一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置及方法，在圆坯压下区间的外部沿圆坯轴向阵列分布有若干圆坯径向压下装置，所述压下区间为圆坯固相率0.65至其凝固终点的区域，所述圆坯径向压下装置包括若干沿圆坯中心轴圆周阵列分布的压下辊，若干压下辊之间构成用于挤压圆坯的成型孔，靠近圆坯成形端的所述成型孔至靠近圆坯凝固端的所述成型孔由三角形或椭圆形至圆形渐变设置，相邻的两个圆坯径向压下装置错开布置，所述压下辊外部均设置有切水板，所述圆坯径向压下装置的压下辊具有沿圆坯径向开合的功能，本发明专利技术能够有效的解决连铸圆坯的芯部存在的疏松、偏析等缺陷问题，提高了连铸圆坯成材率，降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置及方法
本专利技术属于金属材料成型与控制工程
，具体涉及一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置及方法。
技术介绍
连铸圆坯是无缝钢管、海洋平台腿桩、大型法兰、轴承等钢材产品开发生产的重要坯料。由于连铸圆坯采用低拉速浇铸导致钢液凝固速度低，圆坯组织中柱状晶发达，且容易发生枝晶搭接，从而连铸圆坯尤其是大直径尺寸的坯料内部偏析、疏松和缩孔更加严重。连铸圆坯的偏析、疏松及缩孔等缺陷将导致轧制成的管材或加工制造的海洋平台腿桩、大型法兰、轴承等产品产生裂纹、凹坑等各种缺陷。碳、锰等元素富集在连铸圆坯内形成偏析，将在铸坯内部形成明显的带状组织，这种带状组织造成坯料内部分层，使坯料径向及轴向上的力学性能出现差异。对于生产钢管的连铸圆坯，中心偏析将导致圆坯穿孔轧制时管材成分不均，力学性能产生较大差异；其次在管坯穿孔时，由于心部的带状组织发生相变，使得局部硬度增加，加大穿孔过程中壁厚控制难度，导致最终无法保证壁厚精度，造成壁厚不均；同时，中心偏析在管坯心部形成的MnS，CaS等夹杂物将导致铸坯中心对裂纹的敏感性提高，加速裂纹的扩展，进而在加工成形过程中易导致缺陷的产生。另外，圆坯尤其是大直径尺寸圆坯受凝固过程的钢液收缩导致的内部疏松、缩孔等缺陷影响，在后续轧制成管材或加工制造成的海洋平台腿桩、大型法兰、轴承等产品的过程中会出现撕裂、裂纹甚至内壁出现严重缺肉、凹坑等缺陷。疏松和缩孔等缺陷会降低连铸圆坯的成材率，提高生产成本。针对上述问题，净化熔体、低过热度浇注、电磁搅拌、凝固末端轻压下等技术，是业界开发的或已知的能够减少中心偏析或疏松、缩孔的有效手段，可以在一定程度上改善坯料质量，仍会产生疏松、偏析等缺陷。净化熔体是通过冶炼洁净钢，如采用铁水预处理或钢包脱硫等技术，降低钢液中S、P等易偏析元素含量，提高钢水纯净度，可有效防止中心偏析和疏松，但是对于在凝固过程中由于溶质再分配和液态钢水的流动与体积收缩产生的疏松与偏析的缺陷不起作用。低过热度浇注技术是在连铸工艺过程中采用降低钢水的过热度，浇注温度低，铸坯等轴晶发达，可以防止中心偏析和疏松的产生。但低过热度浇注在连铸工艺过程中是有一定限度，否则会给连铸工艺带来诸多不利的影响。此前在连铸坯凝固过程中，开发采用的电磁搅拌技术，可以在一定程度上改善坯料表面与中心质量，但使用电磁搅拌技术对大尺寸的连铸圆坯凝固中心质量的影响有限，对于大圆坯中心疏松、偏析等缺陷的降低不明显，如图1所示。另，在连铸工艺中使用电磁搅拌技术有可能会形成负偏析的白亮带。连铸凝固过程在凝固末端的轻压下技术受限于圆坯变形量小，变形难以渗透至坯料中心，无法补偿连铸坯的凝固收缩量。