一种提升铸坯质量的板坯冷却与压下方法

技术领域

本发明属于连铸技术领域，具体涉及一种提升铸坯质量的板坯冷却与压下方法，该方法可根据钢种对铸坯质量的要求，通过铸坯的冷却和压下改善其轧制表面质量和内部质量，该方法不仅能够改善铸坯表面组织，也可以提高其内部质量。

背景技术

在冶金连铸的生产过程中，铸坯的内部与外部质量是冶金工作者十分关注的问题。铸坯的内部质量主要表现在成分均匀，无疏松、无缩孔、无裂纹等，外部质量则是无夹渣、无裂纹等，这些缺陷都会遗传到后续的轧制产品中，因此希望生产出铸坯内部组织和外部组织有优良的的产品。这些内部缺陷的产生的原因，一方面是钢液在凝固末期发生的自然收缩，另一方面与连铸工艺参数的设置相关，例如断面大、浇铸温度、冷却制度和辊缝等。这些缺陷都与现有连铸机的设计和生产方法决定，也是很难避免的。而当前提高铸坯内部质量缺陷的方法主要有低温浇铸、电磁搅拌和轻压下，但这些措施都无法改进铸坯的中心疏松，这些疏松缺陷都是在铸坯液芯接近固态时产生的，以上方法对铸坯凝固后期导致的收缩缩孔和疏松起不到关键作用。铸坯轧制产生的裂纹一部分是来源于连铸过程，另一部分则是来之于热送工艺中的温度控制不合理。

专利CN106735026A提到一种单点重压下方法，该方法利用一个扇形段的一对支撑辊对铸坯进行压下，在一个点上较短时间内实施重压下，该方法属于一种高变形速率重压下方法，该方法对解决铸坯的中心疏松问题效果较好，因为压下距离较短对偏析问题效果较差。专利CN106001476A和CN102921914B中提到一种两阶段连铸重压下方法，该方法针对大方坯和宽厚板坯采用轻压下和重压下解决铸坯偏析和疏松问题，该方法采用多个扇形段对在较长的距离范围内实施压下，该种方法变形速率较低，为低变形速率变形方法，该方法对产品规格和钢种有一定的局限性，且对解决铸坯偏析问题效果较好，对较厚铸坯疏松问题效率不高。利CN104057049B和CN104858383A提出一种连铸坯凝固末端重压下的连铸机扇形段及其重压下方法，其特点是在扇形段中间位置安置一个大辊径驱动辊，相当于大辊径轧机的一个轧制道次变形，这样更有利于连铸坯中心区域疏松改善，但该方法由于大辊处于扇形段中间位置，距离扇形段入口油缸位置有一定距离，限制了压下量的发挥。

从上面的专利分析可以看出，当前的重压下技术路线主要由两个，一个是采用一个扇形段或多个扇形段在较长的距离内实施一定的压下量，其压下区域为铸坯两相区，偏重于解决偏析问题。另一个是采用单辊在一个点实施一定的压下量，压下区域为铸坯接近凝固终点或完全凝固，偏重于解决疏松问题。通过铸坯压下解决疏松的前提条件是压下变形要传递到铸坯中心，从而消除中心疏松。同时压下过程要避免铸坯产生压下裂纹，尤其是铸坯角部位置，因此其温度较低，大的变形会导致铸坯发生角部裂纹。

发明内容

本发明目的在于提供一种提升铸坯质量的板坯冷却与压下方法，该方法不仅可以提高铸坯中心的压下变形，而且可以控制铸坯表层组织，降低铸坯热轧表面裂纹。

本发明方法在铸坯水平段采用冷却水控制铸坯表面温度，提高铸坯的内外温差，然后在铸机出口对铸坯进行压下，从而实现压下变形向铸坯中心的有效传递，工业试验证明该方法对改善铸坯中心质量非常有效(如图2所示)。同时，铸坯表面温度降低到相变温度以下，然后经过轧制加热再次发生相变，通过铸坯表层组织的循环相变细化铸坯表层晶粒，提高铸坯塑性，降低轧制裂纹发生率。实践证明铸坯角部温度低，压下过程铸坯变形主要发生在铸坯角部和边部，其抗力较大，因此大变形量极易在铸坯角部发生裂纹。为了避免铸坯角部温度低在压下过程中产生角部裂纹，在出铸机后在铸坯角部位置设置加热装置，提高铸坯角部温度。该方法对提高产品表面质量和内部质量都有很大的帮助。

