铸坯等轴晶发达，可以防止中心偏析和疏松的产生。但低过热度浇注在连铸工艺过程中是有一定限度，否则会给连铸工艺带来诸多不利的影响。

此前在连铸坯凝固过程中，开发采用的电磁搅拌技术，可以在一定程度上改善坯料表面与中心质量，但使用电磁搅拌技术对大尺寸的连铸圆坯凝固中心质量的影响有限，对于大圆坯中心疏松、偏析等缺陷的降低不明显，如图1所示。

另，在连铸工艺中使用电磁搅拌技术有可能会形成负偏析的白亮带。连铸凝固过程在凝固末端的轻压下技术受限于圆坯变形量小，变形难以渗透至坯料中心，无法补偿连铸坯的凝固收缩量。

大尺寸高合金成分圆坯轧制管材过程中，为解决心部偏析、疏松等问题，往往采用将圆坯心部掏孔等方式予以去除，掏孔后的圆坯如图2所示。

凝固末端大压下工艺在管坯出结晶器后的凝固过程中施加压力，至凝固终了前结束，可以通过大的压下量，变形渗透至心部，改善钢液流动状态，提高管坯中心致密度，达到减少连铸坯中心偏析和疏松等缺陷的工艺效果。

为改善铸坯质量，在钢铁行业板坯、方坯连铸过程中，已有采用凝固过程或凝固末端大压下工艺。但在无缝钢管、海洋平台腿桩、大型法兰、轴承等领域所需的连铸圆坯由于坯料形状差异导致的凝固过程、技术特点及压下变形方式与板坯、方坯存在根本性的不同，无法采用目前板坯、方坯连铸过程大压下的工艺方法和装备。

在连铸方坯与矩形坯凝固末端大压下方面，专利CN108067501A，公开了一种用于大方坯和矩形坯高温大压下工艺的轧机工作辊的辊型曲线设计，其核心在于该工作辊将凸缘辊型和箱型孔型进行优化组合，在大方坯和矩形坯末端高温大压下轧制工艺中应用这种复合辊型工作辊后，可以同时突显凸缘辊在厚度和延伸方向上以及箱型孔型在宽度方向上的缩孔压合效果。从而，更大程度地提高单道次高温大压下轧制变形中的铸坯芯部变形渗透性以及中心缩孔三向压合效果。其特征在于采用一架特殊的复合辊形轧机在凝固的末端进行单个位置，单道次的大压下，其压下率最大为30-40％，实现铸坯心部的固相率0.75-1的热芯和液芯高温大压下轧制过程。

因为连铸圆坯尤其是连铸大圆坯需要在液相率较高的区域进行多点连续压下，即非仅在凝固末端进行压下(如前所述，仅在凝固的末端进行压下，已不能满足圆坯低拉速导致的钢液凝固速度低所必须的多点压下需要)，仅仅只是一个压下位置点单道次的、单机架的大压下，无法满足连铸圆坯多个位置进行连续或多点压下的工艺要求。其30-40％压下率的一次压下量，也无法满足总压下率要求在40％以上的连铸圆坯的的要求。同时，以凸缘辊型和箱型孔型进行组合获得的孔型，适用于方坯或矩形坯，无法满足圆坯圆形断面的成形要求，不适用于圆坯外形特征。另，连铸圆坯尤其是连铸大圆坯需要在液相率较高的区域进行多点连续压下时需要多架压下装置孔型相互配合组成一个整体，在三辊装置压下中弧三角孔型与平三角孔型可以进行大压下量的压下，圆孔型可以满足圆坯圆形断面成形的要求。弧三角孔型、平三角孔型和圆孔型配合使用才能实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺。在二辊压下装置中椭圆孔型可以进行大压下量的压下，圆孔型可以满足圆坯圆形断面成形要求。椭圆孔型和圆孔型配合使用才能实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺。本专利所述的多个(架)压下装置需要有机配合使用，单独一个压下装置使用无法实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺所要达到的工艺要求，即，既要满足压下，还要满足连铸圆坯圆形断面形状的成形要求。因此，只是一种孔型、一个压下位置点单道次的、单个或单架压下装置的大压下，没有且也不能实现多次压下或压下后成形形状的配合，无法满足连铸圆坯尤其是连铸大圆坯的大压下过程圆坯圆形断面成形的要求。

