CN1222419A - 用于高速连铸设备的、凝固时压下铸坯的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
有用于连铸的铸坯生产方法和装置中,铸坯横截面在凝固过程中被缩小,其中在振荡式结晶器中浇铸铸坯,并在直接位于结晶器下方的铸坯导辊段的最短长度内线性地压下即无锭轧制铸坯横截面,随后在其余铸坯导辊段内最大限度地在最终凝固前或液穴顶点前继续压下即“软压下”铸坯横截面,在考虑了浇铸速率以及钢材质的情况下可以消除铸坯临界变形的危险。本发明的目的是:通过工艺技术措施和简单的设备特征确定铸坯横截面压下的变形量,从而在考虑了浇铸速率和钢材质的前提下,不超过铸坯临界变形量。
Description
本发明涉及一种用于连铸设备的铸坯生产装置和方法，所述铸坯的横截面在凝固过程中被缩小。
众所周知，利用凝固厚度通常为18mm-450mm的且最高浇铸速率达12m/min的高速设备如用于薄板坯、大方坯、小方坯或圆坯的连铸设备生产铸坯，其中最好在凝固过程中在铸坯从结晶器出来后缩小铸坯横截面。
在德国专利DE-4403048和DE-4403049或DE-4139242中公开了这种薄板坯或圆坯的无锭轧制技术。另外在生产薄板坯情况下，这种无锭轧制技术每天都在生产车间中应用。
例如，65mm厚的薄板坯在紧接在结晶器下方的0段内被压到40mm。25mm或38.5％的铸坯压下量可能对某些易内裂钢材不利。所以，由铸坯减厚或所谓的无锭轧制引起的铸坯内变形可能是内裂的起因，这是因为在液/固相邻的内坯壳或外坯壳处超过了材料的临界变形量。
以2m长的圆弧0段为例，此0段在坯壳中没有弯曲加工或弯曲变形。当在凝固过程中进行无锭轧制时，衡量铸坯变形的坯壳变形速率在6m/min的浇铸速率下为1.25mm/s。当浇铸速率提高到如10m/min时，变形速率提高到2.08mm/s，这是很危险的。这种主要由无锭轧制引起的内变形不仅对内变形不太敏感的深冲钢材是危险的，而且主要对易裂钢材如微合金APX-80材料是危险的。
此外，由于通常在立弯式连铸设备中在位于结晶器下方的区域内同时弯曲铸坯，所以在这种连铸设备中因在铸坯中引入弯曲变形而加剧了由无锭轧制引起的变形，由此增加了超过临界变形的危险性和再次产生裂纹的危险性。
基于前述认识和内在关系，本发明的目的是通过工艺措施和简单的设备特征来确定铸坯横截面的压下变形量，从而在考虑了浇铸速率和钢材质的情况下，不超过铸坯的临界变形。本发明的特征适用于所有铸坯尺寸，它也适用于各种连铸设备。用方法独立权利要求1及其从属权利要求以及设备独立权利要求及其从属权利要求来描述本发明。
以下根据本发明的、出乎意料的、实现上述目的的解决方案是以薄板坯为例而作详细描述的，其中，本发明被认为特别适用于凝固后的厚度为60mm-120mm的即在结晶器出口处的板坯边部厚度为如70mm-160mm的薄板坯的浇铸。根据现有技术，通常发生在铸坯导辊的上、下侧之间的铸坯压下在如今的试验条件下最高达60％，在这里就是在200mm长的变形区内将50mm厚的板坯压薄到20mm，在生产条件下所述铸坯压下量最高达38.5％，在这里就是在位于结晶器下方的约2m长的0段内将65mm厚的铸坯压薄到40mm。在这两种情况下，最高浇铸速率为6m/min。
对本发明的描述是以在结晶器出口处的厚度为100mm、凝固厚度为80mm的薄板坯为例的。本发明拟定了在浇铸速率例如为6m/min和10m/min的情况下、当薄板坯凝固时在铸坯导辊机架内的铸坯压下方式和压下量分配方式。
在表1和表1.1中，与现有技术对比地列出了本发明的主要工艺参数和设备参数。表1示出了在6m/min的浇铸速率下的参数，表1.1示出了在10m/min的浇铸速率下的参数。
