阅读说明：本技术 连铸大方坯平辊和凸辊组合的轻压下方法 (Soft reduction method for combination of flat roll and convex roll of continuous casting bloom ) 是由 徐荣军 刘俊江 万根节 李成斌 柳向椿 孟庆玉 于 2018-08-31 设计创作，主要内容包括：一种连铸大方坯平辊和凸辊组合的轻压下方法,属金属铸造领域。首先算出铸坯到每台拉矫机部位时的三维温度场分布、两相区、固相区厚度和固相分率,确定压下起始和结束辊子的位置,根据铸坯的体积收缩量,制定每个拉矫机辊子的压下量；在铸坯固相分率f<Sub>s</Sub>＝0.9-1.0区间,实施重压下工作模式；在铸坯固相分率f<Sub>s</Sub>＝0.25-0.80区间,实施轻压下工作模式。其采用平辊拉矫机和凸辊拉矫机组合的轻压下方法,对铸坯进行凝固末端轻压下控制,以降低铸坯的中心疏松、缩孔与偏析,改善轧材内部质量；可使铸坯上表面产生的压痕形状开口变宽,能避免后工序轧钢过程产生折叠缺陷,且有利于减轻压下力,更有利于减轻凸辊拉矫机的压下力。可广泛用于金属铸造领域。(A soft pressing method for combining a flat roller and a convex roller of a continuous casting bloom belongs to the field of metal casting. Firstly, calculating three-dimensional temperature field distribution, a two-phase region, the thickness of a solid phase region and the solid phase fraction when a casting blank reaches each tension leveler part, determining the positions of initial and final rollers for reduction, and setting the reduction of each tension leveler roller according to the volume shrinkage of the casting blank; fraction of solid phase in casting blank f s Executing a heavy pressing working mode within the interval of 0.9-1.0; fraction of solid phase in casting blank f s And (5) implementing a soft-press working mode in an interval of 0.25-0.80. The method adopts a soft reduction method combining a flat roll withdrawal straightening machine and a convex roll withdrawal straightening machine to carry out solidification tail end soft reduction control on the casting blank so as to reduce the center porosity, shrinkage cavity and segregation of the casting blank and improve the internal quality of a rolled material; can widen the indentation-shaped opening generated on the upper surface of the casting blank, can avoid the folding defect generated in the steel rolling process of the post process, is favorable for reducing the pressing force and is more favorable for reducing the convex roll withdrawal and straightening machineThe depressing force of (a). Can be widely used in the field of metal casting.)

连铸大方坯平辊和凸辊组合的轻压下方法

技术领域

本发明属于金属铸造领域，尤其涉及一种用于在现场对铸造坯料进行后处理或后加工的方法。

背景技术

钢的连铸过程中，由于外部冷却的原因，铸坯表面比内部先凝固，因此表面比内部有更大的收缩，随着凝固结晶结束，某些局部区两边柱状晶搭桥，当桥下面包围的液体凝固时，阻止了液相穴内桥上部的钢水补充，如此桥下面钢水凝固时缩孔和疏松就产生了，伴随着缩孔和疏松的形成，真空的缩孔会抽吸枝晶间富集溶质的液体向中心流动，同时宏观偏析就产生了。

由于轻压下相当于压缩铸造，它有同时消除缩孔、疏松和宏观偏析的作用，因此铸坯的平辊轻压下技术在连铸领域得到了广泛应用。

因为铸坯表面比内部先凝固，越接近凝固末端铸坯坯壳越厚、温度越低，由于坯壳的两侧已经全部凝固，压下过程越接近凝固末端变形抗力越大，现有的技术都是采用一对平辊进行压缩，由于拉矫机互换的缘故，都做成一样的，那么压下力也是一样的，这造成前端拉矫机压力富裕后端拉矫机压力不足。随着高合金钢的生产越来越多，这一矛盾越发突出。采用凸辊进行在未凝固的部位进行更有效的轻压下技术被提出了。

