本发明属于冶金，涉及一种基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷装置及方法。
背景技术：
1、随着技术的进步和经济的发展，用户对钢铁产品质量性能的要求越来越高。在钢铁产品生产流程中，连铸坯的中心疏松、缩孔、偏析等内部质量缺陷是影响产品质量性能的关键因素，其控制尤为重要。电磁搅拌、轻压下、凝固末端强冷是控制铸坯内部质量的主要措施，其中，凝固末端强冷是一种通过在连铸坯凝固末端喷水强冷，改善铸坯内部质量的方法，具有对铸坯内部质量改善效果明显、设备简单、便于维护等诸多优点。然而，凝固末端强冷在应用时，因其作用位置靠近矫直区，且通过喷水强冷实现，容易引起角部裂纹和回温型内部裂纹的产生，该问题是限制凝固末端强冷广泛应用的主要因素。
2、目前，解决凝固末端强冷导致裂纹问题的主要措施为控制强冷位置和水量。申请号为202310826652.x的中国发明申请提出了一种连铸坯凝固末端强冷控制方法，该方法基于凝固末端强冷作用机理，具体方案为：强冷开始位置为连铸坯中心冷却速率0.2～0.6℃/s、强冷结束位置连铸坯中心固相率0.85～0.90、铸坯表面回温速率100℃/m以内、矫直区连铸坯表面温度大于钢的第三脆性温度区上限。采用上述方案能够有效控制角部裂纹和回温型内部裂纹的产生，且对连铸坯内部质量有一定程度的改善效果，但存在以下问题：为了控制表面回温速率在100℃/m以内、矫直区铸坯表面温度大于钢的第三脆性温度区上限，凝固末端强冷水量不能太大，强冷作用受到限制，导致对铸坯内部质量的改善效果有限，尤其是在低拉速、高二冷强度的生产工况下，改善效果极为有限。
3、综上所述，降低水量以控制裂纹产生，与提高水量以保证对铸坯内部质量的改善效果，是凝固末端强冷应用过程存在的主要矛盾。若能解决该矛盾，凝固末端强冷的应用将大幅提升。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷装置及方法，通过调整凝固末端强冷位置以控制回温型内部裂纹的产生，通过采用铸坯边角部补热装置提高铸坯角部温度以控制铸坯角部裂纹的产生，从而解决凝固末端强冷水量增加导致的裂纹问题，并充分发挥凝固末端强冷对铸坯内部质量的改善效果。
2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷装置，包括喷嘴和铸坯边角部补热装置，所述喷嘴位于连铸坯凝固末端区域，用于在连铸坯凝固末端区域对连铸坯表面进行喷水强冷，所述铸坯边角部补热装置位于喷嘴之后，连铸机矫直区之前，用于提高连铸坯边角部温度。
4、进一步地，所述喷嘴在连铸坯凝固末端区域内沿拉坯方向依次布置，且相邻两个喷嘴的喷淋水覆盖范围的重叠率为5％～15％。
5、进一步地，所述喷嘴采用锥型水喷嘴或锥型气水喷嘴，且所述喷嘴的中心线垂直于连铸坯表面中心。
6、进一步地，在所述连铸坯截面的周向上布置有多个喷嘴，以使喷淋水在周向上覆盖连铸坯的外表面。
7、进一步地，所述铸坯边角部补热装置采用火焰加热或电磁感应加热。
8、进一步地，所述喷嘴固定安装在喷淋架上，所述喷淋架沿拉坯方向布置，且喷淋架的长度与连铸坯凝固末端区域的长度相匹配。
9、一种基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷方法，采用所述的基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷装置，该方法包括以下步骤：
10、s1：根据连铸过程工艺参数，计算连铸坯温度场；
11、s2：根据连铸坯温度场，结合连铸坯凝固末端强冷机理，确定连铸坯凝固末端强冷参数；
12、s3：根据连铸坯凝固末端强冷参数，调整喷嘴布置位置和喷嘴冷却水量，以对连铸坯进行凝固末端强冷；
13、s4：根据经连铸坯凝固末端强冷后的连铸坯角部温度，结合对应生产钢种的第三脆性温度区，确定铸坯边角部补热装置的温度补偿值，并根据温度补偿值对连铸坯进行补热。
14、进一步地，所述连铸过程工艺参数包括生产钢种、浇铸温度、拉速、结晶器冷却水量、结晶器冷却水温差以及二冷比水量；所述连铸坯凝固末端强冷参数包括连铸坯凝固末端区域的开始位置和结束位置以及喷嘴冷却水量。
15、进一步地，所述连铸坯凝固末端区域的开始位置为铸坯中心固相率为0.30～0.50的区域范围，结束位置为铸坯完全凝固后0.2～1.0m的区域范围。
16、进一步地，控制所述喷嘴冷却水量，使得连铸坯在连铸坯凝固末端区域内，铸坯表面冷却速率为铸坯中心冷却速率的5～8倍。
17、进一步地，所述铸坯边角部补热装置与最靠近铸坯边角部补热装置的喷嘴的距离大于1.0m。
18、进一步地，铸坯边角部补热装置的温度补偿值，通过以下公式计算：
19、tb＝tu-tc+(20～50)；
