專利名稱：一種連鑄拉坯工藝及其專用結(jié)晶器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼鐵連鑄生產(chǎn)工藝以及應(yīng)用該工藝的專用結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)改進。
背景技術(shù)：
連鑄是現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的主要生產(chǎn)方式，連鑄機是實現(xiàn)這一生產(chǎn)方式的專用設(shè)備，結(jié)晶器是連鑄機的核心部件，結(jié)晶器的性能決定鑄機的產(chǎn)量、鋼坯的質(zhì)量和澆注鋼種。
鋼水在連鑄機結(jié)晶器中的凝固是一個釋放出的熱量和傳遞過程，同時形成坯殼。坯殼邊運動邊放熱邊凝固。形成液相穴相當(dāng)長的鑄坯。連鑄機可分為三個傳熱冷區(qū)一次冷卻區(qū) 鋼水在結(jié)晶器中形成足夠的坯殼，以保證不拉漏；二次冷卻區(qū) 噴水以加速鑄坯內(nèi)部熱量的傳遞，使鑄坯完全凝固；三次冷卻區(qū) 鑄坯向空氣中輻射傳熱；鋼水在結(jié)晶器內(nèi)的凝固過程很復(fù)雜，由于銅壁的強烈冷卻作用，月牙面下鋼水就開始凝固成殼，凝殼隨著拉坯運動下降逐漸增厚，凝殼冷卻收縮與銅壁脫離而產(chǎn)生氣隙，從而減弱結(jié)晶器的冷卻效果，繼之，凝殼在鋼水靜壓力作用下有部分與銅壁重新接觸。在縱向氣隙形成、消失，再形成，呈間斷出現(xiàn)，因此在銅壁上的熱流也隨之變化。結(jié)晶器內(nèi)熱傳遞路線為鋼水——凝固坯殼——氣隙——冷卻劑(冷卻水)。其中傳熱的最大保障是氣隙。為減少氣隙影響，提高結(jié)晶器的導(dǎo)熱效果，使坯殼凝固趨于均勻，結(jié)晶器要有適宜的倒錐度。一般倒錐度為0.5～1.0％，倒錐度大的結(jié)晶器導(dǎo)出更多的熱，但是拉坯的阻力隨著增大；過大的倒錐度會使坯殼拉裂(出現(xiàn)橫裂紋)，嚴(yán)重時鑄坯會卡在結(jié)晶器內(nèi)。
現(xiàn)有連鑄機所采用的結(jié)晶器，其結(jié)構(gòu)有整體式和組合兩種，在穩(wěn)定的澆注過程中，不論采用那種形式的結(jié)晶器，其幾何結(jié)構(gòu)是不變的；板坯結(jié)晶器在改變板坯寬度時才可調(diào)整一下窄邊銅板位置，在調(diào)整好寬度和倒錐度后，在澆鋼過程中，結(jié)晶器銅板的相對位置不變；結(jié)晶器在平行于鋼水(鋼坯)的運動方向上振動，在垂直于鋼水運動方向是固定不變的，為防止鋼坯拉漏，結(jié)晶器的倒錐度不能調(diào)得太大；結(jié)晶器的倒錐度與的導(dǎo)熱能力存在直接的聯(lián)系，在一定范圍內(nèi)，結(jié)晶器的倒錐度越大，結(jié)晶器的導(dǎo)熱能力就越大，為防止拉漏，結(jié)晶器的倒錐度不能調(diào)得最大或做得最大，造成結(jié)晶器潛在的導(dǎo)熱能力沒有發(fā)揮出來。這樣，由于在拉坯過程中，結(jié)晶器的幾何結(jié)構(gòu)是固定的，其倒錐度保持不變，就使得在提高拉速與防止拉漏等問題存在矛盾，為防止拉漏等問題，拉坯速度受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有連鑄拉坯工藝所存在的問題，提出一種能提高拉坯速度并防止拉漏、避免產(chǎn)生搭橋、偏析等問題的連鑄拉坯新工藝，并進一步提出一種能適應(yīng)該拉坯工藝的專用結(jié)晶器的新結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的技術(shù)方案也是在對鋼水在結(jié)晶器中進行拉坯工藝時的凝固原理作深入研究分析的基礎(chǔ)上提出的，發(fā)明人認(rèn)為要提高拉坯速度須進一步減少坯殼與結(jié)晶器銅壁之間的氣隙等辦法來減少熱阻。減少熱阻需要增加倒錐度，倒錐度增加，拉坯阻力增加，拉漏的機會大大增加，所以要想辦法減少拉坯的阻力。