CN104220191A - 连续铸造设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于液态金属的从中间包(1)至模具(9)中的流动的连续铸造设备，所述设备包括：竖向导管，该竖向导管相对于液态金属的行进方向设置在模具(9)的上游；所述导管从上游至下游包括耐火圈(5)、内径为D的铜管(3)以及浸入式水口(8)；圆顶状件(2)，所述圆顶状件(2)设置在耐火圈(5)内部并且包括倾斜的上部(16)，所述上部(16)被限定成使来自中间包(1)的液态金属朝向竖向导管的内壁偏转；其特征在于，铜管(3)的直径D的范围在等于Q/3.75的最小直径至等于Q/1.25的最大直径之间，其中，Q是设备的额定液态金属流速并且包括在200kg/min至800kg/min之间并且D是以mm表示的直径。

Description

连续铸造设备

技术领域

本发明涉及一种连续铸造设备。特别地，本发明涉及一种具有改进的新设计的被称为中空喷嘴(Hollow Jet Nozzle)的连续铸造设备。

背景技术

钢的连续铸造是公知的方法。该方法包括将液态金属从钢包倾注到用于调节流动的中间包中，并且然后在倾注到中间包之后，将金属倾注到进行竖向往复运动的水冷式无底的铜质模具的上部中。固化的半成品通过辊子从模具的下部取出。液态钢借助于放置在中间包与模具之间的被称为喷嘴的管状导管而引入模具中。

文献EP 0 269 180 B1描述了一种被称为“中空喷嘴”的特定连续铸造设备(参见附图1)，在该连续铸造设备中，液态金属被倾注在由耐火材料制成的圆顶状件2的顶部上。该圆顶状件2的形状使金属朝向其外周流动，其中，金属流朝向喷嘴的内壁或中间竖向管状构件的内壁偏转。所述中间竖向管状构件可以是如图1中所示的通过水套4冷却并且上方放有耐火圈5的铜管3。因而，在中间包构件下方的喷嘴的中央部分中所形成的是不具有任何液态金属的体积，在该体积内可以通过喷注通道执行添加。一个或一些支承臂位于圆顶状件2的上部以将圆顶状件2固定至所述耐火圈5。水冷式铜管3形成从液态钢提取热的热交换器。因此，液态钢的过热会剧烈下降到接近液相线温度或甚至在液相线温度以下。

粉末可以被喷注在由耐火圆顶状件2形成的中空喷嘴的中央。该喷注技术在文献EP 0 605 379 B1中公开。该粉末喷注旨在通过熔化金属粉末而使得对液态钢进行附加的冷却或旨在在铸造期间通过添加其他金属元素——比如铁合金——来改变钢的成分。如文献EP 2 099 576 B1中所公开的，粉末可以通过机械螺旋给送器传输并且通过耐火圆顶状件的支承臂中的一个支承臂和通过耐火圆顶状件自身而由重力给送。

在本申请中，术语HJN设备将被理解为描述如图1中所描述的除粉末容器10和粉末给送器11之外的元件。

在使用如前文所述的HJN的铸造次序期间，设备必须频繁停止，这是因为液态钢从中间包1至模具9的不规律流动和/或因为粉末的不规律喷注，这意味着铸造过程的不稳定性并且可能导致HJN的堵塞或导致粉末喷注器的出口的堵塞。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种允许规律且稳定的铸造方法的连续铸造设备。

本发明公开了一种用于液态金属从中间包至模具中的流动的连续铸造设备，所述设备包括：

-竖向导管，该竖向导管相对于液态金属的行进方向设置在模具的上游；所述导管从上游至下游包括耐火圈、内径为D的铜管和浸入式水口，

-圆顶状件，该圆顶状件设置在耐火圈内部并且包括倾斜的上部，所述上部被限定成使来自中间包的液态金属朝向竖向导管的内壁偏转；

其特征在于，铜管的直径D的范围在等于Q/3.75的最小直径至等于Q/1.25的最大直径之间，其中Q是设备的额定液态金属流速并且包括在200kg/min(千克/分钟)至800kg/min之间，并且D是以mm(毫米)表示的直径。

在另一实施方式中，该设备还可以包括下列特征，下列特征可单独使用或组合使用：

-所述圆顶状件的上部的斜度α的范围为从30度至10度；

-所述圆顶状件还包括从圆顶状件的上部向下延伸至圆顶状件的下部的侧向侧，所述侧向侧在与上部相交处形成曲率半径小于2mm的锐形圆角；

-所述锐形圆角与耐火圈之间的间隙e的范围为从10mm至25mm；

-圆顶状件的下部与铜管的顶部之间的距离h的范围为从10mm至50mm；

-圆顶状件的所述上部还包括具有固定部的至少支承臂以将所述圆顶固定至耐火圈，所述固定部的宽度C的范围为从10mm至60mm；

-所述至少支承臂包括从固定部沿着圆顶状件的侧向侧延伸的附加部，所述部被设计成引导液态金属的围绕支承臂的和在所述臂下方的流动；

-所述附加部具有会聚的侧向壁；

-圆顶状件由高氧化铝构成。

本发明还公开了一种使用如上所述的设备进行对包括在200kg/min至800kg/min之间的额定流速Q的液态金属的连续铸造的方法，所述设备包括具有内径D的铜管，所述内径D的值的范围在等于Q/3.75的最小值至等于Q/1.25的最大值之间。

