CN104525885A - 一种铸钢强冷喷淋***及强冷工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铸坯强冷喷淋***，其包括有，供水增压***(1)，设置在连铸机设备附近，用以将低压水增压为高压水；水量调节***(2)，用以计算铸坯冷却至目标温度所需要水量，并输出所需的喷水；泄压保护***(3)，当增压泵的泵口压力超过某一设定值时，进行排水降压；喷淋***(4)，包括有均匀布置的高压喷嘴(41)，其将高压冷却水充分雾化喷射至铸坯的表面；铸坯温度控制***(5)，利用计算机控制模型，计算铸坯的温度场。本发明所述的铸坯强冷***简单，强冷工艺方法可操作性强，易于实施。同时该工艺方法能很好地解决铸坯外部角裂，保证铸坯的金属收缩率，并减少了铸坯修磨的工作量，从而会产生很好的经济效益。

Description

一种铸钢强冷喷淋***及强冷工艺方法

技术领域

本发明涉及一种用于冶金行业连续铸钢轧制领域的铸坯强冷喷淋***以及与该强冷喷淋***对应的强冷工艺方法。

背景技术

在冶金工业中，已经大比例的采用连续铸钢工艺使钢水成形，也就是钢水经过结晶器不断冷却成一定横断面尺寸的铸坯。具体来说，在生产铸坯时，液体钢水源源不断地自结晶器上部注入结晶器，经结晶器冷却凝固等作用后，在结晶器内腔下部形成内部为液体钢水的铸坯坯壳，在结晶器下方设置的拉坯矫直机的拖动作用下，铸坯沿着结晶器自上而下连续产出。

现有连续铸钢的先进生产工艺是在拉坯矫直机附近设置一台或几台轧机，以改变铸坯横断面的方式改变铸坯的内部质量，具体实现过程为：铸坯经过结晶器与二次冷却区冷却后，形成一定厚度或者完全凝固的高温铸坯，高温铸坯通过轧机轧制后，厚度减小一定程度并解决铸坯中心的质量问题。

目前铸坯在轧机轧制后虽然内部质量良好，内部各项指标性能比无高温轧制的铸坯要高，但是铸坯在轧制后出现了角部裂纹，要在后一工序继续使用的话，必须对角部进行修磨，去掉大量的角部裂纹区域，这就直接导致金属收得率和生产效率的降低，以及操作成本的上升。

铸坯角部裂纹出现的原因是：铸坯在通过结晶器与二次冷却区这种通用又特定的冷却方式冷却后，横断面上的温度存在中心温度大于边部温度、边部温度大于角部温度的情况。铸坯在布置的轧机位置附近，大多数情况下，有可能角部的温度会在700～900度之间，而在这个温度区间，铸坯在二次冷却区过度冷却与表面回温再热循环会增加ALN的沉淀量并引起钢塑形的降低。也就是说，这种情况下不适宜对铸坯进行改变形状的操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续铸钢轧制前的强冷喷淋***以及与该喷淋***对应的强冷方法，通过高强度的喷水冷却，使得铸坯在进入轧机前的角部温度降低至700度以下(具体工艺参数需要根据铸坯钢种、铸坯横断面、轧制压下量等条件制定)从而解决轧制前角部处于脆性区的问题。