本发明的技术方案为：

一种提升铸坯质量的板坯冷却与压下方法，包括如下步骤：

(1)在冶金连铸中，在连铸机出口依次设置铸坯角部电磁感应加热装置和压下装置；

(2)冶金连铸生产中在铸机水平段对铸坯表面进行冷却速度为2-12℃/S的快速冷却，降低铸坯表面温度，然后在铸坯角部通过电磁感应加热装置进行感应加热提高角部温度，将铸坯角部温度提高到大于等于宽面温度；所述对铸坯表面进行冷却，针对不同钢种冷却强度不同，对塑性较好的低碳钢可将温度快速降低到400-900℃；对裂纹敏感钢种可将铸坯表面温度控制在600-1000℃。

(3)最后在铸坯全凝固状态压下对铸坯施加10-50mm的压下量。

进一步，所述铸坯角部电磁感应加热装置安装在铸机出口位置，所述铸坯角部电磁感应加热装置采用C型框架，所述C型框架固定在小车上，所述小车可横向移动适用于不同宽度板坯。

进一步，所述压下装置安装在角部加热装置后部；所述压下装置为单机架形式，其分为上辊与下辊的两辊结构，辊径为500-1200mm，圧下力为1000-3000t。

进一步，所述塑性较好的低碳钢为其碳含量小于0.09％。

更进一步优选，所述塑性较好的低碳钢为管线钢或普通结构钢。

进一步，所述裂纹敏感钢种其碳含量为0.07-0.17％，或含有Nb、V、Ti、B合金元素的微合金钢，例如船板、能源和高强钢等。

根据本发明所述一种提升铸坯质量的板坯冷却与压下方法，所述对铸坯表面进行冷却前铸坯表面温度为700-1100℃，角部温度比表面温度低50-200℃。

根据本发明所述一种提升铸坯质量的板坯冷却与压下方法，所述对铸坯表面进行冷却，针对不同钢种冷却强度不同，对塑性较好的低碳钢将温度快速降低到400-900℃，如此铸坯表面和中心温度差为400-1000℃；若是裂纹敏感钢种则采用较低的冷却强度，将铸坯表面温度控制在600-1000℃，如此铸坯表面和中心温度差可以获得200-800℃的温差。

在连铸过程中，铸坯在凝固末期形成两相区，该区域初始点固相率为0，然后随着热量释放固相率逐渐增加，在固相率0.7之前，两相区有一定的流动性，铸坯中心凝固收缩会得到后续钢液的补充无疏松产生，但该区域因选分结晶造成溶质元素浓度剧集产生偏析。在固相率达到0.8以后，两相区几乎无流动特性，随着凝固收缩的进行得不到后续钢液补充而形成疏松，直至铸坯固相率为1，完成形成固态铸坯，该疏松缺陷会一直留存在铸坯中心位置。为了能够消除铸坯中心的疏松缺陷对铸坯施加10-50mm的压下量，对中心疏松进行压合。压下实施在铸坯表面进行，为了将变形量更多地传递到铸中心，提高铸坯中心压下效率，需要增加铸坯表面和中心的温度差，提高铸坯表面强度，让更多的变形发生在铸坯中心位置。因此在铸坯水平段对铸坯表面进行加强冷却，针对不同钢种冷却强度可有不同选择，对塑性较好的低碳钢可将温度快速降低到400-900℃，如此铸坯表面和中心温度差可以获得400-1000℃。若是裂纹敏感钢种则采用较低的冷却强度，将铸坯表面温度控制在600-1000℃，如此铸坯表面和中心温度差可以获得200-800℃的温差。为了避免铸坯角部温度过低在压下过程中产生角部裂纹，在铸机出口设置铸坯角部电磁感应加热装置，将铸坯角部温度提高到600-1000℃。然后对铸坯实施10-50mm的压下。因此铸坯表面与内部存在一定的温差，因此铸坯表面的变形很容易传递到铸坯中心，从而对铸坯中心疏松进行压合，提高铸坯中心致密度，改善铸坯中心质量。因铸坯表面受到冷却温度降低到奥氏体向铁素体转变温度，在铸坯进入到加热炉后升温，铸坯表面温度重新回到奥氏体温度以上，表面组织经历一次循环相变过程，利于铸坯表层晶粒细化，提高塑性，降低铸坯表面裂纹发生率，改善铸坯表面质量。

