一种板坯连铸机冷却系统及连铸机的制作方法

1.本实用新型涉及连铸工艺技术领域，尤其涉及一种板坯连铸机冷却系统及连铸机。


背景技术：

2.铸坯热装是钢铁厂节能降耗、降低排放的重要手段之一，它的主要原理为：利用板坯的余热降低在热轧加热炉中的加热时间的生产组织方式，铸坯热装具有降低加热炉燃料消耗、节约成本、降低板坯烧损和减少钢铁料消耗等优点。但热装时铸坯表面温度达到550℃以上时，轧制后容易出现爪裂缺陷，被称之为“热装裂纹”或“红送裂纹”。
3.当铸件有裂纹存在时，其强度大为降低，使用时会由于裂纹的扩展而使铸件断裂以致发生事故，因此采取有效措施防止裂纹的产生显得尤为重要。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种板坯连铸机冷却系统及连铸机，通过改造连铸扇形段，对铸坯进行表层淬火，并对淬火的喷嘴进行交错分布，提高了板坯表层淬火的均匀性，使得板坯更有利于抵御轧制力，降低“热装裂纹”的发生率。
5.为了实现上述目的，本实用新型实施例提供的技术方案如下：
6.第一方面，本实用新型提供了一种板坯连铸机冷却系统，应用在连铸机中的最后一个扇形段。所述连铸机包括：沿板坯运行方向间隔设置的m组传送辊，每组传送辊包括上传送辊和下传送辊。所述系统包括：m+1组喷嘴；其中，每组喷嘴包括两排喷嘴，其中一排喷嘴设置于所述板坯的上方，用于朝所述板坯的上表面喷射冷却水柱，另一排喷嘴设置于所述板坯的下方，用于朝所述板坯的下表面喷射冷却水柱；沿板坯运行方向，每个上传送辊的两侧以及每个下传送辊的两侧分别设置有一排喷嘴；每排喷嘴均包括间隔排列的多个喷嘴，且相邻两个喷嘴在所述板坯上对应的喷射面存在交叠；沿板坯运行方向相邻两排喷嘴的第一边缘距离和第二边缘距离均不同，其中，所述第一边缘距离为沿板坯宽度方向，最靠近板坯第一端面的喷嘴与所述第一端面之间的距离，所述第二边缘距离为沿板坯宽度方向，最靠近板坯第二端面的喷嘴与所述第二端面之间的距离。
7.优选地，沿板坯运行方向，第i排喷嘴的第一边缘距离和第二边缘距离相等，第i+1排喷嘴的第一边缘距离，小于所述第i排喷嘴的第一边缘距离。
8.优选地，所述第i排喷嘴的第一边缘距离，小于或等于其中，h表示喷嘴的喷射口与所述板坯表面的距离，α表示喷嘴的喷射角度。
9.优选地，所述第i+1排喷嘴的第一边缘距离，等于所述第i排喷嘴的第一边缘距离减去其中，h表示喷嘴的喷射口与所述板坯表面的距离，α表示喷嘴的喷射角度。
10.优选地，所述第i排喷嘴中的第一边缘距离在100-400mm之间。
11.优选地，相邻两个喷嘴在所述板坯上对应的喷射面之间的交叠面积大于或等于所述喷射面面积的30％。
12.优选地，所述每排喷嘴包括的喷嘴数量在5-7之间，且相邻两个喷嘴之间间距相等。
13.优选地，每个喷嘴的喷射角度在80
°‑
120
°
之间，所述相邻两个喷嘴之间间距在100mm-600mm之间。
14.优选地，每个喷嘴的喷射口与所述板坯表面的距离在100mm-400mm之间。
15.第二方面，本实用新型提供了一种连铸机，包括沿板坯运行方向间隔设置的m组传送辊以及前述第一方面任一项所述的板坯连铸机冷却系统。
16.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
17.本实用新型实施例提供的一种板坯连铸机冷却系统及连铸机，通过在连铸机的每个上传送辊的两侧以及每个下传送辊的两侧分别设置一排喷嘴，用于朝板坯的上表面和下表面喷射冷却水柱，对板坯表层进行淬火。其中，每排喷嘴均包括间隔排列的多个喷嘴，相邻两个喷嘴在所述板坯上对应的喷射面存在交叠，使得淬火更密集。且沿板坯运行方向相邻两排喷嘴的第一边缘距离和第二边缘距离均不同，即相邻两排喷嘴进行交错排列，以平衡喷嘴喷射的冷却水柱作用在板坯上的密度，使得喷射于板坯表面的冷却水柱更加均匀，从而提高冷却的均匀性。该冷却装置通过对铸坯进行表层淬火，并对淬火的喷嘴进行交错分布，提高了板坯表层淬火的均匀性，使得板坯更有利于抵御轧制力，降低“热装裂纹”的发生率。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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他的附图。
