一种用于小方坯连铸机高拉速生产的二冷喷淋设备的制作方法

本发明涉及一种连铸机二次冷却设备，具体涉及一种用于小方坯连铸机高拉速生产的二冷喷淋设备，属于冶金技术领域。

背景技术：

小方坯高拉速的实现好处是显而易见的，可以在相同年产能和炉机匹配要求下，减少铸机流数，从而彻底降低投资成本、生产成本和维护成本。现在普碳钢(比如普通结构钢、螺纹等)的拉速可以达到很高，比如150*150mm小方坯可以达到4.0m/min拉速。但是每台连铸机生产的钢种不可能单一，甚至更多的要求生产品种钢，而品种钢拉速很难提高，一方面是因为随着拉速的提高，品种钢内部质量迅速恶化；另一方面是随着拉速的提高，由于二冷冷却的不均匀，导致品种钢内部裂纹的增加。所以现在主要是品种钢的拉速不高限制了小方坯铸机的减流效果，比如对于150*150mm小方坯，轴承钢gcr15的生产拉速维持在1.5～1.6m/min水平。

传统小方坯铸机，尤其是针对品种钢的小方坯铸机，二冷一般都采用椭圆或者全锥的气雾喷嘴(如附图1所示)，加强雾化效果，能满足品种钢低拉速的生产要求，150*150mm小方坯品种拉速基本上稳定维持在1.5～2.3m/min水平。如附图1所示，由于这种喷嘴在连铸坯上形成的相邻椭圆形喷淋斑的边缘不重叠，因而无法实现均匀覆盖，所以随着拉速的提高，铸坯内部裂纹会加剧；进一步的，该喷淋架的长度很长，极易出现高处水压不足的现象。另外一种设计是采用高压全水喷嘴，喷嘴类型为扁平或矩形，均匀性有所提高，对小方坯拉速提高有效，比如针对150*150mm断面，普碳钢拉速可以提高到4m/min，品种钢在应用电搅技术后，拉速可以提高到2.4～2.6m/min左右。但由于冷却较强，导致普碳钢在3.5m/min拉速、品种钢在2.5m/min拉速裂纹变的频繁，通过高压全水二冷系统再提高拉速很难，随着拉速的提高，铸坯内部裂纹很难控制。

为了提高冷却效果，很多人做出了努力，如中国发明专利(专利号：201611072852.7，申请时间：2016.11.29)提供了一种高速小方坯或小圆坯连铸机二次冷却方法及装置，该方法及装置先将二次冷却区沿浇筑方向依次分成多个导向段，再将二次冷却区沿浇筑方向依次分成多个冷却段，前端的若干个冷却段采用水喷嘴进行铸坯冷却，其余各冷却段均采用气雾喷嘴进行铸坯冷却。该设备结构复杂，操作不便，且相邻喷淋斑边缘不重叠，冷却效果不好；进一步的，每根喷淋管的长度依然很长，存在高处喷淋嘴水压不足的问题。

有鉴于此，本发明提供一种用于小方坯连铸机高拉速生产的二冷喷淋设备，以解决上述问题。

技术实现要素：

针对背景技术中的不足，本发明提供一种用于小方坯连铸机高拉速生产的二冷喷淋设备，通过保证二冷喷水的均匀性来提高铸坯冷却均匀，从而解决小方坯品种钢高拉速后脱方、内部裂纹等问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于小方坯连铸机高拉速生产的二冷喷淋设备，包括多节喷淋架1，所述喷淋架1包括多根喷淋管2，所述喷淋管2上设置有气雾大喷嘴3；在所述二冷喷淋设备与拉坯方向相反的一端，所述气雾大喷嘴3在连铸坯上形成的相邻喷淋斑4的前后边缘全部相互重叠，相邻两气雾大喷嘴3喷到连铸坯表面上的水呈连续布置；所述气雾大喷嘴3距连铸坯的高度沿拉坯方向逐渐减小，使得沿拉坯方向相邻喷淋斑4的前后边缘由全部相互重叠变为部分相互重叠，同时保证与拉坯方向垂直的铸坯宽度方向上喷淋斑4的覆盖区域逐渐减小。

进一步的，所述气雾大喷嘴3为扁平或者矩形气雾喷嘴，且在连铸坯上形成不规则的矩形喷淋斑4；所述气雾大喷嘴3的宽向喷射角度为85～110°，窄向喷射角度为20～40°，以所述宽向角沿拉坯方向在所述喷淋管2上均匀布置，所述气雾大喷嘴3的出水法线垂直于连铸坯的中轴线。

进一步的，所述气雾大喷嘴3距连铸坯表面的高度为200～300mm，两相邻气雾大喷嘴3之间的距离为350～500mm。

进一步的，沿拉坯方向相邻喷淋斑4仅在前后边缘的中间部分相互重叠，边角部分不再重合，防止造成边角处的钢坯过冷。

进一步的，所述喷淋架1通过下方的底座固定，或者通过下方的底座和上方的钩架固定。

进一步的，单根喷淋管2的长度范围为1.5～2.0m，所述喷淋架1的总长度大于8m。

进一步的，所述气雾大喷嘴3的水压为0.8～2.0mpa。

进一步的，每个喷淋架1四个方向的喷淋管2上的所述气雾大喷嘴3的数量相同或者不同；位于内外弧处的喷淋管2上气雾大喷嘴3的数量少、间距大，而左右侧面的喷淋管2上气雾大喷嘴3的数量多、间距小。