发明人发现铸造过程中的扰动与中空喷嘴的不恰当的设计有关联。

附图说明

参照附图，基于阅读下面的仅以非示例性示例给出的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得明显，在附图中：

图1是根据现有技术的连续铸造设备的截面图。

图2是根据本发明的实施方式的连续铸造的截面图。

图3是根据本发明的实施方式的圆顶状件的俯视图。图3还示出了圆顶状件的沿轴线AA-AA的截面图。

图4是根据本发明的另一实施方式的圆顶状件的俯视图。图4还示出了圆顶状件的沿轴线AA-AA的截面图。

图5是根据本发明的另一实施方式的圆顶状件的截面图和侧视图。

附图标记说明：

(1)中间包

(2)耐火圆顶状件

(3)铜管

(4)水冷却套

(5)耐火圈

(6)送料管

(7)支承臂

(8)浸入式水口

(9)模具

(10)粉末容器

(11)粉末送料器

(12)附加部

(13)耐火圆顶状件的圆角

(14)支承臂的固定部

(15)圆顶状件的侧向侧

(16)圆顶状件的上部

(17)圆顶状件的下部

(18)渣壳

具体实施方式

如前所述，并且如图2中可见的，中空喷射铸造方法的原理主要在于水冷式铜管3从液态钢提取热的事实。该热提取使得在铜管上产生了一层固化的钢；该层被称为渣壳18。然后液态钢在喷嘴内部沿着此固化的渣壳18流动(液态钢的流动用虚线表示)。对于该方法而言，此固化的渣壳是必要的，但与铜管3的直径D相比一定不能太大，这是因为将扰乱液态钢流从而有堵塞喷嘴的风险。

为了使通过铜管提取的热最大化并且为了减少喷嘴堵塞的风险，发明人发现所述直径D必须根据连续铸造设备的额定钢流速来选择。额定钢流速与直径D的适当比率确保了稳定形成沿着铜管的均匀且薄的液态钢层。根据本发明，直径D必须在Q/3.75的最小直径与Q/1.25的最大直径之间(Q/3.75≤D≤Q/1.25)进行选择，其中，Q是以kg/min为单位的包括在200kg/min至800kg/min之间的额定钢流速，而D是以mm为单位的直径。例如，对于400kg/min的额定钢流速，可以选择195mm的直径D。因此，对于30℃(摄氏度)的中间包中的钢过热，通过热交换器提取的平均热通量是0.9MW/m2(兆瓦/平方米)。

当直径D遵从上述范围时，可以观察到主要改进，但除此之外，还可以满足其他标准中的一个或一些标准以在根据本发明的连续铸造设备中进一步改进液体流动和粉末喷注的规律性。

如图3中所示，圆顶状件2包括：具有斜度为α的上部16，该上部16接收液态钢并且使液态钢朝向铜管的壁偏转以产生中空喷射；下部17，该下部17使得以尽可能靠近所述中空喷嘴的中央的方式喷注粉末；以及一个或一些支承臂7，该一个或一些支承臂7被设计成将圆顶状件2固定至耐火圈。

耐火圆顶状件2的斜度α被设计成确保喷射在竖向的耐火圈5上的液态钢的良好且稳定的冲击并且设计成减少液态钢在圆顶状件2上的扰动。根据本发明，斜度的范围为从30度至10度，优选为从25度至15度，并且斜度更优选地为20度。

此外，如图3中所示，通过上部16与圆顶状件2的下部17的侧向侧15接合而形成的圆角部13优选地是锐形的以确保当液态金属流出圆顶状件的上部时形成直线的且笔直的钢流并且从而以确保钢在耐火圈上的良好的冲击。优选地，圆角部13的曲率半径小于2mm，并且更优选地为小于1mm。圆顶状件的材料必须足够坚固以在整个铸造过程期间保持该圆角部为锐形的。优选地，圆顶状件2由高氧化铝材料制成。

如图2中所示，圆顶状件2与竖向耐火圈5之间的间隙e也具有液态流上的冲击。该间隙e必须足够大以避免在圆顶状件2与竖向耐火圈5之间形成钢堵塞物，但不宜过大。如果该间隙过大，液态钢不能到达耐火圈5。根据本发明，圆顶状件2的圆角部13与竖向耐火圈5之间的间隙e的范围为从10mm至25mm，优选为从13mm至20mm，并且间隙更优选地为15mm。

也有利的是预知耐火圆顶状件2的下部与铜管3的顶部之间的最小距离h——如图2中所示——以避免在圆顶状件2与耐火圈5之间的间隙的出口处的堵塞的问题和避免液态钢在圆顶状件2下方的可能扰乱粉末在喷嘴中央的良好的喷注的不期望的固化的问题。该距离h的范围为从10mm至50mm，优选地为15mm至35mm，更优选地为30mm。

