CN111001771A - 一种连铸方坯或矩型坯用角部加热器及加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了方坯或矩型坯用角部加热器和加热方法及应用，包括圆筒形外壳和口形的用于通过方坯或矩型坯的隔热板，隔热板置于外壳中心形成外圆内方的结构，外壳内壁与隔热板外壁之间形成外圆内方的空腔，空腔内置有铁芯，铁芯上绕制有线圈，通电后铁芯具有四个磁极，四个磁极与口形的隔热板的四个边一一对应，且相邻磁极极性相反，相对磁极极性相同。角部加热器对原有连铸机设计和工艺装备没有大的改动，独立安装，独立维修维护，使用和维护方便。通过测温单元自动检测铸坯角部温度，闭环控制加热器加热工艺过程，实现连续、可定制的在线补热工艺，能够使铸坯距离边部50mm处的温度升高200℃，减小铸坯角部与其他部分温差。

Description

一种连铸方坯或矩型坯用角部加热器及加热方法

技术领域

本发明属于金属连铸技术领域，具体涉及一种连铸方坯或矩型坯用角部加热器及加热方法。

背景技术

随着科技的进步，连铸技术得到突飞猛进的发展。但是，连铸过程中铸坯角部温度过低导致铸坯质量下降的问题一直没有得到很好的解决。连铸过程中，铸坯在结晶器和二冷区中由于剧烈冷却，发生凝固和坯壳温度下降。由于角部的二维传热效应，其角部温度较铸坯中间温度有明显的下降。一般来说，在矫直机前，距离铸坯角部50mm处大约有150～200℃的温降，导致其实际温度可能低于900℃，严重影响了铸坯的塑性。矫直以前在热应力和机械应力的联合作用下，原本脆弱的连铸坯角部在矫直过程中，会进一步加重裂纹产生的条件，致使后面的热轧工序产品质量恶化，成材率下降。现代连铸生产工艺经常在连铸矫直后进行轻压下来改善铸坯的中心疏松和缩孔，此时如果角部温度过低，角部的裂纹倾向也会进一步加剧。

目前，对于方坯或矩型坯角部连铸过程中温度过低所引起的质量问题，只能被动处理。如采用被动式热屏蔽技术，在二冷区冷却水要远离角部，同时对角部进行保温隔热，这样可能减小角部温度下降，但是角部温度仍然低于铸坯其他部分温度，一般仍然低于900℃。另外一种方式是连铸后对铸坯进行角部切削，但这会降低成材率，造成加工成本、人工成本巨大。若对铸坯角部进行主动补偿加热，使整个铸坯温度得到一定的提升，将直接改善最铸坯的性能。目前主动补偿加热技术主要有燃气烧嘴加热和电磁感应加热两种方式。与传统的燃气炉火焰加热方式相比，电磁感应加热具有以下的一些优点：(1) 连续、可定制的在线补热工艺，自动检测温度；(2) 加热温度高，加热速度快，铸坯表面氧化损失少；(3) 有针对性的对铸坯边角热量散失较大部分进行加热，所以加热效率高，能耗低；(4) 采用电气化设备，可对加热过程的温度进行优化，易于实现自动化控制；(5) 清洁效率的加热方式，工作环境好，污染少，不像燃烧炉作业时会产生油污和有害气体，周围的热辐射小；(6) 对原有连铸机设计和工艺装备没有大的改动；(7) 系统灵活性强，可适用于广泛钢种和坯型，可独立维修维护。因此，采用电磁感应加热完成连铸坯的角部补热是一种比较合理的方式。连铸坯电磁感应加热技术就是在连铸机辊道上放置若干组感应加热器，通入中高频交流电。当铸坯在辊道上运动并穿过感应加热器时，在铸坯表面会产生感应电势，从而感应出涡流电流， 通过涡流产生的热量达到对铸坯角部的加热目的。

但目前电磁感应加热器主要应用于连铸连轧（直轧）过程中的中间坯的边部补偿加热，其名称一般叫电磁感应型边部加热器。电磁感应型边部加热器，是近二三十年发展起来的新技术。这种边部加热器在国外普遍使用，效果很好，加热温度可以调节，适用于各类钢种。日本、韩国新建热带轧机大部分都设置了带坯边部感应加热器。国内中钢台中钢、大陆宝钢以及太钢均有这种边部加热器。电磁感应式边部加热器主要有U型和C型两种，供应商主要有法国的达涅利·罗德瑞克(ROTELEC)公司和日本的TMEIC公司。