19.图1为本实用新型实施例提供的板坯连铸机冷却系统的结构示意图；
20.图2为本实用新型实施例提供的第i排喷嘴的布置图；
21.图3为本实用新型实施例提供的第i+1排喷嘴的布置图。
具体实施方式
22.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
24.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，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过程、方法、物品或者设备所固有的要素。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过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
25.申请人发现，铸坯热装是一种利用铸坯心部热量达到降本降耗的生产方法，
26.铸坯下线时，表面温度可以在700℃～800℃左右，有些地方甚至可以达到1000℃，同时，铸坯内部最高温度甚至在1200℃以上。如果在该温度下，将铸坯送入加热炉进行加热(即热装)，可以充分地利用铸坯内部温度，减少加热炉的燃料消耗。但当热装时，若未对铸坯的表面温度进行强制冷却，轧制后的钢板会出现较为明显的沿晶界裂开的爪裂缺陷，被称之为“热装裂纹”，热装裂纹成为限制铸坯热装率和热装温度的最大障碍之一。
27.目前常用的快速冷却方式是在铸坯二切之后，对铸坯表面进行冷却，具体来说，是先利用冷却介质在连铸辊道上对连铸坯按2-5℃/s的速度快速冷却到500℃以下。连铸坯经快速冷却后，再经过5min以上的回温时间即可直接装入加热炉，使高强度低合金钢连铸坯的直接送装甚至热送成为可能。
28.或者是，连铸坯在切割辊道上进行切割后，进入位于连铸机和轧机间的输送辊道上进行快速喷水冷却，将连铸坯表面温度降低到600℃左右，连铸坯表面冷却速率控制在20-50℃/s，连铸坯表面冷却时间控制在15-60秒，连铸坯冷却后在15min内送往加热炉加热。使得在加热炉入炉连铸坯表面温度低于600℃的条件下，确保连铸坯内部温度高于800℃。
29.但以上这些方法，其冷却温度的过程均在铸坯表面发生相变或在析出物析出之后，这样容易造成表面组织的混晶或析出物在晶界的聚集，无法起到细化表面组织的作用。
30.本实用新型实施例提供的板坯连铸机冷却系统，应用在连铸机中的最后一个扇形段，能够在板坯的表面组织处于全奥氏体组织时，利用该冷却系统对板坯进行强制冷却。通过在连铸坯上添加表层在线淬火设备，即使用喷嘴对板坯表面进行强制冷却，在ar3(铁碳合金冷却时自a(奥氏体)中开始析出f(结晶)的临界温度线)温度以上对板坯进行表层淬火，使得板坯表面形成致密的细晶层，这部分组织晶粒细小、均匀。后续板坯内部的热量会对这部分组织进行返温，板坯表面继续升温至600～700℃之间，这个温度下，铸坯进入加热炉，表面组织有很好的抵御轧制力的能力，可以有效防止“热装裂纹”的产生。
31.第一方面，如图1所示，本实用新型实施例提供了一种板坯连铸机冷却系统，应用在连铸机中的最后一个扇形段。其中，连铸机包括：沿板坯100运行方向(即拉速方向)间隔设置的m组传送辊101，每组传送辊101包括上传送辊和下传送辊。该板坯连铸机冷却系统包括：m+1组喷嘴102。其中，m为正整数，根据实际应用的连铸机的传送辊组数确定。
