CN114700472A - 一种用于直轧的无缺陷铸坯生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种用于直轧的无缺陷铸坯生产方法，通过改进的高效水槽式结晶器配合高精度水套提高铜管冷却均匀性，为铸机拉速提升提供了保证，通过改进的特殊直轧配水模型和改进的密集喷淋喷嘴间距配合，使铸机拉速从最高2.8米/分钟提高到4.5米/分钟，铸机漏钢率大幅降低，改进了高拉速保护渣的主要成分，进一步为铸机拉速提升提供了保证。
Description
技术领域
本发明涉及铸坯生产领域，尤其涉及一种用于直轧的无缺陷铸坯生产方法。
背景技术
随着钢铁企业竞争加剧，降低生产成本成为钢铁企业最大的竞争优势。加热炉是能源消耗及污染物排放大户，加热炉运行成本一般在25-30元/吨，目前国内各钢企都在推小方坯直轧工艺，是节能降耗提升竞争力有效措施，但直轧必须提高铸坯温度满足轧制需要，要提高铸坯温度必须采取提高拉速等措施，而高拉速连铸坯容易出现裂纹等缺陷。
在实现本发明过程中，申请人发现现有技术中至少存在如下问题：
在提高拉速时导致铸坯出现裂纹等缺陷的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种用于直轧的无缺陷铸坯生产方法，解决了在提高拉速时导致铸坯出现裂纹等缺陷的技术问题。
为达上述目的，一方面，本发明实施例提供一种用于直轧的无缺陷铸坯生产方法，包括但不限于以下步骤：
使用水槽式结晶器生产铸坯；所述水槽式结晶器中铜管两侧角部的至少一条水槽采用5.5x8.0毫米窄水槽，其中宽度为5.5毫米，深度为8.0毫米，铜管中部的其他各条水槽采用6.0x8.0毫米宽水槽，其中宽度为6.0毫米，深度为8.0毫米；
将二次冷却区分为五个区，并将相应的各区的配水比依次设置为9:5:3:1:1。
进一步地，所述方法还包括：
使用喷淋装置对铸坯进行冷却；其中，所述五个区中的二区和三区各自的喷淋装置的喷嘴配置为：二区喷嘴间距为：300毫米；三区喷嘴间距为：300毫米。
进一步地，所述方法还包括：
在所述水槽式结晶器中使用高精度水套与铜管配合，确保结晶器水压及流速的温度，水压能稳定在2.0兆帕。
进一步地，所述高精度水套的材质为不锈钢。
进一步地，所述方法还包括：
拉坯时使用保护渣提高拉速；所述保护渣的成分包括：30％的CaO、32％的SiO2、7.8％的Na2O，以使所述保护渣的熔点小于或等于1100摄氏度，粘度小于或等于3.3泊，碱度小于或等于0.92。
进一步地，所述方法还包括：在铸坯传送过程中采用格栅式保温罩对铸坯进行保温。
进一步地，铸机拉速为4.5米/分钟。
上述技术方案具有如下有益效果：通过采用水槽设计的结晶器，根据铜管内部热流设计不同水槽深度和宽度，保证铸坯表面质量，并且通过二冷模型不同分区配水优化保证铸坯切割后温度的稳定，具体地，可以将铸坯剪切后表面温度从900℃提升到1000℃，最高达到1150℃，保证了铸坯直轧温度，满足铸坯直轧要求，达到保证铸坯表面温度高能满足直轧要求而且能做到无缺陷铸坯生产的效果。进一步地，通过采用不锈钢高精度水套确保结晶器水压及流速的稳定保证结晶器水压稳定在2.0兆帕，进一步地保证铸坯表面质量的稳定；进一步地，采用密集喷淋技术，将铸机拉速最高提高到4.5米/分钟；进一步地，采用高拉速保护渣技术,通过使用指定配比的保护渣,将熔点由1150摄氏度调整到1100摄氏度，粘度由3.8泊调整到3.3泊，碱度由1.07调整到0.92。经综合上述各种工艺构成的特有工艺进一步地保证了铸坯表面温度高能满足直轧要求而且能做到无缺陷铸坯生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例之一的一种用于直轧的无缺陷铸坯生产方法的流程图；
图2是本发明实施例之一的水槽式结晶器铜管的水槽改进设计示意图；
图3是现有技术的分散型喷淋布置的一种弧形喷淋系统的喷嘴间距示意图；
图4是本发明实施例之一的一种弧形喷淋系统的喷嘴间距示意图；
