专利名称：异型坯连铸二冷区冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明属于金属连续铸造，尤其涉及用于在现场对铸造坯料进行冷却处理的附属
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背景技术：
由于采用连铸异型坯轧制H型钢具有能耗低、工序少、成材率高和成本低等优点， 因此，异型坯连铸技术近年来在国内外得到大力发展。在异型坯连铸过程中，连铸坯进入足 辊段至矫直的二冷区后，内部仍有大量的液态钢水存在，此时，铸坯表面要接受喷嘴喷水或 气雾冷却，通过冷却水使铸坯表面的热量不断释放，同时，铸坯内部的热量源源不断传递到 铸坯表面，使得铸坯由外及里逐渐完全凝固。二冷区异型坯长达5000至12000mm，腹板宽度 达100mm-700mm，依长度方向分为连续的足辊段、1区A段、1区B段、2区和空气冷却段。其 断面形状复杂，各点散热条件差异大，铸坯表面温度分布不均；同时，异型坯比表面积大，冷 却速度快。因此，在二冷区，喷嘴布置和冷却水流量等冷却条件对铸坯的质量缺陷有至关重 要的影响。如果二次冷却不均勻，铸坯就容易产生裂纹缺陷，特别是内部质量缺陷的发展。 当前，异型坯连铸二冷区的冷却装置是足辊段每个宽面设4只喷嘴，每个窄面设2只喷嘴； 1区A段、1区B段和2区每个面各设1只喷嘴，空冷段直接在大气环境中冷却。其缺陷是， 这种冷却装置没有根据异型坯的形状特征和铸坯表面热量传输方式对喷嘴的布置和喷水 强度进行有效区分，致使异型坯表面的冷却强度没有实现高温处强冷、低温处弱冷的有效 冷却模式，从而造成了铸坯表面及内部裂纹等各种质量缺陷的高发生率，导致成坯率低，废 品多，增加了能源消耗，影响了生产。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种异型坯连铸二冷区冷却 装置，根据异型坯的温度在横截面上波动大和在长度方向上衰减的特点设置喷嘴，使铸坯 在高温处强冷，在低温处弱冷，减少铸坯横向温度梯度；坯壳均勻凝固，减少铸坯裂纹，提高 成坯率。异型坯连铸二冷区冷却装置，是由足辊段冷却机构、1区A段冷却机构、1区B段冷 却机构、2区段冷却机构组成，上述冷却机构设的喷嘴与供水管连接，供水管固定在沿铸坯 二冷区设置的喷淋架上，其特点是所述的足辊段冷却机构对应铸坯足辊段，设置4对足辊 宽面喷嘴，对宽面直接喷水强化冷却，设置2对足辊窄面喷嘴，对窄面直接喷水强化冷却； 所述的1区A段冷却机构对应铸坯的1区A段，设置2对1区A段宽面喷嘴，对宽面进行喷 水冷却，设置1对窄面喷嘴，对窄面喷水进行冷却；所述的1区B段冷却机构对应铸坯1区 B段，设置2对1区B段宽面喷嘴，对宽面进行喷水冷却，设置1对1区B段窄面喷嘴，对窄 面进行喷水冷却；所述的2区段冷却机构对应铸坯2区段，设置2对2区段宽面喷嘴，对宽 面进行喷水冷却，设置1对2区段窄面喷嘴，对应铸坯2区段，对窄面进行喷水冷却。上述铸坯的宽面是指由两翼缘内侧面与腹板面合成的弧形面，窄面是指翼缘的外侧面。本发明进一步改进，所述的足辊段冷却机构，其4对足辊宽面喷嘴沿铸坯的垂直 线依次排列，两边喷嘴与垂直方向夹角25-35°，中间两喷嘴与腹板垂直，其喷射锥面外侧 与翼缘顶端外侧相交，内侧锥面连接，覆盖足辊段宽面；其2对足辊段窄面喷嘴与窄面垂 直，其喷射锥面内侧在窄面中心线相接，外侧与窄面边缘相交。