CN110860662A - 一种抑制连铸板坯角部奥氏体晶粒尺寸的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制连铸板坯角部奥氏体晶粒尺寸的方法和装置，属于冶金连铸技术领域。它包括固定在宽面支撑板上的宽面铜板和固定在窄面支撑板上的窄面铜板，所述窄面铜板和宽面铜板的上端面平齐，所述窄面铜板下端面短于宽面铜板下端面100‑300mm，所述窄面支撑板下端面对称地固定有足辊支架，足辊支架对称设置有足辊，位于一侧的足辊形成的内辊面和窄面铜板的内壁在同一个平面上；喷淋杆通过喷淋杆支架固定定于足辊支架上，喷淋支管的一端固定于喷淋杆上，并与喷淋杆的内腔连通，另一端安装有喷嘴，改善了传热条件，提高了冷却速率，有效促进了表面晶粒细化和析出物在晶内的弥散分布析出，提高了铸坯窄面质量。

Description

一种抑制连铸板坯角部奥氏体晶粒尺寸的方法和装置

技术领域

本发明属于冶金连铸技术领域，更具体地说，涉及一种抑制连铸板坯角部奥氏体晶粒尺寸的方法和装置。

背景技术

连铸技术是钢铁工业的一项重要技术，对实现钢铁生产流程的高效化、集约化和产品品种的专业化、优质化具有重要作用。结晶器是连铸机主体设备中的关键部件，使钢液强制冷却、初步凝固成形，形成具有一定厚度的坯壳且保证坯壳均匀稳定生长，凝固坯壳和结晶器之间传热效果的好坏与铸机生产效率和铸坯质量具有直接的关系。

在板坯连铸过程中，钢水凝固形成凝固坯壳后，坯壳和结晶器铜板之间会形成气隙，特别是结晶器窄面下段会出现鼓肚变形的角部会与铜板之间部与坯壳之间形成较大的气隙较大，加上铸坯在结晶器中下部不能很好的对中，使得相邻或相对的两个角部气隙合并，尤其是某一个角部产生的角部气隙集中合并，特别是角部铸坯振痕谷底气隙的叠加造成铸坯角部远离结晶器壁，气隙的存在导致热阻增加，坯壳冷却速率下降，坯壳的温度高居不下，使得奥氏体晶粒进一步快速生长而变得异常粗大，不利于晶粒细化各种溶质元素和夹杂物。在晶界聚集程度加大，进一步冷却后在粗大的奥氏体晶界析出物集中并形成严重的膜状先共析铁素体和其它析出物使晶界弱化，并形成裂纹源，在铸坯后续弯曲或者矫直过程中容易成为撕裂的起源，形成角部横裂纹缺陷，特别是铸坯窄面靠近角部的区域，影响铸坯的角部表面质量。随着连铸高效化后的结晶器加长至约1000-1200mm，铸坯角部冷却不均匀程度相对增加，铸坯在结晶器内的间接弱冷部分相对的延长，裂纹倾向增加，裂纹严重时需要对铸坯清理后才能进行后续轧制，制约了生产效率的提高，降低了金属收得率，增加了生产成本、能耗和人机工作量。

为了解决上述的技术问题，目前采用的方式有几种：第一种设计倒角结晶器，例如中国专利申请号201210141415.1公开了一种有效控制角部纵裂纹的板坯连铸倒角结晶器窄面铜板，窄面倒角铜板与钢水接触的工作面包括两个倒角面、倒角面之间平面部分，两个倒角面在倒角面在结晶器上口宽度，下口的宽度；倒角面在结晶器下口宽度尺寸分别大于各自对应倒角面在结晶器上口宽度的尺寸。中国专利申请号200720089029.7公开了一种矩形内腔横截面四个角为过渡曲面的板坯结晶器，该专利所述过渡曲面的圆弧半径为4-150mm，该曲面与宽面铜板接触面倒角半径为2-10mm。中国专利申请号200720175143.1公开了一种矩形内腔横截面四个角为圆弧过渡面的板坯结晶器，该专利所述圆弧过渡面两端分别与宽面和窄面铜板相切。该设计存在窄面铜板两端容易变形的缺陷，而且没有考虑倒角面自身锥度，倒角连铸板坯容易出现角部纵裂缺陷。

