CN1074694C - 用于封闭薄金属带材双辊连铸设备中的铸造腔的侧板 - Google Patents

Abstract

一种侧板(4，4’)：用于封闭金属带材(7)连铸设备中的、处于两个相向转动的靠在一起并具有水平轴的轧辊之间的铸造腔，该侧板包括一个下部(10)，该部分在这样一个区域里由高硬度的第一耐火材料构成，在该区域上述下部(10)与上述轧辊(1，1’)的端面(5，5’)接触，或与即将进入凝固过程的液态金属(3)接触，或与已凝固的带材(7)的一个边缘接触，其中上述下部(10)在其将朝向铸造腔的那面上有一个凹槽(16)，凹槽内填充了耐火材料(17)。

Description

用于封闭薄金属带材双辊连铸设备中的铸造腔的侧板

本发明涉及金属连铸，特别是涉及在两个具有水平轴的内冷却式相向转动的轧辊之间铸造金属带材、尤其是几个毫米厚的带钢的设备。

在这些设备中-目前正在研究工业应用于钢材铸造，铸造腔以轧辊的侧表面和侧面封闭盘为界，金属贴着侧表面凝固，侧面封闭盘由耐火材料制成，安装在轧辊的平面端部(称为“端面”)。例如，文档EP-A-0,698,433中描述了这样的设备。

侧面封闭盘，至少其与轧辊端面相接触的部分，必须由第一耐火材料制成，如SiALON，其硬度高，抗液态金属腐蚀的能力强。为获得轧辊/侧盘接触的满意密封，以免金属熔液从铸造腔中由这些接触处溢出，这些条件被认为是必须的。侧板的中部只与金属熔液接触，而不与轧辊接触，可以由第二耐火材料制成，例如基于矾土或二氧化硅的材料。总之，这种第二材料必须是一种良好的绝热材料，以免液态金属与之接触时凝固。但是，在使用直径为1500mm的轧辊的情况下，在侧板的最下部，即从“辊隙点”(即两个轧辊最接近的点，低于此点带完全凝固)以上的5到10厘米处的部分，该板被假定必须由上述硬质第一耐火材料或其它具有相当特性的材料制成。这是因为这部分区域受到显著的磨擦，这些磨擦不仅仅是由轧辊引起的，还包括以下因素：

处在轧辊表面上的凝固了的金属(这被称为“凝固层”)；

糊状金属(即部分凝固的金属)，处于凝固层之间，刚好在辊隙点的上方，靠近侧板，在轧辊的运动的作用下，将被推向辊隙点；以及

位于辊隙点下方的带材自身。

在整个铸造过程中，侧板与轧辊在该区域接触的稳固性与防止在此处出现假性凝固相比，必须被优先考虑。另外，将轧辊在辊隙点区隔开的这个很窄的间距(等于所需的带材的厚度，即几个毫米)将使各种材料在此点上的并置-就象处在侧板其余部分上的那样-非常困难，或说甚至不可能。

在铸造过程中，侧板朝向轧辊端面的挤压作用造成侧板摩擦性磨损，但只发生在其与轧辊接触的区域。这样，侧板上没有受到摩擦性磨损的那部分就逐渐探入铸造腔，进入的深度可达到5到15mm。这样，就形成了有时被称为的“正嵌入”。

在铸造过程结束后对磨损的侧板进行检查时，常常发现该正嵌入的下部断裂了-这是铸造中它受到强应力的标志。这一断裂的效果是：在位于辊隙点上方几厘米处正嵌入的探入深度突然减小，或者甚至在此处彻底毁掉正嵌入。断裂的路线不规则，这特别取决于耐火材料的内部坚固性。因此，这一断裂在耐火材料内部沿不同方向扩散的风险很高，造成侧板面向铸造腔的区域-在此区域金属显然呈液态-的部分断裂和剥离。在这种情况下，必然会发现有液态金属从铸造腔中渗漏出来，这至少会造成带材短暂的质量下降。如果断裂在轧辊/侧板的接触区域产生，该接触区的密封性要通过在侧板上施加更大的压力来重建：其磨损使得恢复一个符合端面几何形状的接触面成为可能。但是，在铸造过程中如果这种事故产生得太频繁，就会导致侧板上硬耐火材料的过度消耗，于是就存在着这样的风险：如果侧板的厚度太小，就不能支持整个铸造过程。但是，如果让该硬质耐火材料足够厚，使得即便多次产生刚描述的这类事故，也能保证它能够支持整个铸造过程，这又会导致侧板过分昂贵。最后，如果出现特别严重的液态金属渗漏，将很容易造成铸造过程的紧急停机，从而毁坏设备。

