CN1196549C - 利用连铸设备生产薄板坯的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
在一种最好用于凝固厚度为60mm-120mm、最高浇铸速率为10m/min以及最大浇铸能力约为3mio t/a的薄板坯生产设备的工艺和装置中，当只利用紧接在结晶器下方的垂直布置的铸坯导辊第一段(0)压下铸坯即所谓的无锭轧制时，确保了最佳的铸坯表面质量和内部质量，紧接在第一段(0)下方的段(1)通过许多弯曲点将铸坯弯曲入内圆弧段，铸坯在最终凝固前通过许多反弯曲点而反弯入水平位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用一台最好带立式结晶器的且用于薄板坯生产设备的连铸设备来浇铸薄板坯的方法和装置，所述连铸设备最好以例如60mm-120mm的凝固厚度、10m/min的最高浇铸速率、3mio/t/a的最大浇铸能力来铸造钢坯。
背景技术
这种已知的薄板坯生产设备利用无锭轧制装置实现了铸坯减厚，即直接在连铸结晶器下方减小铸坯厚度，所述结晶器绝大多数在所谓的“0段”内配有一对或两对辊。在这里，当浇铸速率最大为6m/min时，在约2米的整个金属长度上即未垂直布置的0段(或机架)内将铸坯例如从65mm减薄到40mm。这些设备参数导致铸坯的最大压下量为38％以及坯厚方向上的最大变形速率为1.25mm/s。
在带液芯的铸坯的停留期间内，8mm-12mm厚的坯壳在进入0段时由于它在连铸设备辊间的隆起情况而受到剧烈变形。这种内变形随连铸速率的加快、设备的加高或者铁静压力的加强而增大并随辊间距的变小而减小。值得注意的是，由于机械制造标准(机械负荷，特别是在中间储备辊的情况下的结构条件限制)，所以迄今未超过如120mm-140mm的辊径。可行的设备结构方案可以是一块所谓“槽板”的滑板，但它不适于进行坯厚压下。
在正常连铸情况下，内变形基本上是由以下条件确定的：
-铸坯在辊间的凸起情况
-铸坯从垂直位置弯曲入内圆弧位置的情况
-铸坯在水平位置上的矫直情况
-因辊跳动和辊冲击造成的辊与理想铸坯导辊线路的偏差
-拉应力。
除了内变形和表面变形外，还要考虑由坯厚压下或所谓的0段内无锭轧制引起的变形。这种特殊的内变形与已在0段内产生的、主要由铸坯凸起和铸坯从垂直位置弯曲入内圆弧位置引起的变形叠加。各个特定变形的累积可产生引起内坯壳或外坯壳开裂的临界总变形。
由在凝固期间里且在紧位于结晶器下方的如约2米长的0段内的无锭轧制或坯厚压下引起的附加坯壳负载方式在DE-4403048和DE-4403049中有所记载并例如在图1所示的曲线中具体示出了。
根据图1，2米长的0段接在带一对或两对底辊的1米长立式结晶器后，铸坯不仅在0段内逐步弯入内圆弧，而且铸坯厚度也被缩小。这两个同时进行的过程或变形导致叠加累增的由弯曲变形(D-B)和无锭轧制变形(D-Gw)构成的总变形。作用于坯壳的总变形(D-Ge)可能大于临界变形(D-Kr)，从而导致内坯壳开裂或外坯壳开裂。这种危险性随浇铸加快而增大，视0段内的辊间距或辊径而定，其中0段因机械制造限制而不能任意短。
此外，在对上述问题的描述中还值得注意的是，临界变形(D-Kr)对各种钢材来说是特定的。所以，例如深冲钢材由于吸收变形而不造成开裂，其临界变形量小于微合金APIx80的临界变形量。
此外，与浇铸速率有关地由直线(G1)示出的、过热熔融物或纯熔融相在铸坯中的生成和延伸对铸坯内部质量有重大影响。在图1所示例子中，在浇铸速率VG为5m/min的情况下，位于铸坯中部的纯熔融相或液相线-温度的几何最低点达到结晶器内金属液面下方约1.5米处。在浇铸速率VG为10m/min的情况下，它达到结晶器内金属液面下方约3.0米处。在此点下，熔融/晶体双相区出现在整个铸坯厚度上，此双相区随着距离的加长而在朝着液穴顶点或最终凝固的方向上对晶体部分有利地成比例减少熔融物。