32.其中，每组喷嘴102包括两排喷嘴，其中一排喷嘴设置于板坯100的上方，用于朝板坯的上表面喷射冷却水柱，另一排喷嘴设置于板坯100的下方，用于朝板坯的下表面喷射冷却水柱，从而实现向板坯上、下表面喷射冷却水柱。沿板坯运行方向，每个上传送辊的两侧以及每个下传送辊的两侧分别设置有一排喷嘴102，每排喷嘴均包括间隔排列的多个喷嘴
102。在具体的实施例中，一排喷嘴包括的喷嘴个数可以根据实际情况进行设置。
33.通过根据扇形段传送辊的组数设置喷嘴组数，喷嘴的组数为传送辊组数+1组，并在传送辊的两侧分别设置有一排喷嘴，使得板坯通过传送辊运行到最后一个扇形段时，喷嘴喷射冷却水柱作用于板坯，实现淬火。
34.需要说明的是，为了实现板坯淬火的均匀性，每一排喷嘴的个数相同，每个喷嘴为相同的喷嘴，且相邻两个喷嘴之间间距相等。这里的喷嘴喷射的冷却水柱形状可以为空心锥形、实心锥形、扇形面和矩形等等，具体的形状可以根据铸坯的形状以及连铸机的实际情况确定。
35.在具体的实施例中，为了平衡喷嘴喷射的冷却水柱的面积和密度，使冷却水柱发挥的作用最大，可以根据连铸机实际情况，对喷嘴的喷射口与板坯表面的距离h进行一定的设置。举例来说，在一种应用场景中，每个喷嘴的喷射口与板坯表面的距离h在100mm-400mm之间。
36.在具体的实施例中，由于喷嘴喷射的冷切水柱存在中间密度大两边密度较小的情况，使得作用到板坯上的密度存在差别。为了使作用到板坯上的冷却水柱密度更加均匀，如图2中提供的第i排喷嘴的布置图、以及图3提供的第i+1排喷嘴的布置图所示，沿板坯运行方向相邻两排喷嘴的第一边缘距离h1和第二边缘距离h2均不同。即将相邻两排喷嘴假设为第i排喷嘴和第i+1排喷嘴，沿板坯运行方向，第i排喷嘴的第一边缘距离h1与第i+1排喷嘴的第一边缘距离h3不相等，第i排喷嘴的第二边缘距离h2与第i+1排喷嘴的第二边缘距离h4不相等。当然，这里的第i排喷嘴也可以表示为奇数排喷嘴，第i+1排喷嘴表示为偶数排喷嘴。以使得相邻两排喷嘴喷射的冷却水柱密度高的地方，能作用到板坯不同的地方，使淬火更加均匀。
37.需要说明的是，图2、3中的板坯厚度为d，宽度为w，第i排喷嘴的相邻两个喷嘴之间的间距为l1，第i+1排喷嘴的相邻两个喷嘴之间的间距为l2。
38.其中，第一边缘距离h1为沿板坯宽度w方向，最靠近板坯第一端面的喷嘴与第一端面之间的距离，第二边缘距离h2为沿板坯宽度w方向，最靠近板坯第二端面的喷嘴与第二端面之间的距离。这里的第一端面是指沿板坯宽度方向，板坯的左右两端面位置的其中一端面位置，第二端面是指沿板坯宽度方向，板坯的左右两端面位置的另一端面位置。
39.作为一种可选地实施例，第i排喷嘴的第一边缘距离h1和第二边缘距离h2可以相等，而第i+1排喷嘴的第一边缘距离h3，小于第i排喷嘴的第一边缘距离h1。同时，第i+1排喷嘴的第二边缘距离h4，会大于第i排喷嘴的第一边缘距离h1。从而使得第i+1排喷嘴喷射的冷却水柱密度最大的地方，是第i排喷嘴喷射的冷切液密度较小的地方，将第i+1排喷嘴作为第i排喷嘴的补充，实现板坯的均匀淬火。
40.需要说明的是，在本技术的其他实施例中，也可以设置为：第i排喷嘴的第一边缘距离h1等于第i+1排喷嘴的第二边缘距离h4，第i排喷嘴的第二边缘距离h2等于第i+1排喷嘴的第一边缘距离h3，即h1＝h4，h2＝h3。当然，只要能使得淬火设备对板坯进行更均匀的淬火，本技术实施例也可以采用其他的喷嘴交替布置方式，这里不作赘述。
41.具体地，为了使冷却水柱能覆盖到靠近端面位置的板坯，板坯第i排喷嘴的第一边缘距离h1，可以小于或等于其中，h表示喷嘴的喷射口与板坯表面的距离，α表示
喷嘴的喷射角度，即当喷嘴的喷射形状为扇形面时，沿板坯宽度w方向，喷嘴喷射到板坯上的长度的一半，需要大于第一边缘距离。
42.举例来说，在一种应用场景中，对于一定宽度值的连铸板坯，每排喷嘴包括的喷嘴数量在5-7之间，为了能实现对板坯表面的均匀淬火，每个喷嘴的喷射角度α在80
°‑
120
°
之间，相邻两个喷嘴之间间距l1/l2在100mm-600mm之间，第i排喷嘴中的第一边缘距离可以在100-400mm之间。
43.相应地，第i+1排喷嘴的第一边缘距离h3，可以等于第i排喷嘴的第一边缘距离h1减去即使得h3小于或等于h1的一半。当然，在本技术的其他实施例中，第i+1排喷嘴的第一边缘距离h3也可以设置成其他距离长度，该距离只要能满足使第i+1排喷嘴作为第i排喷嘴的补充，实现板坯的均匀淬火。
44.另外，每排喷嘴包括的多个喷嘴中，相邻两个喷嘴在板坯上对应的喷射面存在交叠。当冷却水柱按照喷射角度覆盖铸坯表面时，为了使位于相邻两喷嘴之间的板坯能完全覆盖到冷却水柱，相邻两个喷嘴在板坯上对应的喷射面可以存在交叠。举例来说，在一种应用场景中，相邻两个喷嘴在板坯上对应的喷射面之间的交叠面积，可以大于或等于喷射面面积的30％。
45.需要说明的是，这里的喷射面之间的交叠面为30％只是本技术实施例的一种实施方式。作为本技术另一种可选地实施例，喷射面之间的交叠面积可以根据喷嘴的喷射角度α、相邻喷嘴之间的距离l1/l2以及喷嘴的喷射口与所述板坯表面的距离h所确定，即这里的喷射面之间的交叠面积可以为
46.下面将结合连铸机设备的实际情况，对上述技术方案进行举例说明。
47.实施例一
48.改造连铸扇形段，增加喷嘴数量，沿着板坯运行方向，设置7排喷嘴，其中将奇数排喷嘴和偶数排喷嘴分别进行设置，使奇数排喷嘴和偶数排喷嘴为不同的布置方式。
49.假设连铸板坯最大宽度为2400mm，则保证喷淋水覆盖2400mm的范围，喷嘴喷射的冷却水柱角度α为100
°
。每排喷嘴的个数为6个，其中每两个喷嘴之间的距离均为l1/l2＝400mm，每个喷嘴的喷射口距离铸坯表面的距离为h＝240mm。奇数排喷嘴的第一边缘距离h1＝200mm，其中对于奇数排喷嘴，第一边缘距离h1等于第二边缘距离h2，相邻两个喷嘴在板坯上对应的喷射面之间的交叠面积满足
50.对应的，偶数排喷嘴的第一边缘距离h3＝57mm，其中相邻两个喷嘴在板坯上对应
的喷射面之间的交叠面积满足
51.实施例二
52.改造连铸扇形段，增加喷嘴数量，沿着板坯运行方向，设置7排喷嘴，其中将奇数排喷嘴和偶数排喷嘴分别进行设置，使奇数排喷嘴和偶数排喷嘴为不同的布置方式。
53.假设连铸板坯最大宽度为2400mm，则保证喷淋水覆盖2400mm的范围，喷嘴喷射的冷却水柱角度α为105
°
。每排喷嘴的个数为6个，其中每两个喷嘴之间的距离均为l1/l2＝385mm，每个喷嘴的喷射口距离铸坯表面的距离为h＝220mm。奇数排喷嘴的第一边缘距离h1＝238mm，其中对于奇数排喷嘴，第一边缘距离h1等于第二边缘距离h2，相邻两个喷嘴在板坯上对应的喷射面之间的交叠面积为
54.对应的，偶数排喷嘴的第一边缘距离h3＝94mm，其中相邻两个喷嘴在板坯上对应的喷射面之间的交叠面积为
55.综上所述，本实施例提供的板坯连铸机冷却系统，通过对连铸机中的最后一个扇形段进行改造，添加表层在线淬火设备即喷嘴，用于对板坯表面进行淬火。且相邻的两排喷嘴采用交错排布的方式，相邻两个喷嘴在板坯上对应的喷射面存在交叠，使得冷却水柱在板坯上的分布密度较均匀。从而满足能够在不增加连铸机喷嘴个数，控制成本的前提下，实现对板坯的均匀淬火，使得板坯更有利于抵御轧制力，降低“热装裂纹”的发生率。
56.第二方面，本实用新型实施例提供了一种连铸机，包括沿板坯运行方向间隔设置的m组传送辊以及第一方面任一项所述的板坯连铸机冷却系统。同样具有与前述提供的板坯连铸机冷却系统相同的结构和有益效果。
57.由于本实用新型实施例所介绍的连铸机包括的板坯连铸机冷却系统在前述已经进行说明，故而基于本实用新型实施例所介绍的板坯连铸机冷却系统，本领域所属人员能够了解该连铸机的具体结构及效果原理，在此不再赘述。凡是包括本实用新型实施例的板坯连铸机冷却系统的连铸机都属于本实用新型所欲保护的范围。
58.尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
