一种连铸坯凸辊余热轧制设备及工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用连铸坯余热对连铸坯进行凸辊乳制的设备及工艺，属于连铸坯乳制设备及工艺技术领域。
【背景技术】
[0002]在连铸坯乳制工艺中，对于矩形或方形的特殊钢连铸坯，尤其是大断面的中高碳连铸坯，由于钢种特性的原因，在凝固后会产生体积收缩，并不可避免地会产生较为严重的中心偏析、疏松及缩孔。
[0003]目前，特殊钢棒线材的生产流程一般是:初炼(转炉或电炉)一精炼(LF或VD或RH)—连铸一铸坯缓冷(或热送)一加热一(开坯一缓冷一加热)一连乳成材。采用上述工艺流程时，为提高质量，一般会在连铸阶段采取低过热度、控制拉速、电磁搅拌、动态轻压下等措施，即使这样，连铸坯的偏析及缩孔、疏松等质量指标依然会对最终钢材产品造成质量影响，产生网状、带状等产品质量缺陷，影响产品性能。所以对于产品质量要求高的轴承钢、弹簧钢、齿轮钢等高端产品，通常还会采用二火成材工艺，使用大断面连铸坯生产小规格产品，以增大压缩比，这样的工艺流程长，能耗高，成本很高。
[0004]还有一种连铸坯液芯压下工艺，是指在连铸坯的凝固末端，芯部为液态或者半凝固状态时，进行单道次或多道次的大压下，其本质是把芯部液芯挤回液相穴，以消除中心疏松和偏析等，改善铸坯内部质量，细化组织。这种工艺的大压下装置是布置在连铸机铸流上，在连铸坯未经切割之前进行在线的动态压下。此时温度高，变形容易，但由于压下为在线变形，铸坯未经切断，其转速必须和铸机的拉速匹配，大压下装置的速度波动会直接影响结晶器的液面稳定，易造成液面波动形成卷渣，影响铸坯纯净度。另外，这种工艺的压下温度窗口期小，时机转瞬即逝，必须对连铸机的冷却、拉速、振动、电搅等参数和大压下装置联控，对控制系统要求高，对温度的控制要求高。而且每流都需要单独布置一台设备，空间狭小，投资大，质量风险高。
[0005]本发明的原理是:在连铸坯中心刚刚凝固并在连铸机切割定尺完成后，利用其表面温度低心部温度高的坯料温差条件，通过在连铸坯上下表面双向施加一合适压力，产生一定的压下量，同时通过乳机速度控制变形速度，使金属变形深入到铸坯心部，通过金属流动补偿连铸坯的收缩，消除中心疏松和缩孔，并打断枝晶偏析及晶界偏析，创造细化晶粒组织均匀化条件，并通过后续的乳钢线乳制减轻中心偏析，实现组织性能均匀。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种连铸坯凸辊余热乳制设备及工艺，这种乳制设备布置在连铸坯切割后送乳钢线前的位置，采用凸辊对称双向压下方式对连铸坯进行乳制，可以替代连铸坯开坯二火成材的凸辊余热乳制设备和工艺，用于有效改善连铸坯内部质量。
[0007]解决上述技术问题的技术方案是: 一种连铸坯凸辊余热乳制设备，它包括专用乳机、立辊导入机构、立辊导出机构、乳机输入辊道、乳机输出辊道、乳前冷床、乳后冷床、前连铸坯横移装置和后连铸坯横移装置，乳前冷床和乳后冷床分别安装在专用乳机的两端，前连铸坯横移装置和后连铸坯横移装置分别安装在乳前冷床和乳后冷床上，前连铸坯横移装置通过乳机输入辊道与立辊导入机构相连接，后连铸坯横移装置通过乳机输出辊道与立辊导出机构相连接，立辊导入机构和立辊导出机构分别与专用乳机的导入部分和导出相连接，专用乳机由机架、凸型辊、万向节轴、齿轮机座、减速机、电机构成，凸型棍安装在机架上，万向节轴与凸型棍相连接，万向节轴与驱动齿轮相连接，驱动齿轮安装在齿轮机座上，电机通过减速机与驱动齿轮相连接。
