專利名稱：結(jié)晶器、生產(chǎn)鑄坯的裝置和方法、鑄坯以及超大斷面鑄坯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，尤其是一種用于生產(chǎn)鑄坯的結(jié)晶器、生產(chǎn)鑄坯的裝置和方 法、鑄坯(包括板坯、圓坯)以及超大斷面鑄坯。
背景技術(shù)：
鑄坯主要包括矩形坯(包括板坯)、圓坯等，其中板坯是生產(chǎn)鋼板的主要原料、其 他類型的矩形坯和圓坯主要用來(lái)生產(chǎn)線棒、管制品、大型鍛件的原料?，F(xiàn)有的鑄坯通常采用 結(jié)晶器生產(chǎn)，可以連鑄，也可以鑄成設(shè)定的長(zhǎng)度。通常，采用結(jié)晶器生產(chǎn)鑄坯時(shí)，通過向結(jié)晶 器的內(nèi)側(cè)壁形成的內(nèi)腔中注入鋼水，現(xiàn)有的結(jié)晶器的內(nèi)側(cè)壁通常由銅板制成，銅板形成結(jié) 晶器的內(nèi)腔，銅板外側(cè)設(shè)置冷卻水，以對(duì)銅板進(jìn)行冷卻，從而使進(jìn)入到結(jié)晶器內(nèi)腔中的鋼水 結(jié)晶，然后通過引錠桿對(duì)鑄坯頭部的牽引進(jìn)行拉坯，當(dāng)鑄坯長(zhǎng)度達(dá)到預(yù)定的要求時(shí)，停止注 入鋼水，結(jié)晶器中位于上部的鋼水在銅板形成的內(nèi)側(cè)壁中快速結(jié)晶并形成縮孔，以致形成 較長(zhǎng)的尾坯。另外，鑄錠也可生產(chǎn)以上產(chǎn)品，但由于受產(chǎn)量、能耗、環(huán)保的限制，目前只適用于一 些特殊的領(lǐng)域。就目前連鑄設(shè)備的發(fā)展而言，采用常規(guī)的弧形或直弧形連鑄機(jī)，由于需要對(duì)鑄坯 矯直，所以只能生產(chǎn)厚度在400mm以下的鑄坯，且其寬度也受限制，一般在3000mm以下，其 也不能生產(chǎn)一些硬度較高的高合金鋼等等。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，針對(duì)特厚特寬鑄坯的需求比例也在增加。然 而目前，無(wú)論是常規(guī)的弧形或直弧形連鑄機(jī)，還是常規(guī)的立式連鑄機(jī)，鑄坯的尾坯都很長(zhǎng)， 收得率低、成本高。采用常規(guī)的弧形圓坯連鑄機(jī)，可生產(chǎn)的圓坯最大直徑在IOOOmm以下，但也暴露出 了生產(chǎn)鋼種的限制(如生產(chǎn)合金鋼的規(guī)格，尤其是高合金鋼的規(guī)格)和鑄坯尾部縮孔長(zhǎng)、收 得率低、成本高的缺陷，不能完全體現(xiàn)常規(guī)連鑄的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。尤其對(duì)于超大斷面的合金鋼鑄 坯的生產(chǎn)，由于收得率低而造成的浪費(fèi)嚴(yán)重、成本的昂貴，使超大斷面的合金鋼鑄坯的生產(chǎn) 達(dá)難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化或規(guī)?；a(chǎn)的要求。如果采用常規(guī)的立式連鑄機(jī)來(lái)生產(chǎn)大型斷面的鑄坯，其生產(chǎn)的鑄坯厚度也在 600mm以下，且鑄坯尾部縮孔長(zhǎng)(尾坯的長(zhǎng)度一般在2米以上)、收得率低、設(shè)備投資高、生 產(chǎn)操作不靈活，不適合于小批量、多品種的生產(chǎn)。另外對(duì)于立式連鑄機(jī)來(lái)生產(chǎn)的超大斷面的 鑄坯，由于單個(gè)鑄坯的長(zhǎng)度有限，一般在10米以下(如果長(zhǎng)度再長(zhǎng)，則需要增加大幅度的投 資和成本，占用大量的場(chǎng)地)，這樣的尾坯的長(zhǎng)度太長(zhǎng)，無(wú)縮孔的有效鑄坯長(zhǎng)度較短，難以進(jìn) 行下一步的軋制或鍛壓以生產(chǎn)特厚或特寬的板材。因此，目前無(wú)法規(guī)模化生產(chǎn)特厚或特寬 的鑄坯。而對(duì)于采用鑄錠而言，目前成熟的模注工藝主要集中在單重在40t以下的錠型， 且存在著能耗高、成材率低、成本高的缺點(diǎn)，同時(shí)，對(duì)于50t以上單重的錠型工藝上更難以 開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)晶器、生產(chǎn)鑄坯的裝置和方法以解決現(xiàn)有技術(shù)在生產(chǎn) 鑄坯中，縮孔長(zhǎng)、尾坯長(zhǎng)的缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的還在于規(guī)?；a(chǎn)超大斷面鑄坯，以進(jìn)一步 制作超厚的鋼板或大型鍛件。為此，本發(fā)明提出一種結(jié)晶器，所述結(jié)晶器的內(nèi)側(cè)壁形成用于鑄坯的腔體，其中， 所述內(nèi)側(cè)壁至少包括上內(nèi)側(cè)壁以及位于所述上內(nèi)側(cè)壁下方并與所述上內(nèi)側(cè)壁鄰接的下內(nèi) 側(cè)壁；所述上內(nèi)側(cè)壁形成對(duì)鋼水保溫的保溫區(qū)，所述下內(nèi)側(cè)壁形成對(duì)所述鋼水冷卻的結(jié)晶 區(qū)。