一种低内部缺陷连铸厚板坯的生产方法及其装置与流程

本发明涉及钢铁冶金工业连铸领域，特别是涉及一种低内部缺陷连铸厚板坯的生产方法及其装置。

背景技术：

目前，随着中国经济的腾飞，交通运输、重型机械、船舶制造、海洋工程、核电军工、石油化工等领域得到了迅猛的发展。与此同时，对钢铁材料的质量和尺寸也提出了更高的要求，极大的推动了厚板坯生产工艺与装备控制技术的快速发展。由于连铸金属收得率远高于传统模铸过程，达到了98％，从而使其成为替代传统模铸的最佳厚板坯生产工艺。但是，随着连铸坯断面尺寸的增加，其内部冷却条件明显恶化，凝固组织中柱状晶发达，导致铸坯凝固末端中心处的心部缺陷尤显突出，已成为限制高品质钢连铸高效化生产的共性技术难题。为解决大断面厚板坯的中心缺陷问题，充分利用凝固末端高温、大温度梯度这一有利条件，对铸坯实施一定的压下可以有效愈合铸坯中心区域缩孔及疏松缺陷，从而显著提升铸坯内部质量。然而，大断面厚板坯在压下过程中，压下变形对改善铸坯内部质量效果受压下渗透率快速衰减影响而大打折扣。所以，如何改善厚板坯内部缩孔、疏松等缺陷集中分布区域位置，从而达到有效提升压下变形向铸坯缺陷区域渗透率、显著改善压下工艺效果的目的，已成为技术人员关注的焦点。东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室提出，按照铸坯缺陷所处的位置，其压合程度由难到易依次为h/2、h/4、h/8(其中h为铸坯厚度)[邓伟,赵德文,秦小梅,等.特厚板轧制缺陷压合模拟研究,钢铁,2009,44(9):58-62.]，文中显示，如果采用一定的手段，使连铸厚板坯最后凝固区域所处的位置发生偏移，让内部缺陷正好位于最易压合处，就可以为利用压下变形更加有效的改善铸坯内部缺陷提供更加有利的条件，进而从根本上解决由大断面连铸厚板坯所轧制厚板材探伤不合难题。

专利公开号：cn104550808a，本发明公开了一种低内部缺陷钢锭的生产方法及其装置。该发明在钢锭模宽面一侧安装水冷模具后，改变了钢锭模四周的模壁散热条件，达到了改变钢锭内部缺陷区域位置的目的。通过控制钢锭模内钢液的凝固速度，实现最后凝固区域偏离钢锭的中心区域，使钢锭获得最佳的轧制压合效果，生产出内部无缺陷的钢材。该方法虽然改善了钢锭中心缺陷严重的问题，但是并没有涉及到连铸领域，较低的金属收得率是这一方法的主要缺点，同时也并不能改变连铸厚板坯凝固末端内部缺陷聚集区域所处的位置，也就不能解决连铸厚板坯内部探伤不合的难题。

专利公开号：cn104874758a，本发明提供一种连铸重压下控制方法及装置。该方法通过对铸坯的温度场进行实时跟踪计算，得到铸坯的中心固相率，确定铸坯执行压下的位置，之后利用拉矫棍上辊对位于重压下位置的铸坯进行重压下。本发明能够改变铸坯中心微观组织和金相组织，有效降低连铸坯中心偏析和疏松，消除缩孔，提高压下效率，稳定压下效果。该方法虽然改善了连铸坯的中心偏析及疏松，但是没有改变铸坯最后凝固区域的位置，最易发生内部缺陷的位置仍在铸坯的中心区域，此外，受到压下渗透效率的限制，该方法并不能有效的压合大断面连铸厚板坯的中心缺陷。

专利公开号：cn102814481a，本发明提供一种基于在线测温与传热模型的连铸二冷动态控制方法。该方法在连铸过程中，通过使用连铸二冷动态新模型在线采集各种工艺操作参数；实时仿真计算参数，对连铸矫直区的铸坯表面温度进行在线测量。并通过在线实测的温度、实时修正的传热模型预测的温度与目标铸坯表面温度进行对比计算，实现实时控制调整连铸二冷水量。该方法提高了连铸二冷动态控制的准确性、可靠性，及运行的稳定性。但是，并没有对铸坯最后凝固区域所处的位置进行改变，所以无法从根本上解决铸坯在轧制过程中内部缺陷难以压合的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种低内部缺陷连铸厚板坯的生产方法及其装置，能够有效提升压下工艺效果，降低连铸厚板坯内部质量缺陷。

本发明的技术方案如下：

一种低内部缺陷连铸厚板坯的生产方法，在连铸机二冷区的弧形段和矫直段，使内弧侧的冷却水配水量高于外弧侧的冷却水配水量，加快连铸厚板坯内弧侧坯壳生长趋势，使连铸厚板坯最终凝固区域由内弧侧向外弧侧发生偏移并处于连铸厚板坯厚度1/4～1/2之间。

所述的低内部缺陷连铸厚板坯的生产方法，其中所述弧形段为zone5～zone10，所述矫直段为zone11和zone12，其内弧侧的冷却水配水量及外弧侧的冷却水配水量如表1和表2所示：

