CN101772388B - 使浇铸产品在水平带式浇铸设备的金属输送带上凝固时的热传递均匀化的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
按DSC法即带材直接浇铸法在水平带式浇铸设备中对矩形金属连铸坯进行接近最终尺寸的浇铸并紧接着进一步加工成金属带时，浇铸产品(4)在凝固成带材坯(5)的过程中由于不均匀排热而变形，因为带材上侧只通过与环境空气的对流和热辐射进行冷却，而其下侧则与被冷却的金属输送带(7)直接接触。以此浇铸产品(4)首先丢失与金属输送带(7)的完全接触，而浇铸产品的带材边缘向上拱起。为了以更简单的方式保证浇铸产品(4)与金属输送带(7)的最大接触，并因而使浇铸产品(4)在整个浇铸宽度上向金属输送带(7)的热传递得以优化和均匀化，按照本发明建议，借助于布置在金属输送带(7)末端的加压装置(11)从上面压在凝固为带材坯(5)的浇铸产品(4)上，最好压在其带材边缘(6)上，并为了补偿在离开金属输送带(7)时对带材坯下侧的突然减少的冷却，对其在紧接在金属输送带(7)后面的一个指定的区域中进行附加的冷却。
Description
技术领域
本发明涉及在水平带式浇铸设备中按照DSC法(Direct Strip Casting(带材直接浇铸))对矩形金属连铸坯进行接近最终尺寸的浇铸并紧接着进一步加工成金属带的方法和装置，其中金属熔化物借助于熔化物加料系统浇铸在下侧冷却的水平循环的金属输送带上，并且液态浇铸产品在这个金属输送带上在其输送的过程中凝固成带材坯(Vorband)，然后它在离开金属输送带后例如在通过平整/夹送辊进行机械夹紧的情况下被输送到夹送装置。具有平整/夹送辊的结构并不是绝对必要的，该结构还可以在没有这些辊的情况下实现。
背景技术
由于在按照DSC法在惰性气氛下没有浇铸粉末浇铸的带材的凝固过程中排热不均匀，其中带材的上侧只通过与环境气氛的对流和通过热辐射冷却，而其下侧与被冷却的金属输送带直接接触，因此该带材在凝固时就已经变形，而且此后首先向上，然后向下变形。
开始冷却时，带材的最下面的材料层由于温度梯度非常大收缩最剧烈。整个带材在中间向上弯曲，其中在上面的层中产生非常高的应力。因为该应力大于屈服应力，所以其在进一步凝固过程中通过伸长(蠕变)又减小，于是带材中部产生向下的反向弯曲。结果下面的层首先伸长，上面的层缩短。
然后，当在通常在上侧不被引导的带材离开同步的金属输送带时带材在带材厚度上的温度由于现在带材下侧冷却减少而被平衡时，热膨胀也得到平衡。现在，上面缩短而下面伸长的带材区域引起反向弯曲，其中带材边缘向上拱起。然而，这时出现的应力低于或接近于屈服极限，使得可以发现，蠕变过程造成的弯曲复原不存在或非常小。向上的弯曲仍旧存在，并造成带材窄侧拱起，带头同样拱起，类似于滑雪板。
在带材进一步输送过程中，这种沿着纵向的拱起的自由度由于在随后的辊道上被水平输送的带材的重力和/或通过金属输送带之后接着的一个或多个夹送或平整辊而受到限制，所述夹送或平整辊首先机械夹紧带材尖端，然后机械夹紧整个带材并在下游被迫平面平行地运行。这时对自由度的这个限制导致带材中存在的应力在没有被夹紧的区域中必定降低，因此带材窄侧在离开金属输送带之后首先向上拱起。这种行为返回延伸到金属输送带的区域中，使得正在凝固的带材部分地不再与金属输送带接触，并且由此不再与冷却介质接触，其结果是在带材的宽度上温度分布不均匀，带材形成如同雨水槽一样的剖面形状。
为了应付这个问题，并且为了防止带材坯的剖面形成反作用于浇铸区域中，并为了保证穿入后接的机组中，WO 2006/066552 A1建议，在初级冷却区的末端并且在通常的次级冷却区的始端之前布置引导件。一般来说，该引导件由在带材坯上面和下面的多个顶对顶地或彼此错开布置的辊构成。
