CN116372132A - 生产连铸圆坯的连铸系统及连铸方法 - Google Patents

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CN116372132A CN202310353884.8A CN202310353884A CN116372132A CN 116372132 A CN116372132 A CN 116372132A CN 202310353884 A CN202310353884 A CN 202310353884A CN 116372132 A CN116372132 A CN 116372132A
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何航
彭杨
任毅
田汉蒲
王辉
傅剑
牛亮
赵映辉
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Abstract

本发明提供了一种生产连铸圆坯的连铸系统及连铸方法。生产连铸圆坯的连铸系统，包括：椭圆结晶器，包括结晶部和冷却部，结晶部包括安装壳和冷凝管，冷凝管内孔的横截面为椭圆形，以将钢水冷凝成带有液芯的椭圆坯，冷却部用于对椭圆坯进行预冷；结晶器振动装置用于驱动椭圆坯从椭圆结晶器内排出；冷却装置用于对椭圆坯进行二次冷却；拉矫装置包括沿椭圆坯的铸流方向依次设置的多个矫直件，多个矫直件能够对椭圆坯施加压紧力以将椭圆坯连续压制为连铸圆坯，拉矫装置被配置为能够牵引椭圆坯沿铸流方向运动。本发明的技术方案的生产连铸圆坯的连铸系统既能将椭圆坯压缩为圆坯，又改善铸坯中心裂纹等内部组织缺陷的问题。

Description

生产连铸圆坯的连铸系统及连铸方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体而言，涉及一种生产连铸圆坯的连铸系统及连铸方法。
背景技术
大规格连铸圆坯易产生中心裂纹，直接轧制无缝钢管，会造成钢管内折叠等缺陷；连铸板坯或方坯可采用轻压下技术解决上述问题，但连铸圆坯轻压下不能实现均匀变形，可能造成圆坯椭圆度过大，导致轧制无缝钢管时穿孔卡轧、连轧后壁厚不均等问题。
申请号为201410515015.1的专利公开了一种生产大规格椭圆坯的连铸系统及连铸工艺：通过严格控制中间包内钢水过热度和拉坯速度等参数，对椭圆坯矫直的同时实施轻压下，解决椭圆坯中心偏析、中心疏松质量问题，提高椭圆坯的心部质量，代替板坯进行厚板材的轧制，通过提高轧制压缩比改善厚板材的内部质量。但是，该工艺生产的大规格椭圆坯不能用于直接轧制无缝钢管。
因此，本发明提供了一种能够解决上述问题的生产连铸圆坯的连铸系统及连铸方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种生产连铸圆坯的连铸系统及连铸方法，上述的生产连铸圆坯的连铸系统既能将椭圆坯压缩为圆坯，又改善铸坯中心裂纹等内部组织缺陷的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种生产连铸圆坯的连铸系统，包括：椭圆结晶器，包括结晶部和位于结晶部下方的冷却部，结晶部包括安装壳和设置在安装壳上的冷凝管，冷凝管内孔的横截面为椭圆形，以将钢水冷凝成带有液芯的椭圆坯，冷却部用于对椭圆坯进行预冷；结晶器振动装置，用于驱动椭圆坯从椭圆结晶器内排出；冷却装置，用于对椭圆坯进行二次冷却，冷却装置包括用于喷出冷却水的多个第一喷嘴；拉矫装置，包括沿椭圆坯的铸流方向依次设置的多个矫直件，多个矫直件用于对椭圆坯连续矫直，且多个矫直件能够对椭圆坯施加压紧力以将椭圆坯连续压制为连铸圆坯，各矫直件均包括两个间隔设置的矫直辊，拉矫装置被配置为能够牵引椭圆坯沿铸流方向运动；椭圆结晶器、结晶振动装置、冷却装置和拉矫装置沿铸流方向依次布置。
进一步地，冷却部包括与结晶部连接的安装支架、设置在安装支架上的多个足辊和用于喷出冷却水的多个第二喷嘴，多个足辊沿结晶部的周向间隔设置以支撑椭圆坯，多个第二喷嘴沿结晶部的周向设置，以对椭圆坯进行预冷。
进一步地，多个第二喷嘴沿结晶部的周向均匀间隔设置，且相邻两个足辊之间设有第二喷嘴。
进一步地，冷凝管具有进口端和出口端，自进口端至出口端，冷凝管的横截面积逐渐减小；其中，进口端的横截面为椭圆形，进口端的长轴长度比进口端的短轴长度长20mm～40mm；且出口端的横截面为椭圆形，出口端的长轴长度比出口端的短轴长度长20mm～40mm；进口端的长轴长度比出口端的长轴长度长5mm～10mm，且进口端的短轴长度比出口端的短轴长度长5mm～10mm。
进一步地，生产连铸圆坯的连铸系统还包括用于产生连续旋转磁场的第一电磁搅拌器、第二电磁搅拌器和第三电磁搅拌器，第一电磁搅拌器位于椭圆结晶器的下方，第一电磁搅拌器、第二电磁搅拌器和第三电磁搅拌器沿铸流方向依次设置，以对椭圆坯未凝固的液芯进行搅拌。
进一步地，第一电磁搅拌器的长度方向上的中心位置与椭圆结晶器的弯月面之间具有第一间距，第一间距大于或等于9m，且小于或等于11m。
进一步地，第二电磁搅拌器的长度方向上的中心位置与椭圆结晶器的弯月面之间具有第二间距，第二间距大于或等于12.5m，且小于或等于14.5m。
进一步地，第三电磁搅拌器的长度方向上的中心位置与椭圆结晶器的弯月面之间具有第三间距，第三间距大于或等于16.5m，且小于或等于17.5m。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种生产连铸圆坯的连铸方法，连铸方法采用上述的生产连铸圆坯的连铸系统生产连铸圆坯，连铸方法包括：将钢水浇入椭圆结晶器的冷凝管内，凝固成以钢水为液芯的椭圆坯；利用结晶器振动装置驱动椭圆坯与冷凝管的内壁分离；利用拉矫装置牵引椭圆坯由冷凝管进入冷却部，以对椭圆坯预冷；牵引椭圆坯进入冷却装置，多个第一喷嘴喷出的冷却水对椭圆坯进行二次冷却的二次冷却步骤；牵引椭圆坯进入拉矫装置，多个矫直件对椭圆坯连续矫直并施加压紧力，以将椭圆坯连续压制为连铸圆坯的连铸圆坯成型步骤。
进一步地，在二次冷却步骤之后，在连铸圆坯成型步骤之前，连铸方法还包括：椭圆坯进入第一电磁搅拌器，利用第一电磁搅拌器产生的旋转磁场对椭圆坯未凝固的液芯进行搅拌；椭圆坯进入第二电磁搅拌器，利用第二电磁搅拌器产生的旋转磁场对椭圆坯未凝固的液芯进行搅拌；椭圆坯进入第三电磁搅拌器，利用第三电磁搅拌器产生的旋转磁场对椭圆坯未凝固的液芯进行搅拌。
进一步地，椭圆坯通过不同安装位置的第一电磁搅拌器、第二电磁搅拌器和第三电磁搅拌器时，对最大直径不同的液芯进行搅拌，满足液芯最大直径计算公式：
Figure BDA0004162771390000021
其中，R——液芯最大直径，mm；D——椭圆坯最大直径，mm；k——系数，
Figure BDA0004162771390000022
L——椭圆结晶器弯月面与电磁搅拌器之间的距离，m；V——拉坯速度，m/min。
进一步地，拉坯速度为0.16m/min至0.51m/min，液芯最大直径与椭圆坯最大直径的比例为37％至46％，第一电磁搅拌器的搅拌电流为100A至300A，第一电磁搅拌器的搅拌频率为3HZ至6HZ；或者，拉坯速度为0.16m/min至0.51m/min，液芯最大直径与椭圆坯最大直径的比例为30％至39％，第二电磁搅拌器的搅拌电流为300A至600A，第二电磁搅拌器的搅拌频率为3HZ至6HZ；或者，拉坯速度为0.16m/min至0.51m/min，液芯最大直径与椭圆坯最大直径的比例为20％至30％，第三电磁搅拌器的搅拌电流为800A至1200A，第三电磁搅拌器的搅拌频率为6HZ至8HZ。
进一步地，沿铸流方向，多个矫直件的矫直辊压力依次增加，矫直辊的数量为n，各矫直件的矫直辊压力大于或等于15+5×(n-1)，且小于或等于25+5×(n-1)，其中，n≥1，n为整数。
应用本发明的技术方案，一方面，通过设置冷却部和冷却装置，对从冷凝管内脱出的椭圆坯进行预冷和二次冷却，以增加椭圆坯壳的厚度，且冷却部和冷却装置可以针对钢水的不同凝固状态逐渐对椭圆坯进行冷却，这样可以避免椭圆坯壳表面温度急剧变化而产生裂纹的情况；另一方面，通过设置横截面为椭圆形的冷凝管，可以使进入冷凝管内的钢水形成带有液芯的椭圆坯，且椭圆坯经后续的多个矫直件的压制，即施加压紧力，不仅可以消除椭圆坯的中心裂纹，而且还可以将椭圆坯压制为连铸圆坯，以为轧制无缝钢管提供原料。因此，本发明的实施例的生产连铸圆坯的连铸系统既将椭圆坯压缩为圆坯，又改善铸坯中心裂纹等内部组织缺陷的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的生产连铸圆坯的连铸系统的实施例的椭圆结晶器的结构示意图；
图2示出了图1的椭圆结晶器的仰视图；
图3示出了图1的椭圆结晶器的剖视图；
图4示出了图3的椭圆结晶器的键板的结构示意图；
图5示出了图3的椭圆结晶器的水套的结构示意图；
图6示出了图5的水套的剖视图；
图7示出了图3的椭圆结晶器的铜管的结构示意图；
图8示出了图3的椭圆结晶器的冷却部的结构示意图；
图9示出了图8的冷却部的喷淋结构的结构示意图；以及
图10示出了本发明的生产连铸圆坯的连铸方法的实施例的流程示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、环形分隔件；2、第一流道；3、第二流道；4、第一流道进口；5、第二流道进口；6、第二流道出口；11、安装支架；151、安装板；152、足辊；17、喷淋管；18、第二喷嘴；21、安装壳；22、冷凝管；23、水套；24、调节件；25、防脱件；26、环形凹槽；27、键板；28、安装件；29、环形安装板；30、第二耳板；31、上法兰；32、第一环形槽；33、第二环形槽；34、下法兰；35、第三密封件；36、第三环形槽；37、下压板；38、环形安装槽。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要说明的是，本发明的实施例中，二次冷却是指对椭圆坯进行第二次冷却。
如图1至图4所示，本发明的实施例提供了一种生产连铸圆坯的连铸系统。生产连铸圆坯的连铸系统包括椭圆结晶器、结晶器振动装置、冷却装置和拉矫装置。其中，椭圆结晶器包括结晶部和位于结晶部下方的冷却部，结晶部包括安装壳21和设置在安装壳21上的冷凝管22，冷凝管22内孔的横截面为椭圆形，以将钢水冷凝成带有液芯的椭圆坯，冷却部用于对椭圆坯进行预冷；结晶器振动装置用于驱动椭圆坯从椭圆结晶器内排出；冷却装置用于对椭圆坯进行二次冷却，冷却装置包括用于喷出冷却水的多个第一喷嘴；拉矫装置包括沿椭圆坯的铸流方向依次设置的多个矫直件，多个矫直件用于对椭圆坯连续矫直，且多个矫直件能够对椭圆坯施加压紧力以将椭圆坯连续压制为连铸圆坯，各矫直件均包括两个间隔设置的矫直辊，拉矫装置被配置为能够牵引椭圆坯沿铸流方向运动；椭圆结晶器、结晶振动装置、冷却装置和拉矫装置沿铸流方向依次布置。
上述技术方案中，一方面，通过设置冷却部和冷却装置，对从冷凝管22内脱出的椭圆坯进行预冷和二次冷却，以增加椭圆坯壳的厚度，且冷却部和冷却装置可以针对钢水的不同凝固状态逐渐对椭圆坯进行冷却，这样可以避免椭圆坯壳表面温度急剧变化而产生裂纹的情况；另一方面，通过设置横截面为椭圆形的冷凝管22，可以使进入冷凝管22内的钢水形成带有液芯的椭圆坯，且椭圆坯经后续的多个矫直件的压制，即施加压紧力，不仅可以消除椭圆坯的中心裂纹，而且还可以将椭圆坯压制为连铸圆坯，以为轧制无缝钢管提供原料。因此，本发明的实施例的生产连铸圆坯的连铸系统既将椭圆坯压缩为圆坯，又改善铸坯中心裂纹等内部组织缺陷的问题。
优选地，本发明的实施例中，冷凝管22由铜材料制成。
具体地，本发明的实施例中，连铸系统还包括用于牵引椭圆坯的引锭杆，拉矫装置通过引锭杆与椭圆坯连接，引锭杆前端的引锭头牵引椭圆坯从结晶部进入冷却部。
具体地，本发明的实施例中，矫直辊上设有R槽，且两个矫直辊同时对椭圆坯进行矫直并实施重压下(即施加压紧力)。
如图1、图3和图8所示，本发明的实施例中，冷却部包括与结晶部连接的安装支架11、设置在安装支架11上的多个足辊152和用于喷出冷却水的多个第二喷嘴18，多个足辊152沿结晶部的周向间隔设置以支撑椭圆坯，多个第二喷嘴18沿结晶部的周向设置，以对椭圆坯进行预冷。
通过上述设置，多个足辊152可以对椭圆坯进行支撑以及导向，以便于多个第二喷嘴18对椭圆坯进行冷却，从而增加椭圆坯壳的厚度，便于后续多个矫直件对椭圆坯进行压制。
如图3和图8所示，本发明的实施例中，多个第二喷嘴18沿结晶部的周向均匀间隔设置，且相邻两个足辊152之间设有第二喷嘴18。
通过上述设置，多个第二喷嘴18喷出的冷却水可以均匀地与椭圆坯接触，从而可以均匀地对椭圆坯进行冷却，以使椭圆坯壳的厚度更加均匀。
如图8所示，本发明的实施例中，部分第二喷嘴18位于足辊152背离安装通孔的轴线的一侧，沿安装通孔的轴向，相邻两个足辊152之间设有第二喷嘴18。
通过上述设置，可以利用多个第二喷嘴18在安装通孔的轴向上对椭圆坯进行冷却，从而增加椭圆坯的冷却均匀性与冷却效率。
具体地，本发明的实施例中，冷凝管22具有进口端和出口端，自进口端至出口端，冷凝管22的横截面积逐渐减小；其中，进口端的横截面为椭圆形，进口端的长轴长度比进口端的短轴长度长20mm～40mm；且出口端的横截面为椭圆形，出口端的长轴长度比出口端的短轴长度长20mm～40mm；且进口端的长轴长度比出口端的长轴长度长5mm～10mm，且进口端的短轴长度比出口端的短轴长度长5mm～10mm。
上述技术方案中，一方面，自进口端至出口端，冷凝管的横截面积逐渐减小，可以增加从出口端脱出的椭圆坯壳的厚度，椭圆坯经过3个电磁搅拌器后，采用大辊压对椭圆坯进行压制，以改善连铸圆坯中心裂纹等缺陷；另一方面，通过设置进口端的长轴和短轴的相对长度，及出口端的长轴和短轴的相对长度，这样，便于配合后续的压制工序将椭圆坯压制为圆坯。
优选地，本发明的实施例中，进口端的横截面为椭圆形，进口端的长轴长度大于750mm，且小于760mm，进口端的短轴长度大于730mm，且小于740mm；出口端的横截面为椭圆形，出口端的长轴长度大于740mm，且小于750mm，出口端的短轴长度大于720mm，且小于730mm。
优选地，本发明的实施例中，冷凝管22的进口端长轴的长度为755mm，冷凝管22的进口端短轴的长度为735mm；冷凝管22的出口端长轴的长度为745mm，冷凝管22的出口端短轴的长度为725mm。
需要说明的是，本发明的实施例中，冷凝管22长轴与连铸机内外弧方向重合，其短轴与连铸机左右弧方向重合。
如图1至图7所示，安装壳21具有安装通孔，椭圆结晶器还包括位于冷凝管22和安装通孔内壁之间的水套23，冷凝管22和水套23之间具有供冷却液流动的水缝间隙。水套23的横截面为椭圆形，结晶部还包括设置在水套23的周向侧壁上的多个调节构件，多个调节构件沿水套23的周向间隔设置；调节构件包括穿设于水套23的多个调节件24和位于水套23外侧的多个防脱件25，多个防脱件25与多个调节件24对应设置，多个调节件24沿水套23的轴向依次设置，各防脱件25与对应的调节件24螺纹连接，各调节件24沿安装通孔的径向可移动地设置，以调节水缝间隙。
上述技术方案中，一方面，通过将水套23的横截面设置为椭圆形，可以使水套23与冷凝管22之间的形状相配合，从而使水套23的内壁面和冷凝管22的外壁面之间的水缝间隙能够更加均匀；另一方面，通过设置多个调节构件，可以通过旋拧调节件24来调节水套23的内壁面和冷凝管22的外壁面之间的水缝间隙，从而使水缝间隙在水套23的周向和轴向均能够均匀设置。
进一步地，防脱件25可以避免调节件24从水套23上脱落。
优选地，本发明的实施例中，调节件24为调节螺钉，防脱件25为螺母。
如图4和图7所示，本发明的实施例中，结晶部还包括分别设置在安装壳21的上下两侧的第一法兰组件和第二法兰组件；冷凝管22的周向外壁面设有环形凹槽26，结晶部还包括位于环形凹槽26内的键板27，沿安装通孔的径向，键板27凸出冷凝管22且与第一法兰组件连接。
通过上述设置，冷凝管22可以通过键板27安装在第一法兰组件上，从而将冷凝管22安装在安装壳21上。
优选地，本发明的实施例中，键板27为环形结构，其由两个半环形结构组装而成。
如图3至图5所示，本发明的实施例中，键板27位于水套23的上方，键板27的朝向水套23的一侧设有多个安装件28，多个安装件28绕键板27的轴线间隔设置，安装件28包括间隔设置的两个第一耳板；结晶部还包括位于水套23外周的环形安装板29和与环形安装板29连接的多个第二耳板30，环形安装板29与水套23连接，多个第二耳板30与多个安装件28对应连接，各第二耳板30插设于对应的两个第一耳板之间。
通过上述设置，可以将水套23安装在键板27上，使水套23通过冷凝管22、第一法兰组件安装在安装壳21上。
优选地，本发明的实施例中，第一耳板和第二耳板30均设有通孔，第二耳板30插设于对应的两个第一耳板之间后，利用螺栓穿过第一耳板和第二耳板30上的通孔并与螺母连接，以将第一耳板和第二耳板30连接。
优选地，本发明的实施例中，安装壳21上还设有环形安装槽38，环形安装槽38内设有密封圈，且密封圈位于环形安装板29的背离键板27的一侧，以使环形安装板29与安装壳21能够密封配合，防止经水缝间隙流出的冷却液再次进入第一流道2或第二流道3。
如图3所示，本发明的实施例中，第一法兰组件包括上法兰31、第一密封件和第二密封件。其中，上法兰31与安装壳21连接，键板27与上法兰31连接；上法兰31盖设于冷凝管22的上端，上法兰31朝向冷凝管22的一侧设有第一环形槽32，第一密封件位于第一环形槽32内，以使冷凝管22与上法兰31密封配合；上法兰31位于安装壳21的上端，安装壳21的朝向上法兰31的一侧设有第二环形槽33，第二密封件位于第二环形槽33内，第二密封件密封连接上法兰31和安装壳21。
通过上述设置，可以实现冷凝管22与上法兰31之间的密封配合，上法兰31和安装壳21之间的密封配合，从而避免进入安装壳21与冷凝管22之间的冷却液进入冷凝管22内。
优选地，本发明的实施例中，第一密封件和第二密封件均为环形状，这样可以在冷凝管22的周向上进行密封。
优选地，本发明的实施例中，上法兰31通过螺丝与安装壳21连接。
如图3所示，本发明的实施例中，第二法兰组件包括下法兰34、第三密封件35、第四密封件和下压板37。其中。下法兰34位于冷凝管22的外周且与安装壳21连接；第三密封件35位于冷凝管22和下法兰34之间，以使冷凝管22与下法兰34密封连接；下法兰34设置在安装壳21的下方，下法兰34的朝向安装壳21的一侧设有第三环形槽36，第四密封件位于第三环形槽36内，第四密封件密封连接下法兰34和安装壳21；下压板37位于下法兰34的背离安装壳21的一侧，下压板37与下法兰34连接。
通过上述设置，可以实现下法兰34和安装壳21之间的密封，从而避免进入安装壳21与冷凝管22之间的冷却液经下法兰34与安装壳21之间泄露；还可以实现冷凝管22与下法兰34之间的密封，从而避免安装壳21与冷凝管22之间的冷却液进入冷凝管22内。
优选地，本发明的实施例中，第三密封件和第四密封件均为环形结构，这样可以在冷凝管22的周向上进行密封。
如图1至图3、图8和图9所示，本发明的实施例中，椭圆结晶器还包括喷淋管17。其中，喷淋管17上设有与安装通孔连通的进口和沿喷淋管17自身轴线间隔设置的多个出口；多个第二喷嘴18与多个出口对应设置且连通，第二喷嘴18朝向安装通孔的轴线。
通过上述设置，多个第二喷嘴18可以沿安装通孔的轴线依次对经过的椭圆坯进行喷淋，从而对从冷凝管22排出的椭圆坯逐渐进行冷却，进而针对钢水的不同凝固状态逐渐对椭圆坯进行冷却，这样可以避免椭圆坯壳表面温度急剧变化而产生裂纹的情况。
具体地，如图9所示，本发明的实施例中，椭圆结晶器还包括用于将喷淋管17安装在安装支架11上的装配件和两个锁紧件，装配件设有与喷淋管17连通的过流通孔以及位于过流通孔的两侧的两个装配通孔，两个锁紧件分别穿过两个装配通孔与安装支架11连接。
优选地，本发明的实施例中，装配件的朝向安装支架11的一侧设有安装槽，安装槽内设有密封圈，以使喷淋管17与安装支架11之间可以密封连接。
具体地，如图2和图3所示，本发明的实施例中，安装壳21内设有环形分隔件1，环形分隔件1用于将安装壳21的内壁与水套23的外壁之间分隔为第一流道2和第二流道3，安装壳21上设有与第一流道2连通的第一流道进口4，且安装壳21的内壁上设有流道槽，第一流道进口4依次经流道槽和第一流道2与喷淋管17连通，以便于将冷却液输送至喷淋管17对椭圆坯进行喷淋；安装壳21上还设有分别位于安装通孔的两侧的第二流道进口5和第二流道出口6，冷却液经第二流道进口5进入依次经第二流道3、水缝间隙的底端、水缝间隙和水缝间隙顶端并从第二流道出口6流出。
