CN106029254A - 用于制造具有较大横截面的较长铸锭的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造铸锭的方法和设备，所述铸锭具有具备不同横截面形状的较大的横截面和超过5m的长度，通过在较短的、水冷却的金属模(4)中进行浇注并且脱出凝固的锭(6)，直至达到所希望的锭长度，并且接下来通过电渣方法借助自消耗的电极(18)对金属浇注池进行加热，或者对加热的中间罐(3)或可加热的顶盖(22)进行后续加热，并且在浇注时以及在浇注结束后直至凝固结束，通过使用电磁的搅拌器(10、11、13)影响硬化结构。
Description
现有技术
本发明涉及一种制造铸锭的方法，该铸锭具有较大的横截面积和长度，其常常明显超出传统的在金属模中的铸件，所述方法部分采用了已知的技术并且有利地利用其特征。此外，本发明还涉及一种用于执行按照本发明的方法的设备。目的是例如制造圆形或者多边形、方形或矩形形状的锭，其在圆形锭中具有的直径大于300mm的范围或者等同于其它截面形状的横截面积，并且长度超过5m。
虽然通过在金属模中浇注来制造较大的很大程度上为柱形的、具有600mm或更大截面积且锭长度最大至5m或更长的圆形锭是已知的，但其中根本性的技术问题在于，在铸锭脱模时铸锭挂在金属模中，以及在核心处不足够的凝固结构所造成的熔析、错误和缩孔等问题。
这种较长的、很大程度为柱形的锭优选应用在环圈轧机中，在此锭被切割成较短的锭饼并且在应用于环圈轧机之前被打孔，从而去除质量不佳的核心区域。这种锭对于其它产品的应用则由于锭核心的不佳的质量而受限。
灰口铸铁金属模的使用寿命也是受限的并且由此具有不可忽略的成本因素。
用于600mm至800mm直径的较大横截面积的连续铸造的设备也是已知的。困难在于，这种设备必须被设计为地板设备，从而避免极高的构造高度，以便在通常的0.15m/min至0.30m/min的浇注速度下可以尽可能地控制所出现的25m至30m范围内的浇注带长度。在通常的最长90分钟的浇注时长下，由此例如可以在浇注尺寸为600mm的圆或50t的情况下，在每次连续铸造时生产最大22m的长度，其中在连续浇注结束时在凝固时间大约为115分钟的情况下，还没有凝固到浇注带起始端。浇注带则必须进行局部凝固。
在浇注弯曲处和部分水平位置中的凝固过程会出现偏心的剩余凝固，其具有附着的熔析，并且导致这种浇注产品同样不适用于高价值的产品。
当中间罐具有足够的容积并且可以更换铸桶或者借助电极或等离子燃烧器加热铸桶时，则可以通过相应更长的浇注时间产生更长的浇注带(Strang)。
如上所述的较大的浇注带长度决定了最大至18m的浇注半径范围，为了确保在驱动定向工作段结束之后到切割工作段开始之前完全凝固较大的横截面。
在弯曲设备中的较大横截面的连续浇注至少由于较高的浇注带重量决定了设备的支撑力紧固机构的耗费的结构以及同样耗费的驱动定向装置的应用，从而以精确的受控的速度脱出浇注带并且保持较大的横截面积。
这种设备因此决定了较高的投资成本，其首选不能或几乎无法分期偿还，如果其较高的产能无法被充分利用。
用于600mm圆形横截面的连续浇注设备具有大约550kg/min或33t/h的浇注效率，也就是说可以在1.5小时内浇注50t熔液。算上准备时间2.5小时，这种设备可以在6000小时的运行时间内每年大约生产75000吨。在更换铸桶和相应更长的浇注时间的情况下会生产更多。通常只只有20000吨至25000吨这种产品是被需要的。由此，这种数量无法实现这种设备的分期偿还。
如果例如需要800mm或1000mm直径的更大的横截面积，则生产行为是更为不利的。
较大横截面积的连续浇注的其它缺点是，在浇注结束后形成足够深的首次缩孔，由此产生不利的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，避免上述的缺点并且也可以经济性地制造较少数量的锭，这种锭具有300mm的直径或更大的直径并且大于5m的长度，并且同时与上述已知的方法相比改进质量水平。
所述技术问题按照本发明通过一种按照权利要求1的特征部分的方法解决，浇注过程以与浇注横截面相应的固定的浇注速率持续进行，直至达到所希望的锭长度或者由脱出支柱的升降高度所确定的最大锭长度，并且在结束通常的浇注过程之后继续输入一定量的液体金属，从而至少补偿金属熔液或钢熔液在凝固时所出现的收缩。
按照本发明的有利的改进方案在从属权利要求中获得。在本发明的框架下可对权利要求、说明书和/或附图中公开的技术特征中的至少两个进行组合。
在浇注过程中从金属模中脱出的浇注带在次级冷却区域中通过喷水、喷雾或压力空气在锭脱出时和锭脱出结束之后被冷却。在浇注过程和锭脱出结束之后，次级冷却可以继续进行最多直至减少的圆周的完全凝固，其中，或者通过与浇注过程相比明显减低的浇注速度或者通过自消耗的电极的熔化进一步输入液态钢，使得至少补偿在凝固时出现的收缩。
在浇注过程结束之后例如可以如此进行熔化材料的后续供应，即移除浇注桶和同样使用的中间罐之后，在金属模中的浇注液面被在冶金学上起作用的液态的电渣层覆盖，并且通过可消耗的电极的熔化根据电渣重熔方法如此长时间地加热，直至整个浇注横截面凝固。在此重要的是，紧接着在浇注结束之后，以kg/h为单位的熔化速率是以mm为单位的锭直径的0.5至2.5倍。替代锭直径使用正方锭的侧向长度或矩形形状的窄侧和长侧之和的一半来确定熔化速率。
在此，所使用的熔化电极在其化学成分方面基本上相同于铸锭的化学成分。
在整个凝固过程中，加热优选保持为，直至凝固结束、熔化速率持续地或者逐级地下降到初始值的5％至10％
在此，熔化的金属量应该等于所述锭的总质量的最小2％至最大10％。
在通常的浇注过程结束之后并且在锭脱出之后的熔化材料的后续输入也能够以至少减少一个数量级(减少10倍)的浇注速率进行，其中，直至凝固结束逐级地或持续地将浇注速率减小到后续浇注开始时的速率的10％，使得金属模中的金属液面仅微小地升高。
也可以由此供应附加的液态材料，即在通常的浇注过程的锭脱出结束之后，以最高的通常的浇注速度继续进行浇注过程，使得金属模内的金属液面升高直至超出金属模的上边缘，到达套装在金属模上的陶瓷的覆有衬壁的隔热的套筒中，从而实现通常浇注的锭长度附加地增长最多10％。为了避免液态金属在套筒内预先凝固，可以对套筒附加地加热。
为了确保较好的凝固结构，在通常浇注过程中，金属浇注池(Metallsumpf)可以通过安置在金属模的区域内或者直接安置在金属模下方的电磁的搅拌器运动，其中，在加热结束和下沉阶段结束之后也可以继续进行搅拌过程。
此外可以规定，在通常的浇注过程和直接位于底部件上方的下沉平台的下沉过程时，通过竖向可移动的电磁的搅拌器搅拌金属浇注池，其中，在下沉过程结束之后，所述搅拌器还可以结合不断的凝固沿竖向向上移动。
具体实施方式
图1示意性示出在通常的浇注过程中适合于实施按照本发明的方法的设备。在覆有衬壁的浇注桶1内所含有的液体金属2、尤其液态钢通过同样覆有衬壁的中间罐3到达短小的、水冷却的、振动的金属模4中，该金属模4可以在液态的金属浇注池5中设有金属模搅拌器10，该金属浇注池被铸锭6的凝固形成的铸坯壳包围。
金属模4内的金属液面通常通过浇注粉末7遮盖。还可行的是，直接由浇注桶1向金属模4输入金属并且放弃中间罐3。为了防止氧化，液态金属2通过所谓的陶瓷的遮蔽管24输送。
一直向下倒，在底板8上通过脱出机构9竖立形成的铸锭6相应地降低浇注速度，直至达到所希望的或者根据设备设计情况的最大可能的铸锭长度。
除了选择性可设置的电磁的金属模搅拌器10，也可以在金属模4的下方在次级冷却区域12内安置电磁的搅拌器11。
此外，沿竖向能移动的电磁的搅拌器13在浇注过程中可以与底板8一起向下运动，并且在下降过程结束后随着不断凝固可以沿铸锭6向上运动。
在图1中还示出处于等待位置的电渣加热设备，其在浇注过程结束后可以运动到熔化位置、浇注位置。该设备由行走装置14构成，该行走装置也可以设计为转动装置。行走装置支撑着主杆5，电极托架16沿着主杆可运动地安置，电极托架在电极支撑臂17中支承着可消耗的熔化电极18。替代该熔化电极地，也可以使用不可消耗的石墨电极。该设备通过在图2中示出的高压电轨17和柔性的高压电缆25与交流或直流电源19相连。
图2示出按照本发明的设备，其中，铸锭6在结束通常的浇注过程之后，根据电渣方法在安置了金属活性的电渣池20之后通过可消耗的电极18的熔化，一方面被加热，另一方面向液态的金属浇注池5内输入液体材料。
图3示出具有中间罐3的按照本发明的设备，其例如能够通过安装的感应线圈21被加热。
图4示出具有中间罐3的按照本发明的设备，该中间罐3根据电渣加热方法在安置了金属活性的电渣池27之后通过电极28进行加热，该电极28通过电源26供电。
图5示出按照本发明的设备的金属模部分，在金属模上安置有陶瓷的、绝缘的套筒22，所述套筒在达到设定的锭长度并且在结束通过浇注过程的持续而实现的锭排出之后，被灌以液体的熔化液，其可以通过例如电感的加热装置23保持热量。
Claims (19)
1.一种制造铸锭的方法，所述铸锭由金属、尤其钢构成并且具有至少0.10m2、优选圆形但也可方形或矩形形状的横截面，或者直接由浇注桶(1)或者通过耐火的覆有衬壁的中间罐(3)将金属熔液或钢熔液以已知的方式浇注到短小的、水冷却的、向下开放的金属模(4)中，并且从所述金属模(4)中借助向下运动的脱出支柱(8)脱出凝固的铸锭(6)，其特征在于，浇注过程以与浇注横截面相应的固定的浇注速率持续进行，直至达到所希望的锭长度或者由脱出支柱(8)的升降高度所确定的最大锭长度，并且在结束通常的浇注过程之后继续输入一定量的液体金属，从而至少补偿金属熔液或钢熔液在凝固时所出现的收缩。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在浇注过程中从所述金属模(4)中脱出的锭(6)被导引穿过次级冷却区域(12)，在所述次级冷却区域中所述锭(6)可以通过喷水、喷雾或压力空气被冷却，并且在浇注过程结束和锭脱出结束之后的剩余凝固阶段中逐级地或持续地减少这种冷却。