CN1290642C - 一种连铸拉坯工艺及其专用结晶器结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种连铸拉坯新工艺及其专用结晶器结构。其工艺方法如下：在连铸拉坯过程中，钢水连续向具有一定倒锥度的组合结晶器浇注，并在结晶器上、下振动过程中，钢水在结晶器中不断散热凝固成壳并随结晶器的振动向下滑移，形成铸坯滑出结晶器，当铸坯在组合结晶器中向上滑移时，通过对结晶器下部的铜板器壁施以横移力使结晶器的铜板与铜板之间所存在间隙变小；当铸坯在结晶器中下滑时，施以方向相反或减少对结晶器铜板器壁所施的横移力使结晶器的铜板与铜板之间的间隙变大或复原。采用本发明的连铸拉坯工艺和专用的组合结晶器，既能提高拉速，又可避免拉漏，并具有减少搭桥、偏析现象的产生，以及消除铸坯可能存在的横裂纹等的技术效果。

Description

一种连铸拉坯工艺及其专用结晶器结构

技术领域

本发明涉及一种钢铁连铸生产工艺以及应用该工艺的专用结晶器的结构改进。

背景技术

连铸是现代钢铁生产的主要生产方式，连铸机是实现这一生产方式的专用设备，结晶器是连铸机的核心部件，结晶器的性能决定铸机的产量、钢坯的质量和浇注钢种。

钢水在连铸机结晶器中的凝固是一个释放出的热量和传递过程，同时形成坯壳。坯壳边运动边放热边凝固。形成液相穴相当长的铸坯。连铸机可分为三个传热冷区：

一次冷却区  钢水在结晶器中形成足够的坯壳，以保证不拉漏；

二次冷却区  喷水以加速铸坯内部热量的传递，使铸坯完全凝固；

三次冷却区  铸坯向空气中辐射传热；

钢水在结晶器内的凝固过程很复杂，由于铜壁的强烈冷却作用，月牙面下钢水就开始凝固成壳，凝壳随着拉坯运动下降逐渐增厚，凝壳冷却收缩与铜壁脱离而产生气隙，从而减弱结晶器的冷却效果，继之，凝壳在钢水静压力作用下有部分与铜壁重新接触。在纵向气隙形成、消失，再形成，呈间断出现，因此在铜壁上的热流也随之变化。结晶器内热传递路线为：钢水——凝固坯壳——气隙——冷却剂(冷却水)。其中传热的最大保障是气隙。为减少气隙影响，提高结晶器的导热效果，使坯壳凝固趋于均匀，结晶器要有适宜的倒锥度。一般倒锥度为0.5～1.0％，倒锥度大的结晶器导出更多的热，但是拉坯的阻力随着增大；过大的倒锥度会使坯壳拉裂(出现横裂纹)，严重时铸坯会卡在结晶器内。

现有连铸机所采用的结晶器，其结构有整体式和组合两种，在稳定的浇注过程中，不论采用那种形式的结晶器，其几何结构是不变的；板坯结晶器在改变板坯宽度时才可调整一下窄边铜板位置，在调整好宽度和倒锥度后，在浇钢过程中，结晶器铜板的相对位置不变；结晶器在平行于钢水(钢坯)的运动方向上振动，在垂直于钢水运动方向是固定不变的，为防止钢坯拉漏，结晶器的倒锥度不能调得太大；结晶器的倒锥度与的导热能力存在直接的联系，在一定范围内，结晶器的倒锥度越大，结晶器的导热能力就越大，为防止拉漏，结晶器的倒锥度不能调得最大或做得最大，造成结晶器潜在的导热能力没有发挥出来。这样，由于在拉坯过程中，结晶器的几何结构是固定的，其倒锥度保持不变，就使得在提高拉速与防止拉漏等问题存在矛盾，为防止拉漏等问题，拉坯速度受到限制。

发明内容

本发明针对现有连铸拉坯工艺所存在的问题，提出一种能提高拉坯速度并防止拉漏、避免产生搭桥、偏析等问题的连铸拉坯新工艺，并进一步提出一种能适应该拉坯工艺的专用结晶器的新结构。

