專利名稱：一種提高鋼材組織均勻性方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種提高鑄造金屬材料組織均勻性方法，以及該方法使用的設備。具 體地說是在鑄造生產中加入沿鑄坯中心橫截面鋸切的工序，使鋼材組織的不均勻性暴露在 鋸切的表面，經過后序的軋制工序提高鋼材組織均勻性的方法和設備。
背景技術：
由于鋼鐵凝固過程中發(fā)生包括液固相變在內的一系列物理化學變化，造成了鑄態(tài) 鋼在宏觀范圍內出現不均勻性，如圖1示出的鑄態(tài)鋼的中心處出現宏觀范圍內的不均勻 性。依其形態(tài)，通常把這種不均勻性區(qū)分為三類第一類，物理的不均勻性，包括縮孔、疏松、 氣泡、裂紋等；第二類，結晶的不均勻性，指初生樹枝狀晶的不同大小、形狀、位向和分布； 第三類，化學的不均勻性，包括樹枝狀偏析即晶內偏析和區(qū)域偏析等。鑄態(tài)鋼的宏觀不均勻 性最終要遺傳給鋼鐵產品-鋼材，鋼材的宏觀不均勻性愈嚴重，那么鋼材各部位的力學性 能的波動就愈大，工藝性能和使用性能就愈差。為了改善鋼材的宏觀不均勻性，國內外鋼鐵企業(yè)采取了不少的措施，主要是兩個 方面第一個方面，減輕鑄態(tài)鋼的宏觀不均勻性，即從源頭上采取措施，這些措施主要包括 提高鋼水純凈度，控制鋼液中碳含量，降低S、P等易偏析元素含量；連鑄機設計成小輥徑密 排輥列、剛性多節(jié)輥等技術；生產中控制澆注溫度和拉坯速度；優(yōu)化二次冷卻技術，選擇合 適噴嘴，保證冷卻強度足夠、冷卻水量合理分配；采用先進的電磁攪拌技術；采用凝固末端 動態(tài)輕壓下技術以及可控面壓下技術等。第二個方面，阻止鑄態(tài)鋼的宏觀不均勻性遺傳給 最終產品，比如大斷面連鑄(增大成材時的壓縮率)、高溫加熱等。這些措施雖然在一定 程度上減輕了鑄態(tài)鋼的宏觀不均勻性，也有效的阻止了遺傳過程，但是，鑄態(tài)鋼的宏觀不均 勻性不能完全消除。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠有效阻止鑄態(tài)鋼的組織不均勻性遺傳給鋼材，從而 提高鋼材組織均勻性的方法。本發(fā)明的第二個目的是提供實施該方法的設備。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的一種提高鋼材組織均勻性方法，包 括以下步驟(一)、澆鑄，控制到盛鋼桶內的鋼水含碳質量百分比< 2. 11 %，鋼水溫度 1400 1800°C時，將盛鋼桶中的鋼水注入到中間包內；(二)、結晶，中間包內鋼水過熱度 在10 25°C時，打開中間包塞棒或水口，鋼水流入到結晶器中，鋼液沿結晶器周邊冷凝成 坯殼；(三)、牽引，當結晶器下端出口處坯殼有沉淀時，將帶有液心并和引錠裝置連在一 起的鑄坯牽引離開結晶器，以0. 3 5. Om/min的拉速度，沿著由弧形排列的夾輥支撐下 移；(四)、二次冷卻，將冷卻水噴到帶著液心鑄坯上冷卻鑄坯，至鑄坯完全凝固、表面溫度 分布均勻；(五)、拉矯，拉矯脫去引錠裝置，矯直輥將凝固或帶有液心狀態(tài)下的鑄坯矯直； (六)、切割，火焰切割機將鑄坯切割成定長度的鑄坯；(七)、步驟(五)或(六)之后，采 用鋸切機將鑄坯沿著橫截面中心線進行鋸切，將鑄坯橫截面均分。