申请公布号为CN 105983668 A，申请公布日为2016.10.05的中国发明专利申请，公开了一种“轻压下辊、具有其的轻压下装置及铸坯的制造方法”，其轻压下辊的端部的直径比中间部的直径小，其中，在观察轻压下辊的包含旋转轴线的截面时，中间部与端部之间的外周在端部侧具有朝向旋转轴线鼓出的第1圆弧、在中间部侧具有朝向与第1圆弧的鼓出方向相反的方向鼓出的第2圆弧，与第1圆弧和第2圆弧这两者相切的切线和旋转轴线所成的角度为40°以下。该技术方案采用恒定曲率无凸台凸型辊(鼓型辊)安装在固相率0.2的位置实施大的压下量，渐变曲率有凸台凸型辊处在凝固终点的位置，仅在中心固相率0.2的位置点与凝固终点两个位置依次采用大变形量压下用以解决化学成分偏析与凝固中心缩孔及严重疏松质量缺陷。但是，根据铸坯的凝固原理，轻压下相当于压缩铸造，其压下量用于弥补当前钢水的收缩量，用以限制枝晶间富集低熔点杂质的钢水向中心流动，过大的压下量并不利于凝固偏析的改善。

在上述中国发明专利申请中，还公开了一种轻压下装置，其凸辊过渡曲线由彼此相切的两段内凹外凸的圆弧线构成，两个圆弧的半径不等，通常外凸的第1圆弧半径小于内凹的的第2圆弧半径，其目的为了减少后工序轧钢过程中铸坯凹陷出产生折叠缺陷。

申请公布号为CN 107377919 A，申请公布日2017.11.24的中国发明专利申请，公开了一种“提高轴承钢铸坯中心致密度的方法”，其在连铸过程中，控制铸机拉速为0.50m/min～0.65m/min，控制中间包钢液的过热度20℃～30℃，采用凝固末端重压下方式，轻压下与重压下按分配固相率进行，重压下从fs＝0.9时开始，在fs＝l.0时使用凸型辊进行重压下。本技术方案采用凝固末端重压下方式，在fs＝0.9-1.0时使用单个凸型辊进行重压下，用以减少缩孔。但是其未涉及到如何进行轻压下的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种连铸大方坯平辊和凸辊组合的轻压下方法。其通过连铸大方坯平辊和凸辊组合的轻压下方法，使用凸辊部分减低了拉矫机的压下力，减少拉坯阻力。其在不同拉矫机上凸辊采用不同长度的凸台，最终在铸坯上表面产生的压痕形状其开口变宽，可避免后工序轧钢过程产生折叠缺陷，且更有利于减轻压下力，且更有利于减轻凸辊拉矫机的压下力。

本发明的技术方案是：提供一种连铸大方坯平辊和凸辊组合的轻压下方法，包括在连铸线上依次设置多台拉矫机对铸坯进行压缩铸造；其特征是：

1)根据连铸工艺、铸坯成型理论，对大方坯连铸凝固传热与液相穴进行模型计算，根据不同钢种、拉坯速度、冷却条件、过热度下，计算出铸坯到每台拉矫机部位时的三维温度场分布、两相区、固相区厚度和固相分率；

