CN117300084A - 一种利用铸坯横向非均匀冷却技术以提高铸坯质量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用铸坯横向非均匀冷却技术以提高铸坯质量的方法，在铸机的二次冷却区域内设置多个冷却回路，所述冷却回路上的二冷喷嘴向铸坯的宽度向表面喷射二冷水；对应所述铸坯中间位置的所述二冷喷嘴的冷却强度大于对应所述铸坯边部位置的所述二冷喷嘴的冷却强度。本发明通过控制铸坯横向不同位置的冷却强度来提高铸坯角部温度，即可降低铸坯鼓肚导致的液面波动和铸坯内部偏析疏松，又可提高铸坯角部塑性，降低铸坯表面裂纹的发生。
Description
技术领域
本发明涉及连铸技术领域，更具体地说，涉及一种利用铸坯横向非均匀冷却技术以提高铸坯质量的方法。
背景技术
在冶金连铸的生产过程中，铸坯的内部与外部质量是冶金工作者十分关注的问题。铸坯的内部质量主要表现在成分均匀，无疏松、无缩孔、无裂纹等，外部质量则是无夹渣、无裂纹等，这些缺陷都会遗传到后续的轧制产品中，因此希望生产出铸坯内部组织和外部组织有优良的产品。
铸坯裂纹形成是连铸过程中冶金因素和力学因素综合作用的结果，铸坯是否产生裂纹决定于钢的组织性能、凝固冶金行为、铸机工艺参数和设备运行状态。控制铸坯组织是提高材料综合性能的有效方式之一，连铸过程中通常采用控制钢液的过冷度、电磁搅拌、加铝钛或稀土元素等增加形核剂的方法控制铸坯铸态组织。连铸过程中也可以通过改变冷却速度及铸坯受热历程控制铸坯的表层组织。铸坯在出结晶器时还处于奥氏体单相区，但在二冷过程中，铸坯不同位置的表层组织会发生相变和晶界的二次相析出，这些因素都将改变铸坯的塑性，进而受力导致裂纹。铸坯普遍发生表面裂纹都是在铸机的矫直段，因为在该区域连铸坯受到矫直作用从而在铸坯的上表面产生拉应力，铸坯角部其温度低于中部50-200℃，因此在铸坯角部易发生相变和晶界的二次相析出，这种低塑性组织在拉应力的作用下产生裂纹，因此在铸机矫直区之前通过控制铸坯在铸机里冷却可以有效地控制铸坯组织，改善铸坯力学性能。
现有专利申请中，专利CN102380597A公开了一种板坯二冷喷水宽度控制的方法，该专利利用传热模型调整板坯宽度喷嘴的选型和布置，该专利目的是使铸坯宽面方向的温度均匀，边部回路实施开或关的动作来控制角部温度。专利CN202539512U公开了一种冷却均匀的板坯连铸二冷喷淋架，该专利主要作用是减少喷嘴喷淋水的干涉，使得水量在铸坯表面分布更均匀。专利CN 110653352 A为了消除铁素体引发的铸坯表面裂纹在矫直段前增加一排小喷射角冷却水喷嘴，公开一个窄区域强冷带来消除表面先共析铁素体来控制铸坯表面裂纹。专利CN107695313 A同样采用快冷淬火的方式消除铸坯表层的铁素体和碳氮化物析出避免脆化提高铸坯塑性的方法来减少铸坯表面裂纹。专利CN 105478704 B建立了二冷水喷淋架升降装置，可实现二冷水冷却面积的动态控制和水量自动调整，通过该方式避免了二冷水直接喷淋在铸坯角部导致温度过低或温度变化引发的角部裂纹。
