CN1040954C - 连铸用结晶器 - Google Patents

Abstract

一种连铸设备用结晶器，它包括结晶器壳体(22)，该壳体确定了金属液的轴向流道(18)，并装有用于冷却轴向流道(18)的管路。结晶器壳体(22)至少部分由外壳(44)包围，并用液压/气压悬浮装置(例如具有轴对称的液压缸)轴向支撑，从而使对称轴与连铸轴线共轴。该液压/气压悬浮装置最好由设计成使结晶器壳体(22)相对于一参考位置振动的液压/气压控制系统(72)进行控制。

Description

连铸用结晶器

本发明涉及一种连铸设备用结晶器。

在这种连铸用结晶器中，作为金属流道的结晶器套管用安装在结晶器壳体中的冷却管路进行强制冷却。这样，会使与结晶器套管内壁接触的金属液凝固，从而形成凝固壳。当此凝固壳附着或粘结在结晶器内壁上时会使凝固壳撕裂。为避免凝固壳附着或粘结在结晶器内壁上而带来的不良影响，众所周知的方法是使结晶器沿连铸轴线方向进行振动。

为了产生这种振动，已知如何把结晶器支撑在振动台上，振动台通过一个或多个杆连接到产生机械振动的装置上。

产生振动的装置和杆是相当笨重的，它们相对于连铸轴线而言横向安装在振动台之下。振动台和杆的存在不仅就有效空间而言会带来问题，而且也增大了进行振动的惯性质量。

为了解连铸用结晶器振动装置本身所存在的问题，应该指出，连铸钢坯用结晶器包括结晶器套管、结晶器壳体、充满冷却液的冷却管路以及还可能设有搅拌金属液用的电磁感应器，其重量很容易达到3吨的数量级。这就需要能使这样重的结晶器进行振幅为几毫米、振动频率为5赫兹或更高的振动。产生机械振动的装置不仅要克服结晶器本身的惯性，而且还要克服支撑结构(例如杆和振动台)的惯性以及结晶器套管内壁和金属液之间的摩擦力。惯性质量越大，使结晶器产生振动所需的功率越大，将振动传递给结晶器所用杆件上的应力也越大。传动杆的铰接点尤其是薄弱点，因为它们在以小振幅、高频率进行振动的同时必须传递很大的力。

为了克服以上缺点，有人主张用带有周边板簧的支撑结构支撑结晶器，从而形成一种其质量与结晶器质量相当的谐振振动器。为了在这种机械系统中产生受迫振动，只要对结晶器施加小得多的力即可，因为它可利用系统固有频率的共振现象。因此，有人建议，例如，受到弹性支撑的结晶器的受迫振动应由低功率的液压缸产生，该液压缸横向放置在结晶器和其支撑结构之间。振动的轴向导向方式和由液压缸产生激励力(excitation force)的偏轴性的补偿可通过精心地选定各个板簧的尺寸来获得。然而，在实践中，选定周边板簧的尺寸和设定其位置却遇到了问题，周边板簧必须支撑很重的结晶器，同时要给该系统以所需的弹性。支撑结构围绕结晶器，并通过所述周边板簧的中间体支撑结晶器，此支撑结构占据了结晶器周围的很大空间。当可拆的和/或可沿垂直方向移动的电磁搅拌器需要工作时，装有板簧的支撑结构尤其变得易出故障。

本发明的目的是提供一种结晶器，为使其沿连铸轴线方向振动，它不再必须悬吊在带有杆的结构或带有板簧的结构中。

本目的可由这样一种结晶器来实现，其包括结晶器壳体，它确定了金属液的轴向流道，并装有冷却该轴向流道的管路，还包括：一外壳，用于支撑所述结晶器壳体，所述外壳至少部分地环绕所述结晶器壳体；一由液压/气压操作的环形致动器，安装在所述外壳和所述结晶器壳体之间，以与连铸轴线同轴地将所述结晶器壳体支撑在所述外壳中；以及一控制系统，用于使所述由液压/气压操作的环形致动器相对于一参考位置振动，而所述环形致动器带动所述结晶器壳体相对于所述外壳振动。

根据本发明，结晶器壳体由外壳中的液压或气压支撑，即通过盛有压缩液体或压缩气体的悬浮装置的中间体支撑。该悬浮装置在此为由液压/气压操作的环形致动器。这种悬浮装置与板簧相比只占据很小空间。此外已经知道如何改进其动态特性，使其比弹簧悬挂的动态特性更加灵活。因此，例如，对于一给定悬浮装置，可变化悬浮流体的压力或种类，以改变其动态特性。关于这一点，应注意，校准悬挂板簧的动态特性可能是很困难的。因此，需要进行精心预算，以选定板簧尺寸。

