CN1244423C - 金属带材的带式连铸机的带式冷却和导向装置 - Google Patents

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Abstract

带式冷却和导向装置及冷却双带式连铸机(10)的铸造带的方法。冷却和导向装置包括至少一个具有面向铸造带(11，12)背面的支承面(46)的喷嘴(30)，铸造带(11，12)在基本上完全横穿铸造带的支承面内配备有一连续槽缝(31，42，84)。该槽缝允许以连续液膜形式把冷却液传输给铸造带背面，连续液膜在铸造带横向上具有均匀的厚度和流速。这允许铸造带横向上的均匀冷却。

Description

金属带材的带式连铸机的带式冷却和导向装置
技术领域
本发明涉及在金属带材连铸机且尤其是被用来铸造铝合金和类似金属的双带式连铸机中的铸造带的冷却和导向。本发明也涉及带有这种冷却和导向装置的带式连铸机。
背景技术
在现有技术中，通过双带式连铸来制造金属带材产品且尤其是那些由铝及铝合金制成的带材产品是众所周知的。这种铸造涉及使用一对通常由可弯曲的但却是硬弹性的钢、铜等制成的循环带，它们在适当的辊上和其它限定通路的装置和支座上被驱动转动。这些铸造带限定出一个形成于铸造带的相对的且大致平面的部分的移动铸造面之间的连铸结晶器。金属液通过喷管或其它供料装置被连续送入结晶器入口端中，并且当其经过结晶器时，金属被冷却而形成有所需厚度的连续金属带材产品。通常为每条铸造带设置一个冷却装置，以便产生所需的冷却作用并由此在使金属结晶器中凝固。该冷却装置可以如此工作，即把冷却液(如水或含适当添加剂的水)喷到每条铸造带的背面即连铸结晶器区内的铸造面的相反面上并接着在已产生所需冷却作用后回收利用冷却液。通常，在这种装置中，也在每条铸造带进入连铸结晶器前，将液态铸造带涂料如油等涂到每条铸造带的铸造面上。这有助于控制热量从金属液传输到这些铸造带的速度并防止金属液粘附在这些铸造带上。
例如，在1977年2月22日授予Sivilotti等人的US 4008750、1977年12月6日授予Sivilotti等人的US 4061178、1977年12月6日授予Sivilotti等人的US 4061177以及1980年3月18日授予Thorburn等人的US 4193440中，公开了这种双带式连铸机。在这里，作为参考地明确加入这些专利的教导。‘440专利公开了带式冷却和导向装置的布置结构，该带式冷却和导向装置包括铸造带的由一排弹簧加载的冷却喷嘴组成的平面支座，冷却喷嘴具有有带中心喷孔的六边形面，使从所述中心喷孔中喷出冷却液，以使冷却液在这些铸造带经过连铸结晶器时在压力下流动接触到铸造带背面。这些喷嘴的六边形意味着它们可以被彼此紧邻设置而形成一个实际上连续的表面并由此提供良好的支承及均匀的冷却作用。但是，这些喷嘴不是非常连续，以至仍然留有耗用冷却液可以流过的小缝隙。
在1994年7月6日授予Kaiser Aluminum&Chemical Corporation(inventor Donald C.Kush)EP-A-0 605094公开了一种连续冷却移动带坯并同时从带坯上排走冷却液的方法和装置。在带坯的整个横向范围内喷射一股淬火液以对其进行冷却，并且集液气体位于淬火液的任一侧上以便把集流引向淬火液并由此构成连续的幕墙式集流，以防止淬火液超过集流引入处。
在1974年3月26日授予Institut De Recherches De La SiderurgieFrancaise的US 3799239公开了一种牵涉到在四条循环带之间形成的结晶器的立式连铸法。这些铸造带的内延面被冷却液冷却，其中让冷却液进入在内展面的整个宽度和长度范围内分布的且彼此相邻的窄腔室的顶端并且在其底端被排出。这些腔室的入口和出口由保证冷却液无明显紊流地进入及离开这些腔室的弧形面来限定。
在1962年7月3日授予Hazelett Strip-Casting Corporation的US 3041686公开了一种提供适合从如被用来铸造金属液的表面中散发走大量热的冷却液快速移动层的方法及装置。该方法涉及喷射出许多平行的冷却液束，以微小角度使这些射流束冲击一个与铸造带表面间隔开的并在铸造带面附近延伸的导向面，使射流束横向散布在导向面上并由此形成一覆盖导向面并沿导向面移动的冷却液初始层，并且作为经过在导向面与铸造带之间距离的自由移动冷却液薄层地，冷却液初始层从导向面上被排出，并以微小角度使自由移动冷却液薄层冲击铸造带表面，从而产生沿铸造带表面移动的快速移动的冷却液层。