进一步的，对于断面尺寸为150×150mm的铸坯，品种钢的拉速为2.8～3.6m/min，普碳钢的拉速为3.5～4.0m/min。

进一步的，对于断面尺寸为160×160mm的铸坯，品种钢的拉速为2.6～3.6m/min，普碳钢的拉速为3.2～4.0m/min。

本发明的有益效果是：

1、相对于传统品种钢小方坯铸机的气雾喷嘴和高压全水喷嘴，本发明所述的用于小方坯连铸机高拉速生产的二冷喷淋设备采用气雾大喷嘴，且沿拉坯方向该气雾大喷嘴在连铸坯上形成的相邻喷淋斑的前后边缘先全部相互重叠再部分重叠，存在冷却过渡区，能真正实现二冷铸坯的均匀冷却，可以完全解决传统品种钢小方坯铸机的气雾喷嘴冷却不均匀以及高压全水喷嘴冷却过大的问题，从而保证小方坯品种钢的拉速提高后钢坯不产生内部裂纹，从而实现品钢种的稳定高拉速生产；

2、本发明中的喷淋管长度较短，出于高处的气雾大喷嘴仍然有充足的水压；但整个喷淋架的长度很长，可达8m以上；

3、由于拉速的提高，在相同年产能和炉机匹配要求下，减少铸机流数，从而彻底降低投资成本、生产成本和维护成本；在由于拉速的提高，在相同铸机流数下，增加年产能，提高经济效益。

附图说明

图1为铸坯内裂纹图；

图2为传统品种钢小方坯铸机的气雾喷嘴布置图；

图3为传统品种钢小方坯铸机的气雾喷嘴布置下喷淋效果图；

图4为本发明所述的二冷喷淋设备的结构图；

图5为本发明所述的气雾大喷嘴布置下的喷淋效果图；

图6为本发明所述二冷喷淋架的另一种固定形式的结构图

图中：1-喷淋架，2-喷淋管，3-气雾大喷嘴，4-喷淋斑。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图与实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

图1为喷淋不均匀所导致的铸坯内裂纹图，从图1可以看出，内部裂纹虽然很严重，但形貌上却比较小且短，裂纹中间有偏析现象，明显为凝固过程热应力导致的裂纹。该种裂纹会严重的影响钢坯的质量和性能。在传统气雾喷嘴合金钢铸机中，随着拉速的提高这种裂纹很常见；在高压全水喷嘴设计中，就150*150小方坯，一旦普碳钢拉速大于3.4m/min、品种拉速大于2.5m/min，铸坯中这种中间裂纹更加常见，并且很难完全消除。

图2为导致以上铸坯内裂纹的传统小方坯品种钢铸机二冷喷淋系统示意图，其喷嘴采用小水量的椭圆或者全锥喷嘴，由于喷嘴类型的限制，喷嘴覆盖区域较小，其在铸坯上形成椭圆形的喷淋斑彼此之间不重叠，如图3所示，存在喷水区和不喷水区，这必然带来冷却的不均。在低拉速情况下，铸坯温度较低，这种不均匀带来的温差也不大，对铸坯内部裂纹的产生影响较小，一旦拉速提高，铸坯温度提高，喷水区和不喷水区的温差迅速加大，异常热应力出现，导致铸坯内部裂纹的产生。

从图2中还可以看出，传统喷淋架的固定与托辊位置紧密相关，喷淋架坐落在两个托辊上，这样喷淋架的固定设备比较简易且容易实现，但是导致一节喷淋架或者喷淋管很长，一般在2m以上，甚至达到2.8m，喷淋架自身重量比较重，安装并不容易，同时由于喷淋架过长，在当喷嘴喷水后，压力衰减明显，会出现喷淋架上端喷嘴由于压力不够喷淋效果不好的情况，甚至不喷水的情况，使得在一个喷淋架内都无法实现沿拉坯方向上的铸坯的连续冷却。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：如图4所示，用于小方坯连铸机高拉速生产的二冷喷淋设备包括多节喷淋架1，每节所述喷淋架1包括多根喷淋管2，所述喷淋管2对称且均匀地设置在连铸坯的前后左右四个方向。所述喷淋管2上设置有气雾大喷嘴3，所述气雾大喷嘴3的出水法线垂直于连铸坯的中轴线。在所述二冷喷淋设备与拉坯方向相反的一端，所述气雾大喷嘴3在连铸坯上形成的相邻喷淋斑4的前后边缘全部相互重叠，相邻两气雾大喷嘴3喷到连铸坯表面上的水呈连续布置。所述气雾大喷嘴3距连铸坯的高度沿拉坯方向逐渐减小，使得沿拉坯方向相邻喷淋斑4的前后边缘由全部相互重叠变为部分相互重叠，同时保证与拉坯方向垂直的铸坯宽度方向上喷淋斑4的覆盖区域逐渐减小。

