一种减少板坯偏离角裂纹的方法与流程

1.本发明涉及一种减少板坯偏离角裂纹的方法，属于炼钢连铸技术领域。


背景技术：

2.在结晶器的内腔，由于结晶器连续振动和铸坯在连铸机驱动辊组的牵引下受力前进，板 坯与结晶器四块铜板之间不仅存在热流传导，二者之间也存在着相互的作用力，同时由于受 力和热量等多因素影响，铜板自身也存在着变形，所以结晶器内部热流/应力状态是错综复杂 的，液态钢水在结晶器内受冷结晶成初生坯壳，由于初生坯壳很薄，又受到结晶器锥度、循 环冷却水、结晶器振动机构等影响，连铸铸坯很多缺陷都是发生在结晶器内部。
3.结晶器的锥度过大时，会由于结晶器铜板挤压铸坯发生铸坯角部产生凹陷，铸坯在结晶 器向下运行中摩擦阻力变大，加剧结晶器的镀层磨损，严重的甚至会出现铜板漏铜，引发铸 坯星状裂纹的产生。在宽面铜板和窄面铜板形成的角部区域，气隙较大形成热点，会引发铸 坯坯壳变薄和极易产生裂纹。
4.结晶器锥度太小时，铸坯和铜板壁间气隙会变大，使热流密度变小，坯壳减薄，易漏钢； 另外结晶器锥度过小，可能使角部出现转动，发生皮下裂纹和纵向凹陷。
5.实际生产中，通常默认宽边铜板上下平行，只对窄边锥度进行检测、维护，从而忽略对 宽边铜板锥度的关注。通过对上线结晶器宽边锥度测量发现，宽边锥度时常出现偏小或为负 值的情况，这种异常状态下浇注明显不利于的夹杂物上浮，同时凝固坯壳所承受的热应力及 机械应力受影响；由于结晶器宽边锥度不合理，导致的偏离角等质量缺陷甚至会发生漏钢这 类严重的生产安全事故。


技术实现要素：

6.本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种减少板坯偏离角裂纹的方法，该技术 方案目的是提升连铸结晶器的设备功能精度，确保坯壳在结晶器及0#段区域受力均匀，有 效避免偏离角等质量缺陷甚至会发生漏钢这类严重的生产安全事故。
7.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种减少板坯偏离角裂纹的方法，所述方 法包括以下步骤：
8.步骤1，分析结晶器内液/固渣膜与气隙的形成和分布规律：
9.步骤2，宽边锥度调整测试，确定合适的宽边锥度；
10.步骤3，垫片设计；
11.步骤4，减少角缝对宽边锥度的影响；
12.步骤5，结晶器窄边锥度进行测量优化：
13.步骤6，结晶器对弧控制：
14.步骤7:，结晶器振动进行监测与调整。
15.进一步，步骤1，分析结晶器内液/固渣膜与气隙的形成和分布规律：结晶器内保护
渣与气 隙分布分为3中状态：
16.①
：模型ⅰ(ts》t
fsol
)；
17.当铸坯表面温度高于保护渣的凝固温度时，液渣与固渣共存于渣道中，
18.②
：模型ⅱ(ts＝t
fsol
)
19.随着铸坯的下移，当坯壳表面温度降至保护渣凝固温度时，此时液渣膜刚好消失，结晶 器与铸坯的间隙内只存在固渣膜，
20.③
：模型ⅲ(ts＜t
fsol
)
21.随着铸坯热量的不断传出，坯壳表面温度逐渐降低，当铸坯表面温度低于保护渣凝固温 度时，坯壳与结晶器的间隙内为固渣一气隙共存状态，由以下方程联立求解得气隙厚度：
[0022][0023]
tb＝t
s-q
×rs
[0024][0025][0026]rarad
＝0.5δ(εf εm)(t
m2
t
b2
)(tm tb)
[0027]
其中tb表示固渣/气隙界面的温度，k；ra，r
acon
，r
arad
分别代表气隙的总热阻、导热热阻 以及辐射热阻，m2·
℃/w；da表示气隙厚度，m；ka表示气隙导热系数，w/(m℃)。
