CN101351285A - 用于连铸的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法，用于在连铸设备中由液体金属连铸钢坯、薄钢坯、初轧坯、粗制型材、圆型材、管型材或棒坯(1)和类似材料，在连铸设备中金属从结晶器(3)中垂直向下排出，其中使金属带(1)沿着垂直的铸坯导向(4)垂直向下导引同时冷却，其中金属带(1)从垂直方向(V)弯曲到水平方向(H)并且在弯曲到水平方向(H)的端部部位中或者在弯曲到水平方向(H)以后实现金属带(1)的机械变形(5)。为了得到尽可能少氧化皮的表面，按照本发明建议，在金属带(1)的输送方向(F)在结晶器(3)后面和金属带机械变形(5)前面在第一段(6，6A，6B)中以2,500至20,000W/(m²K)的传热系数实现金属带(1)冷却，其中在输送方向(F)在冷却后在第二段(7)中通过热平衡在金属带(1)中没有或具有金属带(1)表面减少冷却地使金属带(1)表面加热到超过Ac3或Ar3的温度，接着在第三段(8)实现机械变形(5)。本发明还涉及一个尤其用于执行本发明的连铸设备。

Description

用于连铸的方法和装置

本发明涉及一种方法，用于在连铸设备中由液体金属连铸钢坯、薄钢坯、初轧坯、粗制型材、圆型材、管型材或棒坯和类似材料，在连铸设备中金属从结晶器中垂直向下排出，其中使金属带沿着垂直的铸坯导向垂直向下导引同时冷却，其中金属带从垂直方向转到水平方向并且在弯曲到水平方向的端部部位中或者在弯曲到水平方向以后实现金属带的机械变形。本发明还涉及尤其用于执行本方法的连铸设备。

例如由EP 1 108 485 A1或由WO 2004/048016 A2已知这种用于连铸的方法。在此液体金属、尤其是钢通过结晶器垂直向下流出，其中金属固化并且形成金属带，它逐渐地从垂直方向转到或弯曲到水平方向。一个垂直铸坯导向直接位于结晶器下面，该铸坯导向使还非常热的金属带首先垂直向下导引。接着使金属带通过相应的轧制或滚动逐渐弯曲到水平方向。如果实现这一点，大多接着校直过程，即，使金属带通过一个校直装置，在其中产生金属带的机械变形。

金属带在其从结晶器排出后的冷却具有重要的意义。EP 1 108 485A1建议一个用于在冷却区冷却连铸坯的装置，在其中铸坯通过垂直于铸坯轴线沿着铸坯排出方向上下设置的辊副支承地导引，其中施加冷却剂使连铸坯继续冷却。为了有效冷却金属带所建议的装置包括一个设置在位于上下的辊之间的输送冷却剂的冷却剂部件，它沿着辊的纵轴线延伸并且这样构成，在各冷却部件与辊之间以及冷却部件与铸坯之间存在缝隙空间，其中各冷却部件在通到缝隙空间的通道中配有至少一个冷却剂输送。

WO 2004/047016 A2规定用于铸造金属带的最佳温度，通过监控在连铸坯金属冶金的铸坯长度的端部上的表面温度，获得的出口温度以水量分布和压力分布或在铸坯宽度和铸坯长度上的脉冲分布的形式以与对于铸坯长度和铸坯宽度计算的温度变化曲线的函数关系控制动态喷射系统。

许多其它的解决方案致力于解决如何有效且以工艺技术正确的方式冷却铸造金属坯的问题。对此请参阅JP 61074763 A、JP 9057412、EP0 650 790 B1、US 6,374,901 B1、US 2002/0129921 A、EP 0 686 702 B1、WO 01/91943 A1、JP 63112058、JP 2004167521和JP 2002079356。

已经证实，除了工艺技术正确或有效地冷却铸造金属带以外其氧化皮是重要问题。由于在金属直接从结晶器排出后金属带非常高的温度使金属带处于强烈的氧化皮效应，它尤其对后面的工艺步骤产生不利影响。因此致力于，使氧化皮程度保持尽可能微少。

