CN1208155C - 薄带连铸方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄带连铸方法，即钢水进入结晶辊形成的熔池，经过结晶辊的冷却和轻微轧制形成铸带，在结晶辊出口处，对出结晶辊的铸带沿铸带宽度方向对铸带两面喷吹气体进行强制冷却，使铸带冷却到工艺要求的温度，再经热轧、控制冷却直至卷取。本发明的装置包括两个分设铸带两面的喷吹、连杆传动及同步等机构；喷吹机构包括轴承座、支撑轴、喷嘴等；连杆传动机构包括连杆及连杆驱动装置，连杆与支撑轴相连；同步机构包括移动小车、齿条、齿轮、小车驱动装置等。喷嘴通过支撑轴的回转来调整与铸带的角度；喷嘴与铸带间的距离调整是通过移动小车的同步移动实现。本发明可有效地改善铸带表面和内部质量，提高生产率，扩大生产钢种。
Description
技术领域
本发明涉及薄带连铸工艺和设备技术，特别涉及连铸薄带冷却控制及装置。
背景技术
薄带连铸是直接将钢水浇注成1-5mm薄带的新工艺。目前薄带连铸的基本工艺过程是：结晶辊薄带连铸机(双辊、单辊、轮带式)-密闭室-活套-夹送-热轧(单机架或两机架或无)-控冷-卷取。
目前该工艺存在的主要问题是：
1.凝固终点控制困难。传统的连铸过程，连铸坯经过结晶器、二冷、空冷区才完全凝固，液芯长度23000-30000mm，拉速、钢种、浇铸及二冷制度等工艺变化对凝固终点的影响只要控制在一定的范围内就可以，因此生产的灵活性好，容易控制。而薄带连铸液芯长度只有250-350mm，生产过程要将凝固点基本控制在接触点处。这就给薄带连铸的产业化带来困难。
2.质量不稳定。目前薄带连铸仍不能完全商业化的主要原因是铸带质量不稳定。主要质量问题是表面横裂、纵裂和内部缩松、缩孔等。这是因为：(1)薄带连铸由于冷却快，凝固组织基本是柱状晶。当铸带15出结晶辊5接触点A以后，见图1，由于铸带中心尚未完全凝固，凝固枝晶前端溶质富集的金属液由于发达的柱状晶使其补缩困难，在铸带中心凝固，容易形成缩松、缩孔和偏析。(2)在生产过程中拉速、浇铸温度等工艺参数都可能根据生产情况变化。工艺的变化使凝固终点的位置变化。如果薄带连铸过程中凝固终点在双辊的接触点下方，铸带将会发生漏钢断裂、缩松、缩孔；反之，如果凝固终点在双辊的接触点上方，使轧制力急速增大，铸带在高温区熔融两相区轧制，钢材基本在高温脆性区，极易发生纵裂纹，若轧制力使结晶辊超负荷运转，会发生停转，造成生产停浇甚至钢水在结晶辊溢出，引起安全事故。
3.生产率相对低。薄带连铸虽然拉速是传统连铸的50倍，但由于其厚度是传统铸坯的1/50，因此单机的年生产率低。因此提高铸带的拉速就成为研发追求的目标。当拉速提高后，铸带在结晶辊内停留时间短，铸带来不及在接触点处完全凝固，因此更易发生漏钢，同时由于铸带在出接触点后，铸带表面温度更高，对于不锈钢基本是零强度区间，铸带在重力和夹送辊的拉力作用下，易产生横裂纹。
美国专利US6,273,178B1所公开的技术是在出结晶辊接触点下端，增加气体冷却装置，但其气体冷却装置是边部冷却。其目的主要是解决铸带边部裂纹问题，不是利用凝固收缩应力的思想在整个铸带的断面根本解决凝固问题。另外其冷却装置主要是在水冷的铁块上开孔喷气，冷却不易均匀，而且气量、位置不可调。很难适应扩大产品品种和连铸工艺变化。
日本专利JP-B-3-33053在上密闭室和下密闭室都有气冷装置，其主要的目的是密封密闭室和冷却铸带，并不是控制凝固过程。
日本专利JP-A-5-277654在结晶辊下端φ300-400mm增加了一对外径φ200mm的从动辊，通过从动辊与铸带的接触传热，提高冷却速度。本发明与该方法采用的手段完全不同，本发明是通过气体冷却方式带走热量。专利JP-A-5-277654方式的主要的缺点是存在结晶辊与小辊的速度匹配问题，如果匹配不良，铸带易扭转或打折，生产操作不方便；而且冷却效果差，控制不灵活。