20、其中，tb表示铸坯边角部补热装置的温度补偿值，℃；tu表示对应生产钢种的第三脆性温度区上限，℃；tc表示经连铸坯凝固末端强冷后的连铸坯角部温度，℃。
21、本发明的有益效果在于：
22、本发明提供的一种基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷装置及方法，通过喷嘴在连铸坯凝固末端区域内对连铸坯进行强冷，且限制连铸坯凝固末端区域开始位置位于铸坯中心固相率0.3～0.5的区域范围，结束位置位于铸坯完全凝固后0.2～1.0m的区域范围，以控制内部裂纹产生；通过控制喷嘴冷却水量，使得强冷区域铸坯表面冷却速率达到中心冷却速率的5～8倍，以充分发挥凝固末端强冷对内部质量的改善效果；强冷结束后，通过铸坯边角部补热装置进行温度补偿值，提高边连铸坯角部温度避开钢的第三脆性温度区上限，以控制角部裂纹的产生；
23、综上所述，本发明能够大幅提高凝固末端强冷水量，保证凝固末端强冷对铸坯中心偏析、疏松、缩孔等内部质量缺陷的改善效果，并有效控制因凝固末端强冷引起的角部裂纹和回温型内部裂纹。
24、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
1.一种基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷装置，其特征在于：包括喷嘴和铸坯边角部补热装置，所述喷嘴位于连铸坯凝固末端区域，用于在连铸坯凝固末端区域对连铸坯表面进行喷水强冷，所述铸坯边角部补热装置位于喷嘴之后，连铸机矫直区之前，用于提高连铸坯边角部温度。
2.根据权利要求1所述的基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷装置，其特征在于：所述喷嘴在连铸坯凝固末端区域内沿拉坯方向依次布置，且相邻两个喷嘴的喷淋水覆盖范围的重叠率为5％～15％。
3.根据权利要求1所述的基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷装置，其特征在于：所述喷嘴采用锥型水喷嘴或锥型气水喷嘴，且所述喷嘴的中心线垂直于连铸坯表面中心。
4.根据权利要求1所述的基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷装置，其特征在于：在所述连铸坯截面的周向上布置有多个喷嘴，以使喷淋水在周向上覆盖连铸坯的外表面。
5.根据权利要求1所述的基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷装置，其特征在于：所述铸坯边角部补热装置采用火焰加热或电磁感应加热。
6.根据权利要求1所述的基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷装置，其特征在于：所述喷嘴固定安装在喷淋架上，所述喷淋架沿拉坯方向布置，且喷淋架的长度与连铸坯凝固末端区域的长度相匹配。
7.一种基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷方法，其特征在于，采用权利要求1～6任一项中所述的基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷装置，该方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷方法，其特征在于：所述连铸过程工艺参数包括生产钢种、浇铸温度、拉速、结晶器冷却水量、结晶器冷却水温差以及二冷比水量；所述连铸坯凝固末端强冷参数包括连铸坯凝固末端区域的开始位置和结束位置以及喷嘴冷却水量。
9.根据权利要求8所述的基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷方法，其特征在于：所述连铸坯凝固末端区域的开始位置为铸坯中心固相率为0.30～0.50的区域范围，结束位置为铸坯完全凝固后0.2～1.0m的区域范围。
10.根据权利要求8所述的基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷方法，其特征在于：控制所述喷嘴冷却水量，使得连铸坯在连铸坯凝固末端区域内，铸坯表面冷却速率为铸坯中心冷却速率的5～8倍。
11.根据权利要求8所述的基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷方法，其特征在于：所述铸坯边角部补热装置与最靠近铸坯边角部补热装置的喷嘴的距离大于1.0m。
12.根据权利要求7所述的基于裂纹控制的连铸坯凝固末端强冷方法，其特征在于：铸坯边角部补热装置的温度补偿值，通过以下公式计算：
