CN208374145U - 一种基于加热缓冷控制铸坯凝固组织结构的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于加热缓冷控制铸坯凝固组织结构的装置，属于冶金连铸技术领域。本实用新型的装置在连铸结晶器的下部沿着连铸坯的长度方向设置有超强冷区和加热缓冷区，超强冷区用于向铸坯表面提供喷水冷却，加热缓冷区用于向铸坯表面提供热量加热。本实用新型的连铸坯先在超强冷区进行超强冷却，而后在加热缓冷区进行加热缓冷，降低了柱状晶间距和间隙，提高铸坯近表层柱状晶的致密度，提高了铸坯质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及冶金连铸技术领域，更具体地说，涉及一种基于加热缓冷控制铸坯凝固组织结构的装置。
背景技术
在现代钢铁连铸生产技术中，铸坯组织的结构和缺陷一直严重影响铸坯质量，由于在传统连铸技术中的冷却模式条件下，钢水凝固过程中铸坯结构对铸材及零件的性能适应性往往不足，调控方式和程度的不足使得凝固结构的可控性也不好，不能满足日益提高的对材料使用性能，特别是具体的个性化要求。比如，对有些情况下过度生长的柱状晶发达，使得中心偏析严重；另一些情况下冷却不当又使得晶粒和晶界粗大；又比如，凝固后期优先生长的柱状晶控制不住而在铸坯中心相遇形成“搭桥”，液相穴内钢液被“凝固晶桥”分开，晶桥下部钢液在凝固收缩时得不到上部金属补充而形成疏松或缩孔，并伴随中心偏析、成分不均匀等相关问题。为了解决上述问题，长期以来在该方面形成了低温浇铸技术、电磁搅拌技术和凝固末端轻压下或铸轧技术等，但其这些技术对铸坯表层、次表层和心部的凝固组织结构仍然不理想。
经检索，一种双缓冷工艺生产高碳铬轴承钢的方法(公开号：CN101412183A；公开日： 2009.04.22)，该技术通过对铸坯缓冷坑中，利用铸坯高温缓慢冷却，释放铸坯的氢含量及应力，而后再将轧材放入缓冷罩中，以进一步释放轧材中的氢和应力。通过两次缓冷生产高碳铬轴承钢的生产方法可以保证轧材低倍质量无白点裂纹缺陷存在。但是，值得注意的是，现有技术对铸坯的缓冷处理往往是针对凝固完成的铸坯进行处理，难以有效的降低柱状晶间距和间隙，特别是难以有效提高铸坯近表层柱状晶的致密度。
实用新型内容
1.实用新型要解决的技术问题
本实用新型的目的克服现有技术铸坯表层、次表层和心部的凝固组织结构仍然不理想的问题，提供一种控制连铸过程中铸坯凝固组织结构的方法及其控制装置，
其中提供的一种控制连铸过程中铸坯凝固组织结构的方法，在结晶器下水口至凝固终点结束的区间设置有超强冷区和加热缓冷区，连铸坯先在超强冷区进行超强冷却，而后在加热缓冷区进行加热缓冷，可以降低柱状晶间距和间隙，提高铸坯近表层柱状晶的致密度，同时减少内部裂纹的产生；
其中提供的一种基于加热缓冷控制铸坯凝固组织结构的装置，连铸结晶器的下部沿着连铸坯的长度方向设置有超强冷区和加热缓冷区，超强冷区用于向铸坯表面提供喷水冷却，加热缓冷区用于向铸坯表面提供热量加热，可以降低柱状晶间距和间隙，提高铸坯近表层柱状晶的致密度，并减少内部裂纹的产生。
2.技术方案
为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：
本实用新型的一种基于加热缓冷控制铸坯凝固组织结构的装置，连铸结晶器的下部沿着连铸坯的长度方向设置有超强冷区和加热缓冷区，超强冷区用于向铸坯表面提供喷水冷却，加热缓冷区用于向铸坯表面提供热量加热。
优选地，加热缓冷区的连铸坯表面设置有电磁加热线圈或者加热罩，其中加热罩为蒸汽加热罩或者可燃性气体加热罩或者反射绝热自加热罩。
优选地，加热缓冷区的前部设置有弱冷却区。
优选地，超强冷区的超强冷却起点位于结晶器下水口，超强冷区的长度大于12％L，其中L为总冷却长度。
优选地，加热缓冷区的加热缓冷起点与结晶器下水口之间的距离大于40％L，其中L为总冷却长度。
优选地，超强冷区水流密度为Q L/m2，弱冷却区水流密度为q L/m2，Q≥2q。
优选地，在加热缓冷区向铸坯表面进行加热的热能量值大于5kW/m2。
优选地，加热缓冷区的加热缓冷终点位于凝固终点之前。
3.有益效果
采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