為此本發(fā)明提出一種解決上述矛盾的工藝方法，即采用一種通過外力的作用改變構(gòu)成結(jié)晶器的銅板與銅板之間所存在間隙的工藝，來解決減少坯殼與結(jié)晶器銅壁之間的氣隙以提高拉坯速度的問題。其具體的工藝方法如下在連鑄拉坯過程中，鋼水連續(xù)向具有一定倒錐度的組合結(jié)晶器澆注，并在結(jié)晶器上、下振動過程中，鋼水在結(jié)晶器中不斷散熱凝固成殼并隨結(jié)晶器的振動向下滑移，形成鑄坯滑出結(jié)晶器，當(dāng)鑄坯在組合結(jié)晶器中向上滑移時(因結(jié)晶器向上振動)，通過對結(jié)晶器下部的銅板器壁施以橫移力使結(jié)晶器的銅板與銅板之間所存在間隙變??；當(dāng)鑄坯在結(jié)晶器中下滑時，施以方向相反或減少對結(jié)晶器銅板器壁所施的橫移力使結(jié)晶器的銅板與銅板之間的間隙變大或復(fù)原。這樣，當(dāng)鋼坯在結(jié)晶器中向上滑移時因外力的強制使結(jié)晶器銅板器壁與坯殼之間的氣隙減少而減少熱阻，提高了結(jié)晶器的導(dǎo)熱能力，以利于拉坯速度的提高；而當(dāng)在鑄坯下滑時由于外力的改變使結(jié)晶器的形狀趨于復(fù)原，從而使拉坯阻力減少，以達到防止拉漏的目的；由于當(dāng)鋼坯向上相對滑移時，實際上通過強制促使結(jié)晶器的內(nèi)腔壁向內(nèi)微小橫移，使結(jié)晶器的銅板與銅板之間所存在間隙變小，可減少搭橋、偏析現(xiàn)象的產(chǎn)生，以及增加結(jié)晶器對鋼坯的磨擦力，從而進一步消除鑄坯可能存在的橫裂紋。
在本發(fā)明的拉坯工藝中，所述的結(jié)晶器銅板的橫移量控制在0.005mm～0.3mm范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的拉坯工藝中，所述的對結(jié)晶器下部的銅板器壁所施的橫移力可以機械、液壓、氣動或電磁驅(qū)動的方法產(chǎn)生。
一般來說，進行連鑄拉坯工藝的組合結(jié)晶器的組合銅板之間都是存在一定的間隙，可以通過本發(fā)明所述的連鑄拉坯工藝方法進行連鑄拉坯。為更好地配合本發(fā)明的連鑄拉坯工藝，本發(fā)明設(shè)計了一種專用組合結(jié)晶器，這種組合結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)由多塊銅板組合成結(jié)晶器倒錐形內(nèi)腔，其結(jié)構(gòu)特點是結(jié)晶器的下部，從結(jié)晶器的下端面量起，占整個結(jié)晶器長度的1/3～2/3的部分，銅板與銅板之間存在間隙，間隙的寬度為0.005～0.3mm，該間隙在施以結(jié)晶器銅板器壁的橫移力的作用下可在其間隙限度向內(nèi)作微小橫移。
本發(fā)明設(shè)計了三種能很好地實施上述工藝方法的組合結(jié)晶器新結(jié)構(gòu)，相對應(yīng)澆注圓坯、方坯和工字坯等不同形狀的鑄坯，根據(jù)所生產(chǎn)鑄坯形狀，不局限于上述所公開的組合結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)。此類結(jié)晶器都是采用組合式，由四塊銅板構(gòu)成組合結(jié)晶器，構(gòu)成組合結(jié)晶器的各銅板的結(jié)構(gòu)，為一種在體內(nèi)形成空腔的結(jié)構(gòu)，該空腔具有冷卻液輸入、輸出口，用以向空腔輸入冷卻液。由各銅板所構(gòu)成的組合結(jié)晶器的下部，都具有所述的可向內(nèi)作微小橫移的銅板間的間隙。
本發(fā)明同時設(shè)計了幾種能很好地實施上述結(jié)晶器新結(jié)構(gòu)中控制對結(jié)晶器的銅板器壁施以橫移力的驅(qū)動裝置。這些裝置可包括1、同步液壓驅(qū)動裝置；2、氣動驅(qū)動裝置；3、電磁驅(qū)動裝置；3、機械軌道約束控制裝置。
不同的結(jié)構(gòu)可采用不同的控制方式，也不局限于上述所公開的控制方式。