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在浇注过程结束之后紧接着移除所述浇注桶(1)和/或分配罐(3)，在所述金属模(4)中的浇注液面被在冶金学上起作用的液态的电渣层(7)覆盖，并且通过可消耗的电极(18)的熔化根据电渣方法如此长时间地加热，直至金属熔液或钢熔液的整个浇注横截面凝固。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，在电渣加热过程开始时自消耗的电极(18)的以kg/h为单位的熔化速率是以mm为单位的锭直径的0.5至2.5倍或正方锭的侧向长度或矩形形状的窄侧和长侧之和的一半的0.5至2.5倍，并且在凝固过程中直至凝固结束，熔化速率持续地或者逐级地下降到初始值的10％至15％。
5.按照权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所使用的熔化电极(18)在其化学成分方面相同于铸锭(6)的化学成分。
6.按照权利要求3至5之一所述的方法，其特征在于，在凝固过程中所熔化的量等于所述锭(6)的总质量的2％至10％。
7.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在通常的浇注过程结束之后并且在锭脱出之后，以至少减少一个数量级的浇注速率从可加热的浇注桶(1)或可加热的中间罐(3)或分配罐(21)中继续进行浇注过程，并且直至凝固结束逐级地或持续地将浇注速率减小到后续浇注开始时的速率的10％。
8.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在通常的浇注过程结束之后并且在锭脱出之后，以最高的通常的浇注速度继续进行浇注过程，使得所述金属模(4)内的金属液面升高直至超出金属模边缘，到达套装在所述金属模(4)上的陶瓷的覆有衬壁的隔热的套筒(22)中，从而实现锭长度附加地增长最多10％。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，陶瓷的覆有衬壁的隔热的套筒(22)被附加地加热。
10.按照权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，在浇注过程中，液态的金属浇注池(15)通过安置在金属模(4)的区域内的电磁的搅拌器(10)运动。
11.按照权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，在浇注过程中，液态的金属浇注池(5)通过安置在金属模(4)下方的电磁的搅拌器(11)运动。
12.按照权利要求10或11所述的方法，其特征在于，通过所述搅拌器(11)作用的搅拌过程即使在浇注结束后在加热阶段中也持续地进行，直至金属熔液或钢熔液完全地凝固。
13.按照权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，在浇注过程结束之后在后续浇注过程或加热过程时，开始于铸锭(16)的最下端的位置，金属浇注池通过电磁的、竖向可移动的搅拌器(13)运动，并且所述搅拌器(13)结合不断的凝固持续地向着铸锭(16)的顶端移动。
14.一种用于实施按照权利要求1至13所述的方法的设备，其特征在于，竖向的连续浇注设备由水冷却的、形成浇注横截面的、尤其由铜制成的金属模(4)和沿竖向可下降的、具有受限的升降行程的脱出支柱(8)组成，通过所述脱出支柱(8)确定最大可能的锭长度，所述竖向的连续浇注设备设计用于浇注长度受限的较大的圆形、多边形、方形或矩形横截面，所述设备还附加地具有电渣加热设备，用于熔化自消耗的电极(18)。
15.按照权利要求14所述的设备，其特征在于，所述电渣加热设备在浇注过程中放置在侧面的停放位置，并且可以运动到金属模(4)上方的处理位置，在所述处理位置中通过沿竖向可运动的电极(18)能够使得位于所述金属模(4)中的被电渣层(7)遮盖的熔液被加热。
16.按照权利要求14或15所述的设备，其特征在于，浇注桶(1)或分配罐(21)或中间罐(3)能够被加热。
17.按照权利要求16所述的设备，其特征在于，所述中间罐(3)能够被电感地加热。
18.按照权利要求16所述的设备，其特征在于，所述中间罐(3)中的熔液(2)能够通过浸入电渣池(7)中的、通电的、可消耗或不可消耗的电极(18)被加热。
19.按照权利要求14至18之一所述的设备，其特征在于，在所述金属模(4)上安置有耐火的覆有衬壁的隔热的套筒(22)，所述套筒(22)适合用于容纳液态金属(2)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |