專利名稱：一種連鑄過程中連鑄坯的強(qiáng)化裝置和強(qiáng)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金連鑄技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種連鑄過程中連鑄坯的強(qiáng)化裝置和強(qiáng)化方法，具體地說，本發(fā)明涉及一種利用噴丸工藝技術(shù)在連鑄過程中二冷區(qū)對連鑄坯的強(qiáng)化裝置和強(qiáng)化方法。
背景技術(shù)：
在連鑄過程中，鑄坯易產(chǎn)生中心偏析、表面缺陷和內(nèi)部裂紋，鑄坯的表面缺陷例如有表面縱裂紋、表面橫裂紋、角部橫裂紋、邊部縱裂紋等，鑄坯的內(nèi)部裂紋主要有中間裂紋、矯直裂紋、角部裂紋、中心線裂紋、三角區(qū)裂紋等。連鑄坯裂紋的形 成是一個(gè)非常復(fù)雜的過程。帶液芯的高溫鑄坯在連鑄機(jī)運(yùn)行過程中，因各種力作用于高溫坯殼上而使高溫坯殼產(chǎn)生變形，超過了鋼的允許強(qiáng)度和應(yīng)變時(shí)產(chǎn)生裂紋的外因，鋼對裂紋的敏感性是產(chǎn)生裂紋的內(nèi)因，而連鑄機(jī)設(shè)備和工藝因素是產(chǎn)生裂紋的條件。為了提高連鑄坯的質(zhì)量，連鑄過程中也采取了許多措施，以達(dá)到與普通鑄造機(jī)械攪拌的目的，例如電磁攪拌技術(shù)和鑄坯壓下技術(shù)等。雖然電磁攪拌對細(xì)化晶粒和減輕中心偏析取得了一定的效果，但同樣也存在一些問題(1)連鑄生產(chǎn)中的電磁攪拌，大部分電源能量都消耗在線圈與鋼液之間的間隙或?qū)w材料的渦流損耗，即發(fā)熱。真正轉(zhuǎn)化成鋼液動(dòng)能的只是功率中很小的一部分，故功率因數(shù)很低，運(yùn)行成本較高；(2)液態(tài)鋼水電阻率大、密度比較大等，這些因素要求電磁攪拌需要很大的電磁場，故而連鑄中電磁線圈做得比較龐大，不利于設(shè)備的安裝和維護(hù)；(3)對某些高碳鋼僅采用電磁攪拌抑制中心偏析是非常困難的；(4) 二冷區(qū)的電磁攪拌容易產(chǎn)生負(fù)偏析。采用輕壓下技術(shù)時(shí)，壓下量的大小對其使用效果影響很大。適當(dāng)?shù)卦黾訅合铝坑欣跍p少中心偏析，但壓下量過大也會(huì)使鑄坯內(nèi)裂的傾向加劇或使壓下輥損壞。輕壓下技術(shù)主要應(yīng)用于鑄坯凝固末端區(qū)域，不適用于二冷區(qū)，必須精確地控制澆注工藝參數(shù)、凝固條件、壓下區(qū)間鑄坯中心的固相率，匹配好拉坯速度與壓下速度。任何一方面控制不合適，不但不能起到改善中心偏析的作用，而且極易造成鑄坯中心裂紋，準(zhǔn)確應(yīng)用難度較大。另外，重壓下和連續(xù)鍛壓的主要缺點(diǎn)就是設(shè)備龐大、投資與成本高，因此難以推廣。熱應(yīng)力微壓下采用強(qiáng)冷方式，受到鑄坯斷面尺寸的限制，也會(huì)帶來一些負(fù)面影響，如增加鑄坯裂紋發(fā)生率、降低矯直溫度等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種連鑄過程中連鑄坯的強(qiáng)化裝置和強(qiáng)化方法，具體地說，提供一種噴丸工藝技術(shù)在連鑄過程中二冷區(qū)的應(yīng)用方法，從而能夠提高連鑄坯的質(zhì)量。運(yùn)用噴丸工藝可以增大連鑄坯等軸晶比例，改善表面質(zhì)量，降低缺陷和裂紋數(shù)量，提高探傷檢測合格率，提升鑄坯質(zhì)量。本發(fā)明的一方面提供了一種連鑄過程中連鑄坯的強(qiáng)化裝置，所述強(qiáng)化裝置設(shè)置在結(jié)晶器下方的二冷區(qū)，并且設(shè)置在連鑄坯的附近，所述強(qiáng)化裝置包括噴丸器、鋼丸、鋼丸收集箱、運(yùn)丸管道和噴丸通道，其中，噴丸器為單圓盤或雙圓盤噴丸器，具有體積較小、移動(dòng)方便的優(yōu)點(diǎn)，可以在連鑄機(jī)有限空間內(nèi)提供外力，滿足連鑄坯機(jī)械振動(dòng)的需要。