一种具有角部加热能力的板坯铸轧装置及方法与流程

本发明属于冶金连铸技术领域，涉及一种具有角部加热能力的板坯铸轧装置及方法。

背景技术：

随着工业技术的不断发展，人们对钢材质量的要求不断提高，为满足日益增长的客户需求，连铸板坯的规格日益变得大型化：厚度可达700mm，宽度可达3400mm。如何保证这些极限尺寸下铸坯的各项性能指标，是连铸设备及技术人员不懈追求的目标。

钢的连铸过程实际上是一个伴随着钢液流动，晶粒形核、生长，溶质元素再分配等动量、热量、溶质的传输以及钢液凝固收缩，凝固坯壳弯曲、矫直、鼓肚等内外力共同作用下的复杂凝固成型过程。连铸过程中随着钢液温度的逐渐降低，当钢液温度低于钢的结晶形核温度时，钢液中将逐渐产生晶核并长大，同时伴随着溶质在不同相之间的重新分配。由于钢中溶质元素在固相中的溶解度低于在液相中的溶解度，所以凝固过程中，枝状晶从铸坯表面向中心生长的同时伴随着溶质元素向枝晶间富集，如果富集在枝晶间的溶质元素在凝固末期不能有效扩散，将会形成枝晶间微观偏析。在凝固后期，凝固收缩得不到钢液的补充，将产生中心疏松和中心缩孔。这些组织缺陷对钢材的最终性能随机波动产生了很大的影响。同时，由于传热学特征的影响，连铸坯的角部在凝固后期温度较中央区域低150-200℃，其实际温度低于900℃，处于钢的塑性不良区域。矫直时，由于机械应力和温度应力的耦合作用，极容易诱发裂纹，在后续的热加工过程中难以焊合。现代连铸生产工艺经常采用轻压下工艺来改善板坯的中心偏析、中心疏松和中心缩孔，此时如果角部温度过低，角部的开裂倾向会进一步加剧。另外板坯凝固末端呈现“w”状，极易出现三角区裂纹，不利于实现凝固末端轻压下工艺。如果在轻压下之前在线对板坯进行加热，将均匀板坯三角区部分温度，消除三角区裂纹，从而为轻压下工艺的实施提供良好的前提条件。

由于连铸固有的工艺特征所带来的成分偏析、组织缺陷和温度不均匀，深远影响到了钢材最终产品的性能；而且越是高品质钢，对产品性能一致性和稳定性的影响就越显著。如何消除或减小铸坯中心偏析、中心疏松、中心缩孔，改善铸坯质量，生产高质量的铸坯是连铸工作者的核心任务。

对于传统板坯连铸机广泛采用动态轻压下技术来改善中心偏析、中心疏松和中心缩孔。板坯连铸轻压下是指通过在铸坯凝固末端附近施加一定的压力，对铸坯实施合适的压下量以阻碍富集偏析元素钢液的定向流动，减轻或消除中心偏析同时抵消铸坯凝固末端的体积收缩量，避免中心缩孔和中心疏松的形成。通常，将只能在铸机辊列某一固定位置实施的轻压下称为静态轻压下，能够在线跟踪铸坯热状态，并根据实际凝固末端位置实施的轻压下称为动态轻压下。

对于特厚铸坯来说，由于轻压下技术的压下能力小，铸坯芯部得不到轻压下带来的压缩挤压，芯部疏松、偏析得不到改善，甚至出现分层，严重制约了厚坯轧制后的板材质量。

技术实现要素：

本发明提供一种具有角部加热能力的板坯铸轧装置及方法，通过e型板坯角部感应加热器电磁加热，提高板坯角部温度，避免在矫直和铸轧过程中出现裂纹。

本发明的技术方案是，一种具有角部加热能力的板坯铸轧装置，至少包括一个铸轧扇形段和多个e型板坯角部感应加热器，其中，所述的铸轧扇形段由上框架、油缸装配、侧框架、辊子和下框架组成；所述的上框架和下框架通过左右两边的侧框架连接，在上框架上端的两侧各有一个油缸装配，上框架和下框架的上下内侧分别对应设置有辊子，所述的铸轧扇形段设置在拉矫机之后的第2-4个扇形段的位置，所述的e型板坯角部感应加热器两个为1组，1-2组e型板坯角部感应加热器分别设置在在拉矫机之前的扇形段上和拉矫机之后的第1-2个扇形段上。

