CN103223476B - 连续浇注连铸坯的直通式结晶器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对连铸坯进行连续浇注的直通式结晶器，具有-内管，其形成沿着纵轴线在两侧敞开的成型空腔；-在所述内管的至少一个外周面内的多个冷却沟槽，其在所述内管的长度区域上平行于所述纵轴线延伸；-套筒，其横向于所述纵轴线包围在所述内管的周面内的多个冷却沟槽，从而使得冷却液能够在冷却沟槽中在所述内管和所述套筒之间流动；以及外管，其包围并且流体密封地密封所述内管和所述套筒，从而能够在所述内管和所述外管之间形成冷却罩；本发明提供一种直通式结晶器，其允许更高的冷却功率并且在此所述结晶器具有高的刚性。在此所述套筒在所述纵轴线的法向平面内完全包围在所述内管，并且所述套筒通过联接措施而与所述内管连接。

Description

连续浇注连铸坯的直通式结晶器
技术领域
本发明涉及一种用于对连铸坯、尤其具有小方坯断面或大方坯断面的连铸坯进行连续浇注的直通式结晶器，具有
-内管，所述内管形成沿着纵轴线在两侧敞开的成型空腔；
-在所述内管的至少一个外周面内的多个冷却沟槽，所述冷却沟槽在所述内管的长度区域上平行于所述纵轴线延伸；
-套筒，所述套筒横向于所述纵轴线包围所述在所述内管的周面内的多个冷却沟槽，从而使得冷却液能够在冷却沟槽中在所述内管和所述套筒之间流动；以及
-外管，所述外管包围并且流体密封地密封所述内管和所述套筒，从而能够在所述内管和所述外管之间形成冷却罩。
背景技术
由GB2177331A可知用于具有小方坯断面或大方坯断面的连铸坯的直通式结晶器，其中所述内管具有沿结晶器的纵向的多个冷却沟槽。其不利的是，内管的刚性由于冷却沟槽而减小并且能够在内管和外管之间流动的冷却液不充分地穿流所述冷却沟槽。由此仅以不充分的程度达到冷却沟槽的期望的效果，即通过将冷却液引导到在成型空腔中的液态的钢近旁提高结晶器的冷却功率。
如何能够进一步提高所述冷却功率，不能从所述文献中获悉。
由DE102005059712A1可知具有内管和多个水导向板的直通式结晶器。所述内管具有沿结晶器的纵向的多个冷却沟槽，由此提高熔液的散热。通过水导向板确保充分地穿流所述冷却沟槽。
就这种解决方案而言不利的是，由开沟槽的内管和套筒组成的结构单元的刚性相对于未开沟槽的内管而言大幅降低。
发明内容
本发明的任务在于克服现有技术的缺点并且实现一种直通式结晶器，其允许更高的冷却功率并且在此所述结晶器具有高的刚度。
该任务通过一种开头提到的类型的直通式结晶器解决，在此所述套筒在所述纵轴线的法向平面内完全包围所述内管，并且所述套筒通过联接措施而与所述内管连接。
回顾来看，通过结晶器的简单的变型一方面确保逆着连铸坯的浇注方向（即在相对于形成的连铸坯的逆流中，具体地大多由下向上）有利地穿流所述结晶器的冷却液，不绕过冷却沟槽流动，而是借助于套筒强制穿过所述冷却沟槽流动。由此显著地提高结晶器的冷却功率。另一方面，所述套筒加强了所述内管，所述套筒在纵轴线的法向平面内完全包围所述内管并且所述套筒通过联接措施（例如通过粘接、钎焊或者熔焊）与所述内管连接，以至于所述由开沟槽的内管和套筒组成的结构单元，至少不具有显著降低的刚性。一方面由于结晶器的相对高的刚性结合高的冷却功率，在相同的浇注速度下得到更厚的连铸坯壳，从而在相同的浇注速度下提高了连铸机的运行可靠性。另一方面在相同的额定连铸坯厚度下能够提高浇注速度，从而可以在连铸机中进一步提高浇注速度。这提高了连铸机或者铸轧复合设备的生产率。在联接措施时内管的外周面与套筒的内周面连接。冷却沟槽的长度区域一般处于液态的钢的弯月面的区域中，该长度区域优选在内管的总长的20%到100%上延伸。
在尤其适用于一体地构造的结晶器（例如具有小方坯断面或大方坯断面的所谓的管式结晶器）的有利的实施方式中，所述套筒一体地构造，其中或者
-所述内管与所述套筒在所述直通式结晶器的运行温度下形成过盈配合；或者
-所述内管或者内管的铜格板（Kupferkassettenplatte）材料锁合地（例如通过粘接、钎焊或者熔焊）与所述套筒连接。通过内管和套筒之间的过盈配合或者联接措施连接，由开沟槽的内管和套筒组成的结构单元的刚性由于内管的周面和套筒之间的紧密连接得以大幅提高。
