CN114472834A - 一种复合铸坯的连续生产系统及连续生产方法 - Google Patents
一种复合铸坯的连续生产系统及连续生产方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114472834A CN114472834A CN202210147405.2A CN202210147405A CN114472834A CN 114472834 A CN114472834 A CN 114472834A CN 202210147405 A CN202210147405 A CN 202210147405A CN 114472834 A CN114472834 A CN 114472834A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- arc
- casting blank
- shaped
- section
- shaped section
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005266 casting Methods 0.000 title claims abstract description 212
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 79
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 79
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 57
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 47
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 110
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 65
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 62
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 62
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 16
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 15
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 15
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 13
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 13
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims description 13
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 claims description 7
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 6
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 14
- 239000010963 304 stainless steel Substances 0.000 description 12
- 229910000589 SAE 304 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 10
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 9
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000677 High-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- BGOFCVIGEYGEOF-UJPOAAIJSA-N helicin Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1OC1=CC=CC=C1C=O BGOFCVIGEYGEOF-UJPOAAIJSA-N 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000005226 mechanical processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009489 vacuum treatment Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/14—Plants for continuous casting
- B22D11/142—Plants for continuous casting for curved casting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/007—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of composite ingots, i.e. two or more molten metals of different compositions being used to integrally cast the ingots
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
- B22D11/055—Cooling the moulds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
- B22D11/124—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for cooling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
- B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
- B22D11/22—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
- B22D11/225—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould for secondary cooling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
本发明属于冶金的技术领域，具体的涉及一种复合铸坯的连续生产系统及连续生产方法。所述复合铸坯的连续生产系统包括第一中间包、第二中间包、弧形结晶器以及与弧形结晶器出口连通的二冷区铸坯辊道；第一中间包与弧形结晶器连通，第一中间包内液面与弧形结晶器内液面的高度差小于1.5m；二冷区铸坯辊道从弧形结晶器出口开始依次为第一弧形段、第二弧形段、第三弧形段以及水平段。采用所述系统连续生产复合铸坯的方法，包括以下步骤：(1)采用第一金属溶液连续浇铸形成铸坯坯壳；(2)采用第二金属溶液填充铸坯坯壳的内部；(3)复合铸坯整体冷却凝固。
Description
技术领域
本发明属于冶金的技术领域，具体的涉及一种复合铸坯的连续生产系统及连续生产方法。
背景技术
冶金领域中的复合材料一般包括双层复合材料和三层复合材料，双层复合材料是指上下表面的材质不同；三层复合材料是指上下表面与内部为不同材质。不同材质的材料可发挥不同的功能作用，比如上下表面为不锈钢材质，内部为高强钢材质的复合材料，不锈钢材质的上下表面可以提高耐蚀功能，内部厚度处的高强钢则可以提高良好的力学功能。
专利CN113523241A公开一种不锈钢/碳钢复合材料的高效成形方法，属于不锈钢/碳钢复合材料成形技术领域。该方法包括以下步骤：利用熔炼炉熔炼不锈钢液并于1450～1700℃下保温30～120分钟；启动牵引机构，使经机械打磨处理后的碳钢基材朝引锭方向移动，同时对即将进入复合铸型的碳钢基材进行冷却控温，使碳钢基材的待复合表面在进入所述复合铸型时温度为100～700℃；随后使不锈钢液经导流管进入所述复合铸型并与碳钢基材的待复合表面接触，凝固获得不锈钢/碳钢预复合材料。该方法需首先利用机械加工的方法加工出一个表面光洁的碳钢钢板，然后将不锈钢钢液浇到碳钢钢板上部，形成双层复合材料，由于需要对碳钢钢板进行表面物理加工，使得该方法的生产效率低、生产成本高。
专利CN109128691B公开了一种高碳高合金钢板用复合铸坯的制备工艺，包括原料坯准备；原料坯加工，其中高碳、高合金钢原料坯加工包括坡口加工、减薄加工两种加工方法；预热镶边焊接或堆焊熔敷过渡层，制备组合坯料；对焊接完成的组合坯料切铣、清理，得到待复合坯料；真空处理及焊接待复合坯料，得到复合坯料；复合坯料加热。该专利所述方法需要将待焊接钢板进行打磨加工，去除氧化铁皮，然后利用真空焊接的方法将不同材质的钢板焊接成一个整体，操作繁复，生产效率低，成本高。
由上述可知，目前制备复合铸坯的技术主要包括两类，一类是先预加工好表面光洁的钢板或钢壳，然后将另一种材质的钢液浇铸到钢板或钢壳内部，形成复合铸坯，另一类是利用真空焊接的方法将表面光洁的两块金属材料焊接到一起，形成复合铸坯。所述两类方法均无法进行连续铸钢式生产，且需对钢板进行表面打磨加工、去除氧化铁皮，存在生产效率低、成本高的缺陷。因此亟需一种高效、低成本的具有可操作性的连续铸钢式生成复合铸坯的方法。
发明内容
本发明的目的在于针对目前复合铸坯生产无法连续，操作繁复，生产效率低，成本高的缺陷而提供一种复合铸坯的连续生产系统及连续生产方法，采用该生产系统的连续生产复合铸坯的方法可以在线连续分别以不同材质浇铸出铸坯坯壳以及填充铸坯坯壳的内部，形成复合铸坯，无需进行后续的物理加工和真空焊接，生产具有流程短，过程连续，生产效率高以及生产成本低的优点。
