CN101272876B - 用于铸造板坯的锭模 - Google Patents

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Abstract

一种用于铸造超薄板坯的锭模，该板坯用在比如用来制造金属条特别是钢条的制造设备中，该锭模具有两个在中心的宽的凹入的壁(11)和两个在末端区域的平行于对称面X的平的部分(12)，通过两个凸起的连接区域(13)连接起来，其中，长度d/l之间的比例在10％和60％之间，并且比例h/f处于10％和60％之间。

Description

用于铸造板坯的锭模
技术领域
本发明涉及一种用于铸造超薄板坯的锭模，该板坯用在比如用来制造金属条的制造设备中。
背景技术
现有技术中已知的有用于铸造金属条特别是钢条的多种锭模。这些锭模可以生产板坯，根据所使用的各种方法，该板坯经历多次有时与表面处理和机械加工相关的厚度减小。
因为从锭模中出来的板坯的厚度相比于生产线最后要获得的最终厚度而言是相当大的，所以需要多个轧制机架。因为穿过每个机架会对金属条进行冷却，在穿过几个轧制机架之后，就需要用于加热金属条的感应电炉或加热炉来将其温度回升到适合轧制材料所需的值。
然而，这样做的话，金属条机器将会特别长，因为由已知类型的锭模，也被称为结晶器(crystallizer)，生产的板坯在从锭模中出来的时候具有相当大的厚度，因此它们将会需要多个中间装置，这会将机器的整个长度增大到很大的程度。
已经进行过许多的努力来使得锭模能够生产更薄的板坯，以沿着金属片的生产线使用更少的轧制机架来减小厚度，从而有利于减小生产线的整个长度，并减少用于生产金属片的能量成本。
当前，对于已知类型的金属条加工机器，当使用特别的操作装置的时候，从锭模中出来的板坯的最小可生产厚度值在50至60mm之间。结果，更小的厚度值包括一系列难以解决的问题；主要的问题说明如下：
-没有足够的用于埋入式(submerged)排放装置的空间，从而其离结晶器的宽板的短距离产生凝固桥(solidificationbridge)；此外，需要减小排放装置难熔材料的厚度，因此负面的影响了其耐久性；
-半月形(meniscus)表面太小而不能有效的熔化润滑粉末，因此导致明显的严重状况，尤其是在高速铸造的时候；
-难以达到在板坯从锭模中出来之后还具有长度足够的液芯，并能够在板坯上进行改进其内部质量所必须的软减小(softreduction)；
-结晶器内部的流体力学(fluidmechanics)不是最佳的，因为厚度减小而导致减小了熔化钢铁的体积，这不允许可以导致不稳定半月形的好的湍流阻尼，因此具有不希望的润滑粉末的结合，这还可以导致在凝固表面的再熔化现象，将会负面的影响最终获得的产品的质量。
比如，文献US5460220公开了一种用于生产代表性板坯的锭模，特别用于“软减小”处理，帮助改进金属条的结构质量。然而，这种锭模能够生产具有厚度的板坯，仍然需要相当大的机器用于生产线。
此外，这种锭模的槽的结构和尺寸不足以防止由在锭模进给区域中产生的高湍流导致的排放装置的熔化钢铁喷射而引起的在其槽表面上形成的表皮的不希望的再熔化现象。
最后，采用这种锭模，不可能以足够高的铸造速度来进行操作，因此，其不可能允许接收来自排放装置的高速熔化钢铁而不产生裂纹。
因此，需要提供一种锭模来铸造板坯，以克服前述缺陷。
发明内容
本发明的一个主要目的是提供一种用于铸造超薄板坯的锭模，该板坯用在比如用来制造金属条特别是钢条的制造设备中。根据本发明的锭模的另一个目的是以高铸造速度生产厚度薄的板坯，厚度大约为20mm，铸造速度能够达到16m/min，从而获得具有高内部质量的板坯。
有利的是，根据本发明的锭模的槽或铸造室部分更着重强调的凸起形状保证有足够的空间来防止排放装置的熔化钢铁喷射而引起的在其内表面周围形成的表皮的不希望的再熔化现象，尤其是在距排放装置某一距离处开始的再熔化现象，该处为喷射部分的最大区域。结果，除了湍流更少之外，还可以在锭模的进给区域获得更好的排放流，熔化钢铁的排放装置位于该进给区域。
