CN102497944A - 在坯条连续铸造机器中浇铸金属熔液的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在坯条连续铸造机器中将金属熔液浇铸成被连续铸造的预制品的装置和方法。本发明目的是，实现上述类型的方法和装置，借助于所述方法和装置，在所述结晶器（1）中熔液的单重涡流的或者双重涡流的形式的稳定流动能够得以实现，由此所述浇铸液面（5）的稳定性得以提高，颗粒在所述结晶器（1）中的析出情况得以改善，并且所述浇铸粉料用的均匀的熔化条件和分配条件得以实现。该目的借助于一种方法来实现，其中，由一测值传感器通过测量坯条浇铸方法的状态参数得到一种测量值；借助于一控制器，在考虑所述测量值的情况下，获得一种随时间变化的调整信号；并且，将所述调整信号作用到一促动器（11），其中，所述促动器（11）要么改变至少一个杆形装入构件（10）相对于所述浇铸液面（5）的浸没深度，要么改变一杆形装入构件（10）相对于所述结晶器（1）的一侧壁（2，3）的位置，使得所述熔液的单重涡流或者双重涡流形式的流动借助于多个杆形装入构件（10）在所述浇铸液面（5）的区域中实现稳定化。

Description

在坯条连续铸造机器中浇铸金属熔液的装置和方法

本发明涉及一种用于在坯条连续铸造机器中将金属熔液浇铸成被连续铸造的预制品的装置和方法。

具体地，本发明涉及一种用于将金属熔液浇铸成被连续铸造的预制品的方法，其具有下列步骤：

—将所述熔液引入到一结晶器中，其中，在所述结晶器中形成所述熔液的浇铸液面，并且在所述结晶器中形成所述熔液的单重涡流或者双重涡流形式的至少一流动；

— 在形成坚固的坯壳的情况下冷却在所述结晶器中的所述熔液；

— 从所述结晶器中引出至少部分凝固的坯条；

— 在坯条支承设备中引导、支承和冷却被引出的所述坯条；

用于在坯条连续铸造机器中将金属熔液浇铸成被连续铸造的预制品的装置，基本包括：

— 结晶器，所述熔液被引入在所述结晶器中，其中，在所述结晶器中一浇铸液面和一部分地已凝固的坯条被形成；

— 坯条支承设备，其用于引导、支承和冷却所述坯条，其中至少部分地已凝固的所述坯条从所述结晶器中被引出；和

— 多个杆形装入构件，其位于在所述结晶器中的所述熔液的浇铸液面的区域中。

对于坯条连续铸造技术领域的技术人员来说，公知的是，金属熔液在坯条连续铸造机器（Stranggießmaschine）中被浇铸成连续铸造的预制品，其中，所述熔液要么借助于一自由射流铸造方法（例如参见WO 0010741 AI，US 3 833 050，US 3 840 062和 JP 48­9251 A）、要么借助于一浇铸管（英文术语，submerged entry nozzle（浸没式进入喷嘴），缩写为SEN）被引入到一结晶器中。在这两种情况中都在所述结晶器中形成所述熔液的一浇铸液面，其中，在所述第一情况中，所述熔液没有借助于一浇铸管的引导按自由状态被引入到所述结晶器中；而在所述第二情况中，所述熔液按从在所述浸没式进入喷嘴（SEN）中的一个或者多个流出口流出的方式被引入到所述结晶器中。不依赖于在所述结晶器中引入所述熔液的方式，在所述结晶器中形成单重涡流或者双重涡流形式的至少一种流动。在所述单重涡流的情况中，所述熔液在所述浇铸液面下方朝所述浇铸液面方向流出，其中，该流动要么在所述浇铸液面的区域中、要么在所述浇铸液面的下方按坯条运动的方向（向下）转向；在所述双重涡流的情况中，所述熔液在所述浇铸液面的下方按朝向一结晶器壁的方向流出，在那里，所述熔液在一停滞点中被分成朝向浇铸液面方向（向上）的一种流动和朝向坯条运动的方向（向下）的一种流动。关于单重涡流与双重涡流的更多细节能够从下列公开出版物中获得：

DAUBY， P. H. 和 KUNSTREICH， S. 的Electromagnetic stirring in slab caster molds: What and why（板片铸造模具中的电磁搅拌：什么和为什么） Iron & steelmaker（钢铁制造者）， 第 30卷， 第11号， 第21-29页， ISSN（国际标准期刊编号） 0275-8687， 2003。

