防止微合金钢铸坯连铸角裂缺陷的系统及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明提供一种在微合金钢铸坯连铸生产过程中防止产生角部横向裂纹缺陷的 系统及该系统的使用方法，属于连铸设备技术领域。
【背景技术】
[0002] 微合金钢是指在普通软钢和普通高强度低合金钢基体化学成分中添加了微量合 金元素的钢，通常，合金元素的添加量不多于0.20%，添加微量合金元素后，可以使钢的力学 性能指标得到明显改善，但同时微合金钢铸坯表面各类缺陷的发生几率也远远高于其它钢 种的铸坯，这其中就包括角部横向裂纹；角部横向裂纹缺陷在经过乳制工序后会在乳板边 部演变成类似烂边的边部缺陷，从而严重影响板材产品的最终质量。微合金钢铸坯角部横 向裂纹的产生与生产过程中铸坯表面温度和钢中微合金元素的碳化物、碳氮化物在该温度 区间下的析出密切相关，通常，在凝固温度~600°C之间，钢存在三个脆性温度区，即：凝固温 度附近的第I脆性温度区、1200°C附近的第Π 脆性温度区和950°C~700°C区间的第m脆性温 度区，在这些温度区间内，钢所表现出的韧性较差，在外界较大拉力的作用下，钢的基体就 很容易发生断裂产生裂纹;研究表明，钢的第m脆性温度区与铸坯表面横向裂纹关系尤为 密切;这是因为：当铸坯进入连铸机的矫直区域后，受扇形段矫直辊对铸坯所施加的矫直力 影响，铸坯的内弧位置会承受较大的拉应力作用，导致其内弧位置的表面金属发生较大的 塑性变形，当表面金属所承受的应力超过其所能承受的塑性应力极限时，就会沿金属晶界 发生断裂;此外，微合金钢中的Nb、V、Ti、Al等微合金元素与钢中C、N元素生成的氮化物、碳 氮化物会在第m脆性温度区内以纳米级尺寸的微细粒子形式析出，而这些粒子会附着于晶 界处，并对晶界造成破坏，从而对钢延塑性能的影响将更加显著;基于上述原因，连铸现场 对微合金钢铸坯表面的温度范围有着严格的要求，要求铸坯在连铸矫直区内的表面温度要 大于900°C，但同时也考虑到当铸坯表面温度高于950°C时，会对铸坯造成奥氏体晶粒粗大 的缺陷，从而导致最终板材产品的力学性能不符合要求的问题，最终将铸坯在连铸矫直区 内的表面温度控制在900°C~950°C范围内。
[0003] 生产现场控制铸坯在二次冷却区降温的主要途径是通过固定在扇形段上、下框架 上喷淋架的喷枪同时对铸坯的上下两个宽面，即内弧面和外弧面喷洒冷却水，从而实现铸 坯的降温;在降温过程中，铸坯表面的不同位置的降温速度是不同的，这主要体现在铸坯的 角部位置和通常的宽面位置;通常认为，受铸坯断面尺寸的影响，铸坯通常宽面的散热方式 为一维散热，热量沿铸坯内弧表面的法线方向向外界扩散，因此该区域的降温速度较低，而 铸坯角部位置的散热方式为二维散热，热量沿与铸坯角部相邻的宽面和窄面同时向外界扩 散，因此该区域的降温速度要远大于铸坯通常内弧表面的降温速度，从而导致在连铸矫直 区内的铸坯角部温度更容易低于900°C，造成大量铸坯角部横向裂纹的产生;此外，在喷洒 冷却水的过程中，受重力作用的影响，铸坯外弧面所承受的冷却水喷洒强度要弱于内弧面 所承受的冷却水喷洒强度，这就导致铸坯角部横向裂纹缺陷主要集中在内弧位置，因此解 决微合金钢铸坯角部横向裂纹缺陷的重点是有效避免其内弧的角部横向裂纹缺陷的发生。