尽管至少一些上述装置和方法被证实是非常有效，但尤其是当这种装置被用来制造比传统产品(如与10mm-30mm的传统铸件相比，厚度为4mm-10mm的产品)和/或那些由具有较大凝固区的合金制成的产品(如与等于20℃的较小凝固区的合金相比，那些凝固区达40℃-50℃的产品)更薄的带材产品时，出现了困难。凝固区大的合金必须被比凝固区小的合金更快速和均匀地冷却，以实现优良的表面和内部质量及在结晶器内的凝固。汽车工业对这种更薄的带材产品及由凝固区大的合金制成的产品很感兴趣。但这些合金的铸造及厚度要求比由现有铸造冷却系统可提供的更多的控制铸造条件。
因而，人们希望改进带式冷却和导向装置及其方法，从而可以在使用带式连铸机时避免这些问题。
发明内容
本发明的一个目的是改进传统的带式连铸装置，从而可以避免或尽可能减小铸造带材产品的内部和表面的不规则及铸造带变形，尤其是在铸造薄带材产品或有较大凝固区的合金时。
本发明的另一目的是在铸造带的横向上使带式连铸机的铸造带的冷却更均匀。
本发明的另一目的是提高冷却速度(热通量)，这可以在不造成铸造带材产品的内部及表面的不规则的情况下在带式连铸机中实现并且同时避免了铸造带变形。
本发明的另一目的是提供与带式连铸机联合使用的改进型带式冷却和导向装置。
本发明至少在其主要方面基于以下发现，即当用双带式连铸方式制造薄金属带材产品或有大凝固区的合金产品时，尤其是当液态铸造带涂料被涂在铸造面上时，在与连铸结晶器入口相邻的且金属液先开始接触到移动铸造面的区域中，在铸造带横向上需要非常均匀的冷却。这种均匀程度高于用上述类型传统装置获得的均匀程度。当使用液体分离层(液态铸造带涂料)时，在金属液先被送入结晶器的区域中，所有或部分的液态铸造带涂料将挥发并形成一个主要影响到热量从金属传给铸造带的传热的绝缘气体层。挥发均匀性及绝缘气体层取决于铸造带温度的均匀性并进而取决于铸造带冷却的均匀性。
在本发明中，为实现所需的高度横向温度均匀性及所需的高速冷却，冷却液最好在此区域内以连续液膜的形式被供给铸造带背面，所述液膜当在铸造带横向上看时具有均匀的厚度和流速。借助有横向设置的连续冷却槽缝的冷却喷嘴，而不是借助许多有一个或多个不连续供应孔的单个小喷嘴，或者甚至是有大量位于这些铸造带横向上的小供应口的半线性喷嘴，可以产生这样的液膜。最优选的是，设有在连续槽缝下游和或许也在至少第一槽缝的上游排出冷却液的手段。一个真空装置理想地与冷却液排出装置相连，以使该真空装置不仅排出耗用冷却液，而且给铸造带提供稳定力，以便相对冷却喷嘴的支承面来稳定其位置。喷射水压及由真空装置产生的力在相反方向上作用于铸造带并且达到这样的平横，即铸造带与这些冷却喷嘴的支承面保持所需距离，从而产生压紧铸造带的效果并且稳定其位置。保持所需距离也有助于保持厚度均匀性以及冷却液膜或液层的流速。
因此，根据本发明的一方面，提供用于双带式连铸机的铸造带的带式冷却和导向装置，所述双带式连铸机配备有一对旋转支承的循环铸造带、一个在铸造带的相对的且大致成平面的部分的移动铸造面之间形成的连铸结晶器，其中所述部分具有与所述铸造面相反的背面，该连铸结晶器在一端具有金属液入口并在另一相反端具有凝固薄板产品出口，还设有一个在连铸结晶器的入口处把金属液导入连铸结晶器中的铸造喷管；该冷却和导向装置包括至少一个细长的喷嘴，该喷嘴具有面向该铸造带背面的支承面、一个在基本上完全横穿过铸造带的支承面内的并用来把冷却液以连续液膜的形式传输给该铸造带的背面的连续槽缝，当从铸造带的横向上看时，所述液膜具有基本一致的厚度和流速，该冷却和导向装置还具有一个在与所述连续槽缝间隔开的位置上排出冷却液的排流口以及一个与该排流口有关的且对该排流口施加抽吸作用的真空装置。细长槽缝在其整个长度方向上是不间断的，所以槽缝没有阻碍冷却液流动。
该装置可以被制成加入现有设备的铸造带下面的插入件的形式，或者可以作为整体件地被嵌入带式连铸机中。
本发明也涉及具有至少一条且最好是两条铸造带的上述类型的双带式连铸机，它包括一对旋转支承的循环铸造带、一个在铸造带的相对的且大致成平面的部分的移动铸造面之间形成的连铸结晶器，所述部分具有与所述铸造面相反的背面，该连铸结晶器在一端有一金属液入口并在另一相反端有一个凝固薄板产品出口以及一个在连铸结晶器入口处把金属液导入该连铸结晶器的铸造喷管；该连铸机包括用于至少其中一条铸造带的冷却和导向装置，该冷却和导向装置包括至少一个细长的喷嘴，该喷嘴具有有一个面向该铸造带背面的支承面、一个在基本上完全横穿过铸造带的支承面内的并用来把冷却液以连续液膜的形式传输给该铸造带的背面的连续槽缝和一个在与所述连续槽缝间隔开的位置上排出冷却液的排流口，当从铸造带的横向上看时，所述液膜具有基本一致的厚度和流速，该冷却和导向装置还具有一个与该排流口有关的且对该排流口施加抽吸作用的真空装置。
