一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置及使用方法

摘要

本发明公开了一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置及使用方法，属于钢铁冶金行业近终形连铸技术领域。它包括中间包、塞棒、上水口、座砖、下水口、浸入式水口和H型坯结晶器，塞棒置于中间包出口处，中间包出口设置上水口，且由座砖固定，上水口下端连接有下水口，下水口下端连接有浸入式水口，浸入式水口位于H型坯结晶器一侧翼缘三角区中心，还包括呈中空的吹气套筒，套筒设置在上水口与下水口之间，上水口、套筒和下水口形成一个钢流通道，套筒上设有进气孔，进气孔的数量为一个以上，进气孔与所述钢流通道连通。本发明能提高异型坯产品质量，提高铸坯合格率，提升产品在市场竞争力，具有设计合理、易于运用的优点。

权利要求

1.一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，包括中间包(1)、塞棒(2)、上水口(3)、座砖(4)、下水口(5)以及浸入式水口(6)，所述的塞棒(2)置于中间包(1)内，塞棒(2)下端设有座砖(4)，所述的上水口(3)与中间包(1)连接，且由座砖(4)固定，上水口(3)下端连接有下水口(5)，下水口(5)下端连接有浸入式水口(6)，其特征在于：还包括呈中空的套筒(8)，所述的套筒(8)设置在上水口(3)与下水口(5)之间，上水口(3)、套筒(8)和下水口(5)形成一个钢流通道，套筒(8)上设有进气孔(9)，进气孔(9)的数量为一个以上，进气孔(9)与所述钢流通道连通；上水口(3)和下水口(5)之间增加了套筒(8)，向钢流吹入一定气压的惰性气体，通过气泡群的上浮，减轻了钢流到结晶器内的冲击力；所述的浸入式水口(6)为直筒型浸入式水口，直筒型浸入式水口上端为碗口部，碗口部内径从上到下逐渐减小，并与下水口(5)下端相连接，碗口部下端为直筒型浸入式水口本体，直筒型浸入式水口本体内径处处相等，直筒型浸入式水口与结晶器(7)内钢液表面接触处设有渣线部；所述的结晶器(7)一侧翼缘中心点处设有浇铸口，所述的浸入式水口(6)自由端置于浇铸口内进行浇铸，结晶器(7)包括内弧宽面铜板、外弧宽面铜板、靠近浇铸口一侧窄面铜板、远离浇铸口一侧窄面铜板。

2.根据权利要求1所述的一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，其特征在于：所述的进气孔(9)的数量为两个以上时，相邻两进气孔(9)中心线形成的夹角相等。

3.根据权利要求1或2所述的一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，其特征在于：所述的进气孔(9)处于工作状态时，需向上水口(3)和下水口(5)的连接处内部通入一定压力的惰性气体。

4.根据权利要求3所述的一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，其特征在于：所述的进气孔(9)内惰性气体压力范围在0.1-0.35MPa。

5.根据权利要求1所述的一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，其特征在于：所述的上水口(3)为漏斗形，上端与塞棒(2)接触处口径大，下端与下水口(5)连接处口径小，上水口(3)嵌套在座砖(4)内侧。

6.根据权利要求1所述的一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，其特征在于：所述的中间包(1)为T型多流中间包，每一流设置两个钢水出口，浇铸时使用一个钢水出口进行浇铸，另一钢水出口备用。

7.一种权利要求1或2或4-6中任一项所述的超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置进行连接和组装；

B、移动超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，将装置的浸入式水口(6)自由端由浇铸口上端插入结晶器(7)内；

C、根据流量和生产需要，调整塞棒(2)开启度，同时使用进气孔(9)向上水口(3)和下水口(5)的连接处，由外向内通入惰性气体，开始浇铸；

D、更换中间包(1)时，使用液压缸更换盲眼下水口进行堵流，并重复步骤A、步骤B、步骤C。

说明书

一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置及

使用方法

技术领域

[0001] 本发明属于钢铁冶金行业近终形连铸技术领域，更具体地说，涉及一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置及使用方法。

背景技术

[0002] 连铸是一个将钢水连续冷却凝固成形的过程，是目前主要的钢铁铸造方式。在连铸技术的发展历程中，近终形连铸是现代连铸技术发展的一个重要成就和标志，它可以直接生产出所需钢材断面形状或接近成品钢材形状的连铸坯。其中异型坯连铸是近终形连铸的一个重要形式，异型坯通常主要是指H型断面的连铸坯。由于H型钢有断面形状经济合理、抗弯截面模数大、制作方便等优点，为了满足国内需要，20世纪90年代以来，国内多家钢铁公司相继都建成了异型坯连铸机。目前近终形异型坯连铸技术在国内得到了大规模应用，所生产的铸坯已经能够满足各种强度等级的结构钢、耐侯钢、海洋石油平台用钢、细晶粒钢等品种需要。异型坯生产和加工工艺简化，设备减少，生产流程线缩短，显著提高了生产效率、降低了建设投资成本和生产成本，同时异型坯轧制H型材加工工序减少，综合能耗低，也大大降低了生产成本并提高了成材率。

[0003] 钢水的浇铸工艺是控制铸坯质量的关键技术。H型断面的异型坯与常规铸坯(方坯、板坯和圆坯)相比，浇铸断面形状复杂，异型坯主体分为一个腹板和左右对称分布的两个翼缘。浇铸工艺将直接影响生产过程的可操作性、难易性和稳定性，以及最终影响到H型断面铸坯质量。目前，H型坯的浇铸工艺主要有以下四种：