对此可替代的是套筒分体地构造，其中所述套筒的一部分相对于所述套筒的另一部分可张紧地构造。在此能够简单地调整使得套筒的一部分相对于另一部分张紧的张紧力（例如螺丝的预紧力或者拧紧力矩）。此外简化了套筒与内管的装配或者拆卸。
为了允许冷却液的简单的导入和导出，有利的是，所述直通式结晶器在下端面上具有用于将冷却液导入到所述冷却罩中的接口并且在上端面上具有用于将冷却液从所述冷却罩导出的接口。这种实施方式相对于侧面的接口有以下优点：冷却液沿着整个纵向延展尺寸穿流结晶器。
因为内管的内周面受到高的温度负载并且为了提高穿过内管的散热，因此有利的是，所述内管由铜合金（必要时具有由硬的、耐高温的材料制成的涂层，参见例如http://en.wikipedia.org/wiki/Cermet）制成。
符合目的的是，所述套筒和所述外管由钢制造。
因为所述内管承受磨损，因此有利的是，所述套筒可拆卸地，例如通过至少一个连接元件如螺纹连接，与所述内管连接。由此能够在更换内管之后重复使用套筒。当然同样可替代的是，将内管与套筒不可拆卸地连接，例如通过钎焊、熔焊或者粘接。
为了使得冷却液流可靠地从冷却罩转向到冷却沟槽中，有利的是，所述套筒在其外周面上具有密封机构（例如所谓的O形圈）。由此防止在套筒和外管之间冷却液发生泄漏。
对于分体的套筒而言有利的是，所述套筒在穿过所述内管的纵轴线延伸的平面内分体地构造。
根据本发明的直通式结晶器同样可应用于直的管式结晶器，即所述内管和所述外管具有直的纵轴线，也可用于弯曲的管式结晶器，即所述内管和所述外管具有弯曲的纵轴线。
在选择冷却沟槽的尺寸方面有利的是：全部的冷却沟槽在纵轴线的法向平面内都具有第一可穿流的面积；所述内管和外管之间的（即在内管的具有冷却沟槽的长度区域之外）的冷却罩在所述纵轴线的法向平面内具有第二可穿流的面积，其中所述第一可穿流的面积在所述第二可穿流的面积的50%到200%之间。可替代的同样可能是，选择所述冷却沟槽的液压直径基本上等于冷却罩的液压直径。
原则上可能的是，所述冷却沟槽不由内管而是由套筒加工出来。其有利的是，能够使用平滑的内管（没有冷却沟槽）。但是一般来说更简单的是，所述沟槽例如通过铣削由内管的外周面制出。
在用于对具有小方坯断面或大方坯断面的连铸坯进行连续浇注的直通式结晶器中，所述内管优选一体地构造。这种类型的结晶器称为管式结晶器。
在用于对具有板坯断面或者薄板坯断面的连铸坯进行连续浇注的直通式结晶器中，所述内管优选由多个铜格板构成。在此并不是强制必须使所述铜格板是平面的；这些铜格板（例如在用于薄板坯的结晶器中）常常弯曲地设计。
因为液态的金属熔液在弯月面的区域中具有最高的温度，因此有利的是，在所述连铸机的运行中将所述弯月面布置在所述长度区域（即在具有冷却沟槽的内管的区域中）中。
附图说明
本发明的其他优点和特征由对非限制性的实施例进行的随后的说明得出，其中涉及下列附图：
图1示出根据本发明的直通式结晶器的透视图；
图2示出按照图1的具有套筒的内管的透视图；
图3示出按照图1的外管的透视图；
图4示出图2的前视图；
图5示出图1的前视图和俯视图；
图6示出沿着图5的剖切线B-B的剖视图；
图7示出沿着图5的剖切线C-C的剖视图；
图8示出沿着图5的剖切线D-D的剖视图;
图9示出沿着图7的剖切线E-E的剖面；
图10示出在穿流冷却沟槽时流动方向的示图；
图11示出用于小方坯连铸机/大方坯连铸机的半个机械头的透视图；
图12示出图11的前视图；
图13示出沿着图12的剖切线A-A的剖面；
图14示出图11的分解图。
附图标记列表
1直通式结晶器
2内管
3纵轴线
4成型空腔
5冷却沟槽
6长度区域
7套筒
8外管
9密封机构
10冷却液的流动方向
11a、11b水分配仓
12紧固法兰
13弹簧带
14铰接杆
15支撑结构
16升降台
17插入单元。
具体实施方式
图1示出根据本发明的直通式结晶器1的透视图，所述直通式结晶器适用于由钢熔液对具有小方坯断面或大方坯断面的连铸坯进行连续浇注。在随后的附图中始终示出直的结晶器，但是本发明完全不局限于此并且也能够无限制地应用在弯曲的结晶器中。