在这两张表中，当铸坯凝固时，20mm的坯厚总压下量在0段和其余的1-13段内的分配情况是变化的。在表中，现有技术是由完全在0段内进行的20mm坯厚总压下量(即栏1中的19号-22号)来表示的。在此可以明显地看到，在浇铸速率从6m/min升高到10m/min的情况下，在3m长的0段内由铸坯压下或无锭轧制引起的铸坯压下速率进而有效的坯壳变形速率由0.67mm/s提高到1.11mm/s。
栏2、3、4中的19-22号、23-28号以及29-34号示出了本发明的解决方案，它通过在0段和1-n段间再分配20mm的坯厚总压下量而产生了大幅度减小坯壳变形量的效果，其中在1-n段内的压下可被称为“软压下”。现在用以下例子来进一步描述所述再分配情况：
-在0段内压下15mm，在1-n段内压下5mm，见栏2的19-28号
-在0段内压下10mm，在1-n段内压下10mm，见栏3的19-28号
-在0段内压下5mm，在1-n段内压下15mm，见栏4的19-28号
-在0-n段内压下20mm，见29号-34号。
现在，在20mm坯厚总压下量和10m/min浇铸速率的情况下，压下速率和有效的坯壳变形量从1.11mm/s(0段内压下20mm，现有技术，栏1的21号)降低到0.114mm/s(0-13段内压下20mm，33号)。当将一部分压下量从0段转入1-13或1-n段(n取何值要视浇铸速率而定)时，将对铸坯进行的加工量在坯壳增厚的情况下加重了。因此，本发明考虑到要计算出在位于0-n段间的整个铸坯导辊段(即直到紧接在最终凝固之后)内的坯厚总压下量的最佳分配，同时也考虑了坯壳厚度。在凝固期间内，以平方根函数方式在1-n段区内进行“软压下”或在0-n段区内进行“软压下”，从而有利地实现了上述设想。
图1-7与现有技术对照地具体示出了本发明。
图1用图表1和2示出了这样一种情况，即当连铸速率为10m/min时，结晶器中的铸坯厚度为100mm而铸坯凝固厚度为80mm,20mm的坯厚总压下只在“0段”内进行即无锭轧制(图表1)，或者在“0段”内的压下量为10mm(无锭轧制)而在1-13段内的“软压下”量(图表2)为10mm。还示出了在连铸机中的铸坯的钢相，如：
-过热相(1)，它是因其液相线最低点而著称的纯熔融相或熔透区(1.1)，
-具有固相线最低点的熔融物/结晶(2)双相区，液穴顶点(2.1)在30m长的铸坯导辊段后，所述铸坯导辊段是由约1.2m长的结晶器、3m长的0段、总共26m长的1-13段构成的，和
-固相或坯壳(3)。
纯熔融相或熔透区位于0段区内，其中在0段内采取2×10mm或20mm的坯厚压下或无锭轧制，而在后续1-13段内不进行压下或轧制(这是现有技术的内容，见图表1)，或者在0段内无锭轧制2×5mm或10mm，接着在1-13段内“软压下”10mm(这是本发明的一部分，见图表2)。在0段内的坯厚压下是在3m内线性进行的，所述0段例如是被设计成在其出口处配有两个夹紧装置如液压缸14的夹坯段；在1-13段内的压下可以在每段内分步进行，也可以在整个段内线性或非线性地(即例如以平方根函数方式)连续进行。在图2中，10mm的坯厚压下量在1-13段(“软压下”)区域内是线性分配的。
在本发明(图表2)中，衡量坯壳变形的坯壳压下速率mm/s与现有技术相比(图表1)可被大大降低，如以下值所示：
-现有技术，图表1：在0段内无锭轧制20mm，压下速率为1.11mm/s；在1-13段内无“软压下”，压下速率为0
-本发明，图表2：在0段内无锭轧制10mm，压下速率为0.56mm/s；在1-13段内软压下10mm，压下速率为0.064mm/s。
关于在避免内表面和顶面开裂的情况下可实行的铸坯变形，在0段和随后的1-13段之间分配坯厚压下量可能是最好的，并且可以选择随坯壳厚度增加而增大的最小坯厚待压下量。