需要说明的是，在环形分隔件1与水套23的环形安装板29之间的安装壳21的内壁上设有一个第二流道3进口，在水套23的环形安装板29上方设有两个第二流道3出口，这样，可以增加冷却液流出速度。
上述流道结构为现有技术，此处不再赘述。
具体地，本发明的实施例中，安装壳21上设有与第一流道进口4对应设置且连通的多个第一接头，第一接头与安装壳21之间设有密封件，以密封连接第一接头和安装壳21，这样可以防止冷却液漏出。
具体地，本发明的实施例中，安装壳21上设有与第二流道进口5对应设置且连通的第二接头，第二接头与安装壳21之间设有密封件，以密封连接第二接头和安装壳21，这样可以防止冷却液漏出。
具体地，本发明的实施例中，安装壳21上设有与第二流道出口6对应设置且连通的第三接头，第三接头与安装壳21之间设有密封件，以密封连接第三接头和安装壳21，这样可以防止冷却液漏出。
如图8所示，本发明的实施例中，冷却部还包括用于安装多个足辊152的多个安装板151。其中，各安装板151与安装支架11连接，多个安装板151间隔设置；相邻两个安装板151之间设有多个足辊152，多个足辊152沿安装通孔的周向和轴向阵列设置，各足辊152可转动地设置在安装板151上。
通过上述设置，多个足辊152可以沿安装通孔的轴向依次对椭圆坯进行支撑，以便于椭圆坯能够更加顺畅地移动至后续工序中。
如图所示，本发明的实施例中，生产连铸圆坯的连铸系统还包括用于产生连续旋转磁场的第一电磁搅拌器、第二电磁搅拌器和第三电磁搅拌器，第一电磁搅拌器位于椭圆结晶器的下方，第一电磁搅拌器、第二电磁搅拌器和第三电磁搅拌器沿铸流方向依次设置，以对椭圆坯未凝固的液芯进行搅拌。
通过上述设置，沿铸流方向依次设置的第一电磁搅拌器、第二电磁搅拌器和第三电磁搅拌器可以依次对椭圆坯未凝固的钢水进行搅拌，从而增加未凝固的钢水的温度均匀性，使椭圆坯柱状晶区缩小、中心等轴晶区扩大，以改善中心裂纹等低倍组织缺陷。
如图所示，本发明的实施例中，第一电磁搅拌器的长度方向上的中心位置与椭圆结晶器的弯月面之间具有第一间距，第一间距大于或等于9m，且小于或等于11m。
通过上述设置，可以根据钢水不同的凝固情况对椭圆坯的液芯进行搅拌，以使钢水的温度更加均匀，从而改善中心裂纹的情况。
如图所示，本发明的实施例中，第二电磁搅拌器的长度方向上的中心位置与椭圆结晶器的弯月面之间具有第二间距，第二间距大于或等于12.5m，且小于或等于14.5m。
通过上述设置，可以根据钢水不同的凝固情况对椭圆坯的液芯进行搅拌，以使钢水的温度更加均匀，从而改善中心裂纹的情况。
如图所示，本发明的实施例中，第三电磁搅拌器的长度方向上的中心位置与椭圆结晶器的弯月面之间具有第三间距，第三间距大于或等于16.5m，且小于或等于17.5m。
通过上述设置，可以根据钢水不同的凝固情况对椭圆坯的液芯进行搅拌，以使钢水的温度更加均匀，从而改善中心裂纹的情况。
如图10所示，本发明的实施例提供了一种生产连铸圆坯的连铸方法。连铸方法采用上述的生产连铸圆坯的连铸系统生产连铸圆坯，连铸方法包括：将钢水浇入椭圆结晶器的冷凝管22内，凝固成以钢水为液芯的椭圆坯；利用结晶器振动装置驱动椭圆坯与冷凝管22的内壁分离；利用拉矫装置牵引椭圆坯由冷凝管22进入冷却部，以对椭圆坯预冷；牵引椭圆坯进入冷却装置，多个第一喷嘴喷出的冷却水对椭圆坯进行二次冷却的二次冷却步骤；牵引椭圆坯进入拉矫装置，多个矫直件对椭圆坯连续矫直并施加压紧力，以将椭圆坯连续压制为连铸圆坯的连铸圆坯成型步骤。
上述技术方案中，一方面，利用拉矫装置牵引椭圆坯由冷凝管22进入冷却部对椭圆坯预冷，然后牵引椭圆坯进入冷却装置，利用多个第一喷嘴喷出的冷却水对椭圆坯进行二次冷却，可以增加椭圆坯壳的厚度，且冷却部和冷却装置可以针对钢水的不同凝固状态逐渐对椭圆坯进行冷却，这样可以避免椭圆坯壳表面温度急剧变化而产生裂纹的情况；另一方面，钢水在冷凝管22内凝固成以钢水为液芯的椭圆坯，且椭圆坯经后续的多个矫直件的压制，即施加压紧力，不仅可以消除椭圆坯的中心裂纹，而且还可以将椭圆坯压制为连铸圆坯，以为轧制无缝钢管提供原料。因此，本发明的实施例的生产连铸圆坯的连铸系统既将椭圆坯压缩为圆坯，又改善铸坯中心裂纹等内部组织缺陷。
具体地，本发明的实施例中，将钢水浇入椭圆结晶器的冷凝管22内后，连铸方法还包括在冷凝管22内加入结晶器保护渣，熔化的结晶器保护渣更便于结晶器振动装置将椭圆坯与冷凝管22的内壁分离。
优选地，本发明的实施例中，第一喷嘴为浊环水喷嘴。
具体地，本发明的实施例中，在连铸椭圆坯成型步骤之后，拉矫装置将椭圆坯拉出最后一个矫直件，引锭杆的引锭头与连铸圆坯脱离，利用火焰切割机对连铸圆坯进行切断，实现连铸圆坯连续生产。
如图10所示，本发明的实施例中，在二次冷却步骤之后，在连铸圆坯成型步骤之前，连铸方法还包括：椭圆坯进入第一电磁搅拌器，利用第一电磁搅拌器产生的旋转磁场对椭圆坯未凝固的液芯进行搅拌；椭圆坯进入第二电磁搅拌器，利用第二电磁搅拌器产生的旋转磁场对椭圆坯未凝固的液芯进行搅拌；椭圆坯进入第三电磁搅拌器，利用第三电磁搅拌器产生的旋转磁场对椭圆坯未凝固的液芯进行搅拌。