圆顶状件的支承臂也会扰乱圆顶状件下方的液态流，从而可能导致液态钢在圆顶状件下方的不期望的固化。该不受控的固化会干涉被喷注的粉末并且扰乱中空喷嘴中的粉末供给。必须选择所述支承臂的数量、尺寸和形状以便避免这些问题。

臂的数量可以在如图4中所示的一个与(未示出的)六个之间变化以始终确保液态钢从中间包至铜管的良好的流动。优选的构型是具有三个臂的构型。在该构型中，液态流被圆顶状件对称地偏转并且臂上的载荷被很好地分布。

如图3的截面图中所示，支承臂7设置在圆顶状件2的上部16上。支承臂7从该上部的中央一直延伸到圆顶状件2以外的区域。支承臂7包括固定部14，该固定部14设定在圆顶状件2以外的区域中并且限定成将支承臂7固定至竖向导管的耐火圈。

该固定部14具有宽度C，该宽度C必须保持尽可能小以在保持良好的支承功能的同时使沿着铜管周缘的钢流动区域最大化。宽度C可以根据臂的数量在10mm至60mm之间变化。例如，在如图3中具有三个臂的构型中，臂的宽度C是40mm。这些臂通过在两个臂之间始终相等的弧长S分离开以确保液态钢的对称流动。然后钢流动区域等于分离开两个臂的弧长S的三倍。

在图3和图4中，支承臂7仅在圆顶状件2的上部16上延伸。在该构型中，钢流被臂7干扰并且在臂7下方形成有不具有液态钢的区域。如图5中所示，为引导液态钢围绕臂7和在该臂的下方的流动，支承臂7可包括附加部12，该附加部12从固定部14沿着圆顶状件2的侧向侧15延伸。该附加部12的形状设计成使绕臂流动的液态金属趋于会聚在臂下方。优选地，该附加部12具有会聚的侧向壁。该设计改进了液态钢沿着铜管的周缘流动的均匀性并且使通过热交换器提取的热最大化。

本发明针对钢的连续铸造进行说明，但可以扩展至其它金属或金属合金的铸造，比如铜的铸造。

Claims (10)

1.一种用于液态金属从中间包(1)至模具(9)中的流动的连续铸造设备，所述设备包括：

-竖向导管，所述竖向导管相对于所述液态金属的行进方向设置在所述模具(9)的上游；所述导管从上游至下游包括耐火圈(5)、内径为D的铜管(3)以及浸入式水口(8)，

-圆顶状件(2)，所述圆顶状件(2)设置在所述耐火圈(5)内部并且包括倾斜的上部(16)，所述上部(16)被限定成使来自所述中间包(1)的液态金属朝向所述竖向导管的内壁偏转；

其特征在于，所述铜管(3)的直径D的范围在等于Q/3.75的最小直径至等于Q/1.25的最大直径之间，其中，Q是所述设备的额定液态金属流速并且包括在200kg/min至800kg/min之间，并且D是以mm表示的直径。

2.根据权利要求1所述的连续铸造设备，其中，所述圆顶状件(2)的所述上部(16)的斜度α的范围为从30度至10度。

3.根据权利要求1或2所述的连续铸造设备，其中，所述圆顶状件(2)还包括从所述圆顶状件的所述上部(16)向下延伸至所述圆顶状件的下部(17)的侧向侧(15)，所述侧向侧(15)在与所述上部(16)相交处形成具有曲率半径小于2mm的锐形圆角(13)。

4.根据权利要求3所述的连续铸造设备，其中，所述锐形圆角(13)与所述耐火圈(5)之间的间隙e的范围为从10mm至25mm。

5.根据权利要求3或4所述的连续铸造设备，其中，所述圆顶状件的所述下部(17)与所述铜管(3)的顶部之间的距离h的范围为从10mm至50mm。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的连续铸造设备，其中，所述圆顶状件的所述上部(16)还包括具有固定部(14)的至少支承臂(7)以将所述圆顶状件(2)固定至所述耐火圈(5)，所述固定部(14)具有范围为从10mm至60mm的宽度C。

7.根据权利要求6所述的连续铸造设备，其中，所述至少支承臂(7)包括从所述固定部(14)沿着所述圆顶状件的所述侧向侧(15)延伸的附加部(12)，所述附加部(12)被设计成引导液态金属的围绕所述支承臂(7)并且在所述臂(7)的下方的流动。

8.根据权利要求7所述的连续铸造设备，其中，所述附加部(12)具有会聚的侧向壁。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的连续铸造设备，其中，所述圆顶状件(2)由高氧化铝构成。

10.一种使用根据权利要求1至9所述的设备对以包括在200kg/min至800kg/min之间的额定流速Q的液态金属进行的连续铸造方法，所述设备包括具有内径D的铜管(3)，所述内径D的值的范围在等于Q/3.75的最小直径至等于Q/1.25的最大直径之间。