本发明的技术方案也是在对钢水在结晶器中进行拉坯工艺时的凝固原理作深入研究分析的基础上提出的，发明人认为：要提高拉坯速度须进一步减少坯壳与结晶器铜壁之间的气隙等办法来减少热阻。减少热阻需要增加倒锥度，倒锥度增加，拉坯阻力增加，拉漏的机会大大增加，所以要想办法减少拉坯的阻力。为此本发明提出一种解决上述矛盾的工艺方法，即采用一种通过外力的作用改变构成结晶器的铜板与铜板之间所存在间隙的工艺，来解决减少坯壳与结晶器铜壁之间的气隙以提高拉坯速度的问题。其具体的工艺方法如下：在连铸拉坯过程中，钢水连续向具有一定倒锥度的组合结晶器浇注，并在结晶器上、下振动过程中，钢水在结晶器中不断散热凝固成壳并随结晶器的振动向下滑移，形成铸坯滑出结晶器，当铸坯在组合结晶器中向上滑移时(因结晶器向上振动)，通过对结晶器下部的铜板器壁施以横移力使结晶器的铜板与铜板之间所存在间隙变小；当铸坯在结晶器中下滑时，施以方向相反或减少对结晶器铜板器壁所施的横移力使结晶器的铜板与铜板之间的间隙变大或复原。这样，当钢坯在结晶器中向上滑移时因外力的强制使结晶器铜板器壁与坯壳之间的气隙减少而减少热阻，提高了结晶器的导热能力，以利于拉坯速度的提高；而当在铸坯下滑时由于外力的改变使结晶器的形状趋于复原，从而使拉坯阻力减少，以达到防止拉漏的目的；由于当钢坯向上相对滑移时，实际上通过强制促使结晶器的内腔壁向内微小横移，使结晶器的铜板与铜板之间所存在间隙变小，可减少搭桥、偏析现象的产生，以及增加结晶器对钢坯的磨擦力，从而进一步消除铸坯可能存在的横裂纹。

在本发明的拉坯工艺中，所述的结晶器铜板的横移量控制在0.005mm～0.3mm范围内。

在本发明的拉坯工艺中，所述的对结晶器下部的铜板器壁所施的横移力可以机械、液压、气动或电磁驱动的方法产生。

一般来说，进行连铸拉坯工艺的组合结晶器的组合铜板之间都是存在一定的间隙，可以通过本发明所述的连铸拉坯工艺方法进行连铸拉坯。为更好地配合本发明的连铸拉坯工艺，本发明设计了一种专用组合结晶器，这种组合结晶器的结构由多块铜板组合成结晶器倒锥形内腔，其结构特点是结晶器的下部，从结晶器的下端面量起，占整个结晶器长度的1/3～2/3的部分，铜板与铜板之间存在间隙，间隙的宽度为0.005～0.3mm，该间隙在施以结晶器铜板器壁的横移力的作用下可在其间隙限度向内作微小横移。

本发明设计了三种能很好地实施上述工艺方法的组合结晶器新结构，相对应浇注圆坯、方坯和工字坯等不同形状的铸坯，根据所生产铸坯形状，不局限于上述所公开的组合结晶器的结构。此类结晶器都是采用组合式，由四块铜板构成组合结晶器，构成组合结晶器的各铜板的结构，为一种在体内形成空腔的结构，该空腔具有冷却液输入、输出口，用以向空腔输入冷却液。由各铜板所构成的组合结晶器的下部，都具有所述的可向内作微小横移的铜板间的间隙。

本发明同时设计了几种能很好地实施上述结晶器新结构中控制对结晶器的铜板器壁施以横移力的驱动装置。这些装置可包括：

1、同步液压驱动装置；

2、气动驱动装置；

3、电磁驱动装置；

3、机械轨道约束控制装置。

不同的结构可采用不同的控制方式，也不局限于上述所公开的控制方式。

采用本发明的连铸拉坯工艺和专用的组合结晶器，对传统的连铸拉坯工艺实现了有效的革新，有效地解决了提高拉速与防止拉漏之间所存在的矛盾，既能提高拉速，又可避免拉漏，并具有减少搭桥、偏析现象的产生，以及消除铸坯可能存在的横裂纹等的技术效果。

附图说明

图1为本发明连铸机生产圆坯的组合结晶器的结构示意图；

图2为图1的A向视图；

图3为本发明连铸机生产方坯的组合结晶器的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为本发明连铸机生产工字坯的组合结晶器的结构示意图；