表1

表2

一种低内部缺陷连铸厚板坯的生产方法采用的装置，包括计算机、plc控制柜、水量控制阀、冷却水喷嘴和水泵，所述计算机用于计算出满足使连铸厚板坯中心液相区域产生偏移的凝固过程温度场，将分析出的连铸厚板坯表面温度与凝固进程实时数据转化为控制连铸厚板坯凝固坯壳厚度所需的冷却水配水量；所述计算机将冷却水配水量数据传输给所述plc控制柜，所述plc控制柜用于实时控制所述水量控制阀；所述水量控制阀用于控制所述冷却水喷嘴，所述冷却水喷嘴安装在连铸机二冷区；所述水泵用于为所述冷却水喷嘴供水。

本发明的有益效果为：本发明通过控制连铸机的供水系统，合理增加连铸厚板坯内弧侧的冷却水流量，改变了连铸厚板坯内弧侧及外弧侧的冷却强度，使内弧侧坯壳厚度大于外弧侧坯壳厚度，达到了改变连铸厚板坯内部缺陷区域位置的目的。通过控制连铸厚板坯内外弧侧凝固坯壳的生长速度，实现最后凝固区域偏离连铸厚板坯的中心区域，从而为有效提升压下工艺效果，全面提升连铸厚板坯内部质量奠定基础。

附图说明

图1为低内部缺陷连铸厚板坯的生产方法采用的装置结构框图；

图2为连铸机二冷区配水设置示意图；

图3为图2中b处放大图。

具体实施方式

如图1-3所示，一种低内部缺陷连铸厚板坯的生产方法采用的装置，包括计算机、plc控制柜、水量控制阀、冷却水喷嘴和水泵，所述计算机用于计算出满足使连铸厚板坯中心液相区域产生偏移的凝固过程温度场，将分析出的连铸厚板坯表面温度与凝固进程实时数据转化为控制连铸厚板坯凝固坯壳厚度所需的冷却水配水量；所述计算机将冷却水配水量数据传输给所述plc控制柜，所述plc控制柜用于实时控制所述水量控制阀；所述水量控制阀用于控制所述冷却水喷嘴，连铸机二冷区包括足辊段1、立弯段2、弧形段3、矫直段4和水平段5，其中足辊段1为zone1，立弯段2为zone2～4，所述弧形段3为zone5～zone10，所述矫直段4为zone11和zone12，水平段5为zone13，所述冷却水喷嘴安装在足辊段1、立弯段2、弧形段3、矫直段4和水平段5的供水系统上；所述水泵用于为所述冷却水喷嘴供水。

实施例1

本实施例中某厚板坯连铸机的断面尺寸为280mm*1800mm，在过热度为25℃、拉速为0.90m/min的条件下浇铸普通碳素钢q235时，冷却水压力600kpa，第一阶段冷却为未实施内弧侧快速冷却的足辊段1和立弯段2，足辊段1和立弯段2的冷却水配水量如表3所示，第二阶段冷却为实施内弧侧快速冷却的弧形段3和矫直段4，从连铸机的弧形段3开始增加连铸厚板坯内弧侧的冷却水配水量，对内弧侧进行快速冷却，其弧形段3和矫直段4的冷却水配水量如表4所示；

表3

表4

通过控制连铸机的供水系统，按照上述两阶段的配水方式对连铸厚板坯进行冷却之后，实际生产结果达到预期要求，最后凝固区域处于连铸厚板坯厚度的2/3处，处于连铸厚板坯厚度1/4～1/2之间，属于易压合区域，已经可以达到偏移连铸厚板坯最后凝固区域的目的，实现将此区域中的内部缺陷转移至易压合区域。实践表明，实施本发明之后的轧材中心疏松和缩孔率大幅下降，连铸厚板坯和制成的板材的探伤合格率显著提升，由原来的不足20％提升至100％。

实施例2

本实施例中某厚板坯连铸机的断面尺寸为230mm*1650mm，在过热度为25℃、拉速为1.20m/min的条件下浇铸结构钢40cr时，冷却水压力600kpa，第一阶段冷却为未实施内弧侧快速冷却的足辊段1和立弯段2，足辊段1和立弯段2的冷却水配水量如表5所示，第二阶段冷却为实施内弧侧快速冷却方法的弧形段3和矫直段4，从连铸机的弧形段3开始增加连铸厚板坯内弧侧的冷却水配水量，对内弧侧进行快速冷却，其弧形段3和矫直段4的配水量如表6所示；

表5

表6

按照上述两阶段的配水方式对连铸厚板坯进行冷却之后，实际生产结果达到预期要求，最后凝固区域处于连铸厚板坯厚度的3/8处，处于连铸厚板坯厚度1/4～1/2之间，实现将此区域中的内部缺陷转移至易压合区域。实践表明，实施本方法之后连铸厚板坯的内部质量得到显著改善，大幅提升了连铸厚板坯的致密度。实际热轧生产线上的55mm热轧板的轧后探伤合格率，由原来的不足50％提升至100％。