因此，本发明趋向于通过提供一种锭模来解决上述问题，该锭模用于铸造超薄(20-50mm)钢制板坯，其铸造速度在6至16m/min之间，从而限定了交互垂直的纵向对称面和横截对称面，包括有具有钢铁的入口部分和出口部分的贯穿空腔，该空腔表面由两个第一壁和两个窄的、平的矩形第二壁组成，该两个第一壁布置成在纵向对称面相对两侧相互面对，该两个第二壁位于平行于横截对称面的位置上，其中，该第一壁和第二壁在相互连接的区域中形成四个纵向拐角，其中，该两个第一壁具有凹入中心区域，该凹入中心区域具有面向纵向对称面的凹状，直线部分关联到其端部和中间凸起连接部分，该连接部分具有面向纵向对称面的凸状，其中连接部分和凹入中心区域在交互连接点上确定弯曲点，并且壁的直的部分和连接部分在交互连接点上确定连接点，其中，长度d/l之间的比例在10％和60％之间，并且比例h/f处于10％和60％之间，其中
-“d”为在纵向对称面上的投影视图上测量的连接部分的长度，
-长度“l”为在纵向对称面(X)上的投影视图上测量的相对于横截对称面的两个对称连接点之间的距离，
-“h”：为在横截对称面(Y)上的投影视图上测量的连接点P和弯曲点P′之间的距离；
-“f”为在横截对称面(Y)上的投影视图上测量的点P′和最大凹状点上的对凹入中心区域的切线之间的距离。
该凹入中心区域(11)——具有面向纵向对称面(X)的凹状——成半圆弧形状，其曲率半径在入口部分和位于钢铁的出口部分之前的预定中间部分之间具有线性增大的值。
在凹入中心区域(11)各个部分中的曲率半径的变化使其确定了第一壁(4、5)相对于纵向对称面(X)的倾斜度(α)，其值在0°至7°之间。
根据本发明，通过使用锭模，可以铸造厚度比现有已知的锭模可以获得厚度要小得多的板坯，其厚度在20-50mm之间，还帮助将锭模出口部分下游的液芯保持为某一长度，其中该液芯即使是在最靠近最远侧部分的区域也保持为液态。因此，当板坯经历液芯预轧制的时候，将可能会通过减少中心多孔性和分离来获得内部结构的精制。
从而，铸造上述尺寸的超薄板坯的可能性使得金属条机器能够获得相比于现有技术中的机器而言减小的重量和长度。
此外，需要指出一个额外的优点：贯穿整个热轧制和铸造线的末端获得的金属条已经是具有最终厚度并准备进行使用，而不需要在冷轧制线上进行附加的处理。
从属权利要求说明了本发明的优选实施例。
附图说明
借助优选实施例的详细说明，通过锭模的非限制性例子，借助以下所示的附图，本发明的其它特征和优点将会变得明显，其中：
图1为本发明锭模的三维视图；
图2a为沿着图1的锭模的y-z平面的剖视图；
图2b为图1的锭模的平面图；
图3a为沿着本发明的锭模另一个实施例的y-z平面的剖视图；
图3b为图3a实施例的平面图；
图4为沿着平行于图1中锭模的参考轴x-y的平面的半剖视图。
具体实施方式
参考图1，其限定了一个正交参考轴系统，x、y、z，表示出了一个锭模，具有平行于参考轴x-z的对称纵向面X和平行于参考轴y-z的横截对称面Y，该锭模包括两个宽板1、1，该宽板在通过两个插入元件或窄壁6、7连接在一起的时候，确定了一个贯穿空腔2或槽或铸造室3。
所述空腔的表面由两个宽壁4、5和窄壁6、7确定，这两个宽壁4、5相对于对称面x-z交互的布置，并在相对于对称面x-z的相对两侧相互面对，该窄壁6、7相对于对称面Y成直角布置。壁4、5、6、7在它们的连接区域形成四个纵向拐角。
板1、2的宽壁4、5具有双弯曲结构。一个是凹入的，而另一个是凸起的，并面向纵向对称面X。
有利的是，考虑到如图4中所示的为横断面并垂直于面X的截面，各个宽壁4、5包括：
-凹入中心区域11，具有面向纵向对称面X的凹状，成半圆弧形状，
-两个平的横向区域12，平行于对称面X，各个横向区域12位于靠近凹入中心区域11一端的地方，
-两个连接区域13，具有凸起表面，位于中心区域11的半圆弧和横向区域12之间，具有面向对称面X的凸状，
参考半剖视图的左侧，在图4中给出以下的参考量：
-P为壁的平的区域的直线部分R与凸起连接部分S的交点；
-P′为宽板2的凹状发生变化的点，也被称为弯曲点；
-点P″为凹入中心区域11与平行于参考轴y和z的横截对称面Y的交点。
在这一点上，给出以下的值：
-长度“d”：为在平行于参考轴x和z的对称面X上的投影视图上测量的点P和点P′之间的距离；
