CN103874553A - 利用低温冷却无锭轧制件的铸坯直接轧制法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用低温冷却无锭轧制件的铸坯直接轧制法，将金属熔融物（4）浇注在金属型区域（1）内，该金属型区域在至少一侧由围绕第一旋转轴（3）旋转的第一无锭轧制件（2）限定。将由金属熔融物（4）凝固产生的金属条带（4’）从金属型区域（1）中导出。通过第一冷却装置（5），借助一定数量的冷却剂涂覆装置（6）将液态的冷却介质（7）涂覆在第一无锭轧制件（2）的表面上。冷却介质（7）经由第一冷却介质管路（8）被送至第一冷却剂涂覆装置（6）。该冷却介质相对金属熔融物（4）是惰性的，该冷却介质具有参照常压在20℃以下、尤其是在-20℃以下的标准沸点和在工作沸点或其以下的工作温度，该工作温度位于或低于工作沸点。工作沸点与加载给冷却介质（7）的工作压力（p）相关。借助至少一个传感器（15）可以检测第一无锭轧制件（2）的实际特性或金属条带（4’）的实际特性。实际特性被送至第一冷却装置（5）的控制装置（14）。该控制装置（14）根据输送给它的实际特性和相应的额定特性，自动地测定第一冷却装置（5）的驱控状态并且相应地对第一冷却装置（5）进行驱控。

Description

利用低温冷却无锭轧制件的铸坯直接轧制法

技术领域

本发明涉及一种铸坯直接轧制法，

-其中，将金属熔融物浇注到金属型区域内，该金属型区域在至少一侧由围绕水平的第一旋转轴旋转的第一无锭轧制件限定，并且，将由金属熔融物凝固而生成的金属条带从金属型区域中导出，

-其中，通过第一冷却装置，借助一定数量的冷却介质涂覆装置将液态的冷却介质涂覆到第一无锭轧制件的表面上，

-其中，将冷却介质经由第一冷却介质管路输送给第一冷却介质涂覆装置，

-其中，该冷却介质相对金属熔融物是惰性的，该冷却介质具有参照常压在20℃以下、尤其是在-20℃以下的标准沸点和在工作沸点时或其下的工作温度，其中，工作沸点与加载给冷却介质的工作压力相关。

背景技术

此类的铸坯直接轧制法及其附属装置通常是已知的。纯示例性地参阅文献JP58097467A。

在利用水平或垂直的单或双轧辊浇铸机或利用浇铸厚度小于15mm的带式浇铸系统来接近最终尺寸地浇铸金属时，在浇铸后马上出现的金属条带变形中，可能仍在限定的程度内对最终产品的轮廓和平坦度进行影响。基于此原因有益的是，在浇铸过程中已经将所浇铸的金属条带轧压出适当的厚度轮廓或适当的厚度外形，并因此还尽可能避免出现厚度楔（Dickenkeil）。

此外，下述已知的情况可以用于在使用双滚柱-带式浇铸机的情况下影响浇铸轮廓，即浇铸的边缘厚度与无锭轧制件表面上的热流和接触时间相关。这两个因素共同确定了带壳（Bandschale）在相关位置上能设计为多厚。因此通过该参量在无锭轧制件宽度上的改变，可以极大地影响所浇铸的金属条带的厚度轮廓。

无锭轧制件的轮廓和无锭轧制件本身的定位（位置和/或挤压力）具有对带厚度轮廓的另一个影响。浇铸间隙区域中的无锭轧制件外形被热膨胀并且进而被局部的热流影响。

无锭轧制件表面上的热流一方面是由用于无锭轧制的熔融物的传热系数来确定，并且在更大的程度上由用于无锭轧制的凝固的带壳的传热系数来确定。此外，无锭轧制件与条带壳或熔融物池之间的温度差对热流具有决定性影响。