[0004] 第一种工艺是中间包到结晶器的浇铸是在每个铸流采取翼缘三角区两点“定径水口+半浸入式(半敞开式)漏斗形水口”浇铸工艺，中间包内没有塞棒系统控流，中间包出口采用定径水口，且定径水口与插在结晶器钢液内的漏斗形水口不连接，是有一定距离的，这种工艺可减小注流的冲击作用，目前在生产普碳钢种以及低合金钢等时被广泛采用，但不能实现钢水全保护浇铸，钢液容易被再氧化污染，一般钢中氧氮含量较高，达到60ppm以上，尤其不能浇铸含铝和有易氧化元素的钢水。

[0005] 中国专利申请号为：201410284643.3，申请日为2014.06.23的“一种用近终形异型坯连铸机生产连铸坯的方法”，其公开了一种近终形异型坯连铸机生产连铸坯的翼缘三角区两点半敞开式漏斗形水口浇铸工艺方法，提高了中间包的开浇成功率，降低了浇铸过程的溢钢、漏钢问题。

[0006] 第二种工艺是每个铸流在两个翼缘三角区双浸入式水口全保护浇铸工艺，中间包上水口和浸入式水口密封相连，浸入式水口有采用直筒型和带侧孔的，这种工艺操作简单、便利，生产稳定性好，浸入式水口使用寿命也较长，但是这种两点全保护浇铸时，由于异型坯尺寸的限制，在两点之间中间包内无法设置塞棒控流系统，中间包出口必须使用定径滑块控流，滑块孔径小，生产含铝钢时滑块内壁易粘附Al2O3等夹杂物，导致套眼严重，不能满足含铝及采用铝脱氧工艺钢种生产需要，因此无法实现铝脱氧，钢水纯净度不高，同时，该种保护浇铸工艺也无法实现含较高钛含量以及有稀土加入要求钢种的生产。

[0007] 中国专利申请号为：201410350560.X和201110254150.1，申请日分别为2014.07.22和2011.08.31，专利文献名称为“异型坯浇铸用浸入式水口及其布置方式”和“异型坯结晶器用浸入式水口的布置结构”，其公开了翼缘三角区双浸入式水口全保护浇铸工艺，以及浸入式水口的内部结构和开孔情况。但两点浇铸时，由于异型坯尺寸约束，两水口间距过小，使得水口上方无法放置两组塞棒装置。

[0008] 第三种工艺是腹板中心单点“塞棒+上水口+浸入式水口”全保护浇铸工艺，该工艺在使用过程中暴露出诸多问题，主要是腹板中间的浸入式水口对中困难，水口使用寿命短、工艺不稳定，尤其是对于超薄腹板尺寸空间太小也限制了这种工艺的应用。

[0009] 中国专利申请号为：200710014826.3，申请日为2007.07.17的“用单个浸入式水口进行异型坯连铸保护浇铸的方法及装置”，其公开了一种用单个浸入式水口进行异型坯保护浇铸的方法和装置，即采用一个圆形向扁平过渡的双水孔浸入式水口置于异型坯结晶器腹板中心部位进行浇铸。在浇铸超薄异型坯时，由于超薄异型坯中间宽度太小，最小规格仅有90mm，水口需要与内外弧结晶器铜板保持一定距离，并且水口构造最外侧的耐火材料需要一定厚度，在此条件下，水口内径太小难以保证浇铸流量，水口直径太大难以插入结晶器或对中间腹板造成冲刷，不能适应连铸生产的需要。

[0010] 第四种工艺是每个铸流采用单个浸入式水口在异型坯断面一侧翼缘三角区进行保护浇铸，这会使得结晶器内钢液的流场和温度场极不对称，导致铸坯的各种表面和内部质量问题频发，严重时还会出现漏钢事故。

[0011] 期刊文献《MA345钢的冶炼和异型坯连铸工艺开发》和《从异型坯连铸机的投产看近终形异型坯连铸技术的发展》中简单的提到了马钢异型坯连铸目前对于生产优质钢小断面(500mm×300mm×120mm)铸坯时采用塞棒+翼缘三角区单浸入式水口保护浇铸，马钢的这种异型坯从尺寸和翼缘厚度两方面来说均易实现单点保护浇铸，马钢对于生产腹板较薄和较大断面(750mm×450mm×120mm)铸坯时，采用定径水口+半浸入式双水口半敞开式浇铸。单点浇铸时，结晶器钢水流场、温度场分布不对称不均匀、结晶器内铸坯坯壳生长、保护渣熔化不均匀，易导致漏钢、拉不动等生产事故及铸坯表面裂纹质量问题；同时，腹板厚度过薄时采用翼缘单点浇铸，非浇铸点侧钢水经过腹板时通过能力差，进一步加剧结晶器钢水流场、温度场分布的不对称、不均匀，且钢水对腹板的冲刷过强，易导致局部坯壳薄发生漏钢事故；如果铸坯断面宽度大，也会进一步加剧结晶器钢水流场、温度场分布的不对称不均匀；翼缘单点浇铸点钢水流量较两点浇铸大，注流对附近坯壳冲刷严重。

