CN1310720C - 用于连续金属带铸造的辊支承装置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于连续金属带铸造线中铸造辊(11，11’)的组件(14)的支承装置，每个轴端包括一个活动支承件。这样的支承件(17，17’，19，19’)设有一个液压轴承(13)，以相对于组件减小运动过程中的摩擦。一个液压致动器(18)位于其中一个辊(11)的活动支承件与组件之间，其朝着第二辊(11’)将第一辊(11)推到止挡(16)上。磁致伸缩致动器位于第二辊(11’)与组件之间，其将第二辊(11’)推到第一辊(11)上。装置具有一个接头，该接头设有一个外壳(22)，一个伸缩套管(21)可在该外壳内滑动，用于将冷却水供给到辊中的导管。外壳(22)通过一个允许振动的波纹管(27)与组件(14)相连。

Description

用于连续金属带铸造的辊支承装置及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种用于连续金属带铸造的铸锭模辊的支承装置，尤其涉及一种减小辊在其调节运动过程中摩擦的装置。本发明还涉及一种控制构成铸锭模的辊间距离的方法。
背景技术
金属带通常由连续铸锭或扁钢锭开始制造，它们通过一系列的连续操作加上其他中间操作减小了厚度，连续操作包括预煅、热层压和冷层压，而中间操作例如为热处理。这些操作方法需要非常昂贵的设备和相当大的能量消耗。
因此，长期以来人们倾向于通过铸造厚度尽可能接近成品的产品来降低设备和经营成本；由此在推广连续扁钢锭铸造技术之后，在所谓的“薄扁钢锭铸造”中，扁钢锭的厚度由传统的200～300毫米减小到60～100毫米。然而，即便从60毫米转变成为热轧带典型厚度的2-3毫米，仍需要一系列能量需求步骤。
鉴于在很厚铸体铸造成减小的薄带材时存在固有的缺陷，从19世纪下半叶开始，当托马斯·贝西默爵士研究出一种钢带的连续铸造机时，人们认识到直接使用铸造金属带的优点，该铸造机包括冷轧、对置旋转、以很小距离间隔设置的金属铸造辊。金属在铸造辊间的间隙内浇铸，并与后者的冷表面接触而固化，最后以等于辊自身相对壁之间的间隔的厚度拉出。
已经发现这种很引人的技术仅在20世纪的最后十年被实际用于诸如铜和铝的金属铸造，可是对于高熔点的金属和合金，诸如钢，目前这种技术仍未在工业上广泛推广。
在本领域中，人们主要致力于减少生产成本、能量消耗和环境影响，并生产用于特别应用的薄带材，例如表面质量不作特别要求的应用场合，或生产能够忍受与热层压带材相同操作的薄带材，该层压带材使用小于1毫米的厚度。
由于贝西默所构想的用于连续金属带铸造的机器在总体结构上仍是理想化的，需要解决其有效使用的问题仍有很多，所涉及的范围也从确保辊在其扁平端的紧密度，到最适于经受得住所要求的工作条件的材料，到有关所有操作和带材的铸造速度和牵引的自动控制，直至带材的卷绕。
沿着作业线受力较大的一些点是铸造辊，它们通常必须确保在高热应力的情况下铸造带的质量稳定、使用期限适宜。
连续带材铸造技术的一个特征就是，带材厚度在相同的铸造条件如钢凝固温度等下依赖于辊转速。
铸造辊是铸造作业线中最为复杂的部件之一，因为除了其他以外，它们必须包括一个供辊本身用的冷却系统和一个精细的支承系统，该支承系统除了其他以外，还必须能调节铸造带材的厚度。这些要求涉及实施设备所需各种功能的大量元件。一种在已知设备中采用的技术方案是，布置有辊和执行许多与其操作直接相关的功能的装置，比如联合组装台中的冷却系统和辊距离控制系统，其允许了在常规或临时维护的情况下快速更换辊。