由此，该发明无法适用于需要多个位置进行压下，需要配置多个压下装置多点压下，需要压下装置有机配合使用，固相率小于0.75的连铸圆坯的大压下工艺要求。

本发明连铸圆坯实现凝固过程芯部压下工艺的方法及其装备在圆坯断面固相率fs＝0.65至凝固终点的区域范围内进行压下工艺。每架压下装置压下率(或等效压下率)为5％～40％范围，总的压下率(或等效压下率)达到10％～60％的总压下量。压下工艺在圆坯运行方向上采用多个位置连续压下。两个压下辊组成的压下装置形成基本封闭的椭圆形或圆形孔型形状，相邻两架装置错开90°布置；由三个压下辊组成的压下装置形成基本封闭的平三角或弧三角的圆形孔型形状，相邻两架装置错开180°布置。本发明可以满足上述要求。

专利CN 106735026A、专利CN 106141127A、专利CN 104858383A、专利CN107537987A、专利CN14874758B、专利CN104001891A和专利CN 106001476 A其核心均是在具有矩形断面的板坯或方坯凝固过程中，采用铸坯上下表面的夹辊、铸机区域的拉矫机上下拉矫辊，对坯料垂直方向(或者说板坯和方坯上下方向)进行压下，压下位置在于实现板坯和方坯单个方向的变形。仅从垂直单一方向的压下，无法用于圆形连铸坯凝固过程压下，否则无法满足圆坯圆形断面的成形要求。

发明专利CN 106735026A提出了一种将末端单点大压下和连续压下结合的工艺，其特征在于针对连铸板坯采用1-3个扇形段来完成，所述的扇形段包含5-7对夹辊，对所述的扇形段的第一个上支撑辊实施3-20mm的单点压下，对所述扇形段其余的支撑辊提供1-5mm/m的压下量，其实现方式为采用板坯连铸机扇形段的板坯上下表面的夹辊，在板坯上下两个表面垂直压下，实现连铸板坯凝固过程的大的压下工艺。同样，仅从垂直单一方向的压下，无法用于圆形连铸坯凝固过程压下，否则无法满足圆坯圆形断面的成形要求。

专利CN 106141127 A提出了使用扇形段来进行重压下的工艺。其特征在于针对板坯凝固过程，在两个常规扇形段之间设置重压下扇形段，是对板坯垂直方向设置的扇形段，重压下扇形段辊缝较常规扇形段辊缝有缩减，用于提供高质量的板材。同样，仅从垂直单一方向的压下，无法用于圆形连铸坯凝固过程压下，否则无法满足圆坯圆形断面的成形要求。

专利CN 104858383A提出了一种用于重压下的扇形段的设计方案，将重压下的扇形段进行分段设计，其核心在于对连铸板坯的垂直方向进行分段压下变形。显然也是适用于连铸板坯应用。

专利CN107537987A提供了一种用于大方坯生产的凸型组合辊与重压下工艺，将拉矫辊设计成为有恒定曲率的凸型辊和有渐变曲率的凸台凸型辊。其核心在于采用凸型辊组合对大方坯进行上下两个表面垂直压下。仅从单一方向上进行变形，也是无法用于圆形连铸坯凝固过程压下，否则无法满足圆坯圆形断面的成形要求。

专利CN104874758B一种连铸重压下控制方法及装置，所述重压下位置在铸坯中心固相率0.6的位置到凝固位置后1.5m的范围内，针对的是180mm×180mm的，72A或72B钢种的方坯。其核心在于在铸坯中心固相率0.6的位置到凝固位置后1.5m的范围内对方坯进行上下两个表面的垂直压下。同样，仅从一个方向上进行变形，适用于矩形形状的连铸板坯，无法用于圆形连铸坯凝固过程压下，否则无法满足圆坯圆形断面的成形要求。

专利CN104001891A提供一种小方坯动态轻压下和重压下在线控制方法，其核心在于远程对各拉矫机上辊进行在线轻压下和在线重压下压下量的控制，通过在线控制拉矫辊同时实施轻压下和重压下压下量，是对小方坯上下两个表面的垂直压下。同样，仅从一个方向上进行变形，也无法用于圆形连铸坯凝固过程压下，否则无法满足圆坯圆形断面的成形要求。

专利CN 106001476 A提出了两阶段连续动态重压下的方式来解决大方坯和宽厚板的缺陷，其特征在于采用扇形段的夹辊或矫直机的上下辊对凝固过程的大方坯和宽厚板坯，仅在铸坯上下表面进行压下，压下分为两个阶段进行。