上述的結(jié)晶器，其中，所述上內(nèi)側(cè)壁的導(dǎo)熱系數(shù)小于所述下內(nèi)側(cè)壁的導(dǎo)熱系數(shù)。上述的結(jié)晶器，其中，所述上內(nèi)側(cè)壁由第一保溫材料制成，所述下內(nèi)側(cè)壁由金屬材 料制成。上述的結(jié)晶器，其中，所述上內(nèi)側(cè)壁由硅質(zhì)絕熱板制成，所述下內(nèi)側(cè)壁為銅板或銅 合金板制成。上述的結(jié)晶器，其中，所述腔體為圓柱形，所述圓柱形的直徑大于1000mm;或所述 腔體的截面為矩形，所述矩形的厚度大于500mm ；或所述矩形的厚度大于500mm、寬度大于 1500mm。進(jìn)一步地，所述圓柱形的直徑大于1050mm ；或所述矩形的厚度大于600mm ；或所述 矩形的寬度大于3100mm或所述矩形的厚度大于1000mm、寬度大于3000mm。本發(fā)明還提出一種生產(chǎn)鑄坯的裝置，其中，所述生產(chǎn)鑄坯的裝置至少包括如上所述的結(jié)晶器；用于夾持鑄坯的夾持段，所述夾持段位于所述結(jié)晶器下方，所 述夾持段具有夾持輥/板和冷卻所述鑄坯的冷卻系統(tǒng)，沿所述鑄坯的移動(dòng)方向，所述冷卻 系統(tǒng)的冷卻強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。如上所述的生產(chǎn)鑄坯的裝置，其中，所述夾持段由四面密排夾持輥/板形成并豎 直地位于所述結(jié)晶器的正下方，所述冷卻系統(tǒng)為具有多個(gè)噴嘴的水冷系統(tǒng)，沿所述鑄坯的 移動(dòng)方向，所述噴嘴的噴水流量逐漸增強(qiáng)。如上所述的生產(chǎn)鑄坯的裝置，其中，所述生產(chǎn)鑄坯的裝置還包括對(duì)保溫區(qū)保溫的 保溫裝置。如上所述的生產(chǎn)鑄坯的裝置，其中，所述保溫裝置由第二保溫材料制成，所述保溫 裝置為保溫蓋。如上所述的生產(chǎn)鑄坯的裝置，其中，所述保溫裝置具有加熱部件。本發(fā)明還提出一種生產(chǎn)鑄坯的方法，其中，包括以下步驟將鋼水注入到如上所述 的結(jié)晶器的結(jié)晶區(qū)內(nèi)，通過引錠頭的牽引進(jìn)行拉坯，當(dāng)鑄坯澆注的長(zhǎng)度滿足要求時(shí)，停止拉 坯，繼續(xù)向結(jié)晶器內(nèi)注入鋼水，使鋼水面高于結(jié)晶器內(nèi)的所述保溫區(qū)與所述結(jié)晶區(qū)形成的 分界面，通過所述結(jié)晶器的保溫區(qū)使所述鋼水保持液態(tài)，通過所述保溫區(qū)對(duì)鑄坯尾部補(bǔ)縮。如上所述的生產(chǎn)鑄坯的方法，生產(chǎn)鑄坯的方法，其中，還包括在拉坯階段，當(dāng)鑄坯 出了結(jié)晶器后，對(duì)所述鑄坯進(jìn)行夾持和二次強(qiáng)制冷卻，沿所述鑄坯的移動(dòng)方向，所述二次強(qiáng) 制冷卻的冷卻強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。如上所述的生產(chǎn)鑄坯的方法，還包括使用對(duì)所述分界面上的鋼水保溫的保溫裝置。如上所述的生產(chǎn)鑄坯的方法，其中，所述保溫裝置由第二保溫材料制成和/或所 述保溫裝置具有加熱部件。如上所述的生產(chǎn)鑄坯的方法還包括采用結(jié)晶器保護(hù)渣澆注或在鋼水上覆蓋第三 保溫材料。如上所述的生產(chǎn)鑄坯的方法，進(jìn)行立式拉坯并采用結(jié)晶器振動(dòng)裝置完成鑄坯與結(jié) 晶器的脫模。如上所述的生產(chǎn)鑄坯的方法，還包括在結(jié)晶器中的鋼水液面上施加一定壓力的 補(bǔ)縮措施。本發(fā)明還提出一種鑄坯，其中，采用如上所述的結(jié)晶器進(jìn)行生產(chǎn)，所述鑄坯的尾坯 小于600mm。本發(fā)明還提出一種超大斷面鑄坯，其中，采用如上所述的結(jié)晶器進(jìn)行生產(chǎn)，所述 鑄坯為直徑大于IOOOmm的圓坯或厚度大于500mm的矩形坯或厚度大于500mm、寬度大于 1500mm的矩形坯。如上所述的超大斷面鑄坯，其中，所述鑄坯為直徑大于1050mm的圓坯或厚度大于 600mm的矩形坯或?qū)挾却笥?100mm的矩形坯或厚度大于1000mm、寬度大于3000mm的矩形 坯，所述鑄坯的尾坯小于600mm。如上所述的超大斷面鑄坯，其中，所述鑄坯的成分為碳鋼或合金鋼。本發(fā)明通過具有保溫區(qū)的結(jié)晶器對(duì)所述結(jié)晶分界面上的鋼水采取保溫措施使所 述鋼水有充分的時(shí)間保持液態(tài)，因而可以對(duì)鑄坯尾部進(jìn)行充分補(bǔ)縮，所以減小了縮孔和尾 坯的長(zhǎng)度，提高了收得率，提高了效益。進(jìn)而本發(fā)明在拉坯方向上實(shí)現(xiàn)冷卻強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)的控制，使得鑄坯頭部的冷卻強(qiáng) 度較大，加快鑄坯頭部的芯部凝固，而延緩鑄坯后部的液芯凝固，從而在凝固末端形成了一 個(gè)較大的弧形糊狀區(qū)，根據(jù)凝固的進(jìn)程，促進(jìn)液芯由下而上逐次凝固，達(dá)到鑄坯中心不搭 橋、鋼水充分補(bǔ)縮，凝固均勻、組織致密的效果，能夠進(jìn)一步有效消除鑄坯的中心疏松和偏 析，消除中心縮孔。本發(fā)明減小了縮孔和尾坯的長(zhǎng)度，對(duì)于超大斷面鑄坯的生產(chǎn)，克服了收得率低，成 本昂貴的缺點(diǎn)，尤其對(duì)于超大斷面的合金鋼鑄坯的生產(chǎn)，通過本發(fā)明使成本上大幅降低，使 超大斷面的合金鋼鑄坯的生產(chǎn)達(dá)到了規(guī)?；a(chǎn)的要求。