对压下速率和坯壳负荷的分配结果列于表1和1.1以及图2和3中。图2示出了在20mm坯厚总压下量情况下单位铸坯导辊段内的坯厚压下量mm/m，单位铸坯导辊段内的坯厚压下量与在连铸速率为6m/min和10m/min情况下的0段内的不同压下量和在1-13段内的各相应的附加压下量有关。当把20mm坯厚总压下量线性地分配给整个-8或13段时，压下量(RL-6)和(RL-10)以及压下速率(RS-6)和(RS-10)采用以下值：
-单位铸坯导辊段内的压下量(RL-6)为1.168mm/m，当浇铸速率为6m/min时，压下速率(RS-6)为0.117mm/s
-单位铸坯导辊段内的压下量(RL-10)为0.685mm/m，当浇铸速率为10m/min时，压下速率(RS-10)为0.114mm/s。
这种分配具有最小的变形量并首先需要最高生产成本并在整个铸坯导辊段内进行“软压下”。在这两个极值间，即在20mm的坯厚总压下量被分配在0段内和20mm总压下量被分配给从0段到紧接在铸坯完全凝固后的铸坯导辊段内的情况下，用权利要求叙述本发明。
图4象图1那样示意地示出了在浇铸速率VG为6m/min(图3)和浇铸速率为10m/min(与图表3对比的图表4)情况下的、结晶器内厚度为100mm而凝固厚度为80mm的铸坯。在VG为6m/min的情况下，根据本发明，例如铸坯厚度压下量在0段内取10mm，在1-8段内(这与短凝固路程相对应的)取剩下的10mm。液相线最低点(1.2)在约1.8m处而液穴顶点在约18.12m处。由于坯厚压下量最大限度地只能在18.12m上进行且同时完成最终凝固，所以1-8段被用于压下坯厚。图4中的图表4象图1中的图表2那样示出了浇铸速率VG为10m/min情况下的铸坯情况。
在图4的图表3、4中所示的本发明浇铸条件的对比情况产生以下压下速率和坯壳负荷值：
-6m/min，在图4的图表3，本发明的实施例，
0段内压下10mm，压下速率为0.33mm/s，无锭轧制；
1-8段内压下10mm，压下速率为0.071mm/s，软压下
-10m/min，在图4的图表4中，本发明的实施例
0段内压下10mm，压下速率为0.56mm/s，无锭轧制；
1-13段内压下10mm，压下速率为0.064mm/s，软压下。
这个对比情况清楚地示出：压下量分配也是浇铸速率的问题，而且根据液穴顶点位置即浇铸速率，压下量及其在1-n段或0-n段内的分配是同关系到浇铸安全性和铸坯质量的最佳浇铸条件相适应的。
在图5中，根据本发明(图表6)而以立弯式连铸设备为例地且与现有技术(图表5)对比地示出了：在最高浇铸速率为10m/min的情况下，由于弯曲变形和铸坯压下在0段和1-13段内的铸坯压下分配对铸坯内变形产生的影响与铸坯导辊段的关系。
表示现有技术的图5的图表5与临界变形量(D-Gr)对比地示出了在浇铸速率(Vg-10)最高为10m/min情况下的铸坯内变形与铸坯导辊段的关系。在结晶器出口处，铸坯在0段内不仅承受由在0段内无锭轧制(D-Gw)引起的变形，而且承受由弯曲过程(D-B)造成的变形。这两种变形叠加成总变形(D-Ge)，总变形高于临界变形(D-Gr)，因而是很危险的。超过临界变形导致液/固相界处的内裂并同时造成铸坯质量缺陷和浇铸安全性降低。由于当在4段内从内圆弧位置将铸坯反弯入水平位置时造成铸坯变形，所以铸坯承受的内变形进一步提高，但这可能不危险，这是因为在设计设备时如此选择反弯点数目，即反弯过程在最高浇铸速率下不会在易裂钢材的坯壳中引起临界变形。
