CN1430540A - 用于连续浇铸金属,尤其是钢的装置 - Google Patents
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Abstract
为了继续开发用于连续浇铸金属，尤其是钢的装置，这种装置具有一个带结晶器壁(1，18)的结晶器以及一个结晶器冷却装置，从而使它能够运送走高的热流并能承受热负荷且因而适合在高的浇铸速度时应用，这种装置的结晶器的至少一个结晶器壁(1，18)应包含有一个钢结晶器壁(2)以及用于此钢结晶器壁的一个支承格网(3)，其中设有一个磁场发生器(3.2)用于产生一个磁场(3.1)，该磁场经过支承格网(3)作用在钢结晶器壁(2)上并因而将钢结晶器壁(2)拉向支承格网(3)；而且其中该结晶器冷却装置包括有一个喷雾冷却装置(10)。
Description
本发明涉及一种用于浇铸金属，尤其是钢的装置，它有一个带结晶器壁的结晶器以及一个结晶器冷却装置。这样一种装置用于浇铸各种不同的连铸铸坯的规格形状，例如板坯、薄板坯、大钢坯或者工字梁用异形坯(钢梁粗制坯材)。此处该结晶器本身或者铸坯，例如在水平连续浇铸时可以振动。但是该结晶器本身布置在一个位置上并因而也可以称为固定结晶器。
这样的结晶器作为连铸设备的铸模或者由结晶器板构成，也就是二块用于结晶器宽边的板和二块用于结晶器窄边的板，或者由结晶器管构成。
这种结晶器板或结晶器管由铜制成，通常在水冷却和面对钢熔化物的边之间的厚度为10至50mm。
铜板厚度的选择取决于热负荷或者热流，例如按MWh/m2或MW/m2计量。因而具有厚度大于150mm和宽度小于3m的板坯形状规格的一个结晶器的连铸设备有最大为2MW/m2的热流，该设备的浇铸速度最大约为2.5m/min。结晶器的铜板的厚度在25至50mm之间。相反，浇铸速度达到10m/min，并在将来要达到15m/min的薄板坯具有最大为4-5MW/m2的热流，而且铜板厚度为10-25mm。
为了适应这随着浇铸速度的提高而增大的热流，在加强水冷却方面必须使铜壁越来越薄。这是困难的，因为设计成较薄的结晶器壁要承受住为保证相应的5-15m/s的水流速度的较高的5-15巴的水压而不产生变形。还有的缺点是：设计成太薄的铜板当冷轧铜在一个过高的热负荷时由于超过了再结晶温度而丧失强度。此外在把很薄的结晶器铜板装配在结晶器框上时会出现一些问题。通常借助于螺栓将结晶器板安装在水箱上或者结晶器框上，此时螺栓就借助后面的螺纹拧入铜板里。这在板很薄时就不可能了；这里这些螺栓就必须焊接到铜板上。
本发明的任务是进一步开发一种所述种类的装置，从而即使提高浇铸速度也不会出现上述那些缺点。尤其是要提出一种具有一个结晶器的用于连续浇铸的装置，这种装置能够运走高的热流并能承受高的热负荷。也应使装配得到改善。
该项任务由具有权利要求1所述特征的装置来解决。有利的进一步改进则在从属权利要求中说明。
按照本发明建议：该至少一个结晶器壁包含有一个钢结晶器壁以及一个用于此钢结晶器壁的支承格网；设有一个磁场发生器用于产生一个磁场，该磁场通过该支承格网作用在钢结晶器壁上并因而将该钢模结晶器壁拉向支承格网；而且该结晶器冷却装置包括有一个喷雾冷却。
