CN1046449C - 生产薄板坯的连续铸锭设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造薄板坯最好是钢坯的方法和连续铸锭设备，薄板坯具有预定的例如50毫米的凝固厚度，通过采用以及通过最佳地连接下列构件，如在铸坯导引装置区(第0段)内的铸辊、从结晶器出口至结晶器入口横截面敞开的弯成拱形的结晶器、液压驱动的升降台、保护渣及其供入装置、带特定的流动横截面的侵入式水口，可以在最小和预定凝固厚度或设备生产能力并因而在最低轧制成本下，获得最佳铸坯表面和内部质量。上述方法和连续铸锭设备参数的特性上协调一致，导致与200毫米厚标准板坯相比的一种良好和令人满意的浇注炉渣供应以及在模内金属液面中的熔池运动。这些从液芯顶端至模内金属液面中的条件，对于铸坯表面和内部质量以及对浇注可靠性都有直接影响。

Description

生产薄板坯的连续铸锭设备和方法

本发明涉及一种生产薄板坯的连续铸锭设备和方法。

由先有技术例如DE3709188A1已知应用扁平的浸入式水口。此外，液压驱动的升降台是惯用的，它可以甚至在浇注过程中通过偏离正弦振动，改变和最佳地选择振动的提升高度、频率和波形。由例如DE4131829A1和DE3724628C1可知弯成拱形的结晶器。此外，由DE3818077A1已知无锭轧制，在凝固过程中通过它减小浇注厚度，以获得改善的铸坯内部质量。

评价先有技术得出的结论是，为了生产薄铸坯需要解决多方面的问题，以及，从整个连续铸锭设备来看有影响的变量总数太多，以致于一般专家的知识远远远不够用，而且对他们也不能苛求，应当从众多可能或多或少有用的方案中找到一个方案，它能在尽可能少化费的情况下带来令人满意的结果。

本发明的目的是，提出一种方法和一种连续铸锭设备，它们可以这样来达到薄铸坯规定的厚度，即，在炉渣供应和铸坯厚度减小方面的最佳条件，在结晶器中和在导向装置机架中在无锭轧制时已经达到。

为实现上述目的，按本发明的一个方面，提供一种生产薄板坯的方法，它包括下列步骤：

-借助于一个浸入式水口在一个其入口横截面大于其出口横截面的凸形振动式结晶器中进行浇注，并遵守用于浸入式水口和结晶器的条件 $\frac{F_{\mathrm{ST}}}{F_{\mathrm{TA}}}\≤50$

其中F_ST=凝固板坯的铸坯横截面，

    F_TA=浸入式水口出口横截面，

-在金属熔体上供入保护渣，并根据结晶器运动的振动高度、振形和频率，遵守条件

h_炉渣≥h_铸坯外壳

其中

h_铸坯外壳=铸坯外壳高于熔池液面的高度，

h_炉渣=炉渣高度，

-在多辊式机架中直接在结晶器下方通过多个步骤减小铸坯横截面，以便在连续地减小铸坯厚度的同时平行地在尚为液态的铸坯内部形成强迫对流，该对流对应于电磁搅拌器的作用，此时，在多辊式机架的末端在尚为液态芯部的情况下达到铸坯的最终厚度，以及

-在多辊式机架出口处达到最终厚度时在铸坯内部仍存在两相区的情况下进行凝固，

上述保护渣以如下方式供入，即，使得在铸坯全宽上，在浇注液面内以前已经覆盖有保护渣且对浇注渣的熔化起重要作用的有效厚度为常数。

按本发明的另一方面，提供一种连续铸锭设备，它

-有一个浸入式水口，它的横截面≤凝固板坯的铸坯横截面的1/50，它插入一个凸形振动式结晶器中，结晶器的入口横截面大于结晶器出口横截面，此结晶器与一个可自由调整频率、提升高度和振动形式的振动装置连接，

-有一个保护渣供入装置，它通过测量和控制装置与振动装置相连，并根据振动高度、振动形式和振动频率可按下列方式供入保护渣，即，遵照炉渣高度≥铸坯外壳高于熔池液面的高度，以及