本发明的目的在于使侧板具有这样的特点：能够防止正嵌入的剥蚀对带材的质量和铸造过程的实施产生有害的影响。

为此目的，本发明的主题是一个侧板，用于封闭金属带材连铸设备中的、处于两相向转动的靠在一起并具有水平轴的轧辊之间的铸造腔，这种侧板包括一个下部，在这样一个区域里由高硬度第一耐火材料制成，在该区域，上述下部与上述轧辊的端面接触，或与即将进入凝固过程的液态金属接触，或与凝固了的带材的边缘接触，侧板的特征在于：上述的下部，在其将面向铸造腔的那个面上，有一个填充了耐火材料的凹槽。

封在上述凹槽里的上述耐火材料最好是这样一种材料，其硬度比上述第一耐火材料的低，具有较高的绝热性能。

正如将会被理解的那样，本发明的要点在于：设计出一种侧板，在其最下部设计出一种双层结构，以便当由凝固的金属引起的、作用于上层的应力变大时，该上层剥蚀，这一剥蚀不存在扩展到侧板上部的可能性。这样，就有可能控制下面现象的进展：即如果完全失控的话，将会导致铸机运行的严重中断。

通过阅读下面的描述并参考下面所附的示图，可以对本发明有更清楚的理解。

图1以示图表示出从正面观察的静止状态的薄带材双辊连铸设备，该设备只配置了两个侧板中的一个，这是本发明现有技术。

图2是从通过Ⅱ-Ⅱ的纵剖面一侧观察的视图，表示了同一设备处于薄带材铸造的初始阶段(图2a)以及随后的铸造过程中的阶段，这时侧板已有显著磨损(图2b)；

图3以示图表示出根据本发明设计的侧板，从通过Ⅲa-Ⅲa的剖面一侧看到的侧视图(图3a)和前视图(图3b)；

图4是一个纵剖面侧视图，表示的是一套金属带材的双辊铸造设备处于铸造过程中的阶段，该设备装有根据本发明设计的侧板，此时侧板已有显著磨损。

下面将结合例子给出根据本发明设计的侧板的各个部件的尺寸，这些尺寸适用于使用直径大约为1500mm的铸造轧辊的情况。如果使用的轧辊较小，这些尺寸也要相应减小。

现有技术中的双辊铸造设备，如图1和2所示，通常包括两个轧辊1、1′，两者靠在一起，具有水平轴，其圆柱形侧面2、2′被从内侧强烈冷却。它们在已知装置(图中未标)的作用下以相反方向转动。铸造腔以轧辊1、1′的侧面2、2′和由耐火材料制成的侧板4、4′(为了使侧板4的结构能看得见，侧板4′在图1中没有标出)为界，钢水3通过与容器-如钢水包或漏斗--相连的注口(图中未标)注入腔中。侧板通过已知的装置(图中未标)贴到轧辊1、1′的端面5、5′、5″上，以便从侧面将铸造腔封闭起来，从而防止钢水3由此溢出。已提及的文档EP-A-0,698,433详细描述了这种装置的一个(非限定性)例子。钢水3贴着轧辊的侧面2、2′凝固，并在其上面形成了两层“壳”，它们在辊隙点6的区域(在该区域轧辊1,1′的侧表面2,2′靠得最近)内接合起来以形成带钢7，带钢被已知装置(图中未标)从此设备中连续地拉出来。

如图1所示，说明例的侧板4、4′的耐火零件有两部分。其与轧辊1、1′的端面5,5′相接触或靠近此接触区的部位8、9以及其高度超过近150mm的整个下部10，由具有高硬度和良好的抗液态金属腐蚀性能的第一材料制成。侧板4、4′的其余部分、中央部分11最好采用具有良好的绝热性能、硬度可能比上述第一材料低的材料。图2a表示的是处于铸造过程起始点时的设备，此时侧板4、4′是崭新的，面对轧辊端面5、5′、钢水3和带材7，有一个均匀平整的前表面。图2b表示的是处于铸造过程的后续阶段的同一设备，此时侧板4,4′已有显著的磨损。中央部位11由于与运动的钢水3接触而被腐蚀和机械性磨损，已经消耗掉一个相对较大的深度“e”。由硬质材料制成的部位8、9和10，在其与轧辊1、1′的端面5、5′相对的区域受到摩擦磨损，深度超过“x”，在其没有受到端面5、5′的摩擦磨损的区域，按说明的理想情况，没有任何磨损。铸造过程中，后面这部分区域以及该区域所环绕的中央耐火材料部分11形成了一个“正嵌入”12，探进铸造腔里。在其下部，该正嵌入12的前部受到钢3的高压，钢3在靠近它的地方可能已经部分地凝固了。这些侧面部分同样要接触已贴着轧辊凝固了的金属壳层。结果，由于这些不同的力的作用，正嵌入12的下部沿着通常不规则的线路13产生周期性的不可控制的断裂。在某些情况下，该断裂比较深地延伸进耐火材料里，直到打破铸造腔的密封，使钢水14通过弯曲的沟渠15从此腔中溢出。当此断裂向正嵌入12的顶部扩散，并因此向靠近侧板4,4′的金属完全处于液态的这样一个区域扩散时，尤其会出现这种情况。如果这部分金属14在侧板4和端面5之间立即凝固，这使得侧板4回撤并加剧其品质降低，这同样也影响到端面5。如果弯曲的沟渠15露出到外侧面，钢水14就可能流到铸机外部，同时设备和操作人员都要冒由此带来的风险。

根据本发明，为避免正嵌入12的下部的这些不可控断裂所带来的问题，慎重地选择在侧板4、4′的下部构造一个区域，在这个区域，此断裂-如果产生的话-将受到约束。为此，在侧板4、4′的下部开出一个凹槽16，此槽超过这样的高度：从其下边缘向上到高出辊隙点6-比如说-近70mm，该凹橹16中填充了耐火材料17。后者可以是硬质、耐腐蚀耐火材料，构成了侧板4、4′的下部10的其余部分。它也可以是这样一种材料：其对抗固体金属或处在凝固过程中的金属的磨蚀以及对抗液态金属的腐蚀的能力稍差，但它确实具有良好的绝热性能。为此目的，可以选择与侧板4,4′上的中心部分11相同的材料。不过，具有层状结构的耐火材料，诸如石墨或氮化硼，也会很适合此用途，后面将解释其原因。用到的这两种耐火材料用常规方法-如粘结-紧固在一起。

在说明的本发明的优选实施例中，凹槽16及填于其中的耐火材料17的深度纵向剖面呈直角梯形，其顶端指向铸造腔的上部，而其大底边与同一铸造腔相对。这个大底边延伸到超过高出辊隙点6“h1”的高度，“h1”等于-比如说-70mm(该值不包括侧板在安装以后低于辊隙点6的那部分)。梯形上处于凹槽后部的小底边延伸到超过高出辊隙点6“h2”的高度，“h2”等于-比如说-55mm。凹槽16的最大深度“p”等于-比如说-15mm。“p”必须大于侧板4、4′上由硬质材料构成的部位8、9、10的最大允许磨损量，以便填入其中的耐火材料17在整个铸造过程中发挥其功能。

图4表示的是一套双辊铸造设备，具有本发明的侧板4、4′，在与图2b中所示设备的工作条件相同的条件下运行。在这两种情况中，可以发现：在侧板4、4′上由硬质耐火材料10构成的部位，已形成了最大厚度为“x”的正嵌入12。但是，本发明中的侧板4、4′上的、与带材7或与金属3处于部分凝固状态的那些区域相对的那些部分有了磨损，磨损量取决于它们所受到的作用力。伴随着金属3的固体碎片，这些作用力趋于增大，结果，正嵌入12的探进深度在接近辊隙点6时减小。在辊隙点6以下，或实质上在已经稍稍高于它的地方，正嵌入12也许可能完全消耗掉，如图4所示。由于镶嵌在本发明的每个侧板4、4′上的凹槽16里的耐火材料17的硬度不是很高，其磨损均匀，所以正常情况下不会见到象图2b中的线13那样的盘旋弯曲和不规则形状的断裂线出现。另外，如果过大的瞬间作用力使镶嵌在凹槽16中的耐火材料17断裂，该断裂也必然会在凹槽16的边界处停住。因此，它就不会扩散进侧板4、4′的更高的部位，即与完全液态的金属3接触的部位，这些金属会因此具有这样的危险：通过由该断裂的扩散造成的弯曲沟渠从铸造腔中溢出。高度“h1”-在辊隙点6上方，凹槽16和镶嵌在其中的耐火材料17在此高度上展开-必须相应地确定。

