CN1051034C - 具有惰性保护罩的双辊连续铸造装置 - Google Patents

Abstract

一种双辊连铸装置，它包括两个具有平行轴线的对旋的辊子1，2，辊子之间限定一铸造空间5，以及一个置于铸造空间之上并具有两个分别沿各辊子表面延伸的纵壁41的保护罩4。每个纵壁41包括两个进气管45，46，它们具有朝向着辊子的开孔，而且它们被压降密封机构50，64隔开，从而由辊子上游的管路45供给的气流只导向保护罩的外侧，而由位于下游的管路46供给的气流导向铸造空间。本发明特别适用于薄钢带的双辊连续铸造。

Description

具有惰性保护罩的双辊连续铸造装置

本发明涉及一种双辊连续铸造装置，它包括一个护罩，用于惰性保护限定于所述辊子之间的铸造空间。

双辊连续设备，特别是用于直接生产薄钢带的双辊连铸设备已经公知，其包括两个具有平行轴线的对转的辊子和一个限定于该两辊子之间的铸造空间，金属液被浇入铸造空间并与辊子的冷却壁接触而凝固，以及在辊子转动的同时将其呈带状拉出。

一个公知的问题是保持于铸造空间中的金属趋于在表面冷却并因此而产生有碍设备正确运行的寄生凝固。为消除这种问题，已有人提出在铸造空间之上放置一个绝热罩。

此外，为防止金属液氧化和开始凝固，也已有人提出使用一个保护罩，向其中喷入惰性气体，以防止大气与液态金属和正在凝固的金属表皮接触。为防止过多的消耗惰性气体，保护罩要放置得尽可能靠近辊子的表面，但不与之接触，以及尽可能靠近侧壁的上部。由于辊子是转动的以及可能会产生膨胀变形，从而不可能用静密封件在所述和辊子之间确保良好的密封。此外，这种密封件有损坏辊子表面的危险。从而已经有人建议通过向辊子被罩盖住的区域中吹入惰性气体来保证密封，以防止空气进入罩内和防止惰性气体泄漏到铸模被保护体积的外侧。

对此，文献EP-A-0409645描述了一种设备，其中对着盖住铸造空间的保护罩的纵向侧壁设有若干喷入惰性气体的通道，这些通道具有对着辊子表面的缝隙，以向该表面吹惰性气体，目的是去除辊子旋转时所携带的空气膜，特别是去除藏在形成辊子表面凹凸不平部位的坑穴中的空气，从而防止空气进入铸造空间并由此而在其中保持一种非氧化环境。

为使惰性气体分布在辊子的整个宽度上，将所述各通道分开设置。上述文献还描述了一种替换的实施例，其中，一个外盖固定在护罩侧壁的下边缘上并相邻辊子的表面定位，并且该外盖在其外边缘包括一个惰性气体的注入通道，这样，由于所述盖的内部充满惰性气体，就可以更有效地防止空气进入铸造空间。

然而，这些装置并不完全令人满意，因为，尽管它们在直觉上似乎能够防止空气进入铸造空间，但其不能使供入铸造空间的气体得到有效的控制，这是因为通过通道中的缝隙而吹入的惰性气体可能会分布于这些缝隙的上游和下游。由于排向上游的气体量、即排向外侧的气体量主要是根据所述通道与相应辊子表面间的空隙、辊子的线速度或由辊子旋转而带入的空气量而变化的，所以排向下游、即排向铸造空间的剩余气体的流量也是变化的。这种变化对制造工艺及铸造产品均是有害的，因为过量的气体会(因其在铸造金属上有冷却作用)导致形成寄生凝固物，或者会导致金属充满气体，或者导致辊子轮廓的变化。

本发明的目的主要是解决上述问题，特别是提供一种护罩装置，以便能够保证可靠地惰性保护铸造空间、有效地控制由辊子的表面凹凸带入的气体的性质和数量，因为截留于辊子和已凝固金属表皮之间不规则坑穴中的气体影响所述金属与辊壁间的热通量，并因此而影响凝固条件和辊壁的形状。

根据本发明的双辊连铸装置，它包括两个具有平行轴线的对旋的辊子、一个限定在两辊子之间的铸造空间和一个放置于上述铸造空间之上并具有两个纵壁的保护罩，纵壁分别沿各辊子的表面伸展并设有进气管路，进气管路具有朝上述辊子表面暴露的开孔，其特征在于，每个纵壁均包括压降密封机构，它在位于该纵壁和对应辊子的表面之间以及两管路之间的区域中产生一个压降，以将由位于辊子旋转方向上游的管路供给的气流引向保护罩的外侧，而将由位于旋转方向下游的管路供给的气流引向铸造空间，所述的压降密封机构由纵壁在所述管路之间伸到紧靠辊子表面附近的凸起构成。