[0028]
结论：气隙厚度对总热阻影响很大，如何通过结晶器宽边锥度调整降低气隙，是我们提 供了找寻方向；
[0029]
进一步，步骤2，宽边锥度调整测试，确定合适的宽边锥度，具体如下：
[0030]
①
：通常对单侧结晶器锥度定义为：b为单侧结晶器锥度、w
t
为结晶器上口宽 度、wb为结晶器下口宽度；
[0031]
②
：设定结晶器单侧宽边锥度分别为0mm/0.5mm/1.0mm/1.5mm，进行调整跟踪测试；
[0032]
③
：对板坯质量跟踪及结晶器磨损情况进行综合分析，结晶器宽边内外弧单侧锥度＞0.5mm、 内外弧锥度之和处于1.5～2.0mm之间最为合适。
[0033]
进一步，所述步骤3，垫片设计，具体如下：确立垫片与结晶器宽边锥度之间关系，其关系 转换公式如下：
[0034]
垫片
0.5mm
/宽边锥度＝1/0.28。
[0035]
进一步，步骤4，减少角缝对宽边锥度的影响，具体如下：
[0036]
①
：结合triz理论对结晶器清洗方式进行优化，在生产间隙采用高压水枪——钢质插板工具 ——铲刀进行清洗的方法对结晶器角缝的清理，消除角缝大对结晶器宽面锥度的影响，从而 确保宽边锥度的精准度；
[0037]
②
：修正结晶器铜板磨损对宽边锥度的影响：结晶器在使用一定时间后，下部铜板
会出现不 同程度等磨损，当结晶器通钢量分别大于6万吨、大于10万吨时，对宽边锥度进行跟踪测量， 并重新调整。
[0038]
进一步，步骤5，结晶器窄边锥度进行测量优化，具体如下：
[0039]
①
：根据液压板簧振动的特性，确定结晶器振动停位至低位时进行结晶器锥度测量；
[0040]
②
：使用锥度仪对结晶器窄边锥度进行测量，偏差大时进行及时标定，确保锥度偏差在0.5mm 以内；
[0041]
③
：考虑结晶器锥度在生产过程中会发生偏移，使结晶器窄边锥度与标准值偏差处于0mm～ 0.5mm正偏差。
[0042]
进一步，步骤6，结晶器对弧控制：
[0043]
①
：对弧前对结晶器足辊清洁度进行清理确认，确保测量的准确性；
[0044]
②
：让铜板与足辊的应力完全释放再进行对弧作业；
[0045]
③
：对结晶器左右侧偏心轮位置进行调整：以外弧为基准，同时对内弧弧度进行测量，避免 同侧内外弧弧度同时向同一方向偏；
[0046]
④
：对弧4个测量点对弧偏差处于
±
0.3mm以内；
[0047]
进一步，步骤7结晶器振动进行监测与调整：
[0048]
①
：选择典型振动频率与振幅进行振动检测标定；
[0049]
②
.通过优化调整，确保结晶器振动偏振满足其基准：x方向偏振≤0.15mm、y方向偏振≤ 0.2mm、振幅偏差≤3％、振频偏差≤2次/min作为本发明的一种改进，喷枪上刻有标识插入深 度的刻度值，刻在喷枪和压环装配处。
[0050]
相对于现有技术，本发明具有如下优点，该技术方案通过对结晶器在线使用过程进行分 析，结合实际使用和经验记录，研究单一因素变化时，结晶器宽边锥度优化方案，明显减少 板坯偏离角裂纹。同时保证了高效连铸生产节奏，更有利于的非金属夹杂物上浮。根据钢种 收缩特性，可以使坯壳与结晶器铜板更好的接触，改善坯壳与铜板之间传热，改善润滑达到 降低铸坯表面纵裂的效果，同时坯壳与结晶器铜板之间受力更为均匀，降低结晶器铜板磨损。
附图说明
[0051]
图1为气隙分布示意图；
[0052]
图2为单侧结晶器锥度；
[0053]
图3为垫片尺寸；
[0054]
图4结晶器整体平面图及锥度测量点；
[0055]
图5结晶器对弧检测示意图。
