CN117226056A - 一种厚板坯连铸机轻压下导辊及其使用工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厚板坯连铸机轻压下导辊及其使用工艺方法，其中厚板坯连铸机轻压下导辊包括芯轴，所述芯轴上从左至右依次套设有左辊套、中间分节辊辊套和右辊套，所述芯轴的两端分别连接有左边部轴承和右边部轴承，所述左辊套与所述中间分节辊辊套之间的所述芯轴外设置有左中部轴承，所述中间分节辊辊套与所述右辊套之间的所述芯轴外设置有右中部轴承，所述中间分节辊辊套的辊套面为具有凸度的曲线面。本发明能够避免铸坯因接触应力集中而产生裂纹，并且连铸生产的厚板坯中心等轴晶区比例增加，轧出的厚钢板厚度方向性能均匀，厚钢板超声波探伤合格率提高。
Description
一种厚板坯连铸机轻压下导辊及其使用工艺方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种厚板坯连铸机轻压下导辊及其使用工艺方法。
背景技术
板坯连铸机依靠辊子把结晶器内形成的具有一定厚度坯壳的板坯，沿导向段将板坯拉出。坯子表面质量及内部质量的好坏与铸坯导向段的设计有直接关系。铸坯导向段在结晶器和出坯辊道之间，主要由结晶器足辊，弯曲段，弧形扇形段，矫直水平段等组成。这些段上支承铸坯的是大量的密排辊子，驱动辊和自由辊都有采用芯轴式辊形式，几段辊套用键与一根芯轴连接，轴承安装在支点上，其中只有一端轴承固定，其余各轴承均为游动端，受热时向游动端膨胀。辊套通过平键与芯轴固定在一起，并与芯轴一起转动。目前，大型板坯铸机，驱动辊和自由辊都是由芯轴配置3个辊套形成的分节辊结构形式。
连铸工序中都有动态轻压下工艺，在未凝固区域将凝固前端的树枝晶压碎，细碎树枝晶变成结晶核心从而扩大中心等轴晶区，减少柱状晶区，等轴晶区相对比例增加，即可减少板坯中心成分和夹杂物偏析程度，提高轧后钢板厚度方向性能的均匀性及超声波探伤的合格率，特别是对于40mm以上厚钢板的生产具有重大意义。动态轻压下根据生产板坯厚度及拉速的不同，一般是在铸机9段、10段位置。如图1所示，为扇形段分段辊布置图。
《板坯连铸机扇形段辊子的选择与设计》(重型机械，2010S1)文章中对辊子的受力及挠度进行了分析，图2为其结构和受力分析。机械方面的载荷包括:辊子的自重，铸坯变形产生的反力，铸坯的重量，驱动扭矩(对于驱动辊)。在这些载荷中，反力是主要的，其他各项除特殊情况外，则可忽略不计。而辊子的反力包括:钢水静压产生的鼓肚力，矫直力，拉坯力和轻压下轧制力。
分节辊在反力的作用下导辊有挠度，在分节辊长度的中心处挠度达到最大值，即是辊缝不是平直的，轻压下段钢水静压产生的鼓肚力、矫直力、拉坯力和轻压下轧制力的共同作用下挠度更为明显。
式中：fmax最大挠度，Q为均布载荷，L为分节辊长度，E为辊子材料的弹性模量，I为辊子断面的惯性矩。从上式可看出，均布载荷Q越大、分节辊长度L越大，挠度越大。
《板坯连铸动态轻压下扇形段的受力分析和应用》(特殊钢，2009，30卷第5期)通过ANSYS软件分析200X1500连铸机动态轻压下机架和板坯壳的受力和变形情况，轻压下只是在反抗铸坯的鼓肚，变形都在铸坯宽度中心表面，整个宽度方向没有均匀受力；没有在未凝固区域将凝固前端的树枝晶压碎，没有细碎树枝晶变成结晶核心，不能扩大中心等轴晶区，达不到轻压下的效果；而且机架产生的变形还需要补偿，轻压下的效果更加不明显。