翼缘顶端和宽窄面相接的四 角部喷水量少。本发明又一改进，所述的1区A段冷却机构、其2对1区A段宽面喷嘴与垂直方向 夹角10-16°，喷射中心均位于铸坯R角处，两喷嘴的喷射锥面内侧在宽面中心垂叠，外侧 位于翼缘顶端以下、翼缘顶端不喷水；其对1区A段窄面喷嘴喷射中心对准窄面中心，其喷 嘴喷射锥面交与翼缘顶端以下，靠近铸坯角部不喷水。本发明又一改进，所述的1区B段冷却机构，其2对1区B段宽面喷嘴与垂直方向 夹角8-15°，喷射中心均于R角处，喷嘴喷射锥面内侧在宽面中心重叠，外侧位于翼缘斜面 高的3/4，翼缘顶端至翼缘斜面1/4区域不喷水；其1对1区B段窄面喷嘴中心对准窄面中 心，喷嘴喷射锥覆盖面的直径小于翼缘高度的3/4，窄面边缘不喷水。本发明最后一项改进，所述的2区段冷却机构，其两对2区段宽面喷嘴与垂直方向 夹角9-12，喷射中心均于铸坯R角处，喷嘴喷射锥面内侧在宽面中心重叠，外侧位于翼缘斜 面高的1/2处，使翼缘顶端至翼缘斜面1/2区域不喷水；其1对2区段窄面喷嘴中心对准窄 面中心，喷射锥覆盖面的直径小于翼缘高度的1/2，窄面边缘和窄面边部不喷水。本发明各段喷嘴的设置是根据异型坯断面形状起伏变化大和沿铸坯长度方向温 度衰减的特点设置的。铸坯的“凹形”R角区域，热流难于导出，所以喷嘴中心对准R角，加 强冷却；而翼缘顶端边缘的四个“凸形”拐角区域因受二维冷却，易散热，所以都处于喷射锥 面边缘或以外。足辊段温度高，所以设置喷嘴数量多。连铸时，铸坯连续不停地通过喷嘴区， 调整各段喷嘴的水量，进行冷却，再经过空冷区的空气冷却，凝固成坯。与现有技术相比，优点是结构简单、合理，使用可靠；适应铸坯表面热量传输规律， 实现热量集中的R角区域强冷，二维冷却的边角区域弱冷，水的利用合理、有效；铸坯横断 面上的不同部位温差减小，铸坯温度和组织均勻性显著提高，有效降低铸坯裂纹的产生，改 善了铸坯质量，提高成坯率，促进了生产。
下面对照附图对本发明作进一步说明。图1是异型坯连铸二冷区冷却装置配置示意图。图2是图1之A-A向示意图。图3是异型坯足辊段冷却机构喷嘴示意图。图4是异型坯1区A段冷却机构喷嘴示意图。图5是异型坯1区B段冷却机构喷嘴示意图。图6是异型坯2区段冷却机构喷嘴示意图。图1-图6中1、足辊段冷却机构2、1区A段冷却机构3、1区B段冷却机构4、2区 段冷却机构5、空冷段6、翼缘顶端7、R角8、腹板9、翼缘10、11、12、13、足辊宽面喷嘴14、15 足辊窄面喷嘴16、17、1区A段宽面喷嘴18、1区A段窄面喷嘴19、20、1区B段宽面喷嘴21、1区B段喷嘴22、23、2区段宽面喷嘴24、2区段窄面喷嘴
具体实施例方式本发明冷却装置，用于异型坯二冷区喷水冷却。二冷区坯长6000-7500mm，翼缘高 度450mm，腹板宽度400mm，腹板厚度120mm，足辊段1区A段，1区B段和2区段的长度分别 为 200-300mm，800-1000mm，1900_2200mm，2800_3400mm。由图1、图2可以看出，异型坯二冷区分为足辊段、1区A段、1区B段、2区段和空 冷段，其中，足辊段、1区A段、1区B段、2区段分别设置冷却机构，各冷却机构设置喷嘴进行 喷水冷却，上述冷却机构设置的喷嘴与供水管连接，供水管固定在沿铸坯二冷区设置的喷 淋架上(供水管、喷淋架图中未标)。