所述熔液在所述结晶器中在构造一种坚固的坯壳的情况下被冷却之后，至少部分地已凝固的坯条从所述结晶器中被引出，所述至少部分地已凝固的坯条在坯条支承设备中被引导、被支承和进一步被冷却，所述坯条支承设备按坯条运动方向被安置在所述结晶器之后。

在所述结晶器中的所述熔液的单重涡流或者双重涡流形式的流动的特征性的构造决定性地影响所述连续铸造的预制品（例如薄板坯、板坯、或者锭块）的质量，因为该流动会对于所述浇铸液面的稳定性、所述坯条的均匀的凝固、所述浇铸粉料的熔化条件和分配条件、以及对于颗粒在所述熔液中的析出特性（Abscheideverhalten）作出响应。由于该流动的非静态的特性（instationäres Verhalten），此外能够引发所述浇铸液面的波动或者所述坯条的不足够的润滑。浇铸液面波动对于表面质量有负面的影响；所述不足够的坯条润滑——起因于未充分熔化的浇铸粉料——能够导致所谓的坯条插入或者说坯条脱节（Strangsteckern），由此能够产生坯条缺口、亦即浇铸裂口（Gießabbruch）。因此该流动的静态特性对于坯条浇铸过程来说具有特别的重要性。

在所述结晶器中的熔液的流动特性的分析表明：单重涡流或双重涡流形式的流动处于非静态，并且具有周期性波动的大趋势。尤其是在浇铸开始之后不久，该流动非常不稳定，并且需要一定的时间（典型地几分钟）以便稳定到准静止状态。

从JP 02-015852中公知，热管（英文是heat pipes）在连续铸造过程中插置在所述浇铸液面的区域中。通过这些元件，使得热量有针对性地从所述金属熔液中导出，使得在所述结晶器中的所述熔液的凝固被加速，并且设备的生产率能够被提高。在所述文献中没有指出通过哪些类型和方式能够稳定在所述结晶器中的熔液的流动。

本发明的目的是，实现上述类型的方法和装置，借助于所述方法和装置，在所述结晶器中的熔液的单重涡流或者双重涡流形式的稳定流动能够得以实现，

— 由此所述浇铸液面的稳定性得以提高；

— 颗粒在所述结晶器中的析出特性得以改善；并且

— 所述浇铸粉料用的均匀的熔化条件和分配条件得以实现。

另一目的于此在于，在所述结晶器中的熔液的单重涡流或者双重涡流形式的流动的振荡时间被减小，由此使得坯条浇涛设备的从浇铸开始直至具有准静止状态的正常运行的时间能够被减小。

该目的借助于上述类型的一种方法来实现，其中，所述熔液的单重涡流或者双重涡流形式的流动借助于多个杆形装入构件在所述浇铸液面的区域中得以稳定。在这种情况下，所述单重涡流或者双重涡流形式的流动（在下文中也称为圆周形的流动）通过至少两个杆形装入构件得以减慢（abgebremst），所述至少两个杆形装入构件按一种浸没深度沉入在所述结晶器中的熔液中——该浸没深度在必要时按每构件而不同，并且所述至少两个杆形装入构件被例如设置在所述浸没式进入喷嘴（SEN）的左侧和右侧，这导致所述非静态的流动的稳定化，使得所述得到的稳定化的流动能够被看作为静态的。该稳定化导致所述浇铸液面的平静和改善的颗粒析出特性。此外由此实现所述浇铸粉料的均匀的熔化条件和分配条件，这导致所述坯条的改善的表面质量，并且有效地抵制坯条脱节的形成和由此的裂口危险。由于所述改善的析出特性，能够取消电磁的搅拌装置或者制动装置，这一方面减少了所述投资费用，且另一方面减少了在持续的运行中的能源成本。

在一种实施方式中，所述熔液要么借助于一自由射流浇铸方式、要么借助于一浇铸管被引入到所述结晶器中，其中，在后述的形式中，所述熔液在所述浇铸液面之下从所述浇铸管穿过一个或者多个流出口而流出。

不同的运行条件（例如不同的坯条拉出速度或者坯条横截面）的匹配按简单的方式通过下列步骤是可能达到的：

— 由一测值传感器通过测量所述坯条浇铸方法的一种状态参数得到一测量值；

— 借助于一控制器，在对所述测量值进行考虑的情况下，确定一随时间变化的调整信号；

— 将所述调整信号作用到一促动器，其中，所述促动器要么改变至少一个杆形装入构件相对于所述浇铸液面的浸没深度，要么改变一杆形装入构件相对于所述结晶器的一侧壁的位置。

