CN112743055A - 一种细化连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细化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。它包括宽面铜板、窄面铜板、宽面支撑板、窄面支撑板、足辊支架、喷淋杆支管、喷淋杆、喷淋杆支架、足辊、Ⅰ类喷嘴和Ⅱ类喷嘴，所述宽面铜板固定在宽面支撑板上，所述窄面铜板固定在窄面支撑板上，宽面铜板与窄面铜板相接，窄面支撑板下端设置有足辊支架，足辊支架内侧设置有足辊，另一侧设置有喷淋杆支架，所述喷淋杆支架上设置有喷淋杆，沿着单侧的喷淋杆从上到下依次通过喷淋杆支管固定有朝向内侧的Ⅱ类喷嘴和Ⅰ类喷嘴。减少和消除铸坯角部裂纹的发生，提高轧制产品的边部质量，减少轧制产品切边量，提高成材率。

Description

一种细化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，涉及一种细化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中的核心环节，为后续的热轧工序提供合格的铸坯。在连铸生产过程中，结晶器内冷却过程对铸坯表面晶粒大小具有重要影响。在板坯结晶器下部，钢水凝固收缩使得坯壳和铜板之间产生了气隙，增大了热阻，使得奥氏体晶粒变得粗大，同时容易在奥氏体晶界上形成先共析铁素体膜，而且使得碳氮化物等析出物在晶界聚集。在存在先共析铁素体膜和析出物的晶界位置，容易产生应力集中，在铸坯弯曲和矫直过程中容易形成裂纹缺陷。尤其是在对于板坯窄面边部位置，容易形成横裂纹，为了减轻或者消除角部横裂裂纹对轧制产品的影响，对于裂纹比较严重的铸坯，通常需要火焰清理或者切角处理。铸坯清理或切角处理会严重影响生产效率的提高，使得成本增加，成材率降低。

中国专利申请号为：200710202427.X，公开日为：2008-03-26的“板坯连铸结晶器”，该结晶器包括宽面铜板、窄面铜板和顺着拉坯方向布置的连接螺钉孔列，宽面铜板和窄面铜板上对称分布有根据冷却均匀性需要合理设计的不同规格的矩形冷却水槽。其在结晶器组装、水槽形状上与传统结晶器保持一致，使铜板易于加工，安装方便；同时，根据结晶器内钢液温度分布，设计不同规格的矩形冷却水槽，合理布置在结晶器铜板上。能有效消除连铸板坯表面裂纹和角部纵裂纹，又克服了在铜板加工、安装及铜板消耗等方面的问题。

中国专利申请号为：201911307642.5，公开日为：2020-04-21的“一种连铸板坯结晶器”，其包括：冷却套；冷却套的内部设有用于钢水通过的冷却腔，冷却腔的截面积自上而下逐渐减小，冷却套自上而下划分为多个单独控制的冷却区，且多个冷却区的热流密度自上而下依次递增。本发明提供的一种连铸板坯结晶器，实现了在降低结晶器弯月面处的热流密度的同时，又能够提高结晶器出口处的热流密度。既提高了连铸板坯的表面质量，又保证了从结晶器拉出的连铸板坯的坯壳厚度。由于冷却腔的截面积自上而下逐渐减小，使得连铸板坯与冷却腔的侧壁始终保持良好的接触状态，从而提高了连铸板坯的表面质量，保证了坯壳厚度。

中国专利申请号为：201510846986.9，公开日为：2016-03-23的“一种倒角结晶器铸坯角部横裂纹的控制方法”，包括：控制第一足辊、第二足辊、第三足辊及第四足辊上的喷嘴对铸坯的喷射角度为95°～110°；控制倒角结晶器窄面的一次冷却水的水流量为520～600L/min。本发明提供的倒角结晶器铸坯角部横裂纹的控制方法，控制第一足辊、第二足辊、第三足辊及第四足辊上的喷嘴对铸坯的喷射角度为95°～110°，可以充分保证微合金化钢的倒角结晶器铸坯倒角部位的冷却效果，同时不会对铸坯的后续工艺造成影响。其通过倒角结晶器铸坯角部横裂纹的控制方法，控制倒角结晶器窄面的一次冷却水的水流量为520～600L/min，可防止微合金化钢的倒角结晶器铸坯产生角部横裂纹。

