專利名稱：直弧型鑄機低合金鋼板坯連鑄足輥段窄面冷卻方法
技術領域：
本發明涉及金屬連鑄坯冷卻和表面質量控制技術領域，尤其是一種消除低合金鋼鑄坯角部橫裂紋缺陷的金屬連鑄坯冷卻方法。

背景技術：
目前，含釩微合金化鋼種裂紋敏感性強。在連鑄生產過程中，因高溫下固溶的V在溫度降低時以V(CN)形式在奧氏體晶界呈動態析出或靜態析出，增加了裂紋敏感性。尤其是對于直弧型鑄機板坯連鑄機，鑄坯在彎曲區域，鑄坯內弧側和外弧側分別受到壓應力和張應力，而在矯直區域，鑄坯內弧側和外弧側分別受到張應力和壓應力，鑄坯在張應力作用下，因振痕的缺口效應產生應力集中，加速裂紋的形成和擴展。因此，采用直弧型鑄機板坯連鑄機生產含釩低合金鋼時，若鑄坯窄面冷卻均勻性差，鑄坯角部極易產生角橫裂紋。又由于鑄坯上產生的角橫裂紋在生產中無法清理，帶缺陷的鑄坯軋制后，熱軋板卷邊部會產生表面裂紋缺陷。某鋼廠2003年建成投產的直弧型板坯連鑄機所澆低合金鋼鑄坯角部橫裂紋缺陷率為100％，導致鑄機只能生產強度低、塑性好的低碳鋁鎮靜鋼，不能滿足擴大連鑄品種的生產需要。因此，生產合格的鑄坯是生產優質含釩微合金化鋼的關鍵環節，而研究開發與含釩鋼相適應的連鑄坯窄面冷卻控制方法是提高鑄坯質量的核心技術。
刊載于1998年1月的《鋼鐵》雜志(第33卷第1期)第22～25頁的《減少含鈮、釩、鈦微合金化鋼連鑄板坯角橫裂紋的研究》——王新華，王文軍，劉新宇等著，報道了通過提高恒拉速率、液面自動控制投入率和鑄機對弧精度，并根據鋼的高溫延塑性特點采用合理的二冷工藝，使寶鋼含鈮、釩、鈦微合金化鋼連鑄坯角橫裂發生率顯著減少，角橫裂指數由19.2減少到3.0。刊載于2006年4月的《首鋼科技》雜志，即2006年第2期，第19～21頁的《含釩船板鋼板坯角部橫裂紋的產生原因及改進措施》——麻慶申，姜中行，徐莉等著，報道了首鋼通過采用低過熱度澆鑄，過熱度低于25℃，保持拉速和結晶器液面穩定，減少二冷配水量，降低冷卻強度，適當提高拉速，使高強船板鋼板坯角部橫裂發生率由11.80％降至0.10％。
在上述研究中均只對連鑄工藝尤其是二冷工藝進行優化，未考慮足輥段冷卻均勻性對減小直弧型鑄機板坯頂彎、矯直區域鑄坯應力及變化速率的影響。因此，對含釩微合金化鋼，僅僅從提高連鑄拉速、改善二冷傳熱方式著手，難以完全消除連鑄板坯角部橫裂紋缺陷。事實上，鑄坯冷卻均勻性尤其是足輥段鑄坯窄面的冷卻均勻性，對連鑄板坯表面裂紋缺陷有較大影響。鑄坯冷卻均勻性是指在澆注過程中，冷卻水沿鑄坯表面冷卻強度的分布，在其他條件一定時，冷卻強度的分布就是冷卻水流密度的分布。為保證鑄坯質量，就要使鑄坯表面各部分均勻冷卻，從而使凝固坯殼厚度生長速度基本相當。否則如果鑄坯表面各部分冷卻強度不一致，就會造成凝固坯殼厚度不均勻，鑄坯在凝固過程產生的熱應力以及鑄坯彎曲和矯直過程產生的機械應力就會集中于坯殼最薄處，從而出現鑄坯裂紋等質量問題。但通過優化直弧型連鑄板坯的足輥段冷卻方法來控制角部橫裂紋缺陷的技術，目前還未見公開報道。


發明內容
為了克服現有直弧型鑄機的連鑄坯不能完全消除角部橫裂紋缺陷的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種直弧型鑄機低合金鋼板坯連鑄足輥段窄面冷卻方法，該方法能夠有效消除低合金鋼鑄坯角部橫裂紋缺陷的產生。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是直弧型鑄機低合金鋼板坯連鑄足輥段窄面冷卻方法，在連鑄直弧型鑄機板坯的足輥段，利用對稱安裝在鑄坯澆鑄方向左右的噴嘴，對窄面進行冷卻，并采用矩形噴嘴對鑄坯左右兩側的窄面同時給予對稱冷卻。