因此本发明的目的是，这样改进上述形式的方法以及相应的装置，使得除了最佳地冷却金属带以外也能够使金属带表面的氧化皮保持最少。

这个目的按照本发明由此得以实现，在金属带的输送方向在结晶器后面和金属带机械变形前面在第一段中以2,500至20,000W/(m²K)的传热系数实现金属带冷却，其中在输送方向在冷却后在第二段中通过热平衡在金属带中没有或具有金属带表面减少冷却地使金属带表面加热到超过Ac3或Ar3的温度，接着在第三段实现机械变形。

优选地规定，在第一段中以3,000至10,000W/(m²K)的传热系数实现金属带冷却。

如果按照本发明的优选建议在以冷却剂冷却加载之前清洁金属带表面，则能够进一步改善后续使用的冷却效果。可以通过去氧化皮实现清洁，例如在铸坯或金属带拉出方向上首先在相互对置的金属带/铸坯上实现去氧化皮并因此使最前端或最上面的冷却机构(喷嘴、喷嘴横梁或类似机构)以高压涂敷冷却剂，由此去氧化皮。

在第三段中的机械变形是金属带的校直过程或者包括这种过程。也可以选择或附加地使第三段中的机械变形是金属带的轧制过程或者包括这种过程。

在第一段中的冷却作为强烈冷却局限于垂直的铸坯导向部位。与此相关要注意，垂直铸坯导向的概念也应该包括，使金属带尽可能垂直地导引。

在第一段中的冷却也可以断续地实现，其中金属带/铸坯交替地强烈和减弱地冷却，例如通过改变冷却剂加载密度[l:min.m²]和/或调整冷却机构与金属带的不同距离。

所建议的连铸设备，用于由液体金属连铸钢坯、薄钢坯、初轧坯、粗制型材、圆型材、管型材或棒坯和类似材料，具有一个结晶器，从结晶器使金属垂直向下排出，具有一个设置在结晶器下面的垂直的铸坯导向和用于使金属带从垂直方向弯曲到水平方向的机构，其中在弯曲到水平方向的端部部位中或者在弯曲到水平方向以后设置用于金属带的机械变形，按照本发明的特征在于，所述垂直的铸坯导向具有许多在金属带输送方向上设置在金属带两侧的滚子，其中在滚子部位中设置第一冷却机构，通过它可以将冷却流体给到金属带表面上，其中使冷却机构在垂直和/或水平方向上可偏移地设置。可选择或附加地可以使所述冷却机构有利地可振动地构成。

对此附加地可以在垂直的铸坯导向部位中位置固定地设置第二冷却机构。

第一和/或第二冷却机构具有一个外壳，从外壳中通过至少一个喷嘴给出冷却液体。从外壳中可以通过两个喷嘴或喷嘴排给出冷却流体。

按照本发明的建议在金属带的二次冷却部位中以确定的强度实现冷却，这样选择强度，使得一方面可以生产质量上高值的金属带，它具有所期望的组织结构和组织成分，另一方面也可以使带表面氧化皮程度保持最小。

通过本发明也避免在带表面上富集不期望的伴生现象。

通过所建议的工作方式产生足够的热冲击，使位于金属带表面上的氧化层分离并且继续冲洗。这导致清洁的铸坯表面，这对于均匀的冷却金属带是有利的并且对于在隧道炉中实现的加热也是有利的。

所建议的方法减少由于析出或所谓的“热短缺”引起的危险，由此也实现这方面的优点。通过对于热冲击必需的降低表面温度-这个温度不应低于马氏体起始温度-实现金属带中奥氏体转换成铁素体，与细晶化相结合。在接着再加热时由于在铸坯表面与金属带芯之间的大温度梯度实现细铁素体在具有小晶体的奥氏体中的再转变。在这个转变时氮化铝(AlN)或其它析出物过生长，并且在转换前比大的奥氏晶体时更少百分比的氮化铝位于晶界上。因此当要出现析出时，更细的组织更少产生裂纹。

在结晶器下面的铸坯导向中具有用于强烈冷却的部位，为了可以尽可能提前实现再加热。铁素体转变和接着转变成奥氏体应该在铸坯表面机械加载前例如在弯曲驱动中实现。通过这些措施减少由于铸坯温度降低通过热冲击形成裂纹的危险。本方法的实施例规定，上述的(强烈)冷却包括从结晶器到机械变形(弯曲)行程的约四分之一至三分之一，在其上连接这个行程的约四分之三或三分之二，在其上不再冷却或只减少地冷却。