空冷段是自然冷却区。铸坯各段两个宽面和两个窄面 的喷嘴对称设置，完全相同，足辊段喷嘴的喷射角均为80° 100°，其余三个段冷却机构 的喷嘴喷射角均为100° 140°。由图3可以看出，足辊段冷却机构1由足辊宽面喷嘴10、11、12、13和足辊窄面喷 嘴14、15构成，足辊宽面喷嘴10、13离腹板中心的横向距离为200 240mm，与垂直方向呈 30°夹角，喷嘴中心线距翼缘斜面120 140mm，使喷嘴喷水切弧边缘刚好与翼缘顶端外侧 相交；足辊宽面喷嘴11、12与腹板垂直，垂直高度为80 100mm，距腹板中心的横向距离为 70 80mm ；足辊宽面喷嘴10、13沿腹板中心线呈轴对称；足辊宽面喷嘴11、12沿腹板中心 线呈轴对称；足辊窄面喷嘴14、15与窄面垂直，垂直高度为180 200mm，离窄面中心线的 横向距离为95 115mm，使喷嘴切弧边缘刚好与窄面边缘相交；足辊窄面喷嘴14、15沿窄 面中心线呈轴对称。由图4可以看出1区A段冷却机构2由1区A段宽面喷嘴16、17和1区A段窄面 喷嘴18构成，1区A段宽面喷嘴16、17与垂直方向呈12 15°夹角，离腹板中心线的水平 距离为150 170mm，离腹板的垂直距离为190 210mm，喷嘴的喷水范围从翼缘斜面至腹 板，不包含翼缘顶端。喷嘴16、17沿腹板中心线呈轴对称；1区A段窄面喷嘴18沿窄面中 心线垂直布置，离窄面距离为200 220mm，喷嘴喷射锥面外侧离窄面边缘有12 16mm的 距离。由图5可以看出，1区B段冷却机构3由1区B段宽面喷嘴19、20和1区B段窄 面喷嘴21构成，1区B段宽面喷嘴19、20与垂直方向呈8 11°夹角，离腹板中心的水平 距离为125 145mm，离腹板表面的垂直距离为175 195mm，使翼缘顶端至翼缘斜面45 60mm以外不包含在喷水范围内。1区B段宽面喷嘴19、20沿腹板中心线呈轴对称；1区B 段窄面喷嘴21沿窄面中心线垂直布置，距窄面高度为150 170mm，使窄面边缘56 75mm 不在喷水范围内。由图6可以看出，2区段冷却机构4由2区段宽面喷嘴22、23和2区段窄面喷嘴24 构成，2区段宽面喷嘴22、23与垂直方向呈9 12°夹角，离腹板中心的水平距离为120 140mm，离腹板表面的垂直距离为135 155mm，使翼缘顶端至翼缘斜面83mm以外不在喷水 范围内。2区段宽面喷嘴22、23沿腹板中心线呈轴对称；2区段窄面喷嘴24沿窄面中心线 垂直布置，距窄面高度为90 110mm，使窄面边缘115 135mm不在喷水范围内。
权利要求
异型坯连铸二冷区冷却装置，是由足辊段冷却机构(1)、1区A段冷却机构(2)、1区B段冷却机构(3)、2区段冷却机构(4)组成，上述冷却机构设的喷嘴与供水管连接，供水管固定在沿铸坯二冷区设置的喷淋架上，其特征在于所述的足辊段冷却机构(1)对应铸坯足辊段，设置4对足辊宽面喷嘴(10、11、12、13)和2对足辊窄面喷嘴(14、15)；所述的1区A段冷却机构(2)对应铸坯的1区A段，设置2对1区A段宽面喷嘴(16、17)和1对1区A段窄面喷嘴(18)；所述的1区B段冷却机构(3)对应铸坯1区B段，设置2对1区B段宽面喷嘴(19、20)和1对1区B段窄面喷嘴(21)；所述的2区段冷却机构(4)对应铸坯2区段，设置2对2区段宽面喷嘴(22、23)和2区段窄面喷嘴(24)。