以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，圖1是本發(fā)明實(shí)施例的鑄坯生產(chǎn)的工作原理圖。
具體實(shí)施例方式為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下結(jié)合附圖及較佳 實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及功能，詳細(xì)說明如后。另外，通過具體實(shí)施 方式的說明，當(dāng)可對(duì)本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效得以更加深入具體的 了解，然而所附圖僅是提供參考與說明用，并非用來(lái)對(duì)本發(fā)明加以限制。
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圖1是本發(fā)明實(shí)施例的鑄坯生產(chǎn)的工作原理圖。如圖1所示，本發(fā)明提供的結(jié)晶器 3的內(nèi)側(cè)壁形成用于鑄坯的腔體(包括上腔體11和下腔體21)，即該腔體用于注入鋼水，其 中，所述內(nèi)側(cè)壁至少包括上內(nèi)側(cè)壁1以及位于所述上內(nèi)側(cè)壁1下方并與所述上內(nèi)側(cè)壁1鄰 接的下內(nèi)側(cè)壁2 ；所述上內(nèi)側(cè)壁1形成對(duì)鋼水保溫的保溫區(qū)，即上腔體11，使分界面6上的 鋼水有充分的時(shí)間保持液態(tài)，所述下內(nèi)側(cè)壁2形成對(duì)所述鋼水冷卻的結(jié)晶區(qū)，即下腔體21。 上內(nèi)側(cè)壁1和下內(nèi)側(cè)壁2之間要保持良好的銜接，以使鋼水不會(huì)泄露，所述保溫區(qū)與所述結(jié) 晶區(qū)形成鋼水的分界面6。本發(fā)明通過具有保溫區(qū)的結(jié)晶器3對(duì)結(jié)晶分界面上的鋼水采取保溫措施使所述 鋼水有充分的時(shí)間保持液態(tài)，因而可以對(duì)鑄坯尾部進(jìn)行充分補(bǔ)縮，所以減小了縮孔和尾坯 的長(zhǎng)度，提高了收得率，提高了效益。而現(xiàn)有技術(shù)直接將鋼水注入到結(jié)晶器中，在停止注入 鋼水后，鋼水在結(jié)晶器的上部快速結(jié)晶，根本沒有進(jìn)行補(bǔ)縮的措施。所以本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有 技術(shù)，有了保溫的工藝和措施，因而解決了現(xiàn)有技術(shù)在生產(chǎn)鑄坯中，縮孔長(zhǎng)、尾坯長(zhǎng)的缺點(diǎn)。該結(jié)晶器3中上下兩部分的高度(即上腔體11和下腔體21的高度)分別取決于 所生產(chǎn)鑄坯的斷面、鋼種和拉速等，由具體設(shè)計(jì)而定，例如，上腔體11的高度可以為結(jié)晶器 3的高度的30%至70%，例如為40%，50%或60%等。進(jìn)一步地，所述上內(nèi)側(cè)壁1的導(dǎo)熱系數(shù)小于所述下內(nèi)側(cè)壁2的導(dǎo)熱系數(shù)，以達(dá)到上 內(nèi)側(cè)壁1的保溫效果。進(jìn)一步地，所述上內(nèi)側(cè)壁1至少包括由第一保溫材料制成的第一部 分，所述下內(nèi)側(cè)壁2至少包括由金屬材料制成的第二部分。本發(fā)明的上內(nèi)側(cè)壁1優(yōu)選地采 用導(dǎo)熱系數(shù)小于或等于0. 2的材料，以達(dá)到較好的保溫效果，當(dāng)然，采用導(dǎo)熱系數(shù)在0. 05瓦 /米 度以下的高效保溫材料，保溫效果會(huì)更好。當(dāng)然，上內(nèi)側(cè)壁1可以不限于一種材料，可 以由多塊保溫材料從上至下拼成，下內(nèi)側(cè)壁2可以不限于一種材料，可以由多塊金屬材料 從上至下拼成。進(jìn)一步地，所述上內(nèi)側(cè)壁1由單一的一種保溫材料制成，例如由保溫的耐火材料 制成，優(yōu)選地采用硅質(zhì)絕熱板制成(如采用S^2 > 98%，耐火度大于1700°C的絕熱板)， 所述下內(nèi)側(cè)壁2由單一的一種金屬材料制成，例如為銅板或銅合金板制成，這樣，結(jié)晶器制 作方便。上內(nèi)側(cè)壁1和下內(nèi)側(cè)壁2之間要保持良好的銜接，以使鋼水不會(huì)泄露。例如，上內(nèi) 側(cè)壁1和下內(nèi)側(cè)壁2分別固定在結(jié)晶器的上部和下部，上內(nèi)側(cè)壁1由絕熱板制成，下內(nèi)側(cè)壁 2由銅板制成，制作時(shí)，可以使絕熱板與銅板對(duì)接，對(duì)接的縫隙要小，使上內(nèi)側(cè)壁1和下內(nèi)側(cè) 壁2形成緊密銜接，以使鋼水不會(huì)泄露本發(fā)明采用上下不同導(dǎo)熱材料做成的結(jié)晶器，明顯 不同于常規(guī)連鑄機(jī)的水冷結(jié)晶器。本發(fā)明的結(jié)晶器選取的材料既適合結(jié)晶器下部快速結(jié) 晶，又適合結(jié)晶器上部的鋼水在鑄坯的后期能夠進(jìn)行保溫，二者的導(dǎo)熱系數(shù)的配比能夠達(dá) 到兼顧拉坯與補(bǔ)縮的較為理想的效果。進(jìn)一步地，結(jié)晶器的腔體(包括上腔體11和下腔體21)為所述腔體為圓柱形，所 述圓柱形的直徑大于IOOOmm ；或所述腔體的截面為矩形，所述矩形的厚度大于500mm ；或所 矩形的厚度大于500mm、寬度大于1500mm。這樣，結(jié)晶器3可以制作直徑大于IOOOmm的圓 坯，或厚度大于500mm截面為方形或矩形的矩形坯或厚度大于500mm、寬度大于1500mm的板 坯。通過采用這樣尺寸的結(jié)晶器3，由于提高了收得率、減小了縮孔和尾坯，因而可以生產(chǎn)現(xiàn) 有技術(shù)所不能生產(chǎn)的大規(guī)格鑄坯，可以進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)，可以生產(chǎn)特寬特厚的板材或大型 鍛件。例如，所述腔體直徑為 1000mm，1050mm, 1100mm, 1150mm, 1200mm, 1250mm, 1300mm 甚至更大，或者所述腔體厚度為500mm、550mm、600mm、650mm、700mm、750mm、800mm甚至更大的矩 形，或者所述腔體厚度為500mm、寬度為1500mm的矩形、厚度為550mm、寬度為1500mm以上 的矩形、厚度為600mm以上、寬度為1600mm以上的矩形。進(jìn)一步地，所述圓柱形腔體的直徑大于1050mm ；或所述矩形的厚度大于600mm ；或 所述矩形的寬度大于3100mm或所述矩形的厚度大于1000mm、寬度大于3000mm矩形。例如， 腔體的厚度為大于1100mm、寬度大于3100mm的板形或厚度為大于1200mm、寬度大于3200mm 的矩形或厚度為大于1300mm、寬度大于3300mm的矩形。目前由于現(xiàn)有技術(shù)的收得率低， 現(xiàn)有技術(shù)難以生產(chǎn)達(dá)到一定收得率要求的厚板鑄坯，而這些規(guī)格的鑄坯具有特殊的使用場(chǎng) 合，因而本發(fā)明填補(bǔ)了市場(chǎng)的空白。如圖1所示，本發(fā)明還提出一種生產(chǎn)鑄坯的裝置，其中，所述該裝置至少包括如上所述的結(jié)晶器3 ；用于夾持鑄坯的夾持段，所述夾持段位于所述結(jié)晶器3下 方，所述夾持段具有夾持輥和冷卻所述鑄坯8的冷卻系統(tǒng)，例如，夾持段具有2 細(xì)的四面 密排夾持輥4形成的水冷支撐結(jié)構(gòu)，用于從四個(gè)方向夾持鑄坯8，可以對(duì)鑄坯8實(shí)現(xiàn)有效支 撐，以消除鑄坯8鼓肚變形，此外，夾持段還可以帶有汽水霧化冷卻鑄坯功能。沿所述鑄坯8 的移動(dòng)方向，所述冷卻系統(tǒng)的冷卻強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。所述冷卻系統(tǒng)可以為水冷系統(tǒng)，例如，在 夾持輥4的四個(gè)分布方向上設(shè)置冷卻水管或多個(gè)噴嘴，向鑄坯8澆注或噴射冷卻水，噴嘴可 以設(shè)置在夾持輥4的支架上。例如，在圖1中，拉坯時(shí)，鑄坯8從上至下移動(dòng)，所述噴嘴的噴 水流量逐漸增強(qiáng)，冷卻所述鑄坯8的冷卻系統(tǒng)的冷卻強(qiáng)度從上至下也逐漸增強(qiáng)。關(guān)于夾持段中夾持輥4和冷卻系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)可以參考現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在此不 再贅述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的主要區(qū)別在于，本發(fā)明中，夾持段的冷卻系統(tǒng)，即二次冷卻系 統(tǒng)(以結(jié)晶器中對(duì)下內(nèi)側(cè)壁21的冷卻為一次冷卻)的冷卻強(qiáng)度沿所述鑄坯8的移動(dòng)方向， 逐漸增強(qiáng)。這種上弱下強(qiáng)的冷卻設(shè)計(jì)，使鑄坯8的上部保持足夠大的熔池5，以產(chǎn)生單向凝 固的特點(diǎn)，在保證鑄坯常規(guī)冷卻的情況下，加大鑄坯頭部(即鑄坯8的下部)的冷卻強(qiáng)度， 加快鑄坯頭部的芯部凝固，使鋼水快速凝固，促進(jìn)坯殼7的均勻生長(zhǎng)，形成足夠厚度的坯 殼，以利于拉坯；而通過結(jié)晶器3的保溫區(qū)的設(shè)置或采取其他保溫措施，可以延緩鑄坯后部 的液芯凝固，從而在凝固末端形成了一個(gè)較大的弧形糊狀區(qū)(即熔池幻，根據(jù)凝固的進(jìn)程， 促進(jìn)液芯由下而上逐次凝固，達(dá)到鑄坯中心不搭橋、鋼水充分補(bǔ)縮，凝固均勻、組織致密的 效果，有效消除鑄坯的中心疏松和偏析，消除中心縮孔，提高鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。而現(xiàn)有技術(shù) 采用的是上強(qiáng)下弱的冷卻設(shè)計(jì)，不利于保證鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量從而制約了鑄坯的收得率，尤 其是大斷面鑄坯的收得率。本發(fā)明改變了長(zhǎng)期以來(lái)二次冷卻的設(shè)計(jì)思維，采取了與現(xiàn)有技 術(shù)相反的做法，克服了長(zhǎng)期以來(lái)制約大斷面鑄坯生產(chǎn)的難題，使大斷面鑄坯可以進(jìn)行規(guī)模 化生產(chǎn)。本發(fā)明的所述生產(chǎn)鑄坯的裝置例如可以為立式連鑄機(jī)，可以具有引錠桿或矯直設(shè) 備等裝置。進(jìn)一步地，所述生產(chǎn)鑄坯的裝置還包括對(duì)保溫區(qū)保溫的保溫裝置。本發(fā)明除了 采用具有保溫區(qū)的結(jié)晶器3之外，為了達(dá)到更好的保溫效果，還可以采用另外的保溫裝置。 例如，所述保溫裝置為由保溫材料制成的保溫蓋，保溫蓋的材料可以與內(nèi)側(cè)壁1的材料相 同，也可以與之不同。保溫蓋可以作為結(jié)晶器3的一部分，例如通過鉸接在結(jié)晶器3的上部 蓋在結(jié)晶器3的保溫區(qū)上，也可以不成為結(jié)晶器3的一部分，而是通過其他設(shè)備在使用時(shí)將 保溫蓋移動(dòng)至結(jié)晶器3上。保溫蓋可以在保溫時(shí)蓋在結(jié)晶器3上，可以在不保溫時(shí)抬起，以便于鋼水的澆鑄。進(jìn)一步地，所述保溫蓋具有加熱部件，例如，加熱部件可以設(shè)置在保溫蓋 內(nèi)部，加熱部件為通過電阻發(fā)熱的電加熱器。通過加熱部件可以更好地保持鋼水的液態(tài)，有 利于充分補(bǔ)縮。此外，加熱部件也可以獨(dú)立于保溫蓋設(shè)置，可以單獨(dú)使用加熱部件對(duì)鋼水保本發(fā)明還提出一種生產(chǎn)鑄坯的方法，其中，包括以下步驟將鋼水注入到如上所述 的結(jié)晶器的結(jié)晶區(qū)21內(nèi)，通過引錠頭的牽引進(jìn)行拉坯，當(dāng)鑄坯8澆注的長(zhǎng)度滿足要求時(shí)， 停止拉坯，繼續(xù)向結(jié)晶器3內(nèi)注入鋼水，當(dāng)鋼水面高于結(jié)晶器內(nèi)的所述保溫區(qū)與所述結(jié)晶 區(qū)形成的分界面6時(shí)，通過所述結(jié)晶器的保溫區(qū)使所述鋼水保持液態(tài)，繼續(xù)向所述結(jié)晶器 內(nèi)注入鋼水，直至達(dá)到了要求的高度后，停止注入鋼水，通過所述保溫區(qū)對(duì)鑄坯尾部補(bǔ)縮。 其中的要求的高度取決于所生產(chǎn)鑄坯的斷面、設(shè)計(jì)長(zhǎng)度、鋼種等，該高度通常由具體設(shè)計(jì)而 定。本發(fā)明通過具有保溫區(qū)的結(jié)晶器3對(duì)結(jié)晶分界面上的鋼水采取保溫措施使所述 鋼水有充分的時(shí)間保持液態(tài)，因而可以對(duì)鑄坯尾部進(jìn)行充分補(bǔ)縮，所以減小了縮孔和尾坯 的長(zhǎng)度，提高了收得率，提高了效益。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，有了保溫的工藝和措施，因而 解決了現(xiàn)有技術(shù)在生產(chǎn)鑄坯中，縮孔長(zhǎng)、尾坯長(zhǎng)的缺點(diǎn)。進(jìn)一步地，如上所述的生產(chǎn)鑄坯的方法還包括在拉坯階段，當(dāng)鑄坯8出了結(jié)晶器 3后，對(duì)所述鑄坯進(jìn)行夾持和二次強(qiáng)制冷卻，沿所述鑄坯8的移動(dòng)方向，所述二次強(qiáng)制冷卻 的冷卻強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。例如，夾持輥4豎直地位于所述結(jié)晶器3的正下方，用于夾持鑄坯8。 在夾持輥4的四個(gè)分布方向上設(shè)置冷卻水管或多個(gè)噴嘴，向鑄坯8澆注或噴射冷卻水，噴嘴 可以設(shè)置在夾持輥4的支架上。拉坯時(shí)，鑄坯8從上至下移動(dòng)，所述噴嘴的噴水流量逐漸增 強(qiáng)。本發(fā)明中，二次強(qiáng)制冷卻的冷卻強(qiáng)度沿所述鑄坯8的移動(dòng)方向逐漸增強(qiáng)。這種上 弱下強(qiáng)的冷卻設(shè)計(jì)，使鑄坯8的上部保持足夠大的熔池5，以產(chǎn)生單向凝固的特點(diǎn)，在保證 鑄坯常規(guī)冷卻的情況下，加大鑄坯頭部的冷卻強(qiáng)度，加快鑄坯頭部的芯部凝固，使鋼水快速 凝固，促進(jìn)坯殼的均勻生長(zhǎng)，形成足夠厚度的坯殼，以利于拉坯；而通過結(jié)晶器3的保溫區(qū) 的設(shè)置或采取其他保溫措施，可以延緩鑄坯后部的液芯凝固，從而在凝固末端形成了一個(gè) 較大的弧形糊狀區(qū)(即熔池幻，根據(jù)凝固的進(jìn)程，促進(jìn)液芯由下而上逐次凝固，達(dá)到鑄坯中 心不搭橋、鋼水充分補(bǔ)縮，凝固均勻、組織致密的效果，有效消除鑄坯的中心疏松和偏析，消 除中心縮孔，提高鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。進(jìn)一步地，所述生產(chǎn)鑄坯的方法還包括使用對(duì)所述分界面6上的鋼水保溫的保 溫裝置。進(jìn)一步地，所述保溫裝置由第二保溫材料制成和/或所述保溫裝置具有加熱部件。 這些都可以更好地使鋼水有充分的時(shí)間保持液態(tài)，實(shí)現(xiàn)充分補(bǔ)縮。