按照本发明规定的强烈冷却可以设置在铸坯导向滚子之间并且根据所期望的冷却效果在铸坯导向的更长范围上延伸。如上所述，也可以有利地断续地使用强烈冷却，用于使表面尤其在裂纹敏感的材料中不太过于冷却。

因此也可以避免在钢坯表面上热中断、即形成裂纹，它尤其由于材料中的高铜含量产生。这尤其在废钢作为原料时是重要的，它有时具有相应高的铜含量。

在附图中示出本发明的实施例。附图中：

图1以侧视图简示出一个连铸设备，具有几个设备组成部分的视图，

图2示出图1中的局部放大图，即垂直的铸坯导向的右分支具有第一和第二冷却机构，

图3示出图2中的另一局部放大图，具有两个滚子和设置在其间的冷却机构，

图4示出按照图3的冷却机构的细节。

在图1中简示出连铸设备2。液体的金属材料垂直向下作为铸坯或金属带1从结晶器3在输送方向上排出并且沿着铸造弯曲段逐渐从垂直V导引到水平H。一个垂直的铸坯导向4直接位于结晶器3下面，该铸坯导向具有许多滚子10，它们使金属带1向下导引。一些滚子9起到使金属带1从垂直V弯曲到水平H的作用。在实现弯曲后金属带1进入到用于机械变形的机构5里面。在此是一个校直传动，它使金属带1通过机械变形处于校直过程。也可以具有轧制过程，它大多是衔接的。

将金属带从结晶器3的出口到机械变形的范围分成三个截段：在第一截段6中实现热金属带1的强烈冷却，在第二截段7中实际上不再进行冷却，并且使金属带1里面的热量再加热冷却的金属带1表面。主要在第三截段8中、但是也已经在第二截段7中开始接着机械变形。实施例表示，第一截段6一般分成分段6A和6B。它能够以简单的方式在第一截段6中实现断续冷却，即在分段6A中强烈冷却而在至少另一后续分段6B中减弱或减少或者甚至根本不冷却，在后续分段也可以再连接强烈冷却段。

如同在图2中最清楚地看到的那样，通过第一冷却机构11和第二冷却机构12实现金属带1的冷却。第一冷却机构11这样强烈地工作，使得出现大的冷却效率。第二冷却机构12是常见的且公知的冷却机构，它们在公知的连铸设备中使用。这样设计冷却机构11，使金属带1在第一截段6、尤其是在直接连接结晶器3的分段6A中的冷却以2,500至20,000W/(m²K)的传热系数实现，分段在牵引方向F上最上面或最前面的冷却机构为了去氧化皮并由此清洁金属带1表面可以换接到高压。在此冷却的主要部分源自第一冷却机构11。

对于上述的传热系数要注意：传热系数(公式符号α)、也称为热转变系数或热传递系数是比例系数，它确定表面上热传递的强度。在此热传递系数描述了气体或液体、能量从材料的表面排出的能力或者给到表面的能力。它可能取决于排出热量以及提供热量的介质的单位热量、密度和导热系数。热传导系数的计算大多通过相关介质的温度差实现。上述的影响参数能够立刻识别，冷却强度的设计对传热系数的直接影响。冷却效率例如能够通过改变冷却机构11或12与金属带1之间的水平距离施加影响，距离越大，冷却效率约低。

在截段6或6A，6B冷却后在第二截段7中通过热平衡在金属带1中没有金属带1表面继续冷却地使金属带1表面通过热平衡加热到超过Ac3或Ar3的温度。然后才在截段7(通过弯曲)和8中进行机械变形5，只要通过在截段8中的校直。

上述冷却机构11对各种使用情况不是必需的。因此如图2所示它在垂直方向上可偏移地设置，其中未示出相应的运动机构。以实线示出冷却机构11的有效位置，其中喷出的射束冷却水采取图示的走向。