为了实现上述目的，本发明所述的强冷喷淋***，其包括有，

供水增压***，其设置在连铸机设备附近，用以将车间提供的低压水增压至所需的供水压力值；

水量调节***，用以计算铸坯冷却至目标温度所需要的水量，同时通过PID调节最终控制水量的大小以及输出所需的喷水；

泄压保护***，用以当增压泵的泵口压力超过某一设定值时，进行排水直至增压泵的泵口压力小于某一设定值；

喷淋***，包括有依据铸坯的形状均匀布置的高压喷嘴，其将高压冷却水充分雾化喷射至铸坯的表面，对铸坯进行均匀冷却；

铸坯温度控制***，利用计算机控制模型，精确计算铸坯的温度场。

进一步地，供水增压***包括有手动切断阀、增压泵和止回阀，所述切断阀设置于增压泵的靠近供水管的一侧，所述止回阀设置于增压泵与水量调节***连接的一侧。

进一步地，所述供水增压***将连铸车间0.4～1.0MPa的供水压力增压到最终压力1.8～2.5MPa。

进一步地，所述水量调节***包括有手动切断阀、流量计、自动调节阀和远传压力表，所述流量计和自动调节阀形成闭环控制***，自动调节阀快速响应输出要求的水量值。

所述的泄压保护***包括有手动切断阀、远传压力表、自动泄压阀；所述远传压力表监测增压泵输出端的压力。

进一步地，所述多个高压喷嘴安装于保温罩内；所述保温罩通过销轴楔块的方式固定于辊道架上。

进一步地，所述强冷喷淋***的高压喷嘴的流量为6～15ml/min，共有4～10排喷嘴，前2～5排的喷嘴形状为扁平喷嘴，后2～8排的喷嘴形状为全锥或者椭圆形喷嘴。

进一步地，所述铸坯温度控制***包括温度场计算模型计算机，用以精确计算目标铸坯的温度场，所述流量计用以反馈实际使用的冷却水量给计算机，计算机计算出温度场，然后根据工艺方法控制要求修正整个温度场，给出水量要求值。

本发明还提供一种与上述用于连续铸钢轧制工序前的铸坯强冷喷淋***对应的铸坯强冷工艺方法，具体工艺方法如下：

步骤一：计算铸坯横断面温度场，确定强冷所需水量；

步骤二：将车间提供的低压水增压至所需压力的高压水；

步骤三：通过调节阀和流量计进行水量控制，以输出所需喷水量；

步骤四：雾化冷却水，喷射至铸坯以冷却和吹扫铸坯。

进一步地，将车间提供的低压水增压后，增压泵的输出端的压力大于一特定值时，将自动泄压阀打开降低至一设定值，然后关闭自动泄压阀。

本发明所述的铸坯强冷***简单，强冷工艺方法可操作性强，易于实施。同时该工艺方法能很好地解决铸坯外部角裂，保证铸坯的金属收缩率，并减少了铸坯修磨的工作量，从而会产生很好的经济效益。

附图说明

图1为本发明所述连续铸钢轧制前的强冷工艺过程所使用的强冷喷淋***示意图。

图2为图1所述强冷喷淋***的保温罩与辊道的装配图。

图3为图1所述强冷喷淋***的喷嘴布置图1。

图4为图3所述强冷喷淋***的喷嘴布置图1的横断面A-A示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的目的以及结构特点，下面结合其附图、实际工况，对本发明具体实施例的结构以及工作过程进行详细描述。

图1为本发明所述连续铸钢轧制前的强冷工艺过程所使用的强冷喷淋***示意图。如图1所示，该强冷喷淋***包括有供水增压***1、水量调节***2，泄压保护***3，喷淋***4和铸坯温度控制***。

所述供水增压***1，设置于连铸机设备附近，以实现给车间提供的低压水增压到所需的供水压力值。所述供水增压***包括有手动切断阀11、增压泵12和止回阀13，所述切断阀11设置于增压泵的靠近供水管的一侧，所述止回阀13设置于增压泵与水量调节***连接的一侧。一般情况下，连铸车间的供水压力为0.4～1.0MPa，而本工艺方法要求的水***最终压力为1.8～2.5MPa，通过供水增压***的设置从而实现将低压水增压为具有所需压力值的高压水。

所述的水量调节***2包括有手动切断阀21、流量计22、自动调节阀23和远传压力表24。按照温度场计算模型，由计算机51计算出将铸坯42冷却至目标温度所需的水量，将水量要求值发给流量计22和自动调节阀23形成的闭环控制***进行PID调节，最终由自动调节阀23快速响应输出要求的水量值。

所述的泄压保护***包括有手动切断阀31、远传压力表32、自动泄压阀33。通过远传压力表32进行监测增压泵12输出端的压力，当压力超过某一设定值时，自动泄压阀33打开数秒进行排水，小于某一设定值时，自动泄压阀33关闭。

