CN1187147C - 把钢连铸成方坯和初轧坯的结晶器 - Google Patents
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Abstract
根据现有技术，用于把钢连铸成方坯和初轧坯的结晶器通常由构成内体的水冷铜管、水套和结晶器壳构成。为了避免昂贵地制造这样的铜管，作为本发明结晶器管地拟定了一种内体，它具有由铝或铝合金制成的并涂有涂层(7)的涂层载体(6)，所述涂层可以在其被涂入型腔(4)中后通过加工达到型腔尺寸。
Description
本发明涉及用于把钢连铸成方坯和初轧坯的结晶器，它由一个构成型腔的内体构成并且能借助冷却介质被冷却。
当连铸方坯和小型初轧坯时，目前几乎完全采用的是管式结晶器，其型腔由结晶器管限定。这种结晶器管一般由壁厚为8毫米-25毫米的铜或铜合金构成。由铜或铜合金制成的结晶器管一般进行冷拉拔，以便获得加工硬化，这种硬化使结晶器管具有所需的强度。除了材料成本外，尤其是提高材料强度和材料成形的措施使得生产成本提高。结晶器管在型腔内配设有一个浇铸锥体并且在外侧面上配备有平滑的壁板。在许多情况下，型腔配备有镀覆的且由铬和镍制成的覆层。
为了冷却这样的管式结晶器，以水缝形式并以如6米/秒-14米/秒的高速把水喷到铜管外侧面上。为了均匀冷却铜管，需要具有有规则的水缝宽度的水缝。水缝一方面由铜管外径且另一方面由根据该外径而确定的水套来决定。
在连铸方坯和初轧坯时，铜管是磨损部位，它在120-200次浇铸后因刮伤、翘曲等而必须更换。为了提高经济性，已经知道了各种方法，它们的目的都是给这样的昂贵的铜管提供第二次和或许有的第三次使用机会。
在液池液面区内，这样的结晶器的磨损图的特点一般是由高热应力引起的翘曲和开裂，而在下半个结晶器内，其特点是磨损和刮伤。如果去除由切削加工引起的型腔缺点，则型腔尺寸增大，铸坯横截面质量增大。
为了避免铸坯横截面这样的增大，知道了在根据型腔尺寸而确定的芯棒上爆炸形成结晶器管。还知道了使扩径管回缩的其它压制方法。所有这些管成形方法如爆炸定径法或压制定径法具有结晶器管外横截面缩小主要的共同缺点。因这种横截面缩小而不受控制地增大了结晶器管和水套之间的水缝，这又对结晶器冷却产生了不利影响。
本发明的任务是，消除现有技术所述的缺点并且尤其是重新设计管式结晶器的结晶器结构，从而可以避免用由铜或铜合金制成的冷拔管昂贵地制造方坯和初轧坯。另一个目的在于这样一种结晶器结构，它具有明显更长的使用寿命并且可以通过重新定径而在型腔区内具有额定尺寸。
根据本发明，为了完成上述任务而提出一种用于把钢连铸成方坯和初轧坯的结晶器，它由一个构成型腔的内体构成并能借助冷却介质进行冷却，其中，所述内体包括一个涂层载体，所述涂层载体由铝或铝合金制成并且在型腔侧配备有一个涂层，所述涂层可以在被涂到型腔中后通过加工达到型腔尺寸。
可以利用本发明的结晶器来克服现有技术所述的管式结晶器缺点并且避免由冷拔铜管昂贵地制造方坯和初轧坯。如果可以更新涂层，则可以如人所愿地经常新涂覆涂层载体，而不用改变浇铸参数如铸坯规格或水缝。通过所提供的设计自由度和涂层载体材料选择，容易使结晶器的热效率适应特定要求。如果需要，成厚层形式的且通过最好是切削加工被加工到型腔额定值的涂层可以在冷却效率和磨损方面根据连铸参数如浇铸温度或钢成分而适用于连铸中的特殊要求。前提条件是，涂层在浇铸温度下具有测定的耐热性。
在管式结晶器中，结晶器管一方面确保了高的热效率，另一方面，它确保了所需的强度。把浇铸工作中的保温时间规定为强度标准。以下两个因素有助于结晶器管的强度，一方面，结晶器管强度由其抵抗浇铸过程中的高热负荷的能力来确定，这取决于当同时在外侧进行强冷时在内侧与熔液的接触。结晶器的强度还由其抵抗浇铸过程中的机械应力的能力来决定。为了能够获得足够高的结晶器管的形状稳定性，必须如此选择其耐压性，即它能承受冷却水的压力，尤其是冷却水压力实际作用在结晶器管的整个外壳上，而在浇铸液面上方的型腔上，没有相应的反压力，只有熔液产生了随距浇铸液面的距离而增大的反压力。尽管在浇铸过程中承受热应力和机械负荷，但铜管仍可显示出可接受的强度，这样的铜管一般根据浇铸规格而具有8毫米-25毫米的壁厚。