由液压或气压悬浮的结晶器壳体当然要连接到产生机械振动的任何类型的装置上，例如，连接到带凸轮的回转马达或液压缸上。然后，这种产生机械振动的装置会使结晶器壳体相对于一参考位置进行受迫振动，这种弹性运动是由液压/气压悬浮装置确定的。然而，最好是利用现有的液压/气压悬浮装置，以通过为相对于参考位置振动而设计的液压/气压控制系统(最好是闭路控制回路)对其进行控制。将会意识到，用此方法可获得非常紧凑的结晶器，它不包括产生和传递振动的杆和机械连接件。这种结晶器还具有非常灵活和精确地调节所产生的振动频率、形式和振幅的特点。

液压/气压悬浮装置最好包括一具有轴对称的环形致动器，它支撑在外壳上，从而具有一基本与连铸轴线共轴的中心轴。然后，结晶器壳体轴向支撑在该环形致动器中。本实施例的主要优点是，由环形致动器产生的力(因为轴对称)可沿轴向施加在结晶器壳体上，从而避免了产生能够被结晶器壳体沿轴向导向装置吸收的力矩。应该指出，该优点还可通过在结晶器壳体周围提供几个分开的致动器来达到，通过它们的定位和选定尺寸，使作用在结晶器壳体上的合力基本与连铸轴线共轴。然而，环形致动器与使用几个分开的致动器的该实施例相比优点更为突出，其占据的空间很小、受悬浮流体压力作用的面积很大，因此使用相对压力较低的悬浮流体就可使其工作。关于这一点，还应指出，对于所有情况，都可使用气压悬浮流体，但如果需要用于调节振动的系统具有更好的动态特性，那么最好使用液压悬浮流体。

为改进系统的动态特性，最好选择环形双动致动器。后者可产生变化方向的液压/气压力。对于单动致动器，在向下移动时产生的摩擦力应由结晶器壳体的重量来克服，也可借助于沿连铸方向作用在结晶器壳体上的一个或多个弹簧来获得。

在结晶器的最佳实施例中，环形致动器包括第一套管和第二套管，其中一套管装在另一套管中，它们在压缩流体的作用下彼此之间相互移动。所述的第一套管连接在所述的外壳上，而所述的第二套管连接到结晶器壳体上。然后，二套管之一确定了一环形活塞，它在另一套管限定的环形室内沿轴向移动。然而，应该指出，不排除使用具有分段的环形活塞的环形致动器，每个活塞段在一单独的室中移动。

在第一变化的实施例中，环形活塞以密封所述环形室的形式确定了一上环形压力室和一下环形压力室。应注意，在单动环形致动器中，上环形压力室与大气连通。

在第二变化的实施例中，液压/气压悬浮装置至少包括一个充入压缩流体可膨胀的基体，它轴向地放置于外壳的表面部分和结晶器壳体的表面部分之间。在此方法中，可膨胀基体形成了一密封压力室，此方法与前段所述的第一变形实施例相比的优点是解决了密封问题。

液压/气压悬浮装置可包括几个最好是定了位的可膨胀基体，因此施加在结晶器壳体上的液压/气压合力基本上与连铸轴线共轴。

然而，它也可包括一个环形可膨胀基体，该基体环绕着结晶器壳体，且其对称轴与连铸轴线共轴。

为了抵消垂直于连铸轴线方向的作用力，例如它们是由于铸坯从结晶器中拉出产生的，建议在结晶器壳体和外壳之间提供导向装置。这些导向装置最好包括一液压导向装置。后者更紧凑、绝对无磨损，产生的摩擦很小，至于密封方面有一些优点。这些优点将在以后叙述图时进行详细描述。

所述导向装置还可包括，或作为辅助件或作为专门的部件，机械导向装置，例如导辊和/或导向滑板。这种情况最好是连铸轴线为弧形时。

将会意识到，外壳最好至少在结晶器壳体的大部分高度上形成结晶器壳体的外保护罩。所述液压/气压悬浮装置最好放置在该保护罩和结晶器壳体之间，这样可防止金属液喷溅和机械冲击。

