一种连铸过程中的板坯角部加热器
技术领域
本实用新型属于金属连铸技术领域，具体涉及一种连铸过程中的板坯角部加热器，特别适用于高品质钢智能化连续铸轧过程中的板坯角部在线连续感应加热。
背景技术
随着工业技术的不断发展，人们对钢材质量的要求不断提高，为了满足市场需要，促进科技发展，连铸技术需要不断地创新、发展、突破。中国钢铁工业处在从大起来到强起来的大变革之中，社会各项事业的高速发展呼唤钢铁企业高品质钢时代的来临。高品质钢材的典型特征是：成分一致、组织均匀、性能稳定。目前，世界范围内，99%以上的钢铁产品生产是通过连铸实现的。但是，连铸过程中铸坯角部温度过低导致铸坯质量下降的问题一直没有得到很好的解决。连铸过程中，铸坯在结晶器和二冷区中由于剧烈冷却，发生凝固和坯壳温度下降。由于角部的二维传热效应，其边缘温度较板坯中间温度有明显的下降。一般来说，在矫直机前，距离铸坯边部50mm处大约有150～200℃的温降，其实际温度可能低于900℃，严重影响了铸坯的塑性。对于厚板坯和精钢等高等级钢材，矫直以前在热应力和机械应力的联合作用下，原本脆弱的铸坯角部在矫直过程中，会进一步加重裂纹产生的条件，致使后面的热轧工序产品质量恶化，成材率下降。现代连铸生产工艺经常采用动态轻压下工艺来改善板坯的中心疏松和缩孔，此时如果角部温度过低，角部的裂纹倾向也会进一步加剧。另外板坯凝固末端呈现“W”状，极易出现三角区裂纹，不利于实现凝固末端轻压下工艺。如果在轻压下之前在线对板坯进行加热，将均匀板坯三角区部分温度，消除三角区裂纹，从而为轻压下工艺的实施提供良好的前提条件。
对于较厚的铸坯来说，由于轻压下技术的压下能力小，铸坯芯部得不到轻压下带来的压缩挤压，芯部疏松、偏析得不到改善，甚至出现分层，严重制约了厚坯的轧制后的板材质量。于是冶金界专家基于动态轻压下的作用原理，提出高品质钢智能化铸轧技术的开发应用。而制约高品质钢连续铸轧技术的瓶颈仍然是铸坯角部温度过低和三角区裂纹，此时如果在铸轧之前施以在线角部感应加热则可以解决这一问题。
目前，对于厚板坯角部连铸过程中温度过低所引起的质量问题，只能被动处理。如采用被动式热屏蔽技术，在二冷区冷却水要远离角部，同时对角部进行保温隔热，这样可能减小角部温度下降，但是角部温度仍然低于板坯其他部分温度，一般仍然低于900℃。另外一种方式是连铸后对连铸坯进行角部切削，但这会降低成材率，造成加工成本、人工成本巨大。
若对板坯角部进行主动补偿加热，使整个板坯温度得到一定的提升，将直接改善最板坯的性能。目前主动补偿加热技术主要有燃气烧嘴加热和电磁感应加热两种方式。燃气烧嘴加热为传统的加热方式，存在诸多缺陷，而电磁感应加热可以避免这些缺陷，因此电磁感应加热是完成连铸板坯的角部补热是一种比较合理的方式。连铸坯电磁感应加热技术就是在连铸机辊道上放置若干组感应加热器，通入中高频交流电。当板坯在辊道上运动并穿过感应加热器时，在板坯表面会产生感应电势，从而感应出涡流电流， 通过涡流产生的热量达到对板坯角部的加热目的。
目前电磁感应加热器主要应用于连铸连轧（直轧）过程中的中间坯的边部补偿加热，其名称一般叫电磁感应型边部加热器。电磁感应型边部加热器，是近二三十年发展起来的新技术。这种边部加热器在国外普遍使用，效果很好，加热温度可以调节，适用于各类钢种。日本、韩国新建热带轧机大部分都设置了带坯边部感应加热器。国内中钢、台中钢、大陆宝钢以及太钢均有这种边部加热器。电磁感应式边部加热器主要有U型和C型两种，供应商主要有法国的达涅利·罗德瑞克(ROTELEC)公司和日本的TMEIC公司。现在主要用的是C型。
目前的带坯边部感应加热器只适用于加热连铸连轧中间坯，不适用于加热连铸坯。带坯边部感应加热器的加热方式属于穿透型加热，工件的厚度通常在40mm以下，对于厚度在160mm～700mm的厚板坯很难实现，并不适用。国内专利号为CN201420119484.7的实用新型和CN201710011781.8实用新型专利，只适用于钢卷、板带材等中间坯的边部加热，但不适用于连铸过程中的板坯的角部加热。目前，有关连铸和连续铸轧过程中对板坯角部加热的应用还未见报道。
实用新型内容
本实用新型的目的之一是提供一种连铸过程中的板坯角部加热器及加热方法，以便解决板坯角部无法加热的问题。
本实用新型的目的之一是提供一种连铸过程中的板坯角部加热器，以便解决板坯角部均匀板坯温度加热的问题。
为此，本实用新型的目的是这样实现的，一种连铸过程中的板坯角部加热器，至少包括，E字型铁芯，所述E字型铁芯包括三条水平柱，分别是上下相对的水平边柱和两个水平边柱之间的中心柱，所述E字型铁芯的两个水平边柱分别向彼此相对的内侧垂直突出延伸，形成与水平边柱呈直角的竖直臂，所述竖直臂上绕制第一线圈，中心柱上绕制着第二线圈；所述E字型铁芯上连接着冷却系统；
所述E字型铁芯外围罩着一层外壳，第一线圈、第二线圈和冷却系统均在外壳内，所述外壳在由中心柱的端面、两个竖直臂的端面组成的空间内向内凹陷形成匚型凹槽，匚型凹槽内嵌用于通过板坯的匚型的隔热板，隔热板的上下两个水平板与外壳连接。
所述E字型铁芯的第一线圈和第二线圈在通电后，第一线圈所在的上下两个磁极极性相同，第二线圈所在的磁极极性与第一线圈相反。
所述冷却系统由冷却铜板和冷却铜管组成，E字型铁芯由若干层高性能硅钢片叠制而成，若干层高性能硅钢片均匀间隔插入一片冷却铜板，多根冷却铜管排布在E字型铁芯的水平边柱和竖直臂的外侧面，冷却铜管与冷却铜板接触并通过冷却水为其降温。
所述冷却铜管内流动的冷却水的水压为0.3-0.5MPa。
所述E字型铁芯的第一线圈和第二线圈在通电后，第一线圈所在的上下两个磁极极性相同，第二线圈所在的磁极极性与第一线圈相反。
所述第一线圈的匝数为50匝，第二线圈的匝数为100匝。
所述中心柱的长度比水平边柱短。
所述外壳的竖直背面安装着用于连接扇形段的底座。
所述第一线圈和第二线圈均采用内水冷矩形电磁线绕制而成，冷却铜板为紫铜板，隔热板采用不导磁、不导电、耐热且可被磁力线穿过的陶瓷材料制成，匚型的隔热板与匚型凹槽重叠，且开口方向一致。
本实用新型的有益效果：本实用新型通过在连铸机扇形段安装至少一对板坯角部加热器，在扇形段安装板坯角部加热器的位置拆除一列支承辊，两个板坯角部加热器关于板坯长度方向的中心线相对而设，第一线圈和第二线圈通电，E字型铁芯的上中下三个磁极产生的磁力线穿过板坯角部并只对板坯角部加热，板坯通过匚型的隔热板并与隔热板不接触，同时冷却铜管内流动的冷却水通过冷却铜板对E字型铁芯进行降温，将E字型铁芯产生的热量带走。
本实用新型针对连铸和连续铸轧过程中矫直和压下的要求，对板坯在矫直前和连续铸轧前进行角部加热，可以均匀板坯温度，改善板坯塑性，提高板坯质量，角部温度提高到900度以上，在铁碳相图上，钢处于奥氏体相区，其热力学条件保证了塑性加工性能，抑制出现裂纹，具有良好的经济效益及应用前景。
以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
图1是角部加热器的正视结构示意图；
图2是角部加热器的俯视结构示意图；
图3是角部加热器通过板坯时的示意图；
图4是图3的俯视图。
附图标记说明：
1.冷却铜板；2.第一线圈；3.隔热板；4.第二线圈；5.E字型铁芯；6.冷却铜管；7.外壳；8.底座；9.板坯；10.支承辊；
501.水平边柱；502.中心柱；503.竖直臂。
具体实施方式
实施例1：