图5是本发明实施例之一的二次冷却区的布置图；
附图标记表示为：
1：水槽式结晶器铜管；
2：水槽式结晶器铜管两侧靠近铜管的角部的水槽；
3：水槽式结晶器铜管的中部的水槽；
4：喷嘴；
W：(高效)水槽式结晶器铜管横截面宽；
L：(高效)水槽式结晶器铜管的轴向长；
D1：现有技术下的喷嘴间距；
D2：本发明改进后的喷嘴间距。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
发明人认为要实现方坯直轧，关键是保证无缺陷铸坯及提升铸坯温度。进一步地，通过对生产过程的观察与分析，发明人发现二冷配水模型开发是核心技术，如果采用较弱的冷却模型，则铸坯拉速低、容易脱方不能满足生产要求；如果采用较强的冷却则铸坯温度低不能满足直轧需要。针对以上技术难题发明人开发了直轧工艺配水模型，保证铸坯回温梯度合理避免铸坯内裂，通过大量试验证明，该模型的主要特点是不仅满足了铸机在高拉速条件下保证不出现脱方而且避免了由于回温梯度过大造成的内裂等质量问题，更重要的是铸坯温度在原来基础上提升100摄氏度，进冷床方坯温度达到1000摄氏度以上，满足了直轧要求。首先结晶器采用高效水槽设计，根据铜管内部热流设计不同水槽深度和宽度，采用不锈钢高精度水套确保结晶器水压及流速的稳定，保证铸坯表面质量的稳定。通过二冷模型不同分区配水优化保证铸坯切割后温度，同时用格栅高效保温罩保证铸坯输送温降损失，保证了铸坯直轧温度，满足铸坯直轧要求。
一方面，如图1所示，本发明实施例提供一种用于直轧的无缺陷铸坯生产方法，包括：
步骤S100，使用水槽式结晶器生产铸坯；所述水槽式结晶器中铜管两侧角部的至少一条水槽采用5.5x8.0毫米窄水槽(其中水槽宽度为5.5毫米，深度为8.0毫米)，分布于铜管中部的其他各条水槽采用6.0x8.0毫米宽水槽(其中水槽宽度为6.0毫米，深度为8.0毫米)；
在一些实施例中，针对(高效)水槽式结晶器铜管上的各条水槽，根据水槽部署的位置采用不同水槽宽度和深度设计，最大限度满足传热学原理，确保铸坯在高换热条件下冷却均匀，确保铸坯质量稳定。在一些具体的实施例中，如图2所示，(高效)水槽式结晶器铜管横截面宽W为170×170毫米，铜管长度L为1000毫米；(高效)水槽式结晶器铜管可以有四个外侧立面，图2是(高效)水槽式结晶器铜管的一个外侧立面上的水槽布局，各水槽平行布置，并且都与铜管的轴向方向平行，相邻的外侧立面左右相连构成一体成型的铜管，相邻的外侧立面相连的位置构成了铜管的角部，即每个外侧立面的左端和右端位于铜管的角部。如图2所示，在(高效)水槽式结晶器铜管1两侧靠近铜管的角部设置至少一条水槽2，即设置在(高效)水槽式结晶器铜管1的两外侧边处，水槽2的具体条数可根据具体的铜管的尺寸参数例如壁厚等参数确定，优选地，设置两条水槽2，由于二维传热，冷却快，采用5.5x8.0毫米窄水槽设计(其中水槽宽度为5.5毫米，水槽深度为8.0毫米)；在高效水槽式结晶器铜管1的中部的各条水槽3采用宽水槽设计，采用6.0x8.0毫米设计(其中水槽宽度为6.0毫米，水槽深度为8.0毫米)保证铜管的整个铜板表面冷却均匀，从而确保铸坯质量稳定。
步骤S101，将二次冷却区分为五个区，如图5所示，作为一种优选的方式，可以将各区长度(弧长)分别配置为：一区360毫米；二区1080毫米；三区1080毫米；四区1990毫米；五区12350毫米；其中，优选地，可以将各区的喷嘴4间距分别设置为：一区喷嘴4间距为：120毫米，一区喷嘴4布置为3行2排；二区喷嘴4间距为：300毫米；三区喷嘴4间距为：300毫米；四区喷嘴4间距为：450毫米；五区喷嘴4间距为：450毫米；并将相应的各区的配水比依次设置为9:5:3:1:1。