噴丸器通過運(yùn)丸通道連接到鋼丸收集箱，鋼丸收集箱設(shè)置在噴丸器的下方，噴丸通道設(shè)置在噴丸器的出口處，噴丸器通過噴丸通道將鋼丸打到連鑄坯的表面上。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，噴丸器可固定在連鑄坯的一側(cè)、兩側(cè)或多側(cè)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述強(qiáng)化裝置還可包括設(shè)置在噴丸通道的周圍的防護(hù)罩，防護(hù)罩呈圓臺(tái)形狀，并且可在靠近連鑄坯的一側(cè)有一定的傾角。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可在防護(hù)罩的下部還設(shè)置有尺 寸比鋼丸稍大的出口，該出口可位于鋼丸收集箱的正上方。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，防護(hù)罩下部的出口大小可被設(shè)置為鋼丸直徑的1.5-2倍。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，噴丸器和噴丸通道可設(shè)置在連鑄坯的內(nèi)弧面。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，防護(hù)罩最大直徑處可以是噴丸通道直徑的I. 2-1. 5倍，運(yùn)丸管道的直徑可以是鋼丸直徑的3-5倍。本發(fā)明的一方面公開了一種連鑄過程中連鑄坯的強(qiáng)化方法，該方法包括下述步驟使鋼液經(jīng)過震動(dòng)的結(jié)晶器后形成連鑄坯；在結(jié)晶器下方的二冷區(qū)中設(shè)置強(qiáng)化裝置；利用所述強(qiáng)化裝置對連鑄坯進(jìn)行噴丸處理。其中，所述強(qiáng)化裝置與根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的連鑄過程中連鑄坯的強(qiáng)化裝置相同。在二冷區(qū)對連鑄還進(jìn)行噴丸處理,可以對連鑄還施加壓應(yīng)力。壓應(yīng)力能夠減小鑄坯回溫產(chǎn)生鼓肚的傾向。在連鑄過程中，二冷水可引起熱應(yīng)力(拉應(yīng)力)，尤其是在鑄坯邊角等位置熱應(yīng)力很大，容易引起裂紋等缺陷。噴丸處理能夠在坯殼施加壓應(yīng)力，從而能夠抵消部分熱應(yīng)力，因此可減小裂紋數(shù)量和長度。


通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的對實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述和/或其他目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的連鑄過程中連鑄坯的強(qiáng)化裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，然而，僅以示例性和說明性的意義提供這些附圖和實(shí)施例，而不是出于限制性的目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對這些實(shí)施例進(jìn)行各種修改和改變。圖I是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的連鑄過程中連鑄坯的強(qiáng)化裝置的示意圖。參照圖1，連鑄過程中連鑄坯的強(qiáng)化裝置可設(shè)置在結(jié)晶器I下方的二冷區(qū)，并且可設(shè)置在連鑄坯2的附近。連鑄坯的強(qiáng)化裝置可包括噴丸器3、鋼丸5、鋼丸收集箱6、運(yùn)丸管道7和噴丸通道8，其中，噴丸器3通過運(yùn)丸通道7連接到鋼丸收集箱6，鋼丸收集箱6設(shè)置在噴丸器3的下方，噴丸通道8設(shè)置在噴丸器3的出口處。根據(jù)本發(fā)明，噴丸器3可固定在連鑄坯2的外弧面一側(cè)，連鑄坯左右兩側(cè)，或按照鑄坯所需的噴丸強(qiáng)度進(jìn)行布置，噴丸器3可通過噴丸通道8將鋼丸5打到連鑄坯2的表面上。噴丸器3可將通過運(yùn)丸通道7供應(yīng)的鋼丸噴射到外部。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，噴丸器可以是單圓盤或雙圓盤噴丸器，具有體積較小、移動(dòng)方便的優(yōu)點(diǎn)，可以在連鑄機(jī)有限空間內(nèi)提供外力，滿足連鑄坯機(jī)械振動(dòng)的需要。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠了解噴丸器3的功能和結(jié)構(gòu)，因此，為了清楚和簡要，在這里將省略對噴丸器3的功能和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述。通過將鋼丸5高速且連續(xù)噴射到連鑄坯2的表面，可在鑄坯2的表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力層。在該壓應(yīng)力層的保護(hù)下，殘余壓應(yīng)力提高了裂紋閉合力，減小了最大應(yīng)力強(qiáng)度因子，從而降低了有效應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值，使裂紋擴(kuò)展速率下降。同時(shí)，由于材料表面氧化物沒有塑性，破碎后剝離，因此可用噴丸去除表面氧化物，進(jìn) 行表面處理。噴丸力的大小可由鋼丸大小、噴丸通道8的長度、噴丸通道8的截面面積、噴丸器發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)轉(zhuǎn)速、噴丸器3的功率等參數(shù)進(jìn)行控制。例如，隨著鋼丸5的尺寸增大，噴出的鋼丸具有更大的動(dòng)能，因此能夠?qū)B鑄坯2施加更大的沖擊力(噴丸力)。另外，隨著鋼丸5的速度增大,其具有的動(dòng)能也隨之增大,從而也能夠提高噴丸力。通常,增大噴丸通道8的長度,減小噴丸通道8的截面面積、提高噴丸發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、增大噴丸器3的功率等手段均有利于增大鋼丸5的速度,從而能夠提高噴丸力。另外，可通過調(diào)節(jié)噴丸通道8與連鑄坯2之間的夾角來控制噴丸角度。當(dāng)噴丸方向與鑄坯呈垂直狀態(tài)(即，噴丸角度為大約90° )時(shí)，噴丸強(qiáng)度最高。當(dāng)噴丸角度減小時(shí)，噴丸強(qiáng)度隨著噴丸角度的減小而降低。垂直狀態(tài)或近垂直狀態(tài)可提高噴丸效果，因此根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，噴丸角度宜控制在70° -90°之間。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還可在噴丸通道8的周圍設(shè)置防護(hù)罩4，從而能夠防止鋼丸5在與連鑄坯2碰撞后被反彈至其他位置，并減小聲波的影響范圍。防護(hù)罩4呈圓臺(tái)形狀，并且在靠近連鑄坯2的一側(cè)有一定的傾角。在防護(hù)罩4的下部還可設(shè)置有尺寸比鋼丸5稍大的出口，該出口可位于鋼丸收集箱6的正上方，從而能夠使鋼丸5通過該出口準(zhǔn)確地落在鋼丸收集箱6上。優(yōu)選地，可將防護(hù)罩4下側(cè)的出口大小設(shè)置為鋼丸直徑的I. 5-2倍。落在鋼丸收集箱6上的鋼丸5可通過運(yùn)丸通道7運(yùn)送至噴丸器3中，從而實(shí)現(xiàn)鋼丸5的循環(huán)利用，以減少鋼丸消耗并節(jié)約運(yùn)行成本。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，可將噴丸器3和噴丸通道8設(shè)置在連鑄坯2的內(nèi)弧面，從而可以在連鑄坯內(nèi)2的弧面預(yù)先施加壓應(yīng)力，以減少矯直裂紋數(shù)量。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，噴丸器3可提供一定范圍的作用力，具有體積較小、移動(dòng)方便的優(yōu)點(diǎn)，可以在連鑄機(jī)有限空間內(nèi)提供外力，滿足連鑄坯機(jī)械振動(dòng)的需要。連鑄坯2在二冷區(qū)可以承受一定的外力，連鑄坯2在二冷區(qū)實(shí)現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)，能夠振動(dòng)鋼液，粉碎粗大樹枝晶，提聞等軸晶比例，降低兀素偏析。因此，在二冷區(qū)對連鑄坯2進(jìn)行噴丸處理，可以對連鑄坯2施加壓應(yīng)力。壓應(yīng)力能夠減小鑄坯回溫產(chǎn)生鼓肚的傾向，連鑄過程二冷水可引起熱應(yīng)力(拉應(yīng)力)，尤其是在鑄坯邊角等位置熱應(yīng)力很大，引起裂紋等缺陷。噴丸處理在坯殼施加壓應(yīng)力，能夠抵消部分熱應(yīng)力，從而減小裂紋數(shù)量和長度。噴丸產(chǎn)生的壓應(yīng)力能夠去除鑄坯表面氧化皮，當(dāng)噴丸力較大時(shí),可以減小鑄坯回溫鼓肚的傾向，從而改善鑄坯表面質(zhì)量。
另外，在矯直過程中，鑄坯內(nèi)弧面承受矯直應(yīng)力，這種拉應(yīng)力易使鑄坯產(chǎn)生矯直裂紋，噴丸處理應(yīng)用在連鑄坯內(nèi)弧面，可以在鑄坯內(nèi)弧面預(yù)先施加的壓應(yīng)力，從而減少矯直裂
紋數(shù)量。另外，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種連鑄過程中連鑄坯的強(qiáng)化方法，該方法包括下述步驟使鋼液經(jīng)過震動(dòng)的結(jié)晶器I后形成連鑄坯2 ;在結(jié)晶器I下方的二冷區(qū)中設(shè)置噴丸強(qiáng)化裝置；利用噴丸強(qiáng)化裝置對連鑄坯2進(jìn)行噴丸處理。其中，根據(jù)該實(shí)施例的噴丸強(qiáng)化裝置與根據(jù)本發(fā)明前述實(shí)施例的連鑄過程中連鑄坯 的強(qiáng)化裝置基本相同。下面將通過具體地實(shí)施例來說明本發(fā)明。實(shí)施例I :鋼液經(jīng)過振動(dòng)的結(jié)晶器I后形成表面具有一定厚度的連鑄坯2。固定位置后的噴丸器3可將鋼丸5按一定的速率范圍拋出，鋼丸5經(jīng)過噴丸通道7撞擊到連鑄坯2的表面。防護(hù)罩4可以有利于鋼丸5的收集和安全生產(chǎn)。鋼丸5被收集后進(jìn)入鋼丸收集箱6，并通過運(yùn)丸管道7進(jìn)入噴丸器3。經(jīng)過上述連鑄過程中連鑄坯的強(qiáng)化裝置處理后的連鑄坯2能夠抵消部分熱應(yīng)力，減小裂紋數(shù)量和長度，并且可以減小鑄坯回溫鼓肚的傾向，從而改善鑄坯表面質(zhì)量?？筛鶕?jù)所需的噴丸強(qiáng)度來確定拋出的鋼丸5的速率范圍，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，噴丸速率可為40m/s-60m/s。實(shí)施例2 :與前述實(shí)施例I的連鑄過程中連鑄坯的強(qiáng)化裝置類似，優(yōu)選地使噴丸器3相對于連鑄坯2有一定的距離，可以根據(jù)連鑄工藝的需要來確定噴丸器3的安裝位置。其中，噴丸器3可在連鑄坯2的一側(cè)或多側(cè)安裝；可對稱安裝,也可不對稱安裝，或者獨(dú)立安裝。