如果无需强烈冷却，可以使冷却机构11垂直移动到虚线所示的位置，由此通过冷却机构12实现分级的更低、即更少的强烈冷却。

其它用于影响(降低或提高)冷却效率的措施是，通过水平偏移改变冷却机构11，12与金属带1之间的距离和/或振动地调整冷却机构11，12。

未示出具有阀门的相应管道系统，由此可以分别调节或控制必需的冷却水流。

在图3和4中详细示出第一冷却机构11的结构变化。该冷却机构11具有一个外壳13，在其面对金属带1的侧面上设置两个喷嘴14和15或者正交于图面垂直地在金属带1上面以上的喷嘴排。外壳13在其内部相应地具有两个腔室16，17，它们分别与供水管处于流体连接。在此喷嘴14和15不同地构成，根据为了实现尽可能无氧化皮并因此清洁的金属带1表面的技术必要性，可以使不同强度的水流导引到金属带1上。

也可以由喷嘴横梁构成喷嘴，即，作为横梁，使其垂直地在金属带1的宽度上延伸并且从许多喷嘴孔将冷却水导引到带表面上。

所建议的用于强烈冷却的装置也具有一个外壳，它以微小的距离在铸坯导向滚子10之间移动并因此形成一个冷却通道。外壳13可以通过保护板(未示出)防止在可能的断开时损坏，由此在这种情况下可以再使用。通过改变铸坯表面与外壳13之间的距离可以影响冷却效果。对冷却效果的另一影响方法可以通过外壳和喷嘴14，15的结构实现。

因此存在这种可能性，使喷嘴分成多个组并且使各个喷嘴组配有自身的供水。通过接通或断开各个喷嘴组和/或通过改变流量或流体压力可以改变冷却效果。在标准冷却的情况下、即如果加工强烈冷却没有意义的钢材时，可以接通更少数量的喷嘴。另一方法是，使强烈冷却装置从标准冷却的喷洒部位转出来或驶出来。

通过接通或断开喷嘴组同样可以避免金属带棱边部位的过冷却。

对于强烈冷却也可以使用喷洒喷嘴。它们应该相互靠近地分布在金属带的宽度上，用于实现必需的冷却和与此相关的晶体细化和去氧化皮效果。通过接通或断开这些组也可以避免棱边过冷。对于强烈冷却不是有利的浇铸范围可以使喷嘴无效、转出来、驶出来核准减小冷却剂(水)流量，用于保证标准冷却。

也可以规定，对于现有的二次冷却使用附加的冷却，它由多个配有喷洒喷嘴的具有独立供水的喷嘴横梁组成。在此附加的喷洒横梁只在需要时接通。同样也可以通过接通或断开喷嘴组避免棱边过冷却。

在现有技术中对于去氧化皮已知特殊的去氧化皮喷嘴，它们可以达到大于20,000W/(m²K)的传热系数。这些喷嘴对于本发明由于其太强烈的金属带表面的冷却作用和与此相关的低表面温度不能使用或者在这里不需要。

按照本发明的核心思想也可以设想，使强烈冷却在二次冷却部位中尤其是在薄钢坯设备中实现，用于实现钢坯表面的清洁，其中在输送方向上观察紧接着结晶器开始强烈冷却。但是另外规定，提前结束冷却，使得可以在产生机械应力之前，实现超过温度Ac3或Ar3的再加热，例如在弯曲驱动上是这种情况。在此目的是，在晶界上没有或只有微少的析出。

所建议的用于强烈冷却的装置具有比在连铸设备的二次冷却时明显更高的冷却效果。在公知的设备中常见的传热系数位于500W/(m²K)至2,500W/(m²K)之间。另一方面已知去氧化皮设备，其中使用冷却装置，它们实现高于20,000W/(m²K)的传热系数。

如上所述，目前必需的传热系数取决于材料并且也取决于浇铸速度。由最大冷却速度给出传热系数，在这个冷却速度还没有产生马氏体或中间组织。对于低碳钢冷却速度约为2,500℃/min，它在5.0m/min的浇铸速度时对应于约5,500W/(m²K)的传热系数。