目前的带坯边部感应加热器只适用于加热连铸连轧中间坯，不适用于加热连铸方坯或矩型坯。其加热方式属于穿透型加热，对于方坯或矩型坯，特别是尺寸较大的方坯或矩型坯很难实现穿透型加热，所以并不适用。国内专利号为CN201420119484.7的实用新型和CN201710011781.8发明专利，只适用于钢卷、板带材等中间坯的边部加热，但不适用于连铸过程中的方坯或矩型坯的角部加热。目前，有关在连铸过程中对方坯或矩型坯角部加热的应用还未见报道。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种连铸方坯或矩型坯用角部加热器及加热方法，以便对方坯或矩型坯的角部进行加热升温，减小铸坯角部与其他部分温差。

本发明的目的之二是提供一种连铸方坯或矩型坯用角部加热器及加热方法，以便均匀方坯或矩型坯的铸坯温度。

本发明的目的之三是提供一种连铸方坯或矩型坯用角部加热器及加热方法，以便改善铸坯塑性，角部温度提高到900℃以上，在铁碳相图上，钢处于奥氏体相区，其热力学条件保证了塑性加工性能，抑制出现裂纹。

为此，本发明提供一种连铸方坯或矩型坯用角部加热器，至少包括：圆筒形外壳和口形的用于通过方坯或矩型坯的隔热板，隔热板置于外壳中心形成外圆内方的结构，外壳内壁与隔热板外壁之间形成外圆内方的空腔，所述空腔内置有铁芯，所述铁芯上绕制有线圈，通电后铁芯具有四个磁极，四个磁极与口形的隔热板的四个边一一对应，且相邻磁极极性相反，相对磁极极性相同；所述铁芯连接着冷却系统，圆筒形外壳的两端为圆形盖板，圆形盖板中心开设口形孔，隔热板的口形与口形孔连接，且隔热板、铁芯和冷却系统均置于圆筒形外壳内。

进一步地，所述铁芯由若干层形状相同的高性能硅钢片叠制而成，每一片高性能硅钢片包括圆筒形分部，圆筒形分部的内壁沿垂直于隔热板四块板壁的方向向内延伸出四个1字形分部，每一个1字形分部垂直于与其对应的隔热板的板壁并不与板壁接触，且每一个1字形分部上绕制着线圈，线圈通电后每一个1字形分部为一个磁极。

进一步地，所述冷却系统包括铁芯冷却铜板和铁芯冷却铜管，若干层高性能硅钢片之间加入一片所述铁芯冷却铜板，铁芯冷却铜管与铁芯冷却铜板外侧接触，铁芯冷却铜管通冷却水，通过铁芯冷却铜板将铁芯的热量带走，为其降温。

进一步地，所述铁芯冷却铜管内流动的冷却水的水压为0.3-0.5MPa，足够高的水压用于带走铁芯中的热量。

进一步地，所述线圈的匝数为50，采用内水冷矩形铜管绕制而成，每个线圈的进水口和回水口分别和线圈冷却水管的进水管和回水管相连接，并对线圈进行冷却。

进一步地，所述隔热板由不导磁、不导电、耐热且可被磁力线穿过的陶瓷高维板材料制成，铁芯冷却铜管采用紫铜板。

一种连铸方坯或矩型坯用角部加热器的加热方法：圆筒形外壳和口形的用于通过方坯或矩型坯的隔热板，所述隔热板置于外壳中心形成外圆内方的结构，外壳内壁与隔热板外壁之间形成外圆内方的空腔，所述空腔内置有铁芯，所述铁芯上绕制有线圈，通电后铁芯具有四个磁极，四个磁极与口形的隔热板的四个边一一对应，且相邻磁极极性相反，相对磁极极性相同；所述铁芯连接着冷却系统，圆筒形外壳的两端为圆形盖板，圆形盖板中心开设口形孔，隔热板的口形与口形孔连接，且隔热板、铁芯和冷却系统均置于圆筒形外壳内；将方坯或矩型坯用角部加热器通过外壳安装在方坯或矩型坯连铸机的扇形段上，线圈通电，方坯或矩型坯在辊道带动下向前移动穿过口形的隔热板并不与板壁接触，铁芯的四个磁极产生磁力线穿过方坯或矩型坯的角部并只对角部加热，同时铁芯冷却铜管内流动的冷却水通过铁芯冷却铜板对铁芯进行降温，线圈冷却水管内的流动水对线圈降温，将铁芯和线圈产生的热量带走。

