[发明专利]板坯连铸结晶器

说明书

技术领域

本发明涉及金属连铸辅助装置和连铸板坯表面质量控制领域，尤其是一种能够消除板坯角部裂纹的连铸用的结晶器。

背景技术

连铸结晶器铜板水缝或者说冷却水槽的结构对铸坯角部区域的冷却有非常重要的影响。原设计的窄面铜板靠近角部区域有Φ10mm的冷却水槽，造成铸坯角部区域冷却过强，坯壳角部优先凝固并脱开结晶器铜板，这导致角部区域与铜板之间形成不均匀气隙，因气隙造成的热阻增加使得结晶器内角部区域的传热减弱，坯壳生长速度减慢，角部区域的坯壳最薄。由于结晶器内坯壳受力是很复杂的，当坯壳所受的热应力、钢水静压力、摩擦力等超过其临界应力时将在坯壳最薄弱处产生裂纹。因结晶器铜板水缝太靠近边部，会使得角部区域冷却过强，坯壳收缩过快，气隙过早产生，导致角部区域坯壳生长缓慢，坯壳较薄，容易导致角部纵裂纹的发生。

同时，结晶器冷却制度不合理，结晶器宽窄面坯壳厚度生长不一致时，也易产生表面纵裂纹缺陷。如结晶器窄面冷却较弱时，造成窄面坯壳厚度小于正常坯壳厚度，在钢水静压力作用下，窄面坯壳向两边变形，加大了宽面坯壳中心的应力集中，在宽面坯壳薄弱处发生裂纹；而结晶器窄面冷却较强时，造成窄面坯壳厚度大于宽面坯壳厚度，在钢水静压力作用下，窄面坯壳不易变形，而宽面坯壳受到窄面坯壳的牵扯，在钢水静压力的作用下易向外凸出变形，这样就加大了宽面坯壳中心的应力集中，在坯壳薄弱处易发生纵裂。另外，含碳量在0.08％～0.18％的钢种处于包晶反应的范围内，在结晶器的凝固过程中，线收缩最大，使坯壳和结晶器壁产生气隙，导致凝固的传热不均，进而引起坯壳的不均匀生长，使坯壳产生的应力增大，铸坯容易产生表面裂纹。

因此，只有设计合理的结晶器铜板水缝结构及水流分布，并配合以合理的铸坯工艺，使坯壳均匀冷却，生成厚度均匀的初生坯壳，促进坯壳的均匀生长，才能防止板坯表面纵裂的发生。

2002年2月《钢铁》杂志第37卷第1期第19～22页，转35页，张立、徐国栋、王新华、朱志远著《集装箱用钢连铸坯表面纵裂纹的研究》一文中，报道了宝钢通过采用增加结晶器上部铜板镀层厚度、降低结晶器热流和改用新的二冷工艺等措施，使集装箱钢铸坯表面纵裂纹缺陷发生率降至1％以下。2006年12月《山东冶金》杂志第28卷第6期第13～15页，董金武、刘洪波、高龙永、张松龄著《降低连铸板坯表面纵裂纹的生产实践》一文中，报道了济钢通过选择优化保护渣，严把设备运行质量关，优化成分设计，稳定工艺操作等措施，减少了铸坯表面纵裂纹，铸坯的一次裂纹合格率由50％提高到92％。2006年8月《四川冶金》杂志第28卷第4期第20～22页，谭飞著《连铸坯角部纵裂纹原因分析及对策》一文中，报道了攀钢通过调整结晶器冷却水量，降低结晶器窄面冷却强度，减小连铸坯窄面冷却，低碳铝镇静钢铸坯角部纵裂纹缺陷率由10.0％降至5.3％，普碳钢铸坯角部纵裂纹缺陷率由27.7％降至10.0％。

在上述研究中“优化保护渣、调整结晶器冷却水量、改用新的二冷制度”工艺未与结晶器铜板水缝结构设计结合起来，研究的提高连铸板坯表面质量技术大多局限于连铸工艺的控制，对亚包晶钢或含合金元素较高的钢种的铸坯表面纵裂和角部纵裂纹，难以完全消除。而铜板水缝结构设计是影响结晶器传热的重要因素，若结晶器水槽设计不合理，即使采用上述措施对铸坯质量的控制也只能在一定程度上有所减轻，因此，仅仅从优选连铸保护渣、改善一冷传热和二冷方式三个方面难以完全消除连铸板坯典型钢种铸坯表面纵裂纹缺陷。要保证初生凝固坯壳均匀、稳定的生长，必须考虑结晶器铜板水缝结构设计对铸坯传热的影响，设计合理的结晶器铜板结构尤其是角部区域的水缝结构及尺寸对防止铸坯角部缺陷有重要作用。

公告号为CN2776595，公告日为2006.05.03的中国实用新型专利专利“一种板坯连铸用的异形结晶器”采用在宽面铜板与侧面铜板连接处增加一三角凸沿的方法来减轻铸坯裂纹缺陷，在实际生产中虽也取得了一定的效果，但该方法不仅增加了铜板消耗，且增加了结晶器铜板的安装难度和安装时间，会影响铸机的作业率，同时三角凸沿也会给加工带来较大的难度，若加工精度不能满足要求，则难以起到改善铸坯质量的作用。

公告号为CN2805982，公告日为2006.08.16的中国实用新型专利“可减少铸坯裂纹的板坯连铸机结晶器”采用了改变铜板水槽几何形状的方法，将矩形水槽改变为圆弧形水槽，在实际生产中虽对铸坯质量的改善起到了积极的作用，但在铜板上加工圆弧形水槽的难度明显高于矩形水槽，加工精度难以保证，且铜板加工成本增加，导致炼钢成本上升。

发明内容