随着壁厚增大，即便是在导热性能强的材料的情况下，热效率也降低。在本发明的结晶器中存在这样的自由度，即与构成型腔的内体的散热和强度有关的要求可以彼此无关地一方面通过选择适用于涂层载体的材料且另一方面通过选择适用于涂层的材料而最佳化。例如，涂层载体可以是如此设计的，即它考虑了内体的高机械强度并因而确保了内体的理想强度，同时，可以在热性能和厚度方面适当地选择涂层，以使内体散热最佳化。由机械强度更高的材料制成的涂层载体可以具有减小的壁厚并因此实现了结晶器热效率的提高。在涂层可更新的前提下，可以通过反复修理获得明显更长的结晶器使用寿命。
本发明提出了，涂层载体由铝或铝合金制成，如由被称为Anticorodal WN6082的合金AlMgSil制成。铝或铝合金具有130W/mK-220W/mK的导热性能。由于涂层载体在浇铸工作中总是与被倒入型腔中的熔液间隔了一段通过涂层厚度决定的有限距离并且内体也被冷却，所以由铝或铝合金制成的涂层载体在浇铸工作中保持在这样一个温度上，即铝或铝合金在这个温度上具有特别高的强度。另外，可以成本比较低廉地如通过铸坯压制制造出由铝或铝合金制成的加强成形件。
涂层可以改变连铸时在结晶器纵向上的特殊要求并且可以与要浇铸的各种钢有关地进行调整。对于涂层来说，最好至少在靠近液面的上部区域内选择导热性能强的材料如具有200W/mK-400W/mK导热性能的铜或铜合金。在型腔的下部区域内，也可以想到采用较硬的涂层，如由镍制成的涂层。
为了不在浇铸工作中使涂层载体过热并且在极端条件下显示出高强度和高形状稳定性，涂层被设计成具有0.5毫米-5毫米且最好是1毫米-4毫米厚度的厚层。这样的涂层可以是镀覆或通过电镀或借助热喷涂如火焰喷涂或等离子喷涂而形成的并且通过加工而具有这样的表面，即所述表面精度理想地对应于型腔的所需形状。
在选择涂层材料时，除了热效率或耐磨强度外，也可以考虑润滑所形成的铸坯。因此提议，根据一个实施例，在涂层中加入了用于润滑坯壳的润滑剂。作为润滑剂，提议使用基于钼和/或钨的且最好是基于二硫化钼和/或二硫化钨的润滑剂。
根据涂层材料和涂层载体材料的选择情况，可以获得与现有技术所述的典型结晶器一样的热效率或更高的热效率，即便涂层载体的导热效率低于涂层的导热效率。决定热传导的壁厚且尤其是涂层载体的壁厚可以被设计得较薄。
为了增大冷却介质环流表面，根据一个实施例，可以在背对型腔的那侧上给涂层载体配设散热片。为了调节冷却参数，可以选择如为5毫米-8毫米的散热片之间的间距。在散热片之间有这样结构的情况下，涂层载体的壁厚可以为2毫米-10毫米并最好为5毫米-8毫米。具有这样的薄壁的涂层载体和如3毫米的铜涂层一起确保了良好的导热性能。
可以想象到的是，由可压缩的铝合金制成的且具有相应的散热片的涂层载体可以在压制操作中制成。也可以由多个部分组成涂层载体并随后在内部进行涂覆。其型腔横截面成多边形的结晶器的涂层载体例如可以由多个平坦的或弯曲的板组成，它们分别形成了限定型腔的众多结晶器侧壁中的一个。
与典型的管式结晶器不同的材料在最佳选择载体涂层壁厚和涂层厚度的情况下给本发明的结晶器提供了一系列性能，这些性能可以与浇铸工作和浇铸铸造设备结构有关地得到有利应用。本发明的结晶器与在涂层载体外侧上采用电磁搅拌器有关地带来了优点。在最佳选择涂层载体材料的情况下，与已知的结晶器相比，可以通过相同的搅拌器获得更高的搅拌效率，或者为获得相同搅拌作用而采用功率更弱的搅拌器。就是说，与铜或铜合金相比，铝或铝合金导致了由电磁搅拌器产生的电磁场的明显减弱。由于把铝或铝合金用于涂层载体，所以本发明的结晶器与由铜或铜合金构成的相应结晶器相比更轻。由于较轻，所以与由铜或铜合金构成的结晶器相比，可以用简化措施进行本发明结晶器在浇铸工作中所需的结晶器振荡。重量小一般导致了更容易操作本发明的结晶器，尤其是在更换或装卸以及运输结晶器时。所有与结晶器运输有关的措施可以用简化的措施来进行。
此外，铝看起来吸收放射性辐射线比铜少。因此，本发明结晶器与由铜或铜合金制成的可比较的结晶器相比具有更高的放射性射线透明度。与设计测量被倒入结晶器型腔中的熔液的液池液面高度的装置有关地，可以有利地利用本发明结晶器的这种性能。熔液液面高度通常借助测量垂直于浇铸方向地透过结晶器壁的放射性射线来确定。本发明的结晶器允许灵敏度更高地进行这样的透射测量并且有选择地以减弱的放射性辐射源和/或更简单的测量技术来工作。
