CN1230909A - 连铸机 - Google Patents

Abstract

用于将钢水连铸成铸件的连铸机包括一个构成了一个熔融金属熔池的结晶器,在此结晶器中通过一个浇注机构的出口浇注钢水并且使至少部分金属凝固,其中连铸机配有用于控制钢水流动且对进入结晶器后的钢水起作用的控制装置,从而在结晶器内的钢水的流动形态相对于结晶器的至少一个对称平面基本上是对称的。

Description

连铸机

本发明涉及一种连铸熔融金属用的连铸机。本发明尤其是涉及一种将钢水铸成铸件的连铸机，它包括一个形成了熔融金属液池的结晶器，在此结晶器中通过一个浇注机构的出口浇注熔融金属并且使至少部分金属凝固。本发明还涉及一种适用于这种连铸机的结晶器和用于这种连铸机的工作方法。

本文所称的连铸机可以是任何一种已知的连铸设备，如用于浇注约250mm厚板坯的传统连铸机或用于浇注最厚约为150mm的且例如为50mm～100mm厚的板坯的薄板坯连铸机。

尽管不局限于薄板坯连铸机，但尤其是在金属快速流入结晶器的这种连铸机中出现了熔融金属在结晶器内不稳定流动和/或不对称流动的问题。最常见地是通过一个浸入式浇口将熔融金属从一个中间包注入结晶器内，所述浸入式浇口用作与中间包相连的且进入结晶器的浇注机构。浇口的中心线大致与结晶器的中心线对齐。

上述类型的连铸机在本领域中是众所周知的，例如WO95/20445就公开了这样的连铸机。适用于这种连铸机的结晶器和浇口已经由WO95/20445公开了。EP0685 282披露了浇口的另一个实施例。

实际上，事实表明：熔融金属在进入结晶器后形成了大小和形状不同的环流。在浇口具有单个出口的情况下，在浇口任何一侧的垂直平面内出现了两个环流，即一个小环流和一个大环流。环流延伸至弯月形金属液面并造成其扰动，这种扰动对两个环流中的每个环流来说是各不相同的。对这两个环流来说，通过循环的熔融金属传给浮动于熔池表面上的浇注粉剂的热量和浇注粉剂的温度是不同的。因此，浇注粉剂对熔融金属向激冷结晶器壁进行热传递的影响是不一致的。在结晶器的壁和金属间的浇注粉剂的润滑效果方面同样存在这种情况。环流可能也导致了将浇注粉剂和其它夹杂物夹带入熔融金属池中。除了表面缺陷和体积缺陷外，结果还造成了连铸薄板坯的温度不均匀，并且由于各环流位置的不可预见性，所以温度分布是不可预测的，这最终造成了铸坯的厚度不均匀或换句话说造成了铸坯的形状缺陷。

在通过连续或半连续过程浇注、热轧或在某些情况下铁素体轧制钢材的现代钢铁生产厂中，没有或只有很有限的可能性来修正铸坯的形状。因此，在这种生产厂中的铸坯形状控制是一个特殊的问题。

尽管在结晶器内的不稳定和不对称的流动问题是相对于薄板坯铸造来进行描述的，但是这个问题也出现在厚板坯铸造设备中。

现有技术中寻求解决方案的方向是浇口及其出口的形状。人们提出了许多用于出口形状、其相对浇口纵轴的角度和浇口底部形状的方案。在薄板坯中，这需要结晶器成漏斗形状。

沿着上述方向研究下去没有产生能够解决上述问题的令人满意的解决方案，而且尤其是没有找到一种适用于与各钢种和铸件尺寸有关的各种铸造条件的解决方案。

本发明的目的是提供一种连铸机，利用该连铸机可以消除或至少明显减轻这些问题并可以获得其它优点。

上述目的是通过具有这样特点的连铸机实现的，即所述连铸机配有用于控制和/或引导熔融金属的流动且在熔融金属进入结晶器后如此对熔融金属起作用的控制装置，即结晶器内熔融金属的流动形态相对于结晶器的至少一个对称平面基本上是对称的。

本发明的出发点是很难获得理想的对称性和稳定性，这是因为结晶器内熔融金属的流动及其性能取决于许多因素如温度、熔融金属的化学成分、浇口形状的不规则性、在浇口工作寿命中因磨损和堵塞造成的浇口变化、在结晶器的整个冷却壁上的温度梯度、结晶器形状的误差。所有这些因素影响着结晶器内的流动，并且由于各因素是很难控制或预测的，所以很难通过选择浇口的形状来控制或预测流动。

根据本发明，设有这样的控制装置，即它产生了对称流动，或者换句话说，它通过在熔融金属经浇口进入结晶器后控制和/或引导熔融金属的流动而在结晶器内并最终在铸坯的未凝固部分中造成了对称的且基本上相同的环流。

根据本发明，主要不是通过选择浇口及其出口的形状来力求修正熔融金属的不对称或不稳定的流动状态，而是通过影响在结晶器内且最终在铸坯的未凝固部分中金属的最终流动来修正上述流动状态。

本发明的一个简单、不接触的且可靠的实施例的特点在于，控制装置包括至少一个磁制动装置且最好是一个电磁制动装置。

对熔融金属流实行搅拌或滞流作用的电磁制动装置在本领域中是众所周知的，而且实践已经证明了它们是设备的一个可靠部件。在如EP0 040 383和EP0 092 126所述的已知申请中，电磁制动装置被用于搅拌熔融金属的熔池。

电磁搅拌器被用于搅拌在凝固的树枝状固体晶体之间的液态金属，以使这些晶体部分地沿纵轴重新熔化并形成等轴凝固晶。离开浇口出口的液态金属的速率是浇注速率的10倍～100倍。电磁制动装置被用于减缓进入结晶器的液态金属的高速流动以防止流入液态金属的深熔，由此防止了不希望有的夹杂物的深熔。尽管电磁搅拌器或电磁制动装置具有有益的作用，但是从不稳定性和非对称性的角度考虑，结晶器内液态金属的流动是不可接受的。由于实际的操作，利用电磁制动装置和电磁搅拌器不能防止这些不希望出现的现象。

尽管静态的磁制动装置是适用的，但是最好采用电磁制动装置，这是因为可以通过改变在感应线圈中的且尤其是在直流或低频工作的电磁制动装置中的电流来获得较高的磁感应并简单地控制磁感应。

根据本发明，控制装置在此实施例中通过产生一个电磁力场而有效地阻止了液态金属的周期性振荡现象和其在结晶器内的非对称流动。结果，即使在传统连铸机的至少2.0m/min的高铸造速度的条件下或在薄板坯连铸机的至少4.0m/mmin的高铸造速度的条件下，也产生了很稳定的熔池表面，导致结晶器中的凝固金属具有非常完好和均匀的凝固外壳。当由于某些原因而产生了流动的非对称性时，存在着流动金属的速率不相等的现象。由于滞流效果取决于速率，结果通过阻止较高速度的流动来均衡非对称性。因此，控制装置造成环流基本上相同和稳定。连铸机的生产率，或者换句话说连铸机的经济性取决于铸造速率并可以利用本发明明显地提高连铸机的经济性。

本发明的一个很有效的实施例的特点在于，磁制动装置包括两组间隔布置的且在一个基本上垂直于经出口进入结晶器的熔融金属的流动方向的方向上起滞流作用的磁制动极。

在此实施例中，主液流的主要部分可以不受阻碍地流过两组磁极之间的空间。液态金属流的外部分穿过磁制动装置并得到减缓。由于流动的不对称性引起了速度的不一致性且由于滞流效果取决于经过制动装置的熔融金属的速率，所以制动装置具有防止出现不对称性和补救产生的不对称性的均衡作用。由于结构简单，所以此实施例易于实施和操作。最好每组磁极具有一个垂直于进入结晶器的熔融金属流的磁场的主分布形态。

本发明的一个简单但用于普通应用目的的实施例的特点在于，相对于浇注机构的出口对称地确定控制装置的位置。

控制装置在一个具有这样特点的本发明实施例中很有效地工作，即控制装置分布在一个基本上垂直于经出口进入结晶器的熔融金属的流动方向的方向上。

为了允许定量的环流和沿结晶器侧壁的流动，另一个实施例的特点在于，控制装置在1/8～7/8的结晶器宽度范围内起作用。此实施例允许熔融金属在稳定了其余液流的同时充分地流向弯月形金属液面。

可以在一个具有这样特点的本发明实施例中获得令人惊奇的良好效果，即控制装置包括将进入结晶器的金属流分成至少两股并在平行壁板型结晶器内和漏斗型结晶器内阻止其中一股液流流向第二股液流的分流装置。

控制装置在原则上将熔融金属的主流分成两股基本上具有环流形状且大小相同的分液流。不对称性意味着环流的大小彼此不同，因此，非对称性意味着熔融金属应该经过控制装置。由于这样的液流经过受到了控制装置的阻碍，所以环流且进而结晶器内的流动基本上是相同和稳定的。

分流装置最好包括至少一组磁极且更优选地包括一组电磁极。在一个很有效的实施例中，分流装置是一个放大系数，它在浇注方向上比在垂直于浇注方向的方向即结晶器的宽度方向上长1.5倍～10倍。

控制装置最好相对于熔融金属的流动主要垂直地分布。控制装置最好只在结晶器的最长侧的部分范围内即结晶器部分宽度的范围内且优选地是在1/8～7/8的宽度范围内发挥作用，每个磁极造成磁场强度垂直于进入结晶器的熔融金属流的主分布。象磁制动装置这样的控制装置由于滞流作用的速率依赖性而制动和均衡主液流，同时使一个环流可以流向弯月形金属液面以便进行所需的热交换。出现在磁制动装置外端的扰动环流和高速率经过磁制动装置并得到有效地减少和降低。

总之，由于结晶器内的对称流动，与现有技术中所知的情况相比，产生环流的速率和在结晶器的弯月形液面处的速率都比较低。

为了进一步地降低弯月形液面处的速率，本发明连铸机的另一个实施例的特点是该连铸机配备了用于降低在结晶器内熔融金属熔池的弯月形金属液面处流动的熔融金属的速率的制动装置。

在某些应用场合中，需要在弯月形金属液面处有更低的速率，这主要是为了防止弯月形液面的扰动和将浇注粉剂的颗粒夹带入熔融金属中。在这个实施例中，可以降低弯月形金属液面处的速率而且基本上不影响控制装置的均衡和稳定作用。

一种很有效、可靠且易操作的制动装置的特点在于，制动装置包括至少两个磁制动器且优选地是两个电磁制动器，它们相对于结晶器的至少一个对称平面对称地布置并对流向熔融金属的弯月形液面的金属流产生作用。出现在结晶器内的环流在靠近结晶器的短侧壁的地方指向上。当将制动装置设置在速率较高的位置上时，利用磁制动器获得了特别有效的滞流效果。

控制装置的位置最好可以随结晶器变化。在这个实施例中，可以将控制装置设置在一个取决于结晶器和所用浇口的最佳位置上。甚至可以在浇注过程中使上述位置适应于变化的工艺条件。

制动装置的位置最好可以随结晶器变化。另外，在这个实施例中，即使当工艺条件变化时，也可以获得并保持一个根据结晶器、浇口和工艺条件而定的最佳制动装置的设置位置。

另外，通过一个带有本发明控制装置的结晶器和该结晶器的其它实施例也实现了本发明，并且通过一个适于与这样的控制装置联合工作的结晶器也实现了本发明。

通过一个采用了根据本发明及其实施例的连铸机的铸钢方法进一步地实现了本发明。

在一个优选实施例中，上述方法的特点在于，控制装置和/或制动装置的操作和/或位置是根据在弯月形金属液面区内的熔融金属温度选择的。

另一个实施例的特点在于，控制装置和/或制动装置的操作和/或位置是根据结晶器内浇口的流动特性选择的。

本发明的目的和其它优点将通过以下对各实施例和试验结果的描述进行阐述，这些实施例和试验结果是非限定性的且是参见附图来进行描述的。在表格中，V平表示弯月形液面处的平均测量速率。

在各图中，相同的标记表示相同的部件或具有相同功能的部件。在各图中，虚线和其中的箭头表示熔融金属的流动方向。

附图示出了在一个水模型中进行试验的试验结果，所述水模型模拟其中水被用于模拟钢水的结晶器。在本领域中众所周知的是，这样的模拟很好地体现出钢水在结晶器中的实际流动情况。在图1-6中，水模型具有宽为1500mm且厚为100mm的矩形横截面。

图1示出了发生在现有设备中的流动形态。此流动很不对称。所测得的速率显示在以下表格中：

A	V平(cm/s)
			mm	左	右
	30	7

图2示出了在结晶器中采用了控制装置的情况下的流动形态，控制装置例如是一个由网型扼流圈模拟的磁制动装置。字母A表示浇口出口和控制装置之间的距离。部分水减速地流过控制装置，部分水被向上偏转并使所需的热量流向液池的表面。在控制装置的末端处出现了通过控制装置而得到有效减速的小环流。

在以下表格中总结出了结果，所述表格示出获得了在对称性方面的重大改进。

A	V平(cm/s)
			mm	左	右
100	15	13
			200	16	15
300	19	16
			400	22	18

图3示出了通过本发明的另一个实施例获得的流动形态。磁制动装置包括两组在一个基本上垂直于熔融金属的流动方向的方向上间隔开的磁极。液流的中心位置不受阻碍地经过磁制动装置。造成环流的侧部得到了减速和均衡，从而导致产生对称的且比较低的环流速率。在下表中示出了测量结果：

A	V平(cm/s)
			mm	左	右
200	10	9

图4示出了又一个实施例，其中控制装置包括以垂直布置的磁制动装置实现的分流装置，它是由一个网型控制装置模拟而成的且它的作用是一块隔流板。

事实令人惊奇地表明，这个实施例是非常有效的。我们认为工作过程是这样的：控制装置将主液流分成两股，每股分液流形成了一个环流。一旦主液流被分成两股对称运行的环流，通过控制装置的阻流效应就防止了不稳定性和不对称。分流作用引起了环流，这防止了主液流更深地流入液池并可能由此引起将不希望有的夹杂物更深地夹带入液池中并包含在凝固金属如钢中。夹带的夹杂物可能导致在最终产品中出现严重的缺陷。

人们已经发现，此实施例的效果在任何方向上都比较不易于受到控制装置相对浇口位置的影响。因此，此实施例也是很有效的。

所获的结果列于下表中：

A	V平(cm/s)
			Mm	左	右
150	42	38
			300	42	37

可以通过图5所示的那个实施例获得进一步的改进，图5示出了用于降低水流在液池弯月形液面处的速率的制动装置。如可以从图4中看到的那样，在表面处的速率较高。这样的高速率可能造成在弯月形液面处的扰流，这例如在钢熔池中导致了夹带熔融的粉末颗粒。在图5的实施例中，在液池表面处的速率可被降低到安全值而且不会带来使液面凝固的危险。测量结果显示在下表中。

A	V平(cm/s)
			mm	左	右
300	18	19

可以由通过图6所示的实施例获得的结果来表示图4所示实施例的惊人效果。在图6中，只有一个图5所示实施例的制动装置在工作，这造成结晶器的左、右侧之间大不相同的环境。尽管存在这个强烈的干扰，两个环流还是相对于通过浇口和结晶器的中心线的对称平面对称地流转。在液池表面处的测量速率如下所示：

A	V平(cm/s)
			Mm	左	右
300	16	36

图7示出了本发明的另一个实施例，在这个例子中，本发明用于一个分流浇口和一个漏斗形结晶器。浇注速率被提高到8m/min。为了流出浇口的每个主液流设置了一个由网型控制装置模拟的磁制动装置。通过选择控制装置相对于主液流方向的角度，可以选择向上液流分量和向下液流分量的相对大小。另外，液流控制可以通过选择磁制动装置的滞流效果来实现。此实施例的性能是通过测量弯月形液面的波峰高度而测得的。对于左、右两侧而言，波峰高度是相同的，而且波峰高度可以低到3mm。

Claims (17)

1．一种用于将熔融金属尤其是钢水连铸成铸件的连铸机，它包括一个构成了一个熔融金属的熔池的结晶器，在此结晶器中通过浇注机构的一个出口浇注熔融金属并且使至少部分金属凝固，其特征在于，连铸机设有用于控制和/或引导熔融金属的流动且在熔融金属进入结晶器之后对熔融金属起作用的控制装置，从而结晶器内熔融金属的流动形态相对于结晶器的至少一个对称平面基本上是对称的。

2．如权利要求1所述的连铸机，其特征在于，控制装置包括至少一个磁制动装置，最好是一个电磁制动装置。

3．如权利要求2所述的连铸机，其特征在于，磁制动装置包括两组间隔布置的磁制动极，它们在一个基本上垂直于经所述出口进入结晶器的熔融金属的液流方向的方向上发挥滞流作用，在此处，每组磁极具有一个垂直于进入结晶器的所述熔融金属流的磁场强度的主分布。

4．如前述权利要求之一所述的连铸机，其特征在于，控制装置相对于浇注机构的出口对称地布置。

5．如前述权利要求之一所述的连铸机，其特征在于，控制装置分布在一个基本上垂直于经所述出口进入结晶器的熔融金属的流动方向的方向上。

6．如前述权利要求之一所述的连铸机，其特征在于，控制装置在结晶器的1/8～7/8宽度范围内有效工作。

7．如前述权利要求之一所述的连铸机，其特征在于，控制装置包括一个用于将进入结晶器中的熔融金属流分为至少两股分流并阻止其中一股流向第二股的分流装置。

8．如前述权利要求之一所述的连铸机，其特征在于，所述连铸机还设有用于降低在结晶器内的熔融金属熔池的弯月形液面处流动的熔融金属的流速的制动装置。

9．如权利要求8所述的连铸机，其特征在于，制动装置包括至少两个相对于结晶器的至少一个对称平面对称设置且对流向熔融金属的弯月形液面的金属流起作用的磁制动装置，最好是两个电磁制动装置。

10．如权利要求8或9所述的连铸机，其特征在于，所述制动装置的位置可以随结晶器变化。

11．如前述权利要求之一所述的连铸机，其特征在于，所述控制装置的位置可以随结晶器变化。

12．如前述权利要求之一所述的连铸机，其特征在于，在设有控制装置和/或制动装置时将它们装在结晶器上。

13．设有根据前述权利要求之一所述的控制装置的结晶器。

14．适于与根据前述权利要求之一所述的控制装置一起工作的结晶器。

15．一种采用了如权利要求1-12之一所述的连铸机来浇铸金属如钢的方法。

16．如权利要求15所述的方法，其特征在于，根据弯月形金属液面区内熔融金属的温度来选择控制装置和/或制动装置的位置和/或操作。

17．如权利要求14或15所述的方法，其中采用一浇口将熔融金属注入结晶器中，其特征在于，根据结晶器中浇口的流动特性来选择控制装置和/或制动装置的操作和/或位置。

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