進(jìn)一步地，所述生產(chǎn)鑄坯的方法還包括采用結(jié)晶器保護(hù)渣澆注以使鋼水有充分 的時(shí)間保持液態(tài)，實(shí)現(xiàn)充分補(bǔ)縮，還可以形成了良好鑄坯表面質(zhì)量，避免鑄坯表面缺陷的產(chǎn) 生。這樣，可以減少相關(guān)的保溫裝置的硬件的設(shè)置，減少占地，節(jié)約成本。采用結(jié)晶器保護(hù) 渣澆可以單獨(dú)使用或結(jié)合其他保溫措施共同使用。進(jìn)一步地，所述保溫措施還包括在鋼水上覆蓋保溫材料，該保溫材料可以采用與 結(jié)晶器的下內(nèi)側(cè)壁相同或不同的材料。此外，還可通過在結(jié)晶器中的鋼水液面上施加一定 壓力的補(bǔ)縮措施，來(lái)實(shí)現(xiàn)鑄坯尾部的良好補(bǔ)縮。例如，通過壓板對(duì)鋼水液面施加壓力，壓板可以設(shè)置在結(jié)晶器3上，也可以設(shè)置在結(jié)晶器3之外。同理，本發(fā)明的各項(xiàng)保溫措施以及補(bǔ) 縮措施可以在不沖突的情況下單獨(dú)使用或結(jié)合其他保溫措施以及補(bǔ)縮措施共同使用。進(jìn)一步地，如上所述的生產(chǎn)鑄坯的方法，進(jìn)行立式拉坯并采用結(jié)晶器振動(dòng)裝置完 成鑄坯8與結(jié)晶器3的脫模，結(jié)晶器振動(dòng)裝置為結(jié)晶器所附屬的機(jī)械或液壓式振動(dòng)機(jī)構(gòu)，這 樣有利于生產(chǎn)大斷面的鑄坯，有利于大斷面的鑄坯的脫模。本發(fā)明還提出一種鑄坯，其中，采用如上所述的結(jié)晶器進(jìn)行生產(chǎn)，所述鑄坯的尾坯 小于600mm，例如鑄坯的尾坯小于550mm或小于500mm或小于450mm或小于400mm或小于 350mm。本發(fā)明生產(chǎn)的鑄坯尾坯小、縮孔小，內(nèi)部質(zhì)量好，是現(xiàn)有技術(shù)的鑄坯尾坯所不能達(dá)到 的。如果采用本發(fā)明的結(jié)晶器或本發(fā)明的生產(chǎn)鑄坯的方法，即使是生產(chǎn)普通斷面的鑄坯，也 能實(shí)現(xiàn)較好的內(nèi)部質(zhì)量，也能得到較短的尾坯，提高效益。本發(fā)明還提出一種超大斷面鑄坯，其中，采用如上所述的結(jié)晶器進(jìn)行生產(chǎn)，所述 鑄坯為直徑大于IOOOmm的圓坯或厚度大于500mm的矩形坯或厚度大于500mm、寬度大于 1500mm 的板坯。例如，直徑為 1000mm，1050mm, 1100mm, 1150mm, 1200mm, 1250mm, 1300mm 甚 至更大的圓坯，或者厚度為500mm、550mm、600mm、650mm、700mm、750mm、800mm甚至更大的矩 形坯，或者厚度為500mm、寬度為1500mm的矩形坯(也稱為板坯)、厚度為550mm、寬度為 1500mm以上的矩形坯(也稱為板坯)、厚度為600mm以上、寬度為1600mm以上的矩形坯(也 稱為板坯)。這些型號(hào)的鑄坯難以用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)，而本發(fā)明生產(chǎn)的超大斷面鑄 坯內(nèi)部質(zhì)量好，收得率高，可以規(guī)?；a(chǎn)，可以進(jìn)行有效的加工和利用，以生產(chǎn)特寬特厚 的板材或大型鍛件。進(jìn)一步地，如上所述的超大斷面鑄坯，其中，所述鑄坯為直徑大于1050mm的圓 坯或厚度大于600mm的矩形坯或?qū)挾却笥?100mm的矩形坯(也稱為板坯)或厚度大于 1000mm、寬度大于3000mm的矩形坯(也稱為板坯)，所述鑄坯的尾坯小于600mm。例如，厚 度為大于1100mm、寬度大于3100mm的矩形坯(也稱為板坯)或厚度為大于1200mm、寬度大 于3200mm的矩形坯(也稱為板坯)或厚度為大于1300mm、寬度大于3300mm的矩形坯(也 稱為板坯)。這些規(guī)格的鑄坯具有特殊的使用場(chǎng)合，因而本發(fā)明填補(bǔ)了市場(chǎng)的空白。進(jìn)一步地，所述鑄坯的成分為碳鋼(例如包括高碳鋼、中碳鋼和低碳鋼)或合金 鋼。因此，本發(fā)明可以生產(chǎn)超大斷面合金鋼鑄坯，可以提高超大斷面合金鋼鑄坯的收得率， 降低成本。下面以澆注1000X3000mm斷面的板坯為例，介紹本發(fā)明的生產(chǎn)過程。當(dāng)具有一定 過熱度的鋼水注入到結(jié)晶器3的結(jié)晶區(qū)(即下內(nèi)側(cè)壁形成的下腔體21)時(shí)，鋼水在結(jié)晶器 的結(jié)晶區(qū)四周和引錠頭(圖中未示出)的強(qiáng)冷作用下，急劇凝固形成堅(jiān)硬的一層坯殼7，在 引錠頭的牽引下緩慢向下移動(dòng)，同時(shí)結(jié)晶器振動(dòng)裝置啟動(dòng)，同時(shí)可以優(yōu)選采用結(jié)晶器保護(hù) 渣澆注；當(dāng)鑄坯8出了結(jié)晶器3后，就進(jìn)入了帶有多排夾持輥4的夾持段，此時(shí)二冷水(即 二次強(qiáng)制冷卻)開始對(duì)鑄坯進(jìn)行了大水量的強(qiáng)制冷卻，隨著鑄坯的不斷移動(dòng)，根據(jù)二冷模 型的要求，鑄坯的二冷水的強(qiáng)度為上部小，下部大，以實(shí)現(xiàn)鑄坯頭部的強(qiáng)制冷卻和鑄坯中心 鋼水的順序單向凝固，同時(shí)使鑄坯的中心的鋼水熔池保持一個(gè)上大下小的溶池5，使鑄坯中 心部分的凝固完全均質(zhì)化，避免出現(xiàn)中心疏松和縮孔；當(dāng)鑄坯澆注的長(zhǎng)度滿足要求時(shí)，繼續(xù) 向結(jié)晶器3內(nèi)注入鋼水，當(dāng)鋼液面高于結(jié)晶器內(nèi)的分界面6時(shí)，停止拉坯和結(jié)晶器振動(dòng)，并 繼續(xù)向結(jié)晶器內(nèi)注入鋼水，直至達(dá)到了要求的高度后，停止注入鋼水，并采取保溫措施，以防止鋼液面的凝固。