从上面的专利分析可以看出，当前的解决铸坯表面裂纹的技术路线主要有两个，一个是采用高温运行的方式，提高铸坯表层温度，避免相变以及在晶界析出铁素体膜和碳氮析出物，该种方式下连铸机设备一直在高温状态下，对设备的精度保证和寿命都会造成很大的影响。且在低冷却强度下铸坯凝固坯壳薄，在钢水静压力的作用下易发生鼓肚导致铸坯中心偏析和疏松，同时该技术对低二冷水量下的喷嘴性能提出了更高的要求。另一种方式采用低温路线，避开钢种的第三脆性区，该种方式需要很大的冷却水量，对能源和环境有很大的影响。因此需要找到一种即可避免铸坯鼓肚，满足喷嘴性能要求，又可以提高铸坯角部温度的方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种利用铸坯横向非均匀冷却技术以提高铸坯质量的方法，通过控制铸坯横向不同位置的冷却强度来提高铸坯角部温度，即可降低铸坯鼓肚导致的液面波动和铸坯内部偏析疏松，又可提高铸坯角部塑性，降低铸坯表面裂纹的发生。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用铸坯横向非均匀冷却技术以提高铸坯质量的方法：
在铸机的二次冷却区域内设置多个冷却回路，所述冷却回路上的二冷喷嘴在铸坯的宽度向上向铸坯表面喷射二冷水；
对应所述铸坯中间位置的二冷喷嘴的冷却强度大于对应所述铸坯边部位置的二冷喷嘴的冷却强度。
较佳的，所述冷却回路设于所述二次冷却区域内弯曲段区域、弧形段区域和矫直段区域中的一个区域或多个区域。
较佳的，每个所述冷却回路均由单独设置的控制阀调节所述二冷喷嘴的水流密度。
较佳的，对应所述铸坯中间位置的所述二冷喷嘴的冷却强度设置为：
对于超低碳钢、低碳钢，所述弯曲段区域的水流密度为30～600L/m2/min，所述弧形段区域的水流密度为5～300L/m2/min，所述矫直段区域的水流密度为0～100L/m2/min；
对于中碳钢、高碳钢，所述弯曲段区域的水流密度为30～350L/m2/min，所述弧形段区域的水流密度为5～250L/m2/min，所述矫直段区域的水流密度为0～75L/m2/min；
对于包晶钢、微合金钢，所述弯曲段区域的水流密度为30～300L/m2/min，所述弧形段区域的水流密度为5～200L/m2/min，所述矫直段区域的水流密度为0～55L/m2/min。
较佳的，对应所述铸坯边部位置的所述二冷喷嘴的冷却强度设置为：
对于超低碳钢、低碳钢，所述弯曲段区域的水流密度为30～600L/m2/min，所述弧形段区域的水流密度为5～300L/m2/min，所述矫直段区域的水流密度为0～100L/m2/min；
对于中碳钢、高碳钢，所述弯曲段区域的水流密度为22～260L/m2/min，所述弧形段区域的水流密度为4～190L/m2/min，所述矫直段区域的水流密度为0～60L/m2/min；
对于包晶钢、微合金钢，所述弯曲段区域的水流密度为16～210L/m2/min，所述弧形段区域的水流密度为3～140L/m2/min，所述矫直段区域的水流密度为0～38L/m2/min。
较佳的，所述二冷喷嘴的冷却强度由控制系统的计算模型根据钢种、拉速和铸坯宽度进行调整。
本发明所提供的一种利用铸坯横向非均匀冷却技术以提高铸坯质量的方法，通过在铸机二次冷却区域设置多个回路的冷却分区，对铸坯宽度方向进行不同冷却强度的冷却。在铸坯中部采用大的冷却强度，避免因小水量导致的铸坯鼓肚，导致的液面波动和铸坯中心偏析和疏松。铸坯角部采用小水量，提高铸坯角部温度，减少铸坯角部裂纹。该技术的采用解决了弱冷情况下的鼓肚问题与强冷铸坯角部温度过冷的矛盾问题，对提高铸坯内部和表面质量非常有帮助。
附图说明
图1是本发明方法中冷却回路布置的示意图。
具体实施方式
为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
结合图1所示，本发明所提供的一种利用铸坯横向非均匀冷却技术以提高铸坯质量的方法：
在铸机的二次冷却区域内设置多个冷却回路1，冷却回路1上的二冷喷嘴向铸坯100的宽度向表面喷射二冷水。
