一种控制包晶钢板坯角部裂纹的连铸冷却方法

摘要

本发明提供了一种控制包晶钢板坯角部裂纹的连铸冷却方法，涉及钢冶金连铸技术领域，能够消除包晶钢板坯角部裂纹，同时不产生其他表面裂纹缺陷，有效提高包晶钢连铸坯质量；该方法的内容包括：1)控制结晶器结晶过程中的能速比C不变；2)二冷区各段水量占二冷区总水量的比为：足辊段27～29％、弯曲段35～37％、扇形1段14～15％、扇形2段8～9％、扇形3～4段9～10％；拉速≤1.1m/min，扇形5～9段不喷淋；拉速≥1.1m/min，扇形5～6段2～3％，其余段不喷淋；拉速≥1.3m/min，扇形7～9段2～3％；扇形段距铸坯边部100mm区域内不喷淋。本发明提供的技术方案适用于钢连铸冷却的过程中。

说明书

【技术领域】

本发明涉及钢冶金连铸技术领域，尤其涉及一种控制包晶钢板坯角部裂纹的连铸冷却方法。

【背景技术】

连铸板坯角部裂纹大多起始于结晶器，然后在二冷区和矫直点处扩展，最终形成表面裂纹。生产包晶钢钢种时，在结晶器内发生包晶反应，凝固过程线收缩量大，易导致结晶器内热流分布不均匀，使得坯壳厚度不均匀，从而产生板坯裂纹。此外，连铸坯矫直过程中，铸坯角部温度进入第Ⅲ脆性温度区，在晶界弱化与振痕缺口效应的双重作用下，铸坯角部裂纹将进一步扩展和加剧。

为解决浇铸包晶钢裂纹问题，现有技术方法是适当降低结晶器冷却强度，在二冷区采用弱冷制度避免裂纹的扩大化。不足之处在于，结晶器水量调整未与冷却水进出口水温差的动态变化相关联，实际应用效果与模拟结果差异较大；二冷区采用弱冷导致铸坯鼓肚现象发生，降低了连铸坯质量；二冷区水量调整受连铸机喷嘴布置方式影响，实际效果有限。

申请公告号CN 106735035 A的发明专利，名称“一种减少板坯裂纹的方法”，提出通过降低铸坯角部的喷嘴水流量，使铸坯角部温度高于其脆性温度范围，从而实现减少板坯裂纹发生的方法。该方法未考虑铸坯结晶器冷却对铸坯表面质量的影响，且降低连铸坯角部喷水量对铸坯角部温度的提升有限，或不足以避开浇铸钢种的第三脆性温度区间。

申请公告号CN 106825478 B的发明专利，名称“一种含硼钢板坯角部裂纹的控制方法”，提出了一种结晶器和二冷区水量与铸坯断面尺寸和拉速乘积的定量关系，以此控制不同尺寸铸坯结晶器和二冷各段配水量，进而控制含硼钢板坯角部裂纹。该方法未考虑结晶器冷却水进/出口水温差的变化对结晶器冷却的影响，且二冷区采用全覆盖喷淋方式，不利于提高铸坯角部温度。

因此，有必要研究一种控制包晶钢板坯角部裂纹的连铸冷却方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种控制包晶钢板坯角部裂纹的连铸冷却方法，能够消除包晶钢板坯角部裂纹，同时不产生其他表面裂纹缺陷，有效提高包晶钢连铸坯质量。

一方面，本发明提供一种控制包晶钢板坯角部裂纹的连铸冷却方法，其特征在于，所述连铸冷却方法的内容包括：

1)控制结晶器结晶过程中的能速比C不变；

能速比C具体为：

实际结晶过程中能速比C与模拟C值保持一致，模拟C值为结晶器出口处铸坯坯壳厚度达到15mm时的能速比；

2)二冷区各冷却段冷却水量占二冷区总冷却水量的百分比为：足辊段占27％～29％、弯曲段占35％～37％、扇形1段占14％～15％、扇形2段占8％～9％、扇形3～4段占9％～10％；当拉速≤1.1m/min时，扇形5～9段不进行喷淋冷却；当拉速≥1.1m/min时，扇形5～6段占2％～3％，其余冷却段不进行喷淋冷却；当拉速≥1.3m/min时，扇形7～9段占2％～3％。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，修正系数ω＝1×10