图5中的图表6以立弯式连铸设备(图6)为例示意地示出了本发明工艺特征。坯壳(3)内变形在非凝固期间内即从结晶器出口到机架13末端的距离内是危险的。根据本发明这是通过将20mm的坯厚总压下量如分配给0段10mm(D-Gw)以及1-13段10mm(D-SR)而得以确保的。此外，弯曲过程和与之有关的变形(D-B)发生O段至1段内，以便不再额外加大虽有所降低但仍然很高的、例如由无锭轧制10mm引起的0段内变形量(D-Gw)。由于在1-13段内发生的、如由软压下10mm引起的变形(D-SR)较小，所以当在4段内反弯铸坯时实际上不会加大变形(D-R)，即(D-Gw)大约大于或等于(D-R)。
图6示出了一种用于浇铸结晶器出口处厚度为100mm而凝固厚度为80mm的板坯的、且最大浇铸速率为10m/min的立弯式连铸设备，本发明例如可用于这种设备。这种设备具有图1-5所示工艺特征。此连铸设备除中间包(V)和浇口杯(Ta)外还包括：
-一个约1.2m长的、最好在水平方向上成凹形的立式结晶器(K)；
-一个3m长的0段，它为了无锭轧制或铸坯减厚而最好配置成夹坯段并在其出口处配有两个液压缸(14)，
-具有5个弯曲点的1段，
-带约4m半径的内圆弧的2段和3段，
-利用5个反弯点(24)将铸坯从内圆弧反弯入水平位置的4段，
-在连铸机水平区内的5-13段。
这种浇铸速率最高达10m/min的、最大生产能力大约为3mio/t/a的连铸机结构是当采用本发明时的最有利方案，其中在凝固过程中出现了铸坯的最小变形量。
为了根据本发明而利用所述1-13段有利地实现所述铸坯压下方法，原则上应该象图7所示那样构成铸坯导辊段的结构。一段最好由奇数个如3、5、7、9个辊对(15)构成，所述辊对包括上辊(16)和下辊(17)。此外，各段交替地由一个被驱动的辊对(18)和两个在上辊(17)区与液压系统(19)相连的不受驱动的辊对(21)构成，利用液压系统(19)调节辊对的位置和工作力，辊对(21)配有一个可使上工作面的辊对在浇铸方向上摆动如±5度的机械装置(22)，这是为了能够在各种浇铸条件下当铸坯压下量已确定时确保铸坯形状地引导铸坯。
在各种铸坯压下量分配方式、各种浇铸条件和各种钢材的情况下，关于钢材内裂敏感性即临界变形量和每个辊对采用的最少液压系统，1-13段的结构导致最佳铸坯导辊段。所以，每个辊对采用0.66个液压系统。在最大限度地从工艺和质量上影响铸坯和其表面和内部质量的情况下，每个辊对采用0.33个受驱动辊对显示出了最紧凑的机械结构，即例如显示出最紧凑布局和在位于受驱动辊对之间的坯壳内的最小拉应力积累。
以薄板坯为例对本发明进行了描述，但关于方法和装置，本发明也可以相应地转用于其他连铸设备如板坯生产设备、大方坯生产设备和用于正方形坯或圆坯的型坯生产设备。表1浇铸速率6m/min栏 1 2 3 4 51铸坯厚度(mm) 1002凝固厚度(mm) 803结晶器金属长度(m) 14 0段长度(m) 35 1-13段长度(m) 266整个铸坯导辊段长度(m) 307凝固时间(min) 3.028凝固时间(s) 181.29浇铸速率(m/min) 6.010铸坯金属长度(m) 18.1211凝固时间，进入0段(min) 0.16712凝固时间，进入0段(s) 10.013坯壳厚，进入0段(mm) 9.414铸坯在0段内的停留时间(min) 0.515铸坯在0段内的停留时间(s) 30.016凝固时间，走出0段(min) 0.66717凝固时间，走出0段(s) 40.0218坯壳厚，走出0段(mm) 18.7819 0段内压下量(mm) 20 15 10 5 020 0段内压下量(％) 20 15 10 5 021压下速率(mm/s) 0.67 0.5 0.33 0.17 022单位铸坯导辊段(米)内的压下量(mm/m) 6.67 5.0 3.33 1.67 023 1-n(8)段内的软压下(mm) 0 5 