本发明的技术方案为：一种复合铸坯的连续生产系统，包括第一中间包、第二中间包、弧形结晶器以及与弧形结晶器出口连通的二冷区铸坯辊道；第一中间包通过第一水口与弧形结晶器连通，第一中间包内液面与弧形结晶器内液面的高度差小于1.5m；二冷区铸坯辊道从弧形结晶器出口开始依次为第一弧形段、第二弧形段、第三弧形段以及水平段，其中第一弧形段与第三弧形段均为向下的凹弧段，第二弧形段则为向上的凸弧段，且第二弧形段的最高点高于弧形结晶器内液面至少1.5m；第二弧形段和第三弧形段均设有弯曲辊，铸坯在第二弧形段被弯折并向下运行，铸坯在第三弧形段中被弯折至水平；第二中间包通过第二水口与第二弧形段连通，第二中间包底部高于第二弧形段最高点2～4m。
该连续生产系统相比于目前直弧形连铸机，最大的设计点在于弧形铸坯在二冷区内的运动轨迹存在一个高于弧形结晶器液面1.5m以上的高点。在该设计点基础上协同设计第一中间包与第二中间包的位置关系，首先确保第一中间包内液面与弧形结晶器内液面的高度差小于1.5m，在浇铸工艺允许的情况下，尽量降低第一中间包内液面与弧形结晶器内液面的高度差，以降低第一中间包内钢水的势能；由于所得弧形铸坯内部不与外界连通，其内部的压强较低，但铸坯内部与外部之间仍会存在小于1个大气压的压力差，经换算，1个大气压为1.47米高度钢液所产生的压力，因此铸坯内第一金属溶液的液面与弧形结晶器内液面之间的高度差≤1.47m，使得由弧形结晶器浇铸而成的弧形铸坯在经过二冷区第一弧形段后，其内部未完全凝固的第一金属溶液因所存在的液位差无法越过第二弧形段的高点，仅经过第一弧形段冷却的外部铸坯坯壳可以越过该高点，从而连续不断地形成内部中空的铸坯坯壳。然后第二中间包高度的设计则有利于提高第二中间包内的第二金属溶液液面与该高点之间的势能差，使得第二中间包内的第二金属溶液液面高于第二弧形段最高点可达5m，这样第二中间包内通过第二水口进入二冷区第二弧形段的第二金属溶液因所存在的势能差以及虹吸作用，可以越过该高点流经第三弧形段进入水平段的铸坯坯壳内部，完成对中空坯壳的填充，形成复合铸坯。
所述复合铸坯的连续生产系统中的弧形结晶器内壁宽面的垂直剖面为圆弧形，其弧长为0.8～1m，弧形半径为2～3m，圆心角为15～25°，弧形顶点处的切线与水平线之间的夹角为25～40°。该连续生产系统采用弧形结晶器使得在其内凝固而成的铸坯也相应为圆弧形，结合二冷区各段弧形辊道，所浇铸形成的弧形铸坯在连铸机内并非为常规的垂直向下运动，而是沿圆弧形轨迹运动，有利于铸坯尽早地到达所设计的高点。
所述复合铸坯的连续生产系统中的第一弧形段的弧长为5～7m，弧形半径为2～3m，圆心角为100～120°；第二弧形段的弧长为1～2.5m，弧形半径为0.5～1m，圆心角为100～150°；第三弧形段的弧长为0.4～0.8m，弧形半径为0.5～1m，圆心角为20～40°。
所述复合铸坯的连续生产系统中的第二弧形段和第三弧形段均由直径为20～30cm的弯曲辊组成，其中相邻两个弯曲辊辊径之间的距离为25～35cm。
所述复合铸坯的连续生产系统中的第一水口为中空管状结构，该第一水口的一端连接于第一中间包，另一端插于弧形结晶器深度的1/8处。
所述复合铸坯的连续生产系统中的第一中间包内为第一金属溶液，第二中间包内为第二金属溶液；第一水口的侧面设有2～8个金属液流出口，金属液流出口在弧形结晶器的窄面方向上呈对称分布。在第一水口侧面开设多个金属液流出口有利于减少钢液向下流动的速度。
所述复合铸坯的连续生产系统中的第二水口为中空管状结构，由竖直段和弧形段组成，其中竖直段的端口与第二中间包相接，弧形段的弧形半径与弧长均与二冷区铸坯辊道的第一弧形段相同；第二水口弧形段穿过二冷区铸坯辊道的第一弧形段，且第二水口弧形段的出口端位于二冷区铸坯辊道第二弧形段靠近最高点处。其中第二水口与第二中间包相接的部分设计为竖直状，有利于减少钢流在流出水口过程中的速度衰减。
所述复合铸坯的连续生产系统中当第一/第二水口所输送的金属液熔点低于1400℃，则第一/第二水口由含碳量低于0.10％的钢材制作而成；当第一/第二水口所输送的金属液熔点高于1400℃，则第一/第二水口由碳纤维制作而成或将碳纤维与水冷钢管以及耐火材料进行复合制作而成。
其中碳纤维与水冷钢管以及耐火材料进行复合制作的步骤如下：首先将水冷钢管作为骨架以螺旋缠绕状设置在第一/第二水口的中间壁厚处，在第一/第二水口的顶部设有水冷钢管的进水口和出水口，该进水口连接外部供水装置；第一/第二水口的的其他位置则填充耐火材料与碳纤维的混合物。相比于竖直形水口，第二水口具有弧形段，则其钢流运动轨迹更复杂，钢流对弧形水口内壁的冲击力大，弧形水口需具有足够刚度才能满足使用要求，以水冷钢管作为骨架，将螺旋状的水冷钢管埋在耐火材料和碳纤维混合物的内部，在外部供水装置的水流冷却作用下，水冷钢管能保持足够刚度以应对钢流的冲击力。耐火材料和碳纤维混合物能隔绝热量、钢流并形成钢流通道，其中碳纤维可以提高水口的韧性。上述水口具有抵御钢流冲击力强、韧性好的优点。所采用的耐火材料、碳纤维以及水冷钢管均经过冷压和烧结。
优选的，所述水冷钢管的直径为第一/第二水口壁厚的25～30％；水冷钢管内的水流速为4～5m/s，进水口和出水口的压力差为0.2～0.3Mpa。
所述耐火材料为Al2O3、MgO、Cr2O3、ZrO2中的至少一种。
一种采用所述系统连续生产复合铸坯的方法，包括以下步骤：
(1)采用第一金属溶液连续浇铸形成铸坯坯壳：首先通过第一水口将第一中间包内的第一金属溶液浇注入弧形结晶器中，在弧形结晶器中浇铸形成弧形铸坯；然后弧形铸坯进入二冷区，沿二冷区铸坯辊道的第一弧形段先降低后再升高进入第二弧形段，弧形铸坯在第二弧形段的弯曲辊作用下弯折，经过第二弧形段最高点后向下运动，其中弧形铸坯内部未完全凝固的第一金属液因液位差并未越过该最高点，则经过最高点且向下运动的弧形铸坯内部呈中空状，形成铸坯坯壳；当铸坯坯壳向下运行至低于最高点0.2～0.7m时，通过第三弧形段的弯曲辊将向下运行的铸坯坯壳弯折至水平后进入水平段；