在晶体部分占50％的情况下，即当浇铸速率如为5m/min时，在1.5米的液相线最低点和大致发生在15米处的最终凝固之间的一半距离处，即在8.25米(1.5m+(15m-1.5m)×0.5＝8.25m)处，熔融/结晶相的粘度为10000cp。在晶体部分占80％的情况下，双相区粘度的取值为40000cp，因此在直到液相线最低点前，纯熔融相粘度根据钢材质仅为1cp-5cp，此外在晶体(晶格或枝状晶)间的局部粘度实际上直到最终凝固前也没有升高，而是保持不变。
为了建立已知的双相区内粘度与生产日常所知的钢材的关系，提出了以下材料：
-水，在20℃时， 1cp＝10exp3 Ns/m exp2
-橄榄油，在20℃时， 80cp
-蜂蜜，在20℃时， 10000cp
-冷霜，在20℃时， 40000cp
-人造黄油，在20℃时， 100000cp
-沥青，在20℃时， 1000000cp
这样的粘度明显可以通过铸坯压下而在铸坯液芯中产生结晶组织或结晶-熔融组织以利于强制对流并使结晶分散，即在最高浇铸速率下，铸坯已应该在0段区内在液芯中具有双相区，或者纯熔融相、过热相或熔透区因氧化物上升而不复存在了。与氧化纯度有关的条件致使0段可以是垂直的，其次它可以仅用于铸坯压下而不同时弯曲铸坯。
在表示上述不利条件的图1中，在浇铸速率为10m/min的情况下，过热相或液相线最低点一直延伸到0段末端并进入连铸设备的内圆弧位置，这由直线(G1)上的点(1.1)表示。这样的浇铸条件不仅对坯壳变形很不利，对氧化纯度也很不利。
夹在两条直线即用于表示液相线最低点与浇铸速率关系的直线(G1)和用于表示固相线最低点或最终凝固与浇铸速率关系的直线(G2)之间的双相区在10m/min的最高浇铸速率下起始于压下铸坯的0段的末端。
图3-具体地说是图表3a(参见图3左半边)-同样举例示出了：在最高浇铸速率为10m/min的情况下，100mm厚的铸坯在从结晶器内金属液面开始、随后通过在2米长的0段内进行的从100mm到80mm的铸坯压下、最后到在最终14段内的最终凝固的过程内的不同相。图表3a还很清楚地示出了：0段不仅在铸坯中引入了由铸坯压下和通过5个弯曲点将铸坯从垂直位置弯入内圆弧位置的弯曲过程造成的最大变形，而且它对氧化物升入结晶器内金属液面和浇铸熔渣中的不利环境进行调节。
图表3a还示出了，在浇铸速率为5m/min的情况下，作用于由100mm减薄到80mm即20％压下的铸坯坯壳上的压下速率为0.833mm/s，当浇铸速率为10m/min时，坯壳压下速率为1.66mm/s。铸坯厚度压下速率是直接衡量坯壳变形的标准。在浇铸速率为5m/min的情况下，坯壳进入0段时的厚度为10.3mm；在浇铸速率为10m/min的情况下，坯壳厚度为7.3mm。由无锭轧制引起的铸坯变形是剧烈的。此外，由于浇铸速率从5m/min提高到10m/min，所以不仅造成坯壳压下速率从0.83mm/s成倍地增加到1.66mm/s(就象其表现为简单的计算值1.66mm/s那样)，浇铸速率升值还以二次函数方式进入变形中。
此外还因叠加在0段内弯曲过程的剧烈变形导致了内坯壳和外坯壳开裂的危险。在这里，在易裂钢材的情况下更是如此。
发明内容
基于上述认识和内在关系，本发明的目的是：对于高速生产薄板坯设备，在用于直接在结晶器下方的铸坯压下装置的基础上提出了一种适用于连铸设备的方法和装置方案，它确保了钢铸坯具有最佳的表面质量和内部质量。
上述目的在方法方面的技术解决方案在于一种用一种带立式结晶器的连铸设备来生产薄板坯的方法，其中，
-利用紧接在结晶器下方的、铸坯导辊第一垂直0段只进行铸坯压下即所谓的无锭轧制，
-紧接在0段下的1段通过许多弯曲点而将铸坯弯入内圆弧，
-铸坯在最终凝固前通过许多反弯曲点而被反弯入水平位置。
上述目的在设备方面的技术解决方案在于一种连铸设备，其中，
-设计的垂直走向段0用于减小铸坯厚度10mm-40mm，
-后续段1至少有3个弯曲点，内圆弧半径为3米-6米，
-为了将铸坯从内圆弧位置反弯入水平位置，设有至少3个反弯曲点，最后一个反弯曲点在80％的浇铸速率下与液穴顶点间隔至少2米。