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述连铸冷却方法的内容还包括：3)二冷区足辊段和弯曲段采用全覆盖喷淋方式，调整扇形段喷嘴间距，使连铸坯在扇形段距铸坯边部100mm宽度区域内不被喷淋水覆盖。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，二冷区比水量为0.53～0.68L/Kg，并满足比水量＝0.25v+0.33，v为连铸机拉速。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，足辊段宽、窄面冷却水量占二冷区总冷却水量的百分比分别为22％～24％和4％～5％。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，弯曲段上部冷却水量占比为20％～21％，弯曲段下部冷却水量占比为15％～16％。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，包晶钢板坯断面尺寸为(1020×200)mm～(1120×200)mm。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，二冷区足辊段采用水喷嘴，其余冷却段采用气-雾喷嘴；铸坯窄边仅在足辊段布置水喷嘴，其余冷却段为空冷。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，二冷区各冷却段内、外弧配水比例为：足辊段1:1、弯曲段：1:1，扇形1段：1:1.2，扇形2段1:1.25，扇形3～4段：1:1.35，扇形5～6段1:1.4，扇形7～9段：1:1.5。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，包晶钢浇铸时的过热度为30～40℃。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：1)本发明通过结晶器冷却水进/出口水温差及拉速实时控制结晶器冷却水量，保证包晶钢连铸板坯过程中结晶器冷却强度维持在一个稳定的弱冷状态，从而提高初生坯壳厚度均匀性，降低结晶器内初生裂纹形成的几率；2)本发明在设计二冷区水量过程中，与喷嘴布置方式调整相结合，在确保铸坯在矫直区角部温度大于所浇铸钢种第三脆性温度区上限的同时，避免了传统的二冷区弱冷导致的铸坯鼓肚问题，铸坯表面温度沿宽面方向分布均匀，沿拉坯方向温度波动较小，改善了连铸坯的“纵-横”冷却均匀性，铸坯质量明显改善，提高了生产效率。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的连铸机二冷区分段示意图。

其中，图中：

1-足辊段，2-弯曲段上部，3-弯曲段下部，4～12-扇形1～9段。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明基于连铸板坯凝固传热数值模拟研究，设计并优化了结晶器冷却、连铸机二次冷却以及二冷扇形段喷嘴间距参数，提高了连铸坯“纵-横”冷却均匀性，旨在消除包晶钢连铸板坯角部裂纹的同时不产生其他表面缺陷问题，从而提高包晶钢连铸坯质量。

本发明控制包晶钢板坯角部裂纹的连铸冷却技术的内容包括：

(1)建立板坯连铸凝固传热数学模型，通过模拟计算，分别得到连铸坯宽/窄面在结晶器出口处铸坯坯壳厚度达到15mm的用水量，结晶器宽/窄面冷却水量和冷却水进/出口水温差乘积与拉速的比值C(本申请叫做能速比)的计算公式为：

其中，ω为修正系数，单位是m/(L·℃)，ω＝1×10

连铸坯和结晶器宽/窄面水量指宽面和窄面冷却水总量。

通过模拟计算确定不同连铸坯断面尺寸下结晶器宽/窄面的C值，在实际生产中，依据浇注过程中铸机拉速和相应的结晶器宽/窄面进出口水温差值结合公式

(2)二冷区各冷却段配水量占二冷区总水量的百分比为：足辊段占27％～29％、弯曲段占35％～37％、扇形1段占14％～15％、扇形2段占8％～9％、扇形3～4段占9％～10％，当拉速≤1.1m/min时，扇形5～9段不进行喷淋冷却，当拉速≥1.1m/min时，扇形5～6段占2％～3％，其余冷却段不进行喷淋冷却，当拉速≥1.3m/min，扇形7～9段占2％～3％。

(3)二冷区足辊段和弯曲段采用全覆盖喷淋方式，调整扇形段喷嘴间距，使连铸坯在扇形段距铸坯边部100mm宽度区域不被喷淋水覆盖。

二冷区比水量为0.53～0.68L/Kg，比水量与连铸坯拉速呈线性关系，计算公式如下：

w＝0.25λv+0.33

其中，w为比水量，L/Kg；λ为修正系数，L·min/(Kg·m)，取λ＝1；v为连铸机拉速，m/min。

足辊段宽、窄面水量占二冷区总水量的百分比分别为22％～24％、4％～5％。

弯曲段上部水量占比为20％～21％，弯曲段下部水量占比为15％～16％。二冷区足辊段采用水喷嘴，其余冷却段采用气-雾喷嘴；铸坯窄边仅在足辊段布置水喷嘴，其余冷却段为空冷。

二冷区各冷却段内、外弧配水比例为：足辊段1:1、弯曲段：1:1，扇形1段：1:1.2，扇形2段1:1.25，扇形3～4段：1:1.35，扇形5～6段1:1.4，扇形7～9段：1:1.5。