第二种改善相关的连铸工艺，例如中国专利申请号201910366934.X公开了一种微合金钢铸坯角部横裂纹控制工艺及结晶器，该结晶器包括机架和安装在机架上的宽面水箱和窄面水箱，宽面水箱上安装有宽面铜板，窄面水箱上安装有窄面铜板，宽面铜板上具有多个沿宽面铜板的长度方向延伸的宽面水槽，窄面铜板上具有多个沿窄面铜板的长度方向延伸的窄面水槽。中国专利申请号201410268120.X公开了一种控制微合金钢板坯角部横裂纹的二次冷却方法，其在铸坯出结晶之后至脱离弯曲段之前通过弱冷模式对铸坯角部的温度进行控制，使得铸坯角部温度不低于Ae3温度，在平衡状态下时，奥氏体与铁素体共存的最高温度；在进入矫直段之前，将弱冷模式转变为强冷模式，使得铸坯角部温度达到Ar3温度，即在铸坯冷却过程中，奥氏体开始向铁素体转变的温度；进入矫直段后，继续采用强冷模式。中国专利申请号201810329636.9公开了一种微合金钢薄板坯边角裂纹控制装备及工艺，该控制工艺采用角部高效传热窄面高斯凹形曲面结晶器、整体增强冷却工艺协同结晶器窄面足辊区新增强喷淋系统的配水工艺、宽面整体缓冷却配水工艺进行动态配水。

因此，结合实际生产，解决目前铸坯存在角部裂纹的问题，探索一种用于提高连铸板坯窄面质量的结晶器具有重要意义。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有加长结晶器造成铸坯角部冷却不均匀，铸坯在结晶器内的间接弱冷部分相对的延长，裂纹倾向增加的问题，本发明提供一种便捷、有效的方法和结构简单、制作成本低、更换使用方便的用于提高连铸板坯窄面质量的结晶器装置，降低连铸坯角部横裂纹的严重程度和发生几率，提高连铸坯角部质量。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

本发明的抑制连铸板坯角部奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，包括固定在宽面支撑板上的宽面铜板和固定在窄面支撑板上的窄面铜板，其特征在于，所述窄面铜板和宽面铜板的上端面平齐，所述窄面铜板下端面短于宽面铜板下端面100-300mm，所述窄面支撑板下端面对称地固定有足辊支架，足辊支架对称设置有足辊，位于一侧的足辊形成的内辊面和窄面铜板的内壁在同一个平面上；喷淋杆通过喷淋杆支架固定于足辊支架上，喷淋支管的一端固定于喷淋杆上，并与喷淋杆的内腔连通，另一端安装有喷嘴。

分析可能的原因如下：目前使用的结晶器，宽面铜板和窄面铜板的高度是一致的，宽面铜板和窄面铜板均采用水箱冷却，铸坯角部冷却不均匀程度相对增加，铸坯在结晶器内的间接弱冷部分相对的延长，裂纹倾向增加。利用较窄面的凝固坯壳所需的支撑长度相对较短的原理，通过窄面减短结晶器窄面板下部长度并增加支撑足辊，实现对铸坯角部提前直接喷水冷却降温，并对角部附近宽面铜板直接水冷来强化和均匀化对铸坯宽面下段角部的冷却，以抑制铸坯角部的奥氏体晶粒继续长大，特别是消除由于铸坯在结晶器中下部不对中产生的角部气隙集中合并和振痕谷底气隙的叠加所造成的铸坯角部远离结晶器壁而产生的奥氏体晶粒粗大问题。

具体为通过减短结晶器窄面下部铜板长度100-300mm并相应地增加支撑足辊，使铸坯下部的窄面及角部较宽面提早100-300mm结束结晶器铜板相对较弱间接冷却而转为直接水冷，也使铸坯宽面下部100-300mm段的铸坯角部附近受内部和外部双重冷却，进而使得宽面侧铸坯角部附近的表面部分获得相对更低的温度，进而使得铸坯下部100-300mm一段范围内的四个角部较早地受到相对更均匀和更强烈的冷却，抑制了连铸坯角部坯壳内部原始奥氏体晶粒的长大并减小了晶界的宽度，同时减小了各种溶质元素和夹杂物在晶界聚集程度，抑制了奥氏体晶界析出物和膜状先共析铁素体的集中严重析出产生的晶界极端弱化，避免了后续的顶弯或矫直过程中应力叠加成为角部横裂纹源的问题，减少了角部横裂纹的发生几率和发生数量。