-长度“l”：为在对称面X上的投影视图上测量的点P和其相对于面Y的对称点之间的距离；从而“l/2”为在对称面X上的投影视图上测量的点P和点P′——最大凹状点——之间的距离；
-高度“h”：为在对称面Y上的投影视图上测量的点P和点P′之间的距离；
-高度“f”：为在对称面Y上的投影视图上测量的点P和点P″之间的距离；这个值也被称为弯曲度(camber)或横向半延伸度(lateralsemi-extension)。
根据本发明，该锭模在其入口部分有利的具有以下的值：
-l在750和1500mm之间
-f在15和100mm之间
此外，在入口部分，比例d/l和比例h/f还处于10％和60％之间。
根据本发明，锭模的第一个有利的变化包括有铸造室，其具有比出口部分大的钢铁的入口部分。特别的，在成半圆弧形状的时候，凹入中心区域11的曲率半径在入口部分和中间部分之间具有线性增大的值——在横截面上，其对应于钢铁的出口部分之前的铸造室末端部分；相反，连接区域S的曲率半径在入口部分和所述中间部分之间具有线性减小的值。
在这种情况下，这样的空腔或铸造室3将会纵向的穿过母线(generating line)，该母线向出口会聚直到所述中间部分。结果，在图2a所示的截面中，在宽度上减小而形成锥形走向。
在这种情况下，锭模入口部分的弯曲度的值f为最大值，而槽的出口部分处为最小值。
有利的是，本发明的锭模包括所述室的壁的倾斜度，向所述中间部分会聚，由角度α(从0°至7°)确定，其中所述角度α是在对称面Y上的投影视图上测量作为相对于面X的倾斜度。
铸造室的这个特殊结构允许熔化的金属流过平面侧向区域12，直到拐角处，从而防止板坯在这个区域的完全凝固，尽管所述平面之间的距离比现有技术中的短。
锭模的底端包括具有平行母线的最终部分10，其长度是预定的，并且在结构上等于所述中间部分的长度，以允许移除引锭杆的成型头部(shaped head)，来开始连续的铸造过程。
此外，由角度α所确定的铸造室的宽壁4、5的较小的倾斜角度防止了不希望的成型表面再熔化现象，因为由排放装置引导进入室内的熔化金属不会导致在锭模靠近壁的进给区域中的湍流，从而保证排放金属的最佳流动。
窄壁6、7优选的为平的，并且为矩形，在本发明一个优选的变化中，窄壁6、7有利的为可移动的，并且能够相互朝对方移动，或者相互远离对方，从而允许调整板坯的宽度。此外，它们可以改变其锥形形状。更精确的是，它们可以向钢铁的出口部分倾斜，以减小出口部分的宽度，从而避免在锭模中的凝固期间产生的收缩问题。
通过本发明的锭模或结晶器(crystallizer)，能够以高铸造速度铸造超薄板坯。所有这些操作都不会产生额外的变形，因此也不会在板坯表面上产生沿结晶器的壁行进的裂缝。特别恰当的事实是，这种锭模的内部结构保证了熔化金属的合适体积，从而在板坯出来的时候，将会仍然有一段某一长度的液芯(liquidcore)。这个特殊的结构即使是在非常靠近板坯最远侧的时候也保持该液芯，从而使得接下来用于铸造板坯的液芯预轧制(pre-rolling)，也就是所谓的“软减小(soft reduction)”成为可能。有利的是，熔化金属在侧向区域中的存在——由此事实是在这样的限制区域中不会发生完全的凝固——将会防止不希望的裂缝并保证润滑粉末的有效熔化。
相反，根据本发明的锭模的第二个变化包括尺寸相等的入口和出口部分，如图3a中的截面所示。在这种情况下，在钢铁的入口部分和出口部分之间，在铸造室纵向延伸的各点上，曲率半径保持相同的值。在这个变化中，前述中间部分与钢铁的出口部分重合。
通过本发明的锭模，超薄板坯的铸造允许能够形成起始产品，也就是板坯本身，具有已经非常接近成品(也就是金属条)厚度的厚度。有利的是，当这些薄板坯呈现出来的时候，其厚度在20至50mm之间，并且其铸造速度在6至16m/min之间。
消除了板坯通常具有的凸起形状，换句话说，消除了锭模出口处的中心膨胀，通过利用位于锭模底部的辊筒(rolls)变得平整，并且进行合适的成型，从而允许对液芯进行预轧制。
这使得在系统/方法中用到的机器数量大大减少，意味着在第一次投资和能量方面的节省的可能性。