所述的铸轧扇形段由5-7对辊子组成，辊径为φ250-φ450mm，采用鼓形辊。

所述的e型板坯角部感应加热器包括上磁极线圈、下磁极线圈、侧面磁极线圈、e型铁芯和凹形壳体，e型铁芯设置在凹形壳体内，e型铁芯对应设置在凹形壳体内，上磁极线圈和下磁极线圈相对布置在e型铁芯上端开口处，上磁极线圈和下磁极线圈的磁极面平行，上磁极线圈和下磁极线圈之间有间隔，侧面磁极线圈设置在e型铁芯中部凸出处，侧面磁极线圈的磁极面与上磁极线圈和下磁极线圈的磁极面垂直；凹形壳体的凹形槽内有板坯通过。

所述的上磁极线圈和下磁极线圈之间的间隔距离大于板坯的厚度。

所述的e型板坯角部感应加热器对板坯的角部加热温度在960-1050℃之间，角部温度能够保持在900℃-920℃以上。

所述的e型板坯角部感应加热器的上磁极线圈和下磁极线圈匝数为50匝、侧面磁极线圈匝数为100匝。

所述的e型板坯角部感应加热器的频率200-500hz，电流200-400a；所述的e型板坯角部感应加热器的功率为100kw。

板坯通过驱动辊子在上框架和下框架之间的辊子进行铸轧；在板坯拉矫机和铸轧机之前的扇形段分别安装1-2组e型板坯角部感应加热器，通过e型板坯角部感应加热器电磁加热，提高板坯角部温度，避免在矫直和铸轧过程中出现裂纹。

在铸轧过程中，铸轧选择在拉矫机之后的第2-4个扇形段，液芯压下实施位置在连铸坯面积凝固率达到85%；液芯压下的总压下率在6-10%，单对辊压下量以2-4mm，总压下量为30mm。

连铸机拉速范围为0.5～3m/min，铸坯钢种包括碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金结构钢、特种钢和硅钢、不锈钢，铸坯厚度为200～700mm，宽度为等于或小于3400mm。

本发明的优点是：在液芯压下过程中，铸坯在压下辊的作用下挤压钢水，使板坯芯部钢水向上运动，这种运动使正在凝固的钢水混合，具有混匀溶质、消除成分偏析、促进中心区域凝固的优点，而且能细化铸坯内部组织，减轻铸坯中心偏析，提高铸坯的内部质量。通过连续压下，使得铸坯厚度减薄，提高连铸机的工艺操作性，并能与轧机更好地匹配而取得最佳经济效益。为了预防压下过程中角部产生裂纹，需要在矫直前和铸轧前对板坯进行角部加热，提高角部温度，预防矫直和压下过程中产生的角部和三角区裂纹，提高压下率和压下效果。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1本发明提供的智能铸轧扇形段；

图2智能铸轧扇形段a向视图；

图3本发明提供的板坯角部加热器安装位置示意图；

图4本发明提供的板坯角部加热器安装布置示意图；

图5本发明提供的板坯用e型角部加热器。

图中：1-上框架；2-油缸装配；3-侧框架；4-辊子；5-下框架；6-e型板坯角部感应加热器；7-板坯。

具体实施方式

实施例1

如图1-图4所示，一种具有角部加热能力的板坯铸轧装置，至少包括一个铸轧扇形段和多个e型板坯角部感应加热器6，其中，所述的铸轧扇形段由上框架1、油缸装配2、侧框架3、辊子4和下框架5组成；所述的上框架1和下框架5通过左右两边的侧框架3连接，在上框架1上端的两侧各有一个油缸装配2，上框架1和下框架5的上下内侧分别对应设置有辊子4，所述的铸轧扇形段设置在拉矫机之后的第2-4个扇形段的位置，所述的e型板坯角部感应加热器6两个为1组，1-2组e型板坯角部感应加热器6分别设置在在拉矫机之前的扇形段上和拉矫机之后的第1-2个扇形段上。

一种具有角部加热能力的板坯铸轧装置的板坯铸轧方法，板坯7通过驱动辊子在上框架1和下框架5之间的辊子4进行铸轧；在板坯7拉矫机和铸轧机之前的扇形段分别安装1-2组e型板坯角部感应加热器6，通过e型板坯角部感应加热器6电磁加热，提高板坯7角部温度，避免在矫直和铸轧过程中出现裂纹。