这样，就可以有效地控制惰性(保护)和铸造金属与辊子间的热交换条件，这是因为，根据本发明实际上可以将引入保护罩和辊子之间的气体的两种功能分解，即：

一方面，铸造空间相对周围大气的密封是由位于更上游的管路供给的气体来提供的。

另一方面，从热的(从金属到辊子的热通量)和化学的(气体的性质对铸造金属的影响，特别是氧化)观点来看，铸造金属和辊子之间界面的惰化和控制由位于更下游的管路供给的气体来提供。

根据本发明的特殊布置，所述的压降密封机构可以包括平行于所述管路的纵槽；这些槽紧靠辊子的表面附近，与辊子的表面一起构成一系列加大管路间压降的阻流片。

为了在辊子的整个宽度上改善管路所供气的分布，将管路钻在所述的纵壁中，并且所述的开孔最好由一个沿着管路长度的连续缝隙或者几个相邻的缝隙构成，此外，所述的管路至少在上述开孔对着辊子表面的区域含有一种多孔材料。

本发明的装置最好包括用于控制保护罩相对辊子表面位置的机构。这些机构例如包括连接于保护罩上并测量辊子表面相对保护罩距离变化的位置传感器，它们和用于调节保护罩相对装置底座位置的气(油)缸致动器一起使之能够在辊子表面热膨胀变形时保持管路、尤其是压降密封机构距辊子表面有一个基本恒定的距离，以使管路间的压降基本保持恒定并尽可能地高。

根据另外的布置：

保护罩在内侧上具有一个耐火材料制的热挡板，它连接两纵壁又同时允许浇嘴穿过，并且将铸造空间与保护罩的上部腔室隔开，此外，在上述挡板中制有开孔，以便将铸造空间和所述上部腔室连通；

该装置包括用于独立调节各通道所供气体的压力和/或性质的调节机构；

该装置包括动密封机构，用于在保护罩和横向围住铸造空间的壁之间实观密封；

该装置包括在保护罩和辊子端部实施密封的动密封机构。

本发明的其他特性和优点将体现在下面对双辊连铸薄钢带设备的描述中。

下面参考附图，其中

图1是本发明装置剖视的局部示意图；

图2是沿图1的II-II线的局部剖视图；

图3是连铸设备的剖视图；

图4是保护罩和一个辊子之间接触区的详图；

图5表示设置于保护罩壁内的管道的供气线路。

图1和图2示意地表示在垂直于辊子轴线的平面内剖视的连铸设备的金属液供给区。该设备包括两个铸辊1、2，其外壁3通常包括壳体或套筒并被强烈冷却。辊子1、2沿箭头F转动。一个惰性保护绝热罩4置于两辊子间限定的铸造空间5之上，该保护罩4连接到盛有金属液的中间包6上，中间包6上固定有一个垂直的一直朝下伸向铸造空间5的浇嘴7。中间包上设有闭合机构8，例如，一种公知类型的滑阀系统，以便能够闭合浇嘴7。保护罩4由环绕浇嘴7的密封机构9例如一个砂密封系统以密封方式连接到上述滑阀系统上，如图1和图2所示；密封机构可在中间包和铸造设备之间轻微位移，但仍要保持所需的密封，并因此可同时惰性保护浇嘴。

保护罩4由支承机构10在设备上定位，支承机构10可调，特别是在垂直方向，从而可使保护罩的纵壁41处于辊子外壳之上在距其表面近距离上定位。为此纵壁41在辊子外壳的整个宽度上平行于辊子的轴线伸展，并且在其朝着保护罩内的各表面上支承着一个(例如)由耐火件42构成的热保护衬层，耐火件42向下伸展在纵壁41的下面到达辊子的表面附近，从而保护该纵壁免受铸造空间内所含熔融金属的热辐射。

密封盖43连接纵壁41和密封机构9。为了密封靠近辊子的端部的铸造空间，盖43包括前壁44，其垂直向下伸向横向围壁11，围壁11通常紧靠辊子的端部放置，以靠近辊子的端部围住铸造空间。我们记得这些围壁在别处已被公开，通常它具有一个金属外壳12，在图2中仅示出了它的上部，外壳12支承着一个靠紧外壳3的前端的耐火衬层13。在保护罩4的前壁44的下端和横向围壁11之间设有动密封机构14，这些动密封机构最好由阻流式密封系统(baffle-typesealing system)构成，它可以提供压降密封，而壳体12和保护罩4之间无直接接触。这样，尽管在铸造期间横向围壁11不可避免的运动，仍可以达到满意的密封。