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，本发明提供一种细化连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置。减少和消除铸坯角部裂纹的发生，提高轧制产品的边部质量，减少轧制产品切边量，提高成材率。

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：

本发明的一种细化连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，包括宽面铜板、窄面铜板、宽面支撑板、窄面支撑板、足辊支架、喷淋杆支管、喷淋杆、喷淋杆支架、足辊、Ⅰ类喷嘴和Ⅱ类喷嘴，所述宽面铜板固定在宽面支撑板上，所述窄面铜板固定在窄面支撑板上，宽面铜板与窄面铜板相接，窄面支撑板下端设置有足辊支架，足辊支架内侧设置有足辊，另一侧设置有喷淋杆支架，所述喷淋杆支架上设置有喷淋杆，沿着单侧的喷淋杆从上到下依次通过喷淋杆支管固定有朝向内侧的Ⅱ类喷嘴和Ⅰ类喷嘴。

提高冷却速率，可以细化晶粒，同时能够抑制先共析铁素体膜的形成，并使碳氮化物等析出物在晶内析出并呈弥散状分布，极大地改善了应力集中的问题，提高了铸坯在弯曲和矫直过程中的抗裂纹敏感性。Ⅱ类喷嘴主要是对出结晶器后铸坯的窄面，铸坯的角部及靠近窄面的铸坯宽面的铸坯的均匀冷却，促进铸坯窄面坯壳厚度继续增加，同时抑制铸坯角部原始奥氏体晶粒长大，细化原始奥氏体晶粒；Ⅰ类喷嘴位于Ⅱ类喷嘴的下方，是对经Ⅱ类喷嘴冷却以后铸坯窄面继续进行冷却，使铸坯窄面坯壳厚度进一步均匀增加。

作为本发明的进一步描述的方案中，所述足辊的辊径相同，数量为2～4对。

作为本发明的进一步描述的方案中，所述喷淋杆上第一排和第二排为Ⅱ类喷嘴，其余均为Ⅰ类喷嘴。通过对Ⅱ类喷嘴和Ⅰ类喷嘴的排布，使得铸坯能够实现快速冷却，冷却强度过小不能解决角部裂纹的问题，一定范围内的持续冷却，实现效果更佳。

作为本发明的进一步描述的方案中，所述Ⅰ类喷嘴的数量为4～6对。

作为本发明的进一步描述的方案中，所述喷淋杆的第一排和第二排分别在水平方向平行设置2个Ⅱ类喷嘴，位于同一排的2个Ⅱ类喷嘴的端面在同一平面内，且关于窄面铜板的纵向中心面对称设置；所述Ⅰ类喷嘴为单个设置的喷嘴，所有Ⅰ类喷嘴的中心线在窄面铜板的纵向中心面内。由于在结晶器窄面喷淋杆上的第一排和第二排分别设置沿水平方向的2个Ⅱ类喷嘴，且采用较大的冷却水流量进行冷却，极大提高了铸坯窄面边部的冷却强度，而且后续的Ⅰ类喷嘴的也采用相对较大的冷却水流量，使得铸坯冷却速率提高，从而达到细化细化连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的目的。

作为本发明的进一步描述的方案中，位于同一排的两个所述Ⅱ类喷嘴的中心线之间的距离为窄面铜板的宽度的0.5～0.7倍，Ⅱ类喷嘴的前端中心点到铸坯表面的距离为60～70mm，其喷射角为90～120°，最大流量为20～30L/min。