在辊的一种特殊布置方式中，带材坯被引导到处于浇铸线上面的平面中，以便通过在这过程中进行的向上运动吸收带材坯下侧的膨胀。让带材坯波浪形地通过辊组的辊布置方式也是可以的，但是至今未被采用。
从WO 2006/066552 A1已知的方法的缺点是，通过跟随在金属输送带后面的引导件，对金属输送带上的热力学过程的有效的影响只能不完全地实现。
发明内容
因而，从这个描述的现有技术出发，本发明的任务是，提出一种可以更简单地使浇铸产品在金属输送带上有最大的接触并且以此可以保证浇铸产品在整个浇铸宽度上向金属输送带的热传递得到优化和均匀化的方法和装置。
所提出的任务在方法方面用权利要求1的特征这样解决，为了避免带材边缘向的可能返回直到浇铸机的浇出范围的拱起，并为了使浇铸产品在金属输送带上凝固期间的热传递均匀化，把下列方法步骤彼此组合：
建立金属输送带上的浇铸产品的最大接触，为此在浇铸产品上方布置在沿浇铸方向处于下游的金属输送带末端的范围内的被冷却的加压装置从上面压向凝固成带材坯的浇铸产品，最好压在它的带材边缘上，
补偿在离开金属输送带时对带材坯下侧的突然减少的冷却，为此在紧接在金属输送带后面的一个指定的区域中，附带地冷却带材坯的下侧并且有选择地同时冷却上侧，有选择地在整个宽度上进行冷却。
通过在金属输送带末端的范围内按照本发明从上面施加到浇铸产品上以及在这里特别是施加到其带材边缘上的压力，强制浇铸产品下侧与金属输送带完全接触，通过该压力与对带材坯下侧的附加的冷却相结合，可以使从金属输送带向浇铸产品的热传递在整个浇铸宽度上得到优化和均匀化，并且在离开金属输送带之后使带材坯内部达到热平衡。
此外，所要求的压力由作用在浇铸产品整个宽度上的压辊或者通过只作用在带材边缘上的部分压辊施加。在此，压辊最好单独驱动并在内部冷却。按照本发明，所要求的压力还可以通过安放在浇铸产品整个宽度上的循环的压带施加，它也可以单独驱动和冷却。
与对该浇铸产品的压力结合，按照本发明同时在紧接在金属输送带后面一个指定的区域中冷却带材坯下侧，其中这个指定的区域可以在带材坯的整个宽度上延伸，并在存在平整/夹送辊的情况下可以一直延伸到平整/夹送辊。这种冷却通过开敞的喷射冷却例如用水进行，和/或借助于循环的被冷却的冷却带通过封闭的冷却进行，该冷却带类似于金属输送带与带材坯下侧接触。按照本发明还可以同时在带材坯上侧布置循环的冷却带，以便引导带材坯并按指定方式适应不同情况地进行冷却。
附图说明
下面将就在示意的附图中示出的实施例对本发明的其它细节和优点作较详细的说明。
附图中：
图1是浇铸设备的布局及其主要组成部分；
图2a是图1的带有开敞的喷射冷却的放大的局部截取部分；
图2b是图1的带有循环的冷却带的放大的局部截取部分；
图3a是图1的按照现有技术的局部截取部分的俯视图；
图3b是按照现有技术的浇铸产品/带材坯的横截面；
图4a是图3的带有压辊的俯视图；
图4b是采用压辊后的浇铸产品/带材坯的横截面；
图5是图3的带有部分压辊的俯视图；而
图6是图3的带有压带的俯视图。
具体实施方式
在图1中示出了按照DSC法的带式浇铸设备1及其主要组成部分的侧视图。沿浇铸方向(在附图中从左向右)，该设备包括具有浇钢桶2′的真正的浇铸机2、分流槽3、熔化物加料系统3′和循环的金属输送带7。从该浇钢桶2′通过分流槽3向下流出的金属熔化物由熔化物加料系统3′以一个确定的厚度施加在被冷却的金属输送带7上作为浇铸产品4。金属输送带7的长度这样设计，使得浇铸产品4在金属输送带7上的停留时间足以使其在很大程度上凝固成带材坯5。例如只有约1mm厚度的金属输送带7由两个导向辊8，9和例如一个张紧辊10驱动和引导。为了在侧面限制金属输送带7上的浇铸产品4，在金属输送带7每一侧都布置了同步的堤块链15。接着金属输送带7的是输送和可靠地引导完全凝固的带材坯5的平整/夹送辊14，其在机械上将带材坯夹紧并输送到夹送装置16，然后由此进行其进一步加工。