按照本发明的一个优选实施例，通过一条函数曲线使所述凹形从结晶器入口即结晶器内金属液面区完全递减到结晶器出口。所述凹形截面在每一宽边侧从结晶器入口即结晶器内金属液面区通过一条函数曲线向结晶器出口递减到最大等于10％的凝固厚度。
按照本发明的又一个优选实施例，铸坯导辊段内的凹形截面成函数地递减到最小为0mm。以及垂直走向段0的长度是如此确定的，即在最高浇铸速率下，纯熔融相或液相线最低点在段0的头三分之一或末端下处，但不是移离段0，当压下铸坯时，其铸坯变形速率不超过1.25mm/s。
按照本发明的又一优选实施例，所述垂直段(0)至少2米长。在结晶器金属液面和铸坯在水平铸坯导辊段内的底边之间的设备高度不超过10米。结晶器的窄侧厚度为160mm-70mm。
按照本发明的再一优选实施例，立式结晶器的每个宽边侧具有水平伸展的对称凹形截面，其在结晶器内金属液面区的宽边侧中部的开度最大为40mm。所述在各宽边侧且在结晶器内金属液面区中最大为40mm的凹形截面最迟在结晶器末端前完全减小。所述在各宽边侧且在结晶器内金属液面区中最大为40mm的凹形截面成函数地递减到在每个宽边侧最大等于12mm，这种递减过程直到结晶器末端为止。在铸坯导辊段内，在结晶器出口侧的凹形截面以函数方式递减到最小为0mm。连铸设备或铸坯导辊段至少10米长。
本发明出乎意料地解决了上述众多复杂问题，以下将进一步描述这些方案。本发明获得并综合了下述特征：
-一个最小铁静压力或一个在最好由液压驱动的立式振荡结晶器内的金属液面和在铸坯导辊段的水平区内的最终凝固之间的最低设备高度；
-最小的总变形分配量，在结晶器宽边侧成凹形且铸坯导辊辊径一定以及浇铸速率最高为10m/min的立弯式连铸设备中，总变形包括无锭轧制变形和弯曲变形；
-完全分解过热相或熔透区以使氧化物产生于连铸设备的垂直段内即0段内，此0段在最高浇铸速率如为10m/min情况下是铸坯压下段以确保铸坯在过热区或纯熔融相内完全对称；
-在最高浇铸速率如为10m/min情况下的无锭轧制，其中，在铸坯中部的熔融/结晶双相区最迟出现在对铸坯进行无锭轧制或减厚压下的0段的末端；
-0段内的坯壳最高变形速率为1.2mm/s；
-与0段内无锭轧制变形无关地减小在通过许多弯曲点而将铸坯从垂直位置弯入内圆弧位置的1段内的弯曲变形量，所述0段紧位于1段前；
-通过许多矫直点或反弯曲点而从内圆弧位置弯入水平位置的减小的矫直变形量，与为80％的最高浇铸速率的平均浇铸速率有关地，水平位置最好在最终凝固前2米或至少12秒前。
附图说明
图1表示无锭轧制或坯厚压下引起的附加坯壳的负载曲线；
图2表示本发明的纯熔融相延伸、最终凝固与浇铸速率和临界变形的关系；
图3表示铸坯在从结晶器内金属液面开始的铸坯压下、最后到在最终段内的最终凝固的过程内的不同相；
图4表示本发明的一单流连铸设备。
具体实施方式
在图2和图表3b中以图表方式归纳了与工艺以及装置有关的本发明的特点。
图2示出了根据本发明将铸坯内变形分配给铸坯导辊段的情况以及纯熔融相延伸、最终凝固与浇铸速率和临界变形的关系，装置结构特征为浇铸速率为5m/min和10m/min。
根据本发明，连铸工艺是如此组合的，即在整个铸坯导辊段内减小铸坯变形量，而各段变形方式与其它后续变形方式无关。变形曲线(D-5)和(D-10)位于临界变形(D-Kr)下。变形曲线还清楚地示出了，在实施例中，在3米长的垂直0段内采取铸坯压下(D-Gw)并通过如5个弯曲点在后续的1段内弯曲铸坯(D-B)，由此避免了由无锭轧制和弯曲造成的变形累积。
从图2中还可以知道，在最高浇铸速率为10m/min的情况下，铸坯内的液相线最低点(1.1)或当钢在中间包中过热25℃时而占10％的凝固时间的过热区或熔透区直达结晶器内金属液面下3米或突入0段2米。由此确保了氧化物可以自由且对称地升入垂直分布的纯熔融相中以使铸坯凝固，同时在液相线最低点下方，可能会发生结晶分散并因在0段的剩余1米内的无锭轧制而抑制了宏观偏析和中心偏析，其中双相区从液相线最低点起遍布铸坯内而直到铸坯中部。