在现有技术中，通常由内部冷却-可能补充地通过外部冷却-设置无锭轧制件的温度。接触时间由无锭轧制件的旋转速度、无锭轧制件几何构型和浇铸空隙确定。对于静止的熔融物池表面来说，在所浇铸的条带宽度上的第一近似的接触时间是恒定的。因此热流仅仅保持作为可能的调节参数，以便在条带宽度上影响条带壳厚度和轧辊几何构型。

已知的是，由此改变在带条宽度上的热流，即影响液态金属或条带壳与无锭轧制件之间的传热系数。例如，可以实现逐个区段地添加具有高导热率的气体。还可以使用如氩气和氮气的气体混合物，气体混合物中的成分与带壳发生化学反应。在这种情况下，必须将用于相应气体的添加装置在位置上布置在熔融物、轧辊和气室的三相点附近，以便将气体有目的地引入到自身构成的条带壳与无锭轧制件之间。然而由于布置了中间罐、熔融物分配器和传感器，因此在无锭轧制件系统的这个区域中对位置有极大限制。由此使构造和结合变得耗费成本，在一些情况下甚至是不可能的。

此外已知的是，通过附加的、从外部涂覆在无锭轧制件上的冷却液体来影响无锭轧制件的温度。若这里用的是水，则要注意的是，水或水蒸气不应与熔融物相接触。因为这可能会-根据应用的金属-出现质量问题甚至是严重故障（例如对于非铁金属来说，会形成氢气并伴随有爆炸危险）。在这种情况下则需要大容量的抽吸和回收装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铸坯直接轧制法，借助该方法能以简单并有效的方式实现对第一无锭轧制件的运行安全的冷却。

上述目的由具有权利要求1所述特征的铸坯直接轧制法实现。与本发明相关的铸坯直接轧制法的优选设计是从属权利要求2至11的内容。

根据本发明提出，以如下方式对开头提到类型的铸坯直接轧制法进行设计，即借助至少一个传感器检测第一无锭轧制件的实际特性或金属条带的实际特性，将所述实际特性输送给冷却装置的控制装置，并且该控制装置根据输送给它的实际特性和相应的额定特性，自动地测定第一冷却装置的驱控状态并且相应地对第一冷却装置进行驱控。通过这些设置可以以简单的方式来实现闭合控制回路。

通常，金属型区域在第二侧由第二个、围绕第二水平旋转轴旋转的第二无锭轧制件限定。在此种情况下，第二旋转轴平行于第一旋转轴延伸。第一和第二无锭轧制件自身之间形成浇铸空隙。将金属条带从金属型区域向下导出。在此种情况下，相对于旋转轴、并在第一无锭轧制件的旋转方向上看，金属型区域的浇铸空隙与涂覆位置的夹角优选地在60°与180°之间、尤其是在90°与180°之间，其中在涂覆位置处将液态冷却介质涂覆在无锭轧制件的表面上。

在本发明的一个优选的设计中提出，第一冷却剂涂覆装置在第一无锭轧制件下方布置在一个区域内，在水平方向上看，该区域在第一无锭轧制件的直径上延伸，并且在垂直方向上看，该区域位于第一无锭轧制件的最低点的下方。

在本发明的一个特别优选设计中，借助位于金属条带和第一冷却剂涂覆装置之间的隔离装置，将金属条带相对于冷却介质和/或将第一冷却剂涂覆装置相对于金属条带进行热隔离。

优选地，利用热隔离件包裹第一冷却介质管路。由此也实现了相对外界温度的热保护。冷却介质的沸点越低并且从贮存容器到第一冷却介质涂覆装置的冷却介质输运越长，则上述保护作用越重要。

优选地，在第一冷却介质管路中布置气体分离器。由此可以实现，确保冷却介质在从气体分离器至冷却介质涂覆装置的区域中-尤其是布置在气体分离器下游的阀中-的冷却介质管路内完全以液态形式存在并不会形成泡。