2)根据模型计算，确定压下起始和结束辊子的位置，并与位于连铸线上的各台拉矫机对应起来；

3)根据铸坯的体积收缩量，制定每个拉矫机辊子的压下量；

4)在铸坯的固相分率f_s＝0.9到1.0区间，对铸坯实施重压下工作模式；

5)当固相分率在f_s＝0.9-1.0时，各台拉矫机进行最大单辊10mm的压下量；

6)在铸坯的固相分率f_s＝0.25到0.80区间，对铸坯实施轻压下工作模式；

7)当固相分率在f_s＝0.25-0.80时，各台拉矫机进行单辊不大于5mm的压下量；

即：对于距离凝固末端较远的前端拉矫机，仍采用平辊拉矫机对铸坯进行压缩铸造；

对于距离凝固末端较近的后端拉矫机，采用凸辊拉矫机对铸坯进行压缩铸造；

所述的轻压下方法，采用平辊拉矫机和凸辊拉矫机组合的轻压下方法，对铸坯进行凝固末端的轻压下控制，以降低铸坯的中心疏松、缩孔与偏析，改善轧材内部质量；

采用所述的轻压下方法，使得铸坯上表面产生的压痕形状开口变宽，能避免后工序轧钢过程产生折叠缺陷，且有利于减轻压下力，更有利于减轻凸辊拉矫机的压下力；

所述的轻压下方法，能减轻凸辊拉矫机的压下力；同时减少铸坯连铸过程的拉坯阻力。

具体的，所述凸辊拉矫机的上辊为凸辊，并可升降来调节辊缝，所述的凸辊与电机和减速机相连；所述凸辊拉矫机的下辊为平辊；所述的上辊、下辊由框架相连，通过四对驱动液压油缸对中间铸坯施加压下力。

进一步的，所述的上辊为凸辊，且为驱动辊。所述的下辊为平辊，且为固定不动的被动辊。

更进一步的，所述凸辊辊身工作部分的轮廓曲线，由第一直线段AB、第一过渡曲线段BC、第二直线段CD、第二过渡曲线段DE和第三直线段EF依次连接构成；

其中，第一直线段AB和第三直线段EF同轴线或同平面设置，第二直线段CD与第一直线段AB或第三直线段EF平行设置；

第一曲线段BC和第二曲线段DE分别由正弦曲线构成，或为彼此相切的两段内凹外凸的圆弧线构成，两个圆弧的半径相等或不等；

对于凸辊轴长方向的截面而言，第一过渡曲线段BC、第二直线段CD和第二过渡曲线段DE，在凸辊的表面构成一个凸台形式的凸起结构。

具体的，所述凸台的第一过渡曲线段BC曲线正弦曲线方程为：

y＝Hsin(x*π/2nH)；

式中：H为凸台高度；n为凸台的第一过渡曲线段BC在轴上的投影长度。

进一步的，所述第二过渡曲线DE与第一过渡曲线BC镜像对称；其镜像对称中心线为通过第二直线段CD的中点且与第二直线段CD相垂直的直线。

进一步的，在铸坯的固相分率＝0.25到0.80区间内，对每台拉矫机而言，铸坯上表面产生的压痕形状开口等于凸辊辊身第二直线段CD的长度。

进一步的，所述每台拉矫机上凸辊辊身第二直线段CD的长度，取决于连铸坯到每台拉矫机位置时未凝两相区的宽度D。

更进一步的，所述每台拉矫机上凸辊辊身第二直线段CD的长度≥D+40mm。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.通过连铸大方坯平辊和凸辊组合的轻压下方法，进行凝固末端轻压下控制、综合运用来降低铸坯的中心疏松、缩孔与偏析，改善轧材内部质量；

2.本技术方案避开了两侧已经凝固的坯壳产生较大的变形抗力，可减轻凸辊拉矫机的压下力；摩擦力减小，因此铸坯连铸过程的拉坯阻力也减少；

3.本技术方案不是把轻压下在单一凸辊上使用大的压下量完成，而是分散压下，并且不同长度凸台压下辊，在轻压下结束后，最终在铸坯上表面产生的压痕形状其开口变宽，可避免后工序轧钢过程产生折叠缺陷，且更有利于减轻凸辊拉矫机的压下力。

附图说明

图1是本技术方案中连铸凝固传热计算流程示意图；

图2是本发明大方坯用于轻压下拉矫机的安装位置示意图；

图3是本发明大方坯凝固末端两相区宽度示意图；

图4是本发明大方坯拉矫机凸辊压下示意图；

图5是凸型轧辊的轮廓形状示意图；

图6是铸坯上表面的压痕形状示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1中，首先，根据目前现有的连铸工艺、铸坯成型理论对大方坯连铸凝固传热与液相穴进行模型计算：