(2)采用第二金属溶液填充铸坯坯壳的内部：当步骤(1)所形成的铸坯坯壳在二冷区铸坯辊道水平段运行5～8m后，第二中间包开始浇铸，此时铸坯坯壳水平段内有足够的内部空间来容纳第二金属液。首先第二中间包内的第二金属溶液经过第二水口进入第二弧形段，利用第二中间包内第二金属溶液液面与第二弧形段最高点之间的势能差以及虹吸作用，进入第二弧形段的第二金属液流过第二弧形段的最高点以及第三弧形段，最后流入填充至位于水平段的铸坯坯壳内部，形成复合铸坯；
(3)复合铸坯整体冷却凝固：在二冷区铸坯辊道水平段对步骤(2)所形成的复合铸坯采用强冷模式进行喷水冷却，加速铸坯坯壳内部第二金属溶液的凝固，使得复合铸坯整体冷却凝固，其中铸坯坯壳由第一金属液凝固而成，铸坯内部由第二金属液凝固而成。
所述的连续生产复合铸坯方法步骤(1)中在保证弧形结晶器内第一金属液面稳定的情况下，通过第一水口向弧形结晶器内注入第一金属溶液的速度满足以下式①：
Q第一注入/(V拉速×S铸坯横截面×ρ第一金属液)＝0.2～0.4 ①
其中Q第一注入为第一水口向弧形结晶器内注入第一金属溶液的速度，t/min；V拉速为铸坯拉速，m/min；S铸坯横截面为铸坯横截面面积，m2；ρ第一金属液为第一金属溶液密度，t/m3；
所述步骤(2)中通过第二水口向铸坯坯壳内部填充第二金属溶液的速度满足以下式②：
Q第二注入/(V拉速×S铸坯横截面×ρ第二金属液)＝0.6～0.8 ②
Q第二注入为第二水口向铸坯坯壳内部填充第二金属溶液的速度，t/min；V拉速为铸坯拉速，m/min；S铸坯横截面为铸坯横截面面积，m2；ρ第二金属液为第二金属溶液密度，t/m3；
通过上述金属溶液速度的控制，使得第一金属液凝固后的重量占铸坯总重量的20～40％，铸坯其余部分为第二金属液凝固而成，第二金属液凝固后的重量占铸坯总重量的60～80％。
所述步骤(1)中控制铸坯在二冷区内的表面温度在1000～1150℃，避开铸坯的脆性温度区间；控制第一金属溶液中的硫含量S≤0.03％，减少MnS夹杂的产生，以降低铸坯热裂纹发生率。
所述步骤(3)中强冷模式冷却水的喷淋量为1770～2200L/min。
本发明的有益效果为：采用本发明所述连续生产系统及连续生产复合铸坯的方法，可以保证复合铸坯中两种材质的金属溶液不会发生剧烈混合的情况，使所得复合铸坯具有清晰的复合界面，有利于不同材质的金属充分发挥各种的功能；同时整个生产过程复合界面处并未暴露于空气中，因此在复合界面处不会生成氧化铁皮，有利于制备得到具有清洁的复合界面的复合铸坯。
通过本发明所述生产系统和方法可以在线连续分别以不同材质浇铸出铸坯坯壳以及填充铸坯坯壳的内部，形成复合铸坯，无需进行后续的物理加工和真空焊接，生产具有流程短，过程连续，生产效率高以及生产成本低的优点。
附图说明
图1为本发明实施例中复合铸坯的连续生产系统图。
图2为第一/第二水口中水冷钢管骨架结构示意图。
其中，1为第二中间包，2为第一中间包，3为弧形结晶器，4为第一弧形段，5为弧形铸坯内第一金属溶液液面，6为第二弧形段，7为第三弧形段，8为水平段，9为第二弧形段的最高点，10为水冷钢管，11为水冷钢管进水口，12为水冷钢管出水口，13为第二水口竖直段，14为第二水口弧形段，15为第一水口。
具体实施方式
下面结合附图，以生产表面为304不锈钢，内部为Q550D高强钢的复合铸坯为例对本发明进行进一步说明。
所述复合铸坯的连续生产系统，包括第一中间包2、第二中间包1、弧形结晶器3以及与弧形结晶器3出口连通的二冷区铸坯辊道。
所述弧形结晶器3内壁宽面的垂直剖面为规则的圆弧形，其弧长为1m，弧形半径为3m，圆心角为19°，弧形顶点处的切线与水平线之间的夹角A为35°。
第一中间包2内为304不锈钢溶液，第一中间包2通过第一水口15与弧形结晶器3连通，且第一水口15的另一端口插于弧形结晶器3深度的1/8处。第一中间包2内液面与弧形结晶器3内液面的高度差小于1.5m。第一水口15的侧面设有4个金属液流出口，金属液流出口在弧形结晶器的窄面方向上呈对称分布。
二冷区铸坯辊道从弧形结晶器3出口开始依次为第一弧形段4、第二弧形段6、第三弧形段7以及水平段8，其中第一弧形段4与第三弧形段7均为向下的凹弧段，第二弧形段6则为向上的凸弧段，且第二弧形段的最高点9高于弧形结晶器3内液面至少1.5m。第二弧形段6由直径为25cm的多个弯曲辊组成，其中相邻两个弯曲辊辊径之间的距离为25cm。第三弧形段7均由直径为20cm的多个弯曲辊组成，其中相邻两个弯曲辊辊径之间的距离为25cm。
所述第一弧形段4的弧长为5.6m，弧形半径R1为3m，圆心角为106°。第二弧形段6的弧长为2.35m，弧形半径R2为1m，圆心角为135°；第三弧形段7的弧长为0.5m，弧形半径R3为1m，圆心角为28°。
所述第二水口为中空管状结构，由竖直段13和弧形段14组成，其中竖直段13的端口与第二中间包1相接，弧形段14的弧形半径与弧长均与二冷区铸坯辊道的第一弧形段4相同；第二水口弧形段14穿过二冷区铸坯辊道的第一弧形段4，且第二水口弧形段14的端口位于二冷区铸坯辊道第二弧形段6靠近最高点9处。第二中间包1通过第二水口与第二弧形段6连通，第二中间包1底部与第二弧形段最高点9之间的高度差h2为4m，以利于提高第二中间包1内的Q550D钢液液面和第二弧形段最高点9之间的势能差。