根据本发明的另一方面，提供用于带式冷却和导向装置的喷嘴，它包括一个支承铸造带背面的且其长度相当于所述带的宽度的支承面、一个在该支承面中的且长度基本上与支承面的长度相同的细长的连续槽缝，该连续槽缝用于以连续液膜的形式输送冷却液，该连续液膜沿该槽缝具有均匀的厚度和流速，还设有一个与该连续槽缝间隔开的冷却液排流口。
仍然根据本发明的另一方面，提供冷却被用来铸造金属的双带式连铸机的铸造带的方法，它包括当该铸造带在一支承面上方经过一连铸结晶器时把冷却液供应给铸造带背面，并且在所述冷却液供应后，从该背面附近排出冷却液，其中，在铸造带先进入连铸结晶器的区域中，该铸造带被保持在一个相对该支承面的理想位置上并且冷却液以连续液膜的形式来供应，所述液膜当在铸造带横向上看时具有均匀的厚度和流速，并且通过一道完全横穿该铸造带的连续槽缝供应该冷却液，通过抽真空而从所述背面附近并经过一个沿铸造带横向设置的且与该槽缝间隔开的细长排流口排出冷却液。
最好也在铸造带进入该结晶器之前把液态铸造带涂料涂到其铸造面上。
在此所用的术语“连续槽缝”是指在喷嘴支承面上的从喷嘴一横向端(相对该铸造带)到另一端的不间断的细长喷孔。通常，槽缝在内侧(冷却液入口)通向一个位于该喷嘴内的形成一经入口通道接收冷却液的集管的腔室，腔室的宽度等于槽缝长度并且其体积足以在压力下使冷却液通过这些入口管被送入腔室中并且以相等压力被传输给开口侧槽缝中并且在沿槽缝长度的所有点上流动。
在没有遇到由不可避免在冷却液中的颗粒引起的阻塞问题的情况下，最好使每个有槽缝的喷嘴的槽缝宽度(铸造带前进方向上)尽可能小。该宽度最好为0.125mm-0.15mm(0.005-0.006英寸)。最好在该冷却液被传输到喷嘴之前彻底对它进行过滤，以便排除可能在槽缝中留下的颗粒，即大于0.125mm的颗粒。
如果使用了不只一个喷嘴，则最好喷嘴或第一个喷嘴紧靠该连铸结晶器的入口。
术语“紧靠连铸结晶器的入口”意味着，当这些铸造带向前经过该连铸结晶器的入口时，配备有这些横向槽缝的冷却喷嘴是用于铸造带的第一冷却装置，并且意味着，这些冷却喷嘴在铸造带背面从一个恰在金属液先接触铸造带之前的位置延伸向在该位置后的一点，从而从该金属液中回收的足够热量可以开始保证铸造方法的正常操作。
最好为每条铸造带设置有至少2个且最好是2-4个这种槽缝的喷嘴，喷嘴前后安置并且从入口到出口地沿连铸结晶器延伸了至少这样一段距离，即该距离有效覆盖了其中金属液的凝固非常易受冷却效果的横向波动的影响的区域(首先，这种喷嘴最好紧靠连铸结晶器的入口)。带式连铸机的此距离各不相同，并且对如金属成分、铸造厚度、铸造速度、铸造带种类及铸造带涂料等的任何特殊的带式连铸机来说，在装有至少两个带槽喷嘴的情况下，该距离经常为6.6cm(2.6英寸)。必要时，通过沿连铸结晶器长度方向并排设置的带缝喷嘴，可以为每条铸造带提供全部的冷却和导向，但这通常不是优选的。一旦金属向前经过对冷却波动极端敏感的区域，则可通过传统的冷却和导向装置(如US 4193440所述类型)继续进行冷却，它们通常更易于弹性安装，以便适应于腔室锥度，该锥度在金属收缩时为金属提供连续支承和冷却。最好如此布置第一排这样的传统冷却和导向装置，即保证从这些带缝喷嘴到那些传统喷嘴的在冷却和支承方面的平稳过渡。
本发明的每个带缝喷嘴的上下游边缘最好与一个接收耗用冷却液并在抽气情况下从铸造带附近排出冷却液的排流口(最好是一个在铸造带支承面中的横槽)相邻。各排流口(在铸造带前进方向上)要比更上游的喷嘴的槽缝宽(通常至少是10倍)，以便可以实现从铸造带背面充分快速回收耗用冷却液。当然，各排流口的宽度不应太宽，否则，因为冷却液的速度降低，或者因为横越这些开口的铸造带因缺乏足够支承而下垂，热量传输被中断。通常，这些排流口的宽度最好为1.5mm-3mm。
本发明的带缝喷嘴不仅冷却铸造带，而且主要用于铸造带的导向。也就是说，这些喷嘴为这些铸造带提供了实体支承并且借助真空或抽气来抵抗由机械或热力引起的位置干扰地固定这些铸造带。因此，这些铸造带被拉向喷嘴支承面，以获得允许上述液流冷却类型的等同效果“偏离”(间隔)。此固定作用一部分是由装置所施加的从该装置中排出冷却液的抽力造成，但一部分也是由冷却液在带缝喷嘴面上流动而产生的Bernoulli效应而产生的。这些喷嘴可以被设计成使该作用最佳化，如通过设计在槽缝区域中的喷嘴支承面的适当外形，或在上游和下游方向的支承面最边缘的外形。