包晶钢连铸板坯拉速为0.8～1.4m/min。包晶钢板坯断面尺寸为(1020×200)mm～(1120×200)mm。包晶钢浇铸时的过热度为30～40℃。

本发明通过控制结晶器宽/窄面冷却水量和冷却水进出口水温差乘积与拉速的比值不变的方法，可有效解决连铸生产过程中的两个问题：

1)浇铸包晶钢时，结晶器配水量与连铸坯拉速不匹配，导致结晶器冷却强度偏大或者偏小，前者会增加连铸坯在结晶器弯月面区域初生坯壳的凝固收缩，加剧连铸坯在结晶器内的不均匀冷却，从而不利于凝固坯壳均匀生长，提高表面裂纹发生几率；后者会导致连铸坯在结晶器出口处坯壳厚度达不到安全坯壳厚度要求(≥15mm)，增加漏钢风险；

2)浇铸过程中，不同时间、工况下结晶器冷却水进/出口水温差存在波动，而结晶器配水量并未做相应的调整，这会引起结晶器冷却强度的变化，从而影响连铸坯初生坯壳的质量，导致连铸坯质量不能稳定且有效控制。

本发明设计优化了二冷区各段水量占比，控制足辊段宽面水量占比为27％～29％，在增加连铸坯强度的同时避免其在出结晶器后产生较大的回温，从而诱发表面裂纹。控制弯曲段上部水量占比为20％～21％，弯曲段下部水量占比为15％～16％，可提高连铸坯纵向冷却均匀性，与此同时，进一步降低铸坯表面温度，防止铸坯发生鼓肚。控制扇形1段水量占比为14％～15％、扇形2段8％～9％、扇形3～4段9％～10％，在采用弱冷的同时保证了连铸坯纵向冷却的均匀性，同时有利于提高连铸坯角部温度。控制足辊段窄面水量占比为4％～5％，其他冷却段连铸坯窄面空冷，以及在拉速≤1.1m/min时连铸坯在矫直区(扇形6段)空冷，在拉速≥1.1m/min时予以少量配水等，可进一步提高连铸坯角部温度，保证连铸坯在矫直区具有良好的塑性，从而避免角部裂纹的发生。

现有的在二冷区采用弱冷制度的技术方法，不可避免的会增加连铸坯鼓肚发生几率。本发明通过调整二冷扇形段喷嘴间距的方法，使得连铸坯在扇形段距铸坯边部100mm宽度区域不被喷淋水覆盖，进一步提高了连铸坯的角部温度，有利于消除角部裂纹缺陷。同时，该方法增加了相邻喷嘴之间的喷淋重叠区域，提高了连铸坯宽面中心区域的冷却强度，使其维持在1100℃以下，可有效防止铸坯鼓肚现象发生。

本发明各实施例中涉及二冷区的分区分段如表1所示：

表1

实施例1：

对200mm×1020mm包晶钢连铸板坯采用本发明方法，钢种为Q235B，浇注温度为1560℃，拉速为0.9m/min。

1)建立板坯连铸凝固传热数学模型，通过模拟计算得知：在该连铸坯断面尺寸下，结晶器宽面对应的C值为C

2)控制连铸二冷区比水量为0.56L/Kg，二冷区各冷却段配水量占二冷区总水量的百分比分别为：足辊段宽面占24％、足辊段窄面占5％、弯曲段上部占21％、弯曲段下部占16％、扇形1段占15％、扇形2段占9％、扇形3～4段占10％，扇形5～9段空冷，

3)二冷扇形段喷嘴布置方式为2-2-2布置方式，调控其喷嘴间距为300mm，使连铸坯在扇形段距铸坯边部100mm宽度区域不被喷淋水覆盖。

工业试验结果表明，连铸坯角部裂纹缺陷消失，且铸坯表面无其他裂纹缺陷产生，连铸坯质量较高。

实施例2：

对200mm×1020mm包晶钢连铸板坯采用本发明方法，钢种为Q235B，浇注温度为1560℃，拉速为1.1m/min，

1)建立板坯连铸凝固传热数学模型，通过模拟计算得知：在该连铸坯断面尺寸下，结晶器宽面对应的C值为C

2)控制连铸二冷区比水量为0.61L/Kg，二冷区各冷却段配水量占二冷区总水量的百分比分别为：足辊段宽面占23％、足辊段窄面占5％、弯曲段上部占21％、弯曲段下部占15％、扇形1段占15％、扇形2段占9％、扇形3～4段占10％，扇形5～6段占2％，扇形7～9段空冷，

