CN1106238C - 金属连铸结晶器及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有一个带有接受冷却的宽侧壁和窄侧壁的且沿浇注方向呈漏斗形缩小到铸坯尺寸的浇口区的金属连铸结晶器。如此改进该结晶器，即宽侧壁内轮廓在浇口区内至少沿一条由结晶器上缘1直伸到结晶器下缘3的直线的局部长度在浇注方向上从上到下地形成了至少一个凹部a、a’、a”和至少一个凸部b、b’、b”，宽侧壁内轮廓在浇口区内沿一条与结晶器上缘1和底部d’、d”的起点相连的直线且在浇注方向上从上至下地形成了至少一个凹部a’和至少一个凸部。

Description

金属连铸结晶器及其用途
技术领域
本发明涉及一种具有一个带有接受冷却的宽侧壁和窄侧壁的且沿浇注方向呈漏斗形缩小到铸坯尺寸的浇口区的金属连铸结晶器。
背景技术
浇口区的尺寸主要是由待铸坯的横截面、浇管尺寸和浇管浸入熔池深度确定的。
由于宽侧壁成漏斗形状，所以在浇注方向上不仅发生了铸坯横截面的缩小，也发生了铸坯横截面的变形。因此，与带有平壁的常见连铸结晶器不同的是，坯壳在经过漏斗形结晶器时被迫承受附加变形。为了避免产生表面缺陷，所述的附加变形应该不超过某个临界值，从而不使坯壳承受过大的负荷并确保在铸坯横截面上均匀地散热。
EP0268910B1提议：当浇口区内的宽侧壁在第一局部区域内基本相互平行地延伸且在一个随后的局部区域内回到铸造厚度时，不变形地引导在浇注液面下还很薄的坯壳，而第一局部区域延及在浇注时定位于第一坯壳形成区内的浇注液面的下方。结晶器使铸坯承受的总变形(它对于将铸坯缩小到铸造厚度是必不可少的)延及后续局部区域，所述后续区域是由倾斜面或隆起面或其组合表面构成的。
EP0552501A2公开了一种薄带钢连铸结晶器，其中宽侧壁形成一个漏斗形浇口区，此浇口区向窄侧壁缩小且沿浇注方向缩小到待铸带材尺寸。漏斗形浇口区的隆起部是由侧圆弧和在切点处与该圆弧相连的中心圆弧确定的。为了减小摩擦和磨损并减小坯壳的拉伸-弯曲应力，侧圆弧半径在至少离结晶器上缘100mm向下算起的区域内保持不变。
DE3907351A1公开了一种如此设计的结晶器浇口方案，即金属连铸坯的变形被分配给尽可能长的延伸段且在金属连铸坯的坯壳中避免了收缩和开裂。这是如此实现的，即浇口内壁轮廓在走坯方向上是由三段切向相连的圆弧构成的，其沿走坯方向递增的半径转变为结晶器内壁轮廓。如此实现了尽可能均匀地在如此形成的浇口区内分配坯壳变形的方案，即其半径沿走坯方向在相同系数或不同系数的情况下递增。
发明内容
基于上述现有技术，本发明的任务是提供另外一种结晶器浇口形状，由此进一步避免了坯壳与结晶器壁之间的摩擦和磨损，特别是在易于过度收缩的钢液形成坯壳的情况下，尽可能均匀地调节变形，大大减少铸坯的表面缺陷。
本发明基于这样的认识：在浇口区内，由相邻的上、下水平面之间的过渡段决定的结晶器轮廓长度变化在各水平面上具有一个最大值，此最大值对应于超常局部变形或易在铸坯和结晶器壁之间局部开裂的强烈趋势。由此可以看出，浇口区具有至少一个结晶器水平轮廓长度变化的最大值，且使该最大值尽可能小，从而实现在浇口区内尽可能均匀地分配变形。
通过本发明如此获得了上述任务的解决方案，宽侧壁内轮廓在浇口区内沿浇注方向从上到下具有至少两个有如此特点的点，即它们确定了一条直线，宽侧壁内轮廓沿此直线形成了按任意顺序的至少一个凹部和至少一个凸部。
