CN1076147A - 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

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，本须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。

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，其特征在于，将钢水浇注入铸型，铸型的入口具有带有在铸型空腔的周边上分布的凸起的部分，在铸型中形成的钢材的凸起表层沿着铸型的至少一部分长度内侧变形，凸起的变形程度取决于铸型的部分长度内的相应熔池高度作为铸造参数的一个函数的调整。

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。

当装置静止时，如果（例如）熔池高度固定在铸型部分高度的下端点或其以下，可以得到零的变形度。

在铸型断面大致为圆形的情况下，可以想象得到相对的两凸起包括了钢材周边的大约90%。根据本发明的一个实施例，在大致圆形断面的情况下，如果在圆周上均匀分布三个凸起进行变形是特别有利的。在断面为方形，矩形，六角形，等等的情况下，在限定断面形状的各边上都设有可变形的凸起。

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，钢形断面取得额外的减小，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11移动方向持续减小。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断面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%。换句话说，净尺寸20至少要比部分长度12的终点平面15处的净尺寸21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，数捃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。

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，但也可以用渐成或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时为零，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 (15)

1、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，其特征在于，将钢水浇注入铸型(3)，铸型(3)的入口具有带有在铸型空腔(6)的周边上分布的凸起(9)的部分(2)，在铸型(3)中形成的钢材的凸起表层沿着铸型(3)的至少一部分长度(12)内侧变形，凸起(9)的变形程度(36)取决于铸型(3)的部分长度(12)内的相应熔池高度(35)作为铸造参数的一个函数的调整。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，凸起（9）的变形程度（36）的确定以毫米计。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，凸起（9）的变形程度（36）作为钢水分析和选定的浇注速度的函数来确定。

4、根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，凸起（9）的变形程度（36）作为过热和/或浇注温度的函数来确定。

5、根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，凸起（9）的变形程度（36）按一个与浇注速度有关的数学函数来调整。

6、根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，凸起（9）的变形程度（36）作为在钢材和铸型之间测得的摩擦系数的函数来确定。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，凸起（9）的变形程度经常适应于一个优化的摩擦系数。

8、根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，凸起（9）的变形程度（36）在金属供给中止和熔池平面调至部分长度（2）的下端点或其以下时降为零。

9、根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，分布在周边上的至少三个凸起（9）产生变形。

10、根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，均匀分布在周边上的至少三个凸起（9）产生变形。

11、根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，由于凸轮（9）在熔池平面（35）和部分长度（12）的下端点之间产生变形，钢材断面减小4%至15%，最好是6%至8%。

12、根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，瞬时的铸造参数（41-45），如钢水分析，中间容器的过热和钢水温度，浇注速度，钢材断面，铸型空间中凸起的锥度和长度，铸造润滑剂，摩擦系数，等等，被输入一个电脑（40）并与相应的参考值相比较，在有偏离的情况下，建立起凸起的参考变形值，对熔池的参考高度的修正值被输入控制器（61）。

13、根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，正在成形的钢材在铸型内通过一个500至1000毫米的初次冷却段作为瞬时铸造参数（41-45）的一个函数被冷却。

14、根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，选定铸型长度的0至60%的一段部分长度（12）用于使钢材表层的凸起产生变形。

15、根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，凸起（9）的变形程度（36）作为铸型中，最好是其部分长度（12）中的热流密度的一个函数来确定。