板坯压下和方坯压下显著区别于圆坯压下的金属流变特性，导致工艺与设备方法无法满足圆坯凝固过程的压下需求。

专利CN102728613B、CN103706634A、CN104353672A、CN200957426提出了对凝固完成甚至是冷却至室温的连铸坯，采用再加热工艺后，进行轧制成形的方法，其核心均是对已经凝固的圆坯加热和保温后，采用二辊或者是三辊轧机，对已经完全凝固的圆坯进行轧制，经过多台轧机连轧得到成品。实际上，轧制加工的目的在于对完全凝固后甚至是冷却至室温的连铸圆坯进行再加热，主要在形状上减小圆坯直径尺寸，成形为所需的具有一定直径尺寸大小的轧制产品，其重点是圆坯尺寸的改变，而不是对圆坯心部进行大的压下。而实际上，连铸坯加热过程中，热量由圆坯外部向内部传导，圆坯外层金属温度大于等于心部，因此，在其轧制过程中，压下实现的主要是圆坯外层金属变形，而非心部变形。同时，受钢铁等金属温度越低，变形抗力越大等性能影响规律所限，轧制过程圆坯平均温度低于连铸坯凝固过程的平均温度，因此，轧制过程变形抗力大，同样压下率所获得的心部压下变形效果同比远小于凝固过程。因此，轧制压下的变形特点在于对加热后的圆坯实现变形，区间位于凝固点之后，而非在圆坯断面固相率fs＝0.65至凝固终点的区域范围内轧制，连铸圆坯中心液芯完全凝固，无法达到挤压冲击富集溶质的钢液，改善钢液流动以减小中心偏析的目的。因此，与连铸坯凝固过程的大压下工艺存在本质区别，在凝固点之后轧制显然无法满足对连铸圆坯实现凝固过程芯部压下所需的工艺目标要求。此外，棒材轧制速度快，轧件与轧机的接触时间短，而连铸圆坯尤其是连铸大圆坯，拉坯速度慢，凝固时间长，连铸圆坯与压下装置接触的时间长。在相同的条件下，压下辊的热负荷明远高于常规棒材轧辊的热负荷。常规棒材轧机压下装置显然无法满足对连铸圆坯实现凝固过程连续不间断对圆坯芯部压下的工艺要求。最后，连铸圆坯液芯没有完全凝固，其实现凝固过程芯部压下的过程中，正处于压下辊压下位置的液芯被挤出回流，液芯流动方向与拉坯方向相反。而棒材轧制的过程中液芯已经完全凝固，棒材心部金属的流动方向与轧制方向相同，棒材轧制在工艺上无法满足对连铸圆坯实现凝固过程芯部压下的要求。上述专利所提及的工艺与方法无法适用于连铸圆坯实现凝固过程芯部压下工艺的要求。

鉴于此，本发明提出一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置及方法。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置及方法，技术方案如下：

一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，在圆坯压下区间的外部沿圆坯轴向阵列分布有若干圆坯径向压下装置，所述压下区间为圆坯固相率0.65至其凝固终点的区域，所述圆坯径向压下装置包括三个沿圆坯中心轴圆周阵列分布的压下辊，三个压下辊之间构成用于挤压圆坯的成型孔，靠近圆坯成形端的所述成型孔至靠近圆坯凝固端的所述成型孔由三角形至圆形渐变设置，相邻的两个圆坯径向压下装置错开180°布置，所述压下辊外部均设置有切水板，所述切水板的形状与压下辊的辊形相适配；所述圆坯径向压下装置的压下辊具有沿圆坯径向开合的功能。

所述圆坯径向压下装置设置有2至5个。

所述压下辊采用耐高温钢辊制成。

作为本发明装置的一种替换方案，一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，在圆坯压下区间的外部沿圆坯轴向阵列分布有若干圆坯径向压下装置，所述压下区间为圆坯固相率0.65至其凝固终点的区域(即圆坯固相率为0.65～1的区间)，所述圆坯径向压下装置包括两个沿圆坯中心轴圆周阵列分布的压下辊，两个压下辊之间构成用于挤压圆坯的成型孔，靠近圆坯成形端的所述成型孔至靠近圆坯凝固端的所述成型孔由椭圆形至圆形渐变设置，相邻的两个圆坯径向压下装置错开90°布置，所述压下辊外部均设置有切水板，所述切水板的形状与压下辊的辊形相适配，所述圆坯径向压下装置的压下辊具有沿圆坯径向开合的功能。