本发明装置尤其适用于带式连铸机，其中液态铸造带涂料(如挥发性油)在铸造带的铸造面接触金属液之前被涂到其上面。但是，可以在不使用这种液态铸造带涂料的情况下实现本发明。
甚至在铸造薄合金或有大凝固区合金的情况下，本发明也可避免因缺乏均匀冷却而引起的铸造产品内部和/或表面缺陷的形成。
附图说明
图1是一个可被本发明利用的双带式连铸装置的没有相关的驱动装置或支承装置的相当简化的纵侧视图；
图2是图1所示类型装置的下铸造带支承面的局部俯视图，它示出了本发明一个实施形式的冷却和支承装置，并且也示出了传统的冷却装置以及下铸造带的局部；
图3A、3B分别是本发明的带缝喷嘴实施例的局部俯视图及纵向截面图，符号彼此一致且图3B表示沿图3A中所示I-I线的截面；
图4、5是本发明带缝喷嘴的图4所示实施例的取代实施例的纵截面图；
图6A、6B分别是带式连铸机的局部俯视图和纵截面图，它示出了本发明的一个可选喷嘴设计方式，视图相互对应并且图6B表示沿图6A的II-II线的截面；
图7是表示本发明的和传统的装置的铸造带上负荷与铸造带偏离的比较图；及
图8是表示本发明喷嘴和传统装置的传热系数变化的比较图。
具体实施方式
参见附图，图1简化表示一个带式连铸机10的实例。连铸机10装有一对可弹性弯曲的旋转导热铸造带，即上、下循环铸造带11、12，它们被设置成在箭头方向上的椭圆形或其它环形路径上移动，所以在横过它们彼此面对的区域中，可选择地在略微向下的范围内移动，铸造带限定出一个从金属液入口15延伸到一个凝固带材排出口16的连铸结晶器14。在经过连铸结晶器且从出口16出来后，铸造带11、12被绕着并被大驱动辊17、18驱动并在经过曲面导向结构19、20(称为气垫轴承)之后返回到入口15。驱动辊17、18与合适的电机驱动装置(未示出)相连。
借助类型已知的如在1997年10月30日授予Sulzer等人的US5671800所述的喷管21，可以把金属液送入连铸结晶器14中，在此作为参考而明确加入该发明的教导。当结晶器14中的金属液随铸造带移动时，这些铸造带被不断冷却而使金属凝固，所以在排出口16排出一个固体铸造带材产品(未示出)。为此设置当这些铸造带经过该结晶器14时冷却这些铸造带背面的手段。
在传统装置如US 4193440所述的装置中，这些冷却装置可以由大量略与铸造带间隔开的且基本上成平面六边形的喷嘴结构组成，它们被设置成覆盖面向每条铸造带背面的区域，即每条铸造带在结晶器14中与接触并成型金属液的铸造面相反的表面的区域。这些喷嘴装置给这些铸造带经过该结晶器的部分提供支承和冷却。每个喷嘴至少有一个冷却液(如水或含水溶液)经它垂直喷向相邻的铸造带背面的喷孔，因此，冷却液向外流过喷嘴支承面(平面)。在这种情况下，冷却液以快速流动层形式留在铸造带与喷嘴面结构之间，所以这些支承面可以永远不直接接触(金属与金属)铸造带背面。
通过也担任冷却液传输的集管道的基座，可以装载冷却装置的喷嘴组件。例如，基座可以包括有容纳喷嘴组件杆(内端)的管道的支承钢板。通常也为了通过在喷嘴面结构中的小缝隙从喷嘴面结构中回收冷却液而设置相关的设备。当模腔锥度被用来促使这些铸造带接触连铸结晶器内的金属时，这些喷嘴可被弹性地安装在基座上，以允许铸造带在铸造期间内有限移动。
在本发明中，如图2的一个优选实施例所示，至少一些冷却液经至少一个喷嘴30被送入，喷嘴30在相关铸造带12的横向上是细长的并且配备有一条细长槽缝31。该图示出两个这样的喷嘴30，但可以少至一个，而通常至少有2-4个，它们在横向于铸造带12的纵向(箭头A所示)的方向上并排放置并且基本上完全从铸造带的一侧延伸到面向铸造带背面的另一侧。槽缝31设置在这些喷嘴30的大致是平面的支承面32内并且紧靠连铸结晶器14的金属液入口15(见图1)，以便在铸造带在铸造带前进方向上经过该连铸结晶器时，经这些槽缝导入的冷却液是接触铸造带12背面的第一冷却液。相邻喷嘴的支承面被担任冷却液排放槽的缝隙33(在图2中只显示了一个这样的缝隙)彼此隔开。