由于304不锈钢溶液或Q550D钢溶液的熔点高于1400℃，因此第一水口、第二水口由碳纤维与水冷钢管以及耐火材料三者复合制作而成。具体制作工艺如下：
首先将水冷钢管10作为骨架以螺旋缠绕状设置在第一/第二水口的中间壁厚处，水冷钢管10的直径为第一/第二水口壁厚的25～30％，水冷钢管10的内径为10mm。
在第一/第二水口的顶部设有水冷钢管的进水口11和出水口12，该进水口11连接外部供水装置；水冷钢管10内的水流速为4～5m/s，进水口11和出水口12的压力差为0.2～0.3Mpa。动态监测钢管内进出水的温差，发生温差异常波动时，更换水口。在外部供水装置冷却作用下，水冷钢管10能保持足够的刚度。
第一/第二水口的的其他位置则填充耐火材料与碳纤维的混合物，起到隔绝钢液、热量和形成钢流通道的作用，碳纤维能提高复合水口的韧性，耐火材料、碳纤维、水冷钢管经过冷压、烧结制作而成。
所述所述耐火材料为Al2O3、MgO、Cr2O3、ZrO2中的至少一种，其中水口的内壁由ZrO2制作而成，水口的外壁由Al2O3制作而成。
采用所述系统连续生产复合铸坯的方法，包括以下步骤：
(1)采用304不锈钢溶液连续浇铸形成铸坯坯壳：首先通过第一水口15将第一中间包2内的304不锈钢溶液浇注入弧形结晶器3中，利用结晶器液面自动检测系统自动调整第一水口15向弧形结晶器3内注入304不锈钢溶液的速度，保持结晶器内钢液面稳定。其中304不锈钢溶液的注入速度由铸坯拉速和铸坯坯壳冷却强度决定，铸坯拉速增快或铸坯坯壳凝固速度快均会使第一水口15向弧形结晶器3内注入速度提高。
在满足弧形结晶器3内304不锈钢溶液液面高度稳定的情况下，第一水口15向弧形结晶器3内注入304不锈钢溶液的速度还需满足以下条件：
Q第一注入/(V拉速×S铸坯横截面×ρ第一金属液)＝0.374，
其中Q第一注入为第一水口向弧形结晶器内注入第一金属溶液的速度，t/min；V拉速为铸坯拉速，m/min；S铸坯横截面为铸坯横截面面积，m2；ρ第一金属液为第一金属溶液密度，t/m3。
采用弧形结晶器3浇铸出弧形铸坯后，弧形铸坯进入二冷区，铸坯表面的冷却水喷淋量根据铸坯表面温度动态调节，确保铸坯第一弧形段4、第二弧形段6、第三弧形段7铸坯表面的温度控制在1000～1150℃，避开铸坯的脆性温度区间。将304不锈钢溶液中的硫含量控制在S≤0.03％的范围内，减少MnS夹杂的产生，以降低铸坯热裂纹发生率。
在本实施例中，铸坯为板坯，铸坯断面尺寸为230(厚度)×2150mm(宽度)，铸坯拉速为1.0m/min，弧形结晶器弧长为1m，只对弧形铸坯的第一弧形段进行喷水冷却，其他弧形段不喷水冷却，弧形铸坯在第一弧形段表面冷却水喷淋量如下表1所示。
表1第一弧形段表面冷却水的喷淋量
沿二冷区铸坯辊道的第一弧形段4的弧形轨迹先降低后再升高进入第二弧形段6，弧形铸坯在第二弧形段6的弯曲辊作用下弯折，经过第二弧形段最高点9后向下运动，由于铸坯内部不与外界连通，铸坯内部的压强低，但铸坯内部与外部之间仍会存在小于1个大气压的压力差，经换算，1个大气压为1.47米高度钢液所产生的压力，即弧形铸坯内第一金属溶液液面5与弧形结晶器钢液面之间的高度差h1≤1.47m，因此弧形铸坯内部未完全凝固的304不锈钢溶液因液位差并未越过该最高点，则经过最高点且向下运动的弧形铸坯内部呈中空状，形成铸坯坯壳，不锈钢钢液在铸坯第一弧形段内持续不断的凝固成铸坯坯壳。当铸坯坯壳向下运行至低于最高点0.3m时，通过第三弧形段7的弯曲辊将向下运行的铸坯坯壳弯折至水平后进入水平段8。
(2)采用Q550D钢溶液填充铸坯坯壳的内部：当步骤(1)所形成的铸坯坯壳在二冷区铸坯辊道水平段运行8m后，第二中间包开始浇铸，首先第二中间包内的Q550D钢溶液经过第二水口进入第二弧形段6，由于第二中间包1内Q550D钢溶液液面与第二弧形段最高点9之间的势能差以及虹吸作用，进入第二弧形段的第二金属液流过第二弧形段的最高点9以及第三弧形段7，最后流入填充至位于水平段8的铸坯坯壳内部，此时铸坯坯壳在水平段8内有足够的内部空间来容纳Q550D钢溶液，形成复合铸坯。
根据铸坯拉速调整第二水口向铸坯铸坯水平段内注入Q550D钢溶液的速度，注入速度需满足以下条件：
Q第二注入/(V拉速×S铸坯横截面×ρ第二金属液)＝0.626，
Q第二注入为第二水口向铸坯坯壳内部填充第二金属溶液的速度，t/min；V拉速为铸坯拉速，m/min；S铸坯横截面为铸坯横截面面积，m2；ρ第二金属液为第二金属溶液密度，t/m3。
(3)复合铸坯整体冷却凝固：在二冷区铸坯辊道水平段对步骤(2)所形成的复合铸坯采用强冷模式进行喷水冷却，冷却水喷淋量为1770～2200L/min，以利于铸坯坯壳内部的Q550D钢液尽快凝固，使得复合铸坯整体冷却凝固。
经检测，铸坯6.6m位置处的坯壳厚度为43mm，两侧坯壳厚度之和为86mm，占铸坯总厚度的37.4％。所得复合铸坯的304不锈钢钢液凝固后的重量占铸坯总重量的37.4％，铸坯其余部分为Q550D钢液而成，Q550D钢液凝固后的重量占铸坯总重量的62.6％。
Claims (10)