结晶器壳体最好形成一能整个移动的整体，它设计成最好能通过液压/气压悬浮装置通道的开口从上部轴向放入。这样，在不移动所述液压/气压悬浮装置的情况下，能很容易地更换结晶器壳体。液压/气压悬浮装置最好形成一个能整个移动的整体，它设计成最好能从上部轴向地放入外壳中的腔内。这样，万一出现问题，在取出结晶器壳体后，能很容易将其换成替换装置。

还将意识到，用于搅拌金属液的电磁感应器可安装在环绕外壳的支撑结构上。因此，感应器本体应不参与振动。感应器的高度是可调的，并且已经知道在需要时如何向上移动感应器。

本发明的其他优点和特征将参照以下附图给出的几个实施例的详述看得更加清楚，其中：

图1是本发明结晶器的第一实施例的纵向剖面图；

图2是本发明结晶器的横向剖面图；

图3是本发明结晶器的另一实施例的横向剖面图；

图4是本发明结晶器的另一实施例的纵向剖面图；

图5和图6用横向剖面图详细示出了本发明结晶器附加的变形实施例；

图7用横向剖面图示出了本发明结晶器的另外一变形实施例。

作为例子，附图示出了在连铸金属坯(例如钢坯)时所用的结晶器10。它包括具有内壁14和外壁16的结晶器套管12。内壁14确定了钢液的流道18。参考数字20表示此流道的中心轴线。此轴线20可以是直线，也可以是曲线；在后一种情况下，最常见的是曲率半径为几米的圆弧。结晶器套管通常是厚壁铜管。此管的内截面确定了铸坯的截面形状及尺寸。图2和图3示出的是方截面，然而，该截面也可以是矩形、圆形或其它任何形状的截面。参考数字21所示的箭头表示了钢液流过结晶器套管12的方向。

结晶器套管12必须进行强制冷却，以使与内壁14接触的钢液凝固。为此，所述套管形成结晶器壳体22的一部分，该壳体内装有用于冷却结晶器套管12的外壁16的管路。图1和图4中所示的冷却管路本身是众所周知的。内套24绕着结晶器套管12的几乎整个高度，并与所述套管的外壁16形成第一环形空间26，它为冷却液确定了一个极窄的第一环形截面通道。结晶器壳体22的外套28包围着内套24，并与后者形成第二环形空间30，第二环形空间围绕第一环形空间26，并为冷却液确定出一个具有相当大环形截面的通道。箭头32示意地代表了冷却液供应管路。冷却液通过位于结晶器10上部一侧的连接管34进入第二环形空间30，通过所述空间30后再从结晶器10的下部流入第一环形空间26。冷却液以高速通过第一环形空间26的极窄截面通道，其流向与连铸方向21相反。此冷却液最终收集在位于结晶器壳体22上部的环形集水器36中。箭头38示意地代表了冷却液的排出管路。

应该指出，结晶器壳体22，包括结晶器套管12和以上所述的冷却管路，最好形成能整个移动的整体，并且在外侧的大部分高度上由外套28包围。在图2和图3中，外套是圆形截面。然而，很明显它也可以是方形、矩形或其它任何形状的截面。

在图1和图4中，可看到，结晶器借助于基板40放置在支撑结构上，图中用参考数字42所表示的2个槽钢示意地代表此支撑结构。此基板40和外壳44一起形成结晶器壳体22的支撑结构。应该指出，外壳44最好在结晶器10的下部形成一外保护罩。为此，例如，它最好是空心圆柱形形状，其一端固定在基板40上，并且沿竖直方向延伸到结晶器壳体22的上端。

外壳44中的结晶器壳体22最好用液压法通过环绕结晶器壳体22并具有轴对称的环形致动器支撑，用此方法可使对称轴(或中心轴)与连铸轴线共轴。

形成整个移动的整体的环形致动器最好主要包括位于外壳44旁边的第一套管46和位于结晶器壳体22旁边的第二套管48。第一套管46最好放置在外壳44的腔中，以便容易移动。第一套管有一轴向通道50，此通道包括下导向通道52和上导向通道54。二个导向通道52和54由环形室56轴向分开。第二套管48有一插入所述下导向通道52中的下端58和一插入所述上导向通道54中的上端60。在环形室56的高度上，第二套管48本身形成了环形活塞62。

在图1所示的实施例中，该环形活塞62以密封环形室56的形式确定了一下压力室64和一上压力室66。这二个压力室64和66通过液压导管68和70连接到液压回路72上。后者本身是众所周知的液压回路72，它可使每个导管68和70中的工作液体的压力产生脉动。这样，所述的第二套管48受到振动的静压力。环形致动器最好还装有图1中示意地示出的位置传感器76。该位置传感器76提供反馈信号，使得能用闭路控制回路调节产生振动的振幅和频率，以及致动器的中线位置。

