CN112743054A - 一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，属于连铸结晶器技术领域。它包括宽面支撑板、窄面支撑板、改进冷却铜板、足辊和足辊喷嘴，所述改进冷却铜板短于普通铜板，所述改进冷却铜板包括宽面铜板和窄面铜板，所述宽面支撑板内侧连接有宽面铜板，宽面支撑板下端设置有足辊，足辊缝隙中设置有足辊喷嘴。消除铸坯角部远离结晶器壁而产生的奥氏体晶粒异常粗大问题，避免矫直发生裂纹缺陷。

Description

一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器 装置

技术领域

本发明属于连铸结晶器技术领域，更具体地说，涉及一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置。

背景技术

连铸过程是钢铁生产流程的核心环节，连铸坯质量对于成品质量具有重要的影响。对于连铸板坯，特别是微合金化钢，会存在角部裂纹缺陷，对热卷和成品质量产生较大影响。角部裂纹较严重时，要进行火焰清理，甚至切角处理，严重制约了生产效率的提高，而且增加了物流、能源和人工成本，降低了金属收得率，与降本增效的目标背道而驰。

铸坯角部裂纹缺陷是在铸坯弯曲和矫直过程中产生的，是因为铸坯表面组织的高温强度低于弯曲应力和矫直应力，进而产生裂纹缺陷。当铸坯表面的奥氏体晶粒较为粗大，且晶界上存在膜状先共析铁素体和碳氮化物的析出物，晶界处容易出现应力集中而形成裂纹源，在弯曲和矫直过程中容易形成裂纹缺陷。一般认为，裂纹的扩展与奥氏体晶界面积有关，而晶粒越细小，晶界面积会越大，裂纹穿过复杂位错的晶界而受到的阻力就越大，裂纹扩展需要的消耗的能量就越多。因此，简单地讲，晶粒越细小，就越不容易形成裂纹。

在结晶器内，钢水凝固收缩使得坯壳与结晶器铜板之间存在气隙，增加了热阻，导致冷却速率下降，使得奥氏体晶粒变得粗大。而提高冷却速率有利于晶粒细化，有效阻止膜状先共析铁素体在奥氏体晶界的析出，并使得碳氮化物尽可能不在晶界析出，并在晶界内呈弥散分布。这样以来，就可以有效提高铸坯在弯曲和矫直过程中铸坯表层组织的高温强度，尽可能避免角部裂纹缺陷的形成，提高铸坯表面质量。

针对铸坯的角部裂纹的解决方案，中国专利申请号为：201911192737.7，公开日为：2020-03-06的“一种抑制连铸板坯角部奥氏体晶粒尺寸的方法和装置”，其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。其通过更改窄面结晶器的结构，一定程度上提高了结晶器的窄面质量，提高连铸坯角部质量，但其在使用过程中对于角部裂纹的改善效果有限。

中国专利申请号为：201210141415.1，公开日为：2012-08-22的“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。

发明内容

1.要解决的问题

针对铸坯容易出现角部裂纹的问题，本发明提供一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置。消除铸坯角部远离结晶器壁而产生的奥氏体晶粒异常粗大问题，避免矫直发生裂纹缺陷。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，包括宽面支撑板、窄面支撑板、改进冷却铜板、足辊和足辊喷嘴，所述改进冷却铜板短于普通铜板，所述改进冷却铜板包括宽面铜板和窄面铜板，所述宽面支撑板内侧连接有宽面铜板，宽面支撑板下端设置有足辊，足辊缝隙中设置有足辊喷嘴。

将结晶器宽面铜板和窄面铜板的高度减小，在相同拉速下，缩短了钢水在结晶器的内的停留时间，坯壳拉出结晶器后随即使用纯水冷却，改善了传热条件，增加了冷却速率，进而达到有效抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸。增加足辊来减短结晶器下部长度，实现对铸坯表面提前直接喷水冷却降温，并对铸坯表面直接水冷来强化和均匀化对铸坯表面下段角部的冷却，以抑制铸坯表面尤其是角部的奥氏体晶粒持续长大，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。

作为本发明的进一步描述的方案中，所述改进冷却铜板相对普通铜板下端短100～300mm。四个角部较早地受到相对更均匀和更强烈的冷却，进而使得铸坯角部的表面部分获得相对更低的温度。