本装置在使用过程中，由于将结晶器宽面铜板和窄面铜板的上端面平齐，窄面铜板下端面和宽面铜板下端面具有一定的高度差，该使得窄面和角部区域改间接冷却为直接喷水冷却和低温间接冷却，从而改善了角部传热条件，提高了坯壳冷却速率，抑制了原始奥氏体晶粒异常长大，有利于细化晶粒，减少晶界处的析出物富集和膜状先共析铁素体的大量形成，消除了裂纹产生的萌芽，同时使得析出物尽可能在晶内析出并呈弥散状分布，进而使得铸坯在弯曲和矫直时不会产生裂纹缺陷，最终达到了提高铸坯窄面角部质量的目的。

于本发明的一种可能的实施方式中，所述喷淋支管包括第一喷淋支管和第二喷淋支管，所述窄面铜板下方的第一喷淋支管倾斜向下方，与窄面铜板的夹角a为30-80°，第二喷淋支管与窄面铜板垂直。

本发明还提供了一种抑制连铸板坯角部奥氏体晶粒尺寸的方法，采用上述的结晶器装置，连铸板坯窄面相对于宽面100-300mm段直接水冷，水量为20-58L/min，水流密度分布18L/(m²·s)。

于本发明的一种可能的实施方式中，连铸板坯窄面相对于宽面直接水冷100-300mm段内布置的喷嘴喷射轴线向下倾斜，与铸坯表面的夹角a为30-80°。

于本发明的一种可能的实施方式中，连铸板坯厚度为230mm，宽度为950-2150mm。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的结晶器装置，将窄面铜板下部去掉了一部分，改为喷水冷却，极大改善了传热条件，提高了冷却速率，有效促进了表面晶粒细化和析出物在晶内的弥散分布析出，提高了连铸板坯窄面质量；

(2)本发明将窄面铜板和窄面支撑板高度减小之后，在其下端面下方设置了足辊，可以对窄面坯壳起到有效的支撑作用，可防止窄面坯壳变形；

(3)本发明中位于喷淋杆上的喷嘴，给窄面提供了水冷条件，可通过改变喷嘴的结构参数、安装参数和冷却参数来实现铸坯窄面表面组织的控制；

(4)本发明中，对于减小窄面铜板和窄面支撑板高度、增加窄面足辊数量和安装高度的操作，很容易通过在原有结晶器上的改造获得，制作简单，制造成本低，且不会影响结晶器其他结构的使用和安装；

(5)本发明具有制作简单、制造成本低、更换方便且能较好地提高连铸板坯窄面质量的特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的侧视结构示意图；

图3为图1的沿A-A线剖视结构示意图；

图4为采用现有技术对应铸坯角部样酸洗结果；

图5为采用本发明对应铸坯角部样酸洗结果。

图中标记说明：

1、窄面支撑板；2、宽面铜板；3、宽面支撑板；4、窄面铜板；5、第一喷淋支管；6、喷淋杆支架；7、足辊；8、喷淋杆；9、第二喷淋支管；10、喷嘴。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1至图3所示，本实施例结晶器对应的铸坯厚度为230mm，铸坯宽度为950-2150mm，结晶器宽面铜板2高度为900mm，窄面铜板4较宽面铜板2短300mm。

具体的结晶器装置包括宽面铜板2、宽面支撑板3、窄面铜板4、窄面支撑板1、足辊7、第一喷淋杆8支管、足辊支架(图中未标注)、喷淋杆8、喷淋杆支架6、第二喷淋支管9和喷嘴10；两块宽面铜板2对称设置，并且分别固定于对应的宽面支撑板3上；两块夹在宽面铜板2之间的窄面铜板4对称设置，且固定于对应的窄面支撑板1上，窄面铜板4和宽面铜板2的上端面平齐，宽面铜板2与窄面铜板4的高度之差为300mm，且窄面铜板4和窄面支撑板1的下端面平齐；窄面支撑板1下端面对称地固定有足辊支架，足辊支架对称设置有增加数量的足辊7，位于一侧的足辊7形成的内辊面和窄面铜板4的内壁在同一个平面上；喷淋杆8通过喷淋杆支架6固定于足辊支架上，喷淋支管的一端固定于喷淋杆8上，并和喷淋杆8的内腔连通，另一端安装有喷嘴10。

进一步的，所述宽面铜板2和窄面支撑板1的尺寸参数与实际使用的结晶器的宽面铜板2和窄面支撑板1的尺寸参数相同。

此外，所述窄面铜板4和窄面支撑板1，宽面铜板2与窄面铜板4的高度之差为300mm，且窄面铜板4和窄面支撑板1的下端面平齐，其余尺寸参数与实际使用的结晶器的所述窄面铜板4和窄面支撑板1的尺寸参数相同。