采用本發(fā)明的連鑄拉坯工藝和專用的組合結(jié)晶器，對傳統(tǒng)的連鑄拉坯工藝實現(xiàn)了有效的革新，有效地解決了提高拉速與防止拉漏之間所存在的矛盾，既能提高拉速，又可避免拉漏，并具有減少搭橋、偏析現(xiàn)象的產(chǎn)生，以及消除鑄坯可能存在的橫裂紋等的技術(shù)效果。


圖1為本發(fā)明連鑄機生產(chǎn)圓坯的組合結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A向視圖；圖3為本發(fā)明連鑄機生產(chǎn)方坯的組合結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3的俯視圖；圖5為本發(fā)明連鑄機生產(chǎn)工字坯的組合結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖5的A向視圖；圖7為采用機械軌道約束控制裝置控制組合結(jié)晶器銅板橫移運動的結(jié)構(gòu)圖；圖8為采用液壓驅(qū)動裝置控制組合結(jié)晶器銅板橫移運動的結(jié)構(gòu)圖；圖9為采用電磁驅(qū)動裝置控制組合結(jié)晶器銅板橫移運動的結(jié)構(gòu)圖；圖10為采用氣動驅(qū)動裝置控制組合結(jié)晶器銅板橫移運動的結(jié)構(gòu)圖。
各附圖的標(biāo)號分別表示1是結(jié)晶器框架，2是銅板，3為未凝固的鋼水，4為氣隙，5是輥子，6未凝固鋼坯，7是控制銅板微小橫向運動的機架(軌道)；8是同步液壓缸，9是上下同步振動缸，10是電磁鐵；11是橫向同步氣缸，12是伺服閥。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步的詳細說明實施例一本實施例為連鑄拉制圓坯的生產(chǎn)實施方式，采用由四塊組合銅板2構(gòu)成的截面為圓形的組合結(jié)晶器，其結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。該組合結(jié)晶器的下部占結(jié)晶器長度1/2的部分，四塊銅板2的銅板與銅板之間留有間隙，間隙的寬度為在0.01mm左右，每塊銅板的體內(nèi)有空腔，該空腔通過冷卻液的進口和出口，向空腔輸入冷卻液。進行連鑄拉坯工藝時，組合結(jié)晶器的上端由結(jié)晶器框架1固定，將該組合結(jié)晶器安裝在振動架上，隨振動架上下振動，連續(xù)向結(jié)晶器澆注鋼水，鋼水在結(jié)晶器下滑的過程中，由于銅壁的強烈冷卻作用，月牙面下鋼水就開始凝固成殼，凝殼隨著拉坯運動下降逐漸增厚，凝殼冷卻收縮與銅壁脫離而產(chǎn)生氣隙4。在拉坯過程中，采用以下工藝當(dāng)鋼坯隨結(jié)晶器向上滑移時，對結(jié)晶器下部的銅板器壁施以向內(nèi)的橫移力F使結(jié)晶器的內(nèi)腔壁向內(nèi)微小橫移，即使結(jié)晶器的銅板與銅板之間所存在間隙變小，從而使鋼坯與銅板壁之間的氣隙變小，提高了結(jié)晶器的導(dǎo)熱效果，使坯殼凝固趨于均勻。當(dāng)鋼坯在結(jié)晶器向下滑移時，銅板壁在力F的作用下，產(chǎn)生一個向外的微小橫移，使拉坯的阻力減少，防止拉漏。在本實施例中，采用如圖7所示的機械軌道約束控制裝置來產(chǎn)生對結(jié)晶器下部的銅板器壁所施的橫移力F，控制組合結(jié)晶器銅板橫移運動。該機械軌道約束控制裝置包括一個控制銅板微小橫向運動的機架(軌道)7，該機架(軌道)7為傾斜軌道，與安裝在組合結(jié)晶器銅板2器壁上的軌道約束件21相配合，軌道約束件21套在機架(軌道)7上，當(dāng)組合結(jié)晶器上下滑移時，軌道約束件21在傾斜軌道上下滑動，受其約束，產(chǎn)生所說的對結(jié)晶器銅板器壁所施的橫移力F。