EP-A-903190和EP-A-903191公开了一种连续带材铸造装置，其具有一个铸造辊支承台，该支承台包括一个辊支承件的复杂系统。为了有利于辊在其于铸造过程中移开和移近的侧向运动中移位，在该装置中还设有一个直线轴承系统。
此类装置要解决的一个问题就是，确保尽可能快地应对紧急状态的移近和移开运动，比如在要求辊快速且几乎立即地甩掉仍处于辊上的熔融金属。
另一个要解决的问题是，提高支承件的可靠性，以最大程度地减小操作中的咬粘(seizure)危险，其会危及辊组件本身发生严重的后果。
发明内容
因此，本发明的目的是为了解决上述问题，即提供一种支承装置，它确保连续金属带铸造过程中的最大可靠性、带材厚度均匀，且能在高温情况下使用，并允许在每个辊两相对端的支承件配合协调且充分精确地运动时，辊能达到所要求的位移，从而避免带材厚度不对称或有平面缺陷。
如上所述的问题是通过本发明所述的第一和第二冷却铸造辊组件上的支承装置解决的，具有一对靠着所述成对辊两端的板，作为一个用于连续金属带铸造的铸锭模工作，所述第一和第二辊具有平行的轴线，且它们都由至少一个靠近轴端的活动支承件支承，所述活动支承件适于允许所述成对的辊作彼此接近和远离的运动，每个与第一辊相联的活动支承件通过其对应的液压缸与所述组件相连，液压缸适于沿着所述第二辊的方向推动所述第一辊并适于将每个支承件推到接合端元件上，每个与第二辊相联的活动支承件通过致动部件与所述组件相连，其中，所述致动部件适于使所述第二辊与所述第一辊间进行彼此接近和远离的运动，且在每个活动支承件与所述组件之间，至少设有一个相应的液压轴承，其适于让每个所述活动支承件相对于所述组件滑动。
优选的是，所述组件是容纳上述铸造辊和其他部件的机箱的构架。
由于有了本发明富于创新的特征，辊支承件大大减小了支承件中的摩擦系数，它是通过设置确保辊本身与支承台间的液体薄膜的静压轴承而形成的。该技术方案允许人们即便靠近高温热源使用也能取得不错的效果。
因为支承件特性的缘故，铸造工艺保持在最佳水平，其在沿着辊彼此远离和接近的方向运动的过程中使得辊支承件、固定的机箱构架以及供给并排出辊冷却水的接头之间的摩擦最小。利用本发明的支承装置实现的摩擦最小化对于确保对称均衡的工艺也是重要的，在其他方面不同的情况亦可发生在具有两个不同支承件的同一辊上，且铸造带由此沿着其宽度具有可变的厚度。
根据本发明的另一个方面，该问题是通过下列方法解决的，即一种采用本发明所述的装置来控制并调节用于连续金属带铸造的铸造辊的轴向距离的方法，包括下列步骤：
(a)操纵所述液压致动器，以使第一辊沿着第二辊的方向靠近，直到至少一个与第一辊相联的相应活动支承件与接合端元件紧密接触；
(b)提供控制和调节部件，其适于根据所接收到的有关合适工艺参数的信号将控制信号发送给致动部件；
(c)操纵致动部件，以根据辊分离力的强度变化，通过滑动到至少一个相应的液压轴承上，沿着与第一辊彼此接近或远离的方向，将一个作用力施加到与第二辊相联的活动支承件上，从而使得辊间的最小间隙保持恒定。
附图说明
通过下面参照附图对一个连续金属带铸造辊所用支承装置的特定非限定性实施例所作的详细说明，本领域的技术人员将更为明显地看出利用本发明获得的其他优点，其中：
图1示意性地示出了金属带铸造线的垂直平面中的一个剖面；
图2示意性地示出了辊支承箱(support box)的轴侧投影图；
图3示意性地示出了本发明辊支承装置的一个剖面；
图4示出了一个接头的剖面，该接头用于将冷却液供给到成为本发明优选方面的装置的一部分的辊上。
具体实施方式
参见上述附图，连续铸造装置设有一个铸包1，其通过一个卸载滑阀2和一根导管3将液态钢料卸到中间包4中。钢料自中间包4又经过另一根导管5流入一个未示出的可选下中间包中，或通过一个卸载装置进入铸锭模10中，铸锭模10包括一对对置旋转的冷却铸造辊11，11’，其围绕着各自相互平行的轴线X，X’转动。两块由图2中的参考标号30表示的隔板被设置用来使铸锭模10完整化，并通过合适的部件沿着辊轴线的方向限制辊本身之间的液体金属，该部件将隔板推到辊端面上。