双相区被夹在表示液相线最低点的直线(G1)和表示液穴顶点位置与浇铸速率关系的直线(G2)之间。熔融/结晶双相区在5m/min的浇铸速率VG下起始于结晶器内金属液面下约1.5米(液相线点1.2)处或在铸坯进入0段后的0.5米处并且其液穴顶点终结于15.1米处(图2中的点2.2)；在浇铸速率为10m/min的情况下，双相区起始于3米处(1.1)而其液穴顶点终结于30.2米处(参见图2，点2.1)。
在浇铸速率VG为5m/min的情况下，在整个双相区位于坯壳之间情况下的无锭轧制或铸坯压下涉及剩余的2.5米长0段，而在VG为10m/min的情况下涉及剩余的1米长0段。在这两种情况下，保证了双相区的强制对流和对铸坯内部质量的改善。
根据图3，为了确保缓和的反弯变形并同时不会因铸坯变形而对铸坯内部质量和最终凝固产生不利影响，经过许多反弯曲点如5个反弯曲点而将铸坯从如半径为4米的内圆弧反弯入水平位置是在例如2米长的4段内进行的。
此外参见图3所示的图表3b。在这里，特别是与图表3a对照地示出了，在3米长0段内发生了从100mm到80mm的无锭轧制变形，在浇铸速率为10m/min的情况下，以1.11mm/s变形速率发生上述无锭轧制；而在浇铸速率为5m/min的情况下，以0.55mm/s的变形速率发生上述变形。与在浇铸速率为10m/min而0段长度为2米情况下的1.66mm/s的变形速率相比，上述变形速率明显降低。同时，变形速率低于已知的1.25mm/s临界变形速率值。
利用本发明而获得的优点是由于通过直接在立式结晶器下方在垂直布置0段内的无锭轧制步骤确保了凝固厚度为60mm-120mm的薄板坯的连铸工艺而得到的。如图4所示，浇口杯(Ta)将钢水从中间包(V)注入立式结晶器，此结晶器可以有利地具有凹形宽边侧板并可由液压驱动，这是为了：
-确保在浇铸过程中精确改变振荡和升程高度、频率以及振荡方式；
-确保熔渣均匀地涂布在整个铸坯宽度上的；
-确保平静的熔池液面运动；
-确保在结晶器中有相同的热传导；
-确保不仅在结晶器中而且在铸坯导辊段中有对中的铸坯运行方向；
-在避免开裂的情况下确保良好的浇铸安全性。
铸坯导辊也可以以最大偏离平直度2×12mm地成凹形，以使铸坯即使在高速浇铸时也能在铸坯导辊段中笔直且安全地运送。例如，可以通过将铸坯导辊截面设计成凹形而实现上述情况。此外，从结晶器出口或第一铸坯导辊开始到最后铸坯导辊的凹形偏差必须是不定的并且朝着铸坯导辊段末端成函数地递减到等于0mm的板坯剩余凸度或最小剩余凹度。
0段可以垂直设置并只用于铸坯压下。它应该具有一个最小长度，在最高浇铸速率下，所述最小长度在铸坯中产生一个小于1.25mm/s的浇铸厚度压下速率，同时在最高浇铸速率下，其最小长度可确保完全消除过热相并尽可能保证使熔融/结晶双相区内的结晶相分散以及抑制宏观偏析和中心偏析。在上述例子中，0段长度为3米。
在紧随0段内的浇铸过程的1段内，根据本发明，例如通过5个弯曲点将坯壳间带双相组织的铸坯弯入如4米的内圆弧中，这可以保持小的坯壳变形量且不使早先进行的无锭轧制变形累积。
结果与几何关系和设备高度相应的是，例如通过5个矫直点在离结晶器内金属液面约12米的4段内将铸坯反弯入水平位置，反弯曲仍在最终凝固前发生。在浇铸速率VG为10m/min或5m/min的情况下，最终凝固紧接在距离结晶器内金属液面30米或15米处。在内坯壳的反弯曲及与之有关的变形和对变形最敏感的最终凝固之间有36s或108s，由此消除了在液穴顶点区域内对最终凝固的干扰和在板坯液芯内因弯曲所造成的有关缺陷。
在图4中，作为本发明实施例地示出了一台用于生产平均最高生产能力为3.0mio/t/a的、在带液压驱动机构的立式结晶器出口处的厚度为100mm的、凝固厚度为80mm且最高浇铸速率为10m/min的单流连铸设备，它包括：
-在结晶器内金属液面中央的最大厚度为180mm而最小厚度为100mm的、在结晶器出口处的窄侧区内的厚度为100mm的1.2米长立式结晶器，
-一个被设置成用于将铸坯压薄到80mm的3米长的夹坯段的垂直0段，
-带5个弯曲点和内半径为4米的1段，
-处于内圆弧位置上的2段和3段，
-带5个反弯曲点的4段，
-在铸坯导辊水平段内的5-13段。
