CN110198795A - 用于薄板坯的连续铸造装置 - Google Patents

Abstract

一种用于铸造薄板坯的装置包括结晶器，该结晶器具有两个弯曲的移动壁(5、6)和两个固定的侧壁(7、8)以形成具有漏斗形状的横截面，两个弯曲的移动壁(5、6)由具有良好导热性的材料制成，冷却并且与铸造平面(Z)相对，两个固定的侧壁(7，8)垂直于第一耐火物质。

Description

用于薄板坯的连续铸造装置

技术领域

本发明涉及连续铸造装置，特别是铸造具有极其有限厚度的板坯的连续铸造装置，厚度例如包括在5mm至40mm之间。

背景技术

在钢铁工业中，一种具有平行六面体几何形状和宽度优于厚度的铸造产品由术语“板坯”标识。

目前，铸造装置的现有技术以两种不同的机器系列为代表：连续铸造，其结晶器安装在具有相邻冷却板的振荡台上，以及双辊带式铸造机。一种这样的双辊带式铸造机在专利US-A-2016/023268中被描述。

第一类铸造机包括垂直振荡结晶器，其由高导热系数的材料制成的板组成，由冷却装置冷却，例如由板的厚度制成的管，以从熔融金属中除去热量，使其通过结晶器。因此，液态金属通过液态金属与结晶器的冷却壁的接触而固化。

当产品从结晶器中离开时，它具有外部固化的表皮，并且内部具有液体或半液体核心。

在结晶器的出口处，为了防止表皮内的液体组分的铁磁性推力产生外表面的凸起，必须在板坯中容纳有设置在模具下方的辊组并引导它完全固化。

轧机机架设置在铸造线的下游，以减小铸造板坯的厚度。

第一系列的机器存在许多缺点，这些缺点影响不同的方面，主要是与产品相关的那些方面，由于其缓慢固化，具有内部缺陷，例如偏析、枝晶和孔隙。此外，采用现有技术，板式结晶器允许铸造厚度小于60mm。除了这些方面之外，缺点还在于该机器的复杂性，其具有大量部件、高体积和高维护成本。

该第一系列还具有与结晶器的构造相关的缺点。例如，为了有效率地与熔融材料进行热交换，必须保证结晶器壁和金属之间的连续接触。为此目的，结晶器壁具有锥度，以便跟随逐渐固化的金属的热收缩并且例如防止再熔化或粘连。此外，这些类型的结晶器用于将卸料器插入结晶器的中央上部以在壁之间引入熔融金属。

然而，卸料器的存在需要具有特定轮廓的结晶器，这增加了构造困难性和在铸造步骤期间对产品的控制。

所有这些方面都促成了铸造装置的设计复杂性的增加，并且促成了操作步骤期间的成本和控制的提高。

另一种类型的铸造机以所谓的“双辊带式铸造机”技术为代表，其中机器包括两个在内部冷却的反向旋转辊，由它们形成的铸造通道由耐火板横向封闭。使用这种类型的机器，可以获得高的板坯铸造速度，甚至超过60米/分钟，并且可以获得非常薄的产品，其由与两个冷却辊和液态钢接触产生的两个表皮的结合而形成。