在这样的铸锭模10中，液体金属在与所述辊11，11’接触时凝固，并以高温带材的形式自铸锭模中抽出，所述带材在所述铸锭模的下方靠重力沿着一条基本上垂直的路径12行进。辊和许多与其相联的其他装置被布置在一个机箱7中，其在图2中部分详细地示出。在此示出了该机箱的构架14，特别是底部和容纳于机箱中的组件。
图2和3在一可行实施例中通过本发明范围和目的的一非限定性示例详细示出了本发明辊11，11’的支承装置。
铸造辊11，11’被安装在四个支承件17，17’，19，19’上，优选每个辊用两个支承件，而这些支承件又倚靠在机箱7的构架14上。在支承件17与机箱7的构架14之间，设有一些液压轴承13，13’，其中一个优选靠近每个支承件17，17’。在铸造操作过程中，辊11保持固定不动，即，借助于将其推向第二辊11’的一个或多个优选是两个的液压缸18，18’，将辊11的每个支承件17，19推到止挡16上。
该辊11按常规被称为“固定不动的”，是因为在铸造操作过程中，它倚靠在接合端16上，而另一辊11’被称为“活动的”，是因为在铸造操作过程中，它执行正确铸造操作所必需的操作。辊11’通过至少一个磁致伸缩致动器15被推向辊11，该致动器15在一个有利的实施例中优选为两个15，15’，在每个辊端布置一个。液压缸18，18’与固定的辊11连接，而磁致伸缩致动器15，15’利用其相应的第一端与活动辊11’连接，且相对于机箱7的构架14例如其侧面固定在其相应的第二端上，为了能更好地观察系统，图3中未示出这一情况。
磁致伸缩致动器是基于一些金属合金的强磁致伸缩效应的装置。这样的材料能沿着作用于其上的磁场方向伸长，即所谓的负磁致伸缩。它们也能基于所经受的压力或牵引力的结果改变磁畴的方位。
磁致伸缩效应在铁和稀土合金诸如钐、铽、镝等中有所增强。当磁场达到材料的饱和值时，该效应最大化。此外，一旦达到居里温度，该效应终止。在下面的表1中，列举了一些磁致伸缩材料的主要特性，其特别适用于磁致伸缩致动器的结构。
表1
  材料   饱和磁致伸缩[μm/m]   居里温度[℃]
  SmFe2   -2100   402，85
  TbFe2   2460   424，56
  DyFe2   1260   362
  HoFe2   200   333
  ErFe2   -300   317，45
  TmFe2   -210   287
  Fe   -9   770
  Ni   -33   354
  CoFe2O4   -110    -
因为这样的磁致伸缩材料非常脆，所以由该材料制成的棒预加载系统就适合设置在致动器中，以防止棒在操作过程中因牵引而受力，带来破坏性的后果。
此类致动器提供了最佳的使用性能，其中，除了反应时间短、可应用力高外，对高频率有着良好的反应。例如，一种磁致伸缩合金具有0-5kHz的最佳频率间隔，此外，一种采用该材料的10cm长的棒能在50μs内延长超过0.1mm，而直径为30mm的棒能承受2吨的力。
在支承装置中，设有轴承13，13’，以沿着其轴线X，X’彼此接近和远离的方向减小铸造辊11，11’运动过程中的摩擦系数。辊11，11’这样的运动必须在执行的同时最大精确地保持其轴线X，X’之间的平行性，以起到控制铸造带厚度的目的。所用的轴承采纳如图3详细示出的流体静力学类型较为有利。这样一来，在两活动和固定辊的支承件17，17’，19，19’与机箱7的构架14之间就形成了明显减小摩擦的液体薄膜。
下面仅针对一个磁致伸缩致动器对本发明一对辊的支承装置的操作加以描述，不过，应该理解的是，在该对辊第二端的辊的第二支承件也具有相同的技术特征并以相同的方式操作。在铸造工艺中，当带材生产速度或一些其他铸造参数比如液态钢的过热量改变时，辊11’会自身接近或远离辊11，以保持辊本身的分离力非常恒定，从而确保恒定的工作条件，尤其是凝固状态点仍相同，优选接近所谓的“吻合点(KISSING POINT)”(KP)。
当铸造辊11，11’的分离力开始改变时，这意味着，凝固点远离KP点。在这种情况下，活动辊11’的位置必须改变，以通过使活动辊移近或远离固定辊而使分离力回到预定值，这就使得凝固状态点接近KP点。
为了调节活动辊11’的位置，将磁致伸缩致动器15与活动辊11’的支承件17连接，还在其间设置一个测压元件。这同样适用于由第二磁致伸缩致动器15’驱动的活动辊11’的第二端。磁致伸缩棒15a预载有一个合适的预载系统15c，活动辊11’的初始位置由一个位置转换器确保。在初始位置上，磁致伸缩棒在由电动线圈15b产生的磁场作用下延长一个预定值，这便确保了支承件17’被推到铸造带上。
辊分离力一改变时，控制系统就改变磁场的强度以与分离力的变化相关地延长或缩短磁致伸缩棒，因此，辊的位置也以这样的方式改变，即保持力恒定，也就确保了KP点的凝固状态。
系统的反应非常快，因为辊间的距离可在几十微秒内改变。
在本发明的一个有利实施例中，支承装置优选还包括一个或多个连接接头，供辊的冷却液导管用，其整体上由参考标号20表示。图4中示意性地示出了其中一个。需通过消散金属凝固热量进行冷却来使辊11，11’的表面温度尽可能恒定。假定消散了相当大的热量，必须适时地定好冷却液导管的尺寸。冷却系统还必须能让辊11，11’作彼此接近和远离的运动，无论位移例如在改变带材厚度时小还是在辊11，11’远离时大，例如为了倒空铸锭模10中容纳的液态钢。
接头20包括一个基本上水平布置的伸缩套管21，其中液体导管沿着将液体送往辊的方向和冷却后辊的出口方向插入。优选的是，每个辊11，11’各设两个接头，它们位于每个辊的两端，一个用来将液体送给辊，另一个用来从辊上带走液体。伸缩套管21被共轴地插在一个外壳22中，其设有合适的垫片23，24，它们允许管子21在辊11，11’位移大的情况下在外壳22中进行轴向滑移。这种移位可在紧急状态下通过靠近每个支承件17，17’，19，19’布置的液压缸进行，其在活动辊11’的情况下被布置成与磁致伸缩致动器串联。
正如可从图4中看出的一样，图中示出了辊11，11’四个支承件中的一个，因为另外三个支承件都是以相同的方式制成的，由此波纹管或胀缩件27允许辊11在铸造过程中沿着箭头28，28’的方向进行小规模的位移，即便管子21在外壳22中不作轴向滑动，且对应于振动式接头20在铸造机操作中沿着箭头29方向的小位移。这样的运动必须是摩擦尽可能小地发生，而垂直波纹管或胀缩件27的存在满足了这一点，且它们无阻力地恢复原状，同时管子21的轴向滑动会伴随更大的消耗。
如果在开启辊以将其间的金属从铸锭模中紧急抽出时需要上述同一类大的位移，“固定”辊11的波纹管或胀缩件27允许外壳22产生第一位移，直到与其中一个止挡或接合端元件25接触，且不发生受到破坏的变形，随后管子21发生轴向滑动，其允许辊轴向远离。固定辊11和活动辊11’都以相同的方式被开启。
例如，可在管子21的周围有利地设置其他波纹管，以便防尘或防止其他外来杂质。还设有包括“O形环”的支承和衬垫元件23，24，从而确保管子21与外壳22之间不流水。