實施例二本實施例為連鑄拉制方坯的生產(chǎn)實施方式，采用由四塊組合銅板2構(gòu)成的截面為方形的組合結(jié)晶器，其結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。該組合結(jié)晶器的下部占結(jié)晶器長度1/3的部分，四塊銅板2的銅板與銅板之間留有間隙，間隙的寬度為在0.02mm左右，每塊銅板的體內(nèi)有空腔，該空腔通過冷卻液的進口和出口，向空腔輸入冷卻液。進行連鑄拉坯工藝時，組合結(jié)晶器的上端由結(jié)晶器框架1固定，將該組合結(jié)晶器安裝在振動架上，隨振動架上下振動。在拉坯過程中，采用以下工藝當(dāng)鋼坯隨結(jié)晶器向上滑移時，對結(jié)晶器下部的銅板器壁施以向內(nèi)的橫移力F使結(jié)晶器的內(nèi)腔壁向內(nèi)微小橫移；當(dāng)鋼坯在結(jié)晶器向下滑移時，銅板壁在力F的作用下，產(chǎn)生一個向外的微小橫移。在本實施例中，通過如圖8所示的液壓驅(qū)動裝置，采用與結(jié)晶器上下振動同步的液壓缸9產(chǎn)生控制橫向同步液壓缸的動力，用同步液壓缸8產(chǎn)生微小橫移的動力F來實現(xiàn)同步驅(qū)動銅板的橫移運動。
實施例三本實施例為連鑄拉制工字坯的生產(chǎn)實施方式，采用由四塊組合銅板2構(gòu)成的截面為工字形的組合結(jié)晶器，其結(jié)構(gòu)如圖5、圖6所示。該組合結(jié)晶器的下部占結(jié)晶器長度2/3的部分，四塊銅板2的銅板與銅板之間留有間隙，間隙的寬度為在0.03mm，每塊銅板的體內(nèi)有空腔，該空腔通過冷卻液的進口和出口，向空腔輸入冷卻液。進行連鑄拉坯工藝時，組合結(jié)晶器的上端由結(jié)晶器框架1固定，將該組合結(jié)晶器安裝在振動架上，隨振動架上下振動。在拉坯過程中，采用以下工藝當(dāng)鋼坯隨結(jié)晶器向上滑移時，對結(jié)晶器下部的銅板器壁施以向內(nèi)的橫移力F使結(jié)晶器的內(nèi)腔壁向內(nèi)微小橫移；當(dāng)鋼坯在結(jié)晶器向下滑移時，銅板壁在力F的作用下，產(chǎn)生一個向外的微小橫移。在本實施例中，采用如圖9所示的電磁驅(qū)動裝置，通過對電磁鐵10的線圈直接通電的辦法，產(chǎn)生驅(qū)動銅板橫移的電磁力F，來實現(xiàn)對組合結(jié)晶器銅板的橫移運動控制。
實施例四本實施例為連鑄拉制方坯的生產(chǎn)實施方式，采用由四塊組合銅板2構(gòu)成的截面為方形的組合結(jié)晶器，其結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。該組合結(jié)晶器的下部占結(jié)晶器長度1/2的部分，四塊銅板2的銅板與銅板之間留有間隙，間隙的寬度為在0.02mm左右，每塊銅板的體內(nèi)有空腔，該空腔通過冷卻液的進口和出口，向空腔輸入冷卻液。進行連鑄拉坯工藝時，組合結(jié)晶器的上端由結(jié)晶器框架1固定，將該組合結(jié)晶器安裝在振動架上，隨振動架上下振動。在拉坯過程中，采用以下工藝當(dāng)鋼坯隨結(jié)晶器向上滑移時，對結(jié)晶器下部的銅板器壁施以向內(nèi)的橫移力F使結(jié)晶器的內(nèi)腔壁向內(nèi)微小橫移；當(dāng)鋼坯在結(jié)晶器向下滑移時，銅板壁在力F的作用下，產(chǎn)生一個向外的微小橫移。在本實施例中，通過如圖10所示的氣動驅(qū)動裝置，采用伺服閥12通過控制壓縮空氣驅(qū)動橫向同步氣缸11來實現(xiàn)對銅板的橫移運動的控制。
權(quán)利要求