大尺寸高合金成分圆坯轧制管材过程中，为解决心部偏析、疏松等问题，往往采用将圆坯心部掏孔等方式予以去除，掏孔后的圆坯如图2所示。凝固末端大压下工艺在管坯出结晶器后的凝固过程中施加压力，至凝固终了前结束，可以通过大的压下量，变形渗透至心部，改善钢液流动状态，提高管坯中心致密度，达到减少连铸坯中心偏析和疏松等缺陷的工艺效果。为改善铸坯质量，在钢铁行业板坯、方坯连铸过程中，已有采用凝固过程或凝固末端大压下工艺。但在无缝钢管、海洋平台腿桩、大型法兰、轴承等领域所需的连铸圆坯由于坯料形状差异导致的凝固过程、技术特点及压下变形方式与板坯、方坯存在根本性的不同，无法采用目前板坯、方坯连铸过程大压下的工艺方法和装备。在连铸方坯与矩形坯凝固末端大压下方面，专利CN108067501A，公开了一种用于大方坯和矩形坯高温大压下工艺的轧机工作辊的辊型曲线设计，其核心在于该工作辊将凸缘辊型和箱型孔型进行优化组合，在大方坯和矩形坯末端高温大压下轧制工艺中应用这种复合辊型工作辊后，可以同时突显凸缘辊在厚度和延伸方向上以及箱型孔型在宽度方向上的缩孔压合效果。从而，更大程度地提高单道次高温大压下轧制变形中的铸坯芯部变形渗透性以及中心缩孔三向压合效果。其特征在于采用一架特殊的复合辊形轧机在凝固的末端进行单个位置，单道次的大压下，其压下率最大为30-40％，实现铸坯心部的固相率0.75-1的热芯和液芯高温大压下轧制过程。因为连铸圆坯尤其是连铸大圆坯需要在液相率较高的区域进行多点连续压下，即非仅在凝固末端进行压下(如前所述，仅在凝固的末端进行压下，已不能满足圆坯低拉速导致的钢液凝固速度低所必须的多点压下需要)，仅仅只是一个压下位置点单道次的、单机架的大压下，无法满足连铸圆坯多个位置进行连续或多点压下的工艺要求。其30-40％压下率的一次压下量，也无法满足总压下率要求在40％以上的连铸圆坯的的要求。同时，以凸缘辊型和箱型孔型进行组合获得的孔型，适用于方坯或矩形坯，无法满足圆坯圆形断面的成形要求，不适用于圆坯外形特征。另，连铸圆坯尤其是连铸大圆坯需要在液相率较高的区域进行多点连续压下时需要多架压下装置孔型相互配合组成一个整体，在三辊装置压下中弧三角孔型与平三角孔型可以进行大压下量的压下，圆孔型可以满足圆坯圆形断面成形的要求。弧三角孔型、平三角孔型和圆孔型配合使用才能实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺。在二辊压下装置中椭圆孔型可以进行大压下量的压下，圆孔型可以满足圆坯圆形断面成形要求。椭圆孔型和圆孔型配合使用才能实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺。本专利所述的多个(架)压下装置需要有机配合使用，单独一个压下装置使用无法实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺所要达到的工艺要求，即，既要满足压下，还要满足连铸圆坯圆形断面形状的成形要求。因此，只是一种孔型、一个压下位置点单道次的、单个或单架压下装置的大压下，没有且也不能实现多次压下或压下后成形形状的配合，无法满足连铸圆坯尤其是连铸大圆坯的大压下过程圆坯圆形断面成形的要求。由此，该专利技术无法适用于需要多个位置进行压下，需要配置多个压下装置多点压下，需要压下装置有机配合使用，固相率小于0.75的连铸圆坯的大压下工艺要求。本专利技术连铸圆坯实现凝固过程芯部压下工艺的方法及其装备在圆坯断面固相率fs＝0.65至凝固终点的区域范围内进行压下工艺。每架压下装置压下率(或等效压下率)为5％～40％范围，总的压下率(或等效压下率)达到10％～60％的总压下量。压下工艺在圆坯运行方向上采用多个位置连续压下。两个压下辊组成的压下装置形成基本封闭的椭圆形或圆形孔型形状，相邻两架装置错开90°布置；由三个压下辊组成的压下装置形成基本封闭的平三角或弧三角的圆形孔型形状，相邻两架装置错开180°布置。本专利技术可以满足上述要求。专利CN106735026A、专利CN106141127A、专利CN104858383A、专利CN107537987A、专利CN14874758B、专利CN104001891A和专利CN106001476A其核心均是在具有矩形断面的板坯或方坯凝固过程中，采用铸坯上下表面的夹辊、铸机区域的拉矫机上下拉矫辊，对坯料垂直方向(或者说板坯和方坯上下方向)进行压下，压下位置在于实现板坯和方坯单个方向的变形。仅从垂直单一方向的压下，无法用于圆形连铸坯凝固过程压下，否则无法满足圆坯圆形断面的成形要求。专利技术专利CN106735026A提出了一种将末端单点大压下和连续压下结合的工艺，其特征在于针对连铸板坯采用1-3个扇形段本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，其特征在于，在圆坯压下区间的外部沿圆坯轴向阵列分布有若干圆坯径向压下装置，所述压下区间为圆坯固相率0.65至其凝固终点的区域，所述圆坯径向压下装置包括三个沿圆坯中心轴圆周阵列分布的压下辊，三个压下辊之间构成用于挤压圆坯的成型孔，靠近圆坯成形端的所述成型孔至靠近圆坯凝固端的所述成型孔由三角形至圆形渐变设置，相邻的两个圆坯径向压下装置错开180°布置，所述压下辊外部均设置有切水板，所述切水板的形状与压下辊的辊形相适配，所述圆坯径向压下装置的压下辊具有沿圆坯径向开合的功能。

【技术特征摘要】
1.一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，其特征在于，在圆坯压下区间的外部沿圆坯轴向阵列分布有若干圆坯径向压下装置，所述压下区间为圆坯固相率0.65至其凝固终点的区域，所述圆坯径向压下装置包括三个沿圆坯中心轴圆周阵列分布的压下辊，三个压下辊之间构成用于挤压圆坯的成型孔，靠近圆坯成形端的所述成型孔至靠近圆坯凝固端的所述成型孔由三角形至圆形渐变设置，相邻的两个圆坯径向压下装置错开180°布置，所述压下辊外部均设置有切水板，所述切水板的形状与压下辊的辊形相适配，所述圆坯径向压下装置的压下辊具有沿圆坯径向开合的功能。2.根据权利要求1所述的一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，其特征在于，所述圆坯径向压下装置设置有2至5个。3.根据权利要求1所述的一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，其特征在于，所述压下辊采用耐高温钢辊制成。4.一种实现连铸圆坯凝固过程芯部压下工艺的装置，其特征在于，在圆坯压下区间的外部沿圆坯轴向阵列分布有若干圆坯径向压下装置，所述压下区间为圆坯固相率0.65至其凝固终点的区域，所述圆坯径向压下装置包括两个沿圆坯中心轴圆周阵列分布的压下辊，两个压下辊之间构成用于挤压圆坯的成型孔，靠近圆坯成形端的所述成型孔至靠近圆坯凝固端的所述成型孔由椭圆形至圆形渐变设置，相邻的两个圆坯径...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁国，康健，郑研，李振垒，贾光霖，王国栋，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21