一种消除大宽度钢板轧材边部黑线缺陷的设备及方法与流程

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体地讲，本发明涉及一种消除大宽度钢板轧材边部黑线缺陷的设备及方法。

背景技术：

出于降低生产成本和提高板坯质量的考虑，目前国内连铸机生产出的连铸坯宽度一般都小于2500mm，因此在生产宽度2500～4500mm钢板轧材的过程中，一般是将板坯运至旋转轨道，将板坯旋转90°，使板坯的纵向轴线与轧辊平行，然后沿板坯宽度方向上进行展宽轧制,将板坯轧制成符合成品材宽度要求的中间坯，然后再在旋转轨道上将中间坯旋转90°，使中间坯的纵向轴线与轧辊垂直，然后沿中间坯长度方向上进行减薄轧制，将中间坯轧制至成品钢板材要求的厚度。

在铸坯展宽轧制时的边部开始咬入过程中，轧辊和板坯边角接触的部位存在一个轧辊切线方向上的摩擦力，该摩擦力使板坯边角向侧面翻平，但由于轧件角部传热快、温度低而造成角部金属延伸不均，在侧面翻平变形过程中易形成折叠黑线，其成品钢板在距边部30-50mm处有与边部相平行的折叠黑线，呈单条或多条折叠簇状，长短不一，常常需要经过切边处理来去除成品轧材的边部黑线缺陷，造成了钢铁料的极大浪费。

为解决该问题，需将铸坯的边角控制为圆滑弧形的形状，圆滑弧形边角减少了铸坯边角的散热面积，从而减少铸坯边角的散热速度，使铸坯边角和其他位置处的变形抗力接近相同，且在轧制变形过程中圆滑弧形的边角和边角周围能发生平缓均匀的金属流动，不易发生折叠缺陷。

板坯连铸机是用两块宽面铜板和中间夹持的两块窄面铜板而组合成的结晶器，移动窄面铜板可以调节结晶器宽面方向上的锥度。若在结晶器中直接将铸坯凝铸成边角部为圆滑弧形的形状，需将窄面铜板的内表面边部制作成圆滑弧形形状且弧形面与宽面铜板面相切，若采用该方案设计带来一个问题：由于窄面弧形部位与宽面铜板相切，相交位置处的窄面铜板存在尖锐的相切角。如附图1所示，宽面铜板与窄面铜板结合的a位置处为细长狭小的区域，由于a位置处铜板的厚度很薄，该位置处的铜板内部没有足够的空间布置水缝冷却结构，无法在距离a位置足够近的位置处布置冷却结构并对该处的铜板进行冷却，导致在结晶器拉钢过程中，a位置处铜板温度异常升高，甚至会熔化，造成结晶器铜板损坏并产生铸坯质量缺陷，因此无法在结晶器内直接将连铸坯凝铸成窄面和宽面结合处为圆滑弧形的形状。实用新型专利(201020201234.x，一种板坯连铸结晶器)公开了一种板坯连铸结晶器。其窄面铜板内表面向宽面铜板内表面的过渡为圆弧曲面，圆弧曲面与窄面铜板平面、平台交界处倒角半径2～6mm。所得热轧钢板边部裂纹缺陷和热轧板卷纵向“黑线”缺陷减少，钢板成材率得到提高。但是，本实用新型提供的结晶器处了具有上述缺陷外，还存在内表面为圆弧曲面，加工难度远大于内表面为平面的结晶器铜板，加工费用高的问题。目前有利用倒角结晶器将铸坯的边角凝铸成钝角的形状。展宽轧制时一般需将钢板展宽50％以上，若保持整个展宽轧制阶段各道次的咬入时铸坯边角均为钝角的形态，需将倒角面厚度扩大至铸坯厚度的16.7％以上，以300mm厚铸坯来计算，倒角面厚度需达到50mm以上。但目前公布的现有技术中，为了减少倒角结晶器的加工费用和提高宽面方向上锥度的调整精度，均是将倒角面的宽度和厚度设定在30mm以下，如何生产出大厚度倒角面的无缺陷铸坯，这是现有技术没有提供的。且相比于边角为圆滑弧形的形状，呈钝角的铸坯边角在提高散热均匀性和提高金属的平缓均匀流动性方面还有一定的不足。

技术实现要素：

本发明通过提供一种消除大宽度钢板轧材边部黑线缺陷的设备及方法，能够生产出具有大厚度倒角面的铸坯，在整个展宽轧制阶段能保持各道次的咬入时铸坯边角均为钝角的形态，轧材不易出现边部黑线缺陷。

