一种减少微合金化板坯角部裂纹的装置及方法与流程

本发明属于连铸技术领域，特别涉及一种减少微合金化板坯角部裂纹的装置及方法。

背景技术：

蔡开科在对各类连铸坯缺陷的研究中发现，铸坯裂纹问题占各类缺陷的50％以上。铸坯常见表面缺陷包括角部横裂纹、边部纵裂纹、横裂纹、中心纵裂纹、星状裂纹、深振痕、气孔等。大部分铸坯表面缺陷通过保护渣调整，结晶器的振动方式、形状、冷却参数，二冷优化，结晶器液面控制等措施得到了有效解决，但角部横裂纹一直未得到有效解决。在微合金钢的生产中，这种角部横裂缺陷是各类表面缺陷中发生率最高的，现有的解决方法大部分只能减轻其发生率，未能根本解决。

各种表面裂纹的存在减少了铸坯热送量，严重影响生产顺行，尤其角部横裂纹一直是各钢厂难以解决的问题，为了保证轧后产品的质量，不得不对铸坯进行下线清角扒皮处理，不仅制约了热装热送技术的发展，同时也提高了轧制产品的综合成本。

虽然大量研究表明在钢中添加微合金元素铌、钒、钛能大幅提高钢的强度，但连铸过程中微合金元素随铸坯冷却而析出，影响铸坯表面质量。如何在微合金化满足强度的同时，避免角部横裂的发生，就需要从角部横裂纹形成的外因入手。当铸坯所受到的应力超过铸坯本身所能承受的应力时，就会在铸坯表面产生裂纹。连铸过程中铸坯所受到的应力主要包括以下几个反方面：

矫直应力：

在铸坯矫直时，内弧侧凝固坯壳总是受到拉伸应力的作用，当拉伸应力较大时，就会产生角部横裂纹；

相变应力：

钢在凝固过程中，要经过铁素体δ一奥氏体γ一铁素体α固相转变，由于晶格结构变化，导致体积膨胀，这样在凝固坯壳中会产生应力。如果铸坯在低于900℃矫直，此时相变和矫直应变叠加产生裂纹的危险更大；

热应力：

热应力是铸坯表面与内部温度不均，收缩不一而产生的应力，由于铸坯角部是两面散热即便是减少冷却水量或关闭边部冷却水其温度下降也比较大，其温度不均现象更为突出，也是角部横裂产生的重要原因。

通过对国内外学者关于铸坯角部横裂纹形成原因与解决措施的大量研究分析发现，按其温度控制解决角部横裂的措施主要分为两个方向：一是在弯曲和矫直区域，提高铸坯的表面温度，使其高于脆性波谷区的温度700～900℃；二是在弯曲和矫直区域，降低铸坯的表面温度，使其处于低温高延性区。

在这两个方向中，方向二是通过强冷来降低铸坯的表面温度来防止角部横裂的，虽然能起到一定效果，但铸坯温度降低不利于热装热送，相比而言方向一更为有利。因此，一些国外工厂在设计及安装设备时，为保持板坯角部的高温，在边部采取了弱冷、加保温罩方法。

申请号：201220543528.x，公开了一种减少铸坯角部横裂纹的装置，包括烟罩、第一耐热管道、加压风机、第二耐热管道、耐热支管和气体喷嘴。通过收集切割后高温铸坯加热的空气，利用鼓风机对铸坯角部喷吹高温压缩空气来防止铸坯角部冷却过快，防止铸坯角部出现裂纹。该方法的不足是设备庞大成本高，收集的气体温度有限，导致对铸坯角部的加热效果有限。另外，鼓风机在高温空气的作用下也经常容易出现故障，不利于连续生产。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种减少微合金化板坯角部裂纹的装置及方法，板坯进入拉矫前通过对板坯的边角部进行感应加热，补偿角部温度过低，使其远离低温脆性区，使板坯在拉矫过程中，减少或消除角部横裂纹缺陷的发生，从而达到减少铸坯下线清角扒皮处理，提高铸坯的金属收得率和提高铸坯的热送量及工序的连续性。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种减少微合金化板坯角部裂纹的装置，包括用来能量转换的加热线圈、接线柱，加热线圈通过接线柱接电源，加热线圈与接电部分连接，加热线圈为l形结构，l形结构的两边分别为a边和b边，a边和b边均为回字形结构，加热线圈通电后会在a边、b边产生感应磁场，产生的磁场在a边和b边对应的板坯棱角内部形成感应电流；两个接线柱均为半圆柱状结构，在两个接线柱之间设有防止短路的云母片。

所述的接线柱高度h1为100～150mm。

所述的加热线圈为单匝式纯铜加热线圈。

所述的加热线圈的a边与b边结构相同，并相互垂直固定，a边与b边的连接处设有两个接线柱，a边与b边的宽度相同，即a＝b＝50～100mm；a边与b边的长度为c＝200～300mm；a边与b边的厚度为h2＝40～60mm；加热线圈内部铜线之间设有10～30mm的水缝，在线圈工作时用于对线圈进行冷却。

所述的加热线圈的加热功率为5-100kw。

一种减少微合金化板坯角部裂纹的方法，包括以下步骤：

1)将所述装置固定在最靠近矫直辊之前的扇形段与扇形段之间，每个加热线圈与一个板坯的棱角相对应，保证板坯的四个棱角均实现感应加热；

2)在连铸坯经过加热线圈后，打开电源将所述装置加热功率调整到最低值，然后每隔8-12秒将功率升高一次，功率升高幅度要小于10kw，直到适合钢种的加热功率为止；

3)待功率达到要求后，根据被加热钢种进行加热模式调整：在对铸坯角部加热过程中，所述装置的加热模式分为两种模式，第一种为高频加热模式，频率为10000～20000hz；第二种为低频模式频率为5000～10000hz；

4)在连铸坯的尾坯离开所述装置后，将功率调到最小并关闭电源。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)通过对铸坯角部进行感应加热可以提高铸坯角部温度，使得铸坯角部在矫直之前能处于低温脆性区的温度上限以上，避免铸坯角部析出各种碳氮化合物，提高铸坯角部塑性有效的防止铸坯角部在矫直过程中产生裂纹；

2)能有效防止铸坯角部过冷，提高铸坯横向温度均匀性和组织结构均匀性，有利于铸坯轧制后力学性能的改善；

3)能够减少铸坯下线清角扒皮处理降低工人劳动强度，同时还能提高铸坯的金属收得率和铸坯的热送量及工序的连续性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的工作状态图。

图中：1-加热线圈2-接线柱3-云母片4-铸坯角部5-板坯矫直辊。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以 下的实施方式。

见图1、图2，减少微合金化板坯角部裂纹的装置，包括用来能量转换的加热线圈、接线柱，加热线圈通过接线柱接电源，加热线圈与接电部分连接，加热线圈为l形结构，l形结构的两边分别为a边和b边，a边和b边均为回字形结构，加热线圈通电后会在a边、b边产生感应磁场，产生的磁场在a边和b边对应的板坯棱角内部形成感应电流；两个接线柱均为半圆柱状结构，在两个接线柱之间设有防止短路的云母片。

其中，接线柱高度h1为100～150mm。加热线圈为单匝式纯铜加热线圈。加热线圈的a边与b边结构相同，并相互垂直固定，a边与b边的连接处设有两个接线柱，a边与b边的宽度相同，即a＝b＝50～100mm；a边与b边的长度为c＝200～300mm；a边与b边的厚度为h2＝40～60mm；加热线圈内部铜线之间设有10～30mm的水缝，在线圈工作时用于对线圈进行冷却。

一种减少微合金化板坯角部裂纹的方法，包括以下步骤：

1)将所述装置固定在最靠近矫直辊之前的扇形段与扇形段之间，每个加热线圈与一个板坯的棱角相对应，保证板坯的四个棱角均实现感应加热；

2)在连铸坯经过加热线圈后，打开电源将所述装置加热功率调整到最低值5kw，然后每隔8-12秒将功率升高一次(最佳效果为10秒)，功率升高幅度要小于10kw，直到适合钢种的加热功率为止；上述装置的最大加热功率为100kw；

3)待功率达到要求后，根据被加热钢种进行加热模式调整：在对铸坯角部加热过程中，所述装置的加热模式分为两种模式，第一种为高频加热模式，频率为10000～20000hz；第二种为低频模式频率为5000～10000hz；

4)在连铸坯的尾坯离开所述装置后，将功率调到最小并关闭电源。

实施例1：

对含nb＝0.005％、n＝0.0031％微合金化的低碳钢铸坯加热时，根据nbn氮化物在钢中的溶度积计算可得nbn的析出温度在910℃，为了消除铸坯在矫直前在奥氏体晶界上析出大量的nbn而增加铸坯的裂纹敏感性防止出现角部裂纹，将感应加热线圈的功率最终调整到60kw，保证其角部的温度在矫直前能够提高到950℃即可，由于nbn对裂纹敏感性比较强，为了使铸坯角部更深处也能够有很好的升温效果，将电源的频率调整到5000hz的相对低频模式。

实施例2：

对含v＝0.01％、n＝0.0035％微合金化的低碳钢铸坯加热时，根据vn氮化物在钢中的溶度积计算可得vn的析出温度在772℃，由于vn的析出温度相对比较低，将感应加热线圈的功率最终调整到30kw，保证其角部的温度在矫直前能够提高到800℃，由于vn对裂纹敏感性相对nbn要弱，可在功率相对较低的情况下采用15000hz的高频加热模式。