但是，这种类型的铸造机器具有非常高的部件维护成本。实际上，为了保证足够的热交换，辊必须具有相当大的尺寸，具有高结构和维护成本。

此外，在这种类型的机器中，冷却辊允许产生铸造的金属表皮，当从辊中离开时，该表皮仅有几毫米厚。铸造板坯的总厚度最大为3mm到4mm。

因此，本发明的目的是获得一种用于非常薄的板坯的连续铸造装置，其是现有技术的替代方案，其简单、经济且体积小。

本发明的另一个目的是获得一种能够生产高质量铸造产品的连续铸造装置。

本发明的另一个目的是获得一种用于板坯的连续铸造装置，其相对于传统的用于板坯的板式结晶器可以提高铸造速度。

本发明的另一个目的是获得一种连续铸造装置，其能够铸造比用双辊结晶器铸造的更厚的板坯。

申请人已经设计、测试和实施了本发明以克服现有技术的缺点并获得这些和其他的目的和优点。

发明内容

在独立权利要求中阐述和表征了本发明，而从属权利要求描述了本发明的其他特征或主要发明构思的变体。

通过阅读本发明的描述将显而易见的这些和其他目的通过用于铸造金属板坯的装置获得，该装置根据权利要求1包括结晶器，该结晶器设置有相对于铸造平面彼此相对的两个第一壁，及彼此相对的两个第二壁，第二壁具有比第一壁的表面延伸部小的表面延伸部，并且与第一壁相连接以限定用于容纳液态金属的凹部。

根据本发明的一个方面，两个第一壁由具有凸形状的板限定，凸形状具有朝向凹部内侧的凸部。此外，该装置包括至少一对压棍，该压辊平行于铸造平面设置并位于结晶器的出口端。

由于本发明的装置的解决方案，实现了在质量、简单性和经济性方面的优点，减少了所使用的部件的数量及其复杂性。以这种方式，可以制造薄板坯，其具有厚度尤其在5mm至40mm之间的品质，优选在14mm至20mm之间。

根据本发明的一些实施例，第一壁中的至少一个第一壁与至少一个驱动器相连接，该驱动器构造成沿着位于垂直于铸造平面的平面上的弯曲路径移动第一壁的至少一个第一壁。

此外，通过使用正常的液压运动，简化了功能，因此相对于现有技术中的板坯连续铸造装置降低了本发明的装置的复杂性。

本发明还涉及一种用于铸造板坯的结晶器的壁，其中壁设置有入口边缘和出口边缘，在使用期间液体金属通过该入口边缘引入，在使用期间板坯通过该出口边缘至少部分固化地离开。根据本发明，壁由具有凸形状的板限定，该壁具有从入口边缘延伸到出口边缘的凸部。

从属权利要求涉及独立权利要求中公开的本发明的优选实施例。

附图说明

借助于附图，通过非限制性示例的方式对一些优选但非排他性实施例的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得更加明显，其中：

图1示出了本发明的铸造装置的横截面；

图2为属于图1的铸造装置的结晶器的立体视图；

图3为图2的结晶器的另一个立体视图；

图4示出了图2的结晶器的横截面；

图5为本发明的铸造装置的密封棍的平面图；

图6为图1的铸造装置的结晶器的振荡运动的示意图。

为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来标识附图中的相同的共同元件。应当理解，一个实施例的元件和特征可以方便地结合到其他实施例中而无需进一步说明。

具体实施方式

参考附图，总体上由附图标记100表示的薄板坯的铸造装置在优选但非排他性的构造中包括模具1或铸造装置，该模具1或铸造装置设置有结晶器2，该结晶器2构造成使引入结晶器2的液态金属固化。

结晶器2包括两个第一壁5、6和两个第二壁7、8，这两个第一壁5、6具有面向彼此的板的构造，这两个第二壁7、8也具有面向彼此并且与第一壁5、6相连接的板的构造，以一起限定包含铸造的液态金属的凹部17。

第一壁5、6基本上限定了板坯的平坦表面，而第二壁7、8基本上限定了板坯的厚度。

第一壁5、6的宽度基本上对应于板坯18的宽度，远大于第二壁7、8的宽度。仅作为示例，第一壁5、6的宽度等于或大于第二壁7、8的宽度的3倍。

第一壁5、6面向彼此并且相对于插入在第一壁5、6之间的铸造平面Z设置。在使用过程中垂直的铸造平面Z识别铸造板坯所依据的平面。第一壁5、6设置在铸造平面Z的一侧和另一侧上。

第一壁5、6分别设置有入口边缘23，以及出口边缘或下表面9、10，液体金属通过入口边缘23引入，出口边缘或下表面9、10对应于板坯18从结晶器2出来的出口。入口边缘23与出口边缘9、10相对。