直通式结晶器1具有直的内管2，所述内管2具有沿着纵轴线3在两侧敞开的、具有小方坯断面或大方坯断面的成型空腔。在内管2中的冷却沟槽5和套筒7在图1中由外管8遮盖，从而未示出。根据图1将内管2划分到其四个四分体中，其中划分平面分别穿过纵轴线3延伸。
在图2中示出图1的套筒7和内管2的未分体的变型方案。不管是未分体的或者分体的实施方案，内管2都具有多个冷却沟槽5，所述冷却沟槽在内管2的长度区域6上相对于纵轴线3平行地延伸。具体地结晶器的在图5中示出的成型空腔4具有130x130mm的正方形的横截面。所述冷却沟槽具有10mm的宽度和到底部的8mm的深度。两个冷却沟槽5之间的间距为18mm。内管的厚度从纵轴线3上来看不是恒定的并且在13到15mm之间；在冷却沟槽5的区域中所述内管具有13mm的厚度，从而使得成型空腔和冷却沟槽之间的最小间距为大约5mm。所示的套筒7一体地构造并且在所述结晶器的运行温度下在套筒7的内周面和内管2的外周面之间具有过盈配合，从而使得由于冷却沟槽5削弱的内管2通过套筒7支撑。
图3以单独的示图示出图1中的外管8。如在上方的区域中可见，所述外管8具有平滑的内周面。
图4示出图2的前视图。
图5示出直通式结晶器1的前视图和俯视图。
图6示出直通式结晶器1沿着图5的剖切线B-B的第一剖视图。在这种情况下，内管2由四个四分体组成。在内管2和外管8之间存在冷却罩(因为大多数情况下冷却液会用到水，因此也称为水罩)。在内管2和外管8之间的可穿流的面积在此大约为2700mm2。
在图7中示出沿着剖切线C-C的剖面。由此可以看出，一方面，套筒7包围具有冷却沟槽5的内管2。另一方面，套筒7由外管8包围，从而使得这三个构件2、7、8相互支撑。通过具有半圆形底部的冷却沟槽的设计避免了在内管2中过度的切口应力。如尤其从图2和图4中看出的那样，有利的是，平行于纵轴线3在无冷却沟槽的内管2、内管2的具有冷却沟槽5的长度区域和无冷却沟槽的内管2之间设置连续的过渡部。该措施也可减小切口应力。冷却沟槽5在内管2和外管8之间的可穿流的面积的总和在此大约为2200mm2。
冷却罩的液压直径dH-冷却罩和冷却沟槽的液压直径dH-冷却沟槽也是大致相似的，其中dH-冷却沟槽=0.93xdH-冷却罩。
图8示出沿着图5的剖切线D-D的剖面。
图9示出沿着图7的剖切线E-E的纵剖面。对此的细节在图10中放大地示出，从中可以看出，冷却液如何基本上由下向上、即逆着垂直由上向下延伸的浇注方向穿流所述冷却罩。在结晶器的下方区域中，冷却液垂直向上延伸直至它通过套筒7转向到冷却沟槽5中。在内管2的具有冷却沟槽5的长度区域中，所述冷却液再次基本上垂直向上流动直到它在套筒终止后再次转向到内管2和外管8之间的原本的冷却罩中。液体的流动方向在该附图中通过箭头10示出。
图11到13示出了用于对小方坯连铸坯和大方坯连铸坯进行浇注的连铸机的机头的一半，其包括与升降台16可拆卸地连接的冷却了的直通式结晶器1、位置固定的支撑结构15和用于使升降台16连同结晶器1相对于支撑结构15振荡的振荡装置。
直通式结晶器1的内管2沿着内管2的总长的至少90%具有冷却沟槽5，从而使得结晶器的冷却功率由于在冷却沟槽5的底部和成型空腔4中的液态的钢之间的小的壁厚而提高。为了提高结晶器的刚性并且保证有目的性地引导冷却水穿过所述冷却沟槽，内管2在结晶器1的运行温度下通过压配合或者收缩配合与套筒7连接。内管2、套筒7和具有水分配仓11a、11b的外管8形成插入单元（也称作“Cartridge”），所述插入单元能够简单且快速地更换。
所述插入单元与升降台16连接，所述升降台能够通过具有未示出的振荡驱动装置（例如液压缸、偏心轴、电气直线驱动装置等）的至少一个铰接杆14相对于支撑结构15振荡。
冷却液的穿流方向在图12中详细示出。所述冷却液经过未示出的灵活的连接机构（例如软管）从位置固定的支撑结构15流入到水分配仓11a中。从那里液体在外管8和套筒7之间的冷却罩中向下（箭头方向10）流动并且在结晶器的下端部转向。随后冷却水在内管2和套筒7之间的冷却沟槽5中逆着连铸坯的排出方向向上穿流（也参见图13，其示出了内管2、套筒7和外管8的布置），并且在结晶器1的上端部在另一次转向后进入到水分配仓11b中。从那里，加热了的冷却水（以与引入到水分配仓11a中类似的方式）从水分配仓11b中导出。