在这种与现有技术对应的带式浇铸设备1中，按照本发明在位于金属输送带7末端的导向辊8的范围内在浇铸产品4上方布置了压辊11。通过这个安放在浇铸产品4上的压辊11，可以通过相应地施加于该浇铸产品4上的压力，强制浇铸产品4的至少带材边缘与金属输送带7有最大接触。
在图2a这个图1的放大的局部截取部分中，除了从上面以一个确定的压力作用在浇铸产品4上的压辊11以外，还与此相组合地示出了按照本发明进行的带材坯5下侧的喷射冷却17的形式的附加冷却。这个冷却这样调节，使得它只在一个指定的区域中起作用，该区域可以在带材坯5的整个宽度上延伸并在所示出的实施例中从金属输送带7的末端一直延伸至下面的第一平整/夹送辊14。
在图2b中示出了对带材坯5的封闭冷却的形式的替代冷却。这个同样只在一个紧接在导向辊8后面的指定的区域中进行的冷却用循环的冷却带19，19′实施。这里可以如图2a所示的喷射冷却17那样用布置在那里的冷却带19只对带材坯5的下侧进行冷却，和/或有选择地还用布置在带材坯5上侧的另外的冷却带19′对带材坯上侧进行冷却。
为了更清楚地描述对浇铸产品4的按照本发明进行的压力加载，在后续的附图3至6中以俯视透视图示出了图1和2的带式浇铸设备1。
作为示例，图3a示出了按照现有技术的带式浇铸设备1的从分流槽3/熔化物加料系统3′直至金属输送带7末端的一部分。在浇铸产品4的带材始端所处的金属输送带7上画出了不同的剖面线A，B，C。线“A”表示金属输送带7前半部分中的浇铸产品4的横截面，线“B”表示金属输送带7末端处的浇铸产品4的横截面，而线“C”表示凝固的带材坯5的横截面，该带材坯在离开金属输送带7后安放在辊道7′上。在按照现有技术的带式浇铸设备1中，浇铸产品4从其下部支承也就是金属输送带7上脱离并且以其带材边缘6连续拱起。这个拱起以楔形拱起区域18的形式大致在剖面线“A”的范围内以不断增加的量开始，以致最后在离开金属输送带7之后(在剖面线“C”的范围内)出现画出的最终状态。
图3a所描述的带材向上拱起通过在各个剖面线处获得的带材横截面在图3b中更清晰地示出。在剖面线“A”处，尚未完全凝固的浇铸产品4由于其重力及其存在的塑性特性决定了仍旧完全接触地安放在其下部支承也就是金属输送带7上。在剖面线“B”处，现在已经不再呈塑性的浇铸产品4的带材边缘6从金属输送带7上脱离，浇铸产品4现在具有轻度弧形的横截面。在剖面线“C”处，带材边缘6的拱起进一步发展，并且安放于延长金属输送带7的辊道7′上的完全凝固的带材坯5的横截面大致具有雨水槽的形状。
在图4a中示出了通过使用布置在剖面线“B”的范围内的压辊11后带材边缘6的拱起所发生的变化。带材边缘6的拱起区域18从剖面线“B”处才以明显减小的绝对量开始。压辊11相应地以抑制带材边缘6向上拱起的效果还向后一直返回到剖面线“A”的区域中起作用。带材边缘6的进一步向前指向直至剖面线“C”的向上拱起虽然通过压辊11不能完全抑制，但是与图3a中没有压辊11的情况相比，明显更小了。因此，通过使用压辊11完全能够满足本发明的保证浇铸产品4与其下部支承也就是金属输送带7完全接触的任务。
图4b示出了通过使用压辊11在相应的剖面线处获得的带材横截面。与没有压辊11一样，在剖面线“A”处，浇铸产品4扁平地安放在金属输送带7上，但是在设置在金属输送带7末端的剖面线“B”处也是如此。只是在离开金属输送带7之后，这时才出现带材边缘微小的拱起，但这可以通过按照本发明对带材坯下侧进行附加冷却加以平衡。
在图5中作为压辊11的替代方案，在金属输送带7末端处的相同区域中使用部分压辊12作为只对带材边缘6起作用的加压装置。通过这个措施所达到的效果是，如通过画出的拱起区域18明显地示出的，完全可以与压辊11工作方法相媲美。
作为压辊11或部分压辊12的另一替代方案在于应用压带13，它对应于图6以压力作用在浇铸产品4的更大的区域上。因而，这里产生的拱起区域18略小于前面示出的压辊11，12的情况。
本发明不限制于示出的实施例，而是也可以在所应用的加压装置和用于附加冷却的装置的方面用与说明书不同的机组来实施，如果按照本发明的方法也可以用这些机组来实施。
附图标记列表
1 带式浇铸设备
2 浇铸机
2′ 浇钢桶
3 分流槽
3′ 熔化物加料系统
4 浇铸产品
5 带材坯
6 带材坯的带材边缘
7 金属输送带
7′ 金属输送带之后的辊道
8，9 导向辊
10 张紧辊
11 压辊
12 部分压辊
13 压带
14 平整/夹送辊
15 堤块链
16 夹送装置
17 开敞的冷却装置(喷射冷却)
18 拱起区域
19 封闭的冷却装置(下循环的冷却带)
19′ 封闭的冷却装置(上循环的冷却带)
A 金属输送带前半部分中的浇铸产品的横截面
B 金属输送带末端处的带材坯的横截面
C 离开金属输送带之后的带材坯的横截面
Claims (5)
1.按DSC法即带材直接浇铸法在水平带式浇铸设备(1)中对矩形金属连铸坯进行接近最终尺寸的浇铸并紧接着进一步加工成金属带的方法，其中金属熔化物借助于熔化物加料系统(3’)浇铸在下侧冷却的水平循环的金属输送带(7)上，并且这个金属输送带(7)上的液体浇铸产品(4)在其输送过程中凝固成带材坯(5)，带材坯然后离开金属输送带(7)之后在机械夹紧的情况下输送到夹送装置(16)，并且其中为了建立浇铸产品(4)在金属输送带(7)上的最大接触，在带材坯(5)的上方布置在沿浇铸方向处于下游的金属输送带(7)末端范围内的加压装置(11，12，13)从上面压向凝固成带材坯(5)的浇铸产品(4)，
其特征在于，
为了避免带材边缘(6)的可能返回直到浇铸机(2)的浇出范围的拱起，并为了使浇铸产品(4)在其在金属输送带(7)上凝固期间的热传递均匀化，补偿在离开金属输送带(7)时对带材坯(5)下侧突然减少的冷却，为此在紧接在金属输送带(7)后面一个区域中，附带地冷却带材坯(5)的下侧，其中，附加地冷却带材坯(5)下侧的区域在存在平整/夹送辊(14)的情况下一直延伸到平整/夹送辊(14)，并且其中，作为加压装置使用相应地作用在浇铸产品的带材边缘(6)上的部分压辊(12)。
2.按照权利要求1的方法，
其特征在于，
所述加压装置(11，12，13)单独驱动和冷却。
3.按照权利要求1的方法，
其特征在于，
附加的冷却通过开敞的喷射冷却(17)和/或借助于循环的冷却带(19，19′)通过封闭冷却实施。
4.按照DSC法即带材直接浇铸法在水平带式浇铸设备(1)中对矩形金属连铸坯进行接近最终尺寸的浇铸并紧接着进一步加工成金属带的装置，其中金属熔化物借助于熔化物加料系统(3′)浇铸在下侧冷却的水平循环的金属输送带(7)上，并且这个金属输送带(7)上的液体浇铸产品(4)在其输送过程中凝固成带材坯(5)，所述带材坯然后在离开金属输送带(7)之后在机械夹紧的情况下被输送到夹送装置(16)，并且其中设有在浇铸产品(4)上方布置在沿浇铸方向处于下游的金属输送带(7)导向辊(8)的范围内的加压装置(11，12，13)，所述加压装置构造成能够以一个能够调整的压力从上面作用在凝固成带材坯(5)的浇铸产品(4)上，其特征在于：
为冷却带材坯(5)下侧设有在带材坯的整个宽度上紧接在金属输送带(7)后面布置的冷却装置(17，19，19″)，其中，所述冷却装置(17，19，19′)的冷却作用在金属输送带(7)后面的区域上延伸，并在存在平整/夹送辊(14)的情况下延伸到平整/夹送辊(14)，并且其中，所述加压装置是相应地作用在浇铸产品(4)的带材边缘上的部分压辊(12)。
5.按照权利要求4的装置，
其特征在于，
所述冷却装置(17)以开敞的喷射冷却(17)的形式和/或以封闭冷却的形式借助于在带材坯(5)下方的循环的冷却带(19，19′)形成。
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