本实用新型的一种控制连铸过程中铸坯凝固组织结构的方法，连铸结晶器的下部沿着连铸坯的长度方向设置有超强冷区和加热缓冷区，超强冷区用于向铸坯表面提供喷水冷却，加热缓冷区用于向铸坯表面提供热量加热，连铸坯先在超强冷区进行超强冷却，可以有效的降低一次枝晶间距和间隙，提高铸坯中柱状晶的致密度，减少柱状晶疏松，而后在加热缓冷区进行加热缓冷，降低铸坯中的温度梯度，减少铸坯表面与内部的温度差，抑制柱状晶的生长，还避免出现铸坯内部裂纹的产生；从而降低了柱状晶间距和间隙，改善铸坯次表层和心部的凝固组织结构，提高铸坯近表层柱状晶的致密度，同时减少内部裂纹的产生。
附图说明
图1为本实用新型的一种基于加热缓冷控制铸坯凝固组织结构的装置的结构示意图；
图2为本实用新型的加热缓冷区为电磁加热线圈；
图3为实施例4的铸坯微观组织的形貌示意图；
图4为对比例1的铸坯微观组织的形貌示意图。
附图中的标号说明：
100、连铸坯；110、未凝固钢水；120、凝固坯壳；
210、超强冷区；220、弱冷却区；230、加热缓冷区；
300、连铸结晶器；
410、柱状晶区；420、等轴晶区；430、疏松孔。
具体实施方式
为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
如图1-图3所示，本实用新型的一种基于加热缓冷控制铸坯凝固组织结构的装置，连铸结晶器300的下部沿着连铸坯100的长度方向设置有超强冷区210和加热缓冷区230，连铸坯100的外部为凝固坯壳120，凝固坯壳120内部为未凝固钢水110，超强冷区210用于向凝固坯壳120的铸坯表面提供喷水冷却，即在超强冷区210内设置有喷嘴，喷嘴用于向铸坯表面进行喷水冷却，加热缓冷区230用于向铸坯表面提供热量加热，进而对铸坯表面进行加热缓冷。如图2所示，加热缓冷区230的连铸坯100表面设置有电磁加热线圈231。
或者如图2所示，加热缓冷区230的连铸坯100表面设置有加热罩，其中加热罩为蒸汽加热罩或者可燃性气体加热罩或者反射绝热自加热罩。
如图2所示，加热缓冷区230的前部设置有弱冷却区220，即弱冷却区220设置于超强冷区210与加热缓冷区230之间。在弱冷却区220内设置有喷嘴，喷嘴用于向铸坯表面进行喷水冷却。值得说明的是喷水冷却也可以是水汽混合冷却。
本实施例的一种控制连铸过程中铸坯凝固组织结构的方法，通过在钢水连铸过程中对铸坯沿浇铸方向一定区域段内依次分别施加超强冷却、弱冷却和加热缓冷措施，从而改善铸坯次表层和心部凝固组织结构，同时保证整个连铸过程能量释放总量一定。详细的说明是：在连铸结晶器300下水口至凝固终点结束的区间设置有超强冷区210和加热缓冷区230，连铸坯100先在超强冷区210进行超强冷却，而后在加热缓冷区230进行加热缓冷，其中加热缓冷的冷却强度小于空冷的冷却强度；超强冷却的冷却强度大于空冷的冷却强度。
即超强冷区210的超强冷却起点位于连铸结晶器300下水口，超强冷区210的长度大于度12％L，其中L为总冷却长度，其中总冷却长度为从结晶器下水口到凝固终点的距离，即超强冷区210由连铸结晶器300下水口一直沿浇铸方向延伸到大于12％的总冷却长度。这是由于超强冷区210长度低于12％的总冷却长度时，使得超强冷区210的区间太短，使得连铸坯100无法形成足够致密的柱状晶和尽可能厚的坯壳厚度，不利于凝固后期实施所希望的弱冷却控制。超强冷区210的平均冷却强度远大于现有连铸技术冷却强度，这是由于前期冷却的比水量小，则使得冷却强度过低，则使得铸坯前期释放的热量少，无法迅速形成理想厚度和致密度的坯壳；因此，必须加强铸坯的前期冷却，使得铸坯总热量尽量在前期多释放，进而使得铸坯表面无法迅速形成理想厚度和致密度的坯壳。从而使铸坯总热量尽量在前期多释放，并且使得不同类型的铸坯超强冷却强度，且冷却强度可以用水流密度来表示，并用Q L/m2有所不同，具体分类描述：
(1)圆坯连铸坯100的超强冷区210水流密度Q1≥465L/m2；
(2)矩形坯连铸坯100的超强冷区210水流密度Q2≥490L/m2；
(3)厚板连铸坯100的超强冷区210水流密度Q3≥255L/m2；且要求板坯连铸的厚度不小于200mm；
连铸坯100出连铸结晶器300开始，对其施加超强冷却，可以有效地降低一次枝晶间距和间隙，提高铸坯中柱状晶的致密度，减少柱状晶疏松。