以下，结合实施例来说明本发明，其中：
图1是结晶器的垂直截面图；
图2是沿图1的线I-I的结晶器的水平截面图；
图3是另一个结晶器例子的垂直截面图。
在图1、2中，示出了具有用于连铸钢水的型腔4的方坯或初轧坯结晶器3。这样的结晶器接受冷却介质且最好是冷却水的强冷。箭头5表示冷却水流方向。结晶器结构如下：一个涂层载体6在型腔侧覆盖着一个导热性强、可更新的且由铜或铜合金制成的且导热性能为200W/mK-400W/mK的涂层7。该涂层7可以被镀覆在涂层载体6上。但它可以通过热喷涂如火焰喷涂或等离子喷涂或通过电镀被涂覆上去。在涂上0.5毫米-5毫米且最好是2毫米-4毫米的涂层后，通过加工使型腔4具有理想的型腔尺寸和理想的型腔表面质量。为了加工型腔表面，可以采用所有现有技术已知的方法，切削加工如铣削、磨削、火花加工或激光束加工尤其适用。用10、10′表示上下结晶器盖板。用9表示一个壳套。
使涂层载体6的材料选择首先对准满足支承功能所需的强度和高温下的良好形状稳定性。涂层载体6的强度应该在浇铸工作中所实现的温度下高于涂层的强度。作为涂层载体材料地提供铝或铝合金。在制造涂层载体6时，例如铝或铝合金的压制性能也可能产生偏差。也可以没有缺陷地使用由多个部分组成的涂层载体6，因为型腔涂层无缝地遮盖住了各部分之间的接缝部位。涂层载体例如可以由多个部分构成，它们借助焊接、适当的固定机构如螺栓或铆钉或通过其它方式得到牢固。
在这个例子中，涂层载体6在背对型腔4的那侧上配设有散热片11。5毫米-8毫米的散热片11之间间距有助于获得相应大的冷却面。散热片11之间的涂层载体6的壁厚12最好被确定为2毫米-10毫米并最好为5毫米-8毫米。
在图3中，如具有方形横截面的结晶器20配备有搅拌器21。搅拌器21可以通过相对典型的管式结晶器而不同地构成结晶器被安装到型腔22附近。也可以与电磁搅拌器21工作要求有关地使涂层载体23的材料和套24的材料最佳化。例如，可以通过适当地预先规定涂层载体23的导电性能而使在型腔22中由搅拌器21产生的电磁场的强度最大。与此有关地，采用铝或铝合金因这种材料的导电性能较差而带来了优点。
在液池液面25区内或者在上半个结晶器中，涂覆了由导热性强的材料构成的涂层26，在下部中或在下半个型腔中，涂覆了由与铜相比更硬的材料如镍制成的涂层28。
在涂层26、28中，加入了用于润滑铸坯壳的润滑剂(由点表示)。基于钼和/或钨且最好是二硫化钼和/或二硫化钨的润滑剂可以在如通过火焰喷涂加上涂层时被加入不同的涂层材料中。其它现有技术已知的且可加入涂层中的润滑剂也包含在本发明的范围内。
在图1-3的例子中，只示出了平直的结晶器。但是，本发明不局限于这样的具有平直型腔的结晶器。所有用于连铸方坯和初轧坯的且具有管形涂层载体的钢连铸结晶器落在本发明的主题内。型腔的几何形状是可以任选的。
对于某些钢合金且尤其是珠光体钢来说，如果在导热性强的涂层26和涂层载体23之间的液池液面25区内涂覆了一个由其导热性小于铜的材料如镍制成的中间层29，这可能是有利的。
可以当在所选位置上涂覆涂层时把测量探针如温度计埋入涂层。被埋入的测量探针可以在涂覆涂层前被精确地安置在要涂覆的涂层载体表面上或其附近，当涂覆涂层时，用构成涂层的材料包套住探针。通过这种方式，可以把测量探针设置在涂层内，而不用指明在涂上涂层后设置孔，所述孔终止于涂层中并适用于容纳测量探针。众所周知地，只能不太精确地控制测量探针在孔中的定位。这样的不精确性是借助测量探针测量的不精确性的起因，当测量探针如上所述地在制造涂层时被埋在涂层中时，避免了这样的不精确性。
铝是不太贵重的金属。因此，铝制部件或铝合金制部件容易在通过电解质与其它金属键接时腐蚀。本发明结晶器的涂层载体的耐蚀性能可以通过已知措施实现，例如通过把适当的保护层涂到外露部位上。
Claims (22)