具体实施方式：
[0056]
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
[0057]
实施例1：参见图1-图5，一种减少板坯偏离角裂纹的方法，所述方法包括以下步骤： 步骤1，分析结晶器内液/固渣膜与气隙的形成和分布规律：
[0058]
生产过程中，保护渣添加到结晶器顶部液面上，与钢液接触的保护渣在高温状态
下迅速 熔化，随着结晶器的振动，熔融的保护渣自弯月面流入到结晶器与铸坯之间的缝隙。在结晶 器上部，铜板的温度远远低于熔融态保护渣的温度，由于受到结晶器铜板的强冷作用，保护 渣在靠近铜板的一侧迅速凝固并形成玻璃态渣 膜；沿水平方向，随着冷却速度的降低渣膜逐渐演变为结晶态，形成了靠近结晶器一侧的固 态渣膜；由于保护渣在凝固过程中的收缩，在结晶器与固渣之间形成了较大的界面热阻，该 热阻随着固态渣膜的厚度改变而变化。在靠近铸坯的一侧，铸坯温度高于保护渣的凝固温度， 因此保护渣仍呈液态，沿水平方向形成了固液渣膜共存的状态。随着拉坯的进行，铸坯的热 量不断传至结晶器并被冷却水带走，坯壳表面温度不断降低，当铸坯温度降低至保护渣凝固 温度时，液态保护渣将完全凝固，此时结晶器与铸坯间的缝隙中只充满了固态保护渣。伴随 着温度的进一步降低，在铸坯收缩以及保护渣收缩的共同作用下，缝隙会不断增大，此时由 于没有液态保护渣的流入，渣膜从结晶器壁脱离，气隙由此产生。图1为结晶器内保护渣与 气隙分布的示意图及分布状态。
[0059]
①
：模型ⅰ(ts》t
fsol
)
[0060]
当铸坯表面温度高于保护渣的凝固温度时，液渣与固渣共存于渣道中，根据液渣及固渣 传热的特点，铸坯与结晶器之间的热阻如图1模型ⅰ所示。
[0061]
②
：模型ⅱ(ts＝t
fsol
)
[0062]
随着铸坯的下移，当坯壳表面温度降至保护渣凝固温度时，此时液渣膜刚好消失，结晶 器与铸坯的间隙内只存在固渣膜，认为其热阻如图1模型ⅱ所示。
[0063]
③
：模型ⅲ(ts＜t
fsol
)
[0064]
随着铸坯热量的不断传出，坯壳表面温度逐渐降低，当铸坯表面温度低于保护渣凝固温 度时，坯壳与结晶器的间隙内为固渣一气隙共存状态，其热阻由图1模型ⅲ所示。由于液渣 膜消失，不能继续补充，并且本模型忽略了保护渣的凝固收缩，因此认为固渣膜的厚度维持 不变。
[0065]
由以下方程联立求解得气隙厚度：
[0066][0067]
tb＝t
s-q
×rs
[0068][0069][0070]rarad
＝0.5δ(εf εm)(t
m2
t
b2
)(tm tb)
[0071]
其中tb表示固渣/气隙界面的温度，k；ra，r
acon
，r
arad
分别代表气隙的总热阻、导热热阻 以及辐射热阻，m2·
℃/w；da表示气隙厚度，m；ka表示气隙导热系数，w/(m℃)。
[0072]
结论：气隙厚度对总热阻影响很大，如何通过结晶器宽边锥度调整降低气隙，是我们提 供了找寻方向；
[0073]
步骤2，宽边锥度调整测试，确定合适的宽边锥度；
[0074]
①
：通常对单侧结晶器锥度定义为：具体如图2所示；
[0075]
②
：设定结晶器单侧宽边锥度分别为0mm/0.5mm/1.0mm/1.5mm，进行调整跟踪测试；
[0076]
③
：对板坯质量跟踪及结晶器磨损情况进行综合分析，结晶器宽边内外弧单侧锥度＞0.5mm、 内外弧锥度之和处于1.5～2.0mm之间最为合适；
[0077]
步骤3，垫片设计；
[0078]
①
：根据结晶器与振动框架尺寸设计垫片尺寸，具体尺寸如图3所示；