[0012] 中国专利申请号为201210090957.0，申请日为2012.03.30的“一种大规格Z向H型钢及其制备方法”，其公开了一种大规格Z向H型钢的成分以及制备这种H型钢的方法，其连铸过程为中间包烘烤温度为1100℃，结晶器对弧，水口对中符合要求，冷却水效果良好，使用浸入式水口全保护浇注，浸入式水口为扁平状，二冷采用弱冷，结晶器采用非正弦振动。可完成Z向H型钢的连铸工作，并生产出合格的Z向H型钢；但生产含铝钢时，扁平状水口易结瘤，水口易发生射流，导致流场不均，该专利文献并没有针对水口结瘤和流场不均现象提出解决方案，不能用于生产超薄大规格含铝钢异型坯。

[0013] 综上所述，针对异型坯连铸所面临的问题，上述专利文献和期刊文献都提供了一定的解决方法，但均不适用于浇铸超薄(如腹板厚度为90mm)大规格(如铸坯宽度达到1024mm)含铝钢异型坯。

发明内容

[0014] 1.要解决的问题

[0015] 针对现有技术难以安全稳定的对超薄大规格含铝钢异型坯进行浇铸的问题，本发明提供一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，在解决翼缘单点非平衡浇铸存在的结晶器钢水流场、温度场分布不对称不均匀、结晶器内铸坯坯壳生长、保护渣熔化不均匀，易导致漏钢、拉不动等生产事故及铸坯表面裂纹质量问题的情况下，可以进一步提升异型坯产品质量控制水平，也为实现异型坯连铸机大批量安全稳定生产超薄腹板、超大断面和含铝等易氧化元素钢种异型坯奠定基础。

[0016] 本发明的另一目的是提供一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置的使用方法，步骤衔接有序，浇铸过程顺利，使用安全可靠。

[0017] 2.技术方案

[0018] 为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

[0019] 本发明的一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，包括中间包、塞棒、上水口、座砖、下水口、浸入式水口和H型坯结晶器，所述的塞棒置于中间包出口处，中间包出口设置上水口，且由座砖固定，上水口下端连接有下水口，下水口下端连接有浸入式水口，浸入式水口位于H型坯结晶器一侧翼缘三角区中心，还包括呈中空的吹气套筒，所述的吹气套筒设置在上水口与下水口之间，上水口、套筒和下水口形成一个钢流通道，套筒上设有进气孔，进气孔的数量为一个以上，进气孔与所述钢流通道连通。

[0020] 作为本发明优选的方案，所述的进气孔的数量为两个以上时，相邻两进气孔中心线形成的夹角相等。

[0021] 作为本发明优选的方案，所述的进气孔处于工作状态时，需向上水口和下水口的连接处内部通入一定压力的惰性气体，惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或者上述气体的混合气体等。

[0022] 作为本发明优选的方案，所述的进气孔内惰性气体压力范围在0.1-0.35MPa。

[0023] 作为本发明优选的方案，所述的上水口为漏斗形，上端与塞棒接触处口径大，下端与下水口连接处口径小，上水口嵌套在座砖内侧。

[0024] 作为本发明优选的方案，所述的中间包为T型多流中间包，每一流设置两个钢水出口，浇铸时使用一个钢水出口进行浇铸，另一钢水出口备用。

[0025] 作为本发明优选的方案，所述的浸入式水口为直筒型浸入式水口，直筒型浸入式水口上端为碗口部，碗口部内径从上到下逐渐减小，并与下水口下端相连接，碗口部下端为直筒型浸入式水口本体，直筒型浸入式水口本体内径处处相等，直筒型浸入式水口与结晶器内钢液表面接触处设有渣线部。

[0026] 作为本发明优选的方案，所述的H型坯结晶器一侧翼缘三角区中心点处设有浇铸口，所述的浸入式水口自由端置于浇铸口内进行浇铸，H型坯结晶器包括内弧宽面铜板、外弧宽面铜板、靠近浇铸口一侧窄面铜板、远离浇铸口一侧窄面铜板。

[0027] 作为本发明优选的方案，一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置的使用方法，包括以下步骤：

[0028] A、将超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置进行连接和组装；

[0029] B、移动超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，将装置的浸入式水口自由端由浇铸口上端插入结晶器内；

[0030] C、根据流量和生产需要，调整塞棒开启度，同时使用进气孔向上水口和下水口的连接处，由外向内通入惰性气体，开始浇铸；

[0031] D、更换中间包时，使用液压缸更换盲眼下水口(即不开孔的下水口)进行堵流，并重复步骤A、步骤B、步骤C。

[0032] 3.有益效果

[0033] 相比于现有技术，本发明的有益效果为：

[0034] (1)本发明的超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，其采用塞棒+上水口+吹气套筒+下水口+直筒型浸入式水口的配合，在上水口和下水口之间增加了吹气套筒，向钢流吹入一定气压的惰性气体，通过气泡群的上浮，减轻了钢流到结晶器内的冲击力，不仅可以提高生产操作安全性，而且减轻了翼缘单点非平衡浇铸时钢水流场和温度场分布的不对称性，以及稳定了结晶器液面波动，不仅实现了钢水从中间包到结晶器之间的全保护浇铸，实现起来简单，成本低，同时可操作性较强，安全可靠，可以用来生产含铝钢，同时该工艺也可以推广到其他含易氧化元素等高级别异型坯钢种的生产；