所述圆坯径向压下装置设置有2至5个。

所述压下辊采用耐高温钢辊制成。

一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的方法，采用前述的一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，包括如下步骤：

步骤1、将圆坯的材质、直径、拉速以及铸机的结晶器水量、二冷区水量导入有限元分析软件中，通过有限元分析确定开始压下时的固相率，同时，确定压下区间的起始位置和结束位置；

步骤2、圆坯沿其轴向由铸机出口向圆坯径向压下装置运行，当圆坯到达圆坯径向压下装置时，开始压下，当圆坯全部通过圆坯径向压下装置后，停止压下；

步骤3、在圆坯径向压下装置压下期间，向压下辊外部的表面喷淋冷却水，对压下辊进行冷却，冷却完成后的冷却水沿切水板流回至铸机的设备冷却水系统内。

单个圆坯径向压下装置的压下率为5％～40％，所述装置的总压下率为10％～60％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

目前现有的技术都适用板坯和方坯的大压下，本发明提供了实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置及方法，通过在圆坯的连铸区域(压下区间)设置2～5架具有特殊孔型的圆坯径向压下装置，采用对圆坯轴向多个位置进行径向压下的工艺方法，实现平均道次压下率为5％～40％，总的压下率达到10％～60％，能够有效的解决连铸圆坯的芯部存在的疏松、偏析等缺陷问题，提高了连铸圆坯成材率，降低了生产成本。同时，压下装置有具备升降开合功能，满足不同直径圆坯的压下需求。压下装置带有水冷装置的结构设计，降低了高温对压下辊的损害，延长了压下辊的使用时间，降低了生产成本。

附图说明

图1为现有技术工艺疏松、偏析缺陷的示意图；

图2为现有技术中掏孔后圆坯的示意图；

图3为本发明实施例1的结构示意图；

图4为本发明实施例1中成型孔为弧三角形的圆坯径向压下装置的示意图；

图5为本发明实施例1中成型孔为圆形的圆坯径向压下装置的示意图；

图6为本发明实施例2中成型孔为三角形的圆坯径向压下装置的示意图；

图7为本发明实施例3的结构示意图；

图8为本发明实施例3中成型孔为椭圆形的圆坯径向压下装置的示意图；

图9为本发明实施例3中成型孔为圆形的圆坯径向压下装置的示意图；

图10为本发明切水板的安装结构示意图。

其中：圆坯1；圆坯径向压下装置2；压下辊3；切水板4；成型孔5。

具体实施方式

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

实施例1

如图3～5所示，本实施例提供了一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，以在圆坯1压下区间的外部沿圆坯1轴向直线阵列分布有两个圆坯径向压下装置2,所述压下区间为圆坯1固相率0.85至其凝固终点的区域(有效二冷区之后、拉矫机之前)，所述圆坯径向压下装置2包括三个沿圆坯1中心轴圆周阵列分布的压下辊3,所述压下辊3采用耐高温钢辊制成，三个压下辊3之间构成用于挤压圆坯1的成型孔5,靠近圆坯1成形端的所述成型孔5为弧三角形，如图4所示，靠近圆坯1凝固端的所述成型孔5为圆形，如图5所示，两个圆坯径向压下装置2错开180°布置，两个圆坯径向压下装置2之间间隔为1m，所述压下辊3外部均设置有切水板4，如图10所示，所述切水板4的形状与压下辊3的辊形相适配；所述圆坯径向压下装置2的压下辊3具有沿圆坯1径向开合的功能。

需要注意的是，在安装靠近圆坯1凝固端的圆坯径向压下装置2的同时，需要将末尾的电磁搅拌装置向上移动。

一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的方法，采用前述的一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，包括如下步骤：

步骤1、将圆坯1的材质、直径、拉速以及铸机的结晶器水量、二冷区水量导入有限元分析软件中，在本实施例中，圆坯1的直径为600mm，材料为Q235,采用全弧形连铸机，以0.22m/s的速度拉速浇铸，弧形半径为14m，目标直径为570mm，通过有限元分析确定开始压下时的固相率为0.85，同时，确定压下区间的起始位置和结束位置；