-有一个沿拉出方向设在结晶器之后的多辊式机架，它有一个液压装置，借助于此装置可以无级地改变两个相对辊的间距。

附图用实例表示下面作为举例说明的本发明。

其中：

图1表示在结晶器中的浇注条件；

图2表面质量和浇注生产率保持相同时，相对于厚200毫米×宽1000毫米的板坯，技术性费用与板坯厚度的关系；

图3.1-3.3表面质量和板坯厚度保持相同时，相对于厚200毫米×宽1000毫米的板坯，技术性费用与浇注速度的关系；

图4相对于厚200毫米×宽1000毫米板坯，钢在结晶器中的液压特性与板坯厚度的关系；

图5连续铸锭设备。

在按本发明拟就的范围内进行的试验表明，铸坯的表面质量与炉渣导引关系密切。对比弯月形金属液面，亦即炉渣高度(h_炉渣)和在结晶器高比速时在熔池内显出的铸坯外壳(h_铸坯外壳)的共同作用的责任重大(图1)。

已经得出，为了最佳润滑和避免表面缺陷(直接在铸坯表面下存在的保护渣颗粒，主要以氧化物的形式)，必须满足下列准则

h_炉渣≥h_铸坯外壳    (1)

炉渣高度h_炉渣主要与结晶器入口横截面的厚度有关，而铸坯外壳高度h_铸坯外壳则主要取决于振动式结晶器的提升高度。

若考虑到h_炉渣的大小和它与结晶器入口横截面厚度的关系，则有关系式

它也可称为技术难点并必然带到系统中去，意外地得出下列结果：

在预定的浇注生产率为2.736吨/分的情况下，人们将常用的200毫米板坯与50毫米板坯作比较，并将它代入关系式(2)，对于200毫米板坯等于1，而对于50毫米板坯此值上升到16.62，由图2可见这一情况。也就是说，关系式(2)与铸坯厚度的减小成反比，此关系遵循一条指数曲线。

在模内金属液面(19)中的厚度与单位炉渣产量之间并因而与弯月形金属液面中的炉渣高度(4)之间的这一关系，还导致有必要沿整个浇注宽度并因而在浸入式水口区域内保持有效的金属熔池厚度的常数。

常数的厚度导致沿横内金属液面宽度有恒量的浇注炉渣形成，并因而在全部连续地新构成的铸坯外壳(3)的弯月形金属液面区域内恒量的炉渣供应。沿浇注宽度的这种由保护渣或粒状体(5)组成的恒量的炉渣形成，避免了在浸入式水口和铜的宽侧板之间缺少润滑的危险。之所以存在这种危险是由于，浇注炉渣具有玻璃状的结构(硅酸盐结构)，具有的粘度约0.5-10泊。由于它的粘滞性，当浸入式水口与结晶器宽侧之间的距离小于在结晶器出口处铸坯厚度之半时，在浸入式水口与结晶器宽侧之间的区域内，与在模内金属液面内其余的结晶器部分相比，可能导致沿铸坯宽度看比较少量的润滑。

若保持浇注厚度固定来观察提高浇注速度时关系式(2)的变化，则如图3中针对一种75/100和125毫米结晶器所表示的那样，人们可以确定，这只是一条具有较小斜率的上升的直线。

由于金属流入结晶器造成的紊流对于关系式(1)有很大的影响，而这种紊流往往继续到熔池液面并会导致波动，在这种情况下，波峰会升出炉渣液面之上，从而会导致中断润滑。此外，这种紊流与产量以及在浸入管出口横截面处结晶器的厚度与宽度有关。

作为紊流的度量，由产量与厚度之商作为液压特性来定义，并可表示为下列表达式

相对于200毫米厚的板坯，液压特性的值例如可见图4。图中表示，较大的结晶器厚度具有明显有利的液压特性。

有关于紊流，下列关系式也有重要意义 $\frac{F_{\mathrm{ST}}}{F_{\mathrm{TA}}}\≤50-----\left(4\right)$ 式中：

F_TA=浸入式水12出口横截面积，

F_ST=凝固板坯的铸坯横截面。

此外，在结晶器区域内的电磁制动，明显减小了模内金属液面区的紊流。

由以上所述和通过测量得出经验证的关系为，在选择在结晶器出口的板坯厚度时例如从100毫米减小到50毫米，此外在矩形结晶器的情况下，在遵守关系式(1)方面困难特别突出。这就是说，除了金属输送方面的困难外，几乎不可能在微小的结晶器入口横截面上施放足够的保护渣，以润滑已形成的非常巨大的铸坯表面，并除此以外调整关系式(4)。相反，在模内金属液面中的铸坯厚度例如为100毫米时，无需特别加大费用，便可以显著提高浇注速度。这导致得出意外的解决办法，即，在薄板坯浇流区内无条件地在结晶器出口便已经达到铸坯厚度是没有意义的，而在技术上非常简单的是，输入轧机的板坯厚度借助于一个无锭轧制工序进一步减小，并最后达到，为此将多辊式机架(第0段)例如设计为夹钳段，业已证明这样做是有利的。

