CN110548839A - 板坯连铸强制冷却结晶器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种板坯连铸强制冷却结晶器，包括两个相向设置的宽面组件，其中，两个宽面组件的两端均通过窄面组件固定连接，宽面组件与窄面组件之间形成冷却结晶腔，钢水流经冷却结晶腔后形成板坯；在宽面组件上侧内部开设有第一循环水槽以及与第一循环水槽内部连通的进水口和出水口，外界循环冷水依次通过进水口、第一循环水槽以及出水口对冷却结晶腔上部的待结晶的钢水进行初步冷却，钢水经初步冷却后表面生成坯壳；在宽面组件下侧内部开设有安装槽，在安装槽内安装有喷淋机构，喷淋机构用于对钢水的坯壳进行喷淋冷却，钢水经喷淋机构喷淋冷却后形成板坯，利用上述发明能够避免含Nb、B、Al等微合金的板坯在冷却结晶过程中产生裂纹现象的问题。
Description
技术领域
本发明涉及板坯连铸技术领域，更为具体地，涉及一种板坯连铸强制冷却结晶器。
背景技术
板坯连铸机是一种在冶金行业常用的装置，主要用于将钢水连铸成较长的钢板，在后续的使用中，只需根据实时的工作需求截取相应长度的钢板即可；在板坯连铸机中，最重要的机构就是板坯结晶器，板坯结晶器性能的好坏直接影响最终形成的板坯的质量。
传统的板坯结晶器一般采用组合式铜板结构,即由两个宽面组件和两个窄面组件围城一个长方体结构的冷却腔体，熔化状态的钢水通过冷却腔体后在表面形成坯壳从而成型。传统的板坯结晶器的冷却方式是在宽面组件(或窄面组件)铜板的背部从上到下开通一个水槽，从而形成冷却水通路，通过冷却水对结晶器铜板冷却的方式,达到对冷却腔体内部的钢水进行间接冷却的目的。
然而，对于一些含Nb、B、Al等微合金板坯，在连铸生产过程经常出现铸坯边角部裂纹的现象，而且这种缺陷是冶金行业的共性技术难题，经研究确定这种现象的产生机理是：在连铸坯高温凝固过程中，其角部等表层奥氏体晶界集中析出呈链状分布的微合金碳氮化物，钉扎脆化晶界；同时，铸坯在后续凝固过程中形成了“奥氏体+晶界先共析铁素体膜”低塑性组织，从而综合造成钢组织生成显著的第三脆性温度区，在弯矫变形过程中因塑性不足而沿奥氏体晶界开裂，并扩展形成边角部裂纹。
基于上述问题，亟需一种能够避免含Nb、B、Al等微合金的板坯在冷却结晶过程中产生裂纹现象的冷却结晶器。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种板坯连铸强制冷却结晶器以解决现有的含Nb、B、Al等微合金的板坯在冷却结晶过程中产生裂纹现象的问题。
其中，所述板坯连铸强制冷却结晶器，包括两个相向设置的宽面组件，两个所述宽面组件的两端均通过窄面组件相互固定连接，所述宽面组件与所述窄面组件之间形成长方体结构的冷却结晶腔，待结晶的钢水流经所述冷却结晶腔后形成板坯；
在所述宽面组件上侧内部开设有第一循环水槽以及与所述第一循环水槽内部连通的进水口和出水口，外界循环冷水依次通过所述进水口、所述第一循环水槽以及所述出水口对所述冷却结晶腔上部的待结晶钢水进行初步冷却，所述钢水经初步冷却后表面生成坯壳；
在所述宽面组件下侧内部开设有安装槽，在所述安装槽内固定安装有喷淋机构，所述喷淋机构用于对所述钢水的坯壳进行喷淋冷却，所述钢水经所述喷淋机构喷淋冷却后形成所述板坯。
此外，优选地结构是，所述宽面组件包括互相叠设的宽面背板以及宽面内板，其中，所述宽面内板靠近所述冷却结晶腔设置；
所述第一循环水槽开设在所述宽面内板的上部分的内部，所述进水口以及所述出水口均开设在所述宽面背板的上部分的内部；
所述安装槽开设在所述宽面内板下部分的内部，在所述宽面内板下部分的内部开设有与所述安装槽连通的喷淋槽，所述喷淋机构通过所述喷淋槽对所述坯壳进行喷淋冷却。
此外，优选地结构是，在所述第一循环水槽与所述宽面背板的角部连接处均设置有密封橡胶圈。
此外，优选地结构是，在所述宽面背板上开设有沉孔，在所述宽面内板上开设有与所述沉孔位置对应的定位孔；
还包括锁紧螺栓，所述宽面背板通过所述锁紧螺栓配合所述沉孔以及定位孔与所述宽面内板固定连接。
此外，优选地结构是，在所述宽面内板底面靠近所述板坯的位置开设有导流槽。
此外，优选地结构是，所述第一循环水槽在所述宽面组件上侧内部均匀设置有至少两个；
所述喷淋机构在所述宽面组件下侧内部均匀设置有至少两个。
此外，优选地结构是，所述进水口、所述出水口以及所述喷淋进水口上均固定连接有螺纹嘴。
此外，优选地结构是，所述喷淋机构包括喷淋腔以及固定在所述喷淋腔侧面的连接耳，所述喷淋腔通过所述连接耳与所述宽面背板固定连接并限位在所述安装槽内。
此外，优选地结构是，所述喷淋机构还包括与所述喷淋腔内部连通的喷淋进水口和喷嘴；其中，所述喷淋进水口设置在所述喷淋腔远离所述冷却结晶腔的一侧，所述喷嘴设置在所述喷淋腔靠近所述冷却结晶腔的一侧，所述喷嘴通过所述喷淋槽对所述钢水的坯壳进行喷淋冷却。
此外，优选地结构是，所述喷嘴在所述喷淋腔靠近所述冷却结晶腔的一侧至少设置有两个；
所述喷嘴在所述喷淋腔上呈对称或均匀分布。
此外，优选地结构是，在所述窄面组件内设置有第二循环水槽以及与所述第二循环水槽内部连通的窄面进水口和窄面出水口。
利用上述板坯连铸强制冷却结晶器，首先可以通过在宽面组件的上部设置第一循环水槽，在宽面组件的下部设置喷淋机构实现对冷却结晶腔内的钢水进行分步冷却，通过板坯的上部和下部进行不同温度的冷却从而防止板坯出现裂纹，此外，通过设置喷淋机构实现对钢水表面的坯壳进行直接喷水冷却，能够大幅度提高板坯的冷却速度，从而达到防止裂纹出现的冷却速度。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的板坯连铸强制冷却结晶器的俯视图；
图2为根据本发明实施例的板坯连铸强制冷却结晶器的主视图；
图3为根据本发明实施例的板坯连铸强制冷却结晶器在A位置的剖视图；
图4为根据本发明实施例的喷淋机构的主视局部放大图；
图5为根据本发明实施例的板坯连铸强制冷却结晶器在B位置的剖视图；
图6为根据本发明实施例的锁紧螺丝的局部放大图。
其中的附图标记包括：宽面组件11、宽面背板111、进水口1111、出水口1112、安装槽1113、沉孔1114、宽面内板112、循环水槽1121、喷淋槽1122、倒流槽1123、定位孔1124、窄面组件12、喷淋机构13、喷淋腔131、喷淋进水孔132、喷嘴133、连接耳14、锁紧螺栓15、密封橡胶圈16、冷却结晶腔17、钢水18、坯壳19。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
图1示出了根据本发明实施例的板坯连铸强制冷却结晶器的俯视结构，图2示出了根据本发明实施例的板坯连铸强制冷却结晶器的主视结构。
结合图1、图2共同所示，本发明提供的板坯连铸强制冷却结晶器，包括两个相向设置的宽面组件11，这两个宽面组件11的两端均通过窄面组件12相互固定连接，宽面组件11与窄面组件12之间形成长方体结构的冷却结晶腔17，在实际生产中，待结晶的钢水18从冷却结晶腔17的上口倒入，流经冷却结晶腔17后形成固体结构的长方体板坯。
需要说明的是，经研究确定，背景技术中所提到的微合金碳氮化物的开始析出温度在1050℃左右，位于结晶中下部，只有使微合金碳氮化物成弥散化析出，才能防止避免含Nb、B、Al等微合金的板坯在冷却结晶过程中产生裂纹现象。然而，弥散化析出的条件是最低冷却速度≥5℃/s，但传统板坯结晶器在1050℃左右的温度范围内的铸坯中下部以及角部的冷却速度平均＜3.5℃/s；此外，在钢水18初次进入冷却结晶腔17时，钢水18的冷却速度又不易太快，因此，对冷却结晶腔17内的待结晶钢水18进行上下位置的分步冷却是一种防止板坯产生裂纹的很好的解决方案。
为了实现对冷却结晶腔17内的待结晶钢水18进行分步冷却，在宽面组件11上侧内部开设有第一循环水槽1121以及与第一循环水槽1121内部连通的进水口1111和出水口1112，外界循环冷水依次通过进水口1111、第一循环水槽1121以及出水口1112对冷却结晶腔17上部的待结晶钢水18以传统的间接冷却的方式进行初步冷却，钢水18经初步冷却后表面生成坯壳19；