对应铸坯100中间位置的二冷喷嘴2的冷却强度大于对应铸坯100边部位置的二冷喷嘴3的冷却强度。利用铸坯100宽度方向上，在铸坯100的中部采用高冷却强度增加铸坯100的凝固坯壳厚度，降低铸坯100的鼓肚，改善铸坯100的中心偏析和疏松。同时在铸坯100的角部采用低冷却强度，降低二冷水对铸坯角部的冷却，提高铸坯100表面温度和组织塑性，降低铸坯100角部裂纹。
冷却回路1设于二次冷却区域内弯曲段区域、弧形段区域和矫直段区域中的一个区域或多个区域，每个冷却回路1均由单独设置的控制阀调节二冷喷嘴的水流密度。
对应铸坯100中间位置的二冷喷嘴2的冷却强度设置为：
对于超低碳钢、低碳钢，弯曲段区域的水流密度为30～600L/m2/min，弧形段区域的水流密度为5～300L/m2/min，矫直段区域的水流密度为0～100L/m2/min；
对于中碳钢、高碳钢，弯曲段区域的水流密度为30～350L/m2/min，弧形段区域的水流密度为5～250L/m2/min，矫直段区域的水流密度为0～75L/m2/min；
对于包晶钢、微合金钢，弯曲段区域的水流密度为30～300L/m2/min，弧形段区域的水流密度为5～200L/m2/min，矫直段区域的水流密度为0～55L/m2/min。
该冷却回路1对铸坯100的中部进行高冷却强度的冷却，增加铸坯100的中部凝固坯壳的换热，提高铸坯100的凝固坯壳厚度，减少因钢水静压力导致的铸坯鼓肚，从而改善铸坯100的中心的偏析和疏松。
对应铸坯100边部位置的二冷喷嘴3的冷却强度设置为：
对于超低碳钢、低碳钢，弯曲段区域的水流密度为30～600L/m2/min，弧形段区域的水流密度为5～300L/m2/min，矫直段区域的水流密度为0～100L/m2/min；
对于中碳钢、高碳钢，弯曲段区域的水流密度为22～260L/m2/min，弧形段区域的水流密度为4～190L/m2/min，矫直段区域的水流密度为0～60L/m2/min；
对于包晶钢、微合金钢，弯曲段区域的水流密度为16～210L/m2/min，弧形段区域的水流密度为3～140L/m2/min，矫直段区域的水流密度为0～38L/m2/min。
该冷却回路1浇铸钢种裂纹不敏感则水量大，浇铸宽度越大则水量越大，拉速越高则水量越大。对铸坯100的角部进行较弱的冷却强度的冷却，提高铸坯100的角部温度，避免铸坯100的角部组织发生相变，同时降低奥氏体晶界的碳氮化物的析出。提高铸坯100角部组织的塑性，能够承受较大的外部拉应力，降低铸坯100角部裂纹的发生。
对应铸坯100中间位置的二冷喷嘴2及对应铸坯100边部位置的二冷喷嘴3的冷却强度均由控制系统的计算模型根据钢种、拉速和铸坯宽度进行调整。
采用本发明方法在对裂纹敏感性不强的钢种进行浇铸时，对应铸坯中部的冷却回路和对应铸坯边部的冷却回路都采用大水量强冷模式，对于裂纹敏感钢种，对应铸坯中部的冷却回路采用弱冷模式，对应铸坯边部的冷却回路采用超弱冷模式。为了实现上述的工艺路线，对应铸坯边部的冷却回路的控制阀采用调节阀，可以对铸坯角部冷却回路的二冷水量进行调节。对应铸坯边部的冷却回路的冷却水量的控制还与铸坯浇铸宽度相关，浇铸宽度较小时，边部回路水量较小，浇铸宽度较大时边部回路冷却水里水量较大。尤其是浇铸裂纹敏感性不强的钢种时，对应铸坯中部的冷却回路和对应铸坯边部的冷却回路的水流密度相同。
实施例1