实施例2

在实施例1的基础上，如图5所示，所述的e型板坯角部感应加热器6包括上磁极线圈601、下磁极线圈602、侧面磁极线圈603、e型铁芯604和凹形壳体605，e型铁芯604设置在凹形壳体605内，e型铁芯604对应设置在凹形壳体605内，上磁极线圈601和下磁极线圈602相对布置在e型铁芯604上端开口处，上磁极线圈601和下磁极线圈602的磁极面平行，上磁极线圈601和下磁极线圈602之间有间隔，侧面磁极线圈603设置在e型铁芯604中部凸出处，侧面磁极线圈603的磁极面与上磁极线圈601和下磁极线圈602的磁极面垂直；凹形壳体605的凹形槽内有板坯7通过。凹形壳体605底部固定在板坯连铸机拉矫机之前和铸轧机之前的扇形段上（见图3）

所述的上磁极线圈601和下磁极线圈602之间的间隔距离大于板坯7的厚度。

e型板坯角部感应加热器6对板坯7的角部加热温度在960-1050℃之间，以便在整个矫直和液芯压下过程中，角部温度能够保持在900℃以上，对于合金钢种角部温度在920℃以上。

所述的e型板坯角部感应加热器6的上磁极线圈601和下磁极线圈602匝数为50匝、侧面磁极线圈603匝数为100匝。

所述的e型板坯角部感应加热器6的频率200-500hz，电流200-400a；所述的e型板坯角部感应加热器6的功率为100kw。

本发明铸轧扇形段不同于现有的板坯连铸机扇形段，它能够根据不同板坯材质、规格和工艺调整压下工艺参数。如图3所示，铸轧机选择在拉矫机之后的第2-4个扇形段，液芯压下实施位置在连铸坯面积凝固率达到85%之后，一般选择1-2个智能铸轧扇形段进行液芯压下。每个智能铸轧扇形段由5-7对辊子组成，辊径为φ250-φ450mm，采用鼓形辊。液芯压下的总压下率（δh/h）在6-10%为宜，根据钢种特性可以扩展到15%。单对辊压下量以2-4mm为宜。

如图3、图4所示，在板坯拉矫机之前的扇形段安装1-2组e型板坯角部感应加热器6，用于提高板坯7角部温度，避免在矫直过程中出现裂纹；在拉矫机之后的第1-2个扇形段安装1-2组e型板坯角部感应加热器，用于使板坯7在铸轧前提高角部温度，避免产生角部裂纹和三角区裂纹，有利于带液芯铸轧。

本发明适合板坯厚度200mm-700mm，宽度可至3400mm。连铸机拉速范围在0.5-3m/min之间。铸坯钢种包括碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金结构钢、特种钢和硅钢、不锈钢。针对不同钢种和不同厚度、宽度的连铸坯。

实施例3

现以300mm厚度板坯7为例，对本发明进行详细说明。

针对不同钢种和宽度的连铸板坯7，板坯7的拉速范围在0.7m/min-1.0m/min之间。根据钢种、断面和拉坯速度，确立连铸机铸轧区域的最优的铸轧工艺：包括压下位置、压下温度、压下量及压下速度。压下位置从连铸坯凝固率达到85%开始，根据钢种和宽度，选择矫直后第2-4个扇形段压下，选择两个扇形段进行压下。每个辊子的压下量以2-4mm为宜，总压下量约为30mm。在对于塑性好的普通碳素结构钢、低合金钢总压下量可以扩大到45mm。铸轧过程中可以根据不同板坯材质、规格和工艺自动调整压下工艺参数。

压下量先小后大，在液芯区域，为了避免出现裂纹，压下量可略小，以2mm/辊为宜，等到铸坯全部凝固后压下量可以加大，4mm/辊为宜。

通过在线检测到的铸坯温度和铸轧压力，在线动态调整压下工艺。

在拉矫机前和铸轧机前的扇形段，分别安装1-2组e型板坯角部感应加热器。在线检测铸坯角部温度，根据实侧温度制定角部感应加热器的加热温度和加热速度等加热工艺参数。由于板坯角部感应加热器上下磁极极性相同，而与侧面磁极极性相反，磁力只穿过板坯角部。所以，板坯用边角部加热器只对板坯边角部加热，而不用加热整个板坯厚度，更容易实现对板坯的快速加热。同时由于连铸时板坯的运动速度远小于中间坯的运动速度，这对于板坯在连铸过程的补偿加热实现提供了更好的条件，也可以降低加热器的功率，节约能耗。

板坯连铸机扇形段为密排辊结构，为了给e型板坯角部感应加热器安装提供足够大的位置，在e型板坯角部感应加热器安装位置使所在扇形段支承辊长度缩短。

本发明所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。