作为本发明的进一步描述的方案中，所述宽面铜板和窄面铜板均对称设置，宽面铜板与窄面铜板的下端面平齐。

作为本发明的进一步描述的方案中，所述宽面支撑板下部对称地固定有宽面足辊支架，宽面足辊支架设置有宽面足辊，并通过喷淋主管支撑板固定有喷淋主管；喷淋主管支管均匀地设置于喷淋主管上，其一端与喷淋主管的内腔连通，另一端固定有宽面足辊喷嘴。

作为本发明的进一步描述的方案中，所述窄面支撑板下端面固定有窄面足辊支架，窄面足辊支架设置有窄面足辊，并通过喷淋杆支撑板固定有喷淋杆；喷淋杆支管均匀地设置于喷淋杆上，喷淋杆支管一端与喷淋杆的内腔连通，另一端固定有窄面足辊喷嘴。

作为本发明的进一步描述的方案中，位于一侧的所述宽面足辊形成的内辊面与同侧宽面铜板的内壁在同一个平面内，宽面足辊数量为1～3对。

作为本发明的进一步描述的方案中，位于一侧的所述窄面足辊形成的内辊面与同侧窄面铜板的内壁在同一个平面内，窄面足辊数量为3～5对。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，结晶器减小了宽面铜板和窄面铜板的高度，相应的区域采用纯水冷却，提高了冷却速率，促进了铸坯表面晶粒的细化，进而减少了膜状先共析铁素体的形成，有利于碳氮化物在晶内洗出而尽可能不在晶界析出，避免铸坯在弯曲和矫直过程中形成裂纹缺陷；

(2)本发明的一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，通过改变宽面足辊喷嘴和窄面足辊喷嘴的结构参数、安装参数和冷却参数来控制铸坯表面组织；

(3)本发明的一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，通过对实际使用结晶器进行改造而获得，而且只需要减小结晶器高度和适当改变宽面和窄面的足辊装置和喷淋装置，制作简单，制造陈本低，且不会对结晶器其他结构的安装和使用造成影响；

因此，本发明具有加工简单、制造成本低、更换方便、且能有效抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的特点。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

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A-A剖视结构示意图。

1、宽面支撑板；2、窄面支撑板；3、宽面铜板；4、喷淋主管；5、喷淋主管支撑板；6、喷淋主管支管；7、窄面铜板；8、宽面足辊支架；9、喷淋杆支撑板；10、窄面足辊支架；11、宽面足辊；12、宽面足辊喷嘴；13、窄面足辊；14、喷淋杆；15、喷淋杆支管；16、窄面足辊喷嘴。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。

如只将结晶器的铜板进行缩短，则出结晶器后的铸坯坯壳厚度减小，铸坯因此可能出现鼓肚变形，严重时可能出现漏钢(如只是将结晶器的一侧铜板缩短，则不会出现过于严重的铸坯的质量缺陷)。本申请在对结晶器铜板进行缩短的基础上，辅以相应的改善铸坯质量的富有创造性的结构，使得铸坯在克服角部裂纹的情况下，能够克服结晶器铜板缩短来带的质量缺陷和安全缺陷，实现安全生产的同时，提升铸坯的质量，消除铸坯的角部裂纹现象。其具体的实现方式是，1)加大结晶器冷却水量，增加结晶器冷却强度；2)根据结晶器铜板缩短的程度，增加与之匹配的宽、窄面足辊数量，喷嘴数量及冷却水量；3)设定与之相匹配的拉速。通过以上措施以保证出结晶器后的铸坯坯壳厚度，满足质量控制要求，确保生产过程顺行。