1.一种复合铸坯的连续生产系统，其特征在于，包括第一中间包、第二中间包、弧形结晶器以及与弧形结晶器出口连通的二冷区铸坯辊道；第一中间包通过第一水口与弧形结晶器连通，第一中间包内液面与弧形结晶器内液面的高度差小于1.5m；二冷区铸坯辊道从弧形结晶器出口开始依次为第一弧形段、第二弧形段、第三弧形段以及水平段，其中第一弧形段与第三弧形段均为向下的凹弧段，第二弧形段则为向上的凸弧段，且第二弧形段的最高点高于弧形结晶器内液面至少1.5m；第二弧形段和第三弧形段均设有弯曲辊；第二中间包通过第二水口与第二弧形段连通，第二中间包底部高于第二弧形段最高点2～4m。
2.根据权利要求1所述复合铸坯的连续生产系统，其特征在于，所述弧形结晶器内壁宽面的垂直剖面为圆弧形，其弧长为0.8～1m，弧形半径为2～3m，圆心角为15～25°，弧形顶点处的切线与水平线之间的夹角为25～40°。
3.根据权利要求1所述复合铸坯的连续生产系统，其特征在于，所述第一弧形段的弧长为5～7m，弧形半径为2～3m，圆心角为100～120°；第二弧形段的弧长为1～2.5m，弧形半径为0.5～1m，圆心角为100～150°；第三弧形段的弧长为0.4～0.8m，弧形半径为0.5～1m，圆心角为20～40°。
4.根据权利要求1所述复合铸坯的连续生产系统，其特征在于，所述第二弧形段和第三弧形段均由直径为20～30cm的弯曲辊组成，其中相邻两个弯曲辊辊径之间的距离为25～35cm。
5.根据权利要求1所述复合铸坯的连续生产系统，其特征在于，所述第一水口为中空管状结构，该第一水口的一端连接于第一中间包，另一端插于弧形结晶器深度的1/8处。
6.根据权利要求1所述复合铸坯的连续生产系统，其特征在于，所述第一中间包内为第一金属溶液，第二中间包内为第二金属溶液；第一水口的侧面设有2～8个金属液流出口，金属液流出口在弧形结晶器的窄面方向上呈对称分布。
7.根据权利要求1所述复合铸坯的连续生产系统，其特征在于，所述第二水口为中空管状结构，由竖直段和弧形段组成，其中竖直段的端口与第二中间包相接，弧形段的弧形半径和弧长均与二冷区铸坯辊道的第一弧形段相同；第二水口弧形段穿过二冷区铸坯辊道的第一弧形段，且第二水口弧形段的出口端位于二冷区铸坯辊道第二弧形段靠近最高点处。
8.根据权利要求1所述复合铸坯的连续生产系统，其特征在于，当第一/第二水口所输送的金属液熔点低于1400℃，则第一/第二水口由含碳量低于0.10％的钢材制作而成；当第一/第二水口所输送的金属液熔点高于1400℃，则第一/第二水口由碳纤维制作而成或将碳纤维与水冷钢管以及耐火材料进行复合制作而成；
其中碳纤维与水冷钢管以及耐火材料进行复合制作的步骤如下：首先将水冷钢管作为骨架以螺旋缠绕状设置在第一/第二水口的中间壁厚处，在第一/第二水口的顶部设有水冷钢管的进水口和出水口，该进水口连接外部供水装置；第一/第二水口的的其他位置则填充耐火材料与碳纤维的混合物；
优选的，所述水冷钢管的直径为第一/第二水口壁厚的25～30％；水冷钢管内的水流速为4～5m/s，进水口和出水口的压力差为0.2～0.3Mpa；
所述耐火材料为Al2O3、MgO、Cr2O3、ZrO2中的至少一种。
9.一种采用权利要求1所述系统连续生产复合铸坯的方法，包括以下步骤：
(1)采用第一金属溶液连续浇铸形成铸坯坯壳：首先通过第一水口将第一中间包内的第一金属溶液浇注入弧形结晶器中，在弧形结晶器中浇铸形成弧形铸坯；然后弧形铸坯进入二冷区，沿二冷区铸坯辊道的第一弧形段先降低后再升高进入第二弧形段，弧形铸坯在第二弧形段的弯曲辊作用下弯折，经过第二弧形段最高点后向下运动，其中弧形铸坯内部未完全凝固的第一金属液因液位差并未越过该最高点，则经过最高点且向下运动的弧形铸坯内部呈中空状，形成铸坯坯壳；当铸坯坯壳向下运行至低于最高点0.2～0.7m时，通过第三弧形段的弯曲辊将向下运行的铸坯坯壳弯折至水平后进入水平段；
(2)采用第二金属溶液填充铸坯坯壳的内部：当步骤(1)所形成的铸坯坯壳在二冷区铸坯辊道水平段运行5～8m后，第二中间包开始浇铸，首先第二中间包内的第二金属溶液经过第二水口进入第二弧形段，利用第二中间包内第二金属溶液液面与第二弧形段最高点之间的势能差以及虹吸作用，进入第二弧形段的第二金属液流过第二弧形段的最高点以及第三弧形段，最后流入填充至位于水平段的铸坯坯壳内部，形成复合铸坯；
(3)复合铸坯整体冷却凝固：在二冷区铸坯辊道水平段对步骤(2)所形成的复合铸坯采用强冷模式进行喷水冷却，使得复合铸坯整体冷却凝固。
10.根据权利要求9所述的连续生产复合铸坯方法，其特征在于，所述步骤(1)中在保证弧形结晶器内第一金属液面稳定的情况下，通过第一水口向弧形结晶器内注入第一金属溶液的速度满足以下式①：
Q第一注入/(V拉速×S铸坯横截面×ρ第一金属液)＝0.2～0.4 ①
其中Q第一注入为第一水口向弧形结晶器内注入第一金属溶液的速度，t/min；V拉速为铸坯拉速，m/min；S铸坯横截面为铸坯横截面面积，m2；ρ第一金属液为第一金属溶液密度，t/m3；
所述步骤(2)中通过第二水口向铸坯坯壳内部填充第二金属溶液的速度满足以下式②：
Q第二注入/(V拉速×S铸坯横截面×ρ第二金属液)＝0.6～0.8 ②
Q第二注入为第二水口向铸坯坯壳内部填充第二金属溶液的速度，t/min；V拉速为铸坯拉速，m/min；S铸坯横截面为铸坯横截面面积，m2；ρ第二金属液为第二金属溶液密度，t/m3；
所述步骤(1)中控制铸坯在二冷区内的表面温度在1000～1150℃；控制第一金属溶液中的硫含量S≤0.03％；