中国专利CN1294536A发明的主要内容是对结晶辊表面沿其长度方向针对各部分的不同状况进行监测，并根据监测结果向结晶辊表面各处喷吹不同的气体。其控制思想是通过控制结晶辊的温度，即控制一次冷却来控制铸带质量；以通过结晶辊辊身方向的气冷控制，解决结晶辊表面温度的均匀性，最终达到控制铸带质量的目的；而且，整套装置是在辊身方向布置一系列通过气体混合室、气体管和喷嘴进行控制，整体设备相对复杂，尤其在上密闭室的位置，给操作和密封带来困难；尤其当结晶辊发生溢钢事故时，系统将受损。
发明内容
本发明的目的在于对铸带凝固末端强制冷却的凝固控制，使铸带产生凝固热收缩应力，在热收缩应力作用下，扩大了凝固补缩角，使金属液得到了补缩，改善铸带缩松、缩孔及偏析等内部质量，同时降低了铸带温度，避开材料高温脆性区，凝固终点可以不用控制在一点上，而是控制在一定的范围。这样，既解决上述现有技术存在的缺点，同时可以提高铸带的拉速，扩大连铸的钢种范围，提高了操作的灵活性。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种薄带连铸方法，钢水经过浸入式水口进入由高速旋转的结晶辊形成的熔池内，经过结晶辊的冷却和轻微轧制形成铸带，再经热轧、控制冷却直至卷取；在结晶辊出口处，对出结晶辊的铸带沿铸带宽度方向对铸带两面进行喷吹气体强制冷却，使铸带快速冷却到工艺要求的温度，获得表面和内部质量良好的铸带。
进一步，其喷吹气体强制冷却是在铸带两面，沿铸带长度方向设置1～4排喷吹组件，如喷嘴等，对铸带两面进行喷吹控制冷却。
本发明用于薄带连铸的控制冷却装置，安装于结晶辊下方，包括两个分设连铸薄带两边的喷吹机构，所述的喷吹机构包括轴承座、支撑轴、多个喷嘴、供气软管、输气总管；其中，轴承座设置于结晶辊下方；支撑轴装设于轴承座；多个喷嘴分别固设于支撑轴；供气软管一端与喷嘴相连通，另一端与输气总管相连通；输气总管与供气系统相连通。
进一步，还包括连杆传动机构，包括连杆及连杆驱动装置；所述的连杆一端与支撑轴相连接，另一端与连杆驱动装置活动连接，推动连杆带动支撑轴回转，使固设于支撑轴上的喷嘴可旋转。
还设有一同步机构，包括两移动小车及设置其上的导轮、齿条和齿轮、导轨、小车驱动装置；两移动小车分设导轨两端，所述的两喷吹机构的轴承座分设于两移动小车上，其中一移动小车通过连杆与小车驱动装置相连接，另一移动小车通过齿轮与齿条啮合，被小车驱动装置驱动，从而两喷吹机构实现同步相对或相背移动。
所述的连杆驱动装置、小车驱动装置为气缸、液压缸或电动缸等各种形式皆可。
本发明的主要优点有：
1.工艺控制灵活，可操作性强。由于本发明增加了凝固末端的强制冷却装置，根据不同的工艺制度结合铸带表面温度测量系统的测试结果，通过调整冷却气体流量和压力，使凝固终点位置的控制从单点控制到一个范围控制，大大提高了工艺控制的灵活性。
2.扩大了生产钢种。根据不同钢种的高温力学性能，制定不同的冷却控制工艺，可以通过调整喷嘴的角度、气体的流量和压力，来实现。从而扩大了生产钢种的类型。
3.改善铸带内部质量。可根据不同拉速、浇铸温度等工艺制度以及不同的生产钢种，通过控制喷嘴到铸带的距离、喷嘴的形式、气体流量、和压力等工艺参数，形成强制冷却，产生凝固热收缩应力，使金属液得到了补缩，从而改善铸带缩松缩孔、偏析等内部质量组织。
4.减少漏钢、改善铸带的表面裂纹。由于采用了本发明，增加了铸带和结晶辊的冷却能力，避免漏钢事故的发生。根据不同钢种的高温力学性能，同时通过调节喷嘴的角度、气体流量和压力，将铸带温度控制在一定范围内，改善表面裂纹。
5.提高生产率。采用本发明后可以将薄带连铸的拉速进一步提高，提高了生产率。
6.可降低成本。采用本发明，增强了结晶辊和铸带的冷却，达到同样的冷却能力，可以减小结晶辊辊径，可大大降低的投资成本和维护成本。
附图说明
图1为双辊薄带连铸连轧示意图。
图2为铸带浇注示意图。
1-钢包 2-长水口 3-中间包
4-浸入式水口 5-结晶辊 6-平台
7-侧封 8-冷却控制装置 9-铸带温度扫描仪
10-摄像机 11-摆动导板 12密闭室
13-渣车 14-夹送辊 15-铸带
图3为本发明控制冷却装置的结构示意图。
16a、16b-轴承座 17a、17b-支撑轴
18a、18b-喷嘴 19a、191b-供气软管
20a、20b-输气总管 21a、21b-软管
22、22a-连杆 23a、23b-连杆驱动装置