步骤2、圆坯1沿其轴向由铸机出口向圆坯径向压下装置2运行，当圆坯1到达圆坯径向压下装置2时，开始压下，当圆坯1全部通过圆坯径向压下装置2后，停止压下；

步骤3、在圆坯径向压下装置2压下期间，向压下辊3外部的表面喷淋冷却水，对压下辊3进行冷却，冷却完成后的冷却水沿切水板4流回至铸机的设备冷却水系统内，避免冷却水流落至圆坯1表面，导致圆坯1快速降温。

需要说明的是，圆坯径向压下装置2的运行于控制与铸机同步，满足铸机的正常运行，且压下辊3的线速度不低于连铸机的拉坯速度。

单个圆坯径向压下装置2的压下率为5％，所述装置的总压下率为10％。

连铸圆坯1依次经过结晶器、有效二冷区、空冷区后进入到下压区间，依次经过两个圆坯径向压下装置2，直径由600mm减小到570mm，此时连铸圆坯1已经完全凝固，由拉矫机实施矫直。

经过压下处理后其中心疏松从2.0～1.5级下降到1.0级，中心偏析的级别小于1.0级。

实施例2

本实施例提供了一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，以在圆坯1压下区间的外部沿圆坯1轴向直线阵列分布有三个圆坯径向压下装置2,所述压下区间为圆坯1固相率0.65至其凝固终点的区域(有效二冷区之后、拉矫机之前)，所述圆坯径向压下装置2包括三个沿圆坯1中心轴圆周阵列分布的压下辊3,所述压下辊3采用耐高温钢辊制成，三个压下辊3之间构成用于挤压圆坯1的成型孔5,靠近圆坯1成形端的所述成型孔5为三角形，靠近圆坯1凝固端的所述成型孔5为圆形，如图6所示，中间的圆坯径向压下装置2的成形孔为弧三角形，相邻的两个圆坯径向压下装置2错开180°布置，相邻的两个圆坯径向压下装置2之间间隔为1m，所述压下辊3外部均设置有切水板4，所述切水板4的形状与压下辊3的辊形相适配；所述圆坯径向压下装置2的压下辊3具有沿圆坯1径向开合的功能。

需要注意的是，在安装靠近圆坯1凝固端的圆坯径向压下装置2的同时，需要将末尾的电磁搅拌装置向上移动。

一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的方法，采用前述的一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，包括如下步骤：

步骤1、将圆坯1的材质、直径、拉速以及铸机的结晶器水量、二冷区水量导入有限元分析软件中，在本实施例中，圆坯1的直径为360mm，材料为Q345,以0.8～1m/s的速度拉速浇铸，目标直径为300mm，通过有限元分析确定开始压下时的固相率为0.65，同时，确定压下区间的起始位置和结束位置；

步骤2、圆坯1沿其轴向由铸机出口向圆坯径向压下装置2运行，当圆坯1到达圆坯径向压下装置2时，开始压下，当圆坯1全部通过圆坯径向压下装置2后，停止压下；

步骤3、在圆坯径向压下装置2压下期间，向压下辊3外部的表面喷淋冷却水，对压下辊3进行冷却，冷却完成后的冷却水沿切水板4流回至铸机的设备冷却水系统内，避免冷却水流落至圆坯1表面，导致圆坯1快速降温。

需要说明的是，圆坯径向压下装置2的运行于控制与铸机同步，满足铸机的正常运行，且压下辊3的线速度不低于连铸机的拉坯速度。

单个圆坯径向压下装置2的压下率为5.56％，所述装置的总压下率为16.7％。

连铸圆坯1依次经过结晶器、有效二冷区、空冷区后进入到下压区间，依次经过两个圆坯径向压下装置2，直径由360mm减小到300mm，此时连铸圆坯1已经完全凝固，由拉矫机实施矫直。

经过压下处理后，经过低倍组织的观察，铸坯芯部偏析基本消除，1/2区域、1/4区域偏析均完全消除，中心疏松优于0.5级，并且无缩孔。

实施例3

如图7～9所示，本实施例提供了一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，在圆坯1压下区间的外部沿圆坯1轴向直线阵列分布有四个圆坯径向压下装置2,所述压下区间为圆坯1固相率0.75至其凝固终点的区域(有效二冷区之后、拉矫机之前)，所述圆坯径向压下装置2包括两个沿圆坯1中心轴圆周阵列分布的压下辊3，所述压下辊3采用耐高温钢辊制成，两个压下辊3之间构成用于挤压圆坯1的成型孔5,靠近圆坯1成形端的所述成型孔5至靠近圆坯1凝固端的所述成型孔5由椭圆形至圆形渐变设置，具体的，靠近圆坯1成形端的三架圆坯径向压下装置2的成型孔5成椭圆形，靠近圆坯1凝固端的所述成型孔5采用圆形，相邻的两个圆坯径向压下装置2错开90°布置，且相邻的两个圆坯径向压下装置2之间间隔为1m，所述压下辊3外部均设置有切水板4，所述切水板4的形状与压下辊3的辊形相适配，所述圆坯径向压下装置2的压下辊3具有沿圆坯1径向开合的功能。