借助于该实施形式，至少一个杆形装入构件的所述浸没深度或者所述位置借助于一控制器（例如特性曲线控制器）按依赖于测量值的方式被调节。

在一种优选的实施变型中，坯条拉出速度、所述结晶器的侧壁的温度、或者所述的被引入到所述结晶器之中的熔液的流量（Massenfluss）被用作为测量值。所述测量值优选地通过持续的实时测量而得到，并且作为所述控制的基础。

进一步地，对不同的运行条件的高精度的和稳定的匹配通过下列步骤是可能达到的：

— 由一测值传感器通过测量所述坯条浇铸方法的一种状态参数得到一种测量值；

— 借助于一种调节装置，辅助于一种调节规程，并在考虑所述测量值的标称值的情况下，确定一种随时间变化的调整参数；

— 将所述调整参数作用到一促动器，其中，所述促动器要么改变至少一个杆形装入构件相对于所述浇铸液面的浸没深度，要么改变一杆形装入构件相对于所述结晶器的一侧壁的位置。

借助于该实施形式，至少一个杆形装入构件的所述浸没深度或者所述位置借助于一调节器这样调节：通过改变至少一个杆形装入构件的所述浸没深度或者所述位置，使得所述测量值基本上被保持在所述标称值中。

在一种优选的实施变型中，所述结晶器的一侧壁的温度、或者在所述结晶器中的所述熔液的流动速度——优选地所述熔液基本上平行于所述浇铸液面，被用作为测量值。所述测量值优选地通过持续的实时测量得到，并且作为所述调节的基础。

在一种优选的实施形式中，所述熔液的自由射流在从所述浇铸管流出的过程中借助于所述杆形装入构件被消除。由此按简单方式保证：所述浇铸粉料的熔化借助于所述液流的热能而没有受到损害，或者所述浇铸液面的凝结被阻止。

另一种优选的实施形式在于：所述熔液借助于至少一个杆形装入构件被冷却，其中，所述杆形装入构件与一冷循环回路连接在一起。在此所述冷循环回路优选地实施为温差散热系统或者说热虹吸管或者热管，由此一方面所述流态金属的大量的熔化热被导出，由此所述预制品的质量能够被改善。

为了实现按照本发明的方法的尽可能直接的转变——该转变实现了本发明的基本目的，有利的是，至少一个杆形装入构件具有一促动器——该促动器用来改变所述杆形装入构件相对于所述浇铸液面的浸没深度，或者具有一促动器——该促动器用来改变所述杆形装入构件相对于所述结晶器的一侧壁的位置。

在一种有利的实施形式中，所述装置附加地具有：至少一个测值传感器，其用于测量所述坯条连续铸造机器的状态参数；和一与之连接的控制器，其中，所述促动器各自可与所述控制器和所述杆形装入构件相连接。

在另一种有利的实施形式中，所述装置附加地具有：至少一个测值传感器，其用于测量所述坯条连续铸造机器的一状态参数；和一与之相连接的调节装置，其中，所述促动器各自可与所述调节装置和所述杆形装入构件相连接。

借助于上文最后所述的两个实施形式，杆形装入构件的浸没深度和/或位置可以与不同的运行条件进行自动的、亦即主动的匹配。

在一种实施形式中，所述杆形装入构件覆盖所述结晶器的浇铸液面的少于50%的表面，亦即所有杆形装入构件与所述浇铸液面相交的截面总计少于所述浇铸液面的50%的表面。

在一种实施形式中，杆形装入构件具有圆形的、椭圆形的、透镜形的、或者多角形的横截面。

在另一种有利的实施形式中，杆形装入构件具有冷循环回路。由此可能的是，改善所述预制品的质量。

在一种实施形式中，所述促动器被形成为压力介质缸或者电气的伺服驱动装置。不仅所述压力介质缸而且所述电气的伺服驱动装置很好地适合于作为控制器用的或者调节器用的促动器。

有利地，在坯条连续铸造机器中，在由熔液制造预制品的过程中——所述预制品优选地是钢板坯或者钢薄板坯，使用按照本发明的装置或者按照本发明的方法，来稳定在结晶器中的熔液的单重涡流或者双重涡流形式的流动。