根据凝固传热方程：

给定初始条件：

T|₀＝T(x,y,z,0) (2)

边界条件：

一类边界条件：

T|_w＝T_w＝T_w(t) (3)

二类边界条件：

三类边界条件：

代入钢的物性参数，可用有限元计算模拟出不同钢种、拉坯速度、冷却条件、过热度下铸坯到每台拉矫机部位时的三维温度场分布、两相区、固相区厚度和固相分率。

图2中，给出了每台拉矫机(i＝1至n，n为一条连铸线上拉矫机的总数量)在连铸线上的部位或位置。

图中箭头表示连铸工艺路线的方向，亦即铸坯的前进方向。

图3中，给出了铸坯的三维温度场分布、两相区及固相区厚度。

图中的D为两相区，P为压下区间，箭头表示连铸工艺路线的方向，亦即铸坯的前进方向。

根据图3的计算结果，距离凝固末端较远的拉矫机(即前端拉矫机，其编号i较小，可选定为i值在1-4之间)由于坯壳薄，铸坯温度高，需要的轻压下力小，可满足轻压下的要求，距离凝固末端较近的拉矫机(即后端拉矫机，其编号i较大，可选定为i值在5-8之间)由于坯壳厚，铸坯温度低，需要的轻压下力大，无法满足轻压下的要求。

因此本发明的技术方案采用平辊和凸辊组合的轻压下方法，对于前端拉矫机仍采用平辊方案，而对于后端拉矫机，则采用凸辊方案。尤其对已有的连铸机由于后端拉矫机压下能力不足，采用这种组合方案进行轻压下是非常合适的。

图4中，给出了凸辊拉矫机的示意图，上辊1为凸辊，且为驱动辊，并可升降来调节辊缝，与电机和减速机相连；下辊3为平辊，为固定不动的被动辊，上下辊由框架相连，通过四对驱动液压油缸对中间铸坯施加压下力。

位于上辊和下辊之间的即为铸坯2。

图5中，给出了本技术方案中凸辊拉矫机凸辊形状的结构示意图，由图可知，所述凸形辊(简称凸辊)辊身工作部分的轮廓曲线，由第一直线段AB、第一过渡曲线段BC、第二直线段CD、第二过渡曲线段DE和第三直线段EF构成。

其中，第一过渡曲线段BC和第二过渡曲线段DE由正弦曲线构成，或为彼此相切的两段内凹外凸的圆弧线构成，两个圆弧的半径相等或不等。

明显的，对于每个凸辊轴长方向的纵向截面而言，第一过渡曲线段BC、第二直线段CD和第二过渡曲线段DE，在凸辊的表面构成一个凸台形式的凸起结构4。

图5的坐标系中以B点为坐标原点，x轴平行于辊子中心轴，y轴垂直于辊子中心轴线。

所述第一过渡曲线段BC的正弦曲线方程为：

y＝Hsin(x*π/2nH)

式中：H为凸台高度。n为凸台的第一过渡曲线段BC在轴上的投影长度。

n是凸台高度H的倍数，即凸台的第一过渡曲线段BC在轴上的投影长度为nH。

第二过渡曲线DE可用第一过渡曲线BC沿着线段CD的中点作为中心线镜像形成。

特别指出的是，凸辊辊身中间的第二直线段CD的长度取决于图3中连铸坯到每台拉矫机位置时的未凝两相区宽度D。

由于铸坯到各台拉矫机位置时的未凝两相区宽度D不相同，因此根据拉矫机位置的不同，各个凸辊的第二直线段(亦称中间直线段)CD的长度也不同。

理论上各台拉矫机所对应的凸辊的第二直线段的长度CDi(其中的i＝各台拉矫机在连铸线上的位置编号)，应大于等于铸坯到每台拉矫机位置时的未凝两相区宽度Di(其中的i＝各台拉矫机在连铸线上的位置编号)，由于不同铸造速度、钢种、过热度、冷却强度，其Di值会发生变化，考虑到通用性的原因，实际上对每台拉矫机而言，其对应凸辊的第二直线段CDi的长应大于铸坯到每台拉矫机位置时的未凝两相区宽度Di。再考虑到铸坯在向下拉坯过程中，铸坯会偏离铸流中心线(称之为偏流)，较小的偏流对平辊拉矫机没有太大影响，由于平辊总能压到铸坯中心的未凝两相区部分，但要求凸辊的突出部分(即前述的凸台)也能压在铸坯中心的未凝两相区部分。

综合考虑，对每台拉矫机i而言，对应凸辊推荐的第二直线段CDi的长度≥Di+40mm(其中的i＝各台拉矫机在连铸线上的位置编号)。

凸台高度H的确定根据所有拉矫机压下区间的凝固体积总收缩和线收缩来决定，考虑到通用性，它应比理论计算值大30％。

图6为采用不同长度凸台压下辊，在轻压下结束后，最终在铸坯上表面产生的压痕形状。

明显地，压痕T的开口变宽(准确地说应该是自开口底部向上，呈渐宽趋势，近似是一个倒置的等边梯形)，可避免后工序轧钢过程产生折叠缺陷，且更有利于减轻凸辊拉矫机的压下力。

本发明的技术方案，通过连铸大方坯平辊和凸辊组合的轻压下方法，进行凝固末端轻压下控制、综合运用来降低铸坯的中心疏松、缩孔与偏析，改善轧材内部质量。

铸坯在铸坯凝固过程中会产生很大的体积收缩，所以需要更大的压下量来补偿铸坯体积收缩，在压下过程中，铸坯会产生变形抗力，其主要集中在两侧已经凝固的坯壳上。

本发明连铸大方坯平辊和凸辊组合的轻压下方法，避开了两侧已经凝固的坯壳产生较大的变形抗力，可减轻凸辊拉矫机的压下力。能够对铸坯的凝固末端当f_s＝0.9-1.0实施重压下，提高铸坯中心致密度，同时由于凸辊与铸坯接触面积小，摩擦力减小，因此铸坯连铸过程的拉坯阻力也减少。

同时，本发明的平辊和凸辊组合的轻压下方法不是把轻压下在单一凸辊上使用大的压下量完成而是分散压下，并且不同长度凸台压下辊，在轻压下结束后，最终在铸坯上表面产生的压痕形状其开口变宽，可避免后工序轧钢过程产生折叠缺陷，且更有利于减轻凸辊拉矫机的压下力。

实施例：

实施例一：

沿连铸线工艺前进方向上，依次设置有9台拉矫机，各台拉矫机的编号依次为1号至9号。

首先根据连铸工艺、铸坯成型理论，对大方坯连铸凝固传热与液相穴进行模型计算，根据不同钢种、拉坯速度、冷却条件、过热度下，计算出铸坯到每台拉矫机部位时的三维温度场分布、两相区、固相区厚度和固相分率；然后，根据模型计算，确定压下起始和结束辊子的位置，并与位于连铸线上的各台拉矫机对应起来，得到如下结果：

1-5号拉矫机，安装平辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm。

6号拉矫机为凸辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm，凸台高度H＝20mm，两端直线段(即前述的第一和第三直线段，下同)长度AB＝EF＝90mm，中间直线段(即前述的第二直线段，下同)CD长度240mm，过渡曲线BC和DE(即前述的第一过渡曲线BC和第二过渡曲线DE，下同)在水平方向上的投影长40mm。

7号拉矫机为凸辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm，凸台高度H＝20mm，两端直线段长度AB＝EF＝105mm，中间直线段CD长度210mm，过渡曲线BC和DE在水平方向上的投影长40mm。

8号拉矫机为凸辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm，凸台高度H＝20mm，两端直线段长度AB＝EF＝120mm，中间直线段CD长度180mm，过渡曲线BC和DE在水平方向上的投影长40mm。

9号拉矫机为凸辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm，凸台高度H＝20mm，两端直线段长度AB＝EF＝135mm，中间直线段CD长度150mm，过渡曲线BC和DE在水平方向上的投影长40mm。

实施例二：

1-5号拉矫机，安装平辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm。

6号拉矫机为凸辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm，凸台高度H＝20mm，两端直线段长度AB＝EF＝85mm，中间直线段CD长度250mm，过渡曲线BC和DE在水平方向上的投影长40mm。

7号拉矫机为凸辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm，凸台高度H＝20mm，两端直线段长度AB＝EF＝95mm，中间直线段CD长度230mm，过渡曲线BC和DE在水平方向上的投影长40mm。

8号拉矫机为凸辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm，凸台高度H＝20mm，两端直线段长度AB＝EF＝105mm，中间直线段CD长度210mm，过渡曲线BC和DE在水平方向上的投影长40mm。

9号拉矫机为凸辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm，凸台高度H＝20mm，两端直线段长度AB＝EF＝115mm，中间直线段CD长度190mm，过渡曲线BC和DE在水平方向上的投影长40mm。

其余同实施例一。

实施例三：

1-5号拉矫机，安装平辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm。

6号拉矫机为凸辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm，凸台高度H＝20mm，两端直线段长度AB＝EF＝90mm，中间直线段CD长度240mm，过渡曲线BC和DE在水平方向上的投影长40mm。

7号拉矫机为凸辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm，凸台高度H＝20mm，两端直线段长度AB＝EF＝105mm，中间直线段CD长度210mm，过渡曲线BC和DE在水平方向上的投影长40mm。

8号拉矫机为凸辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm，凸台高度H＝20mm，两端直线段长度AB＝EF＝120mm，中间直线段CD长度180mm，过渡曲线BC和DE在水平方向上的投影长40mm。

9号拉矫机，安装平辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm。

其余同实施例一。

实施例四：

1-4号拉矫机，安装平辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm。

5号拉矫机为凸辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm，凸台高度H＝20mm，两端直线段长度AB＝EF＝85mm，中间直线段CD长度250mm，过渡曲线BC和DE在水平方向上的投影长40mm。

6号拉矫机为凸辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm，凸台高度H＝20mm，两端直线段长度AB＝EF＝95mm，中间直线段CD长度230mm，过渡曲线BC和DE在水平方向上的投影长40mm。

7号拉矫机为凸辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm，凸台高度H＝20mm，两端直线段长度AB＝EF＝105mm，中间直线段CD长度210mm，过渡曲线BC和DE在水平方向上的投影长40mm。

8号拉矫机为凸辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm，凸台高度H＝20mm，两端直线段长度AB＝EF＝115mm，中间直线段CD长度190mm，过渡曲线BC和DE在水平方向上的投影长40mm。

9号拉矫机，安装平辊，轧辊工作辊身长度500mm，辊径500mm。

其余同实施例一。

综上，实施本发明时，首先按照本发明的方法根据不同钢种、拉坯速度、冷却条件、过热度下，计算出铸坯到每台拉矫机部位的三维温度场分布、两相区、固相区厚度和固相分率f_s，轻压下区间从f_s＝0.25到0.80结束，根据模型计算确定压下起始和结束辊子的位置，根据体积收缩量，制定每个辊子的压下量，当铸坯进入压下区间后，进行单辊不大于5mm的压下量，当f_s＝0.9-1.0时可进行最大单辊10mm的压下量。

本发明的技术方案，采用连铸大方坯平辊和凸辊组合的轻压下方法，避开了两侧已经凝固的坯壳产生较大的变形抗力，可减轻凸辊拉矫机的压下力。能够对铸坯的凝固末端当f_s＝0.9-1.0实施重压下，提高铸坯中心致密度，同时由于凸辊与铸坯接触面积小，摩擦力减小，因此铸坯连铸过程的拉坯阻力也减少。

本发明可广泛用于金属铸造领域。