如图1和图2所示，一种连铸过程中的板坯角部加热器，包括E字型铁芯5，所述E字型铁芯5包括三条水平柱，分别是上下相对的水平边柱501和两个水平边柱501之间的中心柱502，其特征在于：所述E字型铁芯5的两个水平边柱501分别向彼此相对的内侧垂直突出延伸，形成与水平边柱501呈直角的竖直臂503，所述竖直臂503上绕制着第一线圈2，中心柱502上绕制着第二线圈4；所述E字型铁芯5上连接着冷却系统；所述E字型铁芯5外围罩着一层外壳7，第一线圈2、第二线圈4和冷却系统均在外壳7内，所述外壳7在由中心柱502的端面、两个竖直臂503的端面组成的空间内向内凹陷形成匚型凹槽，匚型凹槽内嵌用于通过板坯9的匚型的隔热板3，隔热板3的上下两个水平板与外壳7连接；所述E字型铁芯5的第一线圈2和第二线圈4在通电后，第一线圈2所在的上下两个磁极极性相同，第二线圈4所在的磁极极性与第一线圈2相反。外壳为无磁不锈钢304。
一种连铸过程中的板坯角部加热器的工作原理是：
第一线圈2、第二线圈4、E字型铁芯5和隔热板3组成了感应头，感应头是板坯角部加热器的核心部件，它主要用于产生高频磁场，对通过的板坯角部进行加热，具体地，当交流电通过感应头绕在铁芯上的线圈会产生一个穿过板坯角部的交变磁场，此交变磁场从而在角部中感应涡电流，涡电流会产生热量，从而加热板坯角部，使其温度升高，达到温度补偿的目的。
板坯角部加热器的工作过程是：
在连铸机扇形段安装至少一对板坯角部加热器，在扇形段安装板坯角部加热器的位置拆除一列支承辊10，两个板坯角部加热器关于板坯9沿长度方向的中心线相对而设，第一线圈2和第二线圈4通电，E字型铁芯5的上中下三个磁极产生的磁力线穿过板坯9角部并只对板坯角部加热，板坯通过匚型的隔热板3并与隔热板3不接触，同时冷却系统对E字型铁芯5进行降温，将E字型铁芯5产生的热量带走。
与现有的中间坯边部加热器相比，本实用新型的板坯角部加热器形状为E型，除了上下两个磁极外，侧面还有一个更大的磁极，而中间坯边部加热器只有上下两个磁极，形状为C型，中间坯边部加热器上下磁极极性相反，磁力线穿过整个中间坯厚度，而板坯用角部加热器，上下磁极极性相同，而与侧面磁极极性相反，磁力只穿过板坯角部。所以，板坯用角部加热器只对板坯角部加热，而不用加热整个板坯厚度，更容易实现对板坯角部的快速加热。同时由于连铸时板坯的运动速度远小于中间坯的运动速度，这对于板坯在连铸过程的补偿加热实现提供了更好的条件，也可以降低加热器的功率，节约能耗。
因此，针对连铸和连续铸轧过程中矫直和压下的要求，本实用新型的连铸过程中的板坯角部加热器对板坯在矫直前和连续铸轧前进行角部加热，可以均匀板坯温度，改善板坯塑性，提高板坯质量，具有良好的经济效益及应用前景。
实施例2：
如图1和图2所示，在实施例1的基础上，所述冷却系统由冷却铜板1和冷却铜管6组成，E字型铁芯5由若干层高性能硅钢片叠制而成，为了解决铁芯发热的问题，若干层高性能硅钢片均匀间隔插入一片冷却铜板1，多根冷却铜管6排布在E字型铁芯5的水平边柱501和竖直臂503的外侧面，冷却铜管6与冷却铜板1接触并通过冷却水为其降温。
由于在工作状态下，线圈和铁芯本身都会发热，同时板坯也会辐射热量到感应头上，因此，考虑到低铜损、低铁损，在E字型铁芯5中加入了隔热板3的同时，又安装了冷却系统，具体地，作为优选，多根冷却铜管6排布在水平边柱501的上下两个相背的端面以及竖直臂503的外侧面，冷却铜管6内通冷却水，冷却铜管6与冷却铜板1接触，冷却水与冷却铜板1热交换，将铁芯产生的热量带走。
实施例3：
在实施例2的基础上，为了加速冷却和热交换，所述冷却铜管6内流动的冷却水的水压为0.3-0.5MPa。
实施例4：
在实施例1的基础上，所述E字型铁芯5的第一线圈2和第二线圈4在通电后，第一线圈2所在的上下两个磁极极性相同，第二线圈4所在的磁极极性与第一线圈2相反。由于上下两个磁极极性相同，而与中间磁极极性相反，磁力只穿过板坯角部，所以，板坯用角部加热器只对板坯角部加热，而不用加热整个板坯厚度，更容易实现对板坯角部的快速加热。
实施例5：
在实施例1或实施例4的基础上，作为优选，所述第一线圈2的匝数为50匝，第二线圈4的匝数为100匝。但并不局限于此，可以根据实际需要，调整线圈匝数。
实施例6：