需要注意的是，在安装靠近圆坯1凝固端的圆坯径向压下装置2的同时，需要将末尾的电磁搅拌装置向上移动。

一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的方法，采用前述的一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，包括如下步骤：

步骤1、将圆坯1的材质、直径、拉速以及铸机的结晶器水量、二冷区水量导入有限元分析软件中，在本实施例中，圆坯1的直径为300mm，材料为15CrMo,以0.7～1m/s的速度拉速浇铸，目标直径为180mm，通过有限元分析确定开始压下时的固相率为0.75，同时，确定压下区间的起始位置和结束位置；

步骤2、圆坯1沿其轴向由铸机出口向圆坯径向压下装置2运行，当圆坯1到达圆坯径向压下装置2时，开始压下，当圆坯1全部通过圆坯径向压下装置2后，停止压下；

步骤3、在圆坯径向压下装置2压下期间，向压下辊3外部的表面喷淋冷却水，对压下辊3进行冷却，冷却完成后的冷却水沿切水板4流回至铸机的设备冷却水系统内，避免冷却水流落至圆坯1表面，导致圆坯1快速降温。

需要说明的是，圆坯径向压下装置2的运行于控制与铸机同步，满足铸机的正常运行，且压下辊3的线速度不低于连铸机的拉坯速度。

单个圆坯径向压下装置2的压下率为10％，所述装置的总压下率为40％。

连铸圆坯1依次经过结晶器、有效二冷区、空冷区后进入到下压区间，依次经过两个圆坯径向压下装置2，直径由300mm减小到180mm，此时连铸圆坯1已经完全凝固，由拉矫机实施矫直。

经过压下处理后，经过低倍组织的观察，其中心疏松降到1.5级以下，中心偏析降到1.0级以下。

实施例4

本实施例提供了一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，在圆坯1压下区间的外部沿圆坯1轴向直线阵列分布有五个圆坯径向压下装置2,所述压下区间为圆坯1固相率0.65至其凝固终点的区域(有效二冷区之后、拉矫机之前)，所述圆坯径向压下装置2包括两个沿圆坯1中心轴圆周阵列分布的压下辊3，所述压下辊3采用耐高温钢辊制成，两个压下辊3之间构成用于挤压圆坯1的成型孔5,靠近圆坯1成形端的所述成型孔5至靠近圆坯1凝固端的所述成型孔5由椭圆形至圆形渐变设置，具体的，靠近圆坯1成形端的三架圆坯径向压下装置2的成型孔5成椭圆形，靠近圆坯1凝固端的所述成型孔5采用圆形，相邻的两个圆坯径向压下装置2错开90°布置，且相邻的两个圆坯径向压下装置2之间间隔为1m，所述压下辊3外部均设置有切水板4，所述切水板4的形状与压下辊3的辊形相适配，所述圆坯径向压下装置2的压下辊3具有沿圆坯1径向开合的功能。

需要注意的是，在安装靠近圆坯1凝固端的圆坯径向压下装置2的同时，需要将末尾的电磁搅拌装置向上移动。

一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的方法，采用前述的一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，包括如下步骤：

步骤1、将圆坯1的材质、直径、拉速以及铸机的结晶器水量、二冷区水量导入有限元分析软件中，在本实施例中，圆坯1的直径为200mm，材料为Q235B,以0.8～1.3m/s的速度拉速浇铸，目标直径为80mm，通过有限元分析确定开始压下时的固相率为0.65，同时，确定压下区间的起始位置和结束位置；

步骤2、圆坯1沿其轴向由铸机出口向圆坯径向压下装置2运行，当圆坯1到达圆坯径向压下装置2时，开始压下，当圆坯1全部通过圆坯径向压下装置2后，停止压下；

步骤3、在圆坯径向压下装置2压下期间，向压下辊3外部的表面喷淋冷却水，对压下辊3进行冷却，冷却完成后的冷却水沿切水板4流回至铸机的设备冷却水系统内，避免冷却水流落至圆坯1表面，导致圆坯1快速降温。

需要说明的是，圆坯径向压下装置2的运行于控制与铸机同步，满足铸机的正常运行，且压下辊3的线速度不低于连铸机的拉坯速度。

单个圆坯径向压下装置2的压下率为12％，所述装置的总压下率为60％。

连铸圆坯1依次经过结晶器、有效二冷区、空冷区后进入到下压区间，依次经过两个圆坯径向压下装置2，直径由200mm减小到80mm，此时连铸圆坯1已经完全凝固，由拉矫机实施矫直。

经过压下处理后，经过低倍组织的观察，其中心疏松及中心偏析均降到1.0级以下。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的方法，采用一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，其特征在于，

所述实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置的具体设置包括，在圆坯压下区间的外部沿圆坯轴向阵列分布有若干圆坯径向压下装置，所述压下区间为圆坯固相率0.65至其凝固终点的区域，所述圆坯径向压下装置包括三个沿圆坯中心轴圆周阵列分布的压下辊，三个压下辊之间构成用于挤压圆坯的成型孔，靠近圆坯成形端的所述成型孔至靠近圆坯凝固端的所述成型孔由三角形至圆形渐变设置，相邻的两个圆坯径向压下装置错开180°布置，所述压下辊外部均设置有切水板，所述切水板的形状与压下辊的辊形相适配，所述圆坯径向压下装置的压下辊具有沿圆坯径向开合的功能；

所述实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的方法包括如下步骤：

步骤1、将圆坯的材质、直径、拉速以及铸机的结晶器水量、二冷区水量导入有限元分析软件中，通过有限元分析确定开始压下时的固相率，同时，确定压下区间的起始位置和结束位置；

步骤2、圆坯沿其轴向由铸机出口向圆坯径向压下装置运行，当圆坯到达圆坯径向压下装置时，开始压下，当圆坯全部通过圆坯径向压下装置后，停止压下；

步骤3、在圆坯径向压下装置压下期间，向压下辊外部的表面喷淋冷却水，对压下辊进行冷却，冷却完成后的冷却水沿切水板流回至铸机的设备冷却水系统内。

2.根据权利要求1所述的一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的方法，其特征在于，所述圆坯径向压下装置设置有2至5个。

3.根据权利要求1所述的一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的方法，其特征在于，所述压下辊采用耐高温钢辊制成。

4.一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的方法，采用一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，其特征在于，

所述实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置的具体设置包括，在圆坯压下区间的外部沿圆坯轴向阵列分布有若干圆坯径向压下装置，所述压下区间为圆坯固相率0.65至其凝固终点的区域，所述圆坯径向压下装置包括两个沿圆坯中心轴圆周阵列分布的压下辊，两个压下辊之间构成用于挤压圆坯的成型孔，靠近圆坯成形端的所述成型孔至靠近圆坯凝固端的所述成型孔由椭圆形至圆形渐变设置，相邻的两个圆坯径向压下装置错开90°布置，所述压下辊外部均设置有切水板，所述切水板的形状与压下辊的辊形相适配，所述圆坯径向压下装置的压下辊具有沿圆坯径向开合的功能；

所述实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的方法包括如下步骤：

步骤1、将圆坯的材质、直径、拉速以及铸机的结晶器水量、二冷区水量导入有限元分析软件中，通过有限元分析确定开始压下时的固相率，同时，确定压下区间的起始位置和结束位置；

步骤2、圆坯沿其轴向由铸机出口向圆坯径向压下装置运行，当圆坯到达圆坯径向压下装置时，开始压下，当圆坯全部通过圆坯径向压下装置后，停止压下；

步骤3、在圆坯径向压下装置压下期间，向压下辊外部的表面喷淋冷却水，对压下辊进行冷却，冷却完成后的冷却水沿切水板流回至铸机的设备冷却水系统内。

5.根据权利要求4所述的一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的方法，其特征在于，所述圆坯径向压下装置设置有2至5个。

6.根据权利要求4所述的一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的方法，其特征在于，所述压下辊采用耐高温钢辊制成。

7.根据权利要求1或4所述的一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的方法，其特征在于，单个圆坯径向压下装置的压下率为5％～40％，所述装置的总压下率为10％～60％。

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