整个连铸设备的金属长度约为30米，其中4米垂直布置(K和0)，约8米布置成内圆弧(1-4段)，约18米水平分布(5-13段)。在最高浇铸速率为10m/min的情况下，液相线最低点(1.1)约突入3米长的0段内2米，由此确保了氧化物最佳地升入浇铸熔渣中并同时使留在钢中的氧化物对称分布，也确保了双相区内的晶粒分散结晶以及确保消除了在铸坯中的液芯偏析。在离结晶器内金属液面16.5米的地方是50％为晶体(Gw-50％)的、粘度为10000cp的(等于20℃下的蜂蜜粘度)双相区。此外，最终凝固(2.1)发生在远离4段内的弯曲的最后段(13)内。在弯曲和液穴顶点区内的最终凝固之间有约108s的未受干扰的凝固时间，这段时间确保液芯良好地凝固。
Claims (16)
1.一种用一种带立式结晶器的连铸设备来生产薄板坯的方法，其特征在于，
-利用紧接在结晶器下方的、铸坯导辊第一垂直(0)段只进行铸坯压下即所谓的无锭轧制，
-紧接在(0)段下的(1)段通过许多弯曲点而将铸坯弯入内圆弧，
-铸坯在最终凝固前通过许多反弯曲点而被反弯入水平位置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用一个其宽边侧成凹形的、水平对称的立式结晶器。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过一条函数曲线使所述凹形从结晶器入口即结晶器内金属液面区完全递减到结晶器出口。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述凹形截面在每一宽边侧从结晶器入口即结晶器内金属液面区通过一条函数曲线向结晶器出口递减到最大等于10％的凝固厚度。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，铸坯导辊段内的凹形截面成函数地递减到最小为0mm。
6.如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，垂直走向段(0)的长度是如此确定的，即在最高浇铸速率下，纯熔融相或液相线最低点在段(0)的头三分之一或末端下处，但不是移离段(0)，当压下铸坯时，其铸坯变形速率不超过1.25mm/s。
7.实施如权利要求1-6之一所述方法的连铸设备，其特征在于，
-设计的垂直走向段(0)用于减小铸坯厚度10mm-40mm，
-后续段(1)至少有3个弯曲点，内圆弧半径为3米-6米，
-为了将铸坯从内圆弧位置反弯入水平位置，设有至少3个反弯曲点，最后一个反弯曲点在80％的浇铸速率下与液穴顶点间隔至少2米。
8.如权利要求7所述的连铸设备，其特征在于，所述垂直段(0)至少2米长。
9.如权利要求7或8所述的连铸设备，其特征在于，在结晶器金属液面和铸坯在水平铸坯导辊段内的底边之间的设备高度不超过10米。
10.如权利要求7或8所述的连铸设备，其特征在于，结晶器的窄侧厚度为160mm-70mm。
11.如权利要求7或8所述的连铸设备，其特征在于，立式结晶器的每个宽边侧具有水平伸展的对称凹形截面，其在结晶器内金属液面区的宽边侧中部的开度最大为40mm。
12.如权利要求11所述的连铸设备，其特征在于，所述在各宽边侧且在结晶器内金属液面区中最大为40mm的凹形截面最迟在结晶器末端前完全减小。
13.如权利要求11所述的连铸设备，其特征在于，所述在各宽边侧且在结晶器内金属液面区中最大为40mm的凹形截面成函数地递减到在每个宽边侧最大等于12mm，这种递减过程直到结晶器末端为止。
14.如权利要求13所述的连铸设备，其特征在于，在铸坯导辊段内，在结晶器出口侧的凹形截面以函数方式递减到最小为0mm。
15.如权利要求7或8所述的连铸设备，其特征在于，连铸设备或铸坯导辊段至少10米长。
16.如权利要求7或8所述的连铸设备，其特征在于，最高连铸速率为10m/min。
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