CN1054558C - 金属特别是方钢坯的连续铸造法 - Google Patents

Abstract

一种用于连续铸造金属，特别是多边形或基本圆形断面钢坯的方法。为了改善铸型内部的冷却从而提高钢材质量，并且为了优化各操作步骤的铸造过程，钢水注入一个内侧断面上有凸起部分分布于型腔周边上的铸型。钢材在铸型内形成的凸起表层在铸型内沿至少一部分长度上产生变形。凸起的变形程度通过调整铸型内部分长度上相应的熔池平面高度，作为铸造参数的一个函数来确定。

Description

金属特别是方钢坯的连续铸造法

本发明涉及金属的连续铸造法，特别是具有多边形或大致圆形断面的钢坯的连续铸造法。

自从产生用挤压模型进行连续铸造的方法以来，本领域的技术人员一直忙于解决熔池面以下钢材表层和铸型壁之间产生气隙的问题。这种气隙极大地降低铸型和钢材表层之间的热传导，并使钢材表层冷却不均匀，从而使钢材产生多种缺陷，如形成菱形，产生裂纹，以及微观结构缺陷等。为了在铸型的全长的各个侧壁上钢材表层与型壁都有最优的接触，以获得最好的散热条件，曾经提出过许多建议，例如采用步进梁，对气隙挤入冷却剂，对型腔做出变化的锥度，等等。

在美国专利4,207,941号中，其铸型用于连续铸造具有多边形断面，特别是正方形断面的钢材。两端开通的铸型型腔在其入口端为带圆角的正方形断面，在钢材出口端则为不规则的12边形断面。在转角部分，铸造锥体沿钢材行进方向尺寸持续增大地向着圆角靠近。在铸型的一个部分长度上，靠近圆角的铸造锥体大约为在铸型壁的中央部分的两倍大。当用这种铸型进行铸造时，钢材在型中可能变成楔形，使钢材断开或裂开。而且，铸出的钢材可能不是正方形断面，而是12边形断面。特别是难于定出用于不同铸造速度的这种铸型的尺寸，而不同铸造速度在多次更换纲水包进行长周期铸造工序时是不可避免的。

美国专利4,774,995涉及一种用于连续铸造金属，特别是钢的方法。其中钢水被浇注入铸型，铸型空腔的断面在入口侧大于钢材出口侧，以接受一潜入管。当钢材通过铸型时，由于和铸型宽侧接触而产生变形，钢材的厚度和部分凝固的钢材断面区域一起减小。浇注带钢的铸型的窄侧以相应于钢材面的外周保持基本不变。这种浇注方法应用常规浇注槽浇注薄钢带，由于没有为铸型内钢材的整个外周提供均匀的冷却，会导致钢材两侧的钢材表层产生强烈的变形。

因此，本发明的目的在于克服上述缺点。特别是，根据本发明的方法，可以改善钢材表层的冷却状况，可以提高钢材的质量和增加铸品产量。此外，该新的铸造方法还意图优化实际操作中的步骤，如开始铸造，更换铸管，更换中间容器，更换钢水包，铸造终止，停机，等等，从而额外地提高钢材的质量和铸型的工作寿命。

上述目的依靠本发明的方法可以达到。该方法的技术方案是：

一种连续铸造法，它包括以下步骤：将熔融金属注入一个铸造通道(即铸型)从而在该铸造通道中建立该种熔融金属的溶池，该铸造通道的入口处的断面大于出口处的断面，该熔池的液面高度可以改变；在该通道中将熔融金属冷却，冷却步骤包括至少部分地凝固该熔融金属以形成一个连续的金属坯材，其外周基本上均匀地分布有多个凸起；将所述金属坯材传送通过所述铸造通道，在传送过程中使所述凸起在所述铸造通道受到不同程度的变形；使所述变形程度作为一组铸造参数中的至少一个的函数而受到调整，这组铸造参数包括：所述熔融金属的成份，所述金属坯材被传送通过所述铸造通道的速度，所述熔融金属的过热温度，所述金属坯材在所述铸造通道中的摩擦系数，使所述金属坯材通过所述铸造通道所用的力，调整步骤还包括调节熔融金属的所述液面高度。