此外，类似形式的密封机构(没有示出)还设置在纵壁41的端边和所述的横向围壁11之间。

保护罩的每个纵壁41包括两个相互平行的管45、46，它们紧靠辊壁在辊子的整个宽度上伸展。每个管分别通过在壁41的下表面49上并对着辊子表面的纵向缝隙状开孔47、48而横向地形成。在两个管之间以及在其各自的缝隙之间于纵壁的下表面和辊子表面限定的区域22内设有压降密封机构，该密封机构例如简单地由纵壁的一部分50构成，这部分相对所述管向着辊子凸出。该凸出部分的形状能够对在纵壁和辊子表面之间输送的气体产生一个大的压降。在图1所示的实例中，缝隙47、48的方向与辊子表面倾斜，位于辊子1旋转方向上游的管45中的缝隙47倾斜指向保护罩的外侧，从而使离开这些缝隙的气流实际上仅导向外侧，而位于下游的管路46中的缝隙48最好指向铸造空间。这样，当高压惰性气体注入管路45时，惰性气体会经缝隙47沿辊子1旋转的相反方向导向辊子的表面，以防止外部空气进入铸造空间。此外，一个刷子51或一个等效装置紧靠住壁41的外表面，以限制因辊子旋转而将在纵壁下面的空气带入的量，特别保护该壁免受因旋转而产生的高热空气流的影响。在刷子51的上游设有吹气机构52，以将气流沿相反于辊子旋转的方向导向辊1的表面。

由上述内容可以得知，管路45和缝隙47可以在保护罩4的纵壁41和辊子之间的界面上提供指向保护罩外部的气流，并且与吹气机构52和刷子51结合，可以防止旋转辊子携带的空气到达铸造空间，而管路46可以直接紧靠辊子的表面提供一种惰性气体或一种具有适合铸造条件的特定性质的气体混合物，并且在凸出部分50和辊子表面之间的短距离可以在两管路之间的区域22中产生足够的压降，以在它们之间产生可能的最好密封。因此，应努力尽可能使辊子表面与凸出部分50之间的距离减为最小，特别是通过制造该部分50，使其表面比位于管路两侧的纵壁部分的表面更靠近辊子。

图3和4表示了本发明装置的另一个实施例，下面仅描述本装置与前述装置不同的那些部件。在该实施例中，纵壁41顶上连接着一个框架53，该框架在横向也衬有热保持耐火材料54。支承保护罩的机构10固定于该框架上，并经气(油)缸致动器55放置在设备机架的横向构件56上。横向构件56还带有风挡系统57，该系统包括一种设置得尽可能接近辊子表面但并不与之接触的唇件58，这些风挡的目的是保护纵壁41免受铸造期间包围辊子的热空气气流的影响。在耐火件42之间设有热挡板59，由一个大致水平伸展并与耐火件42相连接的耐火材料板构成，在该板中具有一个供浇嘴7穿过的开孔60。

框架53之上装有盖43，它经一个有一定柔性及可调高度的密封机构、如波纹管61连接到中间包的滑阀8上。此外，盖43可以包括各种辅助装置，如观察孔62，或用于测量铸造空间内金属液面的设备的支承件等等。

在辊子附近的纵壁41上设有已知类型的非接触间距测量传感器63，例如电容传感器，以便连续测量所述纵壁41相对辊子表面的距离，并控制气(油)缸致动器55，保持上述距离恒定。这些传感器可以由任何其他能够在相邻管路45、46的区域控制保护罩相对辊子表面位置的机构替换。

管路45、46最好包含一种能够在其整个长度上均匀分布管路中所供气体的多孔材料。为此在图4所示的实例中管路45、46内就分别设有这样一种多孔材料的管72、73，气体被供到管的内部并在其穿过多孔材料时沿管路的长度均匀分布。

根据以放大比例表示纵壁截面的图4，可以更好地理解纵壁41和辊子之间的密封原理。

供入位于辊子旋转方向上游的管路45内的气体经开孔47从管中排出，在辊子旋转(箭头F)的相反方向产生一个气体层流(箭头F1)，该层流对辊子旋转而带入的空气膜形成一个屏障。

供入位于下游的管路46中的气体经开孔48从管中排出，在辊子旋转的相同方向产生另一个层流(箭头F2)，这尤其可大大冲淡(稀释)克服了来自管路45之气流所形成的屏障附着于辊子上的空气边界层内所含有的氧。

