CN102328037A

CN102328037A - 一种自带锥度连铸板坯倒角结晶器

Info

Publication number: CN102328037A
Application number: CN201110281520A
Authority: CN
Inventors: 李本海; 许晓东; 刘洋; 王文军; 朱志远; 李永东; 白学军; 姜中行; 王玉龙; 关春阳; 韦耀环; 吕延春; 王海宝; 刘茁松; 隋大鹏; 李秀梅
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Co Ltd; Shougang Corp
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2012-01-25

Abstract

一种自带锥度连铸板坯倒角结晶器，属于炼钢-连铸技术领域。包括相对宽面铜板和相对窄面铜板；其特征在于：由两相对宽面铜板和两相对窄面铜板组装在一起构成，窄面铜板内表面向宽面铜板内表面过渡的倒角面为圆弧曲面或平面，倒角面从结晶器上口到下口有自然倒锥度；窄面铜板两端与宽面铜板形成的夹角为90°，两端倒角面的平台宽度为0～6mm；倒角面自带有锥度。实现了多品种、多规格的成熟工业化应用，不仅消除了连铸板坯的角横裂纹，也避免了角纵裂纹缺陷。适用的连铸板坯厚度规格范围为130～420mm，宽度规格范围为1000～3000mm。配套的连铸工艺可靠、稳定。并且结构相对简单、推广性强。

Description

一种自带锥度连铸板坯倒角结晶器

技术领域

本发明属于炼钢-连铸技术领域，特别是提供一种自带锥度的连铸板坯倒角结晶器。

背景技术

常规连铸板坯的角横裂纹缺陷问题是长期困扰冶金工业者的难题，目前常规板坯连铸过程中所使用的结晶器绝大多数是由两块彼此相对的宽面铜板和两块彼此相对的窄面铜板组装在一起所构成，宽面铜板和窄面铜板的夹角为直角，钢水在这种结晶器中凝固时角部由于是二维传热，所以该部位凝固快、收缩早、往往与结晶器铜板间形成气隙，造成角部凝固壳比较薄，容易产生角部纵裂纹缺陷。更主要的是，这种直角连铸板坯在二冷区由于边角部冷却速度快而导致连铸板坯表面凝固不均匀，很容易出现角部横裂纹。存在角部缺陷的连铸板坯不得不进行切角处理，以免在后续轧制的钢板边部产生裂纹缺陷，而连铸板坯的切角处理则大大地增加了生产成本、降低了生产效率。另外，直角连铸板坯的棱角容易在热轧板卷上造成纵向的“黑线”缺陷，造成生产成本的增加。为了消除这些缺陷，尝试在结晶器窄面铜板上设计加工倒角结构，这种结晶器称之为倒角结晶器。

连铸板坯倒角结晶器技术曾经在很多世界先进钢铁企业都展开过开发和研制工作，如奥钢联林茨钢厂、日本新日铁以及国内宝钢等企业，但这些企业都没有进行过大规模工业应用，其中新日铁、奥钢联林茨钢铁厂虽然都进行了连铸板坯倒角结晶器的开发工作，但终因在技术上无法实现突破而中止了该项研究。国内其它钢厂如武钢、鞍钢和梅钢等都曾提出过连铸板坯倒角结晶器的思想，但都没有展开相关的试验工作，目前仍在进行相关研究的钢铁企业有宝钢，但仍处于试验阶段，尚未进行大规模工业应用。

首钢是国内外首家倒角结晶器在多钢种上实现稳定应用的钢铁企业，但在连铸板坯倒角结晶器在早期开发和应用中，发现倒角铜板倒锥度工艺对连铸板坯的角部质量影响很大，如果倒锥度设定不合理，则在倒角连铸坯的倒角面上经常会出现角部纵裂纹缺陷，倒角连铸板坯角部纵裂纹缺陷的产生是由于两方面的原因，一方面，结晶器倒角铜板倒锥度不足，则结晶器内连铸板坯倒角部位与结晶器铜板之间容易产生气隙，气隙的产生使倒角部位坯壳向结晶器的传热慢、坯壳温度高而且薄弱；另一方面，远离角部的坯壳与结晶器铜板接触良好，坯壳向结晶器的传热快、坯壳相对较厚，这样结晶器内连铸板坯坯壳表面由于凝固收缩而产生的拉应力容易集中在坯壳薄弱、温度高的倒角面上，从而在此处产生纵裂纹。在实际应用过程中发现，仅仅增加铜板窄面的锥度也很难彻底消除角纵裂，而如果倒角铜板倒锥度过大，则倒角连铸板坯与铜板间的摩擦力增加而易出现表面横裂纹，所以应该从倒角结晶器铜板结构设计本身和倒锥度工艺两方面出发来解决连铸坯角部裂纹问题，确保倒角部位坯壳均匀稳定生长、同时避免连铸板坯表面横裂纹的产生。

中国专利200720089029.7公开了一种矩形内腔横截面四个角为过渡曲面的板坯结晶器，该专利所述过渡曲面的圆弧半径为4-150mm，该曲面与宽面铜板接触面倒角半径为2-10mm。该设计窄面铜板与宽面铜板接触部分夹角小于90°，存在连铸过程中导致漏钢事故的隐患，而且没有考虑倒角面自身锥度，倒角连铸板坯容易出现角部纵裂缺陷。

中国专利200720175143.1公开了一种矩形内腔横截面四个角为圆弧过渡面的板坯结晶器，该专利所述圆弧过渡面两端分别与宽面和窄面铜板相切。该设计存在窄面铜板两端容易变形的缺陷，而且没有考虑倒角面自身锥度，倒角连铸板坯容易出现角部纵裂缺陷。

中国专利200720067413.7公开了一种板坯结晶器，该专利所述窄面铜板内凹呈圆弧形。该设计没有明确关键部位的尺寸，存在窄面铜板两端容易变形的缺陷，而且没有考虑倒角面自身锥度，倒角连铸板坯容易出现角部纵裂缺陷。

中国专利200520089594.4公开了一种矩形内腔横截面四个角带凸沿的板坯结晶器，凸沿与宽面和窄面铜板夹角均为45°，凸沿直边长度为1-15mm。该设计倒角部位尺寸偏小，对改善连铸坯角部横裂纹效果有限，而且没有考虑倒角面自身锥度，倒角连铸板坯容易出现角部纵裂缺陷。

中国专利200920035404.9公开了一种矩形内腔横截面四个角为圆弧过渡面的板坯结晶器，该专利所述圆弧过渡面两端分别与宽面和窄面铜板圆滑过渡。该设计存在窄面铜板两端容易变形、从而导致连铸过程中发生漏钢事故的缺陷，而且没有考虑倒角面自身锥度，倒角连铸板坯容易出现角部纵裂缺陷。。

中国专利201020205143.3公开了一种倒角部位采用圆孔冷却水道的板坯结晶器，其圆孔水道冷却方式，不但结构形式复杂，并且难以维护清理，实用性较差，而且没有考虑倒角面自身锥度，倒角连铸板坯容易出现角部纵裂缺陷。

除此之外，与连铸板坯倒角结晶器相配套的连铸工艺在公开的专利上并无涉及。

基于以上情况，发明一种自带锥度的连铸板坯倒角结晶器及连铸工艺，旨在消除连铸板坯角部裂纹缺陷。

发明内容

本发明是提供一种自带锥度的连铸板坯倒角结晶器及连铸工艺，实现了多品种、多规格的成熟工业化应用，可以有效消除连铸板坯的角部横裂纹和角部纵裂纹缺陷，结构相对简单、推广性强，连铸工艺可靠、稳定。本发明适用的连铸板坯厚度规格范围为130～420mm，宽度规格范围为1000～3000mm。配套的连铸工艺可靠、稳定，具有原创性。并且结构相对简单、推广性强。

本发明包括相对宽面铜板(宽度为1200mm～3000mm、高度为700mm～1000mm、厚度为20mm～680mm)和相对窄面铜板(宽度为200mm～500mm、高度为700mm～1000mm、厚度为20mm～80mm)，两相对宽面铜板和两相对窄面铜板组装在一起构成，窄面铜板内表面向宽面铜板内表面过渡的倒角面为圆弧曲面或平面，倒角面从结晶器上口到下口有自然倒锥度。

