CN102764869B - 一种连铸过程中连铸坯的强化装置和强化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸过程中连铸坯的强化装置和强化方法，所述强化装置设置在结晶器下方的二冷区，并且设置在连铸坯的附近，所述强化装置包括喷丸器、钢丸、钢丸收集箱、运丸管道和喷丸通道，其中，喷丸器通过运丸通道连接到钢丸收集箱，钢丸收集箱设置在喷丸器的下方，喷丸通道设置在喷丸器的出口处。

Description

一种连铸过程中连铸坯的强化装置和强化方法

技术领域

本发明属于冶金连铸技术领域，涉及一种连铸过程中连铸坯的强化装置和强化方法，具体地说，本发明涉及一种利用喷丸工艺技术在连铸过程中二冷区对连铸坯的强化装置和强化方法。

背景技术

在连铸过程中，铸坯易产生中心偏析、表面缺陷和内部裂纹，铸坯的表面缺陷例如有表面纵裂纹、表面横裂纹、角部横裂纹、边部纵裂纹等，铸坯的内部裂纹主要有中间裂纹、矫直裂纹、角部裂纹、中心线裂纹、三角区裂纹等。连铸坯裂纹的形成是一个非常复杂的过程。带液芯的高温铸坯在连铸机运行过程中，因各种力作用于高温坯壳上而使高温坯壳产生变形，超过了钢的允许强度和应变时产生裂纹的外因，钢对裂纹的敏感性是产生裂纹的内因，而连铸机设备和工艺因素是产生裂纹的条件。

为了提高连铸坯的质量，连铸过程中也采取了许多措施，以达到与普通铸造机械搅拌的目的，例如电磁搅拌技术和铸坯压下技术等。

虽然电磁搅拌对细化晶粒和减轻中心偏析取得了一定的效果，但同样也存在一些问题：(1)连铸生产中的电磁搅拌，大部分电源能量都消耗在线圈与钢液之间的间隙或导体材料的涡流损耗，即发热。真正转化成钢液动能的只是功率中很小的一部分，故功率因数很低，运行成本较高；(2)液态钢水电阻率大、密度比较大等，这些因素要求电磁搅拌需要很大的电磁场，故而连铸中电磁线圈做得比较庞大，不利于设备的安装和维护；(3)对某些高碳钢仅采用电磁搅拌抑制中心偏析是非常困难的；(4)二冷区的电磁搅拌容易产生负偏析。

采用轻压下技术时，压下量的大小对其使用效果影响很大。适当地增加压下量有利于减少中心偏析，但压下量过大也会使铸坯内裂的倾向加剧或使压下辊损坏。轻压下技术主要应用于铸坯凝固末端区域，不适用于二冷区，必须精确地控制浇注工艺参数、凝固条件、压下区间铸坯中心的固相率，匹配好拉坯速度与压下速度。任何一方面控制不合适，不但不能起到改善中心偏析的作用，而且极易造成铸坯中心裂纹，准确应用难度较大。另外，重压下和连续锻压的主要缺点就是设备庞大、投资与成本高，因此难以推广。热应力微压下采用强冷方式，受到铸坯断面尺寸的限制，也会带来一些负面影响，如增加铸坯裂纹发生率、降低矫直温度等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连铸过程中连铸坯的强化装置和强化方法，具体地说，提供一种喷丸工艺技术在连铸过程中二冷区的应用方法，从而能够提高连铸坯的质量。运用喷丸工艺可以增大连铸坯等轴晶比例，改善表面质量，降低缺陷和裂纹数量，提高探伤检测合格率，提升铸坯质量。

本发明的一方面提供了一种连铸过程中连铸坯的强化装置，所述强化装置设置在结晶器下方的二冷区，并且设置在连铸坯的附近，所述强化装置包括喷丸器、钢丸、钢丸收集箱、运丸管道和喷丸通道，其中，喷丸器为单圆盘或双圆盘喷丸器，具有体积较小、移动方便的优点，可以在连铸机有限空间内提供外力，满足连铸坯机械振动的需要。喷丸器通过运丸通道连接到钢丸收集箱，钢丸收集箱设置在喷丸器的下方，喷丸通道设置在喷丸器的出口处，喷丸器通过喷丸通道将钢丸打到连铸坯的表面上。

根据本发明的另一方面，喷丸器可固定在连铸坯的一侧、两侧或多侧。

根据本发明的另一方面，所述强化装置还可包括设置在喷丸通道的周围的防护罩，防护罩呈圆台形状，并且可在靠近连铸坯的一侧有一定的倾角。

根据本发明的另一方面，可在防护罩的下部还设置有尺寸比钢丸稍大的出口，该出口可位于钢丸收集箱的正上方。

根据本发明的另一方面，防护罩下部的出口大小可被设置为钢丸直径的1.5-2倍。

根据本发明的另一方面，喷丸器和喷丸通道可设置在连铸坯的内弧面。

根据本发明的另一方面，防护罩最大直径处可以是喷丸通道直径的1.2-1.5倍，运丸管道的直径可以是钢丸直径的3-5倍。

本发明的一方面公开了一种连铸过程中连铸坯的强化方法，该方法包括下述步骤：使钢液经过震动的结晶器后形成连铸坯；在结晶器下方的二冷区中设置强化装置；利用所述强化装置对连铸坯进行喷丸处理。其中，所述强化装置与根据本发明示例性实施例的连铸过程中连铸坯的强化装置相同。

