CN1068258C - 浇铸黑色金属带的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种浇铸黑色金属带的方法及装置。熔融黑色金属浇注熔池支托于一对浇铸辊上，浇铸辊反向旋转使凝固的金属带从辊缝向下移动。金属带沿一输送道通过，金属带从辊缝向下移动形成自由环，从金属带出来的热辐射到一吸热器上，通过非接触式吸热器吸收在金属带离开浇注溶池之后因金属完全凝固所产生的凝固热。吸热器形成冷却套形式的相对侧壁，它构成封闭罩的上部并装有冷却水通道。

Description

浇铸黑色金属带的装置和方法
本发明涉及采用带坯连铸机特别是双辊式连铸机的金属带的连铸。
在双辊式连铸机中，熔融金属被注入一对反向旋转且受到冷却的水平浇铸辊中，熔融金属在旋转的浇铸辊表面上形成凝固壳，凝固壳汇集在两个浇铸辊之间的辊缝中，并向下移动离开浇铸辊的辊缝，从而形成凝固金属带。这里的术语“辊缝”通常是指浇铸辊最接近的区域。将熔融金属从大包中注入较小的中间包中，再通过位于辊缝上方的金属浇注水口直接流入浇铸辊之间的辊缝中，从而在紧挨缝辊上方的浇铸辊表面中形成一个沿辊缝长度方向延伸的熔融金属浇注熔池。尽管也曾有人提出用其他部件(如电磁隔板)，但通常该浇注熔池被限定在与浇铸辊两端以滑动方式连接的二个侧板或堰板之间，从而堵住浇注熔池的两端，防止熔融金属外流。
在离开连铸机后，热带坯被输送到卷取机，在卷取机上被卷取成卷。在被送至卷取机之前，可以对热带坯进行在线处理，如控温压延、压轧(reductionrolling)、充分的热处理，或这些处理方法的组合。一般来说，卷取机和任何在线处理设备都对金属带施加相当的必须承受的张力。此外，必须使双辊连铸机的浇注速度与后面的在线处理和卷取速度协调起来，特别是在开始浇注直到实现稳定的浇注速度期间，上述的那些速度存在相当大的差别。为了满足这些要求，有人建议把离开连铸机的热带坯自由悬挂成无张力的环，经该环穿过一组或多组夹送辊进入该生产线的张力区域，在这里对金属带进行进一步的加工处理或卷取。夹送辊阻碍下道工序设备产生的张力，同时也把金属带送入下道工序设备中。
特别是在带钢的浇铸中，通常将离开带钢连铸机的带钢封闭于封闭罩内以达到控制氧化铁皮生成的目的。例如，带钢可以穿过一个充有惰性气体以防止氧化铁皮生成的密封罩或者是穿过一个采用通过带钢氧化而使氧气被排除的密封罩，这种方法已在我们澳大利亚专利申请42235/96中做了说明。
在直接浇铸薄金属带时所遇到的一个特殊问题，就是在金属带离开连铸机时金属带的中心部分熔融金属的凝固并不完全。离开连铸机时的金属带有一个要继续凝固的粘稠状中心区，从而释放出凝固潜热，导致已凝固金属的再加热，使金属带已凝固的外壳强度变弱和减薄。当在双辊连铸机上浇铸带钢时，带钢以1400℃左右的高温离开辊缝，直到带钢离开辊缝并与激冷浇铸辊脱离接触之后的一段时间内，存在有相当的没有凝固的中心粘稠区。
在离开辊缝的金属带悬挂成自由环的情况下，辊缝附近刚刚新形成的金属带要支撑该环重量的相当大的部分，由于中心粘稠区的继续凝固所造成的再加热使金属带已凝固的外壳强度变弱，这完全足以导致横向裂纹，甚至使金属带在这一区域完全断裂。由于为达到控制氧化铁皮的目的而将金属带密封于一封闭罩内而使金属带再加热问题变得更加恶化，因为在金属带离开辊缝之后，金属带里金属凝固的凝固潜热不能通过辐射而排放到较冷的环境中，封闭罩内积蓄了热量。在封闭罩内，通过把冷却介质(如水)直接射到金属带上来解决这一问题是不可能的，因为这会达到浇铸辊表面和影响在浇铸辊与浇注熔池之间所建立的稳定温度和热传递条件，并且也将产生氧化铁皮问题。本发明通过提供一种完全非接触的冷却装置来提供一种简单而有效的解决办法。
本发明提供一种浇铸黑色金属带的方法，它包括：把熔融黑色金属浇注熔池支托于一对激冷且通常为水平放置的浇铸辊上，在两个浇铸辊之间形成有一个辊缝；反向旋转浇铸辊以使凝固的金属带从浇铸辊之间的辊缝向下移动；金属带沿一输送道通过，该输送道使金属带离开辊缝，在金属带封闭罩内成自由环形式，在该封闭罩内金属带被限定通过该输送道；以及金属带从辊缝向下移动形成自由环，通过一对受到冷却的非接触式吸热器，从金属带来的热辐射到该吸热器，从而将金属带离开浇注熔池之后因金属完全凝固所产生的凝固热从金属带中排除。
最好，吸热器制造成两个板状结构，放置在浇铸辊之间的辊缝下面，且每边各放一个，以便在该环的金属带从辊缝向下通过时吸热器面向金属带的侧面。
进一步，最好侧板由在该板状结构中所设置的冷却水通道中通入的冷却水进行冷却，而不是把冷却水喷射到封闭罩内。
该板状结构可以形成长形冷却套形式的相对侧壁，它构成该封闭罩的上部，以便把从辊缝向下移动的金属带包围在该自由环中。
封闭罩可密封起来，以控制含有氧气的空气进入，从而在金属带通过该输送道时控制金属带上氧化铁皮的生成。另外，该封闭罩也可以充有非氧化性气体。
本发明也提供一种用于浇铸黑色金属带的装置，它包括：一对一般呈水平放置的浇铸辊，在它们之间形成了一个辊缝；金属浇注装置，它用于将熔融黑色金属注入两个浇铸辊之间的辊缝中，从而形成一个依托于浇铸辊上的熔融金属浇注熔池；冷却浇铸辊的装置；使浇铸辊互相反向旋转从而使浇铸的金属带从辊缝向下移动的装置；金属带封闭罩，用于接收从辊缝向下移动的金属带；金属带导向装置，引导金属带从辊缝向下移动，通过位于封闭罩内的输送道，该输送道将金属带从辊缝引导成封闭罩中的自由环；一对受到冷却的非接触式吸热器，它放置于辊缝的下面，且每边各放一个，以吸收从离开辊缝的金属带侧面辐射出来的热。
最好吸热器在浇铸辊下面至少延伸0.4米长。
为了对本发明进行更充分的解释，将参照附图对一具体实施例予以详细叙述，其中：
图1是根据本发明所制造和操作的带钢连铸连轧设备的垂直剖视图；
图2表示安装在该设备中的双辊式连铸机的主要部件；
图3是双辊式连铸机的局部平面图；
图4是沿图3中线4-4的剖视图；
图5是沿图4中线5-5的剖视图；
图6是沿图4中线6-6的剖视图；
图7是图2中所示的设备局部放大图；
图8是在根据本发明安装冷却套前后双辊式连铸机的典型凝固壳厚度值；以及
图9表示恰好位于冷却浇铸辊之间的辊缝下面的区域冷却套对带钢温度的影响。
图示的连铸连轧设备包括由11总体表示的双辊式连铸机，该双辊式连铸机生产出连铸带钢12，带钢12通过输送道10穿过导向台13到达夹送辊机架14，在离开夹送辊机架14之后，带钢立即进入由轧机机架16组成的热轧机15，在热轧机15中带钢被热轧以减薄厚度，经过这种轧制的带钢通过由一对夹送辊20A组成的夹送辊机架20而离开轧机，并到达输出辊道17，在输出辊道17上通过水喷嘴18进行强制冷却，然后到达卷取机19。
双辊式连铸机11包括一个主机机架21，它支撑一对呈平行布置的有浇铸表面22A的浇铸辊22。在浇铸操作期间，大包23中的熔融金属通过由耐火材料制成的大包水口24而加入到中间包25中，然后通过金属浇注水口26而注入到浇铸辊22之间的辊缝27中。这样被注入到辊缝27中的熔融金属在辊缝的上面形成一个熔池30，且该熔池通过浇铸辊两端的一对侧封堰板或侧板28限定，侧封堰板或侧板28通过带有安装在侧板把持器28A上的液压缸32的一对推杆31而作用于浇铸辊的阶梯式端部，熔池30的上表面(通常叫作弯月面)可升高至高于浇注水口的底端，以便浇注水口的底端浸入到熔池中。
浇铸辊22是水冷的，以便在转动的浇铸辊表面上形成凝固壳并汇集于浇铸辊之间的辊缝27处，从而生产出凝固的金属带12，凝固的金属带12从浇铸辊之间的辊缝向下移动。
在浇铸操作的开始，会产生一小段有缺陷的金属带直到浇铸状况稳定。在连铸达到稳定之后，浇铸辊稍微离开，然后又再次靠近，以使金属带的该头部以澳大利亚专利申请27036/92所述的方法剪断，从而使后面浇铸的金属带形成一个无缺陷的头部。有缺陷的部分掉入设置在连铸机11下面的废钢箱33中，这时通常从支点35到连铸机出口一侧向下垂的摆动挡板34被摆过连铸机出口，以引导浇铸的金属带无缺陷头部到达导向台13，导向台13将其送入夹送辊机架14，然后在金属带到达导向台13之前，档板34被返回到其下垂位置，以便让金属带12在连铸机下面以自由环29形式悬垂，在导向台13处金属带与一组导向辊36接触。
双辊式连铸机可以是在已获得批准的澳大利亚专利631728和637548、美国专利5184668和5277243中已详细说明的那种形式，在相应的结构图方面可以参照这些专利，但这些结构图并不构成本发明的一部分。
为了以在澳大利亚专利申请42235/96中所述的方法控制热带坯上氧化铁皮的生成，制造并安装了一种装置，它构成一个简单且空间非常大的封闭罩37，它限定了封闭空间38。在这里面，带钢12被限制通过从浇铸辊之间的辊缝到夹送辊机架14的入口辊缝39的整个输送道。
封闭罩37是由许多单块墙壁制成的，这些单块墙壁以各种不同的密封连接方式安装到一起，构成一个连续的封闭壁。这些壁包括：在双辊式连铸机处形成的屏壁段41，以包围浇铸辊；以及从屏壁段41向下延伸的屏壁段42，当废钢箱处于工作状态时，它与废钢箱33的上部相连接，从而废钢箱成为封闭罩的一部分。废钢箱和封闭屏壁段42可以通过由陶瓷纤维绳制成的密封件43连接在一起，而陶瓷纤维绳是安装到废钢箱上边的凹槽中，并与安装在屏壁段42下端的密封垫圈44相连接。废钢箱33可以安装到运输车45上，运输车45安装有车轮46，车轮46在铁轨47上行走，因此，在浇铸操作之后废钢箱可以被移到废钢排卸位置。当运输车45处于工作位置时，液压缸40就将废钢箱从运输车45上提升起来，从而废钢箱向上推顶封闭屏壁段42并压紧密封件43。在浇铸操作之后，液压缸40被释放，以便将废钢箱落回到运输车45上，从而能使废钢箱被运至废钢排卸位置。
封闭罩37进一步还包括有屏壁段48，屏壁段48环绕导向台13并连接到夹送辊机架14的框架49上。夹送辊机架14包括有一对夹送辊50，对着此夹送辊50，封闭罩通过滑动密封件60而被密封起来。于是，金属带通过穿过这对夹送辊50而离开封闭罩38，并立即进入热轧机15。夹送辊50到轧机入口之间的距离应该尽可能地短，且通常是1米或不到1米，以在进入轧机入口之前控制氧化铁皮的生成。
环绕浇铸辊的封闭屏壁41是由侧板51构成的，侧板51带有凹槽52，当通过液压缸32将侧堰板28压到浇铸辊的两端时，其形状恰好可以与侧堰板把持器28A相接合。侧板把持器28A和封闭侧屏壁段51之间的交界面通过滑动密封件53密封，以保持封闭罩的密封性。密封件53可以由陶瓷纤维绳制造。
液压缸32穿过封闭屏壁段41向外延伸，且在这些地方封闭罩是由安装到液压缸上的密封板54来密封的，以便当液压缸被驱动将侧板压到浇铸辊两端时密封板54与封闭屏壁段41相接合。推杆31还推动耐火材料制成的滑板55，它是由液压缸32驱动的，以堵塞封闭罩顶部的开口56，通过开口56，侧板最初被嵌到封闭罩和把持器28A上，以作用于浇铸辊。当驱动液压缸将侧堰板推靠到浇铸辊上时，封闭罩的顶部由中间包、侧板把持器28A和滑板55进行密封。这样，在浇铸操作之前，整个封闭罩37就被密封起来了，以建立密封空间38，从而当金属带12从浇铸辊传送到夹送辊机架14的时候，限制了氧气传递到金属带12上，即以澳大利亚专利申请42235/96所充分予以叙述的方法限制了带坯上氧化铁皮的生成。另外一种操作方法就是，封闭罩37可以充有非氧化性气体(如氮气)，以控制氧化铁皮的生成。
因为金属带以自由环29形式下垂，就要求在辊缝附近最新形成的金属带去承受该环重量的相当部分。另外，在封闭罩37里，热量会迅速聚集起来，结果是位于这个区域的金属带不能通过辐射散热，如果没有根据本发明提供冷却系统，则带坯会导致横向裂纹，甚至可能产生断裂。
大部分的封闭屏壁段都砌有耐火砖，废钢箱33也砌有耐火砖或耐火混凝土衬。然而，根据本发明从浇铸辊向下伸出的封闭屏壁段41的部分被制成一个细长的金属带冷却套，以100总体表示，冷却套100能有效地吸收离开辊缝的带坯的热量。冷却套100被制造成一个具有截V形断面的厚钢壳，它包括向下收敛的侧壁101和梯形端壁102。冷却套安装有外水冷管线103，外水冷管线103可以钢管形式焊接到冷却套壁的外表面上。冷却水流过管线103去吸收离开辊缝的金属带辐射到冷却套壁上的热量。通过适宜的进出导管冷却水可通过冷却管线。
正对着离开辊缝的金属带的冷却套100的侧壁101起着两个水冷吸热器的作用，从金属带辐射到这些吸热器上的热量被冷却水流所吸收，从而使金属带的热量明显地减少。随着带钢离开辊缝之后，其熔融钢水凝固的凝固热从带钢中被去除，带钢温度下降。
图8和图9表示用双辊式连铸机浇铸带钢时辊缝出口处有无冷却套条件下所获得的典型凝固壳厚度和带钢表面温度。图8中实线表示在辊缝出口处没有冷却套时所获得的带钢凝固壳典型减薄情况，而虚线表示当采用冷却套时带钢离开辊缝之后凝固壳继续变厚的情况。在图9中，实线表示在没有采用冷却套时位于辊缝下面的带钢表面温度，它表明在辊缝下面相当一段距离内带钢保持基本恒定的高温；虚线表示采用冷却套时的效果，这里在带坯刚刚离开辊缝之后，带钢表面温度没有达到同样的峰值温度就开始平稳下降。
就典型的双辊式连铸机浇铸带钢而言，从连铸机出来的带钢温度将在1400℃左右，到达轧机的带钢温度大约为1200℃，带钢宽度约为0.9米至1.8米，厚度为1.0毫米至2.0毫米，带钢拉速为1.0米/秒左右。在这种条件下，冷却套所吸收的热量可以达到约250千瓦/米2，要求冷却水流速达到35米3/小时，水经过冷却套的温度差为6℃。

Claims (12)

1．一种浇铸黑色金属带的方法，它包括：把熔融黑色金属浇注熔池(30)支托于一对激冷且通常为水平放置的浇铸辊(22)上，在两个浇铸辊之间形成有一个辊缝(27)；反向旋转浇铸辊(22)以使凝固的金属带(12)从浇铸辊(22)之间的辊缝(27)向下移动；金属带(12)沿一输送道(10)通过，该输送道使金属带离开辊缝(27)，在金属带封闭罩(38)内成自由环(29)形式，在该封闭罩内金属带被限定通过该输送道；其特征在于：使金属带(12)从辊缝(27)向下移动形成自由环(29)，通过一对受到冷却的非接触式吸热器(101)，从金属带(12)出来的热量辐射在该吸热器上，从而排除在金属带离开浇注熔池(30)之后因金属完全凝固所产生的凝固热。
2．如权利要求1所述的方法，其特征进一步在于：吸热器(101)制成两个板状结构，放置在浇铸辊(22)之间的辊缝(27)下面且每边各放一个，以便面对所述环(29)中从辊缝(27)向下通过的金属带(12)的侧面。
3．如权利要求2所述的方法，其特征进一步在于：所述板状结构是由该板状结构中所设置的冷却水通道(103)中通入的冷却水进行冷却的，而不是把冷却水喷射到封闭罩(38)内。
4．如权利要求2或3所述的方法，其特征进一步在于：该板状结构形成长形冷却套(100)形式的相对侧壁，它构成该封闭罩(38)的上部，以便把自由环(29)中从辊缝(27)向下移动的金属带(12)环绕起来。
5．如权利要求2或3所述的方法，其特征进一步在于：所述的封闭罩(38)要密封起来，以控制含有氧气的空气进入，从而在金属带(12)通过该输送道(10)时控制金属带上氧化铁皮的生成。
6．如权利要求5所述的方法，其特征还在于：该封闭罩充以非氧化性气体。
7．一种用于浇铸黑色金属带的装置，它包括：一对一般呈水平放置的浇铸辊(22)，在它们之间形成了一个辊缝(27)；金属浇注装置(23,24,25,26)，用于将熔融黑色金属注入两个浇铸辊(22)之间的辊缝(27)中，从而形成一个依托在浇铸辊(22)上的溶融金属浇注熔池(30)；冷却浇铸辊的装置；使浇铸辊(22)呈互相反向旋转从而使浇铸的金属带从辊缝向下移动的装置；金属带封闭罩(38)，用于接收从辊缝(27)向下移动的金属带(12)；以及金属带导向装置(13)，它通过位于该封闭罩(38)内的输送道(10)引导金属带向下移动，该通道使带坯在封闭罩(38)内从辊缝(27)出来成自由环(29)；其特征在于：一对受到冷却的非接触式吸热器(101)放置于辊缝(27)的下面，且每边各放一个，以吸收从离开辊缝(27)的金属带(12)侧面辐射出来的热。
8．如权利要求7所述的装置，其特征还在于：吸热器(101)在浇铸辊下面至少延伸0.4米长。
9．如权利要求7或8所述的装置，其特征进一步在于：吸热器(101)制成两个板状结构，放置在浇铸辊(22)之间的辊缝(27)下面且每边各放一个，以便面向离开辊缝(27)的金属带(12)的侧面。
10．如权利要求9所述的装置，其特征进一步在于：侧板上形成有冷却水通道(103)，其中通入冷却水，强制冷却所述吸热器(101)，而不把冷却水喷射到封闭罩(38)内。
11．如权利要求9所述的装置，其特征进一步在于：该板状结构形成长形冷却套(100)形式的相对侧壁，它构成该封闭罩(38)的上部，并把紧挨浇铸辊(22)之间的辊缝(27)下方的空间包围起来，因而离开辊缝的金属带必须经过冷却套(100)。
12．如权利要求9所述的装置，它包括封闭罩的密封部件，以防止外部气体进入所述封闭罩(38)，或气体从其中出来。
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