窄面铜板两端与宽面铜板形成的夹角为90°，窄面铜板两端倒角面的平台宽度为0～6mm。以窄面铜板与宽面铜板组合后的以单个倒角面来论述：倒角面为平面或者圆弧曲面，倒角面自带有锥度：当倒角面为平面时，倒角面在结晶器上口的长度为20mm～120mm，倒角面在结晶器下口的长度比为18～110mm，倒角面从上口到下口自然过渡；

当倒角面为曲面时，倒角面在结晶器上口弧形半径为15～300mm，倒角面在结晶器下口弧形半径10-280mm，倒角面从上口到下口自然过渡；过渡曲面与窄面和平台交界处倒角半径为0～8mm；

除了倒角面自身带有锥度的设计以外，倒角面周向也采用了自带锥度的设计。从倒角面与宽面铜板交接处往窄面铜板方向倒角面自身有一个逐渐增加的锥度，增加的锥度值为0.4-3mm。

倒角部位冷却方式为水缝冷却，倒角部位的水缝与铜板窄面水平方向成30～85°夹角，水缝长度为15～65mm，水缝宽度3～15mm。

自带锥度的倒角结晶器宽面铜板冷却水流量为1000～8000L/min，窄面铜板冷却水流量100～1300L/min。

自带锥度的倒角结晶器在浇注连铸板坯时单侧窄面铜板锥度系数为0.50～1.50％。

本发明具有以下优点：

(1)结晶器窄面自带锥度倒角结构形式的设计，可以有效提高铸坯角部温度，分散角部应力，同时，自带的锥度更好的适应了钢水凝固收缩特性，并对倒角部位起到足够的支撑作用，从而消除连铸板坯角部缺陷。

(2)倒角部位的水缝设计简洁有效、便于维护，同时能够有效保证铸坯坯壳的冷却均匀性。

(3)与自带锥度倒角结晶器相配套的连铸工艺，能够提高生产的稳定性和保证铸坯质量，并且能够扩大倒角结晶器的应用范围，应用基本覆盖了大多数钢种和多数规格连铸板坯，有很强的通用性。

附图说明

图1是宽面、窄面倒角结晶器铜板组合及曲面型倒角面的俯视图。其中，窄面结晶器铜板1、曲面型倒角面在结晶器上口2、曲面型倒角面在结晶器下口3、倒角面的端部4、窄面铜板倒角面冷却水缝5、宽面铜板6、曲面倒角面与宽面铜板交接处往窄面铜板方向倒角面自身增加的锥度7。

图2是平面型倒角面的俯视图。其中，平面型倒角面在结晶器上口8、平面型倒角面在结晶器下口9、直面倒角面与宽面铜板交接处往窄面铜板方向倒角面自身增加的锥度10。

具体实施方式

包括相对宽面铜板和相对窄面铜板；其特征在于：由两相对宽面铜板和两相对窄面铜板组装在一起构成，窄面铜板内表面向宽面铜板内表面过渡的倒角面为圆弧曲面或平面，倒角面从结晶器上口到下口有自然倒锥度；窄面铜板两端与宽面铜板形成的夹角为90°，窄面铜板两端倒角面的平台宽度为0～6mm；倒角面自带有锥度。

当倒角面为平面时，倒角面在结晶器上口的长度为20mm～120mm，倒角面在结晶器下口的长度比为18～110mm，倒角面从上口到下口自然过渡。当倒角面为曲面时，倒角面在结晶器上口弧形半径为15～300mm，倒角面在结晶器下口弧形半径10-280mm，倒角面从上口到下口自然过渡；过渡曲面与窄面和平台交界处倒角半径为0～8mm。