关于具有环形地包围升降台16的四个弹簧带13的振荡装置可参阅EP2524746A1并且参考其内容。
在图14中的分解图示出，由内管2、套筒7、外管8和水分配仓11a、11b组成的上文提到的插入单元17在规格变换或者维修时能够简单地取出。在此在拆卸掉紧固法兰12之后将所述插入单元向上取出。在装入新的插入单元17后将其利用法兰12固定在升降台16上，从而使得浇注运行能够在短暂的中断后恢复。具有冷却沟槽5的内管2能够在车间中从套筒压出，并且插入新的内管2。
尽管本发明详细地通过优选的实施例进行了进一步地阐述和说明，但是本发明并不局限于已公开的实施例，并且本领域技术人员能够从中派生出其他的变型方案而并不脱离本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种用于对连铸坯进行连续浇注的直通式结晶器（1），具有
-内管（2），所述内管形成沿着纵轴线（3）在两侧敞开的成型空腔（4）；
-在所述内管（2）的至少一个外周面内的多个冷却沟槽（5），所述冷却沟槽在所述内管（2）的长度区域（6）上平行于所述纵轴线（3）延伸；
-套筒（7），所述套筒横向于所述纵轴线（3）包围所述内管（2）的周面内的多个冷却沟槽（5），从而使得冷却液能够在冷却沟槽（5）中在所述内管（2）和所述套筒（7）之间流动；以及
-外管（8），所述外管包围并且流体密封地密封所述内管（2）和所述套筒（7），从而能够在所述内管（2）和所述外管（8）之间形成冷却罩；
其中所述套筒（7）在所述纵轴线（3）的法向平面内完全包围所述内管（2），并且所述套筒（7）通过联接措施而与所述内管（2）连接，
其特征在于，所述套筒（7）在其外周面上具有密封机构（9）；并且其中全部的冷却沟槽（5）在所述纵轴线（3）的法向平面内具有第一可穿流的面积，所述内管（2）和外管（8）之间的冷却罩在所述纵轴线（3）的法向平面内具有第二可穿流的面积，所述第一可穿流的面积在所述第二可穿流的面积的50%到200%之间。
2.按权利要求1所述的直通式结晶器，其特征在于，所述连铸坯具有小方坯断面或大方坯断面。
3.按权利要求1所述的直通式结晶器，其特征在于，所述套筒（7）一体地构造，其中，或者
-所述内管（2）与所述套筒（7）在所述直通式结晶器（1）的运行温度下形成过盈配合；或者
-所述内管（2）材料锁合地与所述套筒（7）连接。
4.按权利要求1所述的直通式结晶器，其特征在于，所述套筒（7）分体地构造，其中所述套筒（7）的一部分相对于所述套筒（7）的另一部分可张紧地构造。
5.按权利要求1到4中任一项所述的直通式结晶器，其特征在于，所述直通式结晶器（1）在下端面上具有用于将冷却液导入到所述冷却罩中的接口。
6.按权利要求1到4中任一项所述的直通式结晶器，其特征在于，所述直通式结晶器（1）在上端面上具有用于将冷却液从所述冷却罩导出的接口。
7.按权利要求1到4中任一项所述的直通式结晶器，其特征在于，所述内管（2）由铜合金制成。
8.按权利要求1到4中任一项所述的直通式结晶器，其特征在于，所述套筒（7）和所述外管（8）由钢制成。
9.按权利要求4所述的直通式结晶器，其特征在于，所述套筒（7）在穿过所述内管（2）的纵轴线（3）延伸的平面内分体地构造。
10.按权利要求1到4中任一项所述的直通式结晶器，其特征在于，所述内管（2）和所述外管（8）具有直的纵轴线（3）。
11.按权利要求1到4中任一项所述的直通式结晶器，其特征在于，所述内管（2）和所述外管（8）具有弯曲的纵轴线（3）。
12.按权利要求1到4中任一项所述的直通式结晶器，其特征在于，所述直通式结晶器（1）构造用于对具有小方坯断面或大方坯断面的连铸坯进行连续浇注并且所述内管（2）一体地构造。
13.按权利要求1到4中任一项所述的直通式结晶器，其特征在于，所述直通式结晶器（1）构造用于对具有板坯断面或者薄板坯断面的连铸坯进行连续浇注并且所述内管（2）由多个铜格板构成。
14.一种具有按权利要求1至13中任一项所述的直通式结晶器的连铸机，其特征在于，在所述连铸机的运行中液态的金属熔液的弯月面布置在所述长度区域中。
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