此外，如图所示，所述足辊7对称地设置于窄面铜板4和窄面支撑板1的下方，足辊7的数量为4对。

以防止冷却水喷入结晶器铜板宽面与铸坯的缝隙之中后急剧汽化，造成蒸汽延狭缝上升产生的人身安全问题、稳定作业问题和对铸坯表面其它质量的负面影响，对铸坯窄面出口直接水冷的300mm段内布置的喷嘴10喷射轴线向下倾斜，与铸坯表面的夹角a为30-80°，夹角a可以为30°、45°、60°、70°、80°，并设计有在宽面铜板2处较弱的喷出水冲击力和较小的水流密度分布。在本实施例中，所述第一喷淋支管5与铸坯窄面间的向下a为45°，喷嘴10对称地设置于喷淋杆8上，喷嘴10的数量为8对。

实施例2

本实施例的结晶器装置，除下述技术参数外，其余同实施例1。

所述宽面铜板2与窄面铜板4的高度之差为200mm。

所述足辊7的数量为4对，第一喷淋支管5与铸坯窄面间的向下夹角为45°。

所述喷嘴10的数量为7对。

实施例3

本实施例的结晶器装置，除下述技术参数外，其余同实施例1。

所述宽面铜板2与窄面铜板4的高度之差为100mm。

所述足辊7的数量为4对，第一喷淋支管5与铸坯窄面间的向下夹角为60°。

所述喷嘴10的数量为7对。

实施例4

本实施例的抑制连铸板坯角部奥氏体晶粒尺寸的方法，采用上述的结晶器装置，连铸板坯窄面相对于宽面100-300mm段直接水冷，水量为20-58L/min，水流密度分布18L/(m²·s)。

具体的窄面铜板下端面短于宽面铜板下端面可以为100、200mm和300mm，水量为20L/min、22L/min、25L/min、30L/min、35L/min、40L/min、45L/min、50L/min和58L/min，水流密度分布18L/(m²·s)。

采用上述的装置和方法，实施例1-实施例4得到的连铸板坯检测结果如下：

1、角部裂纹发生率由原先的30％降低至4.5％以下；

2、铸坯表层原始奥氏体晶粒尺寸由原先的1.2-1.6mm细化至0.4-0.7mm；

3、采用Gleeble-2000D热模拟试验机测试铸坯试样高温力学性能，相同温度下测试时，屈服强度增加30-60MPa；

4、铸坯四个角取样酸洗后，裂纹数量和严重程度明显改善，具体见下图4和图5，图中编号1-4分别对应铸坯四个角部位置，依次为内弧东侧、内弧西侧、外弧西侧和外弧东侧。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种抑制连铸板坯角部奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，包括固定在宽面支撑板(3)上的宽面铜板(2)和固定在窄面支撑板(1)上的窄面铜板(4)，其特征在于，所述窄面铜板(4)和宽面铜板(2)的上端面平齐，所述窄面铜板(4)下端面短于宽面铜板(2)下端面100-300mm，所述窄面支撑板(1)下端面对称地固定有足辊支架，足辊支架对称设置有足辊(7)，位于一侧的足辊(7)形成的内辊面和窄面铜板(4)的内壁在同一个平面上；喷淋杆(8)通过喷淋杆支架(6)固定于足辊支架上，喷淋支管的一端固定于喷淋杆(8)上，并与喷淋杆(8)的内腔连通，另一端安装有喷嘴(10)。

2.根据权利要求1所述抑制连铸板坯角部奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，其特征在于，所述喷淋支管包括第一喷淋支管(5)和第二喷淋支管(9)，所述窄面铜板(4)下方的第一喷淋支管(5)倾斜向下方，与窄面铜板(4)的夹角a为30-80°，第二喷淋支管(9)与窄面铜板(4)垂直。

3.一种抑制连铸板坯角部奥氏体晶粒尺寸的方法，采用权利要求1或2的结晶器装置，其特征在于，连铸板坯窄面相对于宽面100-300mm段直接水冷，水量为20-58L/min，水流密度分布18L/(m²·s)。

4.根据权利要求3所述抑制连铸板坯角部奥氏体晶粒尺寸的方法，其特征在于，连铸板坯窄面相对于宽面直接水冷100-300mm段内布置的喷嘴(10)喷射轴线向下倾斜，与铸坯表面的夹角a为30-80°。

5.根据权利要求3所述抑制连铸板坯角部奥氏体晶粒尺寸的方法，其特征在于，连铸板坯厚度为230mm，宽度为950-2150mm。

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