[0035] (2)本发明的超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，其中套筒上的进气孔的数量为两个以上时，相邻两进气孔中心线形成的夹角相等，可以确保进气的均匀性，使得套筒内的钢流受力均衡；

[0036] (3)本发明的超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，套筒的进气孔内惰性气体压力范围在0.1-0.35MPa，在该压力范围内，钢流可以顺畅流下，不会造成钢流的堵塞，同时该压力范围内可以保证钢流的氛围环境，减少铝的氧化；

[0037] (4)本发明的超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，其上水口为漏斗形，上端与塞棒接触处口径大，下端与下水口连接处口径小，上水口嵌套在座砖内侧；大内径的直筒型水口，钢水流量大。

附图说明

[0038] 以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

[0039] 图1为本发明具体实施方式的H型异型坯横截面结构尺寸(mm)；

[0040] 图2为本发明超薄大规格含铝钢异型坯翼缘单点非平衡浇铸工艺装置示意图；

[0041] 图3为图2中A-A截面剖面图；

[0042] 图4为异型坯翼缘单点非平衡浇铸结晶器俯视图。

[0043] 附图中：

[0044] 1、中间包；2、塞棒；3、上水口；4、座砖；5、下水口；6、浸入式水口；7、结晶器；8、套筒；9、进气孔。

具体实施方式

[0045] 下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

[0046] 下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。

[0047] 针对超薄大规格含铝钢异型坯连铸的工艺方法，其主要包括钢水从中间包1到结晶器7浇铸使用的一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置及使用方法，和非平衡保护浇铸装置及使用方法相配套的安全生产操作方法、适应的工艺参数范围、非对称的结晶器冷却工艺以及非对称保护渣多点布料工艺。

[0048] (1)钢水从中间包1到结晶器7浇铸使用的一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置及使用方法。

[0049] 如图2所示，一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，包括中间包1、塞棒2、上水口3、座砖4、下水口5、浸入式水口6、H型坯结晶器7、套筒8以及进气孔9；塞棒2置于中间包1内出口处，塞棒2下端设有座砖4，上水口3与中间包1连接，并且用座砖4固定，上水口3下端连接有下水口5，上水口3与下水口5连接处设有套筒8，套筒8中间设有进气孔9，进气孔9的数量为一个以上，并由套筒8的外部通向上水口3和下水口5的连接处内部，下水口5下端连接有浸入式水口6，上水口3、套筒8和下水口5形成一个钢流通道。浸入式水口6位于H型坯结晶器7一侧翼缘三角区中心。

[0050] 其中，中间包1为异型坯的T型多流中间包1，每一流设置两个钢水出口，两个出口间距根据下部的异型坯断面来确定，每流单点浇铸时只使用一个钢水出口进行浇铸，另一钢水出口留作备用；可实现多流同时连铸，在一侧的钢水出口出现故障或损坏，可更换至同一流的另一侧钢水出口进行浇铸，不影响连铸的进行，方便生产。塞棒2置于中间包1内出口处，通过控制塞棒2的开启度，实现对中间包1出口到结晶器7钢水流量的控制，通过塞棒2的自动调控，可实现钢水流量的自动控流，方便简单，安全易实行。

[0051] 上水口3为漏斗形，上端与塞棒2接触处口径较大，下端与下水口5连接处口径较小，上水口3嵌套在座砖4内侧；座砖4用来固定上水口3。相比较于翼缘处两点浇铸的方法，翼缘处单点非平衡保护浇铸钢水流量大，塞棒2断棒、掉头等失控状态下使用堵锥等简易工具无法堵流，存在较大的生产隐患。为此，在上水口3下部设置了套筒8和下水口5。套筒8内设置有进气孔9，进气孔9的数量为两个以上时，相邻两进气孔9中心线形成的夹角相等；套筒8不但起到固定和密封上水口3和下水口5的作用，而且进气孔9内通入一定压力的惰性气体(如氩气)，通过气泡群的上浮，减轻了钢水的冲击力。

[0052] 下水口5的更换采用液压缸，塞棒2失控时使用液压缸更换盲眼下水口5进行堵流，大大提高了生产操作安全性。浸入式水口6为直筒型浸入式水口，直筒型浸入式水口上端为碗口部，碗口部内径从上到下逐渐减小，并与下水口5下端相连接，碗口部下端为直筒型浸入式水口本体，直筒型浸入式水口本体内径处处相等，直筒型浸入式水口与结晶器7内钢液表面接触处设有渣线部；设计简单，成本低，但钢流的冲击深度大，带有进气孔9的套筒8增加，正好可以减小钢流冲击深度。

[0053] 随着套筒8进气的压力增加，冲击深度有显著的减小，但同时结晶器7液面波动也增大，所以结合现场实验专门针对超薄大规格异型坯单点浇铸和直筒型水口，进气孔9为一个以上，当进气孔9为两个以上时，相邻两进气孔9中心线形成的夹角相等。进气孔9处于工作状态时，需向上水口3和下水口5的连接处内部通入一定压力的惰性气体，气体压力范围在0.1-0.35MPa。

[0054] H型坯结晶器7为全弧形结晶器，弧形半径为11.8m，结晶器7一侧翼缘中心点处设有浇铸口，浸入式水口6自由端置于浇铸口内进行浇铸，结晶器7由内弧宽面铜板、外弧宽面铜板、靠近浇铸口一侧窄面铜板、远离浇铸口一侧窄面铜板组成，采用水槽冷却，铜板基体材质为Cu-Ag，表面设置0.1mmCr镀层，窄面铜板锥度小于1.0％/m,铜板长度约为0.8m。