[0079]
②
：确立垫片与结晶器宽边锥度之间关系，其关系转换公式如下：
[0080]
垫片
0.5mm
/宽边锥度＝1/0.28；
[0081]
步骤4，减少角缝对宽边锥度的影响；
[0082]
①
：结合triz理论对结晶器清洗方式进行优化，在生产间隙采用高压水枪 钢质插板工具 铲刀进行清洗的方法对结晶器角缝的清理，消除角缝大对结晶器宽面锥度的影响，从而确保 宽边锥度的精准度；
[0083]
②
：修正结晶器铜板磨损对宽边锥度的影响：结晶器在使用一定时间后，下部铜板会出现不 同程度等磨损，当结晶器通钢量分别大于6万吨、大于10万吨时，对宽边锥度进行跟踪测量， 并重新调整；
[0084]
步骤5，结晶器窄边锥度进行测量优化：
[0085]
①
：根据液压板簧振动的特性，确定结晶器振动停位至低位时进行结晶器锥度测量；
[0086]
②
：使用锥度仪对结晶器窄边锥度进行测量，偏差大时进行及时标定，确保锥度偏差在0.5mm 以内；
[0087]
③
：考虑结晶器锥度在生产过程中会发生偏移，使结晶器窄边锥度与标准值偏差处于0mm～ 0.5mm正偏差；
[0088]
步骤6，结晶器对弧控制：
[0089]
①
：对弧前对结晶器足辊清洁度进行清理确认，确保测量的准确性；
[0090]
②
：让铜板与足辊的应力完全释放再进行对弧作业；
[0091]
③
：对结晶器左右侧偏心轮位置进行调整：以外弧为基准，同时对内弧弧度进行测量，避免 同侧内外弧弧度同时向同一方向偏；
[0092]
④
：对弧4个测量点对弧偏差处于
±
0.3mm以内；
[0093]
步骤7:，结晶器振动进行监测与调整：
[0094]
①
：选择典型振动频率与振幅进行振动检测标定；
[0095]
②
.通过优化调整，确保结晶器振动偏振满足其基准：x方向偏振≤0.15mm、y方向偏振≤ 0.2mm、振幅偏差≤3％、振频偏差≤2次/min。
[0096]
具体应用如下：
[0097]
一、宽边锥度测量与调整：
[0098]
1.新结晶器上线：使用行车将结晶器吊装至结晶器振动框架上座好；
[0099]
2.结晶器宽边锥度测量：使用锥度仪对结晶器宽边锥度进行测量，测量内外弧各为3个，其 测量点如图4所示，并对相应锥度值进行记录；
[0100]
3.锥度测量要求：1.2.3为结晶器外弧宽面测量点、4.5.6为结晶器内弧宽面测量点。其中 1/4、2/5、3/6内外弧对应，测量前确认结晶器内腔铜板干净，再使用锥度仪对测量
点位置 锥度进行测量；
[0101]
4.宽边锥度调整：以测量点1/4为例，当测量值分别为0.2/1.4mm时，在结晶器内弧左侧结 晶器与振动框架之间添加垫片
0.5mm
2块；重新测量宽边锥度，确保结晶器宽边内外弧单侧锥度 ＞0.5mm、内外弧锥度之和处于1.5～2.0mm之间；
[0102]
5.减少角缝对宽边锥度的影响：生产间隙采用高压水枪 钢质插板工具 铲刀进行清洗的方法 对结晶器角缝的清理，消除角缝大对结晶器宽面锥度的影响，从而确保宽边锥度的精准度；
[0103]
6.修正结晶器铜板磨损对宽边锥度的影响：结晶器在使用一定时间后，下部铜板会出现不同 程度等磨损，当结晶器通钢量分别大于6万吨、大于10万吨时，对宽边锥度进行跟踪测量， 并重新调整；
[0104]
7.结晶器窄边锥度进行测量优化：
[0105]
8.结晶器操作模式处于自动时，此时振动机构受弹簧张力影响，振动行程处于自由停位状态 (高低位之间)，可能存在东西侧振动停位不一样高，结晶器锥度测量有偏差，振动机构如下 图5所示；
[0106]
9.将结晶器振动模式转为手动方式，使得结晶器两侧振动机构落位均处于低位；
[0107]
10.使用锥度仪对结晶器窄边锥度进行测量，偏差大时进行及时标定；
[0108]
11.使结晶器窄边锥度与标准值偏差处于0mm～0.5mm正偏差；
[0109]
12.结晶器对弧控制：
[0110]
13.终浇后使用高压水枪对对弧测量点进行清理，对结晶器足辊上的杂质进行清理，确保测 量的准确性；
[0111]
具体操作如下：
[0112]
①
.在准备使用高压清洗机水枪前，对现场环境进行确认；
[0113]
②
.在终浇前30min，检查高压清洗机水枪电源线、水管连接处是否牢固，从工作室站旁推到 两流中间位置摆放，保证紧固牢靠后再连接使用；
[0114]
③
.两流终浇后，在使用前把高压清洗机水枪进水管(快速接头)和现场水管连接，打开进水 管阀门，电源插上插座，检查高压清洗机电源信号是否显示正常；
[0115]
④
.清洗作业时，把水管理顺拉到现场，双手紧握水枪扳机手柄，打开水枪扳机，枪头对着结 晶器铜板或空旷的地方，严禁对人、电气设备，启动高压清洗机“启动”按钮，开始清洗；
[0116]
⑤
.清洗浮物时，人不能离的太近，防止清洗吹扫异物落入人眼睛等敏感位置，清理顽固污物 时枪不宜离的太远，此时应带面罩进行清洗；
[0117]
⑥
.高压清洗机水枪不用时，应及时按“停止”按钮，清洗机运转时，水枪喷射扳手关闭时间 不能超过30秒，否则清洗机机内温度高会自动跳电自保，或烧坏清洗机电机；
[0118]
⑦
.高压清洗机不用时，及时将进水管阀门关，开机脱水，排尽泵内、管子、枪头内余水，然 后拔掉电源，把电源线和进水管拔掉，缠好，同时把水枪管子缠好。收理整齐，及时推回原 摆放位置；
[0119]
⑧
.高压清洗机为结晶器铜板、角缝专用清洗设备，不得对其它设备进行冲洗，日常维护和保 养由日班负责。
[0120]
14.终浇后30min后进行对弧作业，让铜板与足辊的应力完全释放；
[0121]
15.使用使用对弧板对结晶器弧度进行检测，其测量点有4个，均在宽面距离窄边100mm位 置，其具体操作如下图5所示；
[0122]
16.对结晶器左右侧偏心轮位置进行调整：以外弧为基准，同时对内弧弧度进行测量，避免 同侧内外弧弧度同时向同一方向偏；
[0123]
17.对弧4个测量点对弧偏差处于
±
0.3mm以内；
[0124]
18.结晶器振动进行监测与调整：
[0125]
19.利用日修或检修时间对结晶器振动进行检测，检测仪摆放位置在结晶器外弧 中间位置，选择典型振动频率与振幅；
[0126]
20.定期对振动监测，异常或更换振动装置时对结晶器振动进行检测调整；
[0127]
①
.将结晶器吊离，结晶器振动停止。将结晶器振动模式转操作模式为手动；
[0128]
②
.将百分表固定至单侧振动机构中心位置测量振动机械行程，同时记录测量值r与电气显示 值s；
[0129]
③
.通过对显示值与实际值之间的误差进行修正；修正率按d/s*100％进行计算；
[0130]
⑥
.结晶器回装后，振动启动现场测量振动；
[0131]
⑦
.通过优化调整，确保结晶器振动偏振满足其基准：x方向偏振≤0.15mm、y方向偏振≤ 0.2mm、振幅偏差≤3％、振频偏差≤2次/min。
[0132]
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作 出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。