在本发明的方法中，所述金属坯材的断面可以是带有多角的多边形，所述凝固步骤包括在每对相邻的角之间形成一个凸起。

在本发明的方法中，所述金属坯材的断面可以是基本上是圆的，所述凝固步骤包括在所述金属铸材的外周上形成至少三个凸起。

在方形钢坯的情况下，采用本发明的方法可以对其施加在周边各部分都均匀的冷却效应，而且冷却强度可以在一定范围内测出。因此钢材表层的结晶可受到控制，铸品产量和钢材质量可以提高。不希望出现的12边形断面，表面缺陷和微观结构缺陷可以避免。由于铸造操作中铸型内钢材表层在长度上连续受到变形，本发明的方法即使在铸造参数变化的情况下也可改善冷却的均匀性。即使铸造参数变化显著，钢材上的缺陷和钢材折断和裂开的危险也可显著降低。还有，铸型的使用寿命可以延长。

凸起的总变形尺寸取决于凸起的曲率高度，凸起的锥度所形成的角度，以及在铸型部分长度内的熔池高度。一般来说，变形与部分长度内熔池面的部分高度成正比。凸起的锥度也可以不是常数，而选定为渐增的或渐减的，等等。在铸造进行时凸起的变形程度通常按毫米调整。

如果摩擦力是从钢材和连续铸造设备的铸型之间测得，根据本发明的一个实施例，凸起变形程度可以决定成，对于现有铸造参数最优的摩擦力水平能够保持。如果不测量钢材和铸型之间的摩擦力，也可以测量驱动装置的拉力，用它作为一个参数。

凸起变形程度的决定也可以通过连续测量铸造参数，或通过数学模型的计算，该数学模型考虑了钢水分析，过热和浇注温度，选定的铸造速度，润滑剂类型和/或铸型中的热流。

如果故意暂停钢材的拖拉，而熔池高度在停顿以前是在铸型部分高度的下端点或其羽以下，则变形可以不继续产生。

由于钢材表层在通过现有技术的铸型时形成，钢材的断面由于其外层收缩而有少量减小，但并不发生所希望的变形。由于凸起在熔池平面和部分高度下端点之间产生变形，钢材断面得到减小，其范围为4％至15％，最好是6％至10％。

在现有技术的铸型中，钢材表层不受控制地去除一直使钢坯的伸长看来不能实现。现在凸起的受控的变形，相关地连同熔池面的参照高度的大范围调节，第一次使之变为可以实现，根据本发明又一实施例，使在铸型中形成并进行冷却的钢材在经过一个初始冷却区(例如500毫米至1000毫米之间)时作为铸造参数的一个函数。钢材表层的凸起的变形在这种情况下被调整为在铸型长度的0至40％之间的长度部分内进行。

以下结合附图对本发明的实施例进行说明。附图中：

图1表示一个管状铸型沿图2中的I-I线的纵向剖视图；

图2表示图1铸型的正视图；而

图3表示通过铸型壁的垂直剖视图。

图1和2表示一个用于连续铸造多边形(在本例中为正方形)断面钢材的铸型。图中箭头4指向铸型的入口侧，而箭头5指向铸型的出口侧。铸型空腔6在入口处和出口处有不同的几何形状。从图2可以看出，铸型空腔6在入口处4以转角8至8之间的凸起9的形式将断面扩大。代表凸起程度的曲率高度10在铸型空腔6部分长度12上沿钢材移动方向11持续减小。平面14和15处的铸型空腔断面限定了一个带有圆角的正方形断面的铸型部分13如现有技术所知。

轮廓线17表示平面14处的铸型空腔断面，而轮廓线18表示平面15处的铸型空腔断面。铸型空腔6在铸型出口侧在各个角8之间用直线连接起来。箭头2标示铸型空腔6的轮廓线的一部分。在这个铸型中，4个轮廓线部分都有相似的断面扩大部分7。铸型空腔6其基本形状除了正方形之外，六角形，长方形，大致圆形等断面形状都可作为其基本形状。

铸型空腔6入口侧4相对两边最大凸起处之间的净尺寸20比钢材出口侧5相对两边之间的净尺寸21要大5～15％。净尺寸20至少要比部分长度12的终点平面22处的净尺寸14大8％。

凸起9的曲率高度10沿着钢材11的移动方向在每个断面上持续减小。最大曲率高度10沿线24的锥度为8～35％/每米。

在本例中部分长度12为400毫米或铸型长的大约40％，而铸型长度尺寸大约为1000毫米。

数字40概略地表示一个电脑，数据41-45输入其中，数据41表示钢水分析，42表示过热温度，43表示中间容器的铸造温度，44表示铸型和润滑剂的参数，而45表示连续测得的铸型和钢材之间的摩擦系数。电脑对不同的操作状态进行计算，如浇注，全负荷浇注，中断浇注，完成浇注等，熔池高度决定变形程度，然后用开关或滑动控制器47适当调节金属流进入铸型和钢材拉出速度48，以便使铸型中的熔池液面达到所希望的高度。装设于铸型3的熔池液面高度测量装置46与电脑40相连，它可将瞬时熔池液面高度的信息反馈给电脑。