优选地，所述第一冷却介质涂覆装置中还布置有能控制的阀。该阀优选地设计为开关阀。通过这种设计可以实现以特别简单的方式设置限定的冷却介质流。

可能的是，在第一无锭轧制件的宽度上看，第一冷却剂涂覆装置分散地布置。在此种情况下可以实现单独或分组地驱控这些第一冷却剂涂覆装置。通过这种设计可以实现以特别简单的方式设置限定的浇铸轮廓。

可能的是，设置第一冷却剂涂覆装置与第一无锭轧制件的距离和/或设置第一冷却剂涂覆装置相对于第一无锭轧制件的取向。冷却管路也可以通过该设置方式来设置。尤其可能的是，当铸坯直接轧制装置进行工作时，通过控制装置来调整第一冷却剂涂覆装置的距离和/或取向。

特别地，冷却介质可以为液氮、液态稀有气体-尤其是氩气-或是有机冷却剂。

附图说明

以上描述的本发明的特性、特征和优点以及它们如何实现的方式和方法与以下示例性实施例的描述相关联地被更清楚且更明确地解释，该示例性实施例将结合附图更详细地解释。在这里以示意图示出了：

图1是铸坯直接轧制装置，

图2是图1所示铸坯直接轧制装置的一部分，

图3是冷却装置，

图4是时间图，和

图5是具有冷却介质涂覆装置的无锭轧制件。

具体实施方式

根据图1，铸坯直接轧制装置包括金属型区域1。该金属型区域1在一侧由第一无锭轧制件2限定。在铸坯直接轧制装置运行中，该第一无锭轧制件2围绕第一旋转轴3旋转。根据图1，还有第二无锭轧制件2’，其旋转轴3’平行于第一无锭轧制件2的第一旋转轴3延伸。在运行时，第二无锭轧制件2’相对于第一无锭轧制件2反向旋转。

将金属熔融物4浇注在金属型区域1内。金属熔融物4在边缘处-尤其是在无锭轧制件2，2’的外套表面上凝固。无锭轧制件2，2’从上方旋转到浇铸区1中。由此，由金属熔融物4凝固产生的金属条带4’从浇铸区1内中导出。可以根据需求确定金属类型。举例来说，可以是钢、铝、铜、黄铜、镁等。

无锭轧制件2，2’需要被冷却。通常冷却是通过冷却介质管路实现的，该冷却介质管路在无锭轧制件2，2’的内部延展（内部冷却）。大多使用水作为用于该内部冷却的冷却介质。内部冷却在本发明的范畴中并不重要，因此未在图示中示出。

可替代无锭轧制件2，2’的内部冷却或除此之外的是，可以从外部给无锭轧制件2，2’加载液态冷却介质7。在此种情况下，铸坯直接轧制装置-如有可能对每个无锭轧制件2，2’而言-包括冷却装置5，5’。该冷却装置5，5’分别包括一定数量的冷却介质涂覆装置6，6’（各至少一个）。借助冷却介质涂覆装置6，6’将液态冷却介质7从外部涂覆在相应的无锭轧制件2，2’的外表面上。

可以根据需求来设计冷却介质涂覆装置6，6’。特别地，可以将其设置为常规喷嘴，例如扁平喷嘴、锥形喷嘴或尖头喷嘴。通过相应的冷却介质管路8，8’将冷却介质7从贮存容器7’’输送给冷却介质涂覆装置6，6’（见图2）。可以具有泵7’，但是该泵并不是强制必须的。

冷却介质7在工作压力p下存在于冷却介质管路8，8’和/或贮存容器7’’内。工作压力p可以与气压相同。可替代地，工作压力p可以大于气压，例如可达50bar。通常，工作压力位于10bar与30bar之间。按如下方法选择冷却介质7，即其具有以下特性：