1、一种用于把钢连铸成方坯和初轧坯的结晶器，它由一个构成型腔(4)的内体构成，它借助冷却介质进行冷却，其特征在于，所述内体包括一个涂层载体(6，23)，所述涂层载体由铝或铝合金制成并且在型腔侧配备有一个涂层(7，26)，所述涂层可以在被涂到型腔(4)中后通过加工达到型腔尺寸。
2、如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，该涂层至少在靠近液池液面的上部区域内是导热性能良好的。
3、如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，在所述涂层中加入了润滑铸坯壳的润滑剂。
4、如权利要求3所述的结晶器，其特征在于，加入基于钼和/或钨的润滑剂。
5、如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，该涂层载体的导热性能在液池液面附近的上部区域内低于该涂层的导热性能。
6、如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，该涂层载体(6，23)的强度高于该涂层(7，26)的强度。
7、如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，该涂层(7，26)的厚度为0.5毫米-5毫米。
8、如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，该涂层(7，26)在其被涂覆上后通过切削加工、腐蚀加工或借助激光束被加工到预定的型腔尺寸。
9、如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，该涂层(28)在该型腔(22)的下部区域内是防磨损的。
10、如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，在该液池液面区(25)内，在该涂层(7，26)和该涂层载体(6，23)之间涂覆了一个由导热性能比该涂层弱的材料制成的中间层(29)。
11、如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，该涂层(7，26)至少在该型腔(22)的局部内由导热性能为200W/mK-400W/mK的铜(22)或铜合金构成。
12、如权利要求9所述的结晶器，其特征在于，该涂层(28)在该型腔(22)下部内由镍制成。
13、如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，该涂层(7，26)在上部和/或下部区域内是电镀的或热喷涂的。
14、如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，该涂层(7，26)在其加工到型腔尺寸后覆上一个硬铬层。
15、如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，该结晶器配设有一个搅拌器(21)。
16、如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，该涂层载体(6，23)在背对该型腔(4，22)的那侧上配备有散热片(11)。
17、如权利要求16所述的结晶器，其特征在于，在这些散热片(11)之间的该涂层载体(6)的壁厚为2毫米-10毫米。
18、如权利要求16所述的结晶器，其特征在于，这些散热片(11)之间的间距为5毫米-8毫米。
19、如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，该涂层载体(6，23)由多个部分组成。
20、如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，一个或多个测量探针被埋入该涂层中。
21、如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，该涂层载体具有一个防腐保护层。
22、如权利要求1所述的结晶器，其特征在于，该涂层是可更新的。
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