在一些实施例中，传统小方坯二次冷却区配水分三个区，在本实施中将二次冷却区分为五个区，一区到五区的配水比依次按9:5:3:1:1比例进行精准分配，确保铸机高拉速情况下剪切后铸坯表面温度大于1000摄氏度。采用该配水比，主要是通过控制各区阀门开度来实现，一区和二区水量大主要目的是确保铸坯出结晶器(即高效水槽式结晶器)坯壳厚度足够，能实现铸坯高拉速条件下保证不脱方漏钢，如果一区和二区水量太小，会导致坯壳厚度不够，进而导致在高拉速条件下铸坯容易脱方甚至漏钢，尤其是一区，为了增大水量采用双排喷嘴并且在原设计基础上增加喷淋架长度，喷嘴水量增加1/3，以实现配水量较大；从三区开始水量大幅减少主要目的是利用铸坯回温保证铸坯剪切后温度保持1000摄氏度以上的高温；三区以后如果按传统的常规水量分配，铸坯表面温度下降较快，就不能保证铸坯剪切时达到1000摄氏度以上的高温。进一步地，在铸坯剪切后可以采用保温效果良好的格栅保温罩确保铸坯进轧机温度高于950摄氏度，实现铸坯直轧。
本发明实施例具有如下技术效果：通过采用高效水槽设计的结晶器，根据铜管内部热流设计不同水槽深度和宽度，保证铸坯表面质量，并且通过二冷模型不同分区配水优化保证铸坯切割后温度的稳定，具体地，可以将铸坯剪切后表面温度从900℃提升到1000℃，最高达到1150℃，保证了铸坯直轧温度，满足铸坯直轧要求，达到保证铸坯表面温度高能满足直轧要求而且能做到无缺陷铸坯生产的效果。
进一步地，所述方法还包括：使用喷淋装置对铸坯进行冷却；其中，所述五个区中的二区和三区各自的喷淋装置的喷嘴配置为：二区喷嘴间距为：300毫米；三区喷嘴间距为：300毫米。
在一些实施例中，现有技术中采用较为分散型喷淋布置，分散型喷淋主要存在的问题是铸坯得不到足够冷却强度，铸坯容易脱方，严重造成漏钢事故，铸机拉速提不起来，满足不了直轧对铸坯温度的要求。如图3的喷淋系统，原有的，为两个喷嘴之间距离D1为450毫米，如图4中将二区和/或三区中两个喷嘴之间距离改造为300毫米，以增加冷却强度。未改造前主要存在的问题是铸机拉速提到2.8米/分钟就脱方，而且由于坯壳厚度薄漏钢频繁。本实施例在前述高效水槽式结晶器对铸胚进行均匀冷却的基础上，与二次冷却区的五个区的精准配水比例配合，将喷淋系统改为密集型喷淋布置，二区和/或三区中喷嘴间距由图3的原设计的D1(即450毫米)改为如图4的弧形喷淋系统所示的D2，其中D2为300毫米，使铸机拉速从最高2.8米/分钟提高到4.5米/分钟，并且铸机漏钢率大幅降低。
进一步地，所述方法还包括：在所述高效水槽式结晶器中使用高精度水套与铜管配合，确保结晶器水压及流速的温度，水压能稳定在2.0兆帕。
在一些实施例中，高精度水套最大特点是精度高、不宜变形、能最大程度保证水缝压力及水量工况的稳定，水套精度提高后，水槽水量流速均匀性得到保证，即铸坯在结晶器内冷却均匀性得到保证；同时解决了粘胶堵塞水槽和铜管变形的问题；本实施例中的高精度水套与前述的高效水槽式结晶器铜管水槽的改进共同作用下，进一步使铜管冷却均匀性得到保证，为铸机拉速提升提供了保证。对于现有技术所采用的玻璃钢水套，存在的主要问题是水套在高换热条件下容易变形，而且磨损比较严重影响水套与水槽之间的密封，导致结晶器水压及流速不稳定，如结晶器水压从1.50兆帕-2.0兆帕之间波动，从而影响结晶器的冷却效果；本实施例采用高精度水套，优选地主要材质为不锈钢，水套不容易变形，使用时间长，从而确保结晶器水压及流速的温度，水压能稳定在2.0兆帕。
进一步地，所述高精度水套的材质为不锈钢。
在一些实施例中，采用高精度水套，优选地主要材质为不锈钢，水套不容易变形，使用时间长，从而确保结晶器水压及流速的温度，水压能稳定在2.0兆帕。
进一步地，所述方法还包括：拉坯时使用保护渣提高拉速；所述保护渣的成分包括：30％的CaO、32％的SiO2、7.8％的Na2O，7.2％的Al2O3、6％的MgO、7.5％的FX(氟化物)、7％的C、0.5％的H2O；以使所述保护渣的熔点小于或等于1100摄氏度，粘度小于或等于3.3泊，碱度小于或等于0.92。