所述步骤(3)中强冷模式冷却水的喷淋量为1770～2200L/min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210147405.2A CN114472834B (zh) | 2022-02-17 | 2022-02-17 | 一种复合铸坯的连续生产系统及连续生产方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210147405.2A CN114472834B (zh) | 2022-02-17 | 2022-02-17 | 一种复合铸坯的连续生产系统及连续生产方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114472834A true CN114472834A (zh) | 2022-05-13 |
| CN114472834B CN114472834B (zh) | 2023-10-24 |
Family
ID=81481759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210147405.2A Active CN114472834B (zh) | 2022-02-17 | 2022-02-17 | 一种复合铸坯的连续生产系统及连续生产方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114472834B (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE640541A (zh) * | 1963-11-28 | 1964-03-16 | ||
| BE772865A (fr) * | 1970-09-22 | 1972-01-17 | Voest Ag | Procede de fabrication de produits lamines a trois couches |
| JPH05154612A (ja) * | 1991-12-05 | 1993-06-22 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 複合鋳片の連続鋳造における芯材の偏心防止方法 |
| JPH0839219A (ja) * | 1994-01-19 | 1996-02-13 | Katsuhiko Yamada | 鋼の連続鋳造法及び連続鋳造・圧延法 |
| WO2005065865A1 (ja) * | 2004-01-05 | 2005-07-21 | Riichi Fujii | 複合材の製造法 |
| CN102049478A (zh) * | 2009-11-06 | 2011-05-11 | 辽宁科技大学 | 不锈钢复合板坯的固-液相连续复合装置 |
| CN104525566A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-04-22 | 燕山大学 | 一种复合板材连铸连轧设备及工艺 |
| WO2018158420A1 (de) * | 2017-03-03 | 2018-09-07 | Primetals Technologies Germany Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen herstellung von stahlband |
| CN109093084A (zh) * | 2018-09-29 | 2018-12-28 | 东北大学 | 一种连铸薄板坯的生产方法 |
| CN109773145A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-05-21 | 北京科技大学 | 一种贵金属层状复合材料高真空连铸成形设备和工艺 |
| CN212525981U (zh) * | 2020-06-08 | 2021-02-12 | 中冶京诚工程技术有限公司 | 直轧连铸机及其连铸生产线 |
-
2022
- 2022-02-17 CN CN202210147405.2A patent/CN114472834B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE640541A (zh) * | 1963-11-28 | 1964-03-16 | ||
| BE772865A (fr) * | 1970-09-22 | 1972-01-17 | Voest Ag | Procede de fabrication de produits lamines a trois couches |
| JPH05154612A (ja) * | 1991-12-05 | 1993-06-22 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 複合鋳片の連続鋳造における芯材の偏心防止方法 |
| JPH0839219A (ja) * | 1994-01-19 | 1996-02-13 | Katsuhiko Yamada | 鋼の連続鋳造法及び連続鋳造・圧延法 |
| WO2005065865A1 (ja) * | 2004-01-05 | 2005-07-21 | Riichi Fujii | 複合材の製造法 |