在二冷区对连铸坯进行喷丸处理，可以对连铸坯施加压应力。压应力能够减小铸坯回温产生鼓肚的倾向。在连铸过程中，二冷水可引起热应力(拉应力)，尤其是在铸坯边角等位置热应力很大，容易引起裂纹等缺陷。喷丸处理能够在坯壳施加压应力，从而能够抵消部分热应力，因此可减小裂纹数量和长度。

附图说明

通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其他目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是根据本发明一个实施例的连铸过程中连铸坯的强化装置的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图详细地描述根据本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例，然而，仅以示例性和说明性的意义提供这些附图和实施例，而不是出于限制性的目的。本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和改变。

图1是根据本发明一个实施例的连铸过程中连铸坯的强化装置的示意图。参照图1，连铸过程中连铸坯的强化装置可设置在结晶器1下方的二冷区，并且可设置在连铸坯2的附近。连铸坯的强化装置可包括喷丸器3、钢丸5、钢丸收集箱6、运丸管道7和喷丸通道8，其中，喷丸器3通过运丸通道7连接到钢丸收集箱6，钢丸收集箱6设置在喷丸器3的下方，喷丸通道8设置在喷丸器3的出口处。根据本发明，喷丸器3可固定在连铸坯2的外弧面一侧，连铸坯左右两侧，或按照铸坯所需的喷丸强度进行布置，喷丸器3可通过喷丸通道8将钢丸5打到连铸坯2的表面上。喷丸器3可将通过运丸通道7供应的钢丸喷射到外部。根据本发明的一个实施例，喷丸器可以是单圆盘或双圆盘喷丸器，具有体积较小、移动方便的优点，可以在连铸机有限空间内提供外力，满足连铸坯机械振动的需要。本领域技术人员能够了解喷丸器3的功能和结构，因此，为了清楚和简要，在这里将省略对喷丸器3的功能和结构的详细描述。

通过将钢丸5高速且连续喷射到连铸坯2的表面，可在铸坯2的表面产生残余压应力层。在该压应力层的保护下，残余压应力提高了裂纹闭合力，减小了最大应力强度因子，从而降低了有效应力强度因子幅值，使裂纹扩展速率下降。同时，由于材料表面氧化物没有塑性，破碎后剥离，因此可用喷丸去除表面氧化物，进行表面处理。

喷丸力的大小可由钢丸大小、喷丸通道8的长度、喷丸通道8的截面面积、喷丸器发动机(未示出)转速、喷丸器3的功率等参数进行控制。例如，随着钢丸5的尺寸增大，喷出的钢丸具有更大的动能，因此能够对连铸坯2施加更大的冲击力(喷丸力)。另外，随着钢丸5的速度增大，其具有的动能也随之增大，从而也能够提高喷丸力。通常，增大喷丸通道8的长度，减小喷丸通道8的截面面积、提高喷丸发动机的转速、增大喷丸器3的功率等手段均有利于增大钢丸5的速度，从而能够提高喷丸力。

另外，可通过调节喷丸通道8与连铸坯2之间的夹角来控制喷丸角度。当喷丸方向与铸坯呈垂直状态(即，喷丸角度为大约90°)时，喷丸强度最高。当喷丸角度减小时，喷丸强度随着喷丸角度的减小而降低。垂直状态或近垂直状态可提高喷丸效果，因此根据本发明的一个实施例，喷丸角度宜控制在70°-90°之间。

根据本发明的一个实施例，还可在喷丸通道8的周围设置防护罩4，从而能够防止钢丸5在与连铸坯2碰撞后被反弹至其他位置，并减小声波的影响范围。防护罩4呈圆台形状，并且在靠近连铸坯2的一侧有一定的倾角。在防护罩4的下部还可设置有尺寸比钢丸5稍大的出口，该出口可位于钢丸收集箱6的正上方，从而能够使钢丸5通过该出口准确地落在钢丸收集箱6上。优选地，可将防护罩4下侧的出口大小设置为钢丸直径的1.5-2倍。落在钢丸收集箱6上的钢丸5可通过运丸通道7运送至喷丸器3中，从而实现钢丸5的循环利用，以减少钢丸消耗并节约运行成本。

根据本发明的另一实施例，可将喷丸器3和喷丸通道8设置在连铸坯2的内弧面，从而可以在连铸坯内2的弧面预先施加压应力，以减少矫直裂纹数量。

根据本发明的一个实施例，喷丸器3可提供一定范围的作用力，具有体积较小、移动方便的优点，可以在连铸机有限空间内提供外力，满足连铸坯机械振动的需要。连铸坯2在二冷区可以承受一定的外力，连铸坯2在二冷区实现机械振动，能够振动钢液，粉碎粗大树枝晶，提高等轴晶比例，降低元素偏析。