图3表示如何测定变形程度。凸起32沿其中心线的倾斜内轮廓面30在平面31处终止。在钢材行进的方向上，凸起在此垂直剖面上以直线形式伸出，但也可以用渐减或S形曲线等限定。

如果熔池高度35为图示的高度，凸起的变形程度为箭头36所示的长度。如果熔池高度降至点划线35’所示的高度，凸起的变形程度就减小到长度37。如果变形程度在停顿后为零，熔池高度就降至部分长度39的下端点38或更低。

根据一种变化形式，本发明的方法的特点在于以下步骤。在浇注一个新的钢材或随后的操作中，所使用的铸型的参数44和铸造金属的参数41-43被输入电脑。电脑从存储器中检索出对于不同浇注速度的参数时的优化摩擦系数，这些不同的浇注速度及其相应的熔池高度包括开始浇注，全负荷浇注，减慢浇注和终止浇注时的情况。在浇注中，浇注金属的过热和浇注温度作为对每个测得数据的修正系数输入电脑。测得的摩擦系数45经常与分配给每个操作的优化摩擦系数相比较。在有偏离的情况下，通过调整部分长度区内熔池的高度而增加或减小凸起的变形程度。在本例中，给于测得的钢材在铸型内的摩擦系数较其他铸造参数更为优先的考虑。当然也可以选取钢材的拉曳力代替摩擦系数作为导引数据。

本发明这种方法所用的铸型在欧洲专利申请第92,101,506.1号中有详细的描述和图示。因此本发明所公开的方案也是在该申请基础上的改进。

Claims (11)

1.一种连续铸造法，它包括以下步骤：将熔融金属注入一个铸造通道(即铸型)从而在该铸造通道中建立该种熔融金属的溶池，该铸造通道的入口处的断面大于出口处的断面，该熔池的液面高度可以改变；在该通道中将熔融金属冷却，冷却步骤包括至少部分地凝固该熔融金属以形成一个连续的金属坯材，其外周基本上均匀地分布有多个凸起；将所述金属坯材传送通过所述铸造通道，在传送过程中使所述凸起在所述铸造通道受到不同程度的变形；使所述变形程度作为一组铸造参数中的至少一个的函数而受到调整，这组铸造参数包括：所述熔融金属的成份，所述金属坯材被传送通过所述铸造通道的速度，所述熔融金属的过热温度，所述金属坯材在所述铸造通道中的摩擦系数，使所述金属坯材通过所述铸造通道所用的力，调整步骤还包括调节熔融金属的所述液面高度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔融金属包括熔融钢水。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属坯材的断面为带有多角的多边形，所述凝固步骤包括在每对相邻的角之间形成一个凸起。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属坯材的断面基本上是圆的，所述凝固步骤包括在所述金属铸材的外周上形成至少三个凸起。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传送步骤包括用一个可变的力将所述坯材从所述铸造道通拉过，所述调整步骤包括改变所述变形程度以优化所述力。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变形步骤包括将所述坯材的断面缩小约4％至约15％。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述变形步骤包括将所述坯材的断面缩小约6％至约10％。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括润滑所述铸造通道的步骤，其中所述铸造通道带有斜度并带有对应于所述金属坯材上的凸起的多个凸起，上述一组铸造参数还包括上述铸造通道的斜度，上述铸造通道中的凸起的长度，在润滑步骤中所用润滑液的类型，所述铸材的断面和所述熔融金属的温度，调整步骤包括将所述某一参数有代表性的瞬间值与一个参考值相比较，根据所述瞬间值和所述参考值之差调节所述熔融金属的液面高度。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，冷却步骤在上述铸造通道的一段予定长度上进行，所述予定长度是上述一组铸造参数中的至少一个参数的函数，其数值为约500毫米至约1000毫米。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述铸造通道具有一个予定长度，基本上全部变形步骤完成于约60％的上述予定长度内。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述一组铸造参数还包括在上述铸造通道内的热流量，所述变形程度作为上述热流量的函数进行调节。

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