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進一步地，步驟(七)之后將鑄坯圍繞鑄坯軸線翻轉90°，沿著鑄坯橫截面中心線 鋸切鑄坯，再次將鑄坯橫截面均分?！N提高鋼材組織均勻性設備，包括盛鋼桶、設置于盛鋼桶水口下方的中間包、中 間包水口正下方的結晶器和結晶器下方的二次冷卻裝置，二次冷卻裝置下方依次布置有拉 矯輥、彎曲輥和矯直輥，矯直輥出口方向上布置有火焰切割機，矯直輥的出口方向上還設置 有鋸切機，所述鋸切機包括電機、機架和安裝于機架上的主動輪和從動輪，主動輪和從動輪 的輪上套裝有環(huán)式鋸條，主動輪的軸通過聯軸器與電機連接。進一步地，主動輪和從動輪之間設置冷卻裝置，冷卻裝置中的冷卻液出口正對環(huán) 式鋸條。進一步地，火焰切割機和鋸切機依次布置于矯直輥的出口方向，或鋸切機和火焰 切割機依次布置于矯直輥的出口方向。為了進一步解決連鑄鋼材組織均勻性的問題，在矯直輥出口方向上設置有兩個鋸 切機，兩個鋸切機之間沿矯直輥出口方向上設置有用于將定長連鑄坯翻轉的翻轉機。本發(fā)明采用以上技術方案，具備的優(yōu)點和積極效果有連鑄的后部工序中，將鑄坯沿著橫截面中心線進行鋸切，使鑄坯中心不均勻性組 織完全暴露在鋼材坯料的外表面，暴露在鋼材坯料的外表面的不均勻鋼材經軋制工序后， 由于金屬變形量大，其不均勻性組織得到很大的改善，大大提高鋼材組織均勻性，提高鋼材 的整體性能。在煉鋼連鑄機的后端裝設鋸切機，該鋸切機主要部件為環(huán)式鋸條，鋸切裝置將連 鑄坯橫截面一分為二或二分為四，如圖6、圖7和圖8所示，鋸切后，連鑄坯中心不均勻性組 織完全暴露在鋼材坯料的外表面；暴露在鋼材坯料的外表面的不均勻鋼材經軋制工序提高 鋼材的整體性能。


圖1為連鑄坯中心處不均勻的狀態(tài)圖；圖2為實施例3中設備示意圖；圖3為本發(fā)明鋸切機構中的鋸切機主要部件結構示意圖；圖4為本發(fā)明鋸切機將連鑄坯一分為二過程示意圖；圖5為本發(fā)明鋸切機將連鑄坯二分為四過程示意圖；圖6為鋸切機將連鑄坯沿橫截面橫向一分為二狀態(tài)圖；圖7為鋸切機將連鑄坯橫截面縱向一分為二狀態(tài)圖；圖8為鋸切機將連鑄坯橫截面二分為四狀態(tài)圖；圖中1、主動輪，2、環(huán)式鋸條，3、冷卻裝置，4、傳輸輥道，5、連鑄坯，6、從動輪，7、拉 矯輥，8、彎曲輥，9、矯直輥，10、火焰切割機，11、翻轉機，12、盛鋼桶，13、中間包，14、結晶器， 15、二次冷卻裝置，16、鋸切機。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。一種提高鋼材組織均勻性方法，包括以下步驟澆鑄，控制到盛鋼桶內的鋼水含碳質量百分比< 2. 11 %，鋼水溫度1400 1800°C，時，將盛鋼桶中的鋼水注入到中間包內；結 晶，當中間包內鋼水過熱溫度在10 25°C時，打開中間包塞棒或水口，鋼水流入到結晶器 中，鋼液沿結晶器周邊冷凝成坯殼；牽引，當結晶器下端出口處坯殼有沉淀時，一股工藝上， 結晶器下端出口處坯殼厚度達到50mm時，將帶有液心并和引錠裝置連在一起的鑄坯牽引 離開結晶器，以0. 3 5. Om/min的拉速度，沿著由弧形排列的夾輥支撐下移；然后進行二次 冷卻，將冷卻水噴到帶著液心鑄坯上冷卻鑄坯，至鑄坯完全凝固、表面溫度分布均勻；拉矯， 拉矯脫去引錠裝置，將全部凝固或帶有液心狀態(tài)下的鑄坯矯直；切割，將鑄坯切割成定長度 的鑄坯；之后，將鑄坯沿著橫截面中心線進行鋸切，將鑄坯橫截面平均分開。鋸切采用翻轉機圍繞鑄坯軸線將鑄坯翻轉90°，鋸切機沿著鑄坯橫截面中心線進 行鋸切，第二次將鑄坯橫截面平均分開。