CN105517729B - 连铸结晶器的二维的振荡 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于使连铸机的结晶器（1）进行振荡的方法和装置。本发明的任务是，介绍一种用于使连铸机的结晶器（1）进行振荡的方法，用该方法通过浇铸粉剂来更好地对连铸坯进行润滑并且所述连铸坯具有较少的振荡标记。该任务通过以下方式得到解决：所述结晶器（1）的至少一个宽侧板（3、3a、3b）水平地沿着所述宽侧板（3、3a、3b）的宽度方向（H）以f_H进行振荡，其中适用f_V≠f_H，并且对于所述宽侧板（3）的轨迹曲线的所有点来说，所述速度的数值公式（I）大于0。

Description

连铸结晶器的二维的振荡

技术领域

本发明涉及用于使连铸机的结晶器（也被称为连铸结晶器）振荡的方法和装置。

一方面，本发明涉及一种用于使连铸机的结晶器（Kokille）振荡的方法，其中所述结晶器包括两个窄侧板和两个宽侧板，并且所述结晶器沿着垂直方向相对于位置固定的支撑结构以第一频率f_v进行振荡。

另一方面，本发明涉及一种用于使连铸机的结晶器振荡的装置，该装置具有：

-设有基本上为矩形的成形空腔的结晶器，其中所述结晶器包括两个窄侧板和两个宽侧板；和

-用于使所述结晶器相对于位置固定的支撑结构沿着垂直方向振荡的第一振荡机构。

背景技术

长期以来，已知在连铸时使结晶器一维地沿着垂直方向相对于位置固定的支撑结构进行振荡。一方面在所述结晶器中构成的连铸坯（Strang）通过被施加到液态的钢上的浇铸粉剂（Gießpulver）来润滑，另一方面防止所述连铸坯附着到所述结晶器的铜板上。通过所述结晶器的一维的振荡，所述连铸坯具有所谓的振荡标记，所述振荡标记由于横向裂纹、浇铸粉剂进入（Gießpulvereinzug）、局部变化的散热情况或者不利的组织而负面地影响到连铸坯质量。此外已知，连铸坯的连铸过程或者质量能够通过得到优化的浇铸粉剂的使用或者通过结晶器振荡的得到优化的参数（幅度、频率、正弦状或者非正弦状的曲线形状）来改进。

此外，从JP 2000042691 A中已知，将板坯结晶器的宽侧板置于圆形的或者椭圆形的振动之中。这种做法的不利之处是，所述宽侧板以较高的频率（与沿着垂直方向的振荡的频率相同）进行振荡，并且在进行圆形的振动时用于所述垂直振荡以及水平振荡的幅度必须一样高。此外，所述轨迹曲线的长度较短。由于较高的复杂性，所述方法或者所述装置在实际上难以使用。

发明内容

本发明的任务是，克服现有技术的缺点并且描述用于使连铸机的结晶器振荡的方法和装置，用所述方法和装置连铸坯通过浇铸粉剂更好地得到润滑并且所述连铸坯具有较少的振荡标记。此外，根据本发明的装置应该比所熟知的、用于二维振荡的装置简单。

该任务对于开头所提到的方法来说通过以下方式得到解决：所述结晶器的至少一个宽侧板（优选两个宽侧板）水平地沿着所述宽侧板的宽度方向以第二频率f_H进行振荡，其中适用f_v≠f_H，并且对于所述宽侧板的轨迹曲线的所有点来说，速度的数值 大于0。

在对二维振荡模式（轨迹曲线）进行评估的情况下已经令人惊讶地证实：特别有利的是，用于沿着垂直方向和水平方向振动的频率是不同的。由此延长所述轨迹曲线在一个振荡周期中的长度，这一点非常积极地影响了所述浇铸粉剂的润滑作用。此外，非常均匀地向所述连铸坯和所述宽侧板加载荷。此外，非常有利的是，所述结晶器的宽侧板的轨迹曲线没有死点（也就是说对于所述点来说所述速度的数值等于零，也就是说）。由此防止所述宽侧板的方向反转）。

在进行二维振荡时，通过用沿着水平的方向的速度分量v_H和沿着垂直方向的速度分量v_V来计算所述速度的数值。

如果适用以下情况，则能够在沿着水平的振动和沿着垂直方向的振动之间进行简单的同步：

-所述第一频率f_V是所述第二频率f_H的多个整数倍，f_V=n·f_H，其中，或者

-所述第二频率f_H是所述第一频率f_V的多个整数倍，f_H=n·f_V，其中。

在此使所述结晶器的宽侧板沿着垂直方向以所述第一频率f_V进行振荡，要么所述第一频率是水平振荡的第二频率f_H的多个整数倍（例如二倍、三倍、四倍等），要么所述第二频率f_H是垂直振荡的第一频率f_V的多个整数倍。

如果适用以下情况，则实现了所述轨迹曲线在一个振荡周期中的尽可能大的长度：

-所述第一频率f_V不是所述第二频率f_H的多个整数倍，f_V≠n·f_H，其中，或者

-所述第二频率f_H不是所述第一频率f_V的多个整数倍，f_H≠n·f_V，其中。

作为整个结晶器（包括所述宽侧板）沿着垂直方向的振荡的补充，根据本发明使所述结晶器的至少一个宽侧板、优选两个宽侧板水平地沿着所述宽侧板的宽度方向（也就是沿着所述连铸坯的宽度方向，其中所述宽度方向法向于浇铸方向和厚度方向）进行振荡。通过对于所述宽侧板的轨迹曲线的所有点来说所述速度的数值>0，>0这种限制来保证，所述宽侧板的运动轨迹是平滑的并且没有死点。由此避免所述结晶器的、对所述连铸坯的润滑来说特别令人讨厌的方向反转。由此能够在所述浇铸粉剂的质量相同的情况下来实现对于所述连铸坯更加有效的润滑。另一方面，对于根据本发明的方法来说，能够以相同的润滑作用提高浇铸速度-并且由此提高生产率。

因为所述振荡的频率三次方地引入到能耗中，所以如果所述第一频率f_V大于所述第二频率f_H，也就是说f_V＞f_H，则用于水平振荡的能耗特别低。

作为补充方案或者作为替代方案，有利的是，垂直振荡的幅度大于或者等于水平振荡的幅度。由此也能够降低用于水平振荡的能耗。

为了防止所述结晶器的“摆动”，有利的是，所述结晶器的两个宽侧板反向地进行振荡，也就是说具有基本上180°的相位差。由于反向的运动而改进了所述结晶器的质量平衡。

当然，同样可能的是，所述结晶器的两个宽侧板同向地进行振荡，也就是说具有基本上0°的相位差。

原则上不重要的是，将根据本发明的方法是用在笔直的结晶器中还是用在弯曲的结晶器中。此外，所述方法不局限于垂直地振荡的结晶器；更确切地说所述方法也能够用于水平地振荡的结晶器（所谓的水平设备）。

本发明的任务也通过开头所提到的装置得到解决，其中设置了第二振荡机构，该第二振荡机构用于使所述结晶器的至少一个宽侧板相对于相邻的窄侧板沿着水平的方向进行振荡，并且所述宽侧板构造为能够相对于相邻的窄侧板移动。

因为谐振动的导数也是谐振动，所以如果所述宽侧板水平地沿着所述宽侧板的宽度方向进行谐振荡，则实现了用于所述宽侧板的平滑的轨迹曲线。特别优选的是，垂直的振荡同样是谐振的。

根据本发明的装置作为用于使所述结晶器沿着垂直方向振荡的第一振荡机构的补充而具有至少一个第二振荡机构，所述第二振荡机构用于使所述结晶器的至少一个宽侧板相对于相邻的窄侧板沿着所述宽侧板的宽度方向进行水平振荡。通过所述结晶器沿着垂直方向和水平方向的振荡，在浇铸速度相同的情况下改进了所述浇铸粉剂对所述连铸坯的润滑作用。

有利的是，为所述两个宽侧板中的每个宽侧板分配了一个自身的、用于沿着宽度方向进行水平振荡的第二振荡机构。由此能够改进所述结晶器的质量平衡。

为了降低用于所述结晶器沿着垂直方向的振荡的能耗，有利的是，所述第一振荡机构具有至少一个第一弹性元件和一个第一振荡驱动装置，其中所述第一弹性元件和所述第一振荡驱动装置分别与所述结晶器以及位置固定的支撑结构相连接。

如果所述结晶器包括结晶器框架并且所述第二振荡机构包括第二振荡驱动装置，则产生一种简单的、用于所述第二振荡机构的结构，其中所述第二振荡驱动装置一方面与沿着垂直方向振动的结晶器框架相连接，并且另一方面与所述宽侧板相连接。

如果在所述结晶器框架与所述宽侧板之间布置第二弹性元件，则用于所述宽侧板的水平振荡的能耗能够得到降低，并且能够通过所述第二振荡驱动装置将所述宽侧板相对于沿着垂直方向振动的结晶器框架置于沿着宽度方向的水平振荡之中。

在此有利的是，所述第二弹性元件是弹簧带或者螺旋弹簧。

尤其对于较小的连铸坯规格（钢坯规格或者初轧坯规格）来说有利的是，第一和/或第二振荡驱动装置是电气的线性马达。由于较高的力密度，有利的是，所述电气的线性马达是压电执行器。

对于更大的规格来说有利的是，第一和/或第二振荡驱动装置是液压的线性马达、例如液压缸。

为了将用于水平振荡的摩擦并且因此能耗保持在较低的水平有利的是，所述宽侧板以及相邻的窄侧板具有优选由烧结金属构成的滑动面，所述滑动面允许相对运动。

此外，如果所述第一宽侧板与所述结晶器框架的固定侧相连接并且所述第二宽侧板与所述结晶器框架的松动侧相连接，则能够将用于水平振荡的摩擦以及能耗保持在较低的水平，其中所述松动侧通过液压的夹紧单元与所述固定侧相连接，并且优选所述夹紧单元的夹紧力尤其能够以液压的方式来调节。在此所述夹紧力例如能够以液压的方式借助于通过不同程度的液压压力向所述夹紧单元加载的方式来简单地调节。

附图说明

本发明的其它优点和特征从以下对非限制性的实施例所作的说明中产生。附图示出：

图1是宽侧板在进行一维（1D）振荡时的不是根据本发明的运动轨迹的图示；

图2a、2b分别是宽侧板在进行二维振荡时的不是根据本发明的运动轨迹的图示；

图3a、3b和图4a、4b分别是宽侧板在进行二维振荡时的根据本发明的运动轨迹的一种变型方案的图示；

图5-8是根据本发明的、用于使结晶器二维地振荡的装置的一种实施方式的不同的透视图（图5是从斜上方看的图示；图6是从斜下方看的图示；图7是在没有结晶器框架的松动侧的情况下的图示；并且图8是具有用于结晶器的宽侧的振荡机构的详细视图的图示）。

具体实施方式

在图1中示出了在一维振荡时关于根据现有技术的垂直振荡的结晶器的宽侧的轨迹曲线（也称为运动轨迹）。从所述轨迹曲线中能够直接得知，所述结晶器的运动方向-并且由此所述宽侧板的运动方向也-相应地在上死点OT中和在下死点中反转；此外，对于所述结晶器在所述两个死点OT与UT中的速度v来说适用v≡0。此外，所述结晶器在所述死点OT和UT中的加速度刚好具有最大值（如果例如对于沿着垂直的y方向的位移s来说适用s=A.sin(ω.t)），那么对于所述速度v和所述加速度a来说，则适用v==A.ω.cos(ω.t)并且a==-A.ω².sin(ω.t)。由在所述死点OT和UT中具有│a│=A.ω²的较高的加速度a以及与之相关联的较高的摩擦力而引起：所述连铸坯外壳或者应该在结晶器中保证对连铸坯足够润滑的浇铸粉剂也在这些点中经受特别高的负荷。

图2a、2b示出了结晶器的二维地振荡的宽侧板（所述宽侧板在宽度方向上的垂直振荡和水平振荡）的不是根据本发明的运动轨迹。图2a示出了所述振荡的时间次序（以秒计的横坐标）；图2b示出了所述运动轨迹的轨迹曲线。对于沿着垂直的V方向和水平的H方向的运动轨迹来说（分别以mm计）适用：

。

图2b中的轨迹曲线具有两个明显的死点OT、UT，使得所述连铸坯在这些点上经受较高的负荷。

图3a、3b示出了用于板坯横截面的结晶器的宽侧的运动轨迹和轨迹曲线，所述结晶器根据本发明二维地进行振荡（也就是说垂直地和水平地沿着所述宽侧板的宽度方向进行振荡）。所述振荡的参数为f_H=33.3/60Hz，f_V=100/60Hz，A_H=2mm，Av=4mm并且φ=90°。从所述轨迹曲线中可得知，所述运动轨迹没有死点并且因此是有利的。

图4a、4b示出了用于结晶器的宽侧板的另一种根据本发明的运动轨迹。所述振荡的参数为：f_H=170/60Hz，f_v=100/60Hz，A_H=2mm，Av=4mm并且φ=90°。从这条轨迹曲线中也可得知，所述运动轨迹不具有死点，并且与图3a、3b相比明显更长（无论f_H/f_v还是f_v/f_H都不是多个整数倍）。因此这种运动轨迹极其有利。