| CN102049478A (zh) * | 2009-11-06 | 2011-05-11 | 辽宁科技大学 | 不锈钢复合板坯的固-液相连续复合装置 |
| CN104525566A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-04-22 | 燕山大学 | 一种复合板材连铸连轧设备及工艺 |
| WO2018158420A1 (de) * | 2017-03-03 | 2018-09-07 | Primetals Technologies Germany Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen herstellung von stahlband |
| CN109093084A (zh) * | 2018-09-29 | 2018-12-28 | 东北大学 | 一种连铸薄板坯的生产方法 |
| CN109773145A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-05-21 | 北京科技大学 | 一种贵金属层状复合材料高真空连铸成形设备和工艺 |
| CN212525981U (zh) * | 2020-06-08 | 2021-02-12 | 中冶京诚工程技术有限公司 | 直轧连铸机及其连铸生产线 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 潘秀兰;赵素华;: "常规连铸领域的世界先进技术", 鞍钢技术, no. 04, pages 17 - 20 * |
| 王叶婷;: "直弧形板坯连铸机辊列系列化", 机械研究与应用, no. 04, pages 81 - 84 * |
| 王宝峰, 麻永林, 丁国, 李春龙, 孟志泉, 王玉昌: "大方坯连铸过程中铸坯传热及凝固行为的研究", 包头钢铁学院学报, no. 02, pages 25 - 30 * |
| 陈阳;张炯明;: "近终形异形坯/大方坯复合型连铸机设计特点", 炼钢, no. 05, pages 77 - 81 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114472834B (zh) | 2023-10-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100560250C (zh) | 在R12～14m的弧形连铸机上生产特大规格圆坯的连铸工艺 | |
| CN206622605U (zh) | 一种三机三流板坯连铸中间包 | |
| CN102303102A (zh) | 一种特厚板坯连铸工艺和连铸机 | |
| CN101791682B (zh) | 超大型特厚板矩形锭坯的制造装置 | |
| CN106180192A (zh) | 一种线棒材连铸坯高速直送直轧系统及方法 | |
| CN109093084A (zh) | 一种连铸薄板坯的生产方法 | |
| CN205988958U (zh) | 一种线棒材连铸坯免加热直轧系统 | |
| CN204770627U (zh) | 一种单流通道式感应加热弯管式通道中间包装置 | |
| CN101554649A (zh) | 一种包复材料受压顶出充芯连铸精细成形的设备与工艺 | |
| CN101433948B (zh) | 特大截面圆坯连铸机 | |
| CN112743053B (zh) | 一种用于解决包晶钢连铸板坯表面裂纹的结晶器及控制方法 | |
| CN104999046B (zh) | 一种异型坯连铸机及异型坯连铸二次冷却吹水方法 | |
| CN109396409B (zh) | 一种生产超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸方法 | |
| CN207026437U (zh) | 一种镁合金铸轧用倾斜式铸轧机前箱—铸嘴系统 | |
| CN114472834B (zh) | 一种复合铸坯的连续生产系统及连续生产方法 | |
| CN102303104A (zh) | 一种特厚板坯连铸窄面鼓肚的控制方法 | |
| CN201008961Y (zh) | 一种100吨级以上复合材质超大型铸钢支承辊的铸造装置 | |
| CN116786778A (zh) | 一种复合金属坯连铸装置及其使用方法 | |
| CN210188435U (zh) | 生产三流板坯的连铸装置 | |
| CN201353635Y (zh) | 特大截面圆坯连铸机 | |
| CN110860664A (zh) | 立式空心圆坯连铸机及出坯方法 | |
| CN116441501A (zh) | 一种真空水平连铸和模铸的装置 | |
| CN217192580U (zh) | 一种可预热并改善流场的真空气雾化炉中间包 | |
| CN116020987A (zh) | 高合工钢Cr12MoV系列的连铸方法 | |
| CN201026526Y (zh) | 薄板坯连铸用高钢水通量浸入式水口 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |