CN116652137A - 压下辊及铸坯压下角部裂纹的改善方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压下辊及铸坯压下角部裂纹的改善方法，通过在压下辊主体上设置侧缘；侧缘与铸坯接触的内侧面为平滑过渡面，使压下过程中角部区域由铸坯拉伸变形改变为挤压变形，从根本上消除了铸坯角部区域发生裂纹的原动力，从而避免压下裂纹的产生；平滑过渡面采用圆弧或者连续变化的弧形过渡，以保证侧缘与铸坯的接触面在压下变形过程不产生应力集中，进一步避免压下裂纹的产生。

Description

压下辊及铸坯压下角部裂纹的改善方法

技术领域

本发明涉及连铸加工技术领域，更为具体地，涉及一种压下辊及铸坯压下角部裂纹的改善方法。

背景技术

压下技术是改善连铸坯偏析、疏松和缩孔的有效技术，最近几年的研究和应用发展比较迅速。压下技术包括轻压下、轻重结合和重压下，其中，轻压下是通过多个辊进行不断递进式压下，一般压下辊需要3～6台，压下总量在8～16mm左右，和铸坯断面、钢种以及凝固进程都有关系；轻重结合基本上为在轻压下基础上，在后面的压下辊，或者凝固末端附近的压下辊执行一个或者两个较大的压下量，比如单辊5～10mm压下量；重压下相对于前两种压下方式来说特指用1～2对辊子实现大的压下量，比如单辊可以达到30mm压下量，而且压下位置从工艺角度比较宽，从中心固相率0.3开始一直到凝固以后一定区域皆可。

通过上面的描述可以看出，压下技术是通过辊子的压下变形来提高铸坯的内部质量，单个压下辊的压下执行量从小于1mm到大于20mm都有。同时，压下会伴随有一个负作用，导致角部裂纹的发生，裂纹表现为微横裂纹或者纵裂纹，裂纹可以和振痕同步，也可以在振痕区域之外，裂纹一般发生在距离角部15mm内的区域，压下面和非压下面都存在，有些直接就在角部的尖端。通过比较可以发现，如果没有压下，则角部裂纹就没有或者很少，而压下后就大概率存在，所以可以确定这个是压下导致的裂纹，压下带来的表面角部裂纹。

目前针对这种压下边角部裂纹，实践发现轧制棒线材并不影响质量，但是肯定存在隐患。同时轧更大的棒，一旦轧制比不够肯定会存在问题。目前的解决方法主要通过调整二冷后面两个冷却区的水量来尽量提升整个铸坯温度，从而尽可能减少角部区域的压下裂纹，但是实际情况是解决的并不好。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种压下辊及铸坯压下角部裂纹的改善方法，以便于解决现有技术中，通过调整二次冷却后面两个冷却区的水量来尽量提升整个铸坯温度，从而尽可能减少角部区域的压下裂纹的方式无法从根本上彻底解决角部区域的压下裂纹的问题。

本发明提供一种压下辊，包括压下辊主体，在所述压下辊主体上设置有侧缘；所述侧缘与铸坯接触的内侧面为平滑过渡面，所述平滑过渡面采用圆弧或者连续变化的弧形过渡。

此外，优选的方案是，所述侧缘的内侧面根据压下前的铸坯的角部的轮廓进行设计或根据压下后的铸坯的角部的轮廓进行设计。

此外，优选的方案是，根据压下前的铸坯的角部的轮廓设计所述侧缘的内侧面的方法包括如下步骤：

设定所述侧缘的内侧面与压下前的铸坯的内弧面的交点为交点A，所述侧缘的内侧面与压下前的铸坯的侧面的交点为交点B；

在所述交点A和所述交点B之间采用圆弧过渡，并将所述圆弧的半径定位为半径R；

根据所述侧缘与所述铸坯的角部之间的距离以及所述压下辊主体的压下量，确定所述半径R的取值；

根据所述半径R的取值、所述交点A的位置和所述交点B的位置，设计所述侧缘的内侧面。

此外，优选的方案是，所述半径R大于等于15mm。

此外，优选的方案是，根据压下后的铸坯的角部的轮廓设计所述侧缘的内侧面的方法包括如下步骤：

设定压下后的铸坯的内弧面上距离铸坯角部为预设距离的点位置为M点；压下后的铸坯的侧面上距离铸坯角部为预设距离的点位置为N点；

以所述M点作为基础垂直向上延伸，将M点垂直向上的延伸线与压下前的铸坯的内弧面的交点作为M’点；以所述N点作为基础垂直向上延伸，延伸至与所述M点到M’点相同的距离，得到N’点；

将所述M’点与所述N’点作为所述侧缘的内侧面的过度曲线上的两点，根据所述过度曲线上的两点设计所述侧缘的内侧面。

此外，优选的方案是，在所述将所述M’点与所述N’点作为所述侧缘的内侧面的过度曲线上的两点，根据所述过度曲线的两点设计所述侧缘的内侧面的过程中，采用二次曲线或三次曲线法对所述侧缘的内侧面的过度曲线进行光滑过渡，以消除所述过度曲线过程变形的应力集中。

此外，优选的方案是，所述将所述M’点与所述N’点作为所述侧缘的内侧面的过度曲线的两点，根据所述过度曲线的两点设计所述侧缘的内侧面包括：

在所述M’点、所述N’点和压下前的铸坯的角部之间任意设定一C点；

通过所述M’点、所述N’点和所述C点设计所述侧缘的内侧面的曲线，从而得到所述侧缘的内侧面。

此外，优选的方案是，所述将所述M’点与所述N’点作为所述侧缘的内侧面的过度曲线的两点，根据所述过度曲线的两点设计所述侧缘的内侧面包括：

取压下前的铸坯的角部到M’点和N’点的垂直长度的最大值作为半径R’；

根据所述M’点的位置、所述N’点的位置以及所述半径R’的值设计所述侧缘的内侧面。

此外，优选的方案是，所述预设距离为大于等于15mm。

本发明提供的一种铸坯压下角部裂纹的改善方法，采用如上所述的压下辊对铸坯进行压下；其中：

在所述铸坯的内弧和所述铸坯的外弧均对应布置所述压下辊；或，在所述铸坯的内弧对应布置所述压下辊，在所述铸坯的外弧布置平辊。

从上面的技术方案可知，本发明提供的压下辊及铸坯压下角部裂纹的改善方法，通过在压下辊主体上设置侧缘；侧缘与铸坯接触的内侧面为平滑过渡面，使压下过程中角部区域由铸坯拉伸变形改变为挤压变形，从根本上消除了铸坯角部区域发生裂纹的原动力，从而避免压下裂纹的产生；平滑过渡面采用圆弧或者连续变化的弧形过渡，以保证侧缘与铸坯的接触面在压下变形过程不产生应力集中，进一步避免压下裂纹的产生。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的压下辊的侧缘的内侧面设计示意图；

图2为根据本发明的另一实施例的压下辊的侧缘的内侧面设计示意图；

图3为根据本发明实施例的根据过度曲线的两点设计侧缘的内侧面的曲线示意图；

图4为根据本发明实施例1中的侧缘的内侧面设计示意图。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。

针对前述提出的现有技术中，通过调整二次冷却后面两个冷却区的水量来尽量提升整个铸坯温度，从而尽可能减少角部区域的压下裂纹的方式无法从根本上彻底解决角部区域的压下裂纹的问题，提出了一种压下辊及铸坯压下角部裂纹的改善方法。

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

为了说明本发明提供的压下辊及铸坯压下角部裂纹的改善方法，图1示出了根据本发明实施例的压下辊的侧缘的内侧面设计；图2示出了根据本发明另一实施例的压下辊的侧缘的内侧面设计；图3示出了根据本发明实施例的根据过度曲线的两点设计侧缘的内侧面的曲线；4示出了根据本发明实施例1中的侧缘的内侧面设计。

如图1至图4共同所示，本发明提供的压下辊，包括压下辊主体，在压下辊主体上设置有侧缘；侧缘与铸坯接触的内侧面为平滑过渡面，平滑过渡面采用圆弧或者连续变化的弧形过渡。

通过在压下辊主体上设置侧缘；侧缘与铸坯接触的内侧面为平滑过渡面，使压下过程中角部区域由铸坯拉伸变形改变为挤压变形，从根本上消除了铸坯角部区域发生裂纹的原动力，从而避免压下裂纹的产生；平滑过渡面采用圆弧或者连续变化的弧形过渡，以保证侧缘与铸坯的接触面在压下变形过程不产生应力集中，进一步避免压下裂纹的产生。

作为本发明的一个优选方案，侧缘的内侧面根据压下前的铸坯的角部的轮廓进行设计或根据压下后的铸坯的角部的轮廓进行设计。压下辊的侧缘的内侧面设计可以根据压下前的铸坯的角部的轮廓进行也可根据压下后的铸坯的角部的轮廓进行。

作为本发明的一个优选方案，根据压下前的铸坯的角部的轮廓设计侧缘的内侧面的方法包括如下步骤：

设定侧缘的内侧面与压下前的铸坯的内弧面的交点为交点A，侧缘的内侧面与压下前的铸坯的侧面的交点为交点B；

在交点A和交点B之间采用圆弧过渡，并将圆弧的半径定位为半径R；

根据侧缘与铸坯的角部之间的距离以及压下辊主体的压下量，确定半径R的取值；

根据半径R的取值、交点A的位置和交点B的位置，设计侧缘的内侧面。

作为本发明的一个优选方案，半径R大于等于15mm。

如图1所示，在压下前，侧缘的内侧面与铸坯轮廓的交点为交点A和交点B，其中，交点A为侧缘与铸坯的内弧面交点，B为侧缘与铸坯的侧面的交点。侧缘的内侧面在交点A和交点B之间采用圆弧过渡，半径定位为R。设计上考虑压下裂纹多发生在角部区域，距离角部15mm以内，因此R大于等于15mm。同时考虑压下变形的问题，考虑不同压下量后的效果，R的优选范围为大于等于20mm。

在根据压下前的铸坯的角部的轮廓设计侧缘的内侧面的方法的基础上，有一种特殊的设计，只保证角部区域带来挤压，具体为：在压下前，交点A到角部的距离小于10mm，同时交点B在未压下时距离角部大于等于15mm，且并不在铸坯侧面，而是在距离侧面一段距离，此距离大于铸坯压下后，单侧的宽展量，即交点B在铸坯压下后依然未接触到铸坯的侧面，这样在交点A和交点B之间构造侧缘的内侧面的曲线。

作为本发明的一个优选方案，根据压下后的铸坯的角部的轮廓设计侧缘的内侧面的方法包括如下步骤：

设定压下后的铸坯的内弧面上距离铸坯角部为预设距离的点位置为M点；压下后的铸坯的侧面上距离铸坯角部为预设距离的点位置为N点；

以M点作为基础垂直向上延伸，将M点垂直向上的延伸线与压下前的铸坯的内弧面的交点作为M’点；以N点作为基础垂直向上延伸，延伸至与M点到M’点相同的距离，得到N’点；

将M’点与N’点作为侧缘的内侧面的过度曲线上的两点，根据过度曲线上的两点设计侧缘的内侧面。

作为本发明的一个优选方案，在将M’点与N’点作为侧缘的内侧面的过度曲线上的两点，根据过度曲线的两点设计侧缘的内侧面的过程中，

采用二次曲线或三次曲线法对侧缘的内侧面的过度曲线进行光滑过渡，以消除过度曲线过程变形的应力集中。

作为本发明的一个优选方案，将M’点与N’点作为侧缘的内侧面的过度曲线的两点，根据过度曲线的两点设计侧缘的内侧面包括：

在M’点、N’点和压下前的铸坯的角部之间任意设定一C点；

通过M’点、N’点和C点设计侧缘的内侧面的曲线，从而得到侧缘的内侧面。

作为本发明的一个优选方案，将M’点与N’点作为侧缘的内侧面的过度曲线的两点，根据过度曲线的两点设计侧缘的内侧面包括：

取压下前的铸坯的角部到M’点和N’点的垂直长度的最大值作为半径R’；

根据M’点的位置、N’点的位置以及半径R’的值设计侧缘的内侧面。

作为本发明的一个优选方案，预设距离为大于等于15mm。

如图2所示，图中的虚线框为铸坯在压下前的轮廓，粗实线框为铸坯在压下变形后的轮廓。实际中压下裂纹主要发生在压下变形后铸坯角部附近15mm以内的区域，因此以图2中M点和N点作为基础(其中M点为和压下后的铸坯内弧面距离角部大于等于15mm的位置，N点为和压下后铸坯侧面距离角部大于等于15mm的位置)，找到M点垂直向上和压下前的铸坯轮廓内弧相交的点作为M’点，N点垂直向上移动M点到M’点相同的距离得到N’点，这样在压下后N’点自然移动到N点，保证了压下后侧面大于等于15mm内的要求。因此，M’点和N’点构成了最优的侧缘的内侧面过度曲线的两点，曲线采用二次曲线或三次曲线法进行光滑过渡，以消除过度曲线过程变形的应力集中。其中，二次曲线或三次曲线法为本领域技术人员所掌握的技术手段，因此，在此不做赘述。

显然，从图2中可以看出，对于M’点和N’点之间的曲线，在M’点到角部的变形缓，则压下过程挤压角部的力越小，带来的拉坯阻力越小。因此M’点与N’点之间曲线的设计可以有多种，可采用本发明的发明人此前提出的专利ZL201410848703X中的曲线设计方法，设计出M’点到N’点之间的各种光滑曲线，由于专利ZL201410848703X为已公开的技术，因此，在此不赘述。