用此特征提出了一种结晶器，它具有一种即使在高的浇铸速度时也有高的和受控制的导热性能的薄的结晶器壁。该结晶器壁一方面由一种指向金属熔化物的钢结晶器壁组成，另一方面由一种用于稳定该钢结晶器壁的支承格网组成。由于磁场吸引力使钢结晶器壁的安装很简单。这样一种结晶器还有特殊的优点：由于熔化钢水而经受到磨损的钢结晶器壁与昂贵的铜板不同，在必要时可以快速而且并不复杂地进行替换而无需费钱的加工，其方法就是将用旧的钢结晶器壁“扔掉”，也就是又供给钢的再循环过程。借助于所建议的由薄的钢壁和支承格网组成的双倍的壁就可以使用一种简单的，花费较少的结晶器喷雾冷却。为了不必建立起较高的结晶器冷却水压，例如直到15或20巴，该喷雾冷却就在离开支承格网的敞开的腔室里或者通道里起作用，也就是说该薄的钢结晶器壁直接被冷却，尽管如此但仍有一种相对较高的支承作用效果。在使用喷雾冷却时可以应用喷雾水。当输出热量的效率较高时总体上就得到一种简单的结晶器结构，并因此得到一种相对比较价廉的结晶器。按本发明的解决方案提出了一种具有导热能力的结晶器，而否则的话它就要求铜板的厚度达到大约10mm或者更厚，这种结晶器可以方便地装在一个基架上，而且允许在水一侧进行结晶器的冷却，而且同时这种结晶器是价廉的。
按本发明所建议的钢结晶器壁最好具有在0.5和5mm之间的厚度，这个厚度的壁其作用相当于厚度为10mm的一种铜板，但在结构上具有优点而且价格低廉。
该支承格网优选参考具有一种其中置入有腔室的支承壁，也就是这些单个的腔室或者格网的通孔由支承壁的一些壁连板围住，其中通过该支承壁将磁场引入结晶器壁里。
用于冷却结晶器壁的喷雾冷却最好包括有喷嘴，这些喷嘴在支承格网的腔室里从背面使钢结晶器壁冷却，也就是通过格网里可以自由通达的腔室部位或者空隙来冷却。结晶器喷雾冷却的这种喷嘴以及冷却介质，尤其是水的输入口都完全地或部分地一体组合在支承格网的支承壁里。总的来说支承格网或者支承壁与钢结晶器壁相比就作得更厚些。
所建议的喷雾冷却的优点在于，该喷雾冷却的强度可以与结晶器壁里的能量变化成函数关系在结晶器高度上进行调节。这种能量变化大约在结晶器的上部三分之一处具有热量最大值。由于借助于单个的上下叠置的喷嘴进行喷雾冷却使冷却的强度可以受控制的调定，并因而适配于具有能量最大值的一种能量变化过程或者一种能量射束，其方法是在此位置上进行深度冷却。
对另一种方案的装置则建议：设有一个装置，用于控制钢结晶器壁的面对液态金属的边的表面温度，以便必要时使喷雾冷却通过一个调节机构适应于表面温度的波动变化。
除了按本发明所建议的使钢结晶器板固定在支承格网上之外还可以机械地固定住该结晶器板。为此建议设有一种固定装置，用于使例如一个宽边的钢结晶器壁沿结晶器高度固定在宽边的中央。另外钢结晶器壁还可以水平地固定在结晶器入口处或者结晶器出口处。若窄边同样用一个支承格网实现稳定的话，除了宽边之外，必要时也可以使窄边固定住。
按照一种特别优选的实施形式，该支承格网的支承结晶器壁在其指向钢结晶器壁的端部，也就是头部侧或者在其头部处设置有球，这些球用作为钢结晶器壁的一种自由热限制运动的(球)轴承。为建立起一种流体轴承要给这些球供给流体介质，例如水或者气体。此处使管路通入到支承壁里，这些管路垂直于钢结晶器壁布置并用水或气体在支承壁的端面侧上供给这些球或者球轴承保持器。
为了使喷雾水在喷到钢结晶器壁的自由的背壁部位上之后不会无控制地流出，按照本发明的一种改进方案，该支承格网应该有一个围住此格网的带一个密封件的外框架。
向着后面，也就是向着离开熔化钢液的面，该消耗的冷却介质或者可以自由地流出，也就是说在敞开的大气部位处流出，或者定向地流出。在第二种情况下最好在结晶器壁的下面部分处设置一个收集器，它汇入在一个排出口里，以便使冷却水在一定情况下送至一个预加工设备。在该收集器里将经过支承格网，这里尤其是经过支承格网的一个分别向着一个喷嘴下面布置的壁部分回流的冷却介质收集起来并经排出口排出。
本发明的其它细节和优点见从属权利要求以及以下的说明，在其中对于附图中所表示的本发明的实施形式都作了详细的叙述。因而除了上面所述的特征的组合之外这些单独的特征或其它的特征组合对本发明也是至关重要的。
附图所示为：
图1a是一个结晶器的一个结晶器壁的侧视图，这里是一个用于连续浇铸长方形规格的钢坯的结晶器的一个宽边，是以熔化钢液侧看到的；