所述方坯或矩型坯用角部加热器用于对碳素结构钢方坯或矩型坯、优质碳素结构钢方坯或矩型坯、低合金结构钢方坯或矩型坯、特种钢方坯或矩型坯、硅钢方坯或矩型坯、不锈钢方坯或矩型坯的加热，加热的初始温度700～1000℃，使方坯或矩型坯距离边部50mm处的温度升高200℃。

本发明的有益效果：本发明提供的这种方坯或矩型坯用角部加热器和加热方法及应用，采用外圆内方的角部加热器对方坯或矩型坯进行角部加热。针对连铸过程中矫直和轻压下的要求，对连铸方坯或矩型坯在矫直前和轻压下前进行角部加热，可以均匀铸坯温度，改善铸坯塑性，提高铸坯质量，具有良好的经济效益及应用前景。具体地，连铸机拉速范围可覆盖0.5～3m/min范围。它用于加热碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金结构钢、特种钢和硅钢、不锈钢。可加热的方坯或矩型坯尺寸不受限制，初始温度700～1000℃，理论上能够使铸坯距离边部50mm处的温度升高200℃。安装两个角部加热器。加热器频率200～500Hz，电流200～400A，单个磁极的线圈匝数约为50匝，每个加热器的功率约为100KW。

附图说明

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明:

图1是方坯或矩型坯用角部加热器的结构示意图；

图2是方坯或矩型坯用角部加热器的隔热板中有方坯或矩型坯通过时的示意图；

图3是冷却系统结构示意图。

附图标记说明：

1.圆筒形外壳；2.铁芯冷却铜管；3.铁芯；301.圆筒形分部；302.1字形分部；4.隔热板；5.线圈；6.铁芯冷却铜板；7.线圈冷却水管；8.方坯或矩型坯用角部加热器。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了方坯或矩型坯用角部加热器，包括圆筒形外壳1和口形的用于通过方坯或矩型坯的隔热板4，所述隔热板4置于外壳1中心形成外圆内方的结构，外壳1内壁与隔热板4外壁之间形成外圆内方的空腔，所述空腔内置有铁芯3，所述铁芯3上绕制有线圈5，通电后铁芯3具有四个磁极，四个磁极与口形的隔热板4的四个边一一对应，且相邻磁极极性相反，相对磁极极性相同；

所述铁芯3连接着冷却系统，圆筒形外壳1的两端为圆形盖板，圆形盖板中心开设口形孔，隔热板4的口形与口形孔连接，且隔热板4、铁芯3和冷却系统均置于圆筒形外壳1内。

需要特别说明的是，外壳1将角部加热器封闭起来，保护角部加热器，减小现场高温、灰尘等对角部加热器的影响。隔热板4是中空的方形筒状结构，如图1所示。

在实际生产中加热器一般安装在矫直机之前，但也不是绝对的，根据需要也可以在矫直前、矫直中、矫直后轻压下之前。

方坯或矩型坯用角部加热器的工作原理是：

铁芯3、隔热板4和线圈5组成了感应头，感应头是方坯或矩型坯角部加热器的核心部件，它主要用于产生高频磁场，对通过的方坯或矩型坯角部进行加热，具体地，当交流电通过感应头绕在铁芯上的线圈会产生一个穿过方坯或矩型坯角部的交变磁场，此交变磁场从而在角部中感应涡电流，涡电流会产生热量，从而加热方坯或矩型坯角部，使其温度升高，达到温度补偿的目的。

方坯或矩型坯用角部加热器的工作过程是：

将方坯或矩型坯用角部加热器通过外壳1安装在方坯或矩型坯连铸机的扇形段上，线圈5通电，方坯或矩型坯在辊道带动下向前移动穿过口形的隔热板4并不与板壁接触，铁芯3的四个磁极产生磁力线穿过方坯或矩型坯的角部并只对角部加热，同时冷却系统内流动的冷却水对铁芯3进行降温，将铁芯3和线圈5产生的热量带走。

与现有的带坯边部感应加热器相比，本发明的方坯或矩型坯用角部加热器其结构为外圆内方，上下左右共四个磁极，相邻磁极极性相反，相对磁极极性相同，故磁力线通过相邻磁极穿过方坯或矩型坯的四个角部，通过感应加热方式对四个角部进行补偿加热，不同于中间坯边部加热器的穿透型加热，同时由于连铸坯的速度远小于中间坯的速度，所以其加热过程更容易实现。本发明提供的方坯或矩型坯用角部加热器结构和方坯或矩型坯连铸电磁搅拌的结构相似，但原理并不相同，方坯或矩型坯连铸电磁搅拌的相对磁极极性相反，磁力线穿过整个方坯或矩型坯厚度，而本发明的方坯或矩型坯用角部加热器磁力线只穿过角部；前者主要通过电磁力对未凝固液芯进行搅拌，后者主要通过电磁感应对方坯或矩型坯角部进行加热。