本发明提议：宽侧壁内轮廓在浇口区内至少沿一条由结晶器上缘直伸到结晶器下缘的直线的局部长度并沿浇注方向从上到下地形成按任意顺序的至少一个凹部和至少一个凸部。
通过本发明也可以如此获得上述任务的解决方案，宽侧壁内轮廓在浇口区内沿一条与结晶器上缘和下垂直部的起点相连的直线并沿浇注方向从上到下地形成了按任意顺序的至少一个凹部和至少一个凸部。
另外，宽侧壁的凹部和凸部直接相互转换是有利的。
还有利的是，从上到下地在直到结晶器出口区域内先形成一个凹部且随后形成一个凸部。
还有利的是，各凹部和凸部不仅具有一个在其曲线范围内保持不变的曲率，还具有一个变化的曲率。
本发明的一个设计方案规定了：宽侧壁内轮廓至少在一个或多个局部区域处具有圆弧形曲线或三角形曲线，如正弦形曲线。
如果结晶器底部具有壁平行区，则由此产生了在浇口区和随后的壁平行区之间的无摩擦过渡段，即具有末端下圆弧的下凸部或下凹部转变为曲线连续的直线区。
由以下措施得到了一个属于本发明实质的浇口形状设计方案：各宽侧壁局部的曲率半径是这样设计的，即在相邻的上、下水平面之间的过渡段内的最大局部长度变化值δmax(％/m)不超过在不考虑壁平行区情况下于浇口区内平均所得的局部长度变化值的四倍且特别是不超过2.0％/m。
最后，本发明规定了将所要求保护的结晶器用于比较易于过度收缩的包晶型碳钢和奥氏体不锈钢。
附图说明
本发明的其它细节、特征和优点是由以下对在浇口区的不同水平面上改变结晶器内轮廓长度的描述且通过其三维视图而得出的。其中：
图1表示沿中轴的剖视图，其示出了本发明结晶器宽侧壁的三个不同的漏斗形内轮廓4、4’、4”；
图2a表示浇口区内距结晶器上缘和结晶器中心有不同距离的内轮廓长度变化；
图2b表示长度变化的另一个视图，它同样与距结晶器上缘和结晶器中心的距离有关；
图3a示出了常见的结晶器距结晶器上缘和结晶器中心一定距离的内轮廓长度变化；
图3b是在常见结晶器浇口区内的内轮廓长度变化的另一个视图，它与结晶器上缘和结晶器中心的距离有关。
具体实施方式
图1所示的三个不同的结晶器宽侧壁浇口形状具有一个沿浇注方向呈漏斗形缩小到铸坯尺寸的浇口区A或一个沿浇注方向呈漏斗形缩小到铸坯尺寸的浇口区B和一个与其相连的壁基本上平行的区域C。结晶器区或结晶器出口必须没有平行的出口面或出口边缘。下结晶器区或下结晶器出口在中央区内必须具有一个1mm-15mm/宽侧壁的隆起部。
在浇口区A内，宽侧壁4的浇口形状沿一条与结晶器上缘1和结晶器下缘3相连的直线从上向下地先形成一个凹部a并随后形成一个凸部b。另外，宽侧壁内轮廓4在凹、凸部a、b处成正弦曲线形。
在浇口区B内，宽侧壁4’、4”的浇口形状沿一条与结晶器上缘1和壁平行区2的起点相连的直线从上到下地先形成一个凹部a’或a”并随后形成一个凸部b’或b”和c”。
在这个例子中，宽侧壁内轮廓4’或4”在凹、凸部a’、b’或a”、b”处成正弦形状。
图1还示出了具有末端下圆弧c”的凸部b”转变为曲线连续的壁平行区d”的结构。
另外，各凹部a、a、a”或凸部b、b’、b”不仅可以具有沿其曲线保持不变的曲率，也可以具有变化的曲率。在本发明中，这对浇口形状是很重要的。
在所研究的浇口形状中，局部a、b、a、b’、a”、b”、c”的曲率半径是这样设计的，即在相邻的上、下水平面之间的过渡段内的最大局部长度变化值δmax不超过在不考虑壁平行区情况下于浇口区内平均所得的局部长度变化值的四倍且不超过2.0％/m。
图2a和图2b以三维曲线图示出了具有如下参数的结晶器宽侧壁浇口区内的变形分配情况：