[0055] 针对超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置的使用方法，包括以下步骤：

[0056] A、将超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置进行连接和组装；

[0057] B、移动超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，将装置的浸入式水口6自由端由浇铸口上端插入结晶器7内；

[0058] C、根据流量和生产需要，调整塞棒2开启度，同时使用进气孔9向上水口3和下水口5的连接处，由外向内通入惰性气体，开始浇铸；

[0059] D、更换中间包1时，使用液压缸更换盲眼下水口5进行堵流，并重复步骤A、步骤B、步骤C。

[0060] (2)配套的安全生产操作方法

[0061] 考虑到超薄大断面含铝钢异型坯单点非平衡浇铸可能存在更大的安全风险，在生产操作方法上也做了设计优化，具体包括塞棒2中间包1的准备和烘烤、开浇方法和塞棒2中间包1全保护浇铸生产事故预案。

[0062] 塞棒2中间包1的准备：①检查工作层的使用情况，工作面不准有裂纹、脱落现象，中间包1溢流口不得堵塞；②检查塞棒2的安装情况，塞棒2与连接螺杆之间的紧固螺母必须上紧，不得松动，塞棒2与螺杆无变形扭曲，塞棒2无裂纹、掉片，棒头部位必须圆滑；③塞棒2与螺杆的连接处用耐火泥密封好。

[0063] 塞棒2中间包1的烘烤，要在开浇前对中间包1烘烤至少3.5小时，中火烘烤至少0.5小时，大火烘烤至少2.5小时；开浇前对浸入式水口6烘烤至少1.0小时，并对上水口3进行抽风烘烤，开浇前中包工作层温度≥1000℃，并且确保中间包1、水口碗口部、水口烘烤效果良好。

[0064] 开浇方法包括：①大包开浇后1分钟，中间包1多个铸流同时开始浇铸，出苗时间控制在40-50秒，手动控制好塞棒2开启度，保证结晶器7内钢水液面稳定(液面稳定即为液面波动小于5mm)、并缓慢上升，防止结晶器7内钢水液面上升过快，同时防止塞棒2关死而造成冻眼无流(钢水无法流入结晶器7内)。

[0065] ②当结晶器7内钢水液面没过浸入式水口6底部，向结晶器7内加入保护渣，浇铸过程中保护渣要良好覆盖结晶器7内钢水液面，保护渣渣层厚度需要控制在40-55mm范围内，保护渣液渣层需要控制在6-8mm范围内。

[0066] ③启动拉速0.4m/min，液面稳定后将拉速缓慢提至0.6-0.7m/min，开始安装电动缸(电动缸为结晶器7震动脱模提供动力)，确认电动缸安装牢固后，调整设定液位与实际液面相平时，结晶器7内液面控制由转为自动控制状态。当结晶器7内钢水温度适宜、液渣层达到要求时，拉速提升至最终稳定拉速范围内。拉速在提升的过程中每分钟按照0.2m/min拉速提升。提升拉速之前必须将大渣条清理干净、确保结晶器7内钢水液面稳定等情况下再缓慢提拉速。

[0067] 塞棒2中间包1全保护浇铸生产事故预案包括：①塞棒2失控时，迅速摘下浸入式水口6，用堵锥堵流，中间包1下堵球、铝条，无法堵塞则立即停浇开走中间包1车。

[0068] ②浇铸装置漏钢时，连铸装置由自动控制状态转为手动控制状态，并关闭塞棒2，该流停止浇铸。

[0069] ③浇铸过程中铸坯拉不动时，该流拉钢工立即摆槽处理，如果2min内恢复正常，则继续浇铸，否则立刻将该流停止浇铸。

[0070] ④浸入式水口6套眼时，塞棒2控制装置需转手动控制状态控制塞棒2，并根据结晶器7内液面情况确定拉速，保持结晶器7内液面稳定，若拉速降至0.8m/min时液面还不稳定应采取换水口处理，换水口无效时将拉速降至0.7m/min，10min内结晶器7内液面仍不稳定应立即停浇。

[0071] ⑤结晶器7液面失控时，塞棒2控制装置立即转手动控制状态，并调节塞棒2的开启度，缓慢调整液面，及时挑出大的渣条，并注意铸坯的拉动情况。

[0072] ⑥结晶器7坯壳粘结时，连铸装置立即转手动控制状态，关闭塞棒2，拉速回零，然后缓慢给拉速0.4m/min，观察铸坯是否能拉动，若铸坯可拉动，保持拉速2分钟，液面、液渣层正常后，拉速方可提至正常拉速；若铸坯2分钟后不可拉动，该流停止浇铸。

[0073] ⑦液面突然上升或下降或波动过大时，立即降低拉速至0.4m/min，观察铸坯是否能拉动，及时挑出渣条，加入保护渣，缓慢调整好液面至设定高度，并缓慢调节拉速至设定拉速。