10 15 2024其余凝固时间(min) 2.35325其余凝固时间(s) 141.1826软压下速率(mm/s) 0 0.035 0.071 0.106 0.1427其余凝固金属长度(m) 14.1228其余凝固段(米)内的软压下(mm/m) 0 0.35 0.71 1.062 1.4229 0-n(8)段的软压下(mm) 2030 0-n段内的凝固时间(min) 2.85331 0-n段内的凝固时间(s) 171.1832 0-n段，金属长度(m) 17.1233 0-n段，软压下-速率(mm/s) 0.11734 0-n段，凝固段(米)内的软压下(mm/m) 1.168表1.1浇铸速率10m/min栏 1 2 3 4 51铸坯厚度(mm) 1002凝固厚度(mm) 803结晶器金属长度(m) 14 0段长度(m) 35 1-13段长度(m) 206整个铸坯导辊段长度(m) 307凝固时间(min) 3.028凝固时间(s) 181.29浇铸速率(m/min) 10.010铸坯金属长度(m) 30.2011凝固时间，进入0段(min) 0.1012凝固时间，进入0段(s) 6.013坯壳厚，进入0段(mm) 7.314铸坯在0段内的停留时间(min) 0.315铸坯在0段内的停留时间(s) 18.016凝固时间，走出0段(min) 0.417凝固时间，走出0段(s) 24.018坯壳厚，走出0段(mm) 14.5519 0段内压下量(mm) 20 15 10 5 020 0段内压下量(％) 20 15 10 5 021压下速率(mm/s) 1.11 0.83 0.56 0.28 022单位铸坯导辊段(米)内的压下量(mm/m) 6.67 5.0 3.33 1.67 023 1-n(8)段内的软压下(mm) 0 5 10 15 2024其余凝固时间(min) 2.6225其余凝固时间(s) 157.226软压下速率(mm/s) 0 0.032 0.064 0.095 0.12727其余凝固金属长度(m) 26.228其余凝固段(米)内的软压下(mm/m) 0 0.19 0.38 0.57 0.7629 0-n(8)段的软压下(mm) 20.030 0-n段内的凝固时间(min) 2.9231 0-n段内的凝固时间(s) 175.232 0-n段，金属长度(m) 29.233 0-n段，软压下-速率(mm/s) 0.11434 0-n段，凝固段(米)内的软压下(mm/m) 0.685
Claims (28)
1．一种在连铸时生产铸坯的方法，所述铸坯的横截面在凝固时被缩小，其特征在于，在一个特别是振荡式结晶器中浇铸铸坯，并在直接位于结晶器下方的铸坯导辊段的最短长度内线性地压下即无锭轧制铸坯横截面，随后在其余铸坯导辊段内最大限度地在最终凝固前或液穴顶点前继续压下即“软压下”铸坯横截面。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，在方形铸坯尺寸情况下，最好通过厚度方向上的压下来缩小铸坯横截面。
3．如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，铸坯厚度在结晶器出口处被压下最高达铸坯厚度的60％。
4．如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，最好将凝固厚度为120mm的薄板坯压到50mm。
5．如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，在最高浇铸速率的情况下，在无锭轧制中通过将总压下量分配给紧接在结晶器下的无锭轧制和在其余铸坯导辊段内的“软压下”而以小于1.25mm/s的速率压下铸坯厚度。