中国专利申请号为201710214110.1公开的一种提高高层建筑用钢连铸坯中心致密度的方法中记载有，连铸过程中控制拉速0.75m/min-0.9m/min；采用凝固末端重压下；采用动态二冷控制，同时采用轻压下与重压下按分配固相率进行压下；控制中间包过热度20℃-30℃，主要是通过稳定铸机拉速、降低中包过热度、二冷动态控制、凝固末端重压下控制等技术措施综合运用来降低高建钢铸坯内部疏松，进而提高铸坯中心致密度，改善轧材内部质量，实施后效果优于轻压下技术。此方法在实际生产中凝固末端位置难以确定，重压下有产生中心裂纹的可能。
中国专利申请号为201810723674.2公开的一种适用于直装加热低合金高强度结构钢板坯的生产方法中提供了“10段导辊的中间辊套直径加工成大于两边辊套直径2.0mm，形成冷辊缝中间小、生产时热辊缝相对平直”的技术，但是该方法在中间辊套两端边缘易形成应力集中，造成铸坯表面形成两个裂纹带。
在实际连铸生产中轻压下前铸坯边部早已凝固，液压缸通过机架施加的轻压下轧制力主要在铸坯的边部，边部的抗力大；导辊高温产生较大的挠度，热态辊缝是一个中间大两边小的一个曲线，中部轻压下效果下降；同时铸坯凝固后两边部温度低于中间位置温度，造成轻压下时铸坯边部受力较大，挠度的产生使得中间辊缝进一步扩大；热辊缝的不平直造成板坯宽度中间处质量比边部质量差；如果提高轻压下效果，需要更大的轻压下轧制力，由此造成导辊芯轴上轴承寿命下降，检修周期缩短，铸机维护成本大幅上升。
现有工艺生产的板坯等轴晶区较小，260mm厚度板坯等轴晶区厚度25mm左右，等轴晶率低，夹杂物富集区域小，低熔点夹杂物偏析严重。
发明内容
本发明的目的是提供一种厚板坯连铸机轻压下导辊及其使用工艺方法，解决现有技术中存在的上述问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明的一种厚板坯连铸机轻压下导辊，包括芯轴，所述芯轴上从左至右依次套设有左辊套、中间分节辊辊套和右辊套，所述芯轴的两端分别连接有左边部轴承和右边部轴承，所述左辊套与所述中间分节辊辊套之间的所述芯轴外设置有左中部轴承，所述中间分节辊辊套与所述右辊套之间的所述芯轴外设置有右中部轴承，所述中间分节辊辊套的辊套面为具有凸度的曲线面，凸度曲线方程为其中，D为曲面直径，D0为平辊直径，h0为最大凸度，x为曲面位置，L0为辊套长度。
进一步的，所述辊套与所述芯轴通过键连接。
进一步的，所述最大凸度h0的取值为3mm-9mm。
再进一步的，所述最大凸度h0的取值为6mm。
本发明还提供一种厚板坯连铸机轻压下导辊的使用工艺方法，包括以下步骤：
(1)在中间分节辊辊套堆焊热处理后，将中间分节辊辊套的辊套面在数控磨床上加工成具有凸度的曲线面，凸度曲线方程为其中，D为曲面直径，D0为平辊直径，h0为最大凸度，x为曲面位置，L0为辊套长度；
(2)在芯轴上安装左边部轴承、左辊套、左中部轴承、中间分节辊辊套、右中部轴承、右辊套和右边部轴承以装配成凸度导辊，上导辊组装凸度导辊，下导辊组装平面辊，机架内安装所述上导辊和所述下导辊，装配9段、10段机架形成轻压下段，调试完成备用；
(3)将具有凸度导辊的9段、10段机架换入铸机中，调试后投入生产；
(4)铸机生产时，动态轻压下同步投入；
(5)在板坯上取低倍样，热酸蚀后观察试样低倍；
(6)在热酸蚀后低倍样上测量等轴晶区的大小尺寸；