[0004]现有技术中解决微合金钢铸坯角部横向裂纹缺陷的方法主要有以下几种： (1)、通过在冶炼环节有效控制钢中N含量的方法，从而控制钢中微合金元素的氮化物、 碳氮化物的析出量，解决铸坯的角部横向裂纹的缺陷问题;这种方法尽管能够降低发生铸 坯角部横向裂纹缺陷的几率，但同时会伴随着发生以下问题： ① 、会增加冶炼工艺的复杂程度，进而增加炼钢工序成本； ② 、微合金钢产品主要是依靠钢中微合金元素的氮化物、碳氮化物析出粒子的"钉扎" 效应，来控制钢中的晶粒尺寸，实现产品力学性能的提升，因此钢中过低的N含量会影响到 的最终产品的力学性能。
[0005] (2 )、通过对常温下的铸坯进行"切角"处理，即将铸坯内弧角部沿拉坯方向整体切 除，从而解决铸坯角部横向裂纹的缺陷问题;这种方法能够有效避免将铸坯角部横向裂纹 缺陷带入到乳钢工序环节，从而确保最终产品不会出现"烂边"缺陷，赢得用户的满意，但缺 点是生产劳动强度大，同时会造成大量的金属浪费，影响生产成本。
[0006] (3)、通过人工堵塞连铸矫直区附近扇形段位于铸坯内弧角部上方的喷枪喷头的 方法，避免冷却水直接喷射到铸坯内弧角部，从而降低铸坯内弧角部的冷却强度，确保该位 置温度在900°C~950°C范围内；这种方法虽然能够降低铸坯角部横向裂纹的发生几率，提升 铸坯表面质量的合格率，但该方法的缺点也是十分明显的： ① 、在相同的连铸工艺条件的前提下，由于钢种化学成份的不同，导致铸坯角部的温 度变化存在较大的差异，生产现场需要针对不同的钢种提前对扇形段不同位置的喷头做堵 塞处理；因此，这种方法对钢种的适应性较差； ② 、实施该方法同样存在着生产劳动强度大的问题，不利于大范围的推广。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种防止微合金钢铸坯连铸角裂缺陷的系统 及其使用方法，通过增加二冷水喷淋架升降装置、二冷水流量调节装置和过程控制系统，实 现在不改变喷枪喷射角度和铸坯表面中心区域单位面积上的冷却水量基础上，避免铸坯角 部附近区域被冷却水喷淋到，确保矫直区域内的铸坯内弧角部温度稳定控制在900°0950 °C范围内，有效避免铸坯内弧角部横向裂纹缺陷的发生。
[0008] 解决上述技术问题的技术方案是： 防止微合金钢铸坯连铸角裂缺陷的系统，包括二冷水喷淋架升降装置、二冷水流量调 节装置和过程控制系统，所述二冷水喷淋架升降装置由气压缸1、活塞2和活塞杆3构成，活 塞杆3上端与活塞2连接，活塞2装配于气压缸1中将气压缸分为上腔和下腔，上腔侧壁分别 与上腔进气管4和上腔出气管5连接，上腔进气管4上安装上腔电磁调节阀6,上腔出气管5上 安装上腔电磁开关阀7;下腔侧壁分别与下腔进气管8和下腔出气管9连接，下腔进气管8上 安装下腔电磁调节阀10,下腔出气管9上安装下腔电磁开关阀11;上腔安装有上腔压力传感 器12和位移传感器13,下腔安装有下腔压力传感器14;所述二冷水流量调节装置由安装在 扇形段二冷水主管路上的二冷水流量电磁调节阀15和二冷水流量传感器16构成;所述过程 控制系统由计算机17、分别与计算机17连接进行数据通讯的上腔电磁调节阀PLC18、下腔电 磁调节阀PLC19、上腔电磁开关阀PLC20、下腔电磁开关阀PLC21、气压缸信息反馈PLC22、二 冷水流量电磁调节阀PLC23、二冷水流量反馈PLC24组成;上腔电磁调节阀PLCl 8与上腔电磁 调节阀6相连接，下腔电磁调节阀PLC19与下腔电磁调节阀10相连接;上腔电磁开关阀PLC20 与上腔电磁开关阀7连接，下腔电磁开关阀PLC21与下腔电磁开关阀11相连接;气压缸信息 反馈PLC22同时与上腔压力传感器12、下腔压力传感器14和位移