然后使第二套管48相对于第一套管46产生振动，且对该振动的频率、形式及通过在环形室56中由环形活塞62的最大位移所限定的范围内的振幅进行调节。应该指出，为统一起见，通常的值是频率为几赫兹，振幅为几毫米。

第二套管48本身包括一接收结晶器壳体22的轴向通道74。结晶器壳体22从顶部轴向地放入到该轴向通道中。应注意，当安装时，结晶器壳体22上端的一凸台放到所述第二套管48上端的相应凸台上。

因此，结晶器壳体22悬浮在第二套管48中，并可容易取出，以便更换之。

将会意识到，为用液压支撑结晶器壳体22、克服结晶器套管12和铸坯之间的摩擦力，可以只用较低的压力。事实上，由环形活塞62在压力室64和66中确定的环形工作面积并不很小。在某些情况下，环形活塞62在下压力室64中确定的工作截面大于上压力室66中确定的工作截面是有利的。例如，当下、上压力室64和66中的压力等于常压时，活塞62工作截面之间的差值是固定的，这样即可液压地支撑结晶器壳体22。将会看到，还有使结晶器壳体23沿轴向移动的一些其它方法。

导向系统的第一变化的实施例借助图1进行描述。在这一实施例中，第一套管46的下导向通道52或上导向通道54分别与第二套管48的下端58或上端60结合，使得在第一套管46中形成对第二套管48的液压导向体。例如，它可以是如图1所示的带有环形楔接的液压导向系统，或在下、上导向通道52和54限定的表面上沿圆周隔开的多个轴向槽的液压导向系统。这种液压导向系统的一个优点是很好地解决了压力室64和66的轴向密封问题。用来形成液压导向的压缩流体分别从一侧的环形室56和在另一侧的上环形通道78或下环形通道80排出，它们连接到储罐(未示出)上。在此方法中，第二套管48的液压导向装置同时形成环形室56的密封的上、下液压接合面。导向系统的第二变化的实施例如图2所示。这是一个滑槽/滑块组件。例如，滑槽82固定在第一套管46上，而滑块84固定在第二套管48上。径向相对的二个滑槽/滑块组件(82、84)最好安装在外壳44的上边缘和下边缘上。图3中所示的实施例不同于图2中所示的实施例，它是用导辊/导轨组件代替滑槽/滑块组件。导轨86最好固定在第二套管48上，而支撑导辊88的板90的外侧最好固定在外壳44上。应该指出，对于振动的机械导向装置，容易确定运动的弧形轴线，例如曲率半径为几米的圆形运动轨迹。

图4表示压力室的变化实施例。图4的实施例用确定密封压力室的可膨胀基体工作，它取代了由环形室56中的环形活塞62以密封形式限定的压力室及在环形室56的二端提供的密封装置。例如，可膨胀基体可以是可膨胀垫或软管或可膨胀薄膜。第一可膨胀基体92轴向地放在环形活塞62′(它不再需要执行密封功能)和正面(限定环形室56′，沿轴向向其底部运动)之间。第二可膨胀元件94轴向地放在环形活塞62′和正面(限定环形室56′，沿轴向向其顶部运动)之间。在使用薄膜的情况下，薄膜可以密封形式放入环形活塞62′或放入沿轴向限定环形室56′的正面上。可膨胀元件92和94连接到液压回路72上。由压缩流体的脉动引起的变形会产生所需的振动。图4中所示的变形实施例的优点是解决了有关致动器轴向密封的所有问题。其直接效果是，只要能令人满意地提供振动的轴向导向，就不需要准确地调节彼此能产生移动的可膨胀元件。例如，在图4中可看到，第一套管46′只延伸到外壳44′的顶端。第二套管48的下端58′在导向环93中导向，导向环直接安装在外壳44或基板40上。环形室56′由套管46′和外壳44′上的凸台的表面形成。

图5至图7是几个附加的变化实施例的示意图。

在图5中，环形活塞62连接到由外壳44支撑的所述第一套管46上。环形室56由支撑结晶器壳体22的所述第二套管48确定。

在图6中，下压力室64连接到液压回路72上，而上压力室66与大气接通。致动器为一单动致动器，结晶器壳体的重量产生向下的位移。该重量的动作可通过连接在结晶器壳体22和其支撑结构之间的弹簧或其他弹性元件加强，因此沿连铸方向21产生了弹性力。在图6中，这些弹簧由参考数字94示意地表示。应指出，这些弹簧不必连接在致动器上。