从图3a、3b和图4a、4b中可得知，所述结晶器的宽侧板的根据本发明的运动轨迹比在进行垂直的一维振荡时大为平滑，在进行所述垂直的一维振荡时所述结晶器不仅在上死点中而且下死点中掉转运动方向。此外，根据本发明的运动轨迹没有明显的、方向反转的死点。通过所述更为平滑的运动轨迹，所述浇铸粉剂的润滑作用得到改进并且所述结晶器与所述连铸坯之间的摩擦得到降低。

在图5中示意性地示出了用于板坯规格的连铸机的结晶器1。在简单的图示的意义下，没有示出用于所述结晶器（包括固定的支撑结构、所述支撑结构与所述结晶器框架6之间的弹簧带以及用于所述结晶器1的垂直振荡的第一振荡驱动装置）的垂直振荡的振荡机构。本领域的技术人员自1921年（Van Ranst）以来就已经知道垂直的结晶器振荡的方案；自1962年（Koopers）以来液压的振荡机构为人所知。此外，也从文献中，例如从

AISE（美国钢铁工程师协会） 2003年的The Making,Shaping and Treating ofSteel(MSTS)，铸造卷，第15章（尤其是15.6.8.1-15.6.8.4）

中已知用于所述结晶器的垂直振荡的机构。

在图8中详细地示出了所述第二振荡机构5。通过未示出的第一振荡机构将矩形的、包围结晶器1的两个宽侧板3、3a、3b 和窄侧板2的结晶器框架6置于垂直振荡V中。所述两个窄侧板2和所述两个宽侧板3构成矩形的成形空腔4（对于本发明来说不重要的是，所述成形空腔4是不是正方形；尤其宽侧板也不必长于窄侧板）。分别通过一第二振荡机构5a、5b来使宽侧3a、3b相对于沿着垂直方向V振动的结晶器框架6水平地沿着所述宽侧板3a、3b的宽度方向H（也就是沿着所述连铸坯的宽度方向）进行振荡。根据图8，构造为液压缸9的第二振荡驱动装置7支撑在所述结晶器框架6上，并且向设计为弹簧带的第二弹性元件8加载荷。通过所述弹簧带，将所述宽侧板3与所述结晶器1的支撑板10及水箱11一起置于横向于所述连铸坯的厚度方向的水平振荡H之中。邻接到宽侧板3上的窄侧板2没有沿着水平的方向进行振荡，但是与所述结晶器框架6一起沿着垂直方向V进行振荡。为了将所述宽-和窄侧板3、2之间的摩擦保持在较低的水平，所述板分别具有由烧结金属构成的滑动面12。夹紧单元15包括未详细示出的液压的夹紧缸保证，所述成形空腔4流体密封地得到了密封，但是没有在所述板之间出现过高的摩擦。

尽管在图5和8中分别为每个宽侧板3a、3b分配了自己的第二振荡机构5（并且由此能够使所述两个宽侧板相对于彼此反向地运动），但是同样可能的是，通过仅仅一个唯一的第二振荡驱动装置5来实现关于两个宽侧板3a、3b的水平振荡运动）。此外，能够沿着宽度方向在所述宽侧板3的两侧分别布置一第二振荡驱动装置5。

为了避免在通过支撑板10与宽侧板3a或者3b相连接的水箱11与所述结晶器框架6的固定侧13或者松动侧14之间的过多的摩擦，所述水箱11要么不安放在所述支撑结构6上（例如能够在所述水箱11与所述支撑结构6之间设置缝隙），要么在所述水箱与所述支撑结构之间设置滑动面12。

在图6中示出了所述结晶器1从斜下方看的图示，其中在所述结晶器1中构成的、未示出的连铸坯通过多个脚轮16得到支撑。

图7示出了所述结晶器1在没有结晶器框架6的松动侧14（参见图6）的情况下的图示。所述结晶器1的松动侧14通过所述两个夹紧单元15与所述固定侧13夹紧。在此，所述夹紧力能够以液压的方式来调节。

尽管通过优选的实施例详细地说明和描述了本发明的细节，但是本发明没有因此而受到所公开的示例的限制并且能够由本领域的技术人员从中推导出其它变型方案，而不脱离本发明的保护范围。

附图标记列表：

1 结晶器

2 窄侧板

3、3a、3b 宽侧板

4 成形空腔

5、5a、5b 第二振荡机构

6 结晶器框架

7 第二振荡驱动装置

8 第二弹性元件

9 液压缸

10 支撑板

11 水箱

12 滑动面

13 固定侧

14 松动侧

15 夹紧单元

16 脚轮

f 频率

H 水平的宽度方向

OT 上死点

UT 下死点

V 垂直方向。

Claims (21)

1.用于使连铸机的结晶器（1）振荡的方法，其中所述结晶器（1）包括两个窄侧板（2）和两个宽侧板（3、3a、3b），并且所述结晶器（1）沿着垂直方向（V）相对于位置固定的支撑结构以第一频率f_v进行振荡，其特征在于，

所述结晶器（1）的至少一个宽侧板（3、3a、3b）水平地沿着所述宽侧板（3、3a、3b）的宽度方向（H）以第二频率f_H进行振荡，其中适用：f_V≠f_H，并且

对于所述宽侧板的轨迹曲线的所有点来说，速度的数值大于0。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

-所述第一频率f_V是所述第二频率f_H的多个整数倍，f_V=n·f_H，其中，或者

-所述第二频率f_H是所述第一频率f_V的多个整数倍，f_H=n·f_V，其中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

-所述第一频率f_V不是所述第二频率f_H的多个整数倍，f_V≠n·f_H，其中，或者

-所述第二频率f_H不是所述第一频率f_V的多个整数倍，f_H≠n·f_V，其中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一频率大于所述第二频率，f_V＞f_H。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，垂直振荡的幅度大于或者等于水平振荡的幅度。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述结晶器（1）的两个宽侧板（3、3a、3b）沿着水平的宽度方向（H）反向地进行振荡。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述结晶器（1）的两个宽侧板（3、3a、3b）沿着水平的宽度方向（H）同向地进行振荡。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述宽侧板（3、3a、3b）水平地沿着所述宽侧板的宽度方向（H）进行谐振荡。

9.用于使连铸机的结晶器（1）进行振荡的装置，具有

-设有基本上为矩形的成形空腔（4）的结晶器（1），其中所述结晶器（1）包括两个窄侧板（2）和两个宽侧板（3、3a、3b）；

-用于使所述结晶器（1）相对于位置固定的支撑结构沿着垂直方向（V）进行振荡的第一振荡机构；

其特征在于，

-用于使所述结晶器（1）的至少一个宽侧板（3、3a、3b）相对于相邻的窄侧板（2）沿着所述宽侧板（3、3a、3b）的宽度方向（H）进行水平振荡的第二振荡机构（5），其中所述宽侧板（3、3a、3b）构造为能够相对于所述相邻的窄侧板（2）移动。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置包括两个第二振荡机构，其中每个第二振荡机构构造用于使所述结晶器（1）的宽侧（3、3a、3b）沿着宽度方向（H）进行水平振荡。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述结晶器（1）包括结晶器框架（6）并且所述第二振荡机构包括第二振荡驱动装置（7），其中所述第二振荡驱动装置（7）一方面与沿着垂直方向（V）振动的结晶器框架（6）相连接并且另一方面与所述宽侧板相连接。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二振荡机构包括第二弹性元件（8），所述第二弹性元件布置在所述结晶器框架（6）与所述宽侧板（3、3a、3b）之间，其中通过所述第二振荡驱动装置（7）能够将所述宽侧板（3、3a、3b）相对于沿着垂直方向（V）振动的结晶器框架（6）置于沿着所述宽侧板（3、3a、3b）的宽度方向（H）的水平振荡之中。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第二弹性元件（8）是弹簧带。

14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，第二振荡驱动装置（7）是线性马达。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述线性马达是液压的线性马达或者是电气的线性马达。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述液压的线性马达是液压缸（9）并且所述电气的线性马达为压电执行器。

17.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，在所述宽侧板（3、3a、3b）与所述结晶器框架（6）之间布置了支撑板（10）和水箱（11）。

18.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述宽侧板（3、3a、3b）和相邻的窄侧板（2）具有滑动面（12），所述滑动面允许相对运动。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述滑动面由烧结金属构成。

20.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，第一宽侧板（3b）与所述结晶器框架（6）的固定侧（13）相连接，并且第二宽侧板（3a）与所述结晶器框架的松动侧（14）相连接，其中所述松动侧（14）通过夹紧单元（15）与所述固定侧（13）相连接。

21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述夹紧单元（15）的夹紧力能够以液压的方式来调节。