图6为图5的A向视图；

图7为采用机械轨道约束控制装置控制组合结晶器铜板横移运动的结构图；

图8为采用液压驱动装置控制组合结晶器铜板横移运动的结构图；

图9为采用电磁驱动装置控制组合结晶器铜板横移运动的结构图；

图10为采用气动驱动装置控制组合结晶器铜板横移运动的结构图。

各附图的标号分别表示：1是结晶器框架，2是铜板，3为未凝固的钢水，4为气隙，5是辊子，6未凝固钢坯，7是控制铜板微小横向运动的机架(轨道)；8是同步液压缸，9是上下同步振动缸，10是电磁铁；11是横向同步气缸，12是伺服阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式作进一步的详细说明：

实施例一

本实施例为连铸拉制圆坯的生产实施方式，采用由四块组合铜板2构成的截面为圆形的组合结晶器，其结构如图1、图2所示。该组合结晶器的下部占结晶器长度1/2的部分，四块铜板2的铜板与铜板之间留有间隙，间隙的宽度为在0.01mm左右，每块铜板的体内有空腔，该空腔通过冷却液的进口和出口，向空腔输入冷却液。进行连铸拉坯工艺时，组合结晶器的上端由结晶器框架1固定，将该组合结晶器安装在振动架上，随振动架上下振动，连续向结晶器浇注钢水，钢水在结晶器下滑的过程中，由于铜壁的强烈冷却作用，月牙面下钢水就开始凝固成壳，凝壳随着拉坯运动下降逐渐增厚，凝壳冷却收缩与铜壁脱离而产生气隙4。在拉坯过程中，采用以下工艺：当钢坯随结晶器向上滑移时，对结晶器下部的铜板器壁施以向内的横移力F使结晶器的内腔壁向内微小横移，即使结晶器的铜板与铜板之间所存在间隙变小，从而使钢坯与铜板壁之间的气隙变小，提高了结晶器的导热效果，使坯壳凝固趋于均匀。当钢坯在结晶器向下滑移时，铜板壁在力F的作用下，产生一个向外的微小横移，使拉坯的阻力减少，防止拉漏。在本实施例中，采用如图7所示的机械轨道约束控制装置来产生对结晶器下部的铜板器壁所施的横移力F，控制组合结晶器铜板横移运动。该机械轨道约束控制装置包括一个控制铜板微小横向运动的机架(轨道)7，该机架(轨道)7为倾斜轨道，与安装在组合结晶器铜板2器壁上的轨道约束件21相配合，轨道约束件21套在机架(轨道)7上，当组合结晶器上下滑移时，轨道约束件21在倾斜轨道上下滑动，受其约束，产生所说的对结晶器铜板器壁所施的横移力F。

实施例二

本实施例为连铸拉制方坯的生产实施方式，采用由四块组合铜板2构成的截面为方形的组合结晶器，其结构如图3、图4所示。该组合结晶器的下部占结晶器长度1/3的部分，四块铜板2的铜板与铜板之间留有间隙，间隙的宽度为在0.02mm左右，每块铜板的体内有空腔，该空腔通过冷却液的进口和出口，向空腔输入冷却液。进行连铸拉坯工艺时，组合结晶器的上端由结晶器框架1固定，将该组合结晶器安装在振动架上，随振动架上下振动。在拉坯过程中，采用以下工艺：当钢坯随结晶器向上滑移时，对结晶器下部的铜板器壁施以向内的横移力F使结晶器的内腔壁向内微小横移；当钢坯在结晶器向下滑移时，铜板壁在力F的作用下，产生一个向外的微小横移。在本实施例中，通过如图8所示的液压驱动装置，采用与结晶器上下振动同步的液压缸9产生控制横向同步液压缸的动力，用同步液压缸8产生微小横移的动力F来实现同步驱动铜板的横移运动。

实施例三

本实施例为连铸拉制工字坯的生产实施方式，采用由四块组合铜板2构成的截面为工字形的组合结晶器，其结构如图5、图6所示。该组合结晶器的下部占结晶器长度2/3的部分，四块铜板2的铜板与铜板之间留有间隙，间隙的宽度为在0.03mm，每块铜板的体内有空腔，该空腔通过冷却液的进口和出口，向空腔输入冷却液。进行连铸拉坯工艺时，组合结晶器的上端由结晶器框架1固定，将该组合结晶器安装在振动架上，随振动架上下振动。在拉坯过程中，采用以下工艺：当钢坯随结晶器向上滑移时，对结晶器下部的铜板器壁施以向内的横移力F使结晶器的内腔壁向内微小横移；当钢坯在结晶器向下滑移时，铜板壁在力F的作用下，产生一个向外的微小横移。在本实施例中，采用如图9所示的电磁驱动装置，通过对电磁铁10的线圈直接通电的办法，产生驱动铜板横移的电磁力F，来实现对组合结晶器铜板的横移运动控制。

实施例四

本实施例为连铸拉制方坯的生产实施方式，采用由四块组合铜板2构成的截面为方形的组合结晶器，其结构如图3、图4所示。该组合结晶器的下部占结晶器长度1/2的部分，四块铜板2的铜板与铜板之间留有间隙，间隙的宽度为在0.02mm左右，每块铜板的体内有空腔，该空腔通过冷却液的进口和出口，向空腔输入冷却液。进行连铸拉坯工艺时，组合结晶器的上端由结晶器框架1固定，将该组合结晶器安装在振动架上，随振动架上下振动。在拉坯过程中，采用以下工艺：当钢坯随结晶器向上滑移时，对结晶器下部的铜板器壁施以向内的横移力F使结晶器的内腔壁向内微小横移；当钢坯在结晶器向下滑移时，铜板壁在力F的作用下，产生一个向外的微小横移。在本实施例中，通过如图10所示的气动驱动装置，采用伺服阀12通过控制压缩空气驱动横向同步气缸11来实现对铜板的横移运动的控制。

Claims (10)

1.一种使钢水通过连铸机的组合结晶器进行连铸拉坯的工艺：钢水连续向具有一定倒锥度的结晶器浇注，在结晶器上、下振动过程中，钢水在结晶器中不断散热凝固成壳并随结晶器的振动向下滑移，形成铸坯滑出结晶器，其特征在于当铸坯因结晶器振动而在其中相对结晶器向上滑移时，通过对结晶器下部的铜板器壁施以横移力使结晶器的铜板与铜板之间所存在间隙变小；当铸坯在结晶器中下滑时，施以方向相反或减少对结晶器铜板器壁所施的横移力使结晶器的铜板与铜板之间的间隙变大或复原。

2.根据权利要求1所述的连铸拉坯工艺，其特征在于所述的施以结晶器铜板器壁的横移力对结晶器铜板器壁的横移量为0.005mm～0.3mm。

3.根据权利要求1所述的连铸拉坯工艺，其特征在于所述的施以结晶器铜板器壁的横移力为机械、液压、气动或电磁驱动的方法产生。

4.一种专用于权利要求1所述的连铸拉坯工艺的连铸机组合结晶器，由多块铜板组合成结晶器倒锥形内腔，其特征在于结晶器的下部，从结晶器的下端面量起，占整个结晶器长度的1/3～2/3的部分，铜板与铜板之间存在间隙，间隙的宽度为0.005～0.3mm，该间隙在施以结晶器铜板器壁的横移力的作用下可在其间隙限度向内作微小横移。

5.根据权利要求4所述的连铸机组合结晶器，其特征在于所说的构成结晶器的铜板，为一种在体内形成空腔的结构，该空腔具有冷却液输入、输出口，用以向空腔输入冷却液。

6.根据权利要求4所述的连铸机组合结晶器，其特征在于所说的结晶器的下部设置有对结晶器的铜板器壁施以横移力的装置。

7.根据权利要求4所述的连铸机组合结晶器，其特征在于所说的对结晶器的铜板器壁施以横移力的装置为同步液压驱动装置。

8.根据权利要求4所述的连铸机组合结晶器，其特征在于所说的对结晶器的铜板器壁施以横移力的装置为气动驱动装置。

9.根据权利要求4所述的连铸机组合结晶器，其特征在于所说的对结晶器的铜板器壁施以横移力的装置为电磁驱动装置。

10.根据权利要求4所述的连铸机组合结晶器，其特征在于所说的对结晶器的铜板器壁施以横移力的装置为机械轨道约束控制装置。

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