6．如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，在浇铸速率最高为12m/min的情况下进行连铸。
7．如权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，在“软压下”过程中，铸坯厚度在凝固段内线性减小。
8．如权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，在“软压下”过程中，铸坯厚度在整个凝固段内非线性地且最好以平方根函数的方式减小。
9．如权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，在从结晶器出口开始而最远到紧接在液穴顶点后的区域内，总压下量连续线性地减小。
10．如权利要求1-9之一所述的方法，其特征在于，在“软压下”区内，从垂直位置转入立弯式连铸设备的内圆弧段地弯曲铸坯。
11．如权利要求1-10之一所述的方法，其特征在于，只在垂直铸坯导辊段内进行无锭轧制，而液相最低点在最高浇铸速率下未超出铸坯导辊段。
12．一种实施如权利要求1-11之一所述方法的连铸设备，它包括压下部件：
-振荡式结晶器(K)，
-在至少1m的长度内线性压下铸坯横截面最高达40％的0段，
-最远紧接在液穴顶点(2.1)后地压下(“软压下”)铸坯横截面的其余铸坯导辊段，
-在0段和其余铸坯导辊段内的铸坯横截面总压下量高达60％。
13．如权利要求12所述的连铸设备，其特征在于，为了浇铸方坯，段(0)和后续段(1-n)被设计用于以减小铸坯厚度方式减小横截面。
14．如权利要求12或13所述的连铸设备，其特征在于，在出口处压下铸坯厚度的0段配有两个定位-调力夹紧缸。
15．如权利要求12-14之一所述的连铸设备，其特征在于，0段压下铸坯厚度最高达100mm。
16．如权利要求12-15之一所述的连铸设备，其特征在于，段(1-n)在铸坯厚度调节中受到位置调整和工作力调整。
17．如权利要求12-16之一所述的连续设备，其特征在于，各段的辊对总数是奇数并至少为三。
18．如权利要求12-17之一所述的连铸设备，其特征在于，每第三对辊受到驱动。
19．如权利要求12-18之一所述的连铸设备，其特征在于，未受驱动的辊对(21)的上辊配有一个定位-调力夹紧缸。
20．如权利要求12-19之一所述的连铸设备，其特征在于，未受驱动的辊对(21)的上辊及其工作缸(20)配有一个使辊在浇铸方向上最好摆动±5度的装置(22)。
21．如权利要求12-20之一所述的连铸设备，其特征在于，0段垂直设置，其长度最大为5m。
22．如权利要求12-21之一所述的连铸设备，其特征在于，第一后续段(1)具有至少一个将铸坯从垂直位置弯曲入圆弧段的弯曲点。
23．如权利要求12-22之一所述的连铸设备，其特征在于，在至少段(2-n)的一个段内设有至少一个用于将铸坯从圆弧段矫直地转入水平位置的铸坯反弯点(24)。
24．如权利要求12-23之一所述的连铸设备，其特征在于，铸坯导辊段的水平部分至少4m长。
25．如权利要求12-24之一所述的连铸设备，其特征在于，结晶器壁被设计成凹形。
26．如权利要求12-25之一所述的连铸设备，其特征在于，为了浇铸而采用了一个浇口杯(Ta)和脱模剂。
27．如权利要求13-26之一所述的连铸设备，其特征在于，结晶器宽口侧在水平方向上成凹形且其凹形逐渐向结晶器出口缩小。
28．如权利要求13-27之一所述的连铸设备，其特征在于，结晶器窄侧在水平方向上成凹形。
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