鋼液沿結晶器周邊冷凝成坯殼具體步驟是(1)鋼水與結晶器壁接觸形成一個弧 面；(2)已凝固的高溫坯殼發(fā)生δ — y相變，收縮力牽引坯殼向內彎曲脫開結晶器壁，使 坯殼的收縮力與鋼水的鼓脹力動平衡；(3)坯殼下降，形成氣隙區(qū)的坯殼表面開始回熱，坯 殼強度降低，坯殼在鋼水靜壓力下變形，直至形成皺紋或凹陷；(4)重復步驟(1)一(3)，直 到坯殼出結晶器。實施上述提高鋼材組織均勻性方法所使用的設備，如圖2所示，包括盛鋼桶12、設 置于盛鋼桶12水口下方的中間包13、中間包13水口正下方的結晶器14和結晶器14下方 的二次冷卻裝置15，二次冷卻裝置15下方依次布置有拉矯輥7、彎曲輥8和矯直輥9，矯直 輥9出口方向上布置有火焰切割機10，矯直輥9的出口方向上還設置有鋸切機16，鋸切機 16包括電機、機架和安裝于機架上的主動輪1和從動輪6，如圖3所示，主動輪1和從動輪 6的輪上套裝有環(huán)式鋸條2，主動輪1的軸通過聯軸器與電機連接。實施例1 鋸切機16和火焰切割機10布置于矯直輥9的出口方向，在連鑄坯生產 線后部設置鋸切機16，用于將連鑄坯沿其橫截面鋸切，經后續(xù)的軋制工序后提高鋼材組織 均勻性。主動輪1通過環(huán)式鋸條2帶動從動輪6旋轉運動，主動輪1與環(huán)式鋸條2之間采 用摩擦傳動。主動輪1和從動輪6之間設置有對環(huán)式鋸條2進行冷卻的冷卻裝置3，冷卻裝 置3中的冷卻液出口正對環(huán)式鋸條2?；鹧媲懈顧C10和鋸切機16依次布置于矯直輥9的 出口方向。工作原理從煉鋼爐出來的鋼水注入到盛鋼桶12中，鋼水通過盛鋼桶12底部的水 口注入到中間包13中，打開中間包13的水口，鋼水流入結晶器14內，在結晶器14內，鋼水 沿其周邊逐漸冷凝成連鑄坯，連鑄坯下行經過冷卻裝置3冷卻經一部凝固，冷卻后的連鑄 坯依次經過拉矯輥7、彎曲輥8和矯直輥9牽引拉直后，由火焰切割機10將其切割成定尺 寸長度的連鑄坯，定長連鑄坯經傳輸輥道4到達鋸切機16的入口，驅動電機帶動環(huán)式鋸條 2沿著連鑄坯橫截面中心線對連鑄坯5進行鋸切，鋸切后的連鑄坯如圖6、圖7所示。鋸切 機16的鋸切速度與連鑄機的連鑄速度、傳輸輥道4的傳輸速度保持一致，冷卻裝置中的冷 卻液出口正對環(huán)式鋸條2，對發(fā)熱的環(huán)式鋸條2進行冷卻。實施例2 本實施例的設備，與實施例1不同的部分在連鑄坯生產線的后部，區(qū)別 在于火焰切割機10和鋸切機16的布置的位置，本實施例先布置鋸切機16，然后布置火焰切 割機10，這樣連鑄坯5先經過鋸切機16，鋸切機16將整個連鑄坯沿著連鑄坯橫截面中心線 進行鋸切，鋸切之后的連鑄坯再經過火焰切割機10，火焰切割機10將連鑄坯切割成定尺寸長度的連鑄坯。工作原理與實施例1的工作原理不同的部分在于后續(xù)的工序上，由鋸切機16將 整個連鑄坯沿著連鑄坯橫截面中心線進行鋸切，然后由火焰切割機10將連鑄坯切割成定 尺寸長度的連鑄坯。實施例3 本實施例的連鑄坯生產線，與實施例1不同的部分在連鑄坯生產線的后 部，矯直輥9出口方向上設置有兩個鋸切機16，兩個鋸切機16之間沿矯直輥9出口方向上 設置有用于將定長連鑄坯翻轉的翻轉機11。工作原理與實施例1的工作原理不同的部分在于后續(xù)的工序上，由鋸切機16將 整個連鑄坯沿著連鑄坯橫截面中心線進行鋸切是先進行鋸切，然后由火焰切割機10將連 鑄坯切割成定尺寸長度的連鑄坯，定尺寸長度的連鑄坯經過翻轉機11，翻轉機11將火焰切 割機10切割后的定長連鑄坯翻轉90°，翻轉后的連鑄坯5進入另一臺鋸切機，按照實施例 1中相同的鋸切方法，鋸切機將沿著連鑄坯橫截面水平中心線對連鑄坯進行鋸切，如圖8所 示，最后將連鑄坯的橫截面二分為四。鋸切機16將連鑄坯鋸切以后，如圖6、圖7和圖8所示，連鑄坯橫截面中心的不均 勻性組織就暴露在連鑄坯的外表面，暴露在外表面的不均勻性組織在隨后的熱軋過程中， 由于金屬變形量大易得到改善，從而提高鋼材的整體性能。