作为本发明的进一步描述的方案中，所有所述Ⅰ类喷嘴的中心线在同一平面内，且经过窄面铜板的纵向中心面，其前端中心点在同一竖直线上，端面中心点铸坯表面的距离为足辊的辊径的0.4～0.5倍，其喷射角为120～150°，最大流量为30～40L/min。

作为本发明的进一步描述的方案中，所述Ⅰ类喷嘴和Ⅱ类喷嘴，在竖直方向上，第一排Ⅱ类喷嘴的中心线所在的平面与第二排Ⅱ类喷嘴的中心线所在的平面之间的距离，第二排Ⅱ类喷嘴的中心线所在平面与相邻的Ⅰ类喷嘴的中心线之间的距离，以及相邻Ⅰ类喷嘴的中心线之间的距离均为足辊的辊径的1.25～1.35倍。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种细化连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，通过在结晶器窄面进行Ⅰ类喷嘴和Ⅱ类喷嘴的设置提高了铸坯窄面边部的冷却速率，细化了晶粒，改善了应力集中的问题，提高铸坯在弯曲和矫直过程中的抗裂纹敏感性；

(2)本发明的一种细化连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，铸坯窄面冷却强度提高后，增加了坯壳厚度，提高了铸坯窄面坯壳对钢水静压力的承载力，可防止铸坯窄面变形；铸坯窄面边部晶粒细化后，裂纹减少或者消除，将减少或者不需要对铸坯的火焰清理或者切角处理，提高了生产效率，降低了生产成本；使裂纹减少或者消除后，将有利于提高轧制产品的边部质量，减少轧制产品切边量，提高成材率；

(3)本发明的一种细化连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，可以在现有结晶器上对其窄面喷淋杆的喷嘴进行改造，对设备改动少，制作容易，制作成本低，且维修方便。

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为本发明的一种细化连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置的一侧结构示意图；

图2为图1的侧视结构示意图；

图3为图1中A-A处剖视结构示意图；

图4为图1中B-B处剖视结构示意图。

1、宽面铜板；2、窄面铜板；3、宽面支撑板；4、窄面支撑板；5、足辊支架；6、喷淋杆支管；7、喷淋杆；8、喷淋杆支架；9、足辊；10、Ⅰ类喷嘴；11、Ⅱ类喷嘴。

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。

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1-4所示，本实施例的一种细化连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置，包括宽面铜板1、窄面铜板2、宽面支撑板3、窄面支撑板4、足辊支架5、喷淋杆支管6、喷淋杆7、喷淋杆支架8、足辊9、Ⅰ类喷嘴10和Ⅱ类喷嘴11；宽面铜板1、窄面铜板2分别固定于对应的宽面支撑板3、窄面支撑板4上，且宽面铜板1、窄面铜板2及宽面支撑板3、窄面支撑板4相对设置；在窄面支撑板4的下端面固定有足辊支架5，其内侧设置有足辊9，足辊9的辊径相同，数量为3对，足辊9的内侧辊面与窄面铜板2的内侧面共面；足辊支架5的另一侧喷淋杆支架8，喷淋杆7固定于喷淋杆支架8上；沿着单侧的喷淋杆7从上到下依次通过喷淋杆支管6固定有朝向内侧的Ⅱ类喷嘴11和Ⅰ类喷嘴10，其中第一排和第二排分别在水平方向平行设置2个Ⅱ类喷嘴11，位于同一排的2个Ⅱ类喷嘴11的端面在同一平面内，且关于窄面铜板2的纵向中心面对称设置；其余的为单个水平设置的Ⅰ类喷嘴10，所有Ⅰ类喷嘴10的中心线在窄面铜板2的纵向中心面内。

位于同一排的两个Ⅱ类喷嘴11的中心线之间的距离为窄面铜板2的宽度的0.6倍，Ⅱ类喷嘴11的前端中心点到铸坯表面的距离为65mm，其喷射角为105°，最大流量为25L/min。

