[发明专利]降低薄板坯连铸液芯压下过程边角部应力的装备及工艺

说明书

本发明提供一种降低薄板坯连铸液芯压下过程边角部应力的装备及工艺，涉及钢的薄板坯连铸连轧技术领域。装备包括二冷配水系统和窄面高斯凹形曲面结晶器，结晶器工作面自上而下均为以其横向宽度中心线为对称呈高斯曲线分布的凹形结构，且工作面沿高度方向为直线或迎合坯壳窄面凝固收缩特性的连续变化曲线结构，各水槽横截面中心连线凹向工作面。工艺中，采用窄面高斯凹形曲面结晶器、宽面整体缓冷却配水工艺进行动态配水，控制铸坯各阶段的温度。本发明出结晶器的铸坯窄面中部区域变形过渡更显著，更有助于铸坯在液芯压下过程窄面金属向宽展方向流动，铸坯液芯压下过程角部温度更高，更显著降低铸坯边角部压下应力。

技术领域

本发明涉及钢的薄板坯连铸连轧技术领域，尤其涉及一种降低薄板坯连铸液芯压下过程边角部应力的装备及工艺。

背景技术

薄板坯连铸连轧工艺开发于上世纪80年代末、90年代初，是一种全新的短流程带钢生产新工艺，显著区别于目前传统带钢生产工艺，具有显著节能、高产品合格率、生产工艺简化、产线简短、产品生产周期短等优点，近年来发展十分迅速。

连铸液芯压下是CSP等薄板坯连铸连轧工艺的核心技术，其又称软压下，可有效减少轧机数量并改善铸坯中心偏析、提高生产率等优点。其核心工艺为：对出结晶器内部仍然存有大量未凝固液芯的薄板坯，于连铸机扇形Ⅰ段内对其施加10～20mm范围大变形压下，达到显著减薄连铸坯的目的。在该过程，若铸坯角部温度等控制不当，极易在液芯压下作用下极易因应力集中而产生铸坯边角部开裂。

结晶器是薄板坯连铸产线的核心部件，其内腔形状及结构曲线直接决定了铸坯坯型结构，进而影响铸坯在后续凝固与变形条件下的受力行为。目前，国内外传统CSP、FTSR等薄板坯结晶器窄面均为平板结晶器。出结晶器后的铸坯受足辊区、格栅区以及扇形Ⅰ段强冷却作用，过冷的铸坯窄面及角部在扇形Ⅰ段内压下过程由于窄面金属无法沿其宽展方向高效流动，压下应力极易在铸坯边角部集中。

为了降低薄板坯在液芯压下过程的边角部应力，申请号为201020149011.3的实用新型专利，公布了一种工作面为内凹弧面结构、冷却水槽轴线共线排布的薄板坯连铸机结晶器窄面铜板结构。其出发点是通过钝角化铸坯角部并使其远离冷却水槽而减缓铸坯角部传热，提高铸坯进入液芯压下段后的角部温度，降低液芯压下过程铸坯边角部的应力。理论上，通过该结晶器窄面工作面弧形结构设计，铸坯出结晶器的窄面亦为弧形结构，有利于铸坯窄面金属在液芯压下过程沿宽展方向流动，进一步减低铸坯液芯压下过程的边角部应力。

然而，在实际实施过程中，薄板坯在连铸二冷足辊区、格栅区以及扇形Ⅰ段内的冷却强度很大，该专利结晶器结构所减缓的坯壳角部传热对进入液芯段内的铸坯角部温度影响十分有限。同时，该结晶器窄面结构设计，针对当前主流70mm～90mm厚的薄板坯连铸而言，其出结晶器的铸坯窄面中心与其对应内弧与外弧角部连线间的垂直高度仅为2.27mm～4.87mm，对促进铸坯窄面金属流动的作用亦十分有限。

此外，申请号为201120089500.9、200720089029.7的实用新型专利，亦公布了角部区域弧形结构的曲面铜板，其出发点均是为了提高薄板坯角部在弯曲、矫直等过程的温度，未提及降低薄板坯液芯压下过程角部应力的作用。

在实际薄板坯连铸生产过程，铸坯液芯压下过程边角部受力行为除了受坯型结构影响外，还与铸坯在该过程的边角部温度高低息息相关。而铸坯在高温区的角部温度主要受二冷足辊区、格栅区以及扇形Ⅰ段冷却强度控制。目前，在薄板坯连铸生产领域，针对铸坯温度场的控制，主要着眼于铸坯在矫直等过程边角部温度控制，对于铸坯液芯压下过程边角部温度控制的报道较少见。

因此，结合实际薄板坯连铸生产工艺与装备，开发一种可显著降低薄板坯连铸液芯压下过程边角部应力的工艺及配套装备，对降低铸坯边角部压下裂纹产生具有重要的现实意义。

发明内容