两股气流(F1，F2)在壁41和辊子表面间的界面上由一个实际上稳定的气屏分离开，该气屏由挡板保持在区域22中，这些挡板由在纵壁41下表面、两管路45、46之间并与两管路平行的槽64构成。容易理解，这种在纵壁41的下表面49上于两管路的出口之间产生压降的气屏只要表面49和辊壁之间的距离足够短就能发挥其作用，这样，尽管存在因辊子膨胀而产生的变形，也需要通过操纵气(油)缸致动器55来垂直定位保护罩，以便能够在铸造期间保持上述的短距离。例如，在管45的上游，辊子和纵壁41下表面49间的距离j1最好小于或等于2mm，在管46的下游，相应的距离j2小于或等于2.5mm，而在区域22内，距离j3小于或等于1.5mm。

除了已述的氧稀释作用外，来自管路46的惰性气流还有另外两个主要作用，这将在下面予以说明。

实际上，进入铸造空间的气流分散为Q1和Q2，Q1保持在附着于辊子的边界层之内、进入辊子的表面和铸造金属之间并因此而参与该辊子与铸造金属间的热交换，Q2经过铸造金属的熔池表面之上并为其提供惰性保护。第三个气流Q3经耐火衬层42和/或热挡板59中的排气孔65向着保护罩的上部排出，以防止到达铸造金属弯液面的气流太大，造成铸造金属充满气体并被冷却。

为了使分别供入管路45，46的气体或气体混合物能够提供上述各种作用，必须能够控制它们的供给，即控制流率和压力，以及在气体混合物的情况下气体混合物的性质。为此，该装置包括调节和控制机构，它们设置在向管路45、46供气的独立回路中，如附图5所示。

一个第一供给回路81连接到两纵壁41中的管路45上，一个类似的第二回路82同时向管路46供气。

每个回路包括一个混合腔83和一个分配回路，该混合腔通过调节阀84与用于各惰性气体(如氩气、氮气等)的供给系统相连，阀84用于调节腔内形成的混合物的成分，所述的分配回路顺序包括：一个遥控开/关阀85、一个压力表86和一个温度表87、一个气体加热器88、一个压力表89和温度表90的第二组件、一个流量计91、一个调节管路45中气体或气体混合物压力的压力调节器92。

在两回路81和82上可以增加一个将惰性气体直接注入保护罩的类似的第三回路。

Claims (10)

1.双辊连铸装置，包括两个具有平行轴线的对旋的辊子(1，2)、一个限定在两辊子之间的铸造空间(5)和一个放置于上述铸造空间之上并具有两个纵壁(41)的保护罩(4)，纵壁(41)分别沿各辊子的表面伸展并设有进气管路，进气管路具有朝上述辊子表面暴露的开孔，其特征在于，每个纵壁(41)均包括压降密封机构(50，64)，它在位于该纵壁和对应辊子的表面之间以及两管路(45，46)之间的区域(22)中产生一个压降，以将由位于辊子旋转方向上游的管路(45)供给的气流引向保护罩的外侧，而将由位于旋转方向下游的管路(46)供给的气流引向铸造空间(5)，所述的压降密封机构由纵壁在所述管路之间伸到紧靠辊子表面附近的凸起(50)构成。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的压降密封机构包括平行于所述管路的纵向槽(64)。

3.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的管路(45，46)被钻在纵壁(41)中并且其至少在所述开孔对着辊子表面的区域内包含有一种多孔材料。

4.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的纵壁(41)在其外面带有一个压靠在辊子表面上的刷子(51)。

5.根据权利要求1的装置，其特征在于，它包括控制保护罩(4)相对辊子表面位置的机构(63，55)。

6.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的保护罩(4)在内侧上包括一个由耐火材料制成的热挡板(59)，该热挡板连接两个纵壁但允许浇嘴(7)穿过并且将铸造空间与保护罩的上部腔室隔开，此外，在该热挡板中制有开孔(65)，以将铸造空间与所述上部腔室连通。

7.根据权利要求1的装置，其特征在于，它包括用于独立调节各管路(45，46)中所供气体的压力的调节机构(84，92)。

8.根据权利要求1的装置，其特征在于，它包括用于独立调节各管路(45，46)中所供气体的性质的调节机构(84，92)。

9.根据权利要求1的装置，其特征在于，它包括动密封机构(14)，用于在保护罩(4)和横向围住铸造空间的壁(11)之间实现密封。

10.根据权利要求1的装置，其特征在于，它包括在保护罩和辊子端部之间进行密封的动密封机构。

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