[0074] (3)匹配的拉速、过热度、浸入式水口6内径和插入深度最佳工艺参数范围[0075] 通过数值模拟和水模型实验方法结合对不同工艺参数下的异型坯结晶器7流动(流场和液面波动)、传热和凝固行为进行研究，从得到的流场、温度场、凝固坯壳、结晶器7液面波动情况、结晶器7液面特征点和出口特征点的示踪剂刺激响应曲线等数据，对比分析不同工艺参数下的冲击深度、涡心高度、注流钢水回旋到达液面和出口的响应时间、卷渣情况、温度分布均匀性、凝固坯壳生产的均匀性等，以此来评价结晶器7流场和温度场的好坏，从而确定了工艺参数范围：浸入式水口6插入深度为55-65mm，过热度为15-30℃，铸坯最终稳定拉速为0.85-0.9m/min，浸入式水口6内径为35-45mm，浸入式水口6外径为75-85mm。

[0076] (4)非对称的结晶器冷却工艺

[0077] 根据超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸的特点，以及全弧形结晶器设备和工艺特性，并依据现有的结晶器冷却工艺不能适应单点非平衡保护浇铸的原因，重新对结晶器冷却工艺进行了设计来优化结晶器冷却工艺，适应生产。在实际浇铸过程中，单水口在异型坯一侧翼缘处三角区浇铸时，铸流对靠近浇铸口一侧窄面和宽面外弧坯壳冲刷严重，易导致局部坯壳薄，发生漏钢等生产事故。为了应对上述的状况，需要根据实际需要加强靠近浇铸口一侧的窄面结晶器冷却，并同时对宽面外弧也加强冷却。

[0078] 为了加强对靠近浇铸口一侧窄面和宽面外弧坯壳的冷却，通过合理的分析和计算，对结晶器7四个面铜板采用分开冷却的方式，改变结晶器铜板不同面铜板的冷却需求。由于浇铸过程中使用全弧形异型坯结晶器，全弧形异型坯结晶器由四块铜板组成，四块铜板分别为内弧宽面铜板、外弧宽面铜板、靠近浇铸口一侧窄面铜板、远离浇铸口一侧窄面铜板，四个面通入的冷却水量分别是：外弧宽面铜板冷却水量为2500-2700L/min，内弧宽面铜板冷却水量为2000-2200L/min，靠近浇铸口一侧窄面铜板冷却水量为1100-1300L/min，远离浇铸口一侧窄面铜板冷却水量为850-950L/min。为方便了解结晶器铜板的冷却状况，在结晶器7四个面冷却水进口和出口处分别设置有温度检测装置，温度检测装置可以采用温度传感器或者是热电偶，用于检测冷却水进口处和出口处的水温；同时为了确保结晶器7冷却的效果，结晶器7四个面铜板得到有效的传热，结晶器7同一面的冷却水出口与冷却水进口水温差值保持在5.5-6.5℃。结晶器7进水温度控制在35-40℃之间，进水温度由自动控温的设备保证。

[0079] (5)非对称保护渣多点布料工艺

[0080] 结晶器7内使用的保护渣，对结晶器7内流场、温度场和凝固坯壳均匀性生长有很大影响，根据含铝钢和超薄大规格异型坯单点非平衡浇铸工艺对结晶器保护渣的影响。在结晶器7内，由于结晶器7内的温度场和流场的不均匀，使得保护渣的消耗是不均匀的，浇铸点处保护渣消耗较慢，非浇铸点保护渣消耗较快，由于不同部位的保护渣消耗量不同，使得保护渣层的液渣层厚度也不一样，不利于坯壳连续均匀稳定的凝结。

[0081] 为了减轻单点非平衡保护浇铸时结晶器流场、温度场不均匀对保护渣液渣厚度、消耗量的影响，提出一种适合含铝钢和超薄大规格异型坯的非对称保护渣多点布料工艺：正常保护渣渣层厚度一般在40-50mm，采用翼缘单点非平衡保护浇铸装置“塞棒2+上水口3+吹气套筒8+下水口5+直筒型浸入式水口6”生产工艺时，非浇铸点部位，钢水温度低，渣面易结壳，保护渣渣层厚度控制在55-65mm范围内，浇铸点部位为加快保护渣消耗，保护渣渣层厚度控制在35-45mm范围内，液渣层控制在6-8mm。

[0082] 实施例1

[0083] 本实施例中的连铸机为H型断面异型坯，三机三流，浇铸H型异型坯断面尺寸为1024mm×390mm×90mm，具体结构如图1所示；该异型坯腹板厚度90mm是目前国内腹板厚度最薄的异型坯，宽度1024mm属于大断面异型坯，对于这种宽厚比非常大的断面，且断面形状又非常复杂，同时浇铸含铝(0.015％-0.060％)的油气工厂项目用钢C345系列钢种，在采用双水口敞开和保护浇铸不可能实现、腹板太薄腹板中心单水口浇铸不可能的情况下，采用本发明提出的异型坯翼缘一侧三角区单点非平衡浇铸装置和方法，该连铸机可安全稳定、批量生产出质量合格的超薄大断面异型坯。连铸生产该异型坯所使用的结晶器7如图4所示，结晶器7为全弧形结晶器，在全弧形结晶器一侧翼缘处留有浇铸口，并对该异型坯进行单点非平衡保护浇铸。

[0084] 如图2、图3所示，一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，包括中间包1、塞棒2、上水口3、座砖4、下水口5、浸入式水口6和H型坯结晶器7，塞棒2置于中间包1内出口处，塞棒2下端设有座砖4，上水口3与中间包1连接，且由座砖4固定，上水口3下端连接有下水口5，下水口5下端连接有浸入式水口6，还包括呈中空的套筒8，套筒8设置在上水口3与下水口5之间，上水口3、套筒8和下水口5形成一个钢流通道，套筒8上均布有4个进气孔9，进气孔9与钢流通道连通。进气孔9处于工作状态时，需向钢流通道通入0.2MPa的惰性气体。浸入式水口6位于H型坯结晶器7一侧翼缘三角区中心。