-该冷却介质相对金属熔融物4（及金属条带4’）是惰性的。

-该冷却介质在常压下具有沸点（=标准沸点），在此种情况下，该沸点在20℃、并特别地在-20℃以下。

-该冷却介质具有在冷却介质7的工作沸点时或在其以下的工作温度。该工作沸点与冷却介质7所处于的工作压力p相关。

举例来说，适合的冷却介质7为液氮、液态稀有气体（例如氩气）和有机冷却剂。也可以使用上述物质的混合物。举例来说，氮气的标准-沸点为-195.8℃。工作温度例如-在工作压力p大约为20bar时-可以为-190℃。氩气的标准沸点为-185.8℃。其工作温度例如-在工作压力p大约为20bar时-可以为-180℃。作为有机冷却剂可以考虑氟化的碳氢化合物。典型的实例是冷却介质R134a（1，1，1，2-四氟乙烷）。这些冷却介质的标准沸点为-26℃。优选地，其工作温度在-30℃以下，但在-100℃、优选地在-80℃以上。

根据图2-并且也根据图1-，第一旋转轴3水平地取向。一般情况下，第二旋转轴3’与第一旋转轴3位于相同的高度，从而使两个旋转轴3，3’位于共同的水平面内。两个无锭轧制件2，2’的最小间距（浇铸间隙9）位于该平面内。此外根据图2，将金属条带4’从金属型区域1向下导出。

在此种情况下，第一无锭轧制件2轮廓的相当大的部分可以被提供作为涂覆位置。该涂覆位置是指将冷却介质7在此涂覆到第一无锭轧制件2的表面上的位置。与第一旋转轴3相关的夹角α由浇铸间隙9出发，在第一旋转轴2的旋转方向上被测量，并且延伸至涂覆位置，举例来说，该夹角可以位于60°与240°之间。一般情况下，夹角α位于90°与180°之间。

用于第一无锭轧制件2的冷却介质涂覆装置6可以布置在第一无锭轧制件2的旁边或-如图2中所示并且根据本发明优选地-布置在第一无锭轧制件的下方。在水平方向上看，位于第一无锭轧制件2“下方”的区域在第一无锭轧制件2的直径上延伸。优选地，用于第一无锭轧制件2的冷却介质涂覆装置6与垂直延伸的金属条带4’的间距至少为第一无锭轧制件2的直径的25%。

根据本发明，冷却介质涂覆装置6可以布置在铸坯直接轧制装置的一个区域内，无需对该区域另外安装和调整。因此可能的是，相应于图2的示意图，在金属条带4’与用于第一无锭轧制件2的冷却介质涂覆装置6之间布置有隔离装置10-例如隔离片。借助该隔离装置10可以一方面将金属条带4’对于蒸发的、但仍相对较冷的冷却介质7进行隔离，否则该冷却介质会到达热金属条带4’上。另一方面，可以将用于第一无锭轧制件2的冷却介质涂覆装置6和相应的冷却介质管路8对于仍较热的金属条带4’的辐射热进行隔离。可以对隔离装置10进行冷却，例如借助内部水冷却装置。

图3示出了本发明的其他几个可能的设计方案。这些设计方案能彼此无关地实现。

如图3示例性示出的，利用热隔离件11包裹冷却介质管路8。由此可以-对相对较长的冷却介质管路8也可以-避免从外部的能量输入将冷却介质管路8内的冷却介质7过度加热。

此外图3示出，在第一冷却介质管路8中布置有多个气体分离器12（或布置有至少一个气体分离器）。气体分离器12优选地紧邻布置在第一冷却介质管路8中的阀13布置在其前面。

阀13可以设计为比例阀。然而阀13也优选地设计为开关阀，其根据开关状态要么（完全）打开要么（完全）关闭，见图4。阀13优选地被控制装置14驱控，更确切地说在铸坯直接轧制装置进行运行时也被驱控。