在一些实施例中，发明人发现由于拉速的提高，造成了拉速连铸技术的两大难题：漏钢和铸坯缺陷，为解决这两大难题，发明人发现必须重视高拉速方坯连铸保护渣的开发。在本实施例中，将保护渣主要成分CaO由32％调整到30％；SiO2由31％调整到32％，Na2O由6.0％调整到7.8％，使保护渣的熔点由1150摄氏度调整到小于或等于1100摄氏度，优选地，调整到1100摄氏度，粘度由3.8泊调整到小于或等于3.3泊，优选地，调整到3.3泊，碱度由1.07调整到小于或等于0.92，优选地，调整到0.92。其中，1Pa.s(即帕斯卡秒)等于10P(即Poise，泊)，帕斯卡秒和泊都是动力粘度的单位。经过本发明实施例对保护渣主要成分的改进，满足了高拉速下保护渣所需的较低的粘度、熔化温度、结晶温度和凝固温度以及较快的熔化速度和合适的碱度，使之在高拉速下仍能保持足够的渣耗量，从而解决高拉速下出现漏钢和铸坯缺陷的问题。
进一步地，所述方法还包括：在铸坯传送过程中采用格栅式保温罩对铸坯进行保温。
在一些实施例中，在铸坯剪切后可以采用保温效果良好的格栅保温罩确保铸坯进轧机温度高于950摄氏度，实现铸坯直轧。
进一步地，铸机拉速为4.5米/分钟。
在一些实施例中，在高效水槽式结晶器对铸胚进行均匀冷却的基础上，通过前述的密集喷淋的喷嘴间距设计与二次冷却区的五个区的精准配水比例配合，确保在铸机拉速为4.5米/分钟的情况下，仍能得到合格的铸坯。
目前上述实施例已经在广西钢铁集团有限公司方坯1号和方坯2号连铸机上进行试验，得到了验证，效果优良。
例如生产HRRB400E螺纹钢，成分C：0.21-0.25％；Si：0.30-0.70％；Mn：1.30-1.60％；P：≤0.045％；S：≤0.045％；Nb：0.01000.020％。铸坯断面尺寸为165×165mm，当铸坯拉速达到3.2米/分钟时，结晶器水量达到150吨/小时，二冷各区水量如下：1区22.5吨/小时、2区12.5吨/小时、3区7.5吨/小时、4区2.5吨/小时、5区2.5吨/小时，铸坯剪切后温度达到1000℃，当拉速达到3.5米/分钟时铸坯剪切后温度可达到1050℃，当铸坯拉速达到4.5米/分钟时剪切后铸坯温度可达到1150℃，铸机生产稳定铸坯质量良好，满足直轧需求。
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括：”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于直轧的无缺陷铸坯生产方法，其特征在于，包括：
使用水槽式结晶器生产铸坯；所述水槽式结晶器中铜管两侧角部的至少一条水槽采用5.5x8.0毫米窄水槽，其中宽度为5.5毫米，深度为8.0毫米，铜管中部的其他各条水槽采用6.0x8.0毫米宽水槽，其中宽度为6.0毫米，深度为8.0毫米；
将二次冷却区分为五个区，并将相应的各区的配水比依次设置为9:5:3:1:1。
2.如权利要求1所述的用于直轧的无缺陷铸坯生产方法，其特征在于，
使用喷淋装置对铸坯进行冷却；其中，所述五个区中的二区和三区各自的喷淋装置的喷嘴配置为：二区喷嘴间距为：300毫米；三区喷嘴间距为：300毫米。
3.如权利要求1所述的用于直轧的无缺陷铸坯生产方法，其特征在于，
在所述水槽式结晶器中使用高精度水套与铜管配合，确保结晶器水压及流速的温度，水压能稳定在2.0兆帕。
4.如权利要求1所述的用于直轧的无缺陷铸坯生产方法，其特征在于，所述高精度水套的材质为不锈钢。
5.如权利要求1所述的用于直轧的无缺陷铸坯生产方法，其特征在于，
拉坯时使用保护渣提高拉速；所述保护渣的成分包括：30％的CaO、32％的SiO2、7.8％的Na2O，以使所述保护渣的熔点小于或等于1100摄氏度，粘度小于或等于3.3泊，碱度小于或等于0.92。
6.如权利要求1所述的用于直轧的无缺陷铸坯生产方法，其特征在于，
在铸坯传送过程中采用格栅式保温罩对铸坯进行保温。
7.如权利要求2所述的用于直轧的无缺陷铸坯生产方法，其特征在于，铸机拉速为4.5米/分钟。
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