图1b是图1a所示结晶器结晶壁的侧视图；
图2a是具有喷雾冷却的一个结晶器壁的侧视图，该喷雾冷却适应于在结晶器高度上的能量流分布；
图2b是在结晶器高度上热量流变化曲线图；
图3a是具有窄边结晶器壁以及具有一个用于宽度调整以及锥度调整的窄边体的一种结晶器的截面视图；
图3b是在支承结晶器壁的头部侧端用于将钢结晶器壁支承在支承格网上的球轴承方案的细部视图。
图1a表示了一个结晶器的宽边1，该结晶器具有二个宽边和二个窄边，并适合于浇铸如板坯或薄板坯那样的矩形规格的坯料。该结晶器的宽边例如由一个2mm厚的钢结晶器壁2组成。该属于整个结晶器壁的部分的钢结晶器壁2借助于一个由磁场发生器3.2所建立起来的并且通过带有支承结晶器壁11的支承格网3作用在钢结晶器壁2上的磁场3.1而拉在支承格网3上。钢结晶器壁2最好是一种复层的钢结晶器壁2.1，它例如由钢/铜复层或者也可以由铜/钢/铜复层或者由其它金属代替铜来构成。该磁场发生器最好是一个永久磁铁3.4。
2mm厚的钢结晶器壁按其单位导热能力来说相当于一个大约14mm的铜壁。设置有一个装置4.1(此处简明示出)用于附加的固定，该装置将带宽度17和高度16的宽边固定在垂直中心线4上，从而使热膨胀能够对称地在二个水平方向上(此处设有箭头和标号5)从中间开始传播。
另外该钢结晶器壁在其结晶器的上边6或下边7处同样地固定住，以便在垂直方向上(此处，标有一个垂直箭头以及标号8)能够有同样形式的热膨胀。对于此处所示的实施形式来说这是指杆状的元件，它们可以围绕其纵轴线旋转。
为了不必建立起直到15或20巴的较高的结晶器冷却水压，在支承格网3的腔室9里或者空缺或通孔处借助于包含有喷嘴的结晶器喷雾冷却装置10而使钢结晶器壁2的背面冷却，如图1b所示。加热了的冷却水或者回流喷雾水10.2可以自由地经过支承格网壁11或支承壁斜撑而流出。此处可以将喷雾水收集在一个封闭的腔室或者一个收集器12里，以便使其经过一个出口12.1流出，或者在敞开的大气部位13处排出。(见图3a)
矩形的磁性化的支承格网3.1的外框架环形围绕地设有一个橡胶密封件3.3，以便阻止结晶器喷雾水10不受控制地流出。
支承格网3的支承壁11在头部范围11.1内设有球11.2，它用作为通常轴承或者作为用于钢结晶器壁2的自由热限制运动的流体轴承。轴承点或球11.2的示例由图1a可见。若不装设球，支承格网头部11.1也可以由倒圆的石墨头11.1.1组成，这种石墨头应该促进这种热限制的滑动过程。
图3b表示了球轴承实施形式的一个细部视图。这里表示了具有支承壁头部11.1的支承壁11的一个断面，其中支承壁头部11.1它具有由头部11.1所承接的用于支承钢结晶器壁2或2.1的球11.2。球轴承保持器经过管路供给而获得流体11.3，如水或者气体，这种流体用于构建一种流体轴承或者液压轴承。同样也表示出了在支承壁11或者在格网3的连板之间起作用的喷嘴10.1。
图2a表示了按本发明的用于连续浇铸的装置或者具有一个浸入式浇铸口23.2的结晶器，该浇铸口伸入在结晶器里。用24表示浇铸渣，用24.1表示浇铸粉剂。流动的钢23.1经过浸入式浇铸口23.2而浇铸入结晶器里，其中伴随形成连续铸造铸坯外壳23的凝固就在结晶器壁处开始。浇铸速度Vc用25表示。由磁场发生器3.2或3.4所产生的磁场3.1可以这样来构成，从而使它对于钢水在结晶器里的流动受到一种电磁制动3.1.1的影响。
图2a中用15表示在结晶器的面对流动钢水的边上的结晶器壁温度。设有一种相应的测量或者检测装置用于测量温度。在图2a中同样可以见到支承轴承的实施形式，这种轴承具有一体组合在支承壁3的头部里的球11.2或者具有倒圆的最好由石墨11.1.1制成的头部。最好应用一种类型的支承轴承，但本发明也考虑了设置有二种类型支承轴承的支承壁。若是图2a所示的带有喷雾冷却的结晶器，回流喷雾水10.2就不再被收集，而是向下流出，其中必要时则在结晶器之下将其收集。