本發明還提供了一種可用于本發明方法的矩形噴嘴，由中空的聯結螺桿、噴頭和聯結螺母組成，聯結螺桿與聯結螺母螺紋連接，聯結螺母將中空的噴頭的端面與聯結螺桿的端面壓緊，噴頭的出水孔為矩形斷面的孔。
本發明的有益效果是考慮到了鑄坯足輥段冷卻均勻性對鑄坯表面裂紋缺陷的影響，用矩形噴嘴替換原來的扁平噴嘴，在噴水冷卻時，噴嘴正對的中心部位冷卻強度與噴嘴四周冷卻強度基本一致，從而提高了足輥段鑄坯窄面冷卻均勻性，減小了鑄坯在頂彎和矯直區域的應力及變化速率。同時，適當減小鑄坯冷卻水量，鑄坯冷卻強度降低，鑄坯表面溫度較高且均勻，鑄坯高溫延塑性能良好，實現了“高溫頂彎”工藝，有利于防止直弧型鑄機鑄坯頂彎過程產生的表面缺陷。也即本發明降低了結晶器下口足輥段的冷卻強度，并改善了鑄坯冷卻的均勻性，可明顯提高鑄坯表面溫度。由于鑄坯表面溫度越高，鋼的延塑性能越好，抵抗變形的能力越強，在直弧型鑄機的彎曲區域，即鑄坯在由直型變為弧型的彎曲過程中，在其它連鑄工藝相同的條件下，鑄坯所受的彎曲應力是一定的。本發明通過提高鑄坯表面溫度，確保鑄坯具有良好的延塑性能，大大增強了鑄坯抵抗彎曲變形的能力，即鑄坯抵抗變形而不產生缺陷的臨界應力值增大。臨界應力值大于彎曲應力值，即可消除因鑄坯彎曲應力過大造成的角部橫裂紋缺陷，進而提高鑄坯質量。本發明不僅能消除P510L、P590L、J55、X52等含釩微合金化鋼等鑄坯角部橫裂紋缺陷，還能消除鑄坯內部角裂和三角區裂紋缺陷；同時，可減少連鑄板坯清理損失，提高金屬收得率；此外，連鑄板坯可實施熱送熱裝工藝，降低加熱爐燃料消耗和鑄坯氧化燒損；因鑄坯缺陷的消除，還可擴大連鑄品種。



圖1是本發明采用的矩形噴嘴的結構示意圖。
圖2是本發明噴嘴布置位置及布置方式示意圖。
圖3是本發明噴嘴布置位置及布置方式另一視向的示意圖。
圖4是現有的扁平噴嘴噴霧形狀示意圖。
圖5是本發明的矩形噴嘴噴霧形狀示意圖。
圖中標記為，1為聯結螺桿，2為噴頭，3為聯結螺母，4為出水孔，5為鑄坯，6為矩形噴嘴，θ為噴射角，箭頭所指為澆鑄方向。

具體實施例方式 下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
如圖1、圖2、圖3和圖5所示，本發明的直弧型鑄機低合金鋼板坯連鑄足輥段窄面冷卻方法，在連鑄直弧型鑄機板坯的足輥段，利用對稱安裝在鑄坯澆鑄方向左右的噴嘴，對窄面進行冷卻，并采用矩形噴嘴6對鑄坯5左右兩側的窄面同時給予對稱冷卻。
所述矩形噴嘴6，是指噴嘴的出水孔為矩形斷面，噴霧形狀為近似矩形的噴嘴，如圖5所示。
所述扁平噴嘴，是指噴嘴的出水孔為橢圓斷面，噴霧形狀為橄欖形的噴嘴，如圖4所示。
所述對稱冷卻，是指相同的噴嘴對稱布置在鑄坯澆鑄方向左右兩側，各噴嘴的噴射角和噴射距離相等、單位時間的水量相同。
根據鑄坯和軋輥的常規尺寸，矩形噴嘴6的布置設計為在鑄坯5左右的噴嘴數量共八個，沿鑄坯澆注方向即縱向的左側和右側各布置四個噴嘴，單側的四個噴嘴沿縱向一字等距排列如圖2所示，沿鑄坯澆注方向即縱向看，鑄坯左側和右側的噴嘴數量為四個；如圖3所示，沿鑄坯寬度方向即橫向看，左側和右側的噴嘴數量為一個。
為進一步提高冷卻強度的均勻性，各噴嘴的噴射中心點設置于鑄坯5窄面的中心線上。