此后，結(jié)晶器上部的鋼水會(huì)根據(jù)鑄坯的凝固進(jìn)程不斷向下滲透、補(bǔ)縮， 最終形成一個(gè)很短的尾坯(如< 400mm)，避免了普通澆注工藝下形成的長(zhǎng)達(dá)2 細(xì)的大縮 孔，大大提高了金屬收得率，有效提高了鑄坯尾部的中心偏析和疏松，基本上消除了鑄坯尾 部的縮孔。發(fā)明可實(shí)現(xiàn)超大斷面鑄坯的連續(xù)澆注，也易于生產(chǎn)大單重的鑄坯，如單塊大于 IOOt以上的鑄坯，可生產(chǎn)高、中、低碳鋼等，特別易于生產(chǎn)普通連鑄難于生產(chǎn)的高合金鋼等， 能夠顯著提高金屬收得率。本發(fā)明可應(yīng)用于生產(chǎn)鑄坯的各個(gè)領(lǐng)域，具有投資低、鑄坯質(zhì)量?jī)?yōu)異、金屬收得率高 的特點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有很大的市場(chǎng)應(yīng)用潛力。以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何 本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應(yīng) 屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。而且需要說明的是，本發(fā)明的各組成部分并不僅限于上述整體應(yīng) 用，而是可根據(jù)實(shí)際需要與其它現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，并在不沖突的條件下本發(fā)明的各組成 部分可以相互組合，因此，本發(fā)明理所當(dāng)然地涵蓋了與本案發(fā)明點(diǎn)有關(guān)的其它組合及具體 應(yīng)用。
1權(quán)利要求
1.一種結(jié)晶器，所述結(jié)晶器的內(nèi)側(cè)壁形成用于鑄坯的腔體，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)壁至 少包括上內(nèi)側(cè)壁以及位于所述上內(nèi)側(cè)壁下方并與所述上內(nèi)側(cè)壁鄰接的下內(nèi)側(cè)壁；所述上內(nèi)側(cè)壁形成對(duì)鋼水保溫的保溫區(qū)，所述下內(nèi)側(cè)壁形成對(duì)所述鋼水冷卻的結(jié)晶區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)晶器，其特征在于，所述上內(nèi)側(cè)壁的導(dǎo)熱系數(shù)小于所述下內(nèi) 側(cè)壁的導(dǎo)熱系數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的結(jié)晶器，其特征在于，所述上內(nèi)側(cè)壁由第一保溫材料制成，所述 下內(nèi)側(cè)壁由金屬材料制成。
4.如權(quán)利要求3所述的結(jié)晶器，其特征在于，所述上內(nèi)側(cè)壁由硅質(zhì)絕熱板制成，所述下 內(nèi)側(cè)壁為銅板或銅合金板制成。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的結(jié)晶器，其特征在于，所述腔體為圓柱形，所述圓 柱形的直徑大于IOOOmm ；或所述腔體的截面為矩形，所述矩形的厚度大于500mm ；或所述矩 形的厚度大于500mm、寬度大于1500mm。
6.如權(quán)利要求5所述的結(jié)晶器，其特征在于，所述圓柱形的直徑大于1050mm;或所述矩 形的厚度大于600mm ；或所述矩形的寬度大于3100mm或所述矩形的厚度大于1000mm、寬度 大于 3000mm。
7.一種生產(chǎn)鑄坯的裝置，其特征在于，所述生產(chǎn)鑄坯的裝置至少包括如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的結(jié)晶器；用于夾持鑄坯的夾持段，所述夾持段位于所述結(jié)晶器下方，所述夾持段具有夾持輥/ 板和冷卻所述鑄坯的冷卻系統(tǒng)，沿所述鑄坯的移動(dòng)方向，所述冷卻系統(tǒng)的冷卻強(qiáng)度逐漸增 強(qiáng)。
8.如權(quán)利要求7所述的生產(chǎn)鑄坯的裝置，其特征在于，所述夾持段由四面密排夾持輥 /板形成并豎直地位于所述結(jié)晶器的正下方，所述冷卻系統(tǒng)為具有多個(gè)噴嘴的水冷系統(tǒng)，沿 所述鑄坯的移動(dòng)方向，所述噴嘴的噴水流量逐漸增強(qiáng)。