本实施例的超强冷区210和加热缓冷区230之间还设置有弱冷却区220，弱冷却区220 冷却强度小于超强冷却的冷却强度。经过超强冷后，铸坯冷却强度过渡到弱冷却区220，经弱冷却区220后再过渡到加热缓冷区230，其中弱冷却区220即采用连铸常规的冷却强度。值得说明的是，弱冷却区220的冷却强度为q1L/m2，且超强冷却强度Q L/m2，则Q≥2q1。且对于不同类型的铸坯弱冷却区220的冷却强度有所不同，且值得说明的是弱冷却区220的冷却强度与连铸过程中的常规冷却强度基本相同，冷却强度可以用水流密度来表示，具体分类描述：
(1)对于圆坯连铸要求该区域冷却强度(水流密度)≥155L/m2；
(2)对于矩形坯连铸要求该区域冷却强度(水流密度)≥245L/m2；
(2)对于板坯连铸要求该区域冷却强度(水流密度)≥85L/m2。铸坯先经过超强冷区210 进行冷却，再经过弱冷却区220进行过渡后，进入加热缓冷区230进行加热缓冷，可有减小温度过渡的差值，降低铸坯中的温度梯度，减少铸坯表面与内部的温度差，抑制柱状晶的生长。
本实施例的加热缓冷区230的加热缓冷起点与连铸结晶器300下水口之间的距离大于 40％的总冷却长度，加热缓冷区230的加热缓冷终点位于凝固终点之前。即加热缓冷区230 为从连铸结晶器300下水口沿拉坯方向延伸大于40％的总冷却长度开始，到不超过冷却长度终点结束。通过对铸坯施加加热缓冷措施，降低铸坯中的温度梯度，减少铸坯表面与内部的温度差，抑制柱状晶的生长，还避免出现铸坯内部裂纹的产生。申请人研发团队，通过长时间的研发发现，如果加热缓冷区230在小于40％的总冷却长度开始，则易导致常规冷却区过短，无法起到良好的过渡作用，并造成铸坯表面温升过大，致使凝固截面区易出现内部裂纹，为此申请人创造性的提出了加热缓冷起点位于大于40％的总冷却长度处，加热缓冷终点位于凝固终点之前。此外，值得注意的是加热缓冷区230的加热缓冷终点与最终产品的性能相适应，如最终产品对铸坯芯部要求较高，则加热缓冷区230，同时加热缓冷区230的总长度也要和前期超强冷区210长度相匹配，保证整个连铸过程能量释放总量一定，如超强冷区210 长度越长则加热缓冷区230长度越长，即加热缓冷区230的长度与超强冷区210的长度呈正相关，并保证连铸过程能量释放总量一定。加热缓冷的方式为向铸坯表面提供加热措施，加热的热能量值大于5kW/m2千瓦/平方米。
实施例1
本实施例在某钢厂5流圆坯连铸机上进行，铸坯截面直径为380mm，在浇铸过程中对铸坯沿浇铸方向依次分别施加强冷、弱冷和加热缓冷措施，超强冷区210长度、超强冷区210 冷却水流密度、加热缓冷区230加热缓冷起点、加热缓冷区230加热提供热量如表1所示；超强冷区210为从连铸结晶器300的下口至22％L，加热缓冷区230为55％L位置至凝固终点。浇铸结束后取铸坯低倍样一块，分析铸坯的柱状晶疏松情况，同时测量铸坯完全凝固时的表面温度，实施例具体参数及结果如表1所示。
实施例2
本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：超强冷区210冷却水流密度、加热缓冷起点位置和加热缓冷区230加热提供热量参数有所不同，具体参数如表1所示；浇铸结束后取铸坯低倍样一块，分析铸坯的柱状晶疏松情况，同时测量铸坯完全凝固时的表面温度，实施例具体参数及结果如表1所示。
实施例3
本实施例在某钢厂5流圆坯连铸机上进行，铸坯截面直径为700mm，在浇铸过程中对铸坯沿浇铸方向依次分别施加强冷、弱冷和加热缓冷措施，超强冷区210长度、超强冷区210 冷却水流密度、加热缓冷区230加热缓冷起点、加热缓冷区230加热提供热量如表1所示；超强冷区210为从连铸结晶器300的下口至17％L，加热缓冷区230为55％L位置至凝固终点。浇铸结束后取铸坯低倍样一块，分析铸坯的柱状晶疏松情况，同时测量铸坯完全凝固时的表面温度，实施例具体参数及结果如表1所示。
实施例4
本实施例的基本内容同实施例3，不同之处在于：超超强冷区210冷却水流密度、加热缓冷起点位置和加热缓冷区230加热提供热量参数有所不同，具体参数如表1所示；浇铸结束后取铸坯低倍样一块，分析铸坯的柱状晶疏松情况，同时测量铸坯完全凝固时的表面温度，实施例具体参数及结果如表1所示。实施例4铸坯低倍组织的图片如图3所示。
对比例1
本实施例的基本内容同实施例4，不同之处在于：铸坯表面的冷却强度的水流密度为200 L/m2。浇铸结束后取铸坯低倍样一块，进行低倍分析，分析铸坯的柱状晶疏松情况，同时测量铸坯完全凝固时的表面温度，对比例1具体参数及结果如表1所示，对比例1铸坯低倍组织的图片如图4所示。