因此，针对连铸过程中矫直和轻压下的要求，对连铸方坯或矩型坯在矫直前和轻压下前进行角部加热，可以均匀铸坯温度，改善铸坯塑性，提高铸坯质量，具有良好的经济效益及应用前景。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图1所示，所述铁芯3由若干层形状相同的高性能硅钢片叠制而成，每一片高性能硅钢片包括圆筒形分部301，圆筒形分部301的内壁沿垂直于隔热板4四块板壁的方向向内延伸出四个1字形分部302，每一个1字形分部302垂直于与其对应的隔热板4的板壁并不与板壁接触，且每一个1字形分部302上绕制着线圈5，线圈5通电后每一个1字形分部302为一个磁极。

如图1所示，高性能硅钢片是一体成型，上下左右共四个磁极，相邻磁极极性相反，相对磁极极性相同，故磁力线通过相邻磁极穿过方坯（矩形坯）的四个角部，通过感应加热方式对四个角部进行补偿加热，具体地，当交流电通过感应头时，绕在铁芯上的线圈会产生一个穿过连铸坯角部的交变磁场，此交变磁场从而在铸坯角部中感应涡电流，涡电流会产生热量，从而加热铸坯角部，使其温度升高，达到温度补偿的目的。

实施例3：

如图3所示，在实施例2的基础上，所述冷却系统包括铁芯冷却铜板6和铁芯冷却铜管2，若干层高性能硅钢片之间加入一片所述铁芯冷却铜板6，铁芯冷却铜管2与铁芯冷却铜板6接触并通过冷却水为其降温。

由于在工作状态下，线圈和铁芯本身都会发热，同时铸坯也会辐射热量到感应头上，因此，考虑到低铜损、低铁损，在铁芯3中加入了隔热板4的同时，又安装了冷却系统，具体地，铁芯冷却铜管2内通冷却水，铁芯冷却铜板6与铁芯冷却铜管2接触，冷却水与铁芯冷却铜板6热交换，将铁芯产生的热量带走。

实施例4：

在实施例3的基础上，为了加速冷却和热交换，所述铁芯冷却铜管2内流动的冷却水的水压为0.3-0.5MPa。

实施例5：

在实施例2的基础上，所述线圈5的匝数为50，采用内水冷矩形电磁线绕制而成，由线圈冷却水管7进行冷却。具体地说，线圈5的匝数约为50，但并不局限于此，可以根据实际需要，调整线圈匝数。

实施例6：

在实施例3的基础上，所述隔热板4由不导磁、不导电、耐热且可被磁力线穿过的陶瓷高维板材料制成，铁芯冷却铜管2采用紫铜板。

铁芯冷却铜管2采用导热性能极好的紫铜板。

隔热板4的作用非常关键，它直接受到高温方坯（矩形坯）的辐射加热，同时磁力线还要穿过它到达方坯（矩形坯）角部，并对方坯（矩形坯）角部进行感应加热，而它本身不能被加热，所以它必须不导磁、不导电，耐热性能好，有一定的强度，经久耐用，使用寿命长。

实施例7：

方坯或矩型坯用角部加热器的加热方法：

如图2和图1所示，将方坯或矩型坯用角部加热器通过外壳1安装在方坯或矩型坯连铸机的扇形段上，线圈5通电，方坯或矩型坯在辊道带动下向前移动穿过口形的隔热板4并不与板壁接触，铁芯3的四个磁极产生磁力线穿过方坯或矩型坯的角部并只对角部加热，同时铁芯冷却铜管2内流动的冷却水通过铁芯冷却铜板6对铁芯3进行降温，线圈冷却水管7内的流动水对线圈5降温，将铁芯3和线圈5产生的热量带走。

实施例8：

所述方坯或矩型坯用角部加热器用于对碳素结构钢方坯或矩型坯、优质碳素结构钢方坯或矩型坯、低合金结构钢方坯或矩型坯、特种钢方坯或矩型坯、硅钢方坯或矩型坯、不锈钢方坯或矩型坯的加热，加热的初始温度700～1000℃，使方坯或矩型坯距离边部50mm处的温度升高200℃。