Claims (6)

1.一种用于铸造超薄钢制板坯的锭模，其铸造速度在6至16m/min之间，由此限定了交互垂直的纵向对称面(X)和横截对称面(Y)，包括有具有钢铁的入口部分和出口部分的贯穿空腔，该空腔表面由两个第一壁(4、5)和两个窄的、平的矩形第二壁(6、7)组成，该两个第一壁(4、5)布置成在纵向对称面(X)的相对两侧相互面对，该两个第二壁(6、7)位于平行于横截对称面(Y)的位置上，其中，该第一壁和第二壁在相互连接的区域中形成四个纵向拐角，
其中，该两个第一壁(4、5)具有凹入中心区域(11)，该凹入中心区域(11)具有面向纵向对称面(X)的凹状，壁的部分(R)会聚到其端部和中间凸起连接部分(S)，该连接部分(S)具有面向纵向对称面(X)的凸状，其中连接部分(S)和凹入中心区域(11)在交互连接点上确定弯曲点(P′)，并且壁的直的部分(R)和连接部分(S)在交互连接点上确定连接点(P)
其中，长度d/l之间的比例在10％和60％之间，并且比例h/f处于10％和60％之间，其中
-“d”为在纵向对称面(X)上的投影视图上测量的连接部分(S)的长度，
-长度“l”为在纵向对称面(X)上的投影视图上测量的相对于横截对称面(Y)的两个对称连接点之间的距离，
-“h”：为在横截对称面(Y)上的投影视图上测量的连接点(P)和弯曲点(P′)之间的距离；
-“f”为在横截对称面(Y)上的投影视图上测量的点(P′)和最大凹状点上的对凹入中心区域的切线之间的距离；
该凹入中心区域(11)——具有面向纵向对称面(X)的凹状——成半圆弧形状，其曲率半径在入口部分和位于钢铁的出口部分之前的预定中间部分之间具有线性增大的值；
在凹入中心区域(11)各个部分中的曲率半径的变化使其确定了第一壁(4、5)相对于纵向对称面(X)的倾斜度(α)，其值在0°至7°之间。
2.根据权利要求1所述的锭模，其中，凹入中心区域(11)的曲率半径在入口部分和出口部分之间纵向延伸的各点上具有相同的值。
3.根据上述权利要求中的任一项所述的锭模，其中，入口部分的“l”的值在750和1500mm之间，“f”的值在15和100mm之间。
4.根据权利要求1所述的锭模，其中，该第二壁(6、7)在出口部分处是倾斜的，并且能够相互朝对方移动，或者相互远离对方。
5.根据权利要求2所述的锭模，其中，该第二壁(6、7)在出口部分处是倾斜的，并且能够相互朝对方移动，或者相互远离对方。
6.根据权利要求3所述的锭模，其中，该第二壁(6、7)在出口部分处是倾斜的，并且能够相互朝对方移动，或者相互远离对方。
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Legal Events

Date Code Title Description
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Changshu Danieli Metallurgy Equipment Co., Ltd.

Assignor: Danieli Off Mecc

Contract record no.: 2012990000098

Denomination of invention: Ingot mold for casting slabs

Granted publication date: 20110831

License type: Exclusive License

Open date: 20080924

Record date: 20120312