本发明的更多的优点和特征由下文的非限定性地描述的实施实例给出，其中参照下列附图，其示出如下：

图1：用于连续铸造板坯的结晶器的剖面图，所述结晶器具有多个杆形装入构件；

图2：属于图1的俯视图；

图3：用于连续铸造板坯的结晶器的剖面图，所述结晶器具有不同浸没深度的杆形装入构件。

在图1中示出了一种用于连续铸造板坯的结晶器的剖面图。一来自未示出的分发容器的流态的钢熔液于此通过一浇铸管6流入结晶器1中，所述分发容器被安设在所述结晶器1上，所述结晶器1由两个较窄侧壁2和两个较宽侧壁3构成（参见图2），在所述结晶器中，所述熔液被冷却下来，且形成一坚固的坯壳。这样形成的至少部分凝固的坯条从所述结晶器1中拉出，并被引导到一没有示出的坯条支承设备中，得到支承并进一步被冷却。正如在图中示出的那样，所述熔液在所述浇铸液面5下方通过多个彼此对置的流出口7从所述浇铸管中流出，其中，分别形成双重涡流形式的熔液流动。于此朝向结晶器1的较窄侧壁2的方向各流出一自由射流8，其中，所述自由射流在停滞点9中被分成朝向坯条拉出方向的方向（在图中朝下）的流动和朝向浇铸液面5的方向的流动（在图中朝上）。朝向浇铸液面5的方向的流动具有一种特别高的重要性，因为所述流动会对于所述浇铸粉料的分配条件（Verteilungsbedingungen）和熔化负责，所述浇铸粉料从上方添加到所述浇铸液面上。

双重涡流形式的所述圆周形流动由30个杆形装入构件10（从浇铸分发器（Gießverteiler）方向观察，所述结晶器1的浇铸液面的左半平面和右半平面各有3排5列，参照图2）来稳定，其中，双重涡流形式的所述流动的流动速度特别是在所述浇铸液面5区域中被减小。杆形装入构件10的浸没深度借助于促动器11来这样调节：所述熔液流的流出的自由射流8被消除（ausgespart），也就是所述熔液基本上不受影响地从所述浇铸管4流出到所述结晶器1中，其中，出于清楚的原因仅为一个杆形装入构件10示出其促动器11，所述促动器11形成为压力介质缸。在一种可选择的实施形式中，当然也可能的是：不是改变杆形装入构件相对于浇铸液面5的浸没深度，而是改变杆形装入构件相对于结晶器1的较窄侧壁2或者较宽侧壁3的位置。

所述杆形装入构件10的位置以依赖于形成为坯条拉出速度的一测量值的方式来进行调节，其中，所述测量值（所述坯条支承设备的未示出的、未驱动的坯条引导辊的转速）由一测值传感器（一转速传感器）测量出来，并被传送到一未示出的控制装置。所述控制装置借助于一特性曲线在考量所述测量值的情况下确定多个调整信号，所述调整信号被提供给所述促动器11，使得所述杆形装入构件10相对于所述浇铸液面5的浸没深度被改变。在图3中示出具有不同浸没深度的所述杆形装入构件10的示意图（出于清楚简明的原因，所述促动器11在图中被省略）。

附图标记列表

1 结晶器

2 较窄侧壁

3 较宽侧壁

4 浇铸管（Giessrohr）

5 浇铸液面

6 中轴线

7 流出口

8 自由射流

9 停滞点

10 杆形装入构件

11 促动器。

Claims (14)

1. 用于将金属的熔液浇铸成被连续铸造的预制品的方法，其具有下列步骤：

— 将所述熔液引入到结晶器（1）中，其中，在所述结晶器（1）中形成所述熔液的一种浇铸液面（5），并且在所述结晶器（1）中形成所述熔液的单重涡流或者双重涡流形式的至少一种流动；

— 在形成坚固的坯壳的情况下冷却在所述结晶器（1）中的所述熔液;

— 从所述结晶器（1）中引出至少部分凝固的坯条;

— 在坯条支承设备中引导、支承和冷却被引出的所述坯条；

其特征在于：

— 由一测值传感器通过测量所述坯条浇铸方法的状态参数得到一种测量值；

— 借助于一控制器，在考虑所述测量值的情况下，获得一种随时间变化的调整信号；

— 将所述调整信号作用到一促动器（11），其中，所述促动器（11）要么改变至少一个杆形装入构件（10）相对于所述浇铸液面（5）的浸没深度，要么改变一杆形装入构件（10）相对于所述结晶器（1）的一侧壁（2，3）的位置，使得所述熔液的以单重涡流或者双重涡流形式的流动借助于多个杆形装入构件（10）在所述浇铸液面（5）的区域中实现稳定化。