1.一種使鋼水通過連鑄機的組合結(jié)晶器進行連鑄拉坯的工藝鋼水連續(xù)向具有一定倒錐度的結(jié)晶器澆注，在結(jié)晶器上、下振動過程中，鋼水在結(jié)晶器中不斷散熱凝固成殼并隨結(jié)晶器的振動向下滑移，形成鑄坯滑出結(jié)晶器，其特征在于當(dāng)鑄坯在組合結(jié)晶器中向上滑移時，通過對結(jié)晶器下部的銅板器壁施以橫移力使結(jié)晶器的銅板與銅板之間所存在間隙變小；當(dāng)鑄坯在結(jié)晶器中下滑時，施以方向相反或減少對結(jié)晶器銅板器壁所施的橫移力使結(jié)晶器的銅板與銅板之間的間隙變大或復(fù)原。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄拉坯工藝，其特征在于所述的施以結(jié)晶器銅板器壁的橫移力對結(jié)晶器銅板器壁的橫移量為0.005mm～0.3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄拉坯工藝，其特征在于所述的施以結(jié)晶器銅板器壁的橫移力為機械、液壓、氣動或電磁驅(qū)動的方法產(chǎn)生。
4.一種專用于權(quán)利要求1所述的連鑄拉坯工藝的連鑄機組合結(jié)晶器，由多塊銅板組合成結(jié)晶器倒錐形內(nèi)腔，其特征在于結(jié)晶器的下部，從結(jié)晶器的下端面量起，占整個結(jié)晶器長度的1/3～2/3的部分，銅板與銅板之間存在間隙，間隙的寬度為0.005～0.3mm，該間隙在施以結(jié)晶器銅板器壁的橫移力的作用下可在其間隙限度向內(nèi)作微小橫移。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連鑄機組合結(jié)晶器，其特征在于所說的構(gòu)成結(jié)晶器的銅板，為一種在體內(nèi)形成空腔的結(jié)構(gòu)，該空腔具有冷卻液輸入、輸出口，用以向空腔輸入冷卻液。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連鑄機組合結(jié)晶器，其特征在于所說的結(jié)晶器的下部設(shè)置有對結(jié)晶器的銅板器壁施以橫移力的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連鑄機組合結(jié)晶器，其特征在于所說的對結(jié)晶器的銅板器壁施以橫移力的裝置為同步液壓驅(qū)動裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連鑄機組合結(jié)晶器，其特征在于所說的對結(jié)晶器的銅板器壁施以橫移力的裝置氣動驅(qū)動裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連鑄機組合結(jié)晶器，其特征在于所說的對結(jié)晶器的銅板器壁施以橫移力的裝置為電磁驅(qū)動裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連鑄機組合結(jié)晶器，其特征在于所說的對結(jié)晶器的銅板器壁施以橫移力的裝置為機械軌道約束控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種連鑄拉坯新工藝及其專用結(jié)晶器結(jié)構(gòu)。其工藝方法如下在連鑄拉坯過程中，鋼水連續(xù)向具有一定倒錐度的組合結(jié)晶器澆注，并在結(jié)晶器上、下振動過程中，鋼水在結(jié)晶器中不斷散熱凝固成殼并隨結(jié)晶器的振動向下滑移，形成鑄坯滑出結(jié)晶器，當(dāng)鑄坯在組合結(jié)晶器中向上滑移時，通過對結(jié)晶器下部的銅板器壁施以橫移力使結(jié)晶器的銅板與銅板之間所存在間隙變?。划?dāng)鑄坯在結(jié)晶器中下滑時，施以方向相反或減少對結(jié)晶器銅板器壁所施的橫移力使結(jié)晶器的銅板與銅板之間的間隙變大或復(fù)原。采用本發(fā)明的連鑄拉坯工藝和專用的組合結(jié)晶器，既能提高拉速，又可避免拉漏，并具有減少搭橋、偏析現(xiàn)象的產(chǎn)生，以及消除鑄坯可能存在的橫裂紋等的技術(shù)效果。
文檔編號B22D11/04GK1680055SQ20041002674
公開日2005年10月12日 申請日期2004年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月5日
發(fā)明者張祝得 申請人:張祝得