[0008]上述连铸坯凸辊余热乳制设备，所述由专用乳机、立辊导入机构、立辊导出机构、乳机输入辊道、乳机输出辊道、乳前冷床、乳后冷床、前连铸坯横移装置和后连铸坯横移装置组成的乳制设备布置在连铸坯火焰切割机和乳钢车间热送辊道之间，在乳机输入辊道上安装有感应补热装置和辊道保温罩，在乳机输入辊道和立辊导入机构之间安装测温装置，感应补热装置和测温装置分别与温度控制装置相连接。
[0009]上述连铸坯凸辊余热乳制设备，所述凸型辊由上乳辊和下乳辊组成，上乳辊和下乳辊的中间部分为凸型辊环，凸型辊环的表面为圆弧状，凸型辊环的宽度小于连铸坯的宽度。
[0010]—种使用上述连铸坯凸辊余热乳制设备的连铸坯凸辊余热乳制工艺，它采用以下步骤:
a.连铸坯通过拉矫机拉出，此时连铸坯已完全凝固，液相比为0%，经过火焰切割机切断成要求的定尺长度后，通过输出辊道快速输送至乳前冷床；
b.前连铸坯横移装置将连铸坯横移至乳机输入辊道，高温连铸坯由乳机输入辊道向前输入，由立辊导入机构扶正导入专用乳机；
c.导入专用乳机后，连铸坯通过凸型辊的上乳辊和下乳辊咬入，在连铸坯上下表面中间位置对称压入进行乳制；
d.乳制完成后由立辊导出机构导出到乳机输出辊道上，向前输送到乳钢车间热送辊道送往乳钢车间进行成品乳制，或者由后连铸坯横移装置横移至乳后冷床，收集吊装到连铸坯缓冷坑进行缓冷处理。
[0011]上述连铸坯凸辊余热乳制工艺，所述本乳制工艺适用的连铸坯上下表面中间带和心部的温度差为300?500°C;连铸坯的开乳温度以连铸坯上表面中间位置温度为准，控制在750?950°C之间；开乳时连铸坯表面中间位置与角部的温差< 150°C。
[00?2]上述连铸还凸棍余热乳制工艺，所述乳制线速度在0.05?0.2m/s之间。
[0013 ]上述连铸还凸棍余热乳制工艺，所述凸型棍单向乳制一个道次，按照乳棍凸起棍型最高点的单面压下量为20_?50_，乳制带的宽度约占连铸坯乳制表面宽度的1/3?1/2。
[0014]上述连铸坯凸辊余热乳制工艺，所述连铸坯通过乳机输入辊道时可以选择性使用感应补热装置和辊道保温罩，依据不同钢种的切割后的表面温度来确定感应补热装置使用与否或使用数量，保证连铸坯的开乳表面温度不低于下限值。
[0015]本发明的有益效果是:
本发明的乳制工艺是在连铸坯连铸完成后，心部完全凝固(无液态存在)，利用连铸坯表面温度低，内部温度高的温度场状态，利用钢铁材料高温低温的塑性及变形差异，在低温的连铸坯表面施加一定压力，产生一定的压下量，通过低温难变形表层将压力渗透传递到连铸坯的高温心部，使高温的塑性好的心部产生金属流动和变形，通过压缩焊合缩孔和疏松，消除或减轻中心缩孔、疏松，打断枝晶，创造细化晶粒组织均匀化条件，在后续的乳钢线乳制时会减轻中心偏析，实现组织性能均匀。
[0016]与现有的在线液芯多机架大压下技术相比，本发明工艺有以下主要优点:
(I)连铸坯乳制的时间点不同。本发明工艺是在连铸坯芯部完全凝固之后，经过火焰切割定尺后进行乳制变形的工艺，和已有的连铸坯凝固末端的液芯压下技术相比，工艺的压下温度窗口期大，控制容易。
[0017](2)采用独立的乳制设备。本发明的乳制设备和工艺独立设置，与连铸拉坯不进行联控，分别进行作业，互不影响，因此对连铸工艺的参数控制相对单一，不会因为乳制过程的波动影响连铸机的过程稳定，如影响结晶器的液面控制，影响拉速的稳定，造成结晶器液面波动而产生连铸坯缺陷。