再参考图1所示，在铸坯100的宽度方向上设置多个冷区回路1，适应不用的浇铸断面宽度，且每个冷区回路1可以单独控制。对应铸坯100中间位置的冷区回路1，该冷区回路1上二冷喷嘴2的冷却水量处于常开状态；而对应铸坯100边部位置的冷区回路1的控制阀采用调节阀，可以对该冷区回路1上的二冷喷嘴3的水量根据浇铸钢种和浇铸铸坯宽度进行水量调节。
本实施例1中铸坯100钢种为裂纹不敏感钢种，塑性较好的低碳钢为碳当量CE的范围在0＜CE＜0.08％的钢种，其中，CE＝C-0.14Si+0.04Mn。浇铸拉速为1.2m/min时，在铸机弯曲段区域内对应铸坯100中间位置的二冷喷嘴2的水流密度为250L/m2/min，对应铸坯100边部位置的二冷喷嘴3的水流密度根据铸坯100宽度进行调整，边部宽度略大于中部宽度时，二冷喷嘴3的水流密度为187L/m2/min，当浇铸最大铸坯100宽度时，二冷喷嘴3的水流密度同样为250L/m2/min。弧形段区域内二冷喷嘴2的水流密度为150L/m2/min，二冷喷嘴3的水流密度根据铸坯100宽度进行调整，边部宽度略大于中部宽度时，二冷喷嘴3的水流密度为112L/m2/min，当浇铸最大铸坯100宽度时，二冷喷嘴3的水流密度同样为150L/m2/min。矫直段区域内二冷喷嘴2的水流密度为25L/m2/min，二冷喷嘴3的水流密度根据铸坯100宽度进行调整，边部宽度略大于中部宽度时，二冷喷嘴3的水流密度为18L/m2/min，当浇铸最大铸坯100宽度时，二冷喷嘴3的水流密度同样为25L/m2/min。
实施例2
再参考图1所示，在铸坯100的宽度方向上设置多个冷区回路1，适应不用的浇铸断面宽度，且每个冷区回路1可以单独控制。对应铸坯100中间位置的冷区回路1，该冷区回路1上二冷喷嘴2的冷却水量处于常开状态；而对应铸坯100边部位置的冷区回路1的控制阀采用调节阀，可以对该冷区回路1上的二冷喷嘴3的水量根据浇铸钢种和浇铸铸坯宽度进行水量调节。
本实施例2中铸坯100钢种为裂纹敏感钢种，塑性较好的低碳钢为碳当量CE的范围在0.08％～0.18％的钢种，其中，CE＝C-0.14Si+0.04Mn。浇铸拉速为1.2m/min时，在铸机弯曲段区域内对应铸坯100中间位置的二冷喷嘴2的水流密度为160L/m2/min，对应铸坯100边部位置的二冷喷嘴3的水流密度根据铸坯100宽度进行调整，边部宽度略大于中部宽度时，二冷喷嘴3的水流密度为64L/m2/min，当浇铸最大铸坯100宽度时，二冷喷嘴3的水流密度为112L/m2/min。弧形段区域内二冷喷嘴2的水流密度为50L/m2/min，二冷喷嘴3的水流密度根据铸坯100宽度进行调整，边部宽度略大于中部宽度时，二冷喷嘴3的水流密度为20L/m2/min，当浇铸最大铸坯100宽度时，二冷喷嘴3的水流密度为35L/m2/min。矫直段区域内二冷喷嘴2的水流密度为10L/m2/min，二冷喷嘴3的水流密度根据铸坯100宽度进行调整，边部宽度略大于中部宽度时，二冷喷嘴3的水流密度为0L/m2/min，当浇铸最大铸坯100宽度时，二冷喷嘴3的水流密度为4L/m2/min。
以上只是列出2个钢种固定拉速下的的冷却回路设置与水量设置，并不排除其他钢种的其他工艺参数组合。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (6)
1.一种利用铸坯横向非均匀冷却技术以提高铸坯质量的方法，其特征在于：
在铸机的二次冷却区域内设置多个冷却回路，所述冷却回路上的二冷喷嘴在铸坯的宽度向上向铸坯表面喷射二冷水；
对应所述铸坯中间位置的二冷喷嘴的冷却强度大于对应所述铸坯边部位置的二冷喷嘴的冷却强度。