本发明有益技术效果：

本发明方法通过对铸坯进行冷却，增大铸坯表面和中心的温度差，然后对铸坯实施一定量的压下，通过压合铸坯中心疏松改善产品内部质量。在压下之前对铸坯角部进行感应加热，减少铸坯压下的角部裂纹发生率。同时铸坯表层经过循环相变，组织晶粒得到细化，有助于提高铸坯表面塑性，减少铸坯表面裂纹发生，改善产品的表面质量，因此该方法通过表面快速冷却、角部加热和全凝固状态的压下提高铸坯内部质量和表面质量。

本发明方法不仅可以提高铸坯中心的压下变形，改善铸坯的中心疏松，将板坯中心低倍质量控制在曼内斯曼标准2.0以内，可有效愈合厚板铸坯中心疏松和缩孔，压下比降到1.5-3。与传统工艺相比，铸坯孔隙率可减少三分之一，如图2所示。经过压下处理的铸坯中心偏析和疏松带消失，而未经过压下处理的铸坯可见明显的中心偏析和疏松带。

附图说明

图1为本发明中铸坯快冷、角部加热与全凝固下工艺示意图；

其中，铸坯-1、快速冷却-2、角部加热-3、全凝压下-4。

图2为厚板坯压下铸坯中心质量对比图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述，本领域技术人员应当理解，所述实施例仅用于示例，而不对本发明构成任何限制。

下面来结合附图详细说明本发明方法的实施过程：

本发明公开一种提高铸坯1表面质量和内部质量的快冷2、角部加热3和全凝压下4的铸坯连铸技术。铸坯在凝固后期在铸坯中心产生疏松，为了改善铸坯中心疏松缺陷，对铸坯实施一定量的压下，为了提高铸坯中心的压下效率需要增加铸坯表面和中心的温度差，因此在铸机水平段对铸坯表面进行快速冷却，降低铸坯表面温度，然后在铸坯角部进行感应加热提高角部温度，之后进行铸坯压下。

实施例1：

以低碳合金管线钢为例，铸坯在过矫直点之后形成两相区，也就是铸坯水平段是铸坯的两相区凝固区域，此时铸坯1表面温度为900℃。在该区域铸坯完成全部凝固并在末端形成疏松缺陷。在铸机水平段对铸坯表面进行喷淋冷却2，快速将铸坯温度降低到600℃，当铸坯内部中心温度为1200℃，内外温差为600℃，此时铸坯角部温度低于600℃，在铸坯出铸机后对其角部采用感应加热3的方式进行加热，提高铸坯角部温度等于或高于宽面温度，然后利用压下装置4对铸坯1进行20mm的压下，由于铸坯内外温度差大，内部温度高，变形很容易传递到铸坯内部。从而提高铸坯内部质量。如图2所示，将板坯中心低倍质量控制在曼内斯曼标准2.0以内，可有效愈合厚板铸坯中心疏松和缩孔，压下比降到1.5-3。与传统工艺相比，铸坯孔隙率可减少三分之一。经过压下处理的铸坯中心偏析和疏松带消失，而未经过压下处理的铸坯可见明显的中心偏析和疏松带。

所述铸坯角部电磁感应加热装置安装在铸机出口位置，铸坯角部电磁感应加热装置采用C型框架，C型框架固定在小车上，所述小车可横向移动适用于不同宽度板坯。所述压下装置安装在角部加热装置后部；压下装置为单机架形式，其分为上辊与下辊的两辊结构，辊径为800mm，圧下力为2000t。

实施例2：

以包晶合金钢船板钢为例，同样铸坯1在水平段形成两相区并完全凝固，因包晶合金钢属于裂纹敏感钢种，因此铸坯表面采用一般冷却2，维持其表面温度为900℃，此时其角部温度约为700℃，对其角部进行感应加热3，提高到900℃，然后进行20mm的压下4，提高其内部质量。该实施例同样得到图2的技术效果。

所述铸坯角部电磁感应加热装置安装在铸机出口位置，铸坯角部电磁感应加热装置采用C型框架，C型框架固定在小车上，所述小车可横向移动适用于不同宽度板坯。所述压下装置安装在角部加热装置后部；压下装置为单机架形式，其分为上辊与下辊的两辊结构，辊径为1200mm，圧下力为3000t。

当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变形都将落在本发明权利要求的范围内。