在宽面组件11下侧内部开设有安装槽1113，在安装槽1113内固定安装有喷淋机构13，通过喷淋机构13对钢水18的坯壳19进行直接的喷淋冷却，钢水18经喷淋机构13的喷淋冷却后形成最终的长方体板坯。
需要说明的是，通过直接对钢水18坯壳19进行喷淋冷却的方式能够显著提高钢水18冷却的速度，从而满足钢水18下部的平均冷却速度＜3.5℃/s的要求，进而防止形成的板坯表面出现裂纹。
在本发明的一个优选地实施方式中，图3为根据本发明实施例的板坯连铸强制冷却结晶器在A位置的剖视结构，如图3所示，为实现循环水槽1121以及喷淋机构13的设置，宽面组件11可以包括互相固定叠设在一起的宽面背板111以及宽面内板112，其中，宽面内板112靠近冷却结晶腔17设置，宽面背板111远离冷却结晶腔17设置；
第一循环水槽1121开设在宽面内板112的上部分的内部，进水口1111以及出水口1112均开设在宽面背板111的上部分的内部；
安装槽1113开设在宽面内板112的下部分的内部，在宽面内板112下部分的内部开设有与安装槽1113连通的喷淋槽1122，喷淋机构13通过喷淋槽1122对坯壳19进行喷淋冷却。
另外，由于要保证钢水18的所需的冷却速度，外界循环水为高压冷水，为了缓冲高压冷水对宽面组件11的冲击以及避免整个装置漏水从而影响钢水18的结晶效果，可以在第一循环水槽1121与宽面背板111的角部连接处均设置有密封橡胶圈16。
此外，为便于喷淋机构13喷出的冷水从喷淋槽1122中流出，在宽面内板112底面靠近板坯的位置开设有导流槽1123，喷淋机构13喷出的冷水可以顺着坯壳19从倒流槽中流出。
需要说明的是，在实际应用中，可根据实际的需求对外界循环冷水的流速以及喷淋机构13的喷淋水压进行微调，通过对外界循环冷水的流速以及喷淋机构13的喷淋水压的调节实现对冷却结晶腔17上部和下部的冷却速度的调节控制。
此外，为进一步提高冷却结晶腔17的冷却速度，宽面内板112可以选用铜作为制作材料，铜是一种导热性非常强的金属，能够满足冷却结晶腔17所需的冷却速度；另外，铜的价格相对较低，使用铜来制作宽面内板112还可以进一步节省冷却结晶器的制作成本。
在本发明的一个具体的实施方式中，图4示出了根据本发明实施例的喷淋机构13的主视局部放大结构，如图4所示，喷淋机构13包括喷淋腔131以及固定在喷淋腔131侧面的连接耳14，喷淋腔131通过连接耳14与宽面背板111固定连接并限位在安装槽1113内。
此外，喷淋机构13还可以包括与喷淋腔131内部连通的喷淋进水口132和喷嘴133；其中，喷淋进水口132设置在喷淋腔131远离冷却结晶腔17的一侧，喷嘴133设置在喷淋腔131靠近冷却结晶腔17的一侧，喷嘴133通过喷淋槽1122对钢水18的坯壳19进行喷淋冷却。
进一步地，为提高喷嘴133的喷水的效果，喷嘴133在喷淋腔131靠近冷却结晶腔17的一侧至少设置有两个；喷嘴133在喷淋腔131上呈对称或均匀分布。
此外，图5示出了根据本发明实施例的板坯连铸强制冷却结晶器在B位置的剖视结构，图6示出了为根据本发明实施例的锁紧螺丝的局部放大结构，结合图5、图6共同所示，为进一步防止外界的高压循环冷水由于压力过大破坏整个装置，本发明提供的板坯连铸强制冷却结晶器还包括锁紧螺栓15，在宽面背板111上开设有沉孔1114，在宽面内板112上开设有与沉孔1114位置对应的定位孔132；宽面背板111通过锁紧螺栓15配合沉孔1114以及定位孔与宽面内板112固定连接。
进一步地，为提高循环水槽1121以及喷淋机构13的冷却效果，第一循环水槽1121在宽面组件11上侧内部均匀设置有至少两个；喷淋机构13在宽面组件11下侧内部均匀设置有至少两个，通过在设置多个循环水槽1121以及喷淋机构13不仅可以冷却结晶腔17内的钢水18均匀冷却，还可以根据实际情况对钢水18的局部位置的冷却速度进行调节，例如角部位置、边缘位置与中间位置，所需的冷却速度略有差异。
此外，为便于进水口1111、出水口1112以及喷淋进水口132与外界的冷水管连接，在进水口1111、出水口1112以及喷淋进水口132上均固定连接有螺纹嘴。
另外，为进一步提高冷却结晶腔17的冷却效果，在窄面组件12内设置有第二循环水槽1121以及与第二循环水槽1121内部连通的窄面进水口和窄面出水口，通过第二循环水槽1121配合窄面进水口以及窄面出水口对窄面组件12进行冷却降温。
如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的板坯连铸强制冷却结晶器。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的板坯连铸强制冷却结晶器，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
Claims (10)
1.一种板坯连铸强制冷却结晶器，包括两个相向设置的宽面组件，其中，两个所述宽面组件的两端均通过窄面组件相互固定连接，所述宽面组件与所述窄面组件之间形成长方体结构的冷却结晶腔，待结晶的钢水流经所述冷却结晶腔后形成板坯；其特征在于，
在所述宽面组件上侧内部开设有第一循环水槽以及与所述第一循环水槽内部连通的进水口和出水口，外界循环冷水依次通过所述进水口、所述第一循环水槽以及所述出水口对所述冷却结晶腔上部的待结晶的钢水进行初步冷却，所述钢水经初步冷却后表面生成坯壳；
在所述宽面组件下侧内部开设有安装槽，在所述安装槽内固定安装有喷淋机构，所述喷淋机构用于对所述钢水的坯壳进行喷淋冷却，所述钢水经所述喷淋机构喷淋冷却后形成所述板坯。
2.如权利要求1所述的板坯连铸强制冷却结晶器，其特征在于，
所述宽面组件包括互相叠设的宽面背板以及宽面内板，其中，所述宽面内板靠近所述冷却结晶腔设置；
所述第一循环水槽开设在所述宽面内板的上部分的内部所述进水口以及所述出水口均开设在所述宽面背板的上部分的内部；
所述安装槽开设在所述宽面内板的下部分的内部，在所述宽面内板下部分的内部开设有与所述安装槽连通的喷淋槽，所述喷淋机构通过所述喷淋槽对所述坯壳进行喷淋冷却。
3.如权利要求2所述的板坯连铸强制冷却结晶器，其特征在于，
在所述第一循环水槽与所述宽面背板的角部连接处均设置有密封橡胶圈。
4.如权利要求2所述的板坯连铸强制冷却结晶器，其特征在于，
在所述宽面背板上开设有沉孔，在所述宽面内板上开设有与所述沉孔位置对应的定位孔；
所述宽面背板通过锁紧螺栓配合所述沉孔以及定位孔与所述宽面内板固定连接。
5.如权利要求2所述的板坯连铸强制冷却结晶器，其特征在于，
在所述宽面内板底面靠近所述板坯的位置开设有导流槽。
6.如权利要求2所述的板坯连铸强制冷却结晶器，其特征在于，
所述第一循环水槽在所述宽面组件上侧内部均匀设置有至少两个；
所述喷淋机构在所述宽面组件下侧内部均匀设置有至少两个。
7.如权利要求2所述的板坯连铸强制冷却结晶器，其特征在于，
所述喷淋机构包括喷淋腔以及固定在所述喷淋腔侧面的连接耳，所述喷淋腔通过所述连接耳与所述宽面背板固定连接并限位在所述安装槽内。
8.如权利要求7所述的板坯连铸强制冷却结晶器，其特征在于，
所述喷淋机构还包括与所述喷淋腔内部连通的喷淋进水口和喷嘴；其中，
所述喷淋进水口设置在所述喷淋腔远离所述冷却结晶腔的一侧，所述喷嘴设置在所述喷淋腔靠近所述冷却结晶腔的一侧，所述喷嘴通过所述喷淋槽对所述钢水的坯壳进行喷淋冷却。
9.如权利要求7所述的板坯连铸强制冷却结晶器，其特征在于，
所述喷嘴在所述喷淋腔靠近所述冷却结晶腔的一侧至少设置有两个；
所述喷嘴在所述喷淋腔上呈对称或均匀分布。
10.如权利要求1所述的板坯连铸强制冷却结晶器，其特征在于，
在所述窄面组件内设置有第二循环水槽以及与所述第二循环水槽内部连通的窄面进水口和窄面出水口。
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