[0018](3)工艺布置位置不同。本发明工艺和已有技术的压下机构布置于连铸流切割机之前不同，本发明的专用乳机布置于连铸机的切割机构之后，所有机流共用一台乳机。
[0019](4)本发明工艺采用乳机压下能力大于3000kN，设备利用率高，每台连铸机后部布置一架乳机即可满足连铸坯所有铸流的生产，投资小。
[0020](5)本发明的乳制装备由于布置于机流之外，和现有技术的在线布置相比，布置空间大，不受限，布置容易，操作维护方便。
[0021](6)和已有技术的单向压下技术不同，本发明工艺采用上下双向对称压下，变形区对称，组织性能更加均匀。
[0022](7)采用凸辊余热乳制工艺，在生产轴承钢、弹簧钢、齿轮钢等高碳钢、高合金钢种时，可以替代二火成材工艺，减少或取消开坯工序，乳制流程缩短，相比长流程乳制工艺，能源消耗、生产成本大大降低，效益显著，相比传统工艺优势明显。
[0023](8)本发明工艺采用弧形凸辊，乳制时只对连铸坯中间高温带压下，中间压下量20-50_，连铸坯边缘及角部不接触乳辊、不压下，避免出现因乳制产生的边角部裂纹缺陷。
[0024]采用本发明后，生产边长200mm以上连铸坯中心偏析与疏松评级从2.0-2.5级降低至1.0-1.5级别，成品乳材中心疏松< 1.5级比例从40%提高至95%以上。
[0025]采用本发明方法生产的高碳钢和合金钢线棒材，各元素的中心偏析系数平均值不超过1.05，最大值不超过1.1O0
[0026]本发明可以替代部分轴承钢、弹簧钢等钢种的二辊开坯工艺，乳钢工序成本可以降低30%以上。
【附图说明】
[0027]图1是本发明的结构不意俯视图；
图2是图1的正视图；
图3是本发明的凸型辊及连铸坯乳制示意图；
图4是本发明的凸型辊的辊型示意图。
[0028]图中标记如下:乳钢车间热送辊道1、乳机输出辊道2、立辊导出机构3、机架4、凸型辊5、立辊导入机构6、乳机输入辊道7、火焰切割机8、拉矫机9、电机10、减速机11、齿轮机座12、万向节轴13、乳后冷床14、输出辊道15、乳前冷床16、专用乳机17、测温装置18、后连铸坯横移装置19、前连铸坯横移装置20、感应补热装置21，辊道保温罩22、连铸坯23、上乳辊24、下乳辊25、凸型辊环26。
【具体实施方式】
[0029]本发明的铸坯凸辊余热乳制设备由专用乳机17、立辊导入机构6、立辊导出机构3、乳机输入辊道7、乳机输出辊道2、乳前冷床16、乳后冷床14、前连铸坯横移装置20、后连铸坯横移装置19、测温装置18、感应补热装置21，辊道保温罩22组成。
[0030]本发明的铸坯凸辊余热乳制设备布置在连铸坯火焰切割机和乳钢车间热送辊道之间。由于本乳制设备与连铸拉坯不进行联控，分别进行作业，互不影响，因此对连铸工艺的参数控制相对单一，不会因为乳制过程的波动影响连铸机的过程稳定，如影响结晶器的液面控制，影响拉速的稳定，造成结晶器液面波动而产生连铸坯缺陷。本发明的乳制装备由于布置于机流之外，和现有技术的在线布置相比，布置空间大，不受限，布置容易，操作维护方便。
[0031]本发明的专用乳机17布置于炼钢车间连铸机铸坯切割之后，在满足工艺长度的情况下，布置上尽量减少距离，采用离线高速输送，以减少输送时间。
[0032]图1、2显示，乳前冷床16和乳后冷床14分别安装在专用乳机17的两