根據相關研究和實驗，在0.8～1.4m/min的工作拉速下鑄坯5窄面冷卻水量W與拉速Vc的關系為W＝36.5Vc+16，冷卻水量W的單位L/min，拉速Vc的單位m/min，鑄坯5窄面左側和右側的冷卻水量各為0.5W。采用這樣的工藝參數，基本能夠消除鑄坯裂紋缺陷。
根據相關研究和實驗，矩形噴嘴6的霧化角θ優選為115°～125°，噴嘴距鑄坯表面的距離宜為75～85mm，單側兩個相鄰水噴嘴間的距離宜為165～195mm；在水壓為0.1～0.6MPa時單個噴嘴的水量宜為6.5～15.9L/min。
如圖1所示，本發明還設計了一種可用于本發明方法的矩形噴嘴6，由中空的聯結螺桿1與聯結螺母3螺紋連接，聯結螺母3將中空的噴頭2的端面與聯結螺桿1的端面壓緊，噴頭2的出水孔4為矩形斷面的孔。
進一步的是，出水孔4的進水端截面積小于出水端截面積，方便在水壓變動情況下調節噴霧的冷卻強度。
實施例1 某轉爐煉鋼廠采用本發明技術來控制P510L汽車梁板用鋼鑄坯角部橫裂紋缺陷。P510L鋼除Fe和少量雜質外的化學組分見表1。在連鑄生產時，采用圖1所示的噴嘴結構，由噴頭2、聯結螺桿1和聯結螺母3三個部分組成，并按表2所示的噴嘴壓力一流量特性設計噴嘴，足輥段窄面噴嘴沿縱向和橫向的布置示意圖見圖2和圖3。在開澆前將鑄坯寬度設定為1050mm，鑄坯厚度設定為200mm，連鑄生產時鑄機拉速為1.40m/min，足輥段窄面水量設定為67.1L/min。澆鑄完畢后，對生產的鑄坯進行表面攤檢和低倍檢驗，檢驗表明鑄坯振痕深度≤0.5mm，鑄坯表面和皮下無角部橫裂紋、三角區裂紋缺陷。
表1P510L鋼除Fe和少量雜質外的化學組分 表2不同水壓時單個矩形噴嘴的冷卻能力 實施例2 某轉爐煉鋼廠采用本發明技術來控制P510L汽車梁板用鋼鑄坯角部橫裂紋缺陷。P510L鋼除Fe和少量雜質外的化學組分見表1。在連鑄生產時，采用同實施例1的噴嘴，足輥段窄面噴嘴沿縱向和橫向的布置示意圖見圖2和圖3。在開澆前將鑄坯寬度設定為1300mm，鑄坯厚度設定為200mm，連鑄生產時鑄機拉速為0.80m/min，足輥段窄面水量設定為45.2L/min。澆鑄完畢后，對生產的鑄坯進行表面攤檢和低倍檢驗，檢驗表明鑄坯振痕深度≤0.8mm，鑄坯表面和皮下無角部橫裂紋、三角區裂紋缺陷。
實施例3 某轉爐煉鋼廠采用本發明技術來控制P590L汽車梁板用鋼鑄坯角部橫裂紋缺陷。P590L鋼除Fe和少量雜質外的化學組分見表3。在連鑄生產時，采用同實施例1的噴嘴，足輥段窄面噴嘴沿縱向和橫向的布置示意圖見圖2和圖3。在開澆前將鑄坯寬度設定為1100mm，鑄坯厚度設定為200mm，連鑄生產時鑄機拉速為1.20m/min，足輥段窄面水量設定為59.8L/min。澆鑄完畢后，對生產的鑄坯進行表面攤檢和低倍檢驗，檢驗表明鑄坯振痕深度≤0.7mm，鑄坯表面和皮下無角部橫裂紋、三角區裂紋缺陷。
表3P590L鋼除Fe和少量雜質外的化學組分 實施例4 某轉爐煉鋼廠采用本發明技術來控制J55石油套管用鋼鑄坯角部橫裂紋缺陷。J55鋼除Fe和少量雜質外的化學組分見表4。在連鑄生產時，采用同實施例1的噴嘴，足輥段窄面噴嘴沿縱向和橫向的布置示意圖見圖2和圖3。在開澆前將鑄坯寬度設定為1200mm，鑄坯厚度設定為200mm，連鑄生產時鑄機拉速為1.10m/min，足輥段窄面水量設定為56.2L/min。澆鑄完畢后，對生產的鑄坯進行表面攤檢和低倍檢驗，檢驗表明鑄坯振痕深度≤0.7mm，鑄坯表面和皮下無角部橫裂紋、三角區裂紋缺陷。