24a、24b-移动小车
25a、25b-导轮 26-连杆
27-小车驱动装置 28a、28b-齿条
29-导轨 30-齿轮
31a、31b-压力调节阀 32a、32b-流量计
图4为气体流量对铸带冷却影响。
图5为本发明控制冷却装置的喷嘴距离铸带的距离对铸带冷却影响。
具体实施方式
如图2所示，钢水S从钢包1经过长水口2、中间包3和浸入式水口4进入旋转的水冷结晶辊5形成的熔池内，经过水冷结晶辊5的冷却形成铸带15，通过摆动导板11、夹送辊14将铸带15送至热轧，再经热轧、控制冷却直至卷取。
由于铸带15在出结晶辊5处温度达到1300℃以上，铸带15的高温强度很低。铸带15在重力、夹送辊14拉力等作用下，在出口处很容易出现裂纹甚至漏钢。因此本发明通过在结晶辊5出口处设置控制冷却装置8，根据不同钢种的高温力学性能进行不同冷却工艺，达到提高拉速和控制质量的目的。
如图1、图2所示，本发明是在结晶辊5接触点A下方0-4000mm处，较佳为0-2000mm处，在铸带15两面，设置控制冷却装置8，沿铸带15整个宽度方向对铸带15进行气冷却，达到控制凝固。图2中的8是薄带连铸的控制冷却装置。根据生产产品凝固和高温力学性能，在铸带两面，沿铸带15长度方向设置2排喷吹组件，如喷嘴，形成2个喷吹冷却回路。
由于整个控制冷却装置8在密闭室12内，因此冷却介质为惰性气体，优选氩气和氮气，并根据钢种的不同高温力学性能，选择合适的氩气/氮气比例。喷嘴18a、18b到铸带15的距离50-800mm；最优在50-300mm；气体压力大于0.2-1Mpa。
请参见图3，本发明的控制冷却装置，安装于结晶辊5下方，包括两个分设连铸薄带15两边的喷吹机构及相应的连杆传动机构、同步机构；
喷吹机构，包括轴承座16a、16b、支撑轴17a、17b、多个喷嘴18a、18b、供气软管19a、19b、输气总管20a、20b；支撑轴17a、17b装设于轴承座16a、16b上；喷嘴18a、18b分别固设于支撑轴17a、17b；供气软管19a、19b一端与喷嘴18a、18b相连通，另一端与输气总管20a、20b相连通；输气总管20a、20b通过软管21a、21b与供气系统相连通。
连杆传动机构，包括连杆22、22a及连杆驱动装置23a、23b；连杆22a、22b一端与支撑轴17a、17b相连接，另一端与连杆驱动装置24a、24b活动连接，推动连杆22a、22b带动支撑轴17a、17b回转。
同步机构，包括两移动小车24a、24b及设置其上的导轮25a、25b、齿条28a、28b和齿轮30、导轨29、小车驱动装置27；两移动小车24a、24b分设导轨29两端，两喷吹机构的轴承座16a、16b装设于两移动小车24a、24b上，通过齿轮30与齿条28a、28b配合，小车驱动装置27驱动，两喷吹机构实现同步相对或相背移动。连杆驱动装置23a、23b、小车驱动装置27为气缸或液压缸。
铸带15两侧的两移动小车24a、24b是通过同一齿轮30及齿条28a、28b移动来实现同时的相对或相背移动。其中一移动小车24a由小车驱动装置27推(拉)动，通过安装在移动小车24a上的齿条28a带动齿轮30，再由齿轮30带动齿条28b，而齿条28b是安装在另一移动小车24b上，这样移动小车24b也被推(拉)动作。小车驱动装置27带有位移传感器，可以预设定或实时地调整喷嘴18a、18b与铸带15之间的距离。
移动小车24a、24b可以沿导轨29移动，以便靠近或离开铸带15，因此安装在支撑轴17a、17b上的喷嘴18a、18b可以通过支撑轴17a、17b的回转来调整与铸带15的角度，其旋转角度为±180°，最佳旋转角度为±60°；支撑轴17a、17b通过轴承座16a、16b安装在移动小车24a、24b上，通过移动小车24a、24b的移动调整喷嘴18a、18b与铸带15之间的距离。
喷嘴18a、18b布置在结晶辊5下方，尽可能靠近铸带出口处的铸带15的两侧。喷嘴18a、18b为气喷嘴，如扁平气喷嘴；喷嘴18a、18b的个数根据喷嘴的特性和铸带宽度确定。喷嘴18a、18b向铸带15的喷射角度以及与铸带15表面的距离都可以预设定和调整，或根据密闭室12内设置的温度扫描仪9的测试结果进行实时调整。