实施例1

某钢厂在连铸机浇铸220mm×2000mm连铸板坯时采用了本发明的自带锥度的倒角结晶器，结晶器窄面铜板两端与宽面铜板形成的夹角为90°，两端平台宽度为3mm，倒角面结晶器上口弧形半径为120mm、结晶器下口弧形半径为105mm，过渡曲面与窄面和平台交界处倒角半径为2mm，从倒角面与宽面铜板交接处往窄面铜板方向倒角面自身锥度值为1.0mm。倒角部位冷却水缝与水平面成80°夹角，水缝长度为30mm，水缝宽度6mm，结晶器宽面铜板冷却水量为4000L/min，结晶器窄面铜板单侧冷却水量为250L/min，窄面铜板锥度系数为1.10％。所浇铸连铸板坯没有角部裂纹缺陷，所轧制20～60mm钢板表面没有边裂缺陷。

实施例2

某钢厂在连铸机浇铸250mm×1800mm连铸板坯时采用了本发明的自带锥度的倒角结晶器，结晶器窄面铜板两端与宽面铜板形成的夹角为90°，两端平台宽度为1mm，倒角面结晶器上口弧形半径为80mm、结晶器下口弧形半径为65mm，过渡曲面与窄面和平台交界处倒角半径为6mm，从倒角面与宽面铜板交接处往窄面铜板方向倒角面自身锥度值为1.5mm。倒角部位冷却水缝与水平面成70°夹角，水缝长度为35mm，水缝宽度5mm，结晶器宽面铜板冷却水量为5000L/min，结晶器窄面铜板单侧冷却水量为350L/min，窄面铜板锥度系数为1.20％。所浇铸连铸板坯没有裂纹，所轧制40～80mm钢板表面没有边裂缺陷。

实施例3

某钢厂在连铸机浇铸320mm×2400mm连铸板坯时采用了本发明的自带锥度倒角结晶器，结晶器窄面铜板两端与宽面铜板形成的夹角为90°，两端平台宽度为2mm，倒角面为平面，结晶器上口倒角面长度为50mm、结晶器下口长度为48mm，过渡面与窄面和平台交界处倒角半径为3mm，从倒角面与宽面铜板交接处往窄面铜板方向倒角面自身锥度值为2mm。倒角部位冷却水缝与水平面成65°夹角，水缝长度为40mm，水缝宽度6mm，结晶器宽面铜板冷却水量为6000L/min，结晶器窄面铜板单侧冷却水量为500L/min，铜板锥度系数为1.25％。所浇铸连铸板坯没有裂纹，所轧制40～120mm钢板表面没有边裂缺陷。

Claims

1.一种自带锥度连铸板坯倒角结晶器，包括相对宽面铜板和相对窄面铜板；其特征在于：由两相对宽面铜板和两相对窄面铜板组装在一起构成，窄面铜板内表面向宽面铜板内表面过渡的倒角面为圆弧曲面或平面，倒角面从结晶器上口到下口有自然倒锥度；窄面铜板两端与宽面铜板形成的夹角为90°，窄面铜板两端倒角面的平台宽度为0～6mm；倒角面自带有锥度：

当倒角面为平面时，倒角面在结晶器上口的长度为20mm～120mm，倒角面在结晶器下口的长度比为18～110mm，倒角面从上口到下口自然过渡；

当倒角面为曲面时，倒角面在结晶器上口弧形半径为15～300mm，倒角面在结晶器下口弧形半径10-280mm，倒角面从上口到下口自然过渡；过渡曲面与窄面和平台交界处倒角半径为0～8mm。

2.根据权利要求1所述的自带锥度连铸板坯倒角结晶器，其特征在于：从倒角面与宽面铜板交接处往窄面铜板方向倒角面自身有一个逐渐增加的锥度，增加的锥度值为0.4-3mm。

3.根据权利要求1所述的自带锥度连铸板坯倒角结晶器，其特征在于：倒角部位的水缝与铜板窄面水平方向成30～85°夹角，水缝长度为15～65mm，水缝宽度3～15mm。

4.根据权利要求1所述的自带锥度连铸板坯倒角结晶器，其特征在于：宽面铜板冷却水流量为1000～8000L/min，窄面铜板冷却水流量100～1300L/min。。

5.根据权利要求1所述的自带锥度连铸板坯倒角结晶器，其特征在于：在浇注连铸板坯时单侧窄面铜板锥度系数为0.50～1.50％。