上述技术方案中，椭圆坯依次进入第一电磁搅拌器、第二电磁搅拌器和第三电磁搅拌器，以使三个电磁搅拌器依次对椭圆坯未凝固的钢水进行搅拌，从而增加未凝固的钢水的温度均匀性，使椭圆坯柱状晶区缩小、中心等轴晶区扩大，以改善中心裂纹。
具体地，本发明的实施例中，椭圆坯通过不同安装位置的第一电磁搅拌器、第二电磁搅拌器和第三电磁搅拌器时，对最大直径不同的液芯进行搅拌，满足液芯最大直径计算公式：
Figure BDA0004162771390000101
其中，R——液芯最大直径，mm；D——椭圆坯最大直径，mm；k——系数，
Figure BDA0004162771390000102
L——椭圆结晶器弯月面与电磁搅拌器之间的距离，m；V——拉坯速度，m/min。
通过上述设置，可以对处于不同安装位置的电磁搅拌器所对应的液芯进行计算，从而根据液芯不同位置的最大直径来分别调整第一电磁搅拌器、第二电磁搅拌器和第三电磁搅拌器的搅拌参数，进而能够更加均匀地搅拌椭圆坯的液芯，使液芯的温度分布更加均匀，这样可以改善中心裂纹的问题。
需要说明的是，本发明的实施例中，k为凝固系数，通过大量试验得出。
需要说明的是，本发明的实施例中，上述公式根据大量数据形成。
需要说明的是，本发明的实施例中，直径∮500、600、700、800mm规格的连铸椭圆坯在拉坯速度范围内，各电磁搅拌器安装位置所对应的液芯与椭圆坯最大直径比例及搅拌参数如下：
具体地，本发明的实施例中，拉坯速度为0.16m/min至0.51m/min，第一电磁搅拌器液芯最大直径与椭圆坯最大直径的比例为37％至46％，第一电磁搅拌器的搅拌电流为100A至300A，第一电磁搅拌器的搅拌频率为3HZ至6HZ。
通过上述设置并经计算得出，当拉坯速度为0.16m/min至0.51m/min时，第一电磁搅拌器所对应的液芯最大直径与椭圆坯最大直径的比例为37％至46％，此时，则可以确定第一电磁搅拌器的搅拌电流以及搅拌频率，从而使椭圆坯的液芯在第一电磁搅拌器所在位置时能够搅拌的更加均匀。
具体地，本发明的实施例中，拉坯速度为0.16m/min至0.51m/min，第二电磁搅拌器液芯最大直径与椭圆坯最大直径的比例为30％至39％，第二电磁搅拌器的搅拌电流为300A至600A，第二电磁搅拌器的搅拌频率为3HZ至6HZ。
通过上述设置并经计算得出，当拉坯速度为0.16m/min至0.51m/min时，第二电磁搅拌器所对应的液芯最大直径与椭圆坯最大直径的比例为30％至39％，此时，则可以确定第二电磁搅拌器的搅拌电流以及搅拌频率，从而使椭圆坯的液芯在第二电磁搅拌器所在位置时能够搅拌的更加均匀。
具体地，本发明的实施例中，拉坯速度为0.16m/min至0.51m/min，第三电磁搅拌器液芯最大直径与椭圆坯最大直径的比例为20％至30％，第三电磁搅拌器的搅拌电流为800A至1200A，第三电磁搅拌器的搅拌频率为6HZ至8HZ。
通过上述设置并经计算得出，当拉坯速度为0.16m/min至0.51m/min时，第三电磁搅拌器所对应的液芯最大直径与椭圆坯最大直径的比例为20％至30％，此时，则可以确定第三电磁搅拌器的搅拌电流以及搅拌频率，从而使椭圆坯的液芯在第三电磁搅拌器所在位置时能够搅拌的更加均匀。
具体地，本发明的实施例中，沿铸流方向，多个矫直件的矫直辊压力依次增加，矫直辊的数量为n，各矫直件的矫直辊压力大于或等于15+5×n-1，且小于或等于25+5×n-1，其中，n≥1，n为整数。
通过上述设置，沿铸流方向，可以逐渐增加对椭圆坯的压力，从而逐渐将椭圆坯压制为圆坯，在压制过程中改善中心裂纹。
例如，沿铸流方向，第一个矫直件的矫直辊压力为15bar－25bar；第二个矫直件的矫直辊压力为20bar－30bar；第三个矫直件的矫直辊压力为25bar－35bar；第四个矫直件的矫直辊压力为30bar－40bar；第五个矫直件的矫直辊压力为35bar－45bar；第六个矫直件的矫直辊压力为40bar－50bar；第七个矫直件的矫直辊压力为45bar－55bar；第八个矫直件的矫直辊压力为50bar－60bar。
在本发明的一个实施例中，在弧形半径17m连铸机上，使用椭圆结晶器生产∮700mm规格45#钢连铸圆坯：
1)钢水浇入冷凝管22内，并加入碳钢用结晶器保护渣，启动结晶器振动装置和拉矫装置，结晶器振动装置采用正弦振动方式，熔化的碳钢用结晶器保护渣和结晶器振动装置使椭圆坯与冷凝管22的内壁分离，拉矫装置带动引锭杆向下运行，引锭杆前端的引锭头牵引椭圆坯从结晶部进入冷却部，多个足辊152支撑椭圆坯，多个第二喷嘴18喷水到椭圆坯表面进行冷却，增加椭圆坯壳厚度。
2)椭圆坯进入冷却装置，多个第一喷嘴继续对椭圆坯表面进行冷却，连铸拉坯速度为0.21m/min，冷却部和冷却装置比水量为0.20L/kg。
3)椭圆坯进入第一电磁搅拌器，第一电磁搅拌器的外径为1660mm、内径为1150mm、长度为880mm，第一间距为10.9m，搅拌电流为200A、频率为3HZ、连续旋转磁场对椭圆坯未凝固的液芯进行搅拌，系数k取
Figure BDA0004162771390000121