冷却水在包括垂直波纹管或胀缩件27的管子中沿垂直方向流动，例如沿着箭头31的方向流动，然后它流过图中未示出的水平伸缩套管21中的孔眼，随后流进相应的铸造辊11，11’中。在完成了其冷却功能后，冷却水就沿着相反的路径，从辊11，11’流向伸缩套管21，然后流过包括波纹管27的垂直管子中的孔眼。
借助于所述接头，其供冷却水或任何其他类型的适于执行该功能的冷却液的导管所用，支承装置的整体阻力与辊11，11’的位移相关，这就体现了这样的优点，即，辊间的距离是以非常精确的方式自动调节的，例如根据铸造速度，且带材厚度沿着其宽度完全均匀。事实上，支承件中过量的摩擦会损害带材厚度整体的均匀性。

Claims (8)

1、一种第一和第二冷却铸造辊(11，11’)组件(14)上的支承装置，具有一对靠着所述成对辊(11，11’)两端的板(30，30’)，作为一个用于连续金属带铸造的铸锭模(10)工作，所述第一和第二辊(11，11’)具有平行的轴线，且它们都由至少一个靠近轴端的活动支承件(17，17’，19，19’)支承，所述活动支承件(17，17’，19，19’)适于允许所述成对的辊(11，11’)作彼此接近和远离的运动，每个与第一辊(11)相联的活动支承件(17，19)通过其对应的液压缸(18，18’)与所述组件相连，液压缸(18，18’)适于沿着所述第二辊(11’)的方向推动所述第一辊(11)并适于将每个支承件(17，17’)推到接合端元件(16)上，每个与第二辊(11’)相联的活动支承件(17’，19’)通过致动部件(15，15’)与所述组件相连，其中，所述致动部件(15，15’)适于使所述第二辊(11’)与所述第一辊(11)间进行彼此接近和远离的运动，且在每个活动支承件(17，17’，19，19’)与所述组件(14)之间，至少设有一个相应的液压轴承(13，13’)，其适于让每个所述活动支承件(17，17’，19，19’)相对于所述组件(14)滑动。
2、如权利要求1所述的装置，其中，所述致动部件(15)由一个磁致伸缩致动器构成。
3、如权利要求2所述的装置，其中，设有至少一个接头(20)，其在所述辊(11，11’)与所述组件之间支承冷却液导管，适于在与所述辊(11，11’)的轴线垂直的方向上恢复位移。
4、如权利要求3所述的装置，其中，所述接头(20)包括一个伸缩套管(21)，其基本上被水平地插入一个与所述组件相连的外壳(22)中，所述管子适于沿着其自身轴线在所述外壳中滑动。
5、如权利要求4所述的装置，其中，在所述组件与所述外壳之间设置有波纹管或胀缩件(27)。
6、如权利要求5所述的装置，其中，设有一个接合部件(25、26)，以限制所述外壳在所述伸缩套管(21)的轴线方向上的位移。
7、一种采用如权利要求1所述的装置来控制并调节用于连续金属带铸造的铸造辊(11，11’)的轴向距离的方法，包括下列步骤：
(a)操作所述液压致动器(18，18’)，以使第一辊(11)沿着第二辊(11’)的方向靠近，直到至少一个与第一辊(11)相联的相应活动支承件(17，19)与接合端元件(16)紧密接触；
(b)提供控制和调节部件，其适于根据所接收到的有关合适工艺参数的信号将控制信号发送给致动部件(15，15’)；
(c)操纵致动部件(15，15’)，以根据辊分离力的强度变化，通过滑动到至少一个相应的液压轴承(13，13’)上，沿着与第一辊(11)彼此接近或远离的方向，将一个作用力施加到与第二辊(11’)相联的活动支承件(17，19’)上，从而使得辊(11，11’)间的最小间隙保持恒定。
8、如权利要求7所述的方法，其中，控制系统随着分散力强度变化而改变磁场强度，以延长或缩短包括在所述致动部件(15)内的磁致伸缩棒。
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