3)二冷扇形段喷嘴布置方式为2-2-2布置方式，调控其喷嘴间距为300mm，使连铸坯在扇形段距铸坯边部100mm宽度区域不被喷淋水覆盖。

工业试验结果表明，连铸坯角部裂纹缺陷消失，且铸坯表面无其他裂纹缺陷产生，连铸坯质量较高。

实施例3：

对200mm×1020mm包晶钢连铸板坯采用本发明方法，钢种为Q235B，浇注温度为1560℃，拉速为1.4m/min，

1)建立板坯连铸凝固传热数学模型，通过模拟计算得知：在该连铸坯断面尺寸下，结晶器宽面对应的C值为C

2)控制连铸二冷区比水量为0.68L/Kg，二冷区各冷却段配水量占二冷区总水量的百分比分别为：足辊段宽面占23％、足辊段窄面占5％、弯曲段上部占20％、弯曲段下部占15％、扇形1段占14％、扇形2段占9％、扇形3～4段占9％，扇形5～6段占3％，扇形7～9段占2％。

3)二冷扇形段喷嘴布置方式为2-2-2布置方式，调控其喷嘴间距为300mm，使连铸坯在扇形段距铸坯边部100mm宽度区域不被喷淋水覆盖。

工业试验结果表明，连铸坯角部裂纹缺陷消失，且铸坯表面无其他裂纹缺陷产生，连铸坯质量较高。

对比例1：

对200mm×1020mm包晶钢连铸板坯采用本发明方法，钢种为Q235B，浇注温度为1560℃，拉速为0.9m/min，

1)控制结晶器宽面配水量为2685L/min，窄面配水量为465L/min，在连铸过程中保持结晶器宽/窄面配水量不变。

2)控制连铸二冷区比水量为0.55L/Kg，二冷区各冷却段配水量占二冷区总水量的百分比分别为：足辊段宽面占24％、足辊段窄面占5％、弯曲段上部占21％、弯曲段下部占16％、扇形1段占15％、扇形2段占9％、扇形3～4段占10％，扇形5～9段空冷。

3)二冷扇形段喷嘴布置方式为2-2-2布置方式，调控其喷嘴间距为300mm，使连铸坯在扇形段距铸坯边部100mm宽度区域不被喷淋水覆盖。

工业试验结果表明，连铸坯角部裂纹缺陷改善明显，但铸坯宽面上分布着数量较多的细小纵裂纹，连铸坯质量较低。

对比例2：

对200mm×1020mm包晶钢连铸板坯采用本发明方法，钢种为Q235B，浇注温度为1560℃，拉速为0.9m/min，

1)建立板坯连铸凝固传热数学模型，通过模拟计算得知：在该连铸坯断面尺寸下，结晶器宽面对应的C值为C

2)控制连铸二冷区比水量为0.65L/Kg，二冷区各冷却段配水量占二冷区总水量的百分比分别为：足辊段宽面占22％、足辊段窄面占5％、弯曲段上部占19％、弯曲段下部占15％、扇形1段占13％、扇形2段占9％、扇形3～4段占10％，扇形5段占4％、扇形7～9段占3％。

3)二冷扇形段喷嘴布置方式为2-2-2布置方式，调控其喷嘴间距为300mm，使连铸坯在扇形段距铸坯边部100mm宽度区域不被喷淋水覆盖。

工业试验结果表明，连铸坯角部裂纹缺陷有所改善，但效果有限，角部裂纹数量仍然较多。

对比例3：

对200mm×1020mm包晶钢连铸板坯采用本发明方法，钢种为Q235B，浇注温度为1560℃，拉速为0.9m/min，

1)建立板坯连铸凝固传热数学模型，通过模拟计算得知：在该连铸坯断面尺寸下，结晶器宽面对应的C值为C

2)控制连铸二冷区比水量为0.55L/Kg，二冷区各冷却段配水量占二冷区总水量的百分比分别为：足辊段宽面占24％、足辊段窄面占5％、弯曲段上部占21％、弯曲段下部占16％、扇形1段占15％、扇形2段占9％、扇形3～4段占10％，扇形5～9段空冷。

3)二冷扇形段喷嘴布置方式为2-2-2布置方式，保持其原喷嘴间距400mm不变，二冷区采用全覆盖喷淋方式。

工业试验结果表明，连铸坯角部裂纹缺陷改善明显，且铸坯宽面无其他裂纹缺陷产生，但部分铸坯试样内部有裂纹产生。

以上对本申请实施例所提供的一种控制包晶钢板坯角部裂纹的连铸冷却技术，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。