表1
备注：表中超强冷区210长度、加热缓冷区230长度单位为L，L表示总冷却长度。
由实施结果可以看出，实施例1-4中铸坯凝固组织中柱状晶组织疏松较小，平均柱状晶疏松大小小于26.0um，且铸坯表面温度有所提高，可以效减少内部裂纹的产生，提高铸坯质量，以满足不同产品对凝固组织的需求。
进一步的分析，图3为实施例4的铸坯微观组织的形貌示意图；图4为对比例1的铸坯微观组织的形貌示意图；其中，图3和图4中包括柱状晶区410、等轴晶区420和疏松孔430，图4中铸坯柱状晶区410域组织相对疏松，且柱状晶区410具有疏松孔430，而图3的铸坯柱状晶区410域组织致密、枝晶细致紧密，柱状晶区410的疏松孔430基本消除。而且，平均柱状晶疏松大小由37.2um降低到26.0um以下。降低了柱状晶间距和间隙，改善铸坯次表层和心部凝固组织结构，提高铸坯近表层柱状晶的致密度，同时减少内部裂纹的产生。进一步的对比可以发现，相比对比例1，实施例4不仅降低了柱状晶间距和间隙，改善铸坯次表层和心部凝固组织结构，而且扩大时等轴晶区420的比例，从而改善了铸坯的质量。
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本实用新型。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本实用新型的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本实用新型的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本实用新型或本申请和本实用新型的应用领域。
Claims (8)
1.一种基于加热缓冷控制铸坯凝固组织结构的装置，其特征在于：连铸结晶器(300)的下部沿着连铸坯(100)的长度方向设置有超强冷区(210)和加热缓冷区(230)，超强冷区(210)用于向铸坯表面提供喷水冷却，加热缓冷区(230)用于向铸坯表面提供热量加热。
2.根据权利要求1所述的一种基于加热缓冷控制铸坯凝固组织结构的装置，其特征在于：加热缓冷区(230)的连铸坯(100)表面设置有电磁加热线圈(231)或者加热罩，其中加热罩为蒸汽加热罩或者可燃性气体加热罩或者反射绝热自加热罩。
3.根据权利要求1所述的一种基于加热缓冷控制铸坯凝固组织结构的装置，其特征在于：加热缓冷区(230)的前部设置有弱冷却区(220)。
4.根据权利要求1所述的一种基于加热缓冷控制铸坯凝固组织结构的装置，其特征在于：超强冷区(210)的超强冷却起点位于结晶器下水口，超强冷区(210)的长度大于12％L，其中L为总冷却长度。
5.根据权利要求1所述的一种基于加热缓冷控制铸坯凝固组织结构的装置，其特征在于：加热缓冷区(230)的加热缓冷起点与结晶器下水口之间的距离大于40％L，其中L为总冷却长度。
6.根据权利要求3所述的一种基于加热缓冷控制铸坯凝固组织结构的装置，其特征在于：超强冷区(210)水流密度为Q L/m2，弱冷却区(220)水流密度为q L/m2，Q≥2q。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于加热缓冷控制铸坯凝固组织结构的装置，其特征在于：在加热缓冷区(230)向铸坯表面进行加热的热能量值大于5kW/m2。
8.根据权利要求7所述的一种基于加热缓冷控制铸坯凝固组织结构的装置，其特征在于：加热缓冷区(230)的加热缓冷终点位于凝固终点之前。
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- 2018-03-29 CN CN201820433489.5U patent/CN208374145U/zh not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108672668A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-10-19 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种控制连铸过程中铸坯凝固组织结构的方法及其控制装置 |
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