所述设备为在窄面铜板的角部存在两个连续倒角的结晶器。所述方法为通过上述结晶器将铸坯凝固成为具有大的倒角厚度的铸坯，连铸坯出二冷室区段时采用火焰熏烤的方法对铸坯边角进行加热使边角软化，然后利用铸坯角部弧形化设备将铸坯的边角进行弧形变形。

为了便于区分，将结晶器上的倒角称为结晶器第一倒角、结晶器第二倒角；铸坯上的倒角称为铸坯第一倒角、铸坯第二倒角。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种消除大宽度钢板轧材边部黑线缺陷的结晶器，包括两相对宽面铜板和两相对窄面铜板，所述窄面铜板与宽面铜板相连接的部分为两个相连续倒角，所述倒角包括结晶器第一倒角和结晶器第二倒角；结晶器内侧，窄面铜板第一倒角热面与宽面铜板的夹角为155～165°，窄面铜板第二倒角热面与窄面铜板第一倒角热面之间的夹角为155～165°。

优选的，窄面铜板的背部设有冷却水缝，所述冷却水缝包括中部的直冷却水缝和两侧的斜冷却水缝，斜冷却水缝延长线与直冷却水缝延长线间的夹角为25～35°。

优选的，所述结晶器第一倒角在宽面上的倒角宽度h1为8～12mm；结晶器第二倒角在窄面上的倒角宽度h2为40～60mm。

优选的，斜冷却水缝顶部与窄面铜板第二倒角热面的距离等于直冷却水缝的顶部与窄面铜板水平热面的距离。进一步的，直冷却水缝的顶部与窄面铜板的水平热面的距离为10～15mm。

进一步优选的，直冷却水缝截面的尺寸为：(4～6)mm×(8～10)mm，直冷却水缝的宽度为4～6mm，直冷却水缝的深度为8～10mm，直冷却水缝间的距离为：8～10mm，斜冷却水缝和直冷却水缝的宽度相同，斜冷却水缝之间的距离与直冷却水缝之间的距离相同。

优选的，所述窄面铜板上靠近结晶器第一倒角处设有横截面为圆形的冷却水缝。进一步的，在距窄面第一倒角热面2～3mm，且距宽面铜板水平热面2～3mm处设有横截面为圆形的冷却水缝，圆形冷却水缝的内径为3～4mm。

优选的，在宽面铜板的背部设有宽面铜板冷却直水缝。进一步优选的，宽面铜板冷却直水缝截面的尺寸为：(4～6)mm×(8～10)mm，宽面铜板冷却直水缝的宽度为4～6mm，直水缝的深度为8～10mm，宽面铜板冷却直水缝间的距离为：8～10mm，宽面铜板冷却直水缝的顶部与宽面铜板的水平热面的距离为10～15mm。

一种消除大宽度钢板轧材边部黑线缺陷的方法，包括以下步骤：

(1)使用上述结晶器将铸坯凝固成为具有大的倒角厚度的铸坯，所述铸坯边角处为连续的铸坯第一倒角和铸坯第二倒角；

(2)连铸坯出二冷室辊段时使用来回移动的火焰喷枪对铸坯边角进行加热，使边角软化；

(3)对铸坯边角进行加热后，立即利用铸坯角部弧形化设备将铸坯的边角进行弧形变形。

步骤(1)所述倒角厚度是指铸坯第一倒角和第二倒角在铸坯厚度方向上投影的长度之和，即窄面铜板第一倒角热面和窄面铜板第二倒角热面在窄面铜板方向上投影的长度之和。

优选的，步骤(2)所述火焰喷枪的气体为乙炔、煤气等。

优选的，步骤(2)所述边角软化温度为1100～1250℃。

优选的，步骤(3)所述铸坯角部弧形化设备包括一内凹形的圆辊，圆辊中心轴线部位含有一个转轴，所述转轴连接有液压机构。

进一步优选的，步骤(3)所述铸坯的边角进行弧形变形的方法为：液压机构以垂直于铸坯第一倒角面的方向向转轴施加压力将圆辊紧压铸坯边角，使铸坯边角发生金属流动变形，使铸坯角部变形后紧贴圆辊的内凹形外表面，实现铸坯角部弧形化。随着铸坯的拉坯运动，由于铸坯和圆辊之间摩擦力的作用，圆辊也在铸坯带动下发生转动，圆辊不会对铸坯造成擦伤。

本申请的实施例中提供一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本发明通过提供一种消除大宽度钢板轧材边部黑线缺陷的设备及方法，能够生产出具有大厚度倒角面的铸坯，在整个展宽轧制阶段能保持各道次的咬入时铸坯边角均为钝角的形态，轧材不易出现边部黑线缺陷。