表4J55鋼除Fe和少量雜質外的化學組分 實施例5 某轉爐煉鋼廠采用本發明技術來控制X52石油套管用鋼鑄坯角部橫裂紋缺陷。X52鋼除Fe和少量雜質外的化學組分見表5。在連鑄生產時，采用同實施例1的噴嘴，足輥段窄面噴嘴沿縱向和橫向的布置示意圖見圖2和圖3。在開澆前將鑄坯寬度設定為1250mm，鑄坯厚度設定為200mm，連鑄生產時鑄機拉速為1.00m/min，足輥段窄面水量設定為52.5L/min。澆鑄完畢后，對生產的鑄坯進行表面攤檢和低倍檢驗，檢驗表明鑄坯振痕深度≤0.8mm，鑄坯表面和皮下無角部橫裂紋、三角區裂紋缺陷。
表5X52鋼除Fe和少量雜質外的化學組分
權利要求
1.直弧型鑄機低合金鋼板坯連鑄足輥段窄面冷卻方法，在連鑄直弧型鑄機板坯的足輥段，利用對稱安裝在鑄坯澆鑄方向左右的噴嘴，對窄面進行冷卻，其特征是采用矩形噴嘴(6)對鑄坯(5)左右兩側的窄面同時給予對稱冷卻。
2.如權利要求1所述的直弧型鑄機低合金鋼板坯連鑄足輥段窄面冷卻方法，其特征是所述鑄坯(5)左右的噴嘴數量共八個，沿鑄坯澆注方向即縱向的左側和右側各布置四個噴嘴，單側的四個噴嘴沿縱向一字等距排列。
3.如權利要求1所述的直弧型鑄機低合金鋼板坯連鑄足輥段窄面冷卻方法，其特征在于各噴嘴的噴射中心點設置于鑄坯(5)窄面的中心線上。
4.如權利要求1所述的直弧型鑄機低合金鋼板坯連鑄足輥段窄面冷卻方法，其特征在于在0.8～1.4m/min的工作拉速下鑄坯(5)窄面冷卻水量W與拉速Vc的關系為W＝36.5Vc+16，冷卻水量W的單位L/min，拉速Vc的單位m/min，鑄坯(5)窄面左側和右側的冷卻水量各為0.5W。
5.如權利要求1、2、3或4所述的直弧型鑄機低合金鋼板坯連鑄足輥段窄面冷卻方法，其特征在于噴嘴霧化角θ為115°～125°，噴嘴距鑄坯表面的距離為75～85mm，單側兩個相鄰水噴嘴間的距離為165～195mm；在水壓為0.1～0.6MPa時單個噴嘴的水量為6.5～15.9L/min。
6.用于權利要求1所述直弧型鑄機低合金鋼板坯連鑄足輥段窄面冷卻方法的矩形噴嘴(6)，由中空的聯結螺桿(1)、噴頭(2)和聯結螺母(3)組成，聯結螺桿(1)與聯結螺母(3)螺紋連接，聯結螺母(3)將中空的噴頭(2)的端面與聯結螺桿(1)的端面壓緊，其特征在于噴頭(2)的出水孔(4)為矩形斷面的孔。
7.如權利要求6所述的矩形噴嘴(6)，其特征是出水孔(4)的進水端截面積小于出水端截面積。
全文摘要
本發明公開了一種直弧型鑄機低合金鋼板坯連鑄足輥段窄面冷卻方法，以解決低合金鋼的鑄坯表面角部易出現橫裂紋缺陷的問題，屬金屬連鑄坯冷卻和表面質量控制技術領域。該方法在連鑄直弧型鑄機板坯的足輥段，利用對稱安裝在鑄坯澆鑄方向左右的噴嘴，對窄面進行冷卻，并采用矩形噴嘴(6)對鑄坯(5)左右兩側的窄面同時給予對稱冷卻。本發明還公開了一種用于該方法的矩形噴嘴(6)，其噴頭(2)的出水孔(4)為矩形斷面的孔。本發明降低了結晶器下口足輥段的鑄坯冷卻強度，并改善了鑄坯冷卻的均勻性，尤適用于連鑄鋼種為P510L、P590L、J55、X52等高強度低合金鋼的鑄坯表面角部橫裂紋缺陷消除，還能消除鑄坯內部角裂和三角區裂紋缺陷。
文檔編號B22D11/22GK101147967SQ20071020240
公開日2008年3月26日 申請日期2007年11月6日 優先權日2007年11月6日
發明者永 陳, 趙代瓊, 吳國榮, 曾建華, 楊素波 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院, 攀枝花新鋼釩股份有限公司