9.如權(quán)利要求7或8中任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)鑄坯的裝置，其特征在于，所述生產(chǎn)鑄坯的裝 置還包括對(duì)保溫區(qū)保溫的保溫裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的生產(chǎn)鑄坯的裝置，其特征在于，所述保溫裝置由第二保溫材料 制成，所述保溫裝置為保溫蓋。
11.如權(quán)利要求10所述的生產(chǎn)鑄坯的裝置，其特征在于，所述保溫蓋具有加熱部件。
12.—種生產(chǎn)鑄坯的方法，其特征在于，包括以下步驟將鋼水注入到如權(quán)利要求1至 6中任一項(xiàng)所述的結(jié)晶器的結(jié)晶區(qū)內(nèi)，通過引錠頭的牽引進(jìn)行拉坯，當(dāng)鑄坯澆注的長(zhǎng)度滿足 要求時(shí)，停止拉坯，繼續(xù)向結(jié)晶器內(nèi)注入鋼水，使鋼水面高于結(jié)晶器內(nèi)的所述保溫區(qū)與所述 結(jié)晶區(qū)形成的分界面，通過所述結(jié)晶器的保溫區(qū)使所述鋼水保持液態(tài)，通過所述保溫區(qū)對(duì) 鑄坯尾部補(bǔ)縮。
13.如權(quán)利要求12所述的生產(chǎn)鑄坯的方法，其特征在于，還包括在拉坯階段，當(dāng)鑄坯 出了結(jié)晶器后，對(duì)所述鑄坯進(jìn)行夾持和二次強(qiáng)制冷卻，沿所述鑄坯的移動(dòng)方向，所述二次強(qiáng) 制冷卻的冷卻強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。
14.如權(quán)利要求12所述的生產(chǎn)鑄坯的方法，其特征在于，所述生產(chǎn)鑄坯的方法還包括使用對(duì)所述分界面上的鋼水保溫的保溫裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的生產(chǎn)鑄坯的方法，其特征在于，所述保溫裝置由第二保溫材 料制成和/或所述保溫裝置具有加熱部件。
16.如權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的生產(chǎn)鑄坯的方法，其特征在于，所述生產(chǎn)鑄坯 的方法還包括采用結(jié)晶器保護(hù)渣澆注或在鋼水上覆蓋第三保溫材料。
17.如權(quán)利要求16所述的生產(chǎn)鑄坯的方法，其特征在于，進(jìn)行立式拉坯并采用結(jié)晶器 振動(dòng)裝置完成鑄坯與結(jié)晶器的脫模。
18.如權(quán)利要求12所述的生產(chǎn)鑄坯的方法，其特征在于，還包括對(duì)結(jié)晶器中的鋼水液 面上施加壓力。
19.一種鑄坯，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的結(jié)晶器進(jìn)行生產(chǎn)，所 述鑄坯的尾坯小于600mm。
20.一種超大斷面鑄坯，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的結(jié)晶器進(jìn) 行生產(chǎn)，所述鑄坯為直徑大于IOOOmm的圓坯或厚度大于500mm的矩形坯或厚度大于500mm、 寬度大于1500mm的矩形坯。
21.如權(quán)利要求20所述的超大斷面鑄坯，其特征在于，所述鑄坯為直徑大于1050mm的 圓坯或厚度大于600mm的矩形坯或?qū)挾却笥?100mm的矩形坯或厚度大于1000mm、寬度大于 3000mm的矩形坯，所述鑄坯的尾坯小于600mm。
22.如權(quán)利要求20或21中任一項(xiàng)所述的超大斷面鑄坯，其特征在于，所述鑄坯的成分 為碳鋼或合金鋼。
全文摘要
本發(fā)明提出一種結(jié)晶器、生產(chǎn)鑄坯的裝置和方法、鑄坯以及超大斷面鑄坯。所述結(jié)晶器的內(nèi)側(cè)壁形成用于鑄坯的腔體，其中，所述內(nèi)側(cè)壁至少包括上內(nèi)側(cè)壁以及位于所述上內(nèi)側(cè)壁下方并與所述上內(nèi)側(cè)壁鄰接的下內(nèi)側(cè)壁；所述上內(nèi)側(cè)壁形成對(duì)鋼水保溫的保溫區(qū)，所述下內(nèi)側(cè)壁形成對(duì)所述鋼水冷卻的結(jié)晶區(qū)。所述生產(chǎn)鑄坯的裝置至少包括所述結(jié)晶器。生產(chǎn)鑄坯的方法包括對(duì)結(jié)晶分界面上的鋼水采取保溫措施使所述鋼水保持液態(tài)。所述鑄坯以及超大斷面鑄坯采用如上所述的結(jié)晶器進(jìn)行生產(chǎn)。本發(fā)明可應(yīng)用于生產(chǎn)鑄坯的各個(gè)領(lǐng)域，具有投資低、鑄坯質(zhì)量?jī)?yōu)異、金屬收得率高的特點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有很大的市場(chǎng)應(yīng)用潛力。
文檔編號(hào)B22D11/059GK102069163SQ201010606219
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者代宗嶺, 戈義彬, 李強(qiáng), 林剛, 王軍, 葛秀欣, 陳衛(wèi)強(qiáng), 陳杰 申請(qǐng)人:中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司