所述喷淋***包括高压喷嘴41、铸坯42和辊道43。如图2所示，所述高压喷嘴41均匀安装在固定于保温罩6内的喷淋水管上，所述保温罩6以销轴楔块的方式固定在辊道架7上。保护罩的作用是：在使得铸坯冷却后，表面温度均匀化的同时能保证冷却水遇热蒸发的蒸气能有效地收集在二冷室内。如图3和4所示，铸轧前的铸坯42***的保温罩上布置有4～10排喷嘴，前2～5排的喷嘴形状为扁平喷嘴，后2～8排的喷嘴形状为全锥或者椭圆形喷嘴，其中每排喷嘴为3～12个，所述高压喷嘴41的工作压力为1.8～2.5MPa，每个高压喷嘴41的流量为6～15ml/min。高压喷嘴41是按照铸坯的横断面均匀布置，不同形状的铸坯高压喷嘴布置形式不同。高压冷却水在高压喷嘴的作用下充分雾化，喷射至铸坯42的表面，对铸坯进行均匀的冷却，由于供水的压力由增压***1加压，所以冷却水喷射至铸坯42的表面的速度非常快，可以起到吹扫铸坯42表面氧化皮的作用。

所述铸坯温度控制***5包括温度场计算模型计算机51、流量计22的反馈数据以及计算对象铸坯42。此***是利用计算机控制模型，精确计算铸坯的温度场。由流量计22反馈数据即实际使用的冷却水量给计算机模型，计算机51计算出实际温度场，然后根据本发明的工艺方法控制要求进一步修正整个温度场，给出水量要求值，并且在实际的生产数据发生变化时，温度场模型及时计算出水量要求值。同时，该***具备历史数据实时保存功能，以便后续改进和研究使用。

在本发明的实施中选择了自动的水量调节***，如附图1所示的远传的流量计和自动的调节阀，两者形成闭环控制***，通过PID调节，能快速响应***所需的水量。并可以实时进行远程控制，提供监控，操作的人机操作界面，实时保存历史数据供分析研究。

本发明所述连续铸钢轧制前的强冷工艺方法通过上述的铸坯强冷***实现。具体来说，所述供水增压***1用以将低压水增压到所需要的压力后供给后续工艺使用；所述水量调节***2用以按照铸坯温度控制***计算出的所需要目标温度的喷水水量，通过调节阀和流量计进行水量大小的控制，输出所需的喷水水量；所述泄压保护***用以在增压泵出口压力增大到一定程度时，进行泄压，以保护增压泵；在水量调节***调节时，水量的大小变化引起增压泵出口的压力变化；所述喷淋***的主要作用是：利用喷嘴将冷却水进行雾化，喷射至铸坯，起到冷却和吹扫的作用；所述铸坯温度控制***的主要作用是依据现场的反馈数据输入温度场计算模型，实时计算铸坯温度场，根据表面温度控制输出所需的喷水水量，并实时保存历史数据供分析研究。

上述强冷工艺方法具有以下有益效果：自动化程度高，在铸坯的浇注过程中，可利用温度场控制模型计算轧制前的铸坯横断面温度场，从而确定出强制冷却需要的水量，通过冷却***的自动调节阀门来达到给定一定水量的目的；监控、操作、调试全过程提供人机接口画面，从而方便维护；实时在线修改工艺参数，实时保存历史数据，从而保证铸坯的质量稳定。此工艺方法在冷却水加压喷淋时能有效地吹扫清除掉铸坯表面的氧化铁皮，从而使得轧制后的铸坯表面质量很高。此工艺方法有效的改善铸坯边部和角部的塑性和强度，同时改善了铸坯的内部质量。此工艺方法提高了铸坯的金属收缩率，进而也提高了生产效益。通过高强度的冷却，铸坯坯壳的边部和角部形成低温的细小等轴晶组织，塑性提高；通过高强度的冷却，使得铸坯在坯壳收缩时，中心仍为高温铸坯或者液态钢水，存在的一些铸坯缺陷(中心疏松、中心缩孔)，坯壳的收缩在一定程度上压缩了中心铸坯或者液态钢水，从而改善铸坯的内部质量；通过高强度的冷却，在铸坯的中心与坯壳之间存在一个温度过渡区，温度范围在700～900度之间，该温度过渡区形成一个脆性层，但是由于铸坯坯壳的收缩，而且具有一定的塑性和强度，将脆性层束缚，使得所述脆性层不至于出现脆性裂纹。