实施例1

本实施例中以铸坯厚度为230mm、铸坯宽度为950～2150mm所使用结晶器为例进行详细的说明。

如图1-3所示，本实施例的一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置包括宽面支撑板1，窄面支撑板2，宽面铜板3，喷淋主管4，喷淋主管支撑板5，喷淋主管支管6，窄面铜板7，宽面足辊支架8，喷淋杆支撑板9，窄面足辊支架10，宽面足辊11，宽面足辊喷嘴12，窄面足辊13，喷淋杆14，喷淋杆支管15和窄面足辊喷嘴16；宽面铜板3和窄面铜板7均对称设置，且其上端面和下端面均平齐；宽面铜板3和窄面铜板7均固定位于相应的宽面支撑板1和窄面支撑板2上，且其下端面均平齐；宽面铜板3和窄面铜板7的高度均为700mm(原结晶器高度为900mm)；宽面支撑板1下部对称地固定有宽面足辊支架8，宽面足辊支架8设置有宽面足辊11，并通过喷淋主管支撑板5固定有喷淋主管4；喷淋主管支管6均匀地设置于喷淋主管4上，其一端与喷淋主管4的内腔连通，另一端固定有宽面足辊喷嘴12；窄面支撑板2下端面固定有窄面足辊支架10，窄面足辊支架10设置有窄面足辊13，并通过喷淋杆支撑板9固定有喷淋杆14；喷淋杆支管15均匀地设置于喷淋杆14上，喷淋杆支管15一端与喷淋杆14的内腔连通，另一端固定有窄面足辊喷嘴16。将结晶器宽面铜板3和窄面铜板7的高度减小，在相同拉速下，缩短了钢水在结晶器的内的停留时间，坯壳拉出结晶器后随即使用纯水冷却，改善了传热条件，增加了冷却速率，进而达到有效抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸。增加足辊来减短结晶器下部长度，实现对铸坯表面提前直接喷水冷却降温，并对铸坯表面直接水冷来强化和均匀化对铸坯表面下段角部的冷却，以抑制铸坯表面尤其是角部的奥氏体晶粒持续长大，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。

位于一侧的宽面足辊11形成的内辊面与同侧宽面铜板3的内壁在同一个平面内，宽面足辊11数量为2对。位于一侧的窄面足辊13形成的内辊面与同侧窄面铜板7的内壁在同一个平面内，窄面足辊13数量为4对。

本申请的结晶器相对于常规结晶器高度上短100～300mm结束结晶器铜板相对较弱间接冷却而转为直接水冷。100～300mm数值的确定和后续增加足辊的数量以及设置的冷却参数直接相关。四个角部较早地受到相对更均匀和更强烈的冷却，进而使得铸坯角部的表面部分获得相对更低的温度。在高度的设置上，该区间段的缩短，既能够保证铸坯的正常冷却，再配合后续的冷却装置，能够消除铸坯上的角部裂纹。

实施例2

本实施例的一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置。宽面铜板3和窄面铜板7均对称设置，且其上端面和下端面均平齐；宽面铜板3和窄面铜板7均固定位于相应的宽面支撑板1和窄面支撑板2上，且其下端面均平齐；宽面铜板3和窄面铜板7的高度均为600mm(原结晶器高度为900mm)；宽面支撑板1下部对称地固定有宽面足辊支架8，宽面足辊支架8设置有宽面足辊11，并通过喷淋主管支撑板5固定有喷淋主管4；喷淋主管支管6均匀地设置于喷淋主管4上，其一端与喷淋主管4的内腔连通，另一端固定有宽面足辊喷嘴12；窄面支撑板2下端面固定有窄面足辊支架10，窄面足辊支架10设置有窄面足辊13，并通过喷淋杆支撑板9固定有喷淋杆14；喷淋杆支管15均匀地设置于喷淋杆14上，喷淋杆支管15一端与喷淋杆14的内腔连通，另一端固定有窄面足辊喷嘴16。将结晶器宽面铜板3和窄面铜板7的高度减小，在相同拉速下，缩短了钢水在结晶器的内的停留时间，坯壳拉出结晶器后随即使用纯水冷却，改善了传热条件，增加了冷却速率，进而达到有效抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸。

位于一侧的宽面足辊11形成的内辊面与同侧宽面铜板3的内壁在同一个平面内，宽面足辊11数量为3对。位于一侧的窄面足辊13形成的内辊面与同侧窄面铜板7的内壁在同一个平面内，窄面足辊13数量为5对。