特别地，在阀13设计为开关阀的情况下，在时间上平均的涂覆在第一无锭轧制件2上的冷却介质7的量可以由此设置，即-与脉宽调制相似-尽管可以以固定的时钟周期T对阀13进行驱控，但在该时间周期T内设置有断开部分时间T’。如在图4的左区域示例性地示出阀13的一种驱控状态，在该控制状态下将相对少量的冷却介质7涂覆到第一无锭轧制件2上，而在图4的右侧部分示出阀13的一种控制状态，在该控制状态将有相对较大量的冷却介质7涂覆在第一无锭轧制件2上。

此外图3示出，冷却介质涂覆装置6与第一无锭轧制件2的距离a是可设置的。这在图3中通过相应的双箭头A表示。可替代地或附加地，能设置冷却介质涂覆装置6相对第一无锭轧制件2的取向。这在图3中通过相应的双箭头B表示。也可以借助控制装置14-优选地也在铸坯直接轧制装置进行运行时-设置冷却介质涂覆装置6的距离a和/或取向。

为了可以在第一无锭轧制件2的整个宽度上向其施加液态冷却介质7，一般情况下会存在多个冷却介质涂覆装置6，这些冷却介质涂覆装置在第一无锭轧制件2的整个宽度上分散地布置。在图5中纯示例性地示出了六个该类型的冷却介质涂覆装置6。根据需求其数目可以更多或更少。

可以实现，可以一起驱控所有的冷却介质涂覆装置6。在此种情况下，对于这些冷却介质涂覆装置6只需要一个唯一的阀13。然而优选地能单个地驱控冷却介质涂覆装置6-如在图5的左边两个和右边两个冷却介质涂覆装置6-。作为替代地，可以将多个冷却介质涂覆装置6-如图5中间两个冷却介质涂覆装置6-组合成一组，这些冷却介质涂覆装置作为组始终统一地（但与其他组无关地）进行驱控。在这种情况下，每个冷却介质涂覆装置6组分别具有一个共同的阀13便足够了。

可以特别调控对第一无锭轧制件2的根据本发明的冷却。在此种情况下，铸坯直接轧制装置包括至少一个传感器15。借助传感器15可以例如检测第一无锭轧制件2的实际特性。举例来说，适合的实际特性是第一无锭轧制件2的凸度和温度（可能视为在宽度方向上的位置函数）。作为替代地，可以借助传感器15检测金属条带4’的实际特性。举例来说，金属条带4’的适合的实际特性是在金属条带4’的宽度上看的金属条带4’的轮廓数据。

将所检测的实际特性输送给控制装置14。控制装置14根据输送给它的实际特性和相应的额定特性，自动地测定第一冷却装置5的驱控状态（例如用于阀13的驱控模型、用于冷却介质涂覆装置6的取向和/或冷却介质涂覆装置6的距离a）并且相应地对第一冷却装置5进行驱控。

可以以类似方式对第二无锭轧制件2’及其冷却进行设置。

本发明具有很多优点。特别地，基于冷却介质7和（加热了的）无锭轧制件2，2’之间较大的温度差以及冷却介质7蒸发时的相变，可以实现高冷却功率。由于冷却介质7是惰性的，因此其还可以用于构成铸坯直接轧制装置内部的惰性气体环境。由于冷却介质7’在无锭轧制件2，2’重新与热金属熔融物4接触之前已全部蒸发了，因此完全无需用于冷却介质7的擦拭-、抽吸-或其他清除装置。

尽管本发明在细节上通过优选的实施例被详细地说明和描述，但本发明并不局限于所公开的实例，并且其他的变体可由本领域技术人员推导出，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种铸坯直接轧制法，

-其中，将金属熔融物（4）浇注在金属型区域（1）中，所述金属型区域在第一侧由围绕水平的第一旋转轴（3）旋转的第一无锭轧制件（2）限定，并且，将由所述金属熔融物（4）凝固产生的金属条带（4’）从所述金属型区域（1）中导出，