由于第一壁5、6相对于铸造平面Z对称设置，所以第一壁5、6的下表面或出口边缘9、10彼此平行设置并确定板坯18从模具离开的出口厚度。

根据可能的解决方案，从结晶器2离开的板坯的出口厚度的尺寸由结晶器的第一壁5、6中的至少一个第一壁更靠近或远离另一个第一壁的移动动作来调节，例如，借助于驱动器单元19来驱动。这样，可以根据需要或铸造板坯18的厚度来扩大或缩小产品的出口间隙。特别地，可以设置为，驱动器单元19连接到两个第一壁5、6中的至少一个，以在与铸造平面Z垂直的方向上，移动第一壁6靠近另一个壁。

根据本发明的一个方面，第一壁5、6具有凸形状，该凸形状具有面向凹部17的内侧的凸部。特别是，设置为，第一壁5、6面向凹部17的表面具有所述凸形状。

具体地，可以设置为，该凸部沿第一壁5、6的横向平面延伸，第一壁5、6与入口边缘23和出口边缘9、10相交。

换句话说，设置在铸造平面Z的相对侧上的第一壁5、6是弯曲的，其具有朝向凹部17的内侧的凸部，使得后者具有从上部区域朝向底部逐渐变细的部分，该底部为设置产品出口的地方。

根据可能的解决方案，第一壁5、6具有在其整个高度上延伸的凸部，其确定于平行于铸造平面Z的方向上，即从入口边缘23到出口边缘9、10。

根据可能的解决方案，第一壁5、6的凸部由圆弧限定。圆弧可以具有2米到10米之间的曲率半径R。

根据可能的解决方案，对应于出口边缘9、10，第一壁5、6具有切向平面，该切向平面在平行于铸造平面Z的方向上展开并且其中出口边缘9、10的切线平面彼此平行。

然而，不排除在未图示的可能实施例中，第一壁5、6也具有部分的壁，例如与入口边缘23和出口边缘9、10相对应地定位，具有平坦的构造。

根据可能的解决方案，出口边缘9、10彼此隔开第一距离E1，而第一壁5、6的入口边缘23彼此隔开第二距离E2，第二距离E2大于第一距离E2。

第一壁5、6由至少一种导热材料制成，即，具有高导热性的材料，通常是铜或铜合金。

第一壁5、6可被装置冷却，即，冷却元件或系统。仅作为示例，可以设置冷却流体的分配通道，该分配通道与第一壁5、6相连接。通道可以集成到壁5、6的厚度中或者在壁的外部，或者由冷却流体流的间隙限定，在使用期间设置在第一壁5、6的在外部的表面上。

冷却装置允许与第一壁5、6接触的液态金属固化，并形成两个独立的表皮，每个第一壁5、6上有一个。

可以控制板坯18的铸造速度，使得与第一壁5、6的出口边缘9、10相对应，通过与每个第一壁5、6接触而产生的固化表皮尚未连接在一起。

此外，设置为，第一壁5、6具有比第二壁7、8更大的表面延伸。

相反，第二壁7、8具有基本上平坦的构造，并且与第一壁5、6相连接，与第一壁5、6的侧边缘相对应。

因此，第二侧壁7、8在侧面封闭凹部17。

根据本发明的一些实施例，第二壁7、8由耐火材料制成并且允许保持液态金属的高温，防止钢在与它们接触时固化。

因此，由第一壁5、6和第二壁7，8限定的凹部17具有从入口边缘23到出口边缘9、10的横截面，该横截面朝向后者减小。

这种构造允许在结晶器2的上部具有宽度，使得可以插入卸料器22以浇注熔融金属，例如从中间包浇注，并且同时允许减少湍流，而在下部，第一壁5、6之间的距离限定了板坯18的出口宽度，该板坯18在窄侧上由第二壁7、8界定。

根据本发明的另一个方面，板坯铸造装置100包括密封单元3，密封单元3直接设置在结晶器2的正下方，以便封闭板坯18，尤其是边缘21。

特别地，密封单元3可包括两个压辊11、12，压辊11、12平行于铸造平面Z设置并且位于由结晶器2的出口边缘9、10限定的出口端。

压辊11、12可以优选地是空转的，即，围绕相应的旋转轴自由旋转。

压辊11、12可与冷却构件相连接，冷却构件设置成在内部冷却压辊11、12。

压辊11、12延伸的长度至少等于或大于第一壁5、6的宽度。

如上所述，出口边缘9、10彼此间隔开所述第一距离E1，并且压辊11、12在它们之间限定通道间隙26，通道间隙26的宽度G等于或小于第一距离E1。这种情况允许在从结晶器2离开的固化的表皮上施加压力作用以限定板坯18。

压辊11、12具有端部24，中间部分25插入端部24之间，中间部分25的直径小于端部24的直径。

特别地，中间部分25具有第一直径D1，而端部24具有大于第一直径D1的第二直径D2。

因此，两个压辊11、12的相应表面之间的距离在端部处最小并且在中央区段中更大，以便通过沿着第一壁5、6的接触横向地连接在上游形成的两个表皮，然后以形成在板坯18的每一侧面封闭的边缘21，同时允许静止的液体或半液体芯保留在成形板坯内。

在铸造板坯18期间，结晶器2承受交替运动，该交替运动的矢量分量平行于铸造方向。

根据本发明的一个方面，至少第一壁5、6与至少一个驱动器15相连接，驱动器15构造成沿着位于与铸造平面Z正交并与入口边缘23和出口边缘9、10相交的平面上的相应弯曲路径20移动至少第一壁5、6。

根据可能的解决方案，第一壁5、6还可以连接到引导装置和/或铰接机构，该引导装置和/或铰接机构构造成限定第一壁5、6沿弯曲路径20的运动。

该运动沿着弯曲路径20交替，并且促进板坯18朝向结晶器2的出口前进，并且防止后者粘连，即焊接到第一壁5、6导致所谓的粘连现象。

密封单元3，即压辊11、12连接到第一壁5、6并与它们一起摆动，即它们通过至少一个驱动器15与第一壁5、6一起移动。

根据可能的解决方案，压辊11、12和第一壁5、6安装在至少一个共同的支撑结构26上，并且至少一个驱动器15连接到至少一个支撑结构26以沿着弯曲路径20将第一壁5、6和压辊11、12彼此一起移动。