(7)根据等轴晶区的大小尺寸，调整下次h0最大凸度，直至板坯芯部等轴晶区面积达到最大值，固化最大凸度h0。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明的厚板坯连铸机轻压下导辊通过将轻压下段导辊的中间分节辊设计制造成一种曲线辊面，形成与平辊轧机一样的曲线凸度辊，同时中间分节辊两端部与铸坯表面平滑过渡接触，避免了铸坯因接触应力集中而产生裂纹，并且连铸生产的厚板坯中心等轴晶区比例增加，轧出的厚钢板厚度方向性能均匀，厚钢板超声波探伤合格率提高。
本发明的厚板坯连铸机轻压下导辊中，轻压下段冷状态曲线凸度辊辊缝中间小于两边部辊缝，高温运行下凸度补偿后导辊辊缝平直，此时高温导辊辊缝平直可杜绝铸坯中间鼓肚，减少了由此造成的铸坯内部的垂直裂纹；并且，动态轻压下，曲线凸度辊加大了对铸坯中部未凝固区的压下量，增加了树枝晶的压碎量，即是增加了结晶核心，阻碍了柱状晶的生长。
此外，本发明的厚板坯连铸机轻压下导辊增强了铸坯未凝固区轻压下效果，增加了中心等轴晶区的相对比列，夹杂物富集区域加大，夹杂物偏析程度降低；曲线凸度辊的使用，既可以避免因机架Z轴方向的变形而再加大压下量的恶性循环，又可使未凝固区相同的压下量轴承受力比原导辊小，增加轴承寿命，使铸机轻压下段的使用周期增加，铸机维护费用下降。
并且，本发明的厚板坯连铸机轻压下导辊的板坯等轴晶区扩大，生产出的钢板性能均匀，特别是厚度方向性能均匀性及超声波探伤合格率提高，有利于厚钢板的生产。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中扇形段分段辊布置图；
图2为现有技术中实际轻压下铸坯凝固和辊缝的变化图；
图3为本发明的厚板坯连铸机轻压下导辊的结构示意图；
图4为本发明的厚板坯连铸机轻压下导辊的中间分节辊的凸度曲线图；
图5为本发明实施例1的Q345B钢260mm×2250mm断面铸坯低倍示意图；
图6为本发明实施例2的Q390GJC钢260mm×2250mm断面铸坯低倍示意图。
附图标记说明：1、芯轴；2、左边部轴承；3、左辊套；4、左中部轴承；5、中间分节辊辊套；6、右中部轴承；7、右辊套；8、右边部轴承。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图3所示，本说明书实施例提供了一种厚板坯连铸机轻压下导辊，包括芯轴1，芯轴1上从左至右依次套设有左辊套3、中间分节辊辊套5和右辊套7，芯轴1的两端分别连接有左边部轴承2和右边部轴承8，左辊套3与中间分节辊辊套5之间的芯轴1外设置有左中部轴承4，中间分节辊辊套5与右辊套7之间的芯轴1外设置有右中部轴承6，如图4所示，中间分节辊辊套5的辊套面为具有凸度的曲线面，凸度曲线方程为其中，D为曲面直径，D0为平辊直径，h0为最大凸度，x为曲面位置，L0为辊套长度。
可选的，辊套与芯轴1通过键连接，具体的，辊套与芯轴1通过平键连接。
其中，最大凸度h0的取值为3mm-9mm，具体的，最大凸度h0的取值为6mm。
本实施例的厚板坯连铸机轻压下导辊的使用工艺方法，包括以下步骤：
(1)在中间分节辊辊套5堆焊热处理后，将中间分节辊辊套5的辊套面在数控磨床上加工成具有凸度的曲线面，两端直径和原尺寸一样，此时，凸度曲线方程为其中，D为曲面直径，D0为平辊直径，h0为最大凸度，x为曲面位置，L0为辊套长度；
(2)在芯轴1上安装左边部轴承2、左辊套3、左中部轴承4、中间分节辊辊套5、右中部轴承6、右辊套7和右边部轴承8以装配成凸度导辊，其中，凸度导辊中有驱动辊和自由辊两种，在上导辊组装凸度导辊，下导辊组装平面辊，机架内安装上导辊和下导辊，装配9段、10段机架形成轻压下段，调试完成备用；此时，将凸度导辊安装在轻压下的9段和10段的上表面机架内，轻压下段中间辊缝形成曲线，轻压下扇形段调整完成；
(3)将具有凸度导辊的9段、10段机架换入铸机中，上机后铸机正常生产，调试后投入生产；
(4)铸机生产时，动态轻压下同步投入，不同厚度的铸坯生产时动态轻压下同时使用；
(5)在板坯上取低倍样，热酸蚀后观察试样低倍；
(6)在热酸蚀后低倍样上测量等轴晶区的大小尺寸；
(7)根据等轴晶区的大小尺寸，调整下次h0最大凸度，直至板坯芯部等轴晶区面积达到最大值，固化最大凸度h0。
本发明的厚板坯连铸机轻压下导辊通过将轻压下段导辊的中间分节辊设计制造成一种曲线辊面，形成与平辊轧机一样的曲线凸度辊，同时分节辊两端部与铸坯表面平滑过渡接触，避免了铸坯因接触应力集中而产生裂纹，并且连铸生产的厚板坯轧出的厚钢板厚度方向性能均匀，厚钢板超声波探伤合格率提高。
以下结合260mm厚板坯铸机详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
实施例1
本实施例1的厚板坯连铸机轻压下导辊及使用工艺方法用于生产Q345B断面260mm×2250mm板坯。
钢水的液相线为1511℃，拉速0.9m/min，钢的成分质量百分比为：
表1Q345B成分控制实绩
(1)在中间分节辊辊套5堆焊热处理后，将中间分节辊辊套5的辊套面在数控磨床上加工成具有凸度的曲线面，凸度曲线方程如下，
式中：D为曲面直径，单位为mm；D0为平辊直径，取值230mm；h0为最大凸度，取值6mm；x为曲面位置，单位为mm；L0为辊套长度，两种辊套长度分别为614mm、606mm，即
(2)在芯轴1上安装左边部轴承2、左辊套3、左中部轴承4、中间分节辊辊套5、右中部轴承6、右辊套7和右边部轴承8以装配成凸度导辊，上导辊组装凸度导辊，下导辊组装平面辊，机架内安装上导辊和下导辊，装配9段、10段机架形成轻压下段，调试完成备用；
(3)将具有凸度导辊的9段、10段机架换入铸机中，调试后投入生产；
(4)铸机生产时，动态轻压下同步投入，轻压下量9段、10段分别为3mm、4mm；
(5)在板坯上取低倍样，热酸蚀后观察试样低倍，如图5所示，板坯低倍质量良好；
(6)在热酸蚀后低倍样上测量中心等轴晶区厚度为70mm-82mm，等轴晶区厚度增加2倍，中心偏析改善。
实施例2
本实施例2的厚板坯连铸机轻压下导辊及使用工艺方法用于生产Q390GJC断面260mm×2250mm板坯。
钢水的液相线为1510℃，拉速0.85m/min，钢的成分质量百分比为：
表2 Q390GJC成分控制实绩
(1)在中间分节辊辊套5堆焊热处理后，将中间分节辊辊套5的辊套面在数控磨床上加工成具有凸度的曲线面，凸度曲线方程如下，
式中：D为曲面直径，单位为mm；D0为平辊直径，取值230mm；h0为最大凸度，取值6mm；x为曲面位置，单位为mm；L0为辊套长度，两种辊套长度分别为614mm、606mm；
(2)在芯轴1上安装左边部轴承2、左辊套3、左中部轴承4、中间分节辊辊套5、右中部轴承6、右辊套7和右边部轴承8以装配成凸度导辊，上导辊组装凸度导辊，下导辊组装平面辊，机架内安装上导辊和下导辊，装配9段、10段机架形成轻压下段，调试完成备用；