如图1所示，在实施例1的基础上，所述中心柱502的长度比水平边柱501短。这样做的目的是为了将隔热板3放入由中心柱502的端面、两个竖直臂503的端面组成的空间内向内凹陷形成的匚型凹槽，匚型的隔热板3放入匚型凹槽内，且如图1所示，匚型的隔热板3的开口端面与E字型铁芯5的上下两个竖直臂503平齐，隔热板3既能耐受高温板坯的辐射加热，同时磁力线还能穿过它到达板坯角部，并对板坯角部进行感应加热。
实施例7：
在实施例1的基础上，所述外壳7的竖直背面安装着用于连接扇形段的底座8。底座8用于整个加热器的安装定位。
实施例8：
在实施例2的基础上，所述第一线圈2和第二线圈4均采用内水冷矩形电磁线绕制而成，冷却铜板1为紫铜板，隔热板3采用不导磁、不导电、耐热且可被磁力线穿过的陶瓷高维板材料制成，陶瓷高维板为现有材料，由高维陶瓷纤维棉和结合剂所制成的刚性并有自支撑强度的纤维隔热产品。匚型的隔热板3与匚型凹槽重叠，且开口方向一致。
冷却铜板1采用导热性能极好的紫铜板。隔热板3的作用非常关键，它直接受到高温板坯的辐射加热，同时磁力线还要穿过它到达板坯角部，并对板坯角部进行感应加热，而它本身不能被加热，所以它必须不导磁、不导电，耐热性能好，有一定的强度，经久耐用，使用寿命长，本实用新型的隔热板采用一种特殊的陶瓷材料制成，外壳7将加热器封闭起来，保护加热器，减小现场高温、灰尘等对加热器的影响。
实施例9：
一种连铸过程中的板坯角部加热器的加热方法：
如图3和图4所示，在连铸机扇形段安装至少一对板坯角部加热器，在扇形段安装板坯角部加热器的位置拆除一列支承辊10，两个板坯角部加热器关于板坯9长度方向的中心线相对而设，第一线圈2和第二线圈4通电，E字型铁芯5的上中下三个磁极产生的磁力线穿过板坯9角部并只对板坯角部加热，板坯通过匚型的隔热板3并与隔热板3不接触，同时冷却铜管6内流动的冷却水通过冷却铜板1对E字型铁芯5进行降温，将E字型铁芯5产生的热量带走。
需要特别说明的是，由于板坯在连续铸轧和矫直前靠密排辊支承，所以为了给加热器安装提供足够大的位置，需要在加热器安装位置拆掉一列支承辊，如图3和图4所示，这在实际生产中是允许的，例如板坯连铸末端电磁搅拌器安装也允许拆掉一列支承辊，这不会对连铸过程产生太大影响。在实际生产中加热器一般安装在铸轧机之前，但也不是绝对的，根据需要也可以在矫直前、矫直中。
板坯角部加热器必须成对安装，在辊道两侧至少安装一对匚型开口相对的板坯角部加热器，也可以安装两对，板坯9在辊道的带动下向前行走穿过匚型开口，当板坯9的角部穿过匚型的隔热板3时，由于上下磁极极性相同，而与中部磁极极性相反，磁力只穿过板坯角部，所以，板坯用角部加热器只对板坯角部加热，而不用加热整个板坯厚度，更容易实现对板坯角部的快速加热。
实施例10：
一种连铸过程中的板坯角部加热器的应用：所述板坯角部加热器用于对碳素结构钢板坯、优质碳素结构钢板坯、低合金结构钢板坯、特种钢板坯、硅钢板坯、不锈钢板坯的加热，加热的板坯厚度为160～700mm，宽度为700～3400mm，初始温度700～1000℃，使板坯距离边部50mm处的温度升高200℃。
目前的带坯边部感应加热器只适用于加热连铸连轧中间坯，不适用于加热连铸坯。带坯边部感应加热器的加热方式属于穿透型加热，对于厚板坯很难实现，并不适用，而本实用新型的板坯角部加热器可以加热的板坯厚度为160～700mm，解决了现有带坯边部感应加热器不能实现对厚板坯加热的问题。
综上所述，本实用新型提供的连铸过程中的板坯角部加热器和加热方法及其应用，采用E型角部加热器对板坯进行角部加热，该加热系统灵活性强，可适用于广泛钢种和坯型。板坯辊道两边各安装一至两个E型感应器，加热器频率200～500Hz ，电流200～400A，单个磁极的线圈匝数约为50匝，每个加热器的功率约为100KW。加热器对原有连铸机设计和工艺装备没有大的改动，独立安装，独立维修维护，使用和维护方便。
以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