浇口宽度950mm，在结晶器板上缘处的浇口深度45mm，浇口长度900mm，正弦形水平轮廓。
在图1所示的成正弦形的且幅度为1.52mm的浇口区垂直轮廓4’中，最大局部变化为1.90％/m，在区域a’和b’内的长度变化和在浇口宽度中央处的长度变化为0.50％/m。
用于普通结晶器的图3a、3b给出了相同的图解，其中宽侧壁的垂直结晶器轮廓是由一条直线构成的。在这种情况下，最大局部长度变化2.44％/m大了很多。另外，显然变形分配量很不均匀且其在最易形成坯壳的结晶器上缘区域内特别大。通过本发明正好避免了这些缺陷。

Claims (12)

1.一种具有一个带有接受冷却的宽侧壁和窄侧壁的且沿浇注方向呈漏斗形缩小到铸坯尺寸的浇口区的金属连铸结晶器，其特征在于，宽侧壁内轮廓在浇口区内沿浇注方向从上到下具有至少两个有如此特点的点，即它们确定了一条直线，宽侧壁内轮廓沿此直线形成了按任意顺序的至少一个凹部和至少一个凸部。
2.如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，宽侧壁内轮廓(4)在浇口区内至少沿一条由结晶器上缘(1)直伸到结晶器下缘(3)的直线的部分长度在浇注方向上从上到下形成了按任意顺序的至少一个凹部(a)和至少一个凸部(b)。
3.如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，宽侧壁内轮廓(4’或4”)在浇口区内沿一条与结晶器上缘(1)和垂直底部(d’或d”)的起点(2)相连的直线在浇注方向上从上到下形成了按任意顺序的至少一个凹部(a’或a”)和至少一个凸部(b’或b”)。
4.如权利要求1、2或3所述的结晶器，其特征在于，凹部(a，a’，a”)和凸部(b，b’，b”)是直接转换的或通过一个中间轮廓交替转换的。
5.如权利要求1-3之一所述的结晶器，其特征在于，宽侧壁内轮廓在浇口区内从上到下先形成一个凹部(a，a’，a”)且随后形成一个凸部(b，b’，b”)。
6.如权利要求1-3之一所述的结晶器，其特征在于，宽侧壁内轮廓彼此不平行。
7.如权利要求1-3之一所述的结晶器，其特征在于，宽侧壁内轮廓(4，4’，4”)至少在一个或多个局部区域(a，b，a’，b’，a”，b”，c”)处具有圆弧形曲线或三角形曲线，如正弦形曲线。
8.如权利要求1-3之一所述的结晶器，其特征在于，具有末端圆弧(c”)的宽侧壁的下凸/凹部(b”)转变为曲线连续的且最好是壁平行的底部(d”)。
9.如权利要求1-3之一所述的结晶器，其特征在于，各凹部(a，a’，a”)和凸部(b，b’，b”)不仅具有一个在其曲线范围内保持不变的曲率，还具有一个变化的曲率。
10.如权利要求1-3之一所述的结晶器，其特征在于，为了在浇口区内均匀地分配变形，在结晶器上半部的所有水平面内的最大变形是相同的或基本相同的。
11.如权利要求1-3之一所述的结晶器，其特征在于，局部区域(a，b，a’，b’，a”，b”，c”)的半径是这样设计的，即在相邻的上、下水平面之间的过渡段内的最大局部长度变化值δmax(％/m)不超过在不考虑壁平行区(d’，d”)情况下于浇口区内平均所得的局部长度变化值的四倍，特别是不超过2.0％/m。
12.具有如权利要求1-11所述浇口形状的结晶器用于连铸比较易于过度收缩的包晶型碳钢和奥氏体不锈钢。
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