采用根据压下后的铸坯的角部的轮廓设计侧缘的内侧面的方法，M’和N’点和压下辊执行的压下量以及铸坯的宽向延展都有关系，需要大量的压下经验数据支撑才能做出两者之间最优的过渡曲线设计。相比较根据压下前的铸坯的角部的轮廓设计侧缘的内侧面的方法得到的技术效果，根据压下后的铸坯的角部的轮廓设计侧缘的内侧面的方法获得的侧缘的内侧面过度曲线更能获得最小的压下力和最小的拉坯阻力，有利于生产的稳定。

同时，针对根据压下后的铸坯的角部的轮廓设计侧缘的内侧面的方法，在确定M’点和N’点后，取压下前的铸坯角部到M’点和N’点的垂直长度的最大值作为半径R’，然后，根据M’点的位置、N’点的位置以及半径R’的值设计侧缘的内侧面，此时，侧缘的内侧面的过度曲线为圆弧线。

如图3所示，以图2中形成的M’和N’形成一个坐标系，从M’点到N’点可以有无数条曲线，就形成无数种压下辊的侧缘的内侧面的设计曲线，这些设计曲线中只要凸向角部都可以达到在压下过程中使角部产生挤压的效果，但是不同的侧缘的内侧面的曲线设计带来的圧下力和拉坯阻力完全不同，有很大的设计空间。本实施例给出一种指定点的曲线设计方法，即在M’点、N’点和铸坯压下前的角部点三点之间任意设定一点C，通过M’点N’点和C点就可以设计一条压下辊侧缘内侧曲线，在给定C点后，三点可以采用本发明的发明人，在此前提出的专利ZL201410848703X中的曲线设计方法来构造三点之间的光滑曲线，由于专利ZL201410848703X为现有技术，因此，在此不做赘述。图3中给出了两个制定不同的C点，即C1和C2曲线的设计结果，显然会影响圧下力和拉坯阻力，当然明显的是M’N’C1的曲线设计更优。

本发明提供的铸坯压下角部裂纹的改善方法，采用如上所述的压下辊对铸坯进行压下；其中：

在铸坯的内弧和铸坯的外弧均对应布置压下辊；或，在铸坯的内弧对应布置压下辊，在铸坯的外弧布置平辊。

对于连铸过程来说，针对铸坯的内外弧都可以布置本发明实施例提供的的压下辊。但由于连铸过程的特殊性，压下过程中只是上辊主动出力下辊是被动作用，导致压下变形在铸坯的内外弧面并非是平分压下量，如果按照相同的侧缘设计，最终的变形可能不一致。因此，可以用根据压下后的铸坯的角部的轮廓的设计方法设计工艺分别针对铸坯的内外弧面压下后的具体变形情况做具体设计，形成铸坯的内外弧对应的不同的侧缘的内侧面曲线，从而保证压下效果。同时，也可以只是针对铸坯的内弧面应用本发明实施例提供的侧缘设计，铸坯的外弧面采用平辊设计，这样可以针对只是在内弧面出现角部区域压下裂纹的情况。

为了更好的对本发明提供的连铸坯二次冷却的喷嘴布置方法进行详细说明，举例如下：

实施例1

以某厂小方坯连铸生产为例，断面为160X160mm，全弧机型，弧半径10m，经过大量的压下实践，单台压下辊压下10mm后，宽向延展在为4mm以内，每个侧面延展量在2mm以内，取侧面单侧在压下10mm后延展2mm。因此，压下前铸坯为160X160mm，压下10mm后铸坯变为150X164mm。

如图4所示，如果规定OM为X轴，且M为X的正向，ON为Y轴，且N为Y轴的正向，同时根据压下角部裂纹距离角部约15mm以内取OM＝ON＝15mm，则可以得到几个特征点的坐标为M(15,0)、N(0,15)、M’(25,0)、N’(10，15)、压下前的铸坯的角部坐标为(25,12)，这样根据M’和N’的坐标，可以得到M’N’的弧线方程，就得到了压下辊的侧缘的内侧面的最优曲线，压下10mm后，M’点移动到M点，N’点移动到N点，正好满足距离角部15mm以内铸坯为挤压的状态的设计要求。

同时，上面的工况条件，另外可以按照以下方法设计：以M’和N’点找到圆心0’，正好O’M’＝O’N’＝15mm，可以按照圆弧来设计M’N’曲线，这样在压下10mm后，M’点移动到M点，N’点移动到N点，正好满足距离角部15mm以内铸坯为挤压的状态的设计要求。

需要说明的是，该实施例仅仅是为了对本发明提供的压下辊及铸坯压下角部裂纹的改善方法在实际应用中的详细说明，对本发明提供的技术方案不限定。

通过上述具体实施方式可看出，本发明提供的压下辊及铸坯压下角部裂纹的改善方法，通过在压下辊主体上设置侧缘；侧缘与铸坯接触的内侧面为平滑过渡面，使压下过程中角部区域由铸坯拉伸变形改变为挤压变形，从根本上消除了铸坯角部区域发生裂纹的原动力，从而避免压下裂纹的产生；平滑过渡面采用圆弧或者连续变化的弧形过渡，以保证侧缘与铸坯的接触面在压下变形过程不产生应力集中，进一步避免压下裂纹的产生。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的压下辊及铸坯压下角部裂纹的改善方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的压下辊及铸坯压下角部裂纹的改善方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种压下辊，包括压下辊主体，其特征在于，

在所述压下辊主体上设置有侧缘；所述侧缘与铸坯接触的内侧面为平滑过渡面，所述平滑过渡面采用圆弧或者连续变化的弧形过渡。

2.根据权利要求1所述的压下辊，其特征在于，所述侧缘的内侧面根据压下前的铸坯的角部的轮廓进行设计或根据压下后的铸坯的角部的轮廓进行设计。

3.根据权利要求2所述的压下辊，其特征在于，根据压下前的铸坯的角部的轮廓设计所述侧缘的内侧面的方法包括如下步骤：

设定所述侧缘的内侧面与压下前的铸坯的内弧面的交点为交点A，所述侧缘的内侧面与压下前的铸坯的侧面的交点为交点B；

在所述交点A和所述交点B之间采用圆弧过渡，并将所述圆弧的半径定位为半径R；

根据所述侧缘与所述铸坯的角部之间的距离以及所述压下辊主体的压下量，确定所述半径R的取值；

根据所述半径R的取值、所述交点A的位置和所述交点B的位置，设计所述侧缘的内侧面。

4.根据权利要求3所述的压下辊，其特征在于，所述半径R大于等于15mm。

5.根据权利要求1所述的压下辊，其特征在于，根据压下后的铸坯的角部的轮廓设计所述侧缘的内侧面的方法包括如下步骤：

设定压下后的铸坯的内弧面上距离铸坯角部为预设距离的点位置为M点；压下后的铸坯的侧面上距离铸坯角部为预设距离的点位置为N点；

以所述M点作为基础垂直向上延伸，将M点垂直向上的延伸线与压下前的铸坯的内弧面的交点作为M’点；以所述N点作为基础垂直向上延伸，延伸至与所述M点到M’点相同的距离，得到N’点；

将所述M’点与所述N’点作为所述侧缘的内侧面的过度曲线上的两点，根据所述过度曲线上的两点设计所述侧缘的内侧面。

6.根据权利要求5所述的压下辊，其特征在于，在所述将所述M’点与所述N’点作为所述侧缘的内侧面的过度曲线上的两点，根据所述过度曲线的两点设计所述侧缘的内侧面的过程中，

采用二次曲线或三次曲线法对所述侧缘的内侧面的过度曲线进行光滑过渡，以消除所述过度曲线过程变形的应力集中。

7.根据权利要求5所述的压下辊，其特征在于，所述将所述M’点与所述N’点作为所述侧缘的内侧面的过度曲线的两点，根据所述过度曲线的两点设计所述侧缘的内侧面包括：

在所述M’点、所述N’点和压下前的铸坯的角部之间任意设定一C点；

通过所述M’点、所述N’点和所述C点设计所述侧缘的内侧面的曲线，从而得到所述侧缘的内侧面。

8.根据权利要求5所述的压下辊，其特征在于，所述将所述M’点与所述N’点作为所述侧缘的内侧面的过度曲线的两点，根据所述过度曲线的两点设计所述侧缘的内侧面包括：

取压下前的铸坯的角部到M’点和N’点的垂直长度的最大值作为半径R’；

根据所述M’点的位置、所述N’点的位置以及所述半径R’的值设计所述侧缘的内侧面。

9.根据权利要求5所述的压下辊，其特征在于，

所述预设距离为大于等于15mm。

10.一种铸坯压下角部裂纹的改善方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任意一项所述的压下辊对铸坯进行压下；其中：

在所述铸坯的内弧和所述铸坯的外弧均对应布置所述压下辊；或，在所述铸坯的内弧对应布置所述压下辊，在所述铸坯的外弧布置平辊。