根据液芯最大直径计算公式计算液芯最大直径为268mm、液芯最大直径与椭圆坯最大直径的比例为38％，圆坯低倍组织酸洗中心等轴晶区直径为250mm，与计算值基本吻合。
4)椭圆坯进入第二电磁搅拌器，第二电磁搅拌器的外径为1660mm、内径为1150mm、长度为920mm，第二间距为13.7m，搅拌电流为400A、频率为3HZ、连续旋转磁场对椭圆坯未凝固的液芯进行搅拌，系数k取
Figure BDA0004162771390000122
根据液芯最大直径计算公式计算液芯最大直径为215mm、液芯最大直径与椭圆坯最大直径的比例为31％。
5)椭圆坯进入第三电磁搅拌器，第三电磁搅拌器的外径为1660mm、内径为1150mm、长度为1000mm，第三间距为17.5m，搅拌电流为1000A、频率为6HZ、连续旋转磁场对椭圆坯未凝固的液芯进行搅拌，系数取
Figure BDA0004162771390000123
根据液芯最大直径计算公式计算液芯直径为152mm、液芯最大直径与椭圆坯最大直径的比例为22％。
6)椭圆坯进入拉矫装置，8组由上下两个带R槽的矫直辊对椭圆坯进行矫直的同时实施重压下(即施加压紧力)，将椭圆坯逐步压缩为连铸圆坯，按YB/T 4149－2018《连铸圆管坯》标准测量连铸坯同一横截面直径，最大值为710mm、最小值为702mm，连铸坯不圆度为1.1％(不避开扁平区测量)，满足标准要求的不大于3％d。其中，
(1)1#拉矫机(矫直件)的矫直辊压力20bar，矫直辊中心距椭圆结晶器弯月面22440mm；
(2)2#拉矫机(矫直件)的矫直辊压力25bar，矫直辊中心距椭圆结晶器弯月面24335mm；
(3)3#拉矫机(矫直件)的矫直辊压力30bar，矫直辊中心距椭圆结晶器弯月面26097mm；
(4)4#拉矫机(矫直件)的矫直辊压力35bar，矫直辊中心距椭圆结晶器弯月面27848mm；
(5)5#拉矫机(矫直件)的矫直辊压力40bar，矫直辊中心距椭圆结晶器弯月面29600mm；
(6)6#拉矫机(矫直件)的矫直辊压力45bar，矫直辊中心距椭圆结晶器弯月面31850mm；
(7)7#拉矫机(矫直件)的矫直辊压力50bar，矫直辊中心距椭圆结晶器弯月面34100mm；
(8)8#拉矫机(矫直件)的矫直辊压力55bar，矫直辊中心距椭圆结晶器弯月面36350mm。
7)引锭杆将椭圆坯拉出8#拉矫装置，引锭杆的引锭头与连铸圆坯脱离，火焰切割机对后续连铸圆坯进行切断，行车吊连铸圆坯进入缓冷坑，进行连续生产。
本发明前后改善∮700mm规格45#钢连铸圆坯低倍组织中心裂纹缺陷等质量指标对比：1)圆铜管与椭圆结晶器铜管(冷凝管)比较，如表1所示：
表1
Figure BDA0004162771390000131
2)工艺参数及连铸坯质量比较，如表2所示：
表2
Figure BDA0004162771390000132
/>
Figure BDA0004162771390000141
不圆度按YB/T 4149－2018《连铸圆管坯》标准测量、中心裂纹按YB/T 153－2015《优质结构钢连铸坯低倍组织缺陷评级图》标准评定。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：一方面，通过设置冷却部和冷却装置，对从冷凝管内脱出的椭圆坯进行预冷和二次冷却，以增加椭圆坯壳的厚度，且冷却部和冷却装置可以针对钢水的不同凝固状态逐渐对椭圆坯进行冷却，这样可以避免椭圆坯壳表面温度急剧变化而产生裂纹的情况；另一方面，通过设置横截面为椭圆形的冷凝管，可以使进入冷凝管内的钢水形成带有液芯的椭圆坯，且椭圆坯经后续的多个矫直件的压制，即施加压紧力，不仅可以消除椭圆坯的中心裂纹，而且还可以将椭圆坯压制为连铸圆坯，以为轧制无缝钢管提供原料。因此，本发明的实施例的生产连铸圆坯的连铸系统既将椭圆坯压缩为圆坯，又改善铸坯中心裂纹等内部组织缺陷的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种生产连铸圆坯的连铸系统，其特征在于，包括：
椭圆结晶器，包括结晶部和位于所述结晶部下方的冷却部，所述结晶部包括安装壳(21)和设置在所述安装壳(21)上的冷凝管(22)，所述冷凝管(22)内孔的横截面为椭圆形，以将钢水冷凝成带有液芯的椭圆坯，所述冷却部用于对所述椭圆坯进行预冷；
结晶器振动装置，用于驱动所述椭圆坯从所述椭圆结晶器内排出；
冷却装置，用于对所述椭圆坯进行二次冷却，所述冷却装置包括用于喷出冷却水的多个第一喷嘴；
拉矫装置，包括沿所述椭圆坯的铸流方向依次设置的多个矫直件，多个所述矫直件用于对所述椭圆坯连续矫直，且多个所述矫直件能够对所述椭圆坯施加压紧力以将所述椭圆坯连续压制为连铸圆坯，各所述矫直件均包括两个间隔设置的矫直辊，所述拉矫装置被配置为能够牵引所述椭圆坯沿所述铸流方向运动；
所述椭圆结晶器、所述结晶器振动装置、所述冷却装置和所述拉矫装置沿所述铸流方向依次布置。
2.根据权利要求1所述的生产连铸圆坯的连铸系统，其特征在于，所述冷却部包括与所述结晶部连接的安装支架(11)、设置在所述安装支架(11)上的多个足辊(12)和用于喷出冷却水的多个第二喷嘴(18)，多个所述足辊(12)沿所述结晶部的周向间隔设置以支撑所述椭圆坯，多个所述第二喷嘴(18)沿所述结晶部的周向设置，以对所述椭圆坯进行预冷。