因此，在二冷区对连铸坯2进行喷丸处理，可以对连铸坯2施加压应力。压应力能够减小铸坯回温产生鼓肚的倾向，连铸过程二冷水可引起热应力(拉应力)，尤其是在铸坯边角等位置热应力很大，引起裂纹等缺陷。喷丸处理在坯壳施加压应力，能够抵消部分热应力，从而减小裂纹数量和长度。

喷丸产生的压应力能够去除铸坯表面氧化皮，当喷丸力较大时，可以减小铸坯回温鼓肚的倾向，从而改善铸坯表面质量。

另外，在矫直过程中，铸坯内弧面承受矫直应力，这种拉应力易使铸坯产生矫直裂纹，喷丸处理应用在连铸坯内弧面，可以在铸坯内弧面预先施加的压应力，从而减少矫直裂纹数量。

另外，根据本发明的另一实施例提供了一种连铸过程中连铸坯的强化方法，该方法包括下述步骤：使钢液经过震动的结晶器1后形成连铸坯2；在结晶器1下方的二冷区中设置喷丸强化装置；利用喷丸强化装置对连铸坯2进行喷丸处理。其中，根据该实施例的喷丸强化装置与根据本发明前述实施例的连铸过程中连铸坯的强化装置基本相同。

下面将通过具体地实施例来说明本发明。

实施例1：钢液经过振动的结晶器1后形成表面具有一定厚度的连铸坯2。固定位置后的喷丸器3可将钢丸5按一定的速率范围抛出，钢丸5经过喷丸通道7撞击到连铸坯2的表面。防护罩4可以有利于钢丸5的收集和安全生产。钢丸5被收集后进入钢丸收集箱6，并通过运丸管道7进入喷丸器3。经过上述连铸过程中连铸坯的强化装置处理后的连铸坯2能够抵消部分热应力，减小裂纹数量和长度，并且可以减小铸坯回温鼓肚的倾向，从而改善铸坯表面质量。可根据所需的喷丸强度来确定抛出的钢丸5的速率范围，根据本发明的一个实施例，喷丸速率可为40m/s-60m/s。

实施例2：与前述实施例1的连铸过程中连铸坯的强化装置类似，优选地使喷丸器3相对于连铸坯2有一定的距离，可以根据连铸工艺的需要来确定喷丸器3的安装位置。其中，喷丸器3可在连铸坯2的一侧或多侧安装；可对称安装，也可不对称安装，或者独立安装。另外，优选地将防护罩4下侧的出口大小设置为钢丸直径的1.5-2倍，还可附加其它协助收集钢丸的装备。优选地，防护罩4最大直径处是喷丸通道直径的1.2-1.5倍，防护罩4的下端与连铸坯2的表面有一定距离，便于钢丸5的收集。优选地，运丸管道7的直径是钢丸直径的3-5倍，此外，除了使用运丸管道7之外，也可改动为履带式等其他运丸方式。

虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些示例性实施例进行形式和细节上的各种修改和改变。本发明的范围由权利要求书及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种连铸过程中连铸坯的强化装置，所述强化装置设置在结晶器下方的二冷区，并且设置在连铸坯的附近，所述强化装置包括喷丸器、钢丸、钢丸收集箱、运丸管道和喷丸通道，其中，喷丸器通过运丸通道连接到钢丸收集箱，钢丸收集箱设置在喷丸器的下方，喷丸通道设置在喷丸器的出口处喷丸器通过喷丸通道将钢丸打到连铸坯的表面上。

2.如权利要求1所述的强化装置，其中，喷丸器固定在连铸坯的一侧、两侧或多侧。

3.如权利要求1所述的强化装置，其中，所述强化装置还包括设置在喷丸通道的周围的防护罩，防护罩呈圆台形状，并且在靠近连铸坯2的一侧有预定的倾角。

4.如权利要求3所述的强化装置，其中，在防护罩的下部还设置有尺寸比钢丸稍大的出口，该出口位于钢丸收集箱的正上方。

5.如权利要求4所述的强化装置，其中，防护罩下部的出口大小被设置为钢丸直径的1.5-2倍。

6.如权利要求1所述的强化装置，其中，喷丸器和喷丸通道设置在连铸坯的内弧面。

7.如权利要求1所述的强化装置，其中，防护罩的最大直径处是喷丸通道直径的1.2-1.5倍，运丸管道的直径是钢丸直径的3-5倍。

8.一种连铸过程中连铸坯的强化方法，所述强化方法包括下述步骤：

使钢液经过震动的结晶器后形成连铸坯；

在结晶器下方的二冷区中设置根据权利要求1-7中的任意一项所述的强化装置；

利用所述强化装置对连铸坯进行喷丸处理。