2、本发明提供的具有连续倒角结晶器的水平横截面中，结晶器第一倒角为斜线。斜线倒角与圆滑弧形倒角相比，斜线倒角并不与结晶器宽面相切，斜线倒角处铜板的细长程度有所降低，因此距离倒角尖角较近的位置处就有较厚的铜板，可以距离倒角铜板的尖角较近的位置处布置冷却水缝；且斜边的长度小于圆滑弧形边的长度，钢水通过斜边传导出的热量小于通过圆滑弧形边传导出的热量；因此在保证足够冷却水流量的情况下，窄面铜板的倒角斜边处温度不会异常升高，不易发生结晶器漏钢事故，结晶器铜板寿命高。

3、本发明提供的具有连续倒角的结晶器水平横截面中，结晶器第一倒角边和宽面铜板的夹角为钝角，有利于后续的铸坯边角弧形化操作；结晶器第一倒角边和结晶器第二倒角边连续连接，结晶器第二倒角边在结晶器第一倒角边的基础上对结晶器边角进一步倒角，经过两次倒角，使得在结晶器窄面方向上具有大的倒角宽度。

4、通过弧形化设备使铸坯第一倒角面与宽面连接处、铸坯第一倒角面与住铸坯第二倒角面连接处发生弧形变形，弧形化边角在后续的展宽轧制时的边角变形过程中，能使整个弧形化边角发生平缓均匀的变形，从而避免变形集中在铸坯的边棱中，避免由于边部不均匀变形而产生折叠缺陷。

5、使用该结晶器能生产出具有大厚度倒角面的铸坯，在整个展宽轧制阶段能保持各道次的咬入时铸坯边角均为钝角的形态，轧材不易出现边部黑线缺陷；且在第一道次展宽轧制时的铸坯刚被咬入时，铸坯与轧辊接触的面为铸坯第一倒角圆弧面，铸坯第一倒角圆弧面被咬入稍一变形，轧辊和倒角斜面的接触面积就急剧增大，从而轧辊和铸坯的咬入摩擦力也急剧增大，铸坯能被顺利咬入轧辊内部，避免了咬入打滑现象的出现，且由于轧辊和铸坯的咬入过程中接触面积大，咬入阶段发生的变形均匀分布在倒角圆弧面上，不易引起褶皱；经过第一道次的轧制后，由于金属流动的原因，中间坯的边角仍能保持弧形化，而且原始铸坯具有大厚度钝角倒角面，在后续道次的展宽轧制时，中间坯与轧辊接触的面仍为弧行面不易产生边部折叠缺陷。

附图说明

图1为角部为圆滑弧形的结晶器的窄面铜板和宽面铜板相交位置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的具有连续倒角的结晶器水平横截面示意图；

图3为图2中b位置处的剖面示意图；

图4为本发明实施例提供的铸坯边角加热过程示意图；

图5为本发明实施例提供的铸坯边角弧形化过程示意图；

图6为图5中c位置处的局部放大示意图。

附图标记：1、宽面铜板；2、窄面铜板；3、结晶器第一倒角；4、结晶器第二倒角；5、宽面铜板冷却直水缝；6、圆形冷却水缝；7、直冷却水缝；8、斜冷却水缝；9、铸坯；10、火焰喷枪；11、高温火焰；12、铸坯边角弧形化设备；13、弧形曲线；14、转轴；15、铸坯第一倒角面；16、铸坯第二倒角面；17、圆辊；18、窄面铜板第二倒角热面；19、窄面铜板的水平热面；20、窄面铜板第一倒角热面；21、宽面铜板的水平热面；a：结晶器弧形倒角的尖角位置处；b：连续倒角结晶器边部位置处；c：铸坯边角弧形化位置处；d：结晶器第一倒角角度(即第一倒角的斜面与宽面铜板之间的夹角)l1、窄面铜板每条斜冷却水缝的顶部与窄面铜板第二倒角热面的垂直距离；l2、窄面铜板每条直冷却水缝的顶部与窄面铜板水平热面的垂直距离；l3、宽面铜板每条直冷却水缝的顶部与宽面铜板水平热面的垂直距离；l4、窄面铜板圆形却水缝与窄面铜板第一热面的垂直距离；l5、窄面铜板圆形却水缝与宽面铜板水平热面的垂直距离。

具体实施方式

下面以附图和具体实施方式对本发明所述的一种消除大宽度钢板轧材边部黑线缺陷的设备及方法作进一步详细的说明。

实施例1

如图2～3所示，为本发明实施例的一种消除大宽度钢板轧材边部黑线缺陷的结晶器的结构示意图，包括两相对宽面铜板1和两相对窄面铜板2，所述窄面铜板1与宽面铜板2相连接的部分为相连续的结晶器第一倒角3和结晶器第二倒角4，结晶器第一倒角3的倒角面(即窄面铜板第一倒角热面20)与宽面铜板1的夹角为155～165°，结晶器第二倒角4的倒角面(即窄面铜板第二倒角热面18)与结晶器第一倒角3的倒角面之间的夹角为155～165°；窄面铜板2的背部包含中部的直冷却水缝7和两侧的斜冷却水缝8，斜冷却水缝8延长线与直冷却水缝7延长线间的夹角为25～35°。