综上所述，本发明提供的方坯或矩型坯用角部加热器采用外圆内方（如图1）的角部加热器对方坯（矩形坯）进行角部加热。连铸机拉速范围可覆盖0.5～3m/min范围。它用于加热碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金结构钢、特种钢和硅钢、不锈钢。可加热的方坯（矩形坯）尺寸不受限制，初始温度700～1000℃，理论上能够使铸坯距离边部50mm处的温度升高200℃。安装两个角部加热器。加热器频率200～500Hz ，电流200～400A，单个磁极的线圈匝数约为50匝，每个加热器的功率约为100KW。加热器对原有连铸机设计和工艺装备没有大的改动，独立安装，独立维修维护，使用和维护方便。通过测温单元自动检测铸坯角部温度，闭环控制加热器加热工艺过程，实现连续、可定制的在线补热工艺，能够使铸坯距离边部50mm处的温度升高200℃，减小铸坯角部与其他部分温差。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (7)

1.一种连铸方坯或矩型坯用角部加热器，其特征是：至少包括：圆筒形外壳和口形的用于通过方坯或矩型坯的隔热板，隔热板置于外壳中心形成外圆内方的结构，外壳内壁与隔热板外壁之间形成外圆内方的空腔，所述空腔内置有铁芯，所述铁芯上绕制有线圈，通电后铁芯具有四个磁极，四个磁极与口形的隔热板的四个边一一对应，且相邻磁极极性相反，相对磁极极性相同；所述铁芯连接着冷却系统，圆筒形外壳的两端为圆形盖板，圆形盖板中心开设口形孔，隔热板的口形与口形孔连接，且隔热板、铁芯和冷却系统均置于圆筒形外壳内。

2.根据权利要求1所述的一种连铸方坯或矩型坯用角部加热器，其特征是：所述铁芯由若干层形状相同的高性能硅钢片叠制而成，每一片高性能硅钢片包括圆筒形分部，圆筒形分部的内壁沿垂直于隔热板四块板壁的方向向内延伸出四个1字形分部，每一个1字形分部垂直于与其对应的隔热板的板壁并不与板壁接触，且每一个1字形分部上绕制着线圈，线圈通电后每一个1字形分部为一个磁极。

3.根据权利要求1所述的一种连铸方坯或矩型坯用角部加热器，其特征是：所述冷却系统包括铁芯冷却铜板和铁芯冷却铜管，若干层高性能硅钢片之间加入一片所述铁芯冷却铜板，铁芯冷却铜管与铁芯外侧接触，铁芯冷却铜管通冷却水，通过铁芯冷却铜板将铁芯的热量带走，为其降温。

4.根据权利要求3所述的一种连铸方坯或矩型坯用角部加热器，其特征是：所述铁芯冷却铜管内流动的冷却水的水压为0.3-0.5MPa，足够高的水压用于带走铁芯中的热量。

5.根据权利要求1所述的一种连铸方坯或矩型坯用角部加热器，其特征是：所述线圈的匝数为50，采用内水冷矩形铜管绕制而成，每个线圈的进水口和回水口分别和线圈冷却水管的进水管和回水管相连接（7），并对线圈进行冷却。

6.根据权利要求1所述的一种连铸方坯或矩型坯用角部加热器，其特征是：所述隔热板由不导磁、不导电、耐热且可被磁力线穿过的陶瓷高维板材料制成，铁芯冷却铜管采用紫铜板。

7.一种连铸方坯或矩型坯用角部加热器的加热方法，其特征是：包括筒形外壳和口形的用于通过方坯或矩型坯的隔热板，所述隔热板置于外壳中心形成外圆内方的结构，外壳内壁与隔热板外壁之间形成外圆内方的空腔，所述空腔内置有铁芯，所述铁芯上绕制有线圈，通电后铁芯具有四个磁极，四个磁极与口形的隔热板的四个边一一对应，且相邻磁极极性相反，相对磁极极性相同；所述铁芯连接着冷却系统，圆筒形外壳的两端为圆形盖板，圆形盖板中心开设口形孔，隔热板的口形与口形孔连接，且隔热板、铁芯和冷却系统均置于圆筒形外壳内；将方坯或矩型坯用角部加热器通过外壳安装在方坯或矩型坯连铸机的扇形段上，线圈通电，方坯或矩型坯在辊道带动下向前移动穿过口形的隔热板并不与板壁接触，铁芯的四个磁极产生磁力线穿过方坯或矩型坯的角部并只对角部加热，同时铁芯冷却铜管内流动的冷却水通过铁芯冷却铜板对铁芯进行降温，线圈冷却水管内的流动水对线圈降温，将铁芯和线圈产生的热量带走。

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