另外，優(yōu)選地將防護(hù)罩4下側(cè)的出口大小設(shè)置為鋼丸直徑的I. 5-2倍，還可附加其它協(xié)助收集鋼丸的裝備。優(yōu)選地，防護(hù)罩4最大直徑處是噴丸通道直徑的I. 2-1. 5倍，防護(hù)罩4的下端與連鑄坯2的表面有一定距離，便于鋼丸5的收集。優(yōu)選地，運(yùn)丸管道7的直徑是鋼丸直徑的3-5倍，此外，除了使用運(yùn)丸管道7之外，也可改動(dòng)為履帶式等其他運(yùn)丸方式。雖然已經(jīng)參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對這些示例性實(shí)施例進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修改和改變。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種連鑄過程中連鑄坯的強(qiáng)化裝置，所述強(qiáng)化裝置設(shè)置在結(jié)晶器下方的二冷區(qū)，并且設(shè)置在連鑄坯的附近，所述強(qiáng)化裝置包括噴丸器、鋼丸、鋼丸收集箱、運(yùn)丸管道和噴丸通道，其中，噴丸器通過運(yùn)丸通道連接到鋼丸收集箱，鋼丸收集箱設(shè)置在噴丸器的下方，噴丸通道設(shè)置在噴丸器的出口處噴丸器通過噴丸通道將鋼丸打到連鑄坯的表面上。
2.如權(quán)利要求I所述的強(qiáng)化裝置，其中，噴丸器固定在連鑄坯的一側(cè)、兩側(cè)或多側(cè)。
3.如權(quán)利要求I所述的強(qiáng)化裝置，其中，所述強(qiáng)化裝置還包括設(shè)置在噴丸通道的周圍的防護(hù)罩，防護(hù)罩呈圓臺(tái)形狀，并且在靠近連鑄坯2的一側(cè)有預(yù)定的傾角。
4.如權(quán)利要求3所述的強(qiáng)化裝置，其中，在防護(hù)罩的下部還設(shè)置有尺寸比鋼丸稍大的出口，該出口位于鋼丸收集箱的正上方。
5.如權(quán)利要求4所述的強(qiáng)化裝置，其中，防護(hù)罩下部的出口大小被設(shè)置為鋼丸直徑的I. 5-2 倍。
6.如權(quán)利要求I所述的強(qiáng)化裝置，其中，噴丸器和噴丸通道設(shè)置在連鑄坯的內(nèi)弧面。
7.如權(quán)利要求I所述的強(qiáng)化裝置，其中，防護(hù)罩的最大直徑處是噴丸通道直徑的I.2-1. 5倍，運(yùn)丸管道的直徑是鋼丸直徑的3-5倍。
8.一種連鑄過程中連鑄坯的強(qiáng)化方法，所述強(qiáng)化方法包括下述步驟 使鋼液經(jīng)過震動(dòng)的結(jié)晶器后形成連鑄坯； 在結(jié)晶器下方的二冷區(qū)中設(shè)置根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任意一項(xiàng)所述的強(qiáng)化裝置； 利用所述強(qiáng)化裝置對連鑄坯進(jìn)行噴丸處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連鑄過程中連鑄坯的強(qiáng)化裝置和強(qiáng)化方法，所述強(qiáng)化裝置設(shè)置在結(jié)晶器下方的二冷區(qū)，并且設(shè)置在連鑄坯的附近，所述強(qiáng)化裝置包括噴丸器、鋼丸、鋼丸收集箱、運(yùn)丸管道和噴丸通道，其中，噴丸器通過運(yùn)丸通道連接到鋼丸收集箱，鋼丸收集箱設(shè)置在噴丸器的下方，噴丸通道設(shè)置在噴丸器的出口處。
文檔編號B22D11/12GK102764869SQ20121024572
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者劉成寶, 裴建華 申請人:萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司