[0085] 针对超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置的使用方法，包括以下步骤：

[0086] A、将超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置进行连接和组装；

[0087] B、移动超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，将装置的浸入式水口6自由端由浇铸口上端插入结晶器7内；

[0088] C、根据流量和生产需要，调整塞棒2开启度，同时使用进气孔9向上水口3和下水口5的连接处，由外向内通入惰性气体，开始浇铸；

[0089] D、更换中间包1时，使用液压缸更换盲眼下水口进行堵流，并重复步骤A、步骤B、步骤C。

[0090] 基于上述保护单点非平衡保护浇铸的装置和方法的一种超薄大规格含铝钢异型坯的连铸生产方法的过程为：

[0091] a、检查塞棒2和中间包1是否满足工作要求，并确定工艺参数：直筒型浸入式水口插入深度为60mm，浸入式水口6渣线部设置在距离浸入式水口6底部60mm处，过热度为25℃，铸坯最终稳定拉速为0.87m/min，浸入式水口6内径为40mm，浸入式水口6外径为80mm；和明确相关的生产事故预案。

[0092] b、开始浇铸前对塞棒2和中间包1烘烤3.5小时，其中对中间包1中火烘烤0.5小时，大火3.0小时烘烤，对浸入式水口6烘烤1.0小时，并对上水口3进行抽风烘烤，在开始浇铸前中间包1工作层温度为1100℃；烘烤结束后将非平衡保护浇铸装置连接好，浸入式水口6插入结晶器7浇铸口内。

[0093] c、大包开始浇铸1分钟，中间包1多个铸流同时开始浇铸，调整塞棒2开启度，出苗时间为45秒，铸坯启动拉速为0.4m/s。

[0094] d、对结晶器7的四个面分别通入冷却水进行冷却，四个面的冷却水量分别为：外弧宽面铜板冷却水量为2600L/min，内弧宽面铜板冷却水量为2100L/min，靠近浇铸口一侧窄面铜板冷却水量为1200L/min，远离浇铸口一侧窄面铜板冷却水量为900L/min；结晶器进水温度为37℃；结晶器同一面的冷却水出口与冷却水进口水温差值保持在6.0℃。

[0095] e、结晶器7内钢水液面没过浸入式水口6底部时，通过非对称的多点布料工艺向结晶器7内加入保护渣；非浇铸点部位保护渣渣层厚度为60mm，浇铸点部位保护渣渣层厚度为40mm；结晶器7内保护渣液渣层要求厚度为7mm。

[0096] f、结晶器7内液面波动小于5mm时，提升铸坯拉速至0.65m/min，并开始安装电动缸，当设定液面与实际液面相平时，结晶器7液面的控制转为自动控制状态，并将拉速提升至铸坯最终稳定拉速值。

[0097] 以上提到的本实施例中的单点非平衡浇铸装置和方法在连铸现场进行了98炉次批量生产，共1.2万吨，生产过程控制稳定，未出现漏钢等生产事故，而且轧材质量正常，性能检测良好，满足油气工厂项目用钢质量、性能要求。

[0098] 实施例2

[0099] 本实施例与实施例1装置的结构和使用方法以及连铸方法相同，不同之处在于通过选取不同的数值对本发明进行解释说明并提供依据。

[0100] 一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，包括中间包1、塞棒2、上水口3、座砖4、下水口5、浸入式水口6和H型坯结晶器7，塞棒2置于中间包1内，塞棒2下端设有座砖4，上水口3与中间包1连接，且由座砖4固定，上水口3下端连接有下水口5，下水口5下端连接有浸入式水口6，还包括呈中空的套筒8，套筒8设置在上水口3与下水口5之间，上水口3、套筒8和下水口5形成一个钢流通道，套筒8上均布有3个进气孔9，进气孔9与钢流通道连通。进气孔9处于工作状态时，需向钢流通道通入0.1MPa的氩气。浸入式水口6位于H型坯结晶器7一侧翼缘三角区中心。

[0101] 针对超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置的使用方法，包括以下步骤：

[0102] A、将超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置进行连接和组装；

[0103] B、移动超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，将装置的浸入式水口6自由端由浇铸口上端插入结晶器7内；

[0104] C、根据流量和生产需要，调整塞棒2开启度，同时使用进气孔9向上水口3和下水口5的连接处，由外向内通入惰性气体，开始浇铸；

[0105] D、更换中间包1时，使用液压缸更换盲眼下水口进行堵流，并重复步骤A、步骤B、步骤C。

[0106] 基于上述保护单点非平衡保护浇铸的装置和方法的一种超薄大规格含铝钢异型坯的连铸生产方法的过程为：

[0107] a、检查塞棒2和中间包1是否满足工作要求，并确定工艺参数：直筒型浸入式水口插入深度为55mm，浸入式水口6渣线部设置在距离浸入式水口6底部55mm处，过热度为15℃，铸坯最终稳定拉速为0.85m/min，浸入式水口6内径为35mm，浸入式水口6外径为75mm；和明确相关的生产事故预案。