-其中，通过第一冷却装置（5），借助一定数量的第一冷却剂涂覆装置（6）将液态的冷却介质（7）涂覆在所述第一无锭轧制件（2）的表面上，

-其中，所述冷却介质（7）经由第一冷却介质管路（8）被送至所述第一冷却剂涂覆装置（6），

-其中，所述冷却介质（7）相对所述金属熔融物（4）是惰性的，所述冷却介质具有参照常压在20℃以下、尤其是在-20℃以下的标准沸点和在工作沸点或所述工作沸点以下的工作温度，其中，所述工作沸点与加载给所述冷却介质（7）的工作压力（p）相关，

-其中，借助至少一个传感器（15）检测所述第一无锭轧制件（2）的实际特性或所述金属条带（4’）的实际特性，

-其中，所述实际特性被送至所述第一冷却装置（5）的控制装置（14），且

-其中，所述控制装置（14）根据输送给所述控制装置的实际特性和相应的额定特性自动地测定所述第一冷却装置（5）的驱控状态，并且所述控制装置相应地对所述第一冷却装置（5）进行驱控。

2.根据权利要求1所述的铸坯直接轧制法，其特征在于，

-所述金属型区域（1）在第二侧由第二个、围绕第二水平浇铸轴（3’）旋转的第二无锭轧制件（2’）限定，

-第二旋转轴（3’）平行于所述第一旋转轴（3）延伸，

-所述第一无锭轧制件和第二无锭轧制件（2，2’）自身之间形成了浇铸空隙（9），

-将所述金属条带（4’）从所述金属型区域（1）向下导出，并且，参照所述旋转轴（3）并在所述无锭轧制件（2）的旋转方向上看，所述金属型区域（1）的所述浇铸空隙（9）与涂覆位置的夹角（α）在60°与180°之间，尤其是在90°与180°之间，将液态的所述冷却介质（7）在所述涂覆位置处涂覆在所述无锭轧制件（2）的所述表面上。

3.根据权利要求1或2所述的铸坯直接轧制法，其特征在于，所述第一冷却剂涂覆装置（6）在所述第一无锭轧制件（2）下方布置在一个区域内，在水平方向上看，该区域在所述第一无锭轧制件（2）的直径上延伸，并且在垂直方向上看，该区域位于所述第一无锭轧制件（2）的最低点的下方。

4.根据权利要求1、2或3所述的铸坯直接轧制法，其特征在于，借助布置在所述金属条带（4’）和所述第一冷却剂涂覆装置（6）之间的隔离装置（10），将所述金属条带（4’）相对于所述冷却介质（7）和/或将所述第一冷却剂涂覆装置（6）相对于所述金属条带（4’）进行热隔离。

5.根据前述权利要求中任一项所述的铸坯直接轧制法，其特征在于，利用热隔离件（11）包裹所述第一冷却介质管路（8）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的铸坯直接轧制法，其特征在于，在所述第一冷却介质管路（8）中布置有气体分离器（12）。

7.根据前述权利要求中任一项所述的铸坯直接轧制法，其特征在于，在所述第一冷却介质管路（8）中布置有能控制的阀（13），并且将所述阀（13）设计为开关阀。

8.根据前述权利要求中任一项所述的铸坯直接轧制法，其特征在于，在所述第一无锭轧制件（2）的所述宽度上看，所述第一冷却剂涂覆装置（6）分散地布置，并且可以单独或分组地驱控所述第一冷却剂涂覆装置（6）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的铸坯直接轧制法，其特征在于，设置所述第一冷却剂涂覆装置（6）与所述第一无锭轧制件（2）的距离（a），和/或设置所述第一冷却剂涂覆装置（6）相对于所述第一无锭轧制件（2）的取向。

10.根据权利要求9所述的铸坯直接轧制法，其特征在于，在进行运行时，借助控制装置（14）来设置所述第一冷却剂涂覆装置（6）的所述距离（a）和/或所述取向。

11.根据前述权利要求中任一项所述的铸坯直接轧制法，其特征在于，所述冷却介质（7）为液氮、液态稀有气体-尤其是氩气-或是有机冷却剂。

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