上面提到：具有层状结构的材料，如石墨或氮化硼，被特别指出用于形成镶嵌在凹槽16里的耐火材料17。这是因为这种层状结构使它们更容易以均匀、逐渐的方式被磨损，于是，正嵌入12的形状的变化可以被更好地控制。这就是说：使用通常用于构成侧板4、4′的中央部位11的那类材料也是非常可以接受的，这种材料硬度相对较低，具有高的绝热能力。这种材料的使用还使防止液态金属3在辊隙点6上方太过早地凝固成为可能。最后，使用构成侧板4、4′的下部10和边缘部8、9的那类硬质材料来形成镶嵌在凹槽16中的耐火材料17，依然属于本发明的精神范围。的确，这会出现这种可能性，即：耐火材料17出现不规则断裂，这会一直发展到造成其彻底毁坏为止。但是至少会有这个保证：这种断裂会在凹槽16的边界处停止，而不会到达侧板4、4′上的这样的区域，在此区域它会造成铸造腔中的液态金属3的危险泄露。

在刚通过例图描述的例子中，凹槽16的纵剖面呈梯形。其目的是保证：一旦耐火材料17开始消耗，裸露的硬质耐火材料10呈现给液态或部分凝固的金属3的是一个斜削的表面，它只提供相对有限的机械磨损的可能性。如果凹槽16采用一个矩形截面，在耐火材料17被磨掉以后，将会留下一个带锐利角的硬质耐火材料10，锐角使它对磨损更敏感，更会出现突然的、不规则的断裂。已经说过，凹槽16的这样一个矩形截面实质上也属于本发明的精神范围。

作为一个变形，凹槽16也可以采用直角三角形的纵剖面。

本发明可以轻易应用于具有普通形状的侧板上，其形状与上面例子中所描述的不一样。

上面所作的描述参照的是(碳或不锈)钢带材的铸造，但不必说，本发明可以应用到上述问题很可能产生的其它类型的铁类和非铁类合金的双辊铸造中。

Claims (7)

1、一种用于封闭金属带材(7)连铸设备中的、处于两个相向转动的靠在一起并具有水平轴的轧辊之间的铸造腔的侧板(4,4’)，此类型侧板包括一个下部(10)，该部分在这样一个区域里由高硬度的第一耐火材料构成，在该区域上述下部(10)与上述轧辊(1,1’)的端面(5,5’)接触，或与即将进入凝固过程的液态金属(3)接触，或与已凝固了的带材(7)的一个边缘接触，其特征在于：上述下部(10)在其将面向铸造腔的那面上有一个凹槽(16)，该凹槽内填充了耐火材料(17)。

2、如权利要求1所述的侧板(4,4’)，其特征在于：封在上述凹槽(16)中的上述耐火材料(17)是一种比上述第一耐火材料的硬度低且具有高绝热性能的材料。

3、如权利要求2所述的侧板(4,4’)，其特征在于：封在上述凹槽(16)中的上述耐火材料(17)是一种具有层状结构的材料。

4、如权利要求3所述的侧板(4,4’)，其特征在于：所述耐火材料(17)是一种具有石墨的层状结构的材料。

5、如权利要求3所述的侧板(4,4’)，其特征在于：所述耐火材料(17)是一种具有氮化硼的层状结构的材料。

6、如权利要求1到5中任一项所述的侧板(4,4’)，其特征在于：上述凹槽(16)其深度纵向剖面呈直角梯形。

7、如权利要求1到5中任一项所述的侧板(4,4’)，其特征在于：上述凹槽(16)其深度纵向剖面呈直角三角形。

Images