根据本发明的另一个实施例，运动，即如图6示意性示出的弯曲路径20，通过驱动器15沿着两个圆弧移动第一壁5和6以及密封单元3的相对和整体的压辊11、12来获得。

圆弧可以使它们各自的虚拟中心相对于铸造平面Z设置在对称位置。

根据可能的解决方案，虚拟中心可以基本上对应于第一壁5、6的曲率半径的中心。该解决方案允许限制金属产品在结晶器2中形成时所承受的机械应力和扰动。

考虑到两个独立的表皮形成为与第一壁5、6接触，沿着两个圆弧的振荡运动允许表皮沿结晶器2逐渐下降到它们连接的区域以形成板坯18。

根据可能的解决方案，第一壁5、6的振荡使得出口边缘9、10始终保持以相同的第一距离E1隔开。这允许保证板坯18始终以同样的厚度离开。

密封单元3之后是拉伸单元4，拉伸单元4设置成便于板坯18从结晶器2中排出。

密封单元3和拉伸单元4沿着铸造方向连续设置。

相反，拉伸单元4与模具1是一体的，即它相对于第一壁5、6和压辊11、12安装在固定位置。

牵引单元4可包括位于压辊11、12下游的机动辊13、14，机动辊13、14各自的轴线彼此平行并平行于压辊11、12的轴线。

机动辊13、14可沿着它们的轴线具有相等的直径。

借助于驱动器16，机动辊13、14可以往复地彼此靠近或远离地移动，以适应铸造产品的厚度，即板坯18的厚度。

现在，我们将根据附图和说明书中所示的优选但非排他性的构造来描述装置的功能。

示意性地示出的卸料器22包括铸造装置100的功能，在铸造操作期间，其将铸造金属从容器，例如从中间包，倒入结晶器2中。

熔融金属与第一壁5、6和第二壁7，8接触。

如上所述，第一壁5、6可以具有不同的导热性，实际上熔融金属放出热量以沿着第一壁5、6形成固体厚度，同时它在与第二壁7、8的界面中保持液态，第二壁7、8不传递热量或仅以可忽略的程度进行传递热量。

因此，形成两个称为“表皮”的固体表面，由于存在两个耐火壁，它们不与板坯18的短边相对应的其它固化表面连接，因为当与材料接触时，制造壁的耐火材料保持材料处于熔融状态。这样，表皮保持彼此独立，并且不承受热应力直到结晶器2的出口。

此外，由于材料不会沿着短边固化，所以不会产生板坯18的热收缩，并且由铁磁静电作用推动的表皮仍然粘附在第一壁5、6的弯曲表面上，继续进行热交换作用，而且随着它们逐渐接近结晶器2的出口而增厚。

这导致固化层的规则且快速生长，同时材料下降，防止产品中的偏析、枝晶和缺陷的形成。

如上所述，振动可以根据箭头20所示的圆弧进行，该圆弧由铸造半径确定，两个相对的第一壁5、6沿圆弧滑动。

由驱动器15执行的这种连续且规则的运动从底部到顶部发生，反之亦然，帮助材料继续其垂直滑动直到其到达锥形出口部分。相反，第二耐火壁7、8保持静止，通过它们与第一壁5、6的精确接触导致凹部17的封闭。

在结晶器2的出口附近，从横截面图看，板坯18具有形成其厚度的三个层：外层是两个固化的表皮，而中间层由液体或半液体芯组成。在从结晶器2离开之前，通过与第二壁7、8的接触，然后通过压辊11、12，封闭产品的侧面，。

下一步包括使板坯18通过密封单元3，如上所述，密封单元3跟随结晶器2的振动并具有两个压辊11、12，压辊11、12在端部具有比在中心区域的直径D1更大的直径D2。通过压辊11、12在具有较大直径D2的区域中所进行的连续压制，表皮在横向区域中连接，形成封闭边缘21并防止液体芯在板坯停止与第二壁7，8接触时逸出。随后在拉伸单元4中的通过对于最佳的铸造速度和产品的取出是必要的，同时可以通过压缩板坯的厚度来进行公差校准，例如它可以与由密封单元3密封的侧面的厚度相等。通过这种操作，我们因此获得了存在于板坯18中心的两个表皮和液体锥体的强制封闭，获得了已知的优点，这些优点源于钢铁工业中众所周知的“软还原”处理的效果。可以通过驱动器16调节机动辊13、14之间的相互距离，以获得所需厚度的产品。

此外，应该注意的是，在装置的可能的替代构造中，通过适当地选择压辊11、12之间的距离，拉伸组4也可以在不减小其厚度的情况下执行材料的简单取出。

这里描述的铸造装置100允许生产非常薄且高质量的板坯，降低了复杂性和工厂成本。

高铸造速度，例如6m/min到7m/min，以及结晶器2的特定构造，具有规则和弯曲几何形状的长壁，没有凹部，在弯曲侧面上形成类似于V的横截面，以及由耐火材料制成的短侧壁，允许获得极其均匀的铸造产品，具有缺陷显著减少并且没有结晶器中表皮的重新熔化的问题，从而导致成品的高质量。

类似于漏斗的凹部17的几何形状还允许调节熔融金属的弯月面的高度，这使得可以获得相对于第一壁5、6接触的时间更厚或更薄的表皮，这是在控制铸造装置时限定的。这使得可以铸造具有不同结构和化学特性的不同厚度或特殊金属，这需要不同的铸造速度。