所述气雾大喷嘴3为扁平或者矩形气雾喷嘴，且在连铸坯上形成四角圆滑的不规则矩形喷淋斑4，如图5所示，两相邻矩形喷淋斑4的短边完全或部分相重合。所述气雾大喷嘴3的宽向喷射角度可达85～110°，窄向喷射角度为20～40°，所述宽向喷射角度和窄向喷射角度可以通过控制水压在上述范围内变动，水压可为0.8～2.0mpa。所述气雾大喷嘴3以宽向角沿拉坯方向在所述喷淋管2上均匀布置，两相邻气雾大喷嘴3之间的距离为350～500mm。每个喷淋架1四个方向的喷淋管2上可以设置相同或者不同数量的气雾大喷嘴3。由于整个喷淋架是有一定弧度的，位于弯曲处的内外弧的喷淋管2上气雾大喷嘴3的数量少、间距大，而位于喷淋架1左右侧面的喷淋管2上气雾大喷嘴3的数量多、间距小。

所述气雾大喷嘴3距连铸坯表面的高度为200～300mm，并沿拉坯方向逐渐减小。这是因为沿拉坯方向，连铸坯的温度逐渐减低，为了防止喷淋斑4重叠处的钢坯过冷，在所述二冷喷淋设备沿拉坯方向一端的相邻喷淋斑4仅在所述短边的中间部分相互重叠，边角部分不再重合，且与拉坯方向垂直的铸坯宽度方向上喷淋斑4的覆盖区域逐渐减小。所以可在铸坯拉速提高后，仍保持较好的冷却均匀性，产生极小的热应力，从而避免出现热应力导致的中间裂纹。

图4和图6分别示出了喷淋架1的两种固定方式。如图4所示，上段喷淋架的固定点为a和b，a从底座生根，b位于喷淋架右上方，但生根依然从同a相同的底座，生成一个钩架，成为b的固定架。图6中喷淋架的固定点a和b均是从相邻的底座生根，都位于喷淋架的下方，a位于喷淋架入口下方，b位于喷淋架出口下方。此两种结构设计使得喷淋架1的固定与传统托辊解耦，采用更灵活的固定方式，使单个喷淋管2长度较短且长度方便调节，此设计很好的解决了喷淋架上部喷嘴压力低的问题。采用这种形式的喷淋架2即使两个喷淋架公用一个水阀也不会出现上部喷嘴压力不足的情况，是一种可实现阀少而冷却区很长的方法，所述喷淋架1的总长度可达8m以上。

采用本发明所述的用于小方坯连铸机高拉速生产的二冷喷淋设备，对于断面尺寸为150×150mm的铸坯，品种钢的拉速为2.8～3.6m/min，普碳钢的拉速为3.5～4.0m/min。对于断面尺寸为160×160mm的铸坯，品种钢的拉速为2.6～3.6m/min，普碳钢的拉速为3.2～4.0m/min。可见，品种钢和普碳钢的拉速均得到了很大的提升。

实施例一

除足辊外，采用6个喷淋架，其中2个喷淋架为一个冷却区，由一个水阀控制，每个喷淋架左右内外各有一个喷淋管，长度为1.6m，每根喷淋管上设置有4个矩形型气雾大喷嘴，每个所述气雾大喷嘴的宽向喷射角度为90°，窄向喷射角度为35°，水压为1.2mpa，两相邻气雾大喷嘴之间的距离为460mm，前两个喷淋架气雾大喷嘴距铸坯表面的高度为250mm，中间两个高度为240mm，最后两个的高度为220mm。实现了对断面为150*150mm的小方坯72a钢种拉速达到3.0m/min、中高碳钢达到3.0～3.5m/min、普碳钢达到4.0m/min，且生产铸坯无中间裂纹。

实施例二

除足辊外，采用6个喷淋架，其中2个喷淋架为一个冷却区，由一个水阀控制，分别命名为2区、3区、4区；每个喷淋架左右内外各有一个喷淋管，长度为1.7m，上下(即内外弧)的喷淋管上设置有4个矩型气雾大喷嘴，每个所述气雾大喷嘴的宽向喷射角度为100°，窄向喷射角度为35°，水压为1.2mpa，两相邻气雾大喷嘴之间的距离为460mm。左右的喷淋管上设置有5个矩型气雾大喷嘴，每个所述气雾大喷嘴的宽向喷射角度为90°，窄向喷射角度为35°，水压为1.2mpa，两相邻气雾大喷嘴之间的距离为380mm，最上端的第一个气雾大喷嘴距连铸坯表面的高度为260mm，沿拉坯方向的气雾大喷嘴距连铸坯表面的高度逐渐缩短4mm。实现了对断面为160*160mm的小方坯gcr15钢种拉速达到2.6m/min、中高碳钢达到2.8～3.2m/min、普碳钢达到4.0m/min，且生产铸坯无中间裂纹。

上述实施例对本发明做了详细说明。当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述例子，相关技术人员在本发明的实质范围内所作出的变化、改型、添加或减少、替换，也属于本发明的保护范围。