实施例3

本实施例的一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置。宽面铜板3和窄面铜板7均对称设置，且其上端面和下端面均平齐；宽面铜板3和窄面铜板7均固定位于相应的宽面支撑板1和窄面支撑板2上，且其下端面均平齐；宽面铜板3和窄面铜板7的高度均为800mm(原结晶器高度为900mm)；宽面支撑板1下部对称地固定有宽面足辊支架8，宽面足辊支架8设置有宽面足辊11，并通过喷淋主管支撑板5固定有喷淋主管4；喷淋主管支管6均匀地设置于喷淋主管4上，其一端与喷淋主管4的内腔连通，另一端固定有宽面足辊喷嘴12；窄面支撑板2下端面固定有窄面足辊支架10，窄面足辊支架10设置有窄面足辊13，并通过喷淋杆支撑板9固定有喷淋杆14；喷淋杆支管15均匀地设置于喷淋杆14上，喷淋杆支管15一端与喷淋杆14的内腔连通，另一端固定有窄面足辊喷嘴16。将结晶器宽面铜板3和窄面铜板7的高度减小，在相同拉速下，缩短了钢水在结晶器的内的停留时间，坯壳拉出结晶器后随即使用纯水冷却，改善了传热条件，增加了冷却速率，进而达到有效抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸。

位于一侧的宽面足辊11形成的内辊面与同侧宽面铜板3的内壁在同一个平面内，宽面足辊11数量为1对。位于一侧的窄面足辊13形成的内辊面与同侧窄面铜板7的内壁在同一个平面内，窄面足辊13数量为3对。

本申请中的具体实施方式具有以下积极效果：

(1)本发明所述结晶器减小了宽面铜板3和窄面铜板7的高度，相应的区域采用纯水冷却，提高了冷却速率，促进了铸坯表面晶粒的细化，进而减少了膜状先共析铁素体的形成，有利于碳氮化物在晶内洗出而尽可能不在晶界析出，避免铸坯在弯曲和矫直过程中形成裂纹缺陷。

(2)本发明中可以通过改变宽面足辊喷嘴12和窄面足辊喷嘴16的结构参数、安装参数和冷却参数来控制铸坯表面组织。

(3)本发明装置可以通过对实际使用结晶器进行改造而获得，而且只需要减小结晶器高度和适当改变宽面和窄面的足辊装置和喷淋装置，制作简单，制造陈本低，且不会对结晶器其他结构的安装和使用造成影响。

具有加工简单、制造成本低、更换方便、且能有效有效抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的特点。

Claims (7)

1.一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，其特征在于：包括宽面支撑板(1)、窄面支撑板(2)、改进冷却铜板、足辊和足辊喷嘴，所述改进冷却铜板短于普通铜板，所述改进冷却铜板包括宽面铜板(3)和窄面铜板(7)，所述宽面支撑板(1)内侧连接有宽面铜板(3)，宽面支撑板(1)下端设置有足辊，足辊缝隙中设置有足辊喷嘴。

2.根据权利要求1所述的一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，其特征在于：所述改进冷却铜板相对普通铜板下端短100～300mm。

3.根据权利要求2所述的一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，其特征在于：所述宽面铜板(3)和窄面铜板(7)均对称设置，宽面铜板(3)与窄面铜板(7)的下端面平齐。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，其特征在于：所述宽面支撑板(1)下部对称地固定有宽面足辊支架(8)，宽面足辊支架(8)设置有宽面足辊(11)，并通过喷淋主管支撑板(5)固定有喷淋主管(4)；喷淋主管支管(6)均匀地设置于喷淋主管(4)上，其一端与喷淋主管(4)的内腔连通，另一端固定有宽面足辊喷嘴(12)。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，其特征在于：所述窄面支撑板(2)下端面固定有窄面足辊支架(10)，窄面足辊支架(10)设置有窄面足辊(13)，并通过喷淋杆支撑板(9)固定有喷淋杆(14)；喷淋杆支管(15)均匀地设置于喷淋杆(14)上，喷淋杆支管(15)一端与喷淋杆(14)的内腔连通，另一端固定有窄面足辊喷嘴(16)。

6.根据权利要求4所述的一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，其特征在于：位于一侧的所述宽面足辊(11)形成的内辊面与同侧宽面铜板(3)的内壁在同一个平面内，宽面足辊(11)数量为1～3对。

7.根据权利要求5所述的一种用于抑制连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，其特征在于：位于一侧的所述窄面足辊(13)形成的内辊面与同侧窄面铜板(7)的内壁在同一个平面内，窄面足辊(13)数量为3～5对。

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