由图5可见作为举例的一种连续铸锭设备，它包含有本发明的全部特征。

符号表

1 Q_保护渣

2 粉末Tli，粉末/炉渣相界

3 h_铸坯外壳，铸坯外壳/熔池液面高度

4 h_炉渣，炉渣高度

5 h_粉末，粉末高度

6 浸入式水口

7 沉积层

8 在炉渣中的氧化物流

9 Vg=浇注速度

10 Q_炉渣=炉渣消耗量

11 空气

12 结晶界，固态/液态钢

13 铸坯外壳

14 振动(提升高度，频率、波形)

15 铜板

16 分配器

17 浸入式水口，外部尺寸例如260×60毫米，内部尺寸例如220毫米

18 最佳保护渣

1975+2×12毫米×800-1600毫米，

在横内金属液面(弯月形金属液)内的板坯规格20 20×220毫米，流动横截面-浸入式水口21 液压式结晶器传动装置22  F_ST/F_TA≤50

F_ST=浸入式水口出口横截面

F_TA=凝固板坯的铸坯横截面23 75+2×0.5毫米或75毫米，在结晶器出口的板坯规格24 铰链或液压缸或类似物25 第0段，例如设计为夹钳26 液压缸或类似物27 50+2×0.5毫米或50毫米，无锭轧制过程后的板坯厚度28 具有液压调节装置或类似物的第1…n段29 Vg_最大6米/分30 50+2×0.5毫米或50毫米，铸坯导向装置末端的板坯厚度。

Claims (5)

1．一种生产薄板坯的方法，包括下列步骤：

-借助于一个浸入式水口在一个其入口横截面大于其出口横截面的凸形振动式结晶器中进行浇注，并遵守用于浸入式水口和结晶器的条件 $\frac{F_{\mathrm{ST}}}{F_{\mathrm{TA}}}\≤50$

其中F_ST=凝固板坯的铸坯横截面，

    F_TA=浸入式水口出口横截面，

-在金属熔体上供入保护渣，并根据结晶器运动的振动高度、振形和频率，遵守条件

h_炉渣≥h_铸坯外壳

其中

h_铸坯外壳=铸坯外壳高于熔池液面(3)的高度，

h_炉渣=炉渣高度(4)，

-在多辊式机架中直接在结晶器下方通过多个步骤减小铸坯横截面，以便在连续地减小铸坯厚度的同时平行地在尚为液态的铸坯内部形成强迫对流，该对流对应于电磁搅拌器的作用，此时，在多辊式机架的末端在尚为液态芯部的情况下达到铸坯的最终厚度，以及

-在多辊式机架出口处达到最终厚度时在铸坯内部仍存在两相区的情况下进行凝固，

上述保护渣以如下方式供入，即，使得在铸坯全宽上，在浇注液面内以前已经覆盖有保护渣且对浇注渣的熔化起重要作用的有效厚度为常数。

2．按照权利要求1所述的方法，其特征为：甚至在浇注的过程中可以自由选择结晶器运动的频率、提升高度和振动形式。

3．按照权利要求1或2所述的方法，其特征为：结晶器设计为使铸坯在结晶器出口得到一个相对于铸坯中心线对称的剩余曲面，它在厚度上至少为最终厚度的4％。

4．实施按照权利要求1所述方法之连续铸锭设备，

-有一个浸入式水口，它的横截面(F_TA)≤凝固板坯的铸坯横截面(F_ST)的1/50，它插入一个凸形振动式结晶器中，结晶器的入口横截面大于结晶器出口横截面，此结晶器与一个可自由调整频率、提升高度和振动形式的振动装置连接，

-有一个保护渣供入装置，它通过测量和控制装置与振动装置相连，并根据振动高度、振动形式和振动频率可按下列方式供入保护渣，即，遵照炉渣高度(h_炉渣)≥铸坯外壳高于熔池液面的高度(h_铸坯外壳)，以及

-有一个沿拉出方向设在结晶器之后的多辊式机架(25)，它有一个液压装置(24,25)，借助于此装置可以无级地改变两个相对辊的间距。

5．按照权利要求4所述之连续铸锭设备，其特征为：沿着整个板坯宽度，在浇注液面内包括在浸入式水口的壁与结晶器宽侧板之间的区域，覆盖有保护渣的厚度最大为在结晶器出口处相应的铸坯厚度的120％。

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