这些槽缝31最好是中心位于这些支承面内，缝隙宽度最好在其整个长度范围内是(与铸造带垂直)不变的。通常，这些槽缝最好被设计得足够窄，以便流经缝隙的冷却液可以和由穿过相同长度的传统类型的点源喷嘴(即六边形喷嘴)提供的冷却液媲美。但是，本发明的这些槽缝被制得足够宽，以至缝隙几乎可以让所有可能存在于冷却液中的碎屑颗粒通过，否则这些槽缝将被一定大小的固体颗粒阻塞，从而产生不均匀的液流，因而不均匀地冷却铸造带横向。实际上，这意味着这些槽缝一般不小于0.125mm(0.005英寸)并且最好是宽度在0.125mm-0.15mm(0.005-0.006英寸)内，这导致槽缝中的横截面略大于根据传统成行喷嘴的点入口的横截面所预测的横截面。
为防止尺寸大于0.125mm(0.005英寸)的颗粒进入冷却装置，最好是在冷却液进入冷却装置之前为冷却液提供有效的过滤器(未示出)。可以使用任何适当类型的传统过滤器。同样需要在冷却液中使用防锈剂等，以防止铁锈颗粒形成在冷却液供给及再循环装置中。
可以使冷却液的均匀从每条槽缝31中射出，从而在铸造带12的背面产生了冷却液薄膜。这在整个铸造带横向上产生非常均匀一致的冷却效果，结果，在由连铸结晶器14产生的铸造带材产品中，可以避免内部和表面的不规则。通过槽缝和排流口的尺寸和间隔来控制铸造带前进方向的均匀性。
人们已经发现，高度的冷却横向均匀性是很重要(而不是只是优选)的设备区域被限制在从一个金属液首先接触铸造带并可能发生液态铸造带涂料(如果使用的话)挥发的部位(铸造带前进方向)到一个均匀凝固对铸造带材表面和内部质量不再是关键的部位的连铸结晶器前部处。当在结晶器前部的下游需要进一步冷却时，在此下游区域中，可以采用传统冷却方式。因此，如图2所示，在带缝喷嘴30后，可以由许多弹性安装的且如US 4193440所述类型的六边形喷嘴34来提供铸造带的支承和冷却，六边形喷嘴34有喷射冷却液的中心孔35并且有一个包括排水缝隙36和在六边形支承面37下的排水管道(未示出)的冷却液回收系统。而通常带缝喷嘴本身没有被弹性安装(即刚性安装)在铸造装置中，这主要是因为，在金属只部分凝固的连铸结晶器的入口部中，人们不再希望这种安装。
图3A、3B是本发明带缝喷嘴的布置结构的两个简化图。图3A是俯视图，图3B是对应的垂直纵截面图。这些视图表示两个线性喷嘴30结构并且示出了(借助图3A中的箭头C)在整个喷嘴支承面上的液体流动图形，它们都相对由大箭头B表示的铸造带前进方向取向。该布置结构包括一基部40及一共同限定出两个槽缝42(相当于图2的槽缝31)的插入件41，冷却液可从两个槽缝42流入并与铸造带12的背面12A(反向于铸造面12B)接触。插入件41包含一个形成一收集冷却液的排水缝隙的槽43(相等于图2的缝隙33)。
借助螺钉45在通常的间距下把基部40连接到一下冷却液供应室(未全部示出)的顶面44上，螺钉头埋头于基部的沉孔中。同样借助螺钉47，把插入件41固定到基部上，螺钉头装在槽43中。
紧接于各槽缝42之后的是一个与槽缝平行地延伸槽缝长度的且间歇地通过与一下冷却液供应室(未示出)相连的管道48来接纳冷却液的集管49。管道48的出现率与集管的尺寸是这样的，即槽缝42充满均匀的冷却液压。
在本发明中，各槽缝42的长度随有关铸造带宽度而定，但对于多数本发明可用的这种带式连铸装置来说，它最好是至少500mm且最佳是1000mm。
在该冷却液供应室下面的是一个工作于真空状态下的冷却液排放室(同样未示出)。离开该喷嘴支承面46的消耗冷却液被收集在该排放槽43和喷嘴组件附近的间隔中并且被经过该供应室的管道50、51传送到该排放室。
冷却液供应室和排放室可以有任何适当的设计结构，但为了方便起见，它们被设计成如上述US 4061177所述。
对于图3A、3B所示的装置，由基部40和插入件41的精密机加工公差来保证喷嘴30支承面46的高度及缝隙42宽度的精度。设有一可更换插入件，这便于否则就不能被除去的碎屑槽缝的清洁并且在必要时允许改变缝隙宽度。
图3A、3B表示一个由两个线性喷嘴组成的装置，可从图中清楚看到，如由图3B的局部外轮廓点划线52所示，可在第一部件附近增加其它组件。或者，六边形喷嘴34(如图2所示或US 4193440的那些或其它类型的冷却液喷嘴)可设置在图3A、3B所示装置(下游)附近。
在图3A、3B所示的线性喷嘴的实施例中，槽缝42如图所示是直的且侧边平行并且明显垂直地与喷嘴支承面46相交。在取代实施例中，槽缝侧面可以是弯曲、收敛或分叉的混合并且与顶面成小斜角或导角地相交。为方便起见，所有这些实施例可以被称为“平顶结构”。