最后，借助于辅助致动系统或驱动器16，还可以以简单的方式干预产品的最终厚度。

Claims (16)

1.用于金属板坯的铸造装置，包括结晶器(2)，所述结晶器(2)设置有相对于铸造平面(Z)面向彼此的两个第一壁(5、6)，以及面向彼此的两个第二壁(7、8)，所述第二壁(7、8)具有比所述第一壁(5、6)的表面延伸更小的表面延伸，并且与所述第一壁(5、6)相连接以限定用于容纳液态金属的凹部(17)，其特征在于，所述两个第一壁(5、6)由板限定，所述板具有凸形状，所述凸形状具有朝向所述凹部(17)内侧的凸部。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其包括至少一对压棍(11、12)，所述至少一对压辊(11、12)平行于所述铸造平面(Z)设置并位于所述结晶器(2)的出口端。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一壁(5、6)中的至少一个第一壁与至少一个驱动器(15)相连接，所述至少一个驱动器(15)构造成沿着位于垂直于所述铸造平面(Z)的平面上的弯曲路径(20)移动所述第一壁(5、6)中的至少一个第一壁。

4.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述第一壁(5、6)各自设置有相应的入口边缘(23)和出口边缘(9、10)，在使用过程中所述液态金属通过所述入口边缘(23)引入，在使用过程中所述板坯(18)通过所述出口边缘(9、10)至少部分固化地离开，并且所述凸部从所述入口边缘(23)延伸到所述出口边缘(9、10)。

5.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于，所述第一壁(5、6)各自设置有相应的出口边缘(9、10)，在使用过程中所述板坯(18)通过所述出口边缘(9、10)至少部分固化地离开，所述出口边缘(9、10)彼此隔开一段距离(E1)，并且所述压辊(11、12)相对于彼此限定具有等于或小于所述第一距离(E1)的宽度的通道间隙(26)。

6.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述压辊(11、12)具有端部(24)，中间部分(25)插入所述端部(24)之间，所述中间部分(25)的直径小于所述端部(24)的直径。

7.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述压辊(11、12)能够通过所述至少一个驱动器(15)与所述第一壁(5、6)一起移动。

8.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述压辊(11、12)和所述第一壁(5、6)至少安装于支撑结构(27)上，并且所述驱动器(15)连接到所述至少一个支撑结构(27)，以将所述第一壁(5、6)和所述压辊(11、12)一起移动。

9.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述弯曲路径(20)的形状类似于圆弧，所述弯曲路径(20)各自的虚拟旋转中心相对于所述铸造平面(Z)设置在对称位置。

10.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述压辊(11、12)围绕相应的旋转轴自由旋转。

11.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述第一壁(5、6)由导热材料制成，并且冷却所述第一壁(5、6)的冷却装置与所述第一壁(5、6)相连接。

12.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述第二壁(7，8)由耐热材料制成。

13.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于，在所述压辊(11、12)的下游设置有拉伸单元(4)，所述拉伸单元(4)包括两个机动辊(13、14)，以从所述结晶器(2)中取出所述板坯(18)。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，其包括至少一个驱动器(16)，所述至少一个驱动器(16)连接到所述机动辊(13、14)并设置成调节后者之间的相互距离，以便调节所述板坯(18)的厚度。

15.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，其包括连接到所述第一壁(5、6)中的至少一个第一壁的驱动器单元(19)，以在与所述铸造平面(Z)垂直的方向上，移动所述第一壁(6)中的一个第一壁靠近另一个第一壁。

16.用于铸造板坯的结晶器(2)的壁，所述壁设置有入口边缘(23)和出口边缘(9、10)，在使用期间液态金属通过所述入口边缘(23)引入，在使用期间所述板坯(18)通过所述入口边缘(23)至少部分固化地离开，其特征在于，所述壁由具有凸形状的板限定，具有从所述入口边缘(23)延伸到所述出口边缘(9、10)的凸部。