[0108] b、开始浇铸前对塞棒2和中间包1烘烤4小时，其中对中间包1中火烘烤1.0小时，大火3.0小时烘烤，对浸入式水口6烘烤1.5小时，并对上水口3进行抽风烘烤，在开始浇铸前中间包1工作层温度为1150℃；烘烤结束后将非平衡保护浇铸装置连接好，浸入式水口6插入结晶器7浇铸口内。

[0109] c、大包开始浇铸1分钟，中间包1多个铸流同时开始浇铸，调整塞棒2开启度，出苗时间为50秒，铸坯启动拉速为0.4m/s。

[0110] d、对结晶器7的四个面分别通入冷却水进行冷却，四个面的冷却水量分别为：外弧宽面铜板冷却水量为2500L/min，内弧宽面铜板冷却水量为2000L/min，靠近浇铸口一侧窄面铜板冷却水量为1100L/min，远离浇铸口一侧窄面铜板冷却水量为850L/min；结晶器进水温度为35℃；结晶器同一面的冷却水出口与冷却水进口水温差值保持在5.5℃。

[0111] e、结晶器7内钢水液面没过浸入式水口6底部时，通过非对称的多点布料工艺向结晶器7内加入保护渣；非浇铸点部位保护渣渣层厚度为55mm，浇铸点部位保护渣渣层厚度为35mm；结晶器7内保护渣液渣层要求厚度为6mm。

[0112] f、结晶器7内液面波动小于5mm时，提升铸坯拉速至0.60m/min，并开始安装电动缸，当设定液面与实际液面相平时，结晶器7液面的控制转为自动控制状态，并将拉速提升至铸坯最终稳定拉速值。

[0113] 实施例3

[0114] 本实施例与实施例1装置的结构和使用方法以及连铸方法相同，不同之处在于通过选取不同的数值对本发明进行解释说明并提供依据。

[0115] 一种超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，包括中间包1、塞棒2、上水口3、座砖4、下水口5、浸入式水口6和H型坯结晶器7，塞棒2置于中间包1内，塞棒2下端设有座砖4，上水口3与中间包1连接，且由座砖4固定，上水口3下端连接有下水口5，下水口5下端连接有浸入式水口6，还包括呈中空的套筒8，套筒8设置在上水口3与下水口5之间，上水口3、套筒8和下水口5形成一个钢流通道，套筒8上对称设有2个进气孔9，进气孔9与钢流通道连通。进气孔9处于工作状态时，需向钢流通道通入0.35MPa的按照体积比1:1的氦气与氩气。浸入式水口6位于H型坯结晶器7一侧翼缘三角区中心。

[0116] 针对超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置的使用方法，包括以下步骤：

[0117] A、将超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置进行连接和组装；

[0118] B、移动超薄大规格含铝钢异型坯的单点非平衡保护浇铸装置，将装置的浸入式水口6自由端由浇铸口上端插入结晶器7内；

[0119] C、根据流量和生产需要，调整塞棒2开启度，同时使用进气孔9向上水口3和下水口5的连接处，由外向内通入惰性气体，开始浇铸；

[0120] D、更换中间包1时，使用液压缸更换盲眼下水口进行堵流，并重复步骤A、步骤B、步骤C。

[0121] 基于上述保护单点非平衡保护浇铸的装置和方法的一种超薄大规格含铝钢异型坯的连铸生产方法的过程为：

[0122] a、检查塞棒2和中间包1是否满足工作要求，并确定工艺参数：直筒型浸入式水口插入深度为65mm，浸入式水口6渣线部设置在距离浸入式水口6底部65mm处，过热度为30℃，铸坯最终稳定拉速为0.90m/min，浸入式水口6内径为45mm，浸入式水口6外径为85mm；和明确相关的生产事故预案。

[0123] b、开始浇铸前对塞棒2和中间包1烘烤4.5小时，其中对中间包1中火烘烤1.0小时，大火3.5小时烘烤，对浸入式水口6烘烤1.5小时，并对上水口3进行抽风烘烤，在开始浇铸前中间包1工作层温度为1180℃；烘烤结束后将非平衡保护浇铸装置连接好，浸入式水口6插入结晶器7浇铸口内。

[0124] c、大包开始浇铸1分钟，中间包1多个铸流同时开始浇铸，调整塞棒2开启度，出苗时间为40秒，铸坯启动拉速为0.4m/s。

[0125] d、对结晶器7的四个面分别通入冷却水进行冷却，四个面的冷却水量分别为：外弧宽面铜板冷却水量为2700L/min，内弧宽面铜板冷却水量为2200L/min，靠近浇铸口一侧窄面铜板冷却水量为1300L/min，远离浇铸口一侧窄面铜板冷却水量为950L/min；结晶器进水温度为40℃；结晶器同一面的冷却水出口与冷却水进口水温差值保持在6.5℃。

[0126] e、结晶器7内钢水液面没过浸入式水口6底部时，通过非对称的多点布料工艺向结晶器7内加入保护渣；非浇铸点部位保护渣渣层厚度为65mm，浇铸点部位保护渣渣层厚度为45mm；结晶器7内保护渣液渣层要求厚度为8mm。

[0127] f、结晶器7内液面波动小于5mm时，提升铸坯拉速至0.70m/min，并开始安装电动缸，当设定液面与实际液面相平时，结晶器7液面的控制转为自动控制状态，并将拉速提升至铸坯最终稳定拉速值。

[0128] 以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。