图4中显示了一个替代实施例的垂直截面，其中这些槽缝42分别终止在这些喷嘴30顶面内的一槽60中。这个被示为有(但不局限于)矩形截面的槽60在槽缝42的全长上沿喷嘴顶面连续延伸。该槽的目的是使磨损最小并且降低由铸造带12在喷嘴上降至最低点而引起槽缝切断或损坏或其它偶然损坏的危险。人们也已经发现，这种有槽缝的结构在使连续冷却液膜保持在该铸造带与这些喷嘴之间的同时允许铸造带有利地从这些喷嘴移动更远的距离。这允许比用其它可行设计方案更灵活地根据距离变化来操作。
图5表示另一个实施例，其中槽缝以与图3中相同的方式结束，但喷嘴支承面46被向下倾斜一段靠近喷嘴各侧的冷却液排放缝隙43的距离，如70处所示。图中放大表示倾斜情况，该倾斜最好是从喷嘴的外边缘水平向内延伸2.5mm-3.5mm(0.1-0.15英寸)。所述倾斜最好向下延伸约0.125mm(0.005英寸)。倾斜的目的是创造条件以便冷却液在水平方向上流过在铸造带与喷嘴面之间延伸的缝隙，从而产生一有助于铸造带稳定的附加局部真空，如下面要更充分说明的。
应该注意的是，任何描述图3A和3B的槽缝的变化方案可以与倾斜结构一同使用，并且槽缝(图4)以及倾斜结构也可以一同使用。
图6A、6B表示一个由单一线性喷嘴组成的本发明取代实施例。喷嘴支承面具有与图3A、3B所示相同的平顶结构，但也可采用任何其它的槽缝和表面的变型方案。喷嘴30被螺钉81固定在冷却液供应室(未全部示出)顶面的基部80及一由两个顶件82构成的顶部上。这两个顶件和基部被贯穿螺钉83固定在一起。这些顶件被精加工成能与基部紧密配合并产生所需平面，在可用螺钉83进一步调节的顶件的相邻面之间，设有一缝隙84。从冷却液供应室中经螺钉81中的通道，冷却液被供应给该喷嘴，或者通过单独供应口进入一个由基部80和顶件82形成的集管84中，所述集管延伸于槽缝84的整个长度范围内。流出喷嘴的冷却液经与图3A、3B的喷嘴装置边缘的那些通道类似的通道85而被排走。
图7表示三种喷嘴结构的典型负荷/偏距曲线并且与一个六边形喷嘴的典型曲线进行了对比。这些曲线表示作用在铸造带上的负荷对喷嘴与作为“偏距”提及的铸造带之间最小缝隙(水层)厚度。铸造带上的主要负荷通常由冷却液排放室中的真空产生并趋于把该铸造带压向喷嘴到一正常距离或“工作距离”。来自其它地方的负荷可以作用于铸造带，如由经铸造带的温度梯度引起的弯曲或该铸造带离开气垫轴承(或其它导向装置)引起的弯曲并试图扰乱它离开工作点，加强真空的负荷对应较小距离，减弱真空的负荷对应较大的距离。铸造带对偏距变化的抵抗力由在工作点的负荷/偏距曲线的斜率表示；斜率越大，在某个干扰力下出现的偏距变化越小。较大斜率是喷嘴非常需要的特征，因为它趋于稳定铸造带的位置及冷却液的流动，从而稳定热量传输。
如果这些干扰力在减若真空的方向上变得非常大，则存在着重要的负荷/偏距关系的附加特征。首先，有尽可能大的抵制铸造带离开喷嘴的阻力。如果通过铸造带与喷嘴面之间产生的任何Bernoulli效应来增大真空负荷，则可以增强上述阻力。其次，在移动冷却液的完全填满缝隙停顿并且冷却变得更能代表冲击表面的射流的特征之前，能够尽可能远地偏离地使冷却液膜保持完整。
一加入真空的干扰力趋于缩短距离，在过大时，它可使铸造带降低到喷嘴上并切断冷却液流。这可以通过使用弹性喷嘴来限制。
在图7中，六边形喷嘴(如US 4193449中所述)的负荷/偏距特征由曲线90表示，有槽缝结构(图4)的由曲线92表示，而有倾斜结构(图5)的由曲线93表示。从这些曲线中可以看出，表示铸造带位置干扰阻力的曲线在工作点的范围倾斜结构最大，六边形喷嘴次之，平顶结构的更次之，而有槽缝结构的最小。但是，这些曲线也显示出大距离的公差及高水平冷却的保持是有槽缝、平顶和有倾斜结构的这样的相反顺序。六边形喷嘴不完全按照此反向且有与平顶结构类似的公差。因此，对于线性喷嘴来说，需要制定轮流制度；优选地倾向于具有允许高冷却速度的最佳铸造带稳定性的设计。
与传统六边形喷嘴(如US 4193440中所述)相比地，图8在这样三个位置上示出了图4所示类型的线性喷嘴的铸造带对冷却液传热系数(HTC)的相对变化：在冷却液出口上方的喷嘴中心、在喷嘴面的排流边缘及介于之间近一半处。它示出传统六边形喷嘴从冷却液喷射点到排出点的HTC变化基本上大于本发明的线性(有槽缝)喷嘴。因此，即使线性喷嘴显示出与六边形喷嘴类似的负荷/偏距曲线，HTC的减小变化也提供了整体出色的性能。因此，综合考虑，为了整体性能而通常优选有斜边的线性喷嘴，虽然带缝喷嘴(图4)在必须保持大缝隙或距离如紧邻气垫轴承上的铸造带弯曲时是有优势的。

Claims (47)

1、用于双带式连铸机的铸造带的带式冷却和导向装置，所述双带式连铸机配备有一对旋转支承的循环铸造带、一个在铸造带的相对的且大致成平面的部分的移动铸造面之间形成的连铸结晶器，其中所述部分具有与所述铸造面相反的背面，该连铸结晶器在一端具有金属液入口并在另一相反端具有凝固薄板产品出口，还设有一个在连铸结晶器的入口处把金属液导入连铸结晶器中的铸造喷管；该冷却和导向装置包括至少一个细长的喷嘴，该喷嘴具有面向该铸造带背面的支承面、一个在基本上完全横穿过铸造带的支承面内的并用来把冷却液以连续液膜的形式传输给该铸造带的背面的连续槽缝和一个在与所述连续槽缝间隔开的位置上排出冷却液的排流口，当从铸造带的横向上看时，所述液膜具有基本一致的厚度和流速，该冷却和导向装置还具有一个与该排流口有关的且对该排流口施加抽吸作用的真空装置。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个喷嘴中的、在该铸造带经过所述连铸机的前进方向上看是第一个的喷嘴紧靠着该连铸结晶器的入口。
3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述排流口是一个在基本上完全横穿过该铸造带的支承面内的细长缝。
4、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述槽缝的宽度在其整个长度范围内是不变的。
5、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述槽缝在所述前进方向上具有大于约0.125mm的宽度。
6、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述槽缝在所述前进方向上具有0.125mm-0.15mm的宽度。
7、如权利要求1所述的装置，它包括一个在所述冷却液经过所述槽缝之前从冷却液中过滤掉颗粒的过滤器。
8、如权利要求1所述的装置，其特征在于，该喷嘴包括一个基本上在所述槽缝的整个长度上与所述槽缝连通的细长腔室以及至少一个给该腔室供应所述冷却液的通道。
9、如权利要求1所述的装置，它包括至少一个配备有一支承面的附加的细长喷嘴，该支承面具有一个基本上完全横穿过该铸造带的并用来把冷却液进一步传输给所述背面的细长的连续槽缝。
10、如权利要求9所述的装置，它有1-3个这样的附加喷嘴，它们连续设置在该铸造带经过该连铸机的前进方向上。
11、如权利要求1所述的装置，其特征在于，该喷嘴在所述背面位于紧邻所述连铸结晶器的金属液入口处。
12、如权利要求1所述的装置，其特征在于，该支承面包括一个基本上完全横穿过其中一条铸造带的细长连续槽，所述槽的宽度大于所述槽缝，所述槽缝具有一个终止于所述槽的外端。
13、如权利要求1所述的装置，其特征在于，该支承面是平面的。
14、如权利要求1所述的装置，其特征在于，该支承面在该喷嘴的外边缘处倾斜地离开所述背面。
15、如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述斜面从所述外边缘向所述槽缝延伸2.5mm-3.5mm的距离。
16、如权利要求1所述的装置，其特征在于，该喷嘴被刚性地安装在所述背面的附近。
17、如权利要求1所述的装置，其特征在于，一列逐点冷却喷嘴被设置在配备有所述槽缝的该喷嘴的下游。
18、双带式连铸机，它包括一对旋转支承的循环铸造带、一个在铸造带的相对的且大致成平面的部分的移动铸造面之间形成的连铸结晶器，所述部分具有与所述铸造面相反的背面，该连铸结晶器在一端有一金属液入口并在另一相反端有一个凝固薄板产品出口以及一个在连铸结晶器入口处把金属液导入该连铸结晶器的铸造喷管；该连铸机包括用于至少其中一条铸造带的冷却和导向装置，该冷却和导向装置包括至少一个细长的喷嘴，该喷嘴具有有一个面向该铸造带背面的支承面、一个在基本上完全横穿过铸造带的支承面内的并用来把冷却液以连续液膜的形式传输给该铸造带的背面的连续槽缝和一个在与所述连续槽缝间隔开的位置上排出冷却液的排流口，当从铸造带的横向上看时，所述液膜具有基本一致的厚度和流速，该冷却和导向装置还具有一个与该排流口有关的且对该排流口施加抽吸作用的真空装置。
19、如权利要求18所述的双带式连铸机，其特征在于，所述至少一个喷嘴中的、在该铸造带经过所述连铸机的前进方向上看是第一个的喷嘴紧靠着该连铸结晶器的入口。
20、如权利要求18所述的双带式连铸机，其特征在于，所述排流口是一个在基本上完全横穿过该铸造带的支承面内的细长缝。
21、如权利要求18所述的双带式连铸机，其特征在于，所述槽缝的宽度在其整个长度范围内是不变的。
22、如权利要求18所述的双带式连铸机，其特征在于，所述槽缝在所述前进方向上具有大于约0.125mm的宽度。
23、如权利要求18所述的双带式连铸机，其特征在于，所述槽缝在所述前进方向上具有0.125mm-0.15mm的宽度。
24、如权利要求18所述的双带式连铸机，它包括一个在所述冷却液经过所述槽缝之前从冷却液中过滤掉颗粒的过滤器。
25、如权利要求18所述的双带式连铸机，其特征在于，该喷嘴包括一个基本上在所述槽缝的整个长度上与所述槽缝连通的细长腔室以及至少一个给该腔室供应所述冷却液的通道。
26、如权利要求18所述的双带式连铸机，它包括至少一个配备有一支承面的附加细长喷嘴，该支承面具有一个基本上完全横穿过该铸造带的并用来把冷却液进一步传输给所述背面的细长连续槽缝。
27、如权利要求26所述的双带式连铸机，它有1-3个这样的附加喷嘴，它们连续设置在该铸造带经过该连铸机的前进方向上。
28、如权利要求18所述的双带式连铸机，其特征在于，该喷嘴在所述背面位于紧邻所述连铸结晶器的金属液入口处。
29、如权利要求18所述的双带式连铸机，其特征在于，该支承面包括一个基本上完全横穿过其中一条铸造带的连续细长槽，所述槽的宽度大于所述槽缝，并且所述槽缝有一个终止于所述槽的外端。
30、如权利要求18所述的双带式连铸机，其特征在于，该支承面是平面的。
31、如权利要求18所述的双带式连铸机，其特征在于，该支承面在该喷嘴的外边缘处倾斜地离开所述背面。
32、如权利要求31所述的双带式连铸机，其特征在于，所述斜面从所述外边缘向所述槽缝延伸2.5mm-3.5mm的距离。
33、如权利要求18所述的双带式连铸机，其特征在于，该喷嘴被刚性地安装在所述背面的附近。
34、如权利要求18所述的双带式连铸机，其特征在于，一列逐点冷却喷嘴被设置在配备有所述槽缝的该喷嘴的下游。
35、用于带式冷却和导向装置的喷嘴，它包括一个支承铸造带背面的且其长度相当于所述带的宽度的支承面、一个在该支承面中的且长度基本上与支承面的长度相同的细长连续槽缝，该连续槽缝用于以连续液膜的形式输送冷却液，该连续液膜沿该槽缝具有均匀的厚度和流速，还设有一个与该连续槽缝间隔开的冷却液排流口。
36、如权利要求35所述的喷嘴，其特征在于，所述排流口是一个在基本上完全横穿过该铸造带的支承面内的细长缝。
37、如权利要求35所述的喷嘴，其特征在于，所述槽缝的宽度在其整个长度范围内是不变的。
38、如权利要求35所述的喷嘴，其特征在于，所述槽缝的宽度大于约0.125mm。
39、如权利要求35所述的喷嘴，其特征在于，所述槽缝的宽度为0.125mm-0.15mm。
40、如权利要求35所述的喷嘴，它包括一个基本上在所述槽缝的整个长度上与所述槽缝连通的细长腔室以及至少一个给该腔室供应该冷却液的通道。
41、如权利要求35所述的喷嘴，它包括至少一个附加支承面，该支承面具有一个把冷却液进一步传输给所述背面的细长连续槽缝。
42、如权利要求35所述的喷嘴，其特征在于，该支承面包括一个基本上完全横穿过其中一条铸造带的细长连续槽，所述槽的宽度大于所述槽缝，并且所述槽缝具有一终止于所述槽的外端。
43、如权利要求35所述的喷嘴，其特征在于，该支承面是平面的。
44、如权利要求35所述的喷嘴，其特征在于，该支承面在该喷嘴的外边缘处倾斜地离开所述背面。
45、如权利要求35所述的喷嘴，其特征在于，所述斜面从所述外边缘向所述槽缝延伸2.5mm-3.5mm的距离。
46、冷却被用来铸造金属的双带式连铸机的铸造带的方法，它包括当该铸造带在一支承面上方经过一连铸结晶器时把冷却液供应给铸造带背面，并且在所述冷却液供应后，从该背面附近排出冷却液，其中，在铸造带先进入连铸结晶器的区域中，该铸造带被保持在一个相对该支承面的理想位置上并且冷却液以连续液膜的形式来供应，所述液膜当在铸造带横向上看时具有均匀的厚度和流速，并且通过一道完全横穿该铸造带的连续槽缝供应该冷却液，通过抽真空而从所述背面附近并经过一个沿铸造带横向设置的且与该槽缝间隔开的细长排流口排出冷却液。
47、如权利要求46所述的方法，其特征在于，在该铸造面进入该连铸结晶器之前，把液态铸造带涂料涂覆到该铸造带的铸造面上。
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