通过在标准与强烈冷却之间的快速转换可以非常个性化和灵活地利用所建议的连铸装置。

如果使用所建议的具有所述冷却喷嘴的系统，由于水在冷却机构外壳与金属带之间形成涡流在相对较低的水量时达到比传统的喷洒冷却更高的传热系数。

冷却的强度可以通过多个并排设置的喷嘴改变。此外也能够对于传统的喷洒冷却装置使用附加的喷嘴横梁。

强烈冷却的长度在输送方向F上观察通过在金属带表面以下直到2mm的固化组织确定。在树枝状固化时强烈冷却长度与在球形固化时的长度相比延长约2至3倍。

由冷却机构、尤其是第一冷却机构11也给出传热系数。有针对性地在需要的部位选择系数，因为在这里由于强烈冷却完成的金属带1的条件是最佳的，同时可以实现尽可能无氧化皮的带表面。

附图标记清单

1    金属带

2    连铸设备

3    结晶器

4    垂直的铸坯导向

5    机械变形

6    第一段

6A   部分段

6B   后续部分段

7    第二段

8    第三段

9    使金属带弯曲的机构

10   滚子

11   第一冷却机构

12   第二冷却机构

13   外壳

14   喷嘴

15   喷嘴

16   腔室

17   腔室

V    垂直方向

H    水平方向

F    输送或牵引方向

Claims (12)

1.一种方法，用于在连铸设备中由液体金属连铸钢坯、薄钢坯、初轧坯、粗制型材、圆型材、管型材或棒坯(1)和类似材料，在连铸设备中金属从结晶器(3)中垂直向下排出，其中使金属带(1)沿着垂直的铸坯导向(4)垂直向下导引同时冷却，其中金属带(1)从垂直方向(V)弯曲到水平方向(H)并且在弯曲到水平方向(H)的端部部位中或者在弯曲到水平方向(H)以后实现金属带(1)的机械变形(5)，其特征在于，在金属带(1)的输送方向(F)在结晶器(3)后面和金属带机械变形(5)前面在第一段(6，6A，6B)中以2,500至20,000W/(m²K)的传热系数实现金属带(1)冷却，其中在输送方向(F)在冷却后在第二段(7)中通过热平衡在金属带(1)中没有或具有金属带(1)表面减少冷却地使金属带(1)表面加热到超过Ac3或Ar3的温度，接着在第三段(8)实现机械变形(5)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一段(6)中以3000至10000W/(m²K)的传热系数实现金属带(1)冷却。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，直接在冷却加载之前清洁金属带(1)表面。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，区分第一段(6)，其中断续地冷却金属带(1)并且在紧接着结晶器(3)的分段(6A)中强烈地冷却并且在至少一个后续分段(6B)中减弱地以及再接着强烈地冷却。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在第三段(8)中的机械变形(5)是金属带(1)的校直过程或者包括这种过程。

6.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在第三段(8)中的机械变形(5)是金属带(1)的轧制过程或者包括这种过程。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在第一段(6，6A，6B)中的冷却局限于垂直的铸坯导向(4)部位。

8.一种尤其是用于执行如权利要求1至7中任一项所述方法的连铸设备(2)，用于由液体金属连铸钢坯、薄钢坯、初轧坯、粗制型材、圆型材、管型材或棒坯(1)和类似材料，具有一个结晶器(3)，从结晶器使金属垂直向下排出，具有一个设置在结晶器(3)下面的垂直的铸坯导向(4)和用于使金属带(1)从垂直方向(V)弯曲到水平方向(H)的机构，其中在弯曲到水平方向(H)的端部部位中或者在弯曲到水平方向(H)以后设置用于金属带(1)的机械变形(5)，其特征在于，所述垂直的铸坯导向(4)具有许多在金属带(1)输送方向(F)上设置在金属带(1)两侧的滚子(10)，其中在滚子(10)部位中设置第一冷却机构(11)，通过它可以将冷却流体给到金属带(1)表面上，其中使冷却机构(11)在垂直和/或水平方向(V，H)上可偏移地设置。

9.如权利要求8所述的连铸设备，其特征在于，所述冷却机构(11)振动地构成。

10.如权利要求8或9所述的连铸设备，其特征在于，附加地在垂直的铸坯导向(4)部位位置固定地设置第二冷却机构(12)。

11.如权利要求8至10中任一项所述的连铸设备，其特征在于，第一和/或第二冷却机构(11，12)具有一个外壳(13)，从外壳中通过至少一个喷嘴(14，15)给出冷却液体。

12.如权利要求11所述的连铸设备，其特征在于，从外壳(13)中通过两个喷嘴(14，15)或喷嘴排给出冷却流体。

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