權利要求
一種提高鋼材組織均勻性方法，其特征在于至少包括以下步驟(一)、澆鑄，控制到盛鋼桶內的鋼水含碳質量百分比＜2.11％，鋼水溫度1400～1800℃時，將盛鋼桶中的鋼水注入到中間包內；(二)、結晶，中間包內鋼水過熱度在10～25℃時，打開中間包塞棒或水口，鋼水流入到結晶器中，鋼液沿結晶器周邊冷凝成坯殼；(三)、牽引，當結晶器下端出口處坯殼有沉淀時，將帶有液心并和引錠裝置連在一起的鑄坯牽引離開結晶器，以0.3～5.0m/min的拉速度，沿著由弧形排列的夾輥支撐下移；(四)、二次冷卻，將冷卻水噴到帶著液心鑄坯上冷卻鑄坯，至鑄坯完全凝固、表面溫度分布均勻；(五)、拉矯，拉矯脫去引錠裝置，矯直輥將凝固或帶有液心狀態(tài)下的鑄坯矯直；(六)、切割，火焰切割機將鑄坯切割成定長度的鑄坯；(七)、步驟(五)或(六)之后，采用鋸切機將鑄坯沿著橫截面中心線進行鋸切，將鑄坯橫截面均分。
2.根據權利要求1所述的提高鋼材組織均勻性方法，其特征在于步驟(七)之后將 鑄坯圍繞鑄坯軸線翻轉90°，沿著鑄坯橫截面中心線鋸切鑄坯，再次將鑄坯橫截面均分。
3.一種實施權利要求1方法的設備，包括盛鋼桶、設置于盛鋼桶水口下方的中間包、中 間包水口正下方的結晶器和結晶器下方的二次冷卻裝置，二次冷卻裝置下方依次布置有拉 矯輥、彎曲輥和矯直輥，矯直輥出口方向上布置有火焰切割機，其特征在于矯直輥的出口 方向上還設置有鋸切機，所述鋸切機包括電機、機架和安裝于機架上的主動輪和從動輪，主 動輪和從動輪的輪上套裝有環(huán)式鋸條，主動輪的軸通過聯軸器與電機連接。
4.根據權利要求3所述的設備，其特征在于主動輪和從動輪之間設置冷卻裝置，冷卻 裝置中的冷卻液出口正對環(huán)式鋸條。
5.根據權利要求3所述的設備，其特征在于火焰切割機和鋸切機依次布置于矯直輥 的出口方向。
6.根據權利要求3所述的設備，其特征在于鋸切機和火焰切割機依次布置于矯直輥 的出口方向。
7.根據權利要求5或6所述的設備，其特征在于矯直輥出口方向上設置有兩個鋸切 機，兩個鋸切機之間沿矯直輥出口方向上設置有用于將定長連鑄坯翻轉的翻轉機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高鑄造金屬材料組織均勻性方法，以及該方法使用的設備。其方法是通過澆鑄、結晶、牽引、二次冷卻、拉矯、切割，然后采用鋸切機將鑄坯沿著橫截面中心線進行鋸切，將鑄坯橫截面均分，即在鑄造生產中加入沿鑄坯中心橫截面鋸切的工序。其設備包括盛鋼桶、盛鋼桶水口下方的中間包、中間包水口正下方的結晶器和結晶器下方的二次冷卻裝置，以及拉矯輥、彎曲輥和矯直輥，矯直輥出口方向上布置有火焰切割機，矯直輥的出口方向上還設置有鋸切機，鋸切機將鑄坯沿中心線的方向上鋸切，使鋼材組織的不均勻性暴露在鋸切的表面，經過后序的軋制工序提高鋼材組織均勻性。
文檔編號B23P23/00GK101885133SQ20101022763
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權日2010年7月15日
發(fā)明者周勇, 桂江兵, 桂美文, 王國平, 羅德信, 蔣躍東, 鄭赟峰 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司