2.根据权利要求1所述的异型坯连铸二冷区冷却装置，其特征在于所述的足辊段冷 却机构(1)，其4对足辊宽面喷嘴(10、11、12、13)沿铸坯的垂直线依次排列，两边喷嘴(10、 13)与垂直方向夹角25-35°，中间两喷嘴(11、12)与腹板(8)垂直，其喷射锥面外侧与翼 缘(6)顶端外侧相交，内侧锥面连接，覆盖足辊段宽面；其2对足辊段窄面喷嘴(14、15)与 窄面垂直，其喷射锥面内侧在窄面中心线相交，外侧与窄面边缘相交。
3.根据权利要求1所述的异型坯连铸二冷区冷却装置，其特征在于所述的1区A段 冷却机构(2)、其2对1区A段宽面喷嘴(16、17)与垂直方向夹角10-16°，其喷嘴喷射中 心均位于铸坯R角(7)处，两喷嘴的喷射锥面内侧在宽面中心垂叠，外侧位于翼缘(6)顶端 以下；其1区A段窄面喷嘴(18)喷射中心对准窄面中心，其喷嘴喷射锥面交与翼缘(6)顶 端以下。
4.根据权利要求1所述的异型坯连铸二冷区冷却装置，其特征在于所述的1区B段 冷却机构(3)，其2对1区B段宽面喷嘴(19、20)与垂直方向夹角8-15°，其喷射中心位于 铸坯R角(7)处，两喷嘴喷射锥面内侧在宽面中心重叠，外侧位于翼缘(6)斜面高的3/4以 下；其1对1区B段窄面喷嘴(21)中心对准窄面中心，喷嘴喷射锥覆盖面的直径小于翼缘 高度的3/4。
5.根据权利要求1所述的异型坯连铸二冷区冷却装置，其特征在于所述的2区段冷 却机构(3)，其2对2区段宽面喷嘴(22、23)与垂直方向夹角9-12°，喷射中心均位于铸坯 R角(7)处，两喷嘴喷射锥面内侧在宽面中心重叠，外侧位于翼缘斜面高的1/2以下；其1对 2区段窄面喷嘴(24)中心对准窄面中心，喷射锥覆盖面的直径小于翼缘(6)高度的1/2。
6.根据权利要求1所述的异型坯连铸二冷区冷却装置，其特征在于铸坯各段两个宽 面和两个窄面的喷嘴对称设置，足辊段冷却机构(1)喷嘴的喷射角均为80° 100°，其余 三个段冷却机构的喷嘴喷射角均为100° 140°。
全文摘要
异型坯连铸二冷区冷却装置涉及用于在现场对铸造坯料进行冷却处理的附属装置，是由足辊段冷却机构、1区A段冷却机构、1区B段冷却机构、2区段冷却机构组成，特点是足辊段冷却机构设置4对足辊宽面喷嘴和2对足辊窄面喷嘴；1区A段冷却机构设置2对1区A段宽面喷嘴和1对足辊窄面喷嘴；1区B段冷却机构设置2对1区B段宽面喷嘴和1对1区B段窄面喷嘴；2区段冷却机构设置2对2区段宽面喷嘴和1对2区段窄面喷嘴。优点是结构简单、合理，使用可靠；适应铸坯表面热量传输规律，水的利用合理、有效；铸坯横断面上的不同部位温差减小，铸坯温度和组织均匀性显著提高，有效降低铸坯裂纹的产生，改善了铸坯质量，提高成坯率，促进了生产。
文档编号B22D11/124GK101983799SQ201010559638
公开日2011年3月9日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者吴坚, 唐萍, 孙维, 徐海伦, 文光华, 杨应东, 汤寅波, 汪开忠 申请人:马鞍山钢铁股份有限公司