CN1228724A - 薄金属产品的连铸方法及实现该方法的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于连铸薄金属产品的方法,该方法包括:预加热一对用于由一对反向旋转的辊子(l,2)构成的熔融金属池的侧部密闭件的耐火材料板(7)的操作,和使所述一对极(7)靠向所述一对辊(1,2)的端部侧面的操作,其特征在于,它包括:在板(7)的表面和所述辊(l,2)端部的周边部分之间的接触弧处,向所述一对极(7)施加一个受控的弹性或弹性/塑性变形的操作,和在整个铸造过程中,控制所述一对板(7)的弹性和/或弹性－塑性变形,以便使板(7)和辊(l,2)端部的表面磨损最小化,并确保保持所述辊(l,2)和所述板(7)之间的预定距离小于一个预定值,并使熔融金属在所述板(7)和所述辊(1,2)的端部之间泄漏的发生最小化。

Description

一种用于连铸薄金属产品的连铸方法及实现该方法的设备

本发明涉及一种用于连铸薄金属产品的工艺及实现该工艺的设备，更具体地说，本发明涉及一种改进的连铸方法和由两个反向旋转辊构成的适于实施该方法的设备。

具有反向旋转辊的金属带材连铸设备在现有技术中是已知的。利用这种设备，可从传统的技术一为获得厚度在150mm至250mm范围内的扁平轧材，通常需要经过进一步的热轧，并且可能还要经过后续的冷轧，一跃而变成所谓的“带坯连铸”技术。这种技术可以获得厚度小于lOmm的扁平轧材或带材，随后可对其进行热轧／冷轧。

最近，上述技术已经被用于带钢生产。特别的，根据更广泛的“带坯连铸”技术，即，所谓的“双辊”技术，提供了在由一对反向旋转的铸辊所确定的熔池中铸造熔融金属，例如钢的方案，所述铸辊在其内部被冷却，并且它们的纵轴相互平行地水平设置，以大致等于铸造带材的厚度的距离相互间隔开，所述铸辊还有一对由耐火材料制成的密闭侧壁或挡板，它们被设置在与所述辊子的端面相接触的位置上。

在侧壁或挡板与辊子之间的滑动接触必须确保熔融金属不会从其间泄漏。这使得所述侧壁或挡板和辊子的端面要经受特别严峻的操作条件。

改变侧壁或挡板的最初几何形状的显著热变形是由预加热引起的，所述预加热在两个时间进行：即，在实际的稳态铸造之前的启始操作期间，在侧壁或挡板抵靠辊子端面之前及之后。

这种预加热的需要是源于使侧壁或挡板上不希望出现的钢水凝固发生的可能性减少到最小的需要，如果在铸辊间发生这种凝固，则将在带材上造成不能接受的缺陷并使侧壁本身受到损伤。

另外，在铸造时辊子在其径向和轴向上也要经受热变形，这将改变它们的与侧壁接触的端面的形状。

这是由于在最初的一瞬间和在铸造期间丧失了两个表面，即，一个侧壁和一个辊子端面在室温下处于同一平面的条件。这将导致形成沿两表面的结合区域的缝隙，及随之发生的金属的泄漏。

金属的泄漏或溢出必然导致在生产时沿带材产品的边缘的缺陷和不均匀，在最严重的情况下，这可能导致车间停产。

而且，侧壁和辊子端面的配合表面将由于它们之间的相对运动和支撑压力而受到磨损。

这种磨损将降低组件的使用寿命并增加成本；并且将更大地增加为保持所述表面的配合所施加的接触力。

为了克服这种不便，已经作出了多种发明。作为例子，在公开的欧洲专利申请No 546206和No 698433中，公开了这样的内容：使侧壁与辊子的端面相抵接成一个刚性体，并且由一个金属板支撑各侧壁的背面，在金属板上施加推力，该推力于是分布于侧壁的整个表面上。按照这种方式推靠在辊子端面上的侧壁或挡板会受到与辊子端面接触的部分的磨损，并因此经受整个侧壁的前移，直到当侧壁或挡板的整个滑动面已经到达辊子端面的反向表面的相同形状时为止，由此试图确保防止熔融金属熔透和泄漏。

然而，这些方法具有下列缺点：

a)推力最初只局部作用在侧壁和辊子端面之间的接触区域上，而且压力的局部值不能被提前确定并且可能非常高，可能导致耐火材料的断裂和与之相关的磨损；

b)需要一定的时间，以便使侧壁的表面磨损并从而与辊子的端面相匹配(例如在上述欧洲专利申请N0 546026中提到，在开始铸造作业之前，需要0．5到1分钟的时间)。

因而，在预加热步骤之后使侧壁与辊子的端面抵靠，随之由于辊子的端面通常被冷却而使侧壁或挡板的温度降低。这是由于这样的步骤必须尽可能地短，以便避免侧壁的过度冷却，因为这将导致侧壁表面上的熔融金属凝固；

c)在铸造的最初阶段，熔融金属与辊子和侧壁的接触导致这些部件及接触表面非常快地变形。这种变形损害了辊子端面和侧壁表面之间的配合。因此需要再次等待侧壁表面的磨损，直到到达一个可以实现配合的新的形状为止；

d)采用其背面由一个金属板支撑的耐火侧壁使得从一个与熔融钢水接触的表面相对的表面对侧壁加热变得非常困难。这是由于这些侧壁必须从预定用于盛放熔融金属的空间的内部进行加热，加热设备必须在铸造开始之前收回(见欧洲专利申请No 698433 A1)。在缩回加热装置和开始铸造板材之前的时间内，侧壁被冷却。此外，没有提到在铸造过程中可能对侧壁加热。这增加了钢材在侧壁上产生不希望有的凝固的危险和由此可能损伤侧壁的危险。

因而，虽然在本领域中提出了这些改进，但对铸腔中的熔融金属的密闭，侧壁的过度磨损，铸带边缘的质量，及甚至使连铸过程停止等问题都远没有解决。

因此，本发明的目的是通过提供一种根据这里所公开的方法改进的、用于连铸薄型材料的方法和设备，使由上述问题造成的影响减到最小，以便减少熔融金属在侧壁或挡板表面和辊子端面之间泄漏的可能性，并同时减少侧壁表面和辊子端面的磨损。

本发明的另一个目的是大大减少与铸造产品的边缘有关的缺陷。

本发明的又一个目的是使由于在侧壁和辊子端面之间的泄漏而引起的连铸过程停止的可能性减少到最小，同时，使钢水在侧壁上凝固的可能性减少到最小。

根据本发明，提供了一种用于连铸薄金属产品的方法，包括以下操作：对至少一对用于限制一空间的侧部的耐火板预加热，熔融金属池就位于所述空间中；和使所述至少一对耐火板与相互平行布置并间隔开一定距离的一对辊子的端面贴靠，所述间隔距离大于它们的半径的总和并且基本上与铸造产品的厚度相对应，其特征在于：以借助于一个代表侧壁和辊子的特性的数学模型预先收集和处理的数据为基础，采用在相同试验条件下所采用的侧壁和辊子的相同物理、化学及几何特性，与侧壁表面和所述辊子端面的周边部分之间的接触弧相应地，在所述至少一对侧壁上施加一个受控的弹性和/或弹性塑性变形；以及

对在整个铸造过程中的所述弹性和/或弹性塑性变形施加一个控制，以便将侧壁和辊子端面的表面磨损减少到最小，从而保证所述侧壁和所述辊子端面之间的接触，或至少保持所述侧壁和所述辊子端面之间的距离小于一个预定值，同此将熔融金属在所述侧壁和所述辊子端面之间泄漏的发生减少到最小。

进而，本发明提供了一种改进的用于连铸薄金属产品的设备，包括：一对相互平行设置的反向旋转辊，和一个设置在所述一对辊子的各端面上的侧部密闭装置，其中，所述侧部密闭装置包括一个金属框架和一个装在所述框架内的耐火材料板，

其特征在于，所述侧部密闭装置还包括：

整体地设置在位于所述耐火材料板背面的所述框架上的推力装置，该推力装置与所述板和所述辊子端面之间的接触孤相一致；

设置在所述框架上、用于所述耐火材料板的加热装置，所述加热装置即适用于预加热，也适用于在整个铸造过程中对所述板进行加热；以及

与所述推力装置相关联地用于检测所述板的变形的装置，

并且，其中包括一个控制单元，其输入侧连接到一个数据输入装置上，其输出侧连接到所述辊对和所述侧部密闭装置上。

下面，通过非限制性的例子和附图，参考实施例对本发明作更深入的讨论，其中：

图1是根据本发明的设备的透视图；

图2是根据本发明的侧部密闭装置的示意剖视图；

图3是图2所示例部密闭装置的示意主视图。

参考示意并透视地表示根据本发明的设备的附图l，

该设备按照传统方式包括相互平行布置并间隔一定距离的反向旋转的辊1和2，所述距离大于辊子半径之和并大致对应于铸件的厚度，还包括一对作为侧部密闭装置、分别靠着所述辊子l、2的端面设置的壁3和4(下面将更深入地进行披露)。

这样，形成一个在辊子1和2及壁3和4之间确定的空间，该空间可容纳熔融金属5，随后，熔融金属凝固成扁平的带状产品6。

参考图2，图中示出了根据本发明的侧部密闭装置的剖面示意图。

由于侧部密闭装置具有对称性，为了简单起见，仅对一个侧部密闭装置进行描述。

该侧部密闭装置包括一个例如由碳化硅(SiC)的耐火材料制成的板7，该耐火材料板被放入一个支撑结构件8，例如一个硅一铝土铸件。它们的布局是这样的，板7在结构件8中自由移动，与辊子1和2的转轴平行。

所述结构件8是中空的，并且设有一对开口9和10，其中一个开口设置在顶部，而另一个开口设置在底部。所述开口9和10被布置成可与结构件8的外腔和内腔连接。

装有前述板7的结构件8被设置在第一金属框架中，该第一金属框架也设有一个在其顶部的开口12和一个在底部的开口13，开口12和13分别与所述开口9和10重合。

另外，框架11被安排用于滑动地接收九个陶瓷圆柱体14(图中只表示出了四个)，从而所述圆柱体14从结构件8的内部穿过，并且该圆柱体14的端部中的一个与板7的内表面接触，而它们的相对端凸出到框架11之外。

此外，所述框架11带有一个燃烧器15，该燃烧器穿过结构件8并伸入中空部，将此燃烧器布置成使其火焰指向板7的内壁，并对其局部起作用，以便使其温度高于1000℃。通过这种安排，分别通过两个开口9和10在外部传送燃烧器的燃烧烟尘，如图中箭头所示。

按照这种方式装配的框架11被螺栓17固定到第二框架16上。所述框架16的内部设有九个油压缸18(在图中只表示出了四个)，它们通过其活塞杆19与所述陶瓷圆柱体14相接触，由此向后者传递它们的推力。

另外，将各油缸18连接到一个位置传感器20上。各传感器20被安置成用于通过参考各活塞杆19则检测板的局部磨损。

框架16的底部可滑动地装在一个导向装置21上，从而由于固定到所述框架16上的油压缸22的分别移动，该框架可根据图中的箭头水平移动。

参考图3，该图是表示根据本发明的侧部密闭装置的主视图。

可以理解，九个陶瓷圆柱体14和各油缸18(在图中示意地表示)如此设置，以便使它们分别对板7和辊子l、2的端面的周边进行操作。

在连铸过程中，靠在壁3和4上的油缸18的整个推力系统由一个控制单元控制，由于该控制单元属于已有技术，所以为了简单起见，未在图中表示出来。

所述控制单元通过一个数据输入装置在其输入端接收所有需要的信息，所述信息是通过一个代表具有相同的化学和物理特性的板和辊子的数学模型并在相同的操作条件下事先获得的和真数据一样的数据。因而，一旦所述数据已经被处理，所述控制单元便将其传送给油缸和其它辅助设备，以便获得一个在整个连铸过程中推力的大小和时间局部可变的系统。

所述推力系统是根据基于对于一个给定类型的板的有限元算法的数学计算方法来确定的。这种方法对在生产过程中的几个阶段，即在壁部的预加热阶段、壁部与辊子贴靠的阶段、铸造开始阶段及在稳态下进行铸造的阶段，各板和辊子上的热应力和机械应力进行解析。

此外，在整个过程中，通过局部感测板子上的温度，对模型进行了调整。通过这种解析，人们可获得针对瞬变状态中获取的任何热量分布的板变形的表示。

随后，可模拟与也发生了热变形的辊子端面的轮廓的接触，通过这种方式获得所涉及的板的变形的表示，用以确保防止熔融金属泄漏的密封。

当已经获得板的变形轮廓时，通过重复计算(属于现有技术的一部分)，可确定在不同步骤中施加到板的后壁上的力的系统，以便获得对熔融金属的泄漏具有最大密封作用且磨损最小的轮廓。

为此，开发出了一种三维模型，用于计算沿板和辊的整个接触弧的位移。所采用的坐标是由三个垂直轴x、Y、z构成的参考系，其原点位于辊子之间的最小距离点(接触点)上，Z轴平行于辊轴，Y轴沿着板的对称面。

下面，将利用根据上述模型所获得的对该板的力学系统的计算方法，给出一个连铸过程的实验性实现的说明例。

例子

所采用的侧部密闭装置包括沿辊和板之间的接触弧具有35mm厚的碳化硅(SiC)耐火材料板。

并且，所用反向旋转辊具有下述特征：

辊宽            800mm

辊径            1500mm

辊套            铜合金

最大圆周速度    100m/min

利用水的强制循环对辊子的内表面进行冷却。

为了对模型进行计算和处理操作，采用了一个有限元算符(ANsYS)。对于模型网格的三维图解，采用了对热的计算的算符ANSYS SOLID 70、对热和力学计算的算符sOLID 45和CONTACT 49的单元。

随后，在开始铸造过程之前，板已经被加热到1200℃，并且在整个过程中保持对背面的加热。

根据数学方法的处理，下述力的系统已经被施加给壁部：

a)从贴靠到板后壁上的阶段起10秒钟之后，施加下述的力：

F=120kgf，与下部区域一致；

F=60kgf，与上部区域一致；以及

F=120kgf，与中间区域一致，从而获得在板的端部和与下部区域一致的0.07mm的缝隙及与中间区域一致的0.04mm的缝隙之间的辊端面接触。

b)在铸造阶段，施加下述的力：

F=100kgf，与下部区域一致；

F=100kgf，与上部区域一致；以及

F=290kgf，与中间区域一致；从而获得辊子的接触，或在辊子和板之间小于0.1 mm的任何距离。

在过程的结尾，已确定出在铸造lmm/km带材的整个过程中板的表面的磨损量；它表明对于小厚度的连铸过程，即通常铸带的值达到大约5m/／km，磨损量显著下降。

Claims (8)

1．一种用于连铸薄金属产品的方法，包括下述操作：对至少一对用于一熔融金属池的侧部密闭件的耐火板(7)进行预加热，熔融金属池由一对反向旋转的辊(1，2)构成，所述辊子相互平行地布置并间隔一定的距离，所述间隔距离大于它们的半径之总和并且大致与金属产品的厚度相对应；所述的至少一对板(7)靠向所述一对辊子(1，2)的各端部侧面，

其特征在于，它还包括下述操作：

以借助于一个代表所述板和辊子的特性的数学模型预先收集和处理的数据为基础，在相同试验条件下所采用的板和辊子的化学一物理特性及几何特性相同的情况下，与板(7)的表面和所述辊子(1，2)端部的周边部分之间的接触弧相应，在所述至少一对板(7)上施加一个受控的弹性和/或弹性塑性变形；以及

在整个铸造过程中对所述至少一对板(7)的弹性和/或弹性塑性变形进行控制，以便将板(7)表面和辊子(1，2)的端面的磨损减少到最小，同时保证所述辊子(1，2)和所述板(7)之间的距离保持小于一个预定值，并使熔融金属在所述板(7)和所述辊子(1，2)的所述端部之间泄漏的发生降到最小。

2．如权利要求l所述的连铸薄金属产品的方法，其特征在于，所述的对至少一对板施加一个受控的塑性和/或弹性．塑性变形的操作，和在整个铸造过程期间控制所述至少一对板(7)的弹性和/或弹性．塑性变形的操作，包括使用推力装置和使用加热装置。

3．如前述一个或更多权利要求所述的方法，其特征在于，所述板(7)和辊(1，2)的端面之间沿它们的整个接触弧的所述预定距离值被保持小于0.1mm。

4．一种用于改进的连铸薄金属产品的设备，包括：一对相互平行设置、其间距离大于它们的半径总和并与所述金属产品的厚度大致一致的反向旋转辊(1，2)，和一个设置在所述一对辊子(1，2)的各端部侧面上的侧部密闭装置(3，4)，其中，所述侧部密闭装置(3，4)包括一个金属框架(11，16)和一个装在所述框架(11，16)内的耐火材料板(16)，

其特征在于，所述侧部密闭装置还包括：

紧密连接到位于所述耐火材料板(7)背面的所述框架(11，16)上的推力装置(14，18)，该推力装置与所述板(7)和所述辊子(1，2)端面之间的接触弧对齐；

刚性地设置在所述框架(1l，16)上、用于所述耐火材料板(7)的加热装置(15)，所述加热装置被设置成用于预加热所述板以及用于在整个铸造过程中加热所述板；

并且，所述设备包括一个控制单元，其输入侧连接到一个数据输入装置上，其输出侧连接到所述一对辊(1，2)和所述侧部密闭装置上。

5．如前述权利要求所述的用于连铸薄金属产品的设备，其特征在于，所述控制单元被设置用于在其输入侧接收来自数据输入单元的数据，所述数据在采用的板和辊子的化学．物理特性及尺寸特性相同的情况下并在相同的试验条件下通过一个代表板和辊子的特性的数学模型获得，并且，在整个连铸过程中，当所述数据已被处理之后，从其输出侧可对所述辊对(1，2)，所述推力装置和所述加热装置进行控制。

6．如权利要求4或5所述的连铸薄金属产品的设备，其特征在于，所述推力装置包括：

多个陶瓷圆柱体(14)；

多个固定在所述框架(11，16)上并与所述陶瓷圆柱体(14)同轴的油压致动器(18)；其设置要使得，对于所述致动器(18)的每个和任意一个位移，对应一个相应的陶瓷圆柱体(14)的位移。

7．如权利要求4至6之一所述的连铸薄金属产品的设备，其特征在于，所述加热装置包括至少一个设置在所述框架(11，16)上的燃烧器(15)，并且使其火焰指向耐火材料板(7)的背面。

8．如权利要求4至7中任意一项所述的薄金属产品的连铸设备，其特征在于，它进一步包括用于检测所述板(7)的变形的装置(20)，该装置与所述油压致动器(18)相关联。

9．如权利要求8所述的薄金属产品连铸设备，其特征在于，所述的用于检测变形的装置是位置传感器。

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