由于对结晶器角部进行连续两次倒角，且h2+ctg(d)*h1的值为结晶器窄面2上的倒角总宽度，该值比较大，因此使得结晶器窄面方向上具有大的倒角宽度。

具体的，所述结晶器第一倒角3在宽面铜板1方向上的倒角宽度h1为8、10、12mm；结晶器第二倒角4在窄面铜板2方向上的倒角宽度h2为40、50、60mm。

具体的，斜冷却水缝8顶部与窄面铜板第二倒角热面18的距离l1等于直冷却水缝7的顶部与窄面铜板水平热面19(窄面铜板水平热面是窄面铜板内表面中与宽面铜板垂直的平面)的垂直距离l2。直冷却水缝7的顶部与窄面铜板2的水平热面的垂直距离为10～15mm。

具体的，直冷却水缝7截面的尺寸为：(4～6)mm×(8～10)mm，直冷却水缝7的宽度为(4～6)mm，直水缝的深度为(8～10)mm，直冷却水缝7间的距离为：8～10mm，斜冷却水缝8和直冷却水缝7的宽度相同，相邻两条斜冷却水缝8之间的垂直距离与相邻两条直冷却水缝7之间的距离相同。

具体的，所述窄面铜板2上靠近结晶器第一倒角3处设有横截面为圆形冷却水缝6。圆形冷却水缝6距窄面铜板第一倒角热面20的距离l4为2～3mm，且圆形冷却水缝6距宽面铜板水平热面21的距离l5也为2～3mm，圆形冷却水缝6的横截面内径为3～4mm。

具体的，宽面铜板的背部，包含宽面铜板冷却直水缝5。宽面铜板冷却直水缝5截面的尺寸为：(4～6)mm×(8～10)mm，该直水缝5的宽度为4～6mm，该直水缝5的深度为8～10mm，该直水缝5的间距为：8～10mm，宽面铜板冷却直水缝5的顶部与宽面铜板水平热面21的距离l3为10～15mm。

实施例2

本实施例提供一种消除大宽度钢板轧材边部黑线缺陷的方法，首先使用实施例1所述结晶器得到具有大的倒角厚度的铸坯9，铸坯9的边角处为两个连续的倒角，分别为铸坯第一倒角和铸坯第二倒角。铸坯9刚被拉出二冷室辊段时，使用来回移动的火焰喷枪10对铸坯第一倒角面15处进行加热，使铸坯第一倒角软化，如图4所示。所述火焰喷枪10设置在铸坯第一倒角面15处，火焰喷枪10喷出的高温火焰11正对铸坯第一倒角面15。火焰喷枪10的燃烧气体为乙炔或者煤气。加热使铸坯边角处的温度由700～800℃升高至1100～1250℃。

其中铸坯第一倒角面15与结晶器第一倒角3的倒角面相对应，第一倒角为结晶器窄面铜板上靠近宽面铜板的倒角。铸坯第二倒角面16与结晶器第二倒角4的倒角面相对应(第二倒角为结晶器窄面铜板上远离宽面铜板的倒角)，铸坯9的四个边角位置处各有一把火焰喷枪10，且对称分布。

如图5、图6所示，对铸坯边角进行加热后，立即利用铸坯角部弧形化设备12将铸坯9的边角进行弧形变形。所用铸坯角部弧形化设备为包括表面为内凹形状的圆辊17，圆辊17曲面的母线为弧形曲线13，弧形曲线13的曲度为50～60m^-1，圆辊17中心轴线部位设有一个转轴14，圆辊17可绕转轴14转动。液压机构以垂直于铸坯第一倒角面15的方向向转轴14施加压力将圆辊17压向铸坯第一倒角面15，使铸坯第一倒角面15两端处的边角发生金属流动变形，使铸坯角部变形后紧贴圆辊17的内凹形外曲面，实现铸坯9角部弧形化。随着铸坯的拉坯运动，由于铸坯9和圆辊17之间摩擦力的作用，圆辊17也在铸坯9带动下发生转动，圆辊17不会对铸坯9造成擦伤。铸坯的4个边角位置处各有一个铸坯角部弧形化设备12，且对称分布。

通过以上措施的实施，生产大宽度钢板轧材的过程中未出现过边部折叠黑线缺陷问题，轧材边部折叠黑线缺陷得到彻底解决和控制，轧材边部切除率大大减低，可提高轧材成材率2％，创造直接经济效益1200万元/年。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。