59.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种板坯连铸机冷却系统，其特征在于，应用在连铸机中的最后一个扇形段，所述连铸机包括：沿板坯运行方向间隔设置的m组传送辊，每组传送辊包括上传送辊和下传送辊，所述系统包括：m+1组喷嘴；其中，每组喷嘴包括两排喷嘴，其中一排喷嘴设置于所述板坯的上方，用于朝所述板坯的上表面喷射冷却水柱，另一排喷嘴设置于所述板坯的下方，用于朝所述板坯的下表面喷射冷却水柱；沿板坯运行方向，每个上传送辊的两侧以及每个下传送辊的两侧分别设置有一排喷嘴；每排喷嘴均包括间隔排列的多个喷嘴，且相邻两个喷嘴在所述板坯上对应的喷射面存在交叠；沿板坯运行方向相邻两排喷嘴的第一边缘距离和第二边缘距离均不同，其中，所述第一边缘距离为沿板坯宽度方向，最靠近板坯第一端面的喷嘴与所述第一端面之间的距离，所述第二边缘距离为沿板坯宽度方向，最靠近板坯第二端面的喷嘴与所述第二端面之间的距离。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，沿板坯运行方向，第i排喷嘴的第一边缘距离和第二边缘距离相等，第i+1排喷嘴的第一边缘距离，小于所述第i排喷嘴的第一边缘距离。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第i排喷嘴的第一边缘距离，小于或等于，其中，h表示喷嘴的喷射口与所述板坯表面的距离，α表示喷嘴的喷射角度。4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第i+1排喷嘴的第一边缘距离，等于所述第i排喷嘴的第一边缘距离减去，其中，h表示喷嘴的喷射口与所述板坯表面的距离，α表示喷嘴的喷射角度。5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第i排喷嘴中的第一边缘距离在100-400mm之间。6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，相邻两个喷嘴在所述板坯上对应的喷射面之间的交叠面积大于或等于所述喷射面面积的30％。7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述每排喷嘴包括的喷嘴数量在5-7之间，且相邻两个喷嘴之间间距相等。8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，每个喷嘴的喷射角度在80
°‑
120
°
之间，所述相邻两个喷嘴之间间距在100mm-600mm之间。9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个喷嘴的喷射口与所述板坯表面的距离在100mm-400mm之间。10.一种连铸机，其特征在于，包括沿板坯运行方向间隔设置的m组传送辊以及权利要求1-9中任一项所述的板坯连铸机冷却系统。

技术总结
本实用新型公开了一种板坯连铸机冷却系统及连铸机，该系统应用于连铸机中的最后一个扇形段，连铸机包括：沿板坯运行方向间隔设置的M组传送辊，每组传送辊包括上传送辊和下传送辊。该系统包括：M+1组喷嘴。其中，每组喷嘴包括两排喷嘴，分别设置于板坯的上、下方，用于朝板坯的表面喷射冷却水柱。沿板坯运行方向，每个上传送辊的两侧以及每个下传送辊的两侧分别设置有一排喷嘴，每排喷嘴均包括间隔排列的多个喷嘴。沿板坯运行方向相邻两排喷嘴的第一边缘距离和第二边缘距离均不同。该系统通过对铸坯进行表层淬火，并对淬火的喷嘴进行交错分布，提高板坯表层淬火的均匀性，使得板坯更有利于抵御轧制力，降低“热装裂纹”的发生率。的发生率。的发生率。


技术研发人员：刘洋 朱志远 赵晶 马长文 谢翠红 胡显堂 王臻明 王玉龙 王海宝 吕延春 王卫华 王策 李战军 秦丽晔
受保护的技术使用者：首钢集团有限公司
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/8/13