2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，坯条拉出速度、所述结晶器（1）的侧壁（2，3）的温度、或者被引入到所述结晶器（1）中的所述熔液的流量被用作为测量值。

3. 用于将金属的熔液浇铸成被连续铸造的预制品的方法，其具有下列步骤：

— 将所述熔液引入到结晶器（1）中，其中，在所述结晶器（1）中形成所述熔液的一种浇铸液面（5），并且在所述结晶器（1）中形成所述熔液的单重涡流或者双重涡流形式的至少一种流动；

— 在形成坚固的坯壳的情况下冷却在所述结晶器（1）中的所述熔液;

— 从所述结晶器（1）中引出至少部分凝固的坯条;

— 在坯条支承设备中引导、支承和冷却被引出的所述坯条；

其特征在于：

— 由一测值传感器通过测量所述坯条浇铸方法的状态参数得到一种测量值；

— 借助于一种调节装置，辅助于一种调节规程，并在考虑所述测量值的标称值的情况下，确定一种随时间变化的调整参数；

— 将所述调整参数作用到一促动器（11），其中，所述促动器（11）要么改变至少一个杆形装入构件（10）相对于所述浇铸液面（5）的浸没深度，要么改变一杆形装入构件（10）相对于所述结晶器（1）的一侧壁（2，3）的位置，使得所述熔液的单重涡流或者双重涡流形式的流动借助于多个杆形装入构件（10）在所述浇铸液面（5）的区域中实现稳定化。

4. 按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所述结晶器（1）的一侧壁（2，3）的温度、或者在所述结晶器（1）中的所述熔液的流动速度——优选地基本上平行于所述浇铸液面（5），被用作为测量值。

5. 按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述熔液的自由射流（8）在从所述浇铸管（4）流出的过程中借助于所述杆形装入构件（10）被消除。

6. 按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述熔液借助于至少一个杆形装入构件（10）被冷却，其中，所述杆形装入构件（10）与一冷循环回路连接在一起。

7. 用于将金属的熔液浇铸成被连续铸造的预制品的装置，其具有：

— 结晶器（1），所述熔液被引入到该结晶器中，其中，在所述结晶器（1）中，一浇铸液面（5）和一部分凝固的坯条被形成；

— 坯条支承设备，其用于引导、支承和冷却所述坯条，其中至少部分凝固的所述坯条从所述结晶器（1）中被引出；和

— 多个杆形装入构件（10），其位于在所述结晶器（1）中的所述熔液的浇铸液面（5）的区域中；

其特征在于，至少一杆形装入构件（10）具有一促动器（11），该促动器用来改变所述杆形装入构件（10）相对于所述浇铸液面（5）的浸没深度；或者具有一促动器（11），该促动器用于改变所述杆形装入构件（10）相对于所述结晶器（1）的一侧壁（2， 3）的位置。

8. 按照权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置附加地具有：至少一个测值传感器，其用于测量所述坯条连续铸造机器的一状态参数；和一与之连接的控制器，其中，所述促动器（11）各自可与所述控制器和所述杆形装入构件（10）相连接。

9. 按照权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置附加地具有：至少一个测值传感器，其用于测量所述坯条连续铸造机器的一状态参数；和一与之相连接的调节装置，其中，所述促动器（11）各自可与所述调节装置和所述杆形装入构件（10）相连接。

10. 按照权利要求7至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述杆形装入构件（10）覆盖所述结晶器（1）的浇铸液面（5）的少于50%的表面。

11. 按照权利要求7至10中任一项所述的装置，其特征在于，杆形装入构件（10）具有圆形的、椭圆形的、透镜形的、或者多角形的横截面。

12. 按照权利要求7至11中任一项所述的装置，其特征在于，杆形装入构件（10）具有冷循环回路。

13. 按照权利要求7至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述促动器（11）被形成为压力介质缸或者电的伺服驱动装置。

14. 按照权利要求7至13中任一项所述的装置在坯条连续铸造机器中在由熔液制造预制品时的应用——所述预制品优选地是钢板坯或者薄钢板坯，所述装置用于使得在结晶器（1）中的熔液的单重涡流或者双重涡流形式的流动得以稳定。

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