所有Ⅰ类喷嘴10的中心线在同一平面内，且经过窄面铜板2的纵向中心面，其前端中心点在同一竖直线上，端面中心点铸坯表面的距离为足辊9的辊径的0.45倍，其喷射角为135°，最大流量为35L/min。

在竖直方向上，第一排Ⅱ类喷嘴11的中心线所在的平面与第二排Ⅱ类喷嘴11的中心线所在的平面之间的距离，第二排Ⅱ类喷嘴11的中心线所在平面与相邻的Ⅰ类喷嘴10的中心线之间的距离，以及后续相邻Ⅰ类喷嘴10的中心线之间的距离均为足辊9的辊径的1.30倍。

Ⅰ类喷嘴10的数量为5对。

本装置在使用过程中，由于在结晶器窄面喷淋杆7上的第一排和第二排分别设置沿水平方向的2个Ⅱ类喷嘴11，且采用较大的冷却水流量进行冷却，极大提高了铸坯窄面边部的冷却强度，而且后续的Ⅰ类喷嘴10的也采用相对较大的冷却水流量，使得铸坯冷却速率提高，从而达到细化连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的目的。Ⅱ类喷嘴11主要是对出结晶器后铸坯的窄面，铸坯的角部及靠近窄面的铸坯宽面的铸坯的均匀冷却，促进铸坯窄面坯壳厚度继续增加，同时抑制铸坯角部原始奥氏体晶粒长大，细化原始奥氏体晶粒；Ⅰ类喷嘴10位于Ⅱ类喷嘴11的下方，是对经Ⅱ类喷嘴11冷却以后铸坯窄面继续进行冷却，使铸坯窄面坯壳厚度进一步均匀增加。

提高冷却速率，可以细化晶粒，同时能够抑制先共析铁素体膜的形成，并使碳氮化物等析出物在晶内析出并呈弥散状分布，极大地改善了应力集中的问题，提高了铸坯在弯曲和矫直过程中的抗裂纹敏感性。Ⅱ类喷嘴11主要是对出结晶器后铸坯的窄面，铸坯的角部及靠近窄面的铸坯宽面的铸坯的均匀冷却，促进铸坯窄面坯壳厚度继续增加，同时抑制铸坯角部原始奥氏体晶粒长大，细化原始奥氏体晶粒。

通过上述装置，铸坯窄面冷却强度提高后，增加了坯壳厚度，提高了铸坯窄面坯壳对钢水静压力的承载力，可防止铸坯窄面变形；铸坯窄面边部晶粒细化后，裂纹减少或者消除，将减少或者不需要对铸坯的火焰清理或者切角处理，提高了生产效率，降低了生产成本；使裂纹减少或者消除后，将有利于提高轧制产品的边部质量，减少轧制产品切边量，提高成材率；可以在现有结晶器上对其窄面喷淋杆的喷嘴进行改造，对设备改动少，制作容易，制作成本低，且维修方便。

实施例2

一种细化连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置。除下述技术参数外，其余同实施例1。

足辊9的辊径相同，数量为2对。

位于同一排的两个Ⅱ类喷嘴11的中心线之间的距离为窄面铜板2的宽度的0.5倍，Ⅱ类喷嘴11的前端中心点到铸坯表面的距离为70mm，其喷射角为120°，最大流量为30L/min。

端面中心点铸坯表面的距离为足辊9的辊径的0.4倍，其喷射角为150°，最大流量为40L/min。

第一排Ⅱ类喷嘴11的中心线所在的平面与第二排Ⅱ类喷嘴11的中心线所在的平面之间的距离，第二排Ⅱ类喷嘴11的中心线所在平面与相邻的Ⅰ类喷嘴10的中心线之间的距离，以及后续相邻Ⅰ类喷嘴10的中心线之间的距离均为足辊9的辊径的1.35倍。

Ⅰ类喷嘴10的数量为4对。

实施例3

一种细化连铸板坯角部原始奥氏体晶粒尺寸的结晶器装置。除下述技术参数外，其余同实施例1。

足辊9的辊径相同，数量为4对。

位于同一排的两个Ⅱ类喷嘴11的中心线之间的距离为窄面铜板2的宽度的0.7倍，Ⅱ类喷嘴11的前端中心点到铸坯表面的距离为60mm，其喷射角为90°，最大流量为20L/min。

端面中心点铸坯表面的距离为足辊9的辊径的0.5倍，其喷射角为120°，最大流量为30L/min。

第一排Ⅱ类喷嘴11的中心线所在的平面与第二排Ⅱ类喷嘴11的中心线所在的平面之间的距离，第二排Ⅱ类喷嘴11的中心线所在平面与相邻的Ⅰ类喷嘴10的中心线之间的距离，以及后续相邻Ⅰ类喷嘴10的中心线之间的距离均为足辊9的辊径的1.25倍。

Ⅰ类喷嘴10的数量为6对。

Claims (8)

1.一种细化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：包括宽面铜板(1)、窄面铜板(2)、宽面支撑板(3)、窄面支撑板(4)、足辊支架(5)、喷淋杆支管(6)、喷淋杆(7)、喷淋杆支架(8)、足辊(9)、Ⅰ类喷嘴(10)和Ⅱ类喷嘴(11)，所述宽面铜板(1)固定在宽面支撑板(3)上，所述窄面铜板(2)固定在窄面支撑板(4)上，宽面铜板(1)与窄面铜板(2)相接，窄面支撑板(4)下端设置有足辊支架(5)，足辊支架(5)内侧设置有足辊(9)，另一侧设置有喷淋杆支架(8)，所述喷淋杆支架(8)上设置有喷淋杆(7)，沿着单侧的喷淋杆(7)从上到下依次通过喷淋杆支管(6)固定有朝向内侧的Ⅱ类喷嘴(11)和Ⅰ类喷嘴(10)。

2.根据权利要求1所述的一种细化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：所述足辊(9)的辊径相同，数量为2～4对。

3.根据权利要求1所述的一种细化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：所述喷淋杆(7)上第一排和第二排为Ⅱ类喷嘴(11)，其余均为Ⅰ类喷嘴(10)。

4.根据权利要求3所述的一种细化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Ⅰ类喷嘴(10)的数量为4～6对。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种细化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：所述喷淋杆(7)的第一排和第二排分别在水平方向平行设置2个Ⅱ类喷嘴(11)，位于同一排的2个Ⅱ类喷嘴(11)的端面在同一平面内，且关于窄面铜板(2)的纵向中心面对称设置；所述Ⅰ类喷嘴(10)为单个设置的喷嘴，所有Ⅰ类喷嘴(10)的中心线在窄面铜板(2)的纵向中心面内。

6.根据权利要求5所述的一种细化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：位于同一排的两个所述Ⅱ类喷嘴(11)的中心线之间的距离为窄面铜板(2)的宽度的0.5～0.7倍，Ⅱ类喷嘴(11)的前端中心点到铸坯表面的距离为60～70mm，其喷射角为90～120°，最大流量为20～30L/min。

7.根据权利要求5所述的一种细化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：所有所述Ⅰ类喷嘴(10)的中心线在同一平面内，且经过窄面铜板(2)的纵向中心面，其前端中心点在同一竖直线上，端面中心点铸坯表面的距离为足辊(9)的辊径的0.4～0.5倍，其喷射角为120～150°，最大流量为30～40L/min。

8.根据权利要求5所述的一种细化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Ⅰ类喷嘴(10)和Ⅱ类喷嘴(11)，在竖直方向上，第一排Ⅱ类喷嘴(11)的中心线所在的平面与第二排Ⅱ类喷嘴(11)的中心线所在的平面之间的距离，第二排Ⅱ类喷嘴(11)的中心线所在平面与相邻的Ⅰ类喷嘴(10)的中心线之间的距离，以及相邻Ⅰ类喷嘴(10)的中心线之间的距离均为足辊(9)的辊径的1.25～1.35倍。

Images