铸带15两侧的喷嘴18a、18b气体可以分别控制。内外弧侧冷却强度可根据实际情况而实时调整，与输气总管20a、20b及软管21a、21b相连通的供气系统气体控制包括流量计31a、31b和压力调节阀32a、32b等检测仪表和控制阀门等。
支撑轴17a、17b回转是通过连杆驱动装置24a、24b作用于连杆22a、22b的，连杆驱动装置24a、24b带有位移传感器，因此喷嘴18a、18b的转角可以预设定，也可以实时地进行控制。
所有的转动部位，如齿轮、轴承座、连杆传动等均采用滚动轴承和滑动轴承，并使用耐高温的润滑脂给予润滑，保证动作灵活、准确。为了防止铸带高温辐射，对连杆驱动装置24a、24b、小车驱动装置27还设置了隔热罩。
如果发生漏钢和铸带偏移等异常情况，在生产过程中根据密闭室12内摄像机10(见图2中)，喷嘴18a、18b可以在小车驱动装置27的作用下水平快速回退，避免设备受到损坏。
图4和图5是采用本发明的技术后，气体流量和距离铸带的距离对铸带冷却影响。如图所示，采用本发明技术，根据不同工艺条件采用合理的气体流量和合适的距离，冷却速度增加近1倍，使用效果非常明显。
不同于以往已公开的专利和文献技术，本发明适用于用双辊、单辊、辊带式薄带连铸机浇注厚度1-10mm的金属铸带。
Claims (16)
1.一种薄带连铸方法，钢水经过浸入式水口进入由高速旋转的结晶辊形成的熔池内，经过结晶辊的冷却和轻微轧制形成铸带，再经热轧、控制冷却直至卷取；其特征是，在结晶辊出口处，对出结晶辊的铸带沿铸带宽度方向对铸带两面进行喷吹气体强制冷却。
2.如权利要求1所述的薄带连铸方法，其特征在于，在结晶辊接触点下方0-4000mm处，对出结晶辊的铸带沿铸带宽度方向进行喷吹气体强制冷却。
3.如权利要求1所述的薄带连铸方法，其特征在于，在结晶辊接触点下方0-2000mm处，对出结晶辊的铸带沿铸带宽度方向进行喷吹气体强制冷却。
4.如权利要求1所述的薄带连铸方法，其特征在于，所述的喷吹气体为氮气或惰性气体。
5.如权利要求1所述的薄带连铸方法，其特征在于，在铸带两面，沿铸带长度方向设置1～4排喷吹组件。
6.如权利要求1所述的薄带连铸方法，其特征在于，喷吹气体压力为0.2～1Mpa。
7.如权利要求5所述的薄带连铸方法，其特征在于，喷吹组件到铸带的距离50～800mm。
8.如权利要求5所述的薄带连铸方法，其特征在于，喷吹组件到铸带的最佳距离50～300mm。
9.用于薄带连铸的控制冷却装置，安装于结晶辊下方，其特征在于，包括两个分设连铸薄带两边的喷吹机构，所述的喷吹机构包括，
轴承座，设置于结晶辊下方；
支撑轴，装设于轴承座；
多个喷嘴，分别固设于支撑轴；
供气软管，一端与喷嘴相连通，另一端与输气总管相连通；
输气总管，与供气系统相连通。
10.如权利要求9所述的控制冷却装置，其特征在于，还包括连杆传动机构，包括连杆及连杆驱动装置；所述的连杆一端与支撑轴相连接，另一端与连杆驱动装置活动连接，推动连杆带动支撑轴回转，使固设于支撑轴上的喷嘴可旋转。
11.如权利要求9或10所述的控制冷却装置，其特征在于，所述的喷嘴为气喷嘴。
12.如权利要求9或10所述的控制冷却装置，其特征在于，所述的喷嘴为扁平气喷嘴。
13.如权利要求10所述的控制冷却装置，其特征在于，所述的喷嘴旋转角度为±180°。
14.如权利要求10所述的控制冷却装置，其特征在于，所述的喷嘴旋转角度优选为±60°。
15.如权利要求9所述的控制冷却装置，其特征在于，还设有一同步机构，包括两移动小车及设置其上的导轮、齿条和齿轮、导轨、小车驱动装置；两移动小车分设导轨两端，所述的两喷吹机构的轴承座分设于两移动小车上，其中一移动小车通过连杆与小车驱动装置相连接，另一移动小车通过齿轮与齿条啮合，被小车驱动装置驱动，从而两喷吹机构实现同步相对或相背移动。
16.如权利要求10或15所述的控制冷却装置，其特征在于，所述的连杆驱动装置、小车驱动装置为气缸、液压缸或电动缸等。
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