[发明专利]一种角部高效传热薄板坯窄面曲面结晶器及其设计方法

说明书

本发明提供一种角部高效传热薄板坯窄面曲面结晶器及其设计方法，涉及钢的薄板坯连铸连轧技术领域。该结晶器的窄面铜板，上口宽下口窄，其工作面沿高度方向为迎合坯壳窄面凝固收缩特性的连续变化曲线结构，各水槽横截面中心连线呈高斯或圆弧形，靠近角部区域水槽横截面尺寸为中部区域的1～1.2倍。结晶器设计方法中，设定铸坯窄面向结晶器宽面中心方向的凝固收缩量为窄面铜板工作面沿高度方向的分布曲线，参照对应薄板坯产线原窄面结晶器铜板水槽当量直径，设定其为窄面铜板中部区域水槽尺寸，角部区域水槽横截面尺寸设计为中部区域的1～1.2倍。本发明实现微合金钢薄板坯连铸过程窄面及角部与结晶器铜板全程高效贴合传热，整体提高铸坯组织边角部组织塑性。

技术领域

本发明涉及钢的薄板坯连铸连轧技术领域，尤其涉及一种角部高效传热薄板坯窄面曲面结晶器及其设计方法。

背景技术

薄板坯连铸连轧工艺开发于上世纪80年代末、90年代初，是一种全新的短流程带钢生产新工艺，显著区别于目前传统带钢生产工艺，具有显著节能、高产品合格率、生产工艺简化、产线简短、产品生产周期短等优点，近年来发展十分迅速。

薄板坯生产节奏紧凑，若铸坯生产过程产生表面裂纹，由于所生产的铸坯无法下线表面清理，其后续连轧产品将产生显著表面质量缺陷。尤其需要指出的是，薄板坯在连铸生产含 Nb、B、A1等微合金钢过程，受其高温凝固特性影响，铸坯在生产过程裂纹敏感性显著提高，由此引发薄板坯产生严重边角裂纹缺陷，致使其后连轧卷板边部产生“烂边”、“掉块”等严重质量缺陷。

近年来，经对微合金钢连铸坯高温凝固特性深入检测，已明确造成微合金钢薄板坯角部裂纹产生的重要因素是由于铸坯边角组织高温凝固过程因冷却速度不足而造成微合金碳氮化物沿其组织晶界呈链状集中析出，致使铸坯角部组织晶界脆化。因此，高速冷却微合金钢薄板坯角部高温凝固过程组织以弥散化其微合金碳氮化物于晶内析出，是解决微合金钢薄板坯角部裂纹频发的有效途径。

具体针对微合金钢薄板坯连铸，其含Nb、B、A1等微合金碳氮化物晶界开始析出温度往往＞1100℃，而该温度下的铸坯角部正处于结晶器内(铸坯角部出结晶器的温度约降至 950℃)。因此，加速结晶器中下部区域角部传热速度，是实现微合金钢薄板坯角部碳氮化物高温段弥散化析出的关键。

而在实际薄板坯连铸生产过程中，造成结晶器中下部铸坯角部无法高效传热的主要原因是由于结晶器铜板无法高效补偿坯壳在结晶器内的凝固收缩，致使厚保护渣膜与气隙在铸坯角部集中分布，从而阻碍了结晶器内坯壳角部的高效传热。因此，设计可全程高效补偿坯壳凝固收缩行为的结晶器内腔补偿结构，并辅以开发可提高结晶器角部区域传热速度的冷却结构，是实现微合金钢薄板坯连铸过程结晶器内高效传热的根本途径。

目前，国内外传统CSP、FTSR等薄板坯结晶器窄面均为平板结构。为了改善铸坯边角部传热条件，申请号为201020149011.3的实用新型专利，公布了一种工作面为内凹弧面结构、冷却水槽中心连线为直线排布的薄板坯连铸机结晶器窄面铜板结构。由于在该结晶器中，其窄面铜板工作面横向为圆弧形结构，受此影响，铸坯角部在结晶器内凝固过程钝角化。与此同时，由于靠近铸坯角部区域的冷却水槽远离了铸坯角部，因而该设计将减缓结晶器内铸坯角部凝固过程的传热速度，不利于其微合金碳氮化物析出方式控制。

申请号为201120089500.9的实用新型专利，公布了一种用于薄板坯连铸的角部呈弧形和 /抛物线结构的倒角结晶器窄面铜板。其虽在高度方向上设计了单锥度、双锥度或多个锥度中的一种，但由于结晶器角部区域采用了横向呈弧形结构的设计，铸坯角部的传热速度大幅降低(本实用新型设计的初衷就是降低铸坯角部在凝固全程的传热速度，提高铸坯角部温度)，因此同样不适合微合金钢连铸生产过程角部组织碳氮化物弥散化析出控制。

申请号为200720089029.7的实用新型专利，同样公布了一种与申请号为201120089500.9 实用新型专利相类似的、窄面横截面角部区域向宽面圆弧形曲面过渡的窄面结晶器，其目的同样是为减缓坯壳在结晶器内凝固过程角部的冷却速度。