(3)将具有凸度导辊的9段、10段机架换入铸机中，调试后投入生产；
(4)铸机生产时，动态轻压下同步投入，轻压下量9段、10段均为4mm；
(5)在板坯上取低倍样，热酸蚀后观察试样低倍，如图6所示，板坯低倍质量良好；
(6)在热酸蚀后低倍样上测量中心等轴晶区厚度为72mm-80mm，等轴晶区厚度增加2倍，中心偏析改善。
本发明的厚板坯连铸机轻压下导辊增强了铸坯未凝固区轻压下效果，增加了中心等轴晶区的相对比列，夹杂物富集区域加大，夹杂物偏析程度降低；凸度导辊的使用，既可以避免因机架Z轴方向的变形而再加大压下量的恶性循环，又可使未凝固区相同的压下量轴承受力比原导辊小，增加轴承寿命，使铸机轻压下段的使用周期增加，铸机维护费用下降；同时，本发明的厚板坯连铸机轻压下导辊的板坯等轴晶区扩大，生产出的钢板性能均匀，特别是厚度方向性能均匀性及超声波探伤合格率提高，有利于厚钢板的生产。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种厚板坯连铸机轻压下导辊，其特征在于，包括芯轴，所述芯轴上从左至右依次套设有左辊套、中间分节辊辊套和右辊套，所述芯轴的两端分别连接有左边部轴承和右边部轴承，所述左辊套与所述中间分节辊辊套之间的所述芯轴外设置有左中部轴承，所述中间分节辊辊套与所述右辊套之间的所述芯轴外设置有右中部轴承，所述中间分节辊辊套的辊套面为具有凸度的曲线面，凸度曲线方程为其中，D为曲面直径，D0为平辊直径，h0为最大凸度，x为曲面位置，L0为辊套长度。
2.根据权利要求1所述的一种厚板坯连铸机轻压下导辊，其特征在于，所述辊套与所述芯轴通过键连接。
3.根据权利要求1所述的一种厚板坯连铸机轻压下导辊，其特征在于，所述最大凸度h0的取值为3mm-9mm。
4.根据权利要求3所述的一种厚板坯连铸机轻压下导辊，其特征在于，所述最大凸度h0的取值为6mm。
5.一种根据权利要求1至4中任一项所述的厚板坯连铸机轻压下导辊的使用工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在中间分节辊辊套堆焊热处理后，将中间分节辊辊套的辊套面在数控磨床上加工成具有凸度的曲线面，凸度曲线方程为其中，D为曲面直径，D0为平辊直径，h0为最大凸度，x为曲面位置，L0为辊套长度；
(2)在芯轴上安装左边部轴承、左辊套、左中部轴承、中间分节辊辊套、右中部轴承、右辊套和右边部轴承以装配成凸度导辊，上导辊组装凸度导辊，下导辊组装平面辊，机架内安装所述上导辊和所述下导辊，装配9段、10段机架形成轻压下段，调试完成备用；
(3)将具有凸度导辊的9段、10段机架换入铸机中，调试后投入生产；
(4)铸机生产时，动态轻压下同步投入；
(5)在板坯上取低倍样，热酸蚀后观察试样低倍；
(6)在热酸蚀后低倍样上测量等轴晶区的大小尺寸；
(7)根据等轴晶区的大小尺寸，调整下次h0最大凸度，直至板坯芯部等轴晶区面积达到最大值，固化最大凸度h0。
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2023
- 2023-10-30 CN CN202311415323.2A patent/CN117226056A/zh active Pending
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