图7表示一变化实施例，其中环形活塞由二个活塞段62₁和62₂所取代，这二个活塞段只环绕在结晶器壳体22的部分圆周上。应当注意，通过二个活塞段62₁和62₂的对称平面最好包含(弧形)连铸轴线20。该特征可通过作用在活塞62₁和62₂上的压力差形成一力矩，该力矩部分(甚至全部)抵消铸坯施加在结晶器壳体22上的力矩。

在图1至图4中，参考数字100表示用于电磁搅拌流道18中的金属液的感应器。该感应器100环绕外壳44，并例如由基板40支撑。还将指出，感应器可沿外壳44轴向移动，并且可从结晶器10的上部取出。感应器100不参与结晶器壳体22的振动。

Claims (16)

1、连铸设备用结晶器，包括结晶器壳体(22)，它确定了金属液的轴向流道(18)，并装有冷却该轴向流道(18)的管路，其特征在于：

一外壳(44)，用于支撑所述结晶器壳体(22)，所述外壳(44)至少部分地环绕所述结晶器壳体(22)；

一由液压/气压操作的环形致动器，安装在所述外壳(44)和所述结晶器壳体(22)之间，以与连铸轴线(20)同轴地将所述结晶器壳体(22)支撑在所述外壳(44)中；以及

一控制系统(72)，用于使所述由液压/气压操作的环形致动器相对于一参考位置振动，而所述环形致动器带动所述结晶器壳体(22)相对于所述外壳(44)振动。

2、根据权利要求1所述的结晶器，其特征在于：所述环形致动器是一双动致动器。

3、根据权利要求1或2所述的结晶器，其特征在于：所述环形致动器包括第一套管(46)和第二套管(48)，它们在压缩流体的作用下彼此之间相互移动，所述第一套管(46)连接在所述外壳(44)上，而所述第二套管(48)连接在所述结晶器壳体(22)上。

4、根据权利要求3所述的结晶器，其特征在于：所述二套管之一(48)确定了一环形活塞(62)，它在另一套管(46)限定的环形室(56)内沿轴向移动。

5、根据权利要求4所述的结晶器，其特征在于：所述环形活塞(62)以密封所述环形室(56)的形式确定了一上环形压力室(66)和/或一下环形压力室(64)。

6、根据权利要求1至4中任一项所述的结晶器，其特征在于：所述环形致动器至少包括一个充入压缩流体可膨胀的基体(92、94)，它轴向地放置在所述外壳(44)的表面部分和所述结晶器壳体(22)的表面部分之间。

7、根据权利要求6所述的结晶器，其特征在于：所述环形致动器包括几个定了位的可膨胀基体，因此施加在所述结晶器壳体上的液压/气压合力基本上与连铸轴线(20)共轴。

8、根据权利要求1所述的结晶器，其特征在于：所述环形致动器至少包括一个环绕所述结晶器壳体(22)的环形可膨胀基体(92、94)。

9、根据权利要求1至8中任何一项所述的结晶器，其特征在于：导向装置位于所述结晶器壳体(22)和外壳(44)之间。

10、根据权利要求9所述的结晶器，其特征在于：所述导向装置包括液压导向装置。

11、根据权利要求9所述的结晶器，其特征在于：所述导向装置包括导辊(88)。

12、根据权利要求9所述的结晶器，其特征在于：所述导向装置包括导向滑槽(82)。

13、根据权利要求1至12中任一项所述的结晶器，其特征在于：所述外壳(44)形成所述结晶器壳体(22)的外保护罩，所述环形致动器放置在该保护罩和所述结晶器壳体(22)之间。

14、根据权利要求1至13中任一项所述的结晶器，其特征在于：所述结晶器壳体(22)形成一能整个移动的整体，它设计成能通过所述环形致动器从上部轴向放入，而所述环形致动器也形成一个能整个移动的整体，它设计成能从上部轴向地放入所述外壳(44)中的腔内。

15、根据权利要求1至14中任何一项所述的结晶器，其特征在于：用于搅拌金属液的电磁感应器(100)环绕所述外壳。

16、根据权利要求1至15中任何一项所述的结晶器，其特征在于：所述结晶器壳体(22)上端有一凸台，所述结晶器壳体(22)通过所述凸台放到所述环形致动器上，以便作为整体从所述环形致动器中移出。

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