3.根据权利要求2所述的生产连铸圆坯的连铸系统，其特征在于，多个所述第二喷嘴(18)沿所述结晶部的周向均匀间隔设置，且相邻两个所述足辊(12)之间设有所述第二喷嘴(18)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的生产连铸圆坯的连铸系统，其特征在于，所述冷凝管(22)具有进口端和出口端，自所述进口端至所述出口端，所述冷凝管(22)的横截面积逐渐减小；
其中，所述进口端的横截面为椭圆形，所述进口端的长轴长度比所述进口端的短轴长度长20mm～40mm；且所述出口端的横截面为椭圆形，所述出口端的长轴长度比所述出口端的短轴长度长20mm～40mm；
所述进口端的长轴长度比所述出口端的长轴长度长5mm～10mm，且所述进口端的短轴长度比所述出口端的短轴长度长5mm～10mm。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的生产连铸圆坯的连铸系统，其特征在于，所述生产连铸圆坯的连铸系统还包括用于产生连续旋转磁场的第一电磁搅拌器、第二电磁搅拌器和第三电磁搅拌器，所述第一电磁搅拌器位于所述椭圆结晶器的下方，所述第一电磁搅拌器、所述第二电磁搅拌器和所述第三电磁搅拌器沿所述铸流方向依次设置，以对所述椭圆坯未凝固的液芯进行搅拌。
6.根据权利要求5所述的生产连铸圆坯的连铸系统，其特征在于，所述第一电磁搅拌器的长度方向上的中心位置与所述椭圆结晶器的弯月面之间具有第一间距，所述第一间距大于或等于9m，且小于或等于11m。
7.根据权利要求5所述的生产连铸圆坯的连铸系统，其特征在于，所述第二电磁搅拌器的长度方向上的中心位置与所述椭圆结晶器的弯月面之间具有第二间距，所述第二间距大于或等于12.5m，且小于或等于14.5m。
8.根据权利要求5所述的生产连铸圆坯的连铸系统，其特征在于，所述第三电磁搅拌器的长度方向上的中心位置与所述椭圆结晶器的弯月面之间具有第三间距，所述第三间距大于或等于16.5m，且小于或等于17.5m。
9.一种生产连铸圆坯的连铸方法，其特征在于，所述连铸方法采用权利要求1至8中任一项所述的生产连铸圆坯的连铸系统生产所述连铸圆坯，所述连铸方法包括：
将钢水浇入所述椭圆结晶器的冷凝管(22)内，凝固成以钢水为液芯的椭圆坯；
利用所述结晶器振动装置驱动所述椭圆坯与所述冷凝管(22)的内壁分离；
利用所述拉矫装置牵引所述椭圆坯由所述冷凝管(22)进入所述冷却部，以对所述椭圆坯预冷；
牵引所述椭圆坯进入所述冷却装置，多个所述第一喷嘴喷出的冷却水对所述椭圆坯进行二次冷却的二次冷却步骤；
牵引所述椭圆坯进入所述拉矫装置，多个所述矫直件对所述椭圆坯连续矫直并施加压紧力，以将所述椭圆坯连续压制为连铸圆坯的连铸圆坯成型步骤。
10.根据权利要求9所述的生产连铸圆坯的连铸方法，其特征在于，在所述二次冷却步骤之后，在所述连铸圆坯成型步骤之前，所述连铸方法还包括：
所述椭圆坯进入第一电磁搅拌器，利用所述第一电磁搅拌器产生的旋转磁场对所述椭圆坯未凝固的液芯进行搅拌；
所述椭圆坯进入第二电磁搅拌器，利用所述第二电磁搅拌器产生的旋转磁场对所述椭圆坯未凝固的液芯进行搅拌；
所述椭圆坯进入第三电磁搅拌器，利用所述第三电磁搅拌器产生的旋转磁场对所述椭圆坯未凝固的液芯进行搅拌。
11.根据权利要求10所述的生产连铸圆坯的连铸方法，其特征在于，所述椭圆坯通过不同安装位置的所述第一电磁搅拌器、所述第二电磁搅拌器和所述第三电磁搅拌器时，对最大直径不同的液芯进行搅拌，满足液芯最大直径计算公式：
Figure FDA0004162771330000031
其中，
R为液芯最大直径，单位mm；
D为椭圆坯最大直径，单位mm；
k为系数，单位
Figure FDA0004162771330000032
L为椭圆结晶器弯月面与电磁搅拌器之间的距离，单位m；
V为拉坯速度，单位m/min。
12.根据权利要求11所述的生产连铸圆坯的连铸方法，其特征在于，所述拉坯速度为0.16m/min至0.51m/min，液芯最大直径与椭圆坯最大直径的比例为37％至46％，所述第一电磁搅拌器的搅拌电流为100A至300A，所述第一电磁搅拌器的搅拌频率为3HZ至6HZ；或者，
所述拉坯速度为0.16m/min至0.51m/min，液芯最大直径与椭圆坯最大直径的比例为30％至39％，所述第二电磁搅拌器的搅拌电流为300A至600A，所述第二电磁搅拌器的搅拌频率为3HZ至6HZ；或者，
所述拉坯速度为0.16m/min至0.51m/min，液芯最大直径与椭圆坯最大直径的比例为20％至30％，所述第三电磁搅拌器的搅拌电流为800A至1200A，所述第三电磁搅拌器的搅拌频率为6HZ至8HZ。
13.根据权利要求9所述的生产连铸圆坯的连铸方法，其特征在于，沿所述铸流方向，多个所述矫直件的矫直辊压力依次增加，所述矫直辊的数量为n，各所述矫直件的矫直辊压力大于或等于15+5×(n-1)，且小于或等于25+5×(n-1)，其中，n≥1，n为整数。
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