以上所述仅是本发明所述强冷工艺在连续铸轧过程中的一种具体实施方式，应当指出，对于相关领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，做出的细微变型和改进，也应视为属于发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铸坯强冷喷淋***：其特征在于，其包括有，

供水增压***(1)，其设置在连铸机设备附近，用以将车间提供的低压水增压至所需的供水压力值；

水量调节***(2)，用以计算铸坯冷却至目标温度所需要的水量，同时通过PID调节最终控制水量的大小以及输出所需的喷水；

泄压保护***(3)，用以当增压泵的泵口压力超过某一设定值时，进行排水直至增压泵的泵口压力小于某一设定值；

喷淋***(4)，包括有依据铸坯的形状均匀布置的高压喷嘴(41)，其将高压冷却水充分雾化喷射至铸坯的表面，对铸坯进行均匀冷却；

铸坯温度控制***(5)，利用计算机控制模型，精确计算铸坯的温度场。

2.如权利要求1所述的铸坯强冷喷淋***，其特征在于，供水增压***(1)包括有手动切断阀(11)、增压泵(12)和止回阀(13)，所述切断阀(11)设置于增压泵的靠近供水管的一侧，所述止回阀(13)设置于增压泵与水量调节***连接的一侧。

3.如权利要求2所述的铸坯强冷喷淋***，其特征在于，所述供水增压***(1)将连铸车间0.4～1.0MPa的供水压力增压到最终压力1.8～2.5MPa。

4.如权利要求1所述的铸坯强冷喷淋***，其特征在于，所述水量调节***包括有手动切断阀(21)、流量计(22)、自动调节阀(23)和远传压力表(24)，所述流量计(22)和自动调节阀(23)形成闭环控制***，自动调节阀23快速响应输出要求的水量值。

5.如权利要求1所述的铸坯强冷喷淋***，其特征在于，所述的泄压保护***(3)包括有手动切断阀(31)、远传压力表(32)、自动泄压阀(33)；所述远传压力表监测增压泵(12)输出端的压力。

6.如权利要求1所述的铸坯强冷喷淋***，其特征在于，所述多个高压喷嘴(41)安装于保温罩内；所述保温罩通过销轴楔块的方式固定于辊道架上。

7.如权利要求6所述的铸坯强冷喷淋***于，其特征在于，所述强冷喷淋***的高压喷嘴(41)的流量为6～15ml/min，共有4～10排喷嘴，前2～5排的喷嘴形状为扁平喷嘴，后2～8排的喷嘴形状为全锥或者椭圆形喷嘴。

8.如权利要求4所述的铸坯强冷喷淋***，其特征在于，所述铸坯温度控制***(5)包括温度场计算模型计算机(51)，用以精确计算目标铸坯的温度场，所述流量计(22)用以反馈实际使用的冷却水量给计算机(51)，计算机计算出温度场，然后根据工艺方法控制要求修正整个温度场，给出水量要求值。

9.一种用于连续铸钢轧制工序前的铸坯强冷工艺方法，其对应于如权利要求1所述的铸坯强冷喷淋***，其中：

步骤一：计算铸坯横断面温度场，确定强冷所需水量；

步骤二：将车间提供的低压水增压至所需压力的高压水；

步骤三：通过调节阀和流量计进行水量控制，以输出所需喷水量；

步骤四：雾化冷却水，喷射至铸坯以冷却和吹扫铸坯。

10.如权利要求9所述的铸坯强冷工艺方法，其中，所述供水增压***(1)将车间提供的低压水增压后，增压泵的输出端的压力大于一特定值时，将自动泄压阀(33)打开降低至一设定值，然后关闭自动泄压阀(33)。