2.根据权利要求1所述的利用铸坯横向非均匀冷却技术以提高铸坯质量的方法，其特征在于：所述冷却回路设于所述二次冷却区域内弯曲段区域、弧形段区域和矫直段区域中的一个区域或多个区域。
3.根据权利要求1所述的利用铸坯横向非均匀冷却技术以提高铸坯质量的方法，其特征在于：每个所述冷却回路均由单独设置的控制阀调节所述二冷喷嘴的水流密度。
4.根据权利要求2所述的利用铸坯横向非均匀冷却技术以提高铸坯质量的方法，其特征在于，对应所述铸坯中间位置的所述二冷喷嘴的冷却强度设置为：
对于超低碳钢、低碳钢，所述弯曲段区域的水流密度为30～600L/m2/min，所述弧形段区域的水流密度为5～300L/m2/min，所述矫直段区域的水流密度为0～100L/m2/min；
对于中碳钢、高碳钢，所述弯曲段区域的水流密度为30～350L/m2/min，所述弧形段区域的水流密度为5～250L/m2/min，所述矫直段区域的水流密度为0～75L/m2/min；
对于包晶钢、微合金钢，所述弯曲段区域的水流密度为30～300L/m2/min，所述弧形段区域的水流密度为5～200L/m2/min，所述矫直段区域的水流密度为0～55L/m2/min。
5.根据权利要求4所述的利用铸坯横向非均匀冷却技术以提高铸坯质量的方法，其特征在于，对应所述铸坯边部位置的所述二冷喷嘴的冷却强度设置为：
对于超低碳钢、低碳钢，所述弯曲段区域的水流密度为30～600L/m2/min，所述弧形段区域的水流密度为5～300L/m2/min，所述矫直段区域的水流密度为0～100L/m2/min；
对于中碳钢、高碳钢，所述弯曲段区域的水流密度为22～260L/m2/min，所述弧形段区域的水流密度为4～190L/m2/min，所述矫直段区域的水流密度为0～60L/m2/min；
对于包晶钢、微合金钢，所述弯曲段区域的水流密度为16～210L/m2/min，所述弧形段区域的水流密度为3～140L/m2/min，所述矫直段区域的水流密度为0～38L/m2/min。
6.根据权利要求5所述的利用铸坯横向非均匀冷却技术以提高铸坯质量的方法，其特征在于：所述二冷喷嘴的冷却强度由控制系统的计算模型根据钢种、拉速和铸坯宽度进行调整。
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| CN202210729610.XA CN117300084A (zh) | 2022-06-24 | 2022-06-24 | 一种利用铸坯横向非均匀冷却技术以提高铸坯质量的方法 |
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Family Applications (1)
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| CN202210729610.XA Pending CN117300084A (zh) | 2022-06-24 | 2022-06-24 | 一种利用铸坯横向非均匀冷却技术以提高铸坯质量的方法 |
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-
2022
- 2022-06-24 CN CN202210729610.XA patent/CN117300084A/zh active Pending
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