本发明的一个优选特征在于，该喷雾冷却或者说这些单个的喷嘴的参数可以适应于结晶器的各自必要的冷却需求。因而与图2a相比，图2b表示了在结晶器高度上附带产生的能量射束14，也就是在结晶器的上部三分之一处释放热量的一个最大值。测量结晶器壁温度15用于进行调节并使喷雾冷却在结晶器高度上相应地适配。
图3a表示了朝着一个窄边18看到的结晶器的一种实施形式。对此种实施形式来说结晶器的宽边按照本发明构成，而窄边虽由钢制成，但没有支承格网。但本发明同样也考虑到，无论是结晶器的宽边还是窄边或者只是窄边按照本发明构成。对于所示的实施形式来说窄边18由钢制成。窄边18由于轻微的凹入和/或内部外凸18.1而获得了高稳定性。它装配在真正的窄边体19上，该窄边体允许对结晶器进行宽度调整20和锥度调整21。这种类型的结构允许在通常设计的此处用22表示的窄边结晶器水冷却装置部位处的水压达到20巴。用于22.1表示了一个排水体。按照另外一种实施形式，结晶器的窄边也可以对应于当前的技术并由水冷却的铜板制成。已经在其它附图中叙述过的元部件在图3a中具有对应的标号。
再说到按本发明建议的具有相应的冷却的用于连续浇铸的一种浇铸结晶器的壁结构，支承格网3的腔室9或者通孔可以设定为任意一种形状，所示的为矩形形状，最好这些腔室具有一种蜂窝形状，其中这些腔室9或12布置在支承壁11之间。
总体来说，提出了一种用于连续浇铸的结晶器，它允许有较高的控制导热，而且装配简单，尤其是钢结晶器壁的装配。钢结晶器温度可以沿浇铸方向(垂直的)也可以沿横交于浇铸方向(水平的)进行控制。该钢结晶器壁可以用作为扔掉钢板的壁式，这种钢板由于磨损而使高价值和昂贵的维护处理成分多余。可以使用一种相对比较简单的结晶器喷雾冷却，它在结晶器高度上与能量射束成函数关系地在其作用效果或强度方面是可以调整的。也可以使用通常的喷雾水，该结晶器在相对较低的成本时具有简单的结构。
附图标记
1 板坯结晶器的宽边
2 钢结晶器壁，例如一种板坯的宽边
2.1 复层的钢结晶器壁，例如由钢/铜，铜/钢/铜或者黄铜/钢/黄铜组成
3 支承格网，格栅
3.1 磁场
3.1.1 用于稳定结晶器里钢水的流动的电磁制动器，EMBR
3.2 磁场发生器
3.3 密封，例如一种橡胶密封
3.4 永久磁铁
4 宽边的垂直中心线
4.1 用于固定钢结晶器壁(2)的装置
5 水平方向
6 结晶器的上边，结晶器入口
7 结晶器的下边，结晶器出口
8 垂直方向，一个板坯设备的浇铸方向
9 支承格网(3)的空缺、腔室
10 结晶器喷雾冷却装置
10.1 喷嘴，喷头
10.2 回流喷雾水
11 带有腔室(9)的支承格网(3)的支承壁
11.1 支承壁头部
11.1.1石墨制成的支承壁头部
11.2 球，它用作为钢结晶器壁(2)的自由热限制运动的轴承
11.3 流体，例如气体或水，它用于构建一种流体轴承或者液压轴承
12 结晶器喷雾冷却(10)的封闭腔室、空腔
12.1 喷雾水流出口
13 结晶器喷雾冷却(10)的敞开大气部位
14 能量射束
15 在面对流动钢水的边上的结晶器壁温度
16 结晶器高度
17 结晶器宽度
18 窄边
18.1 导散热量的窄边壁的凹入的和/或内凸起的形状
19 窄边体
20 宽度调整
21 锥度调整
22 最大水压为20巴的通常的窄边结晶器水冷却
22.1 排水体
23 连铸坯外壳
23.1 流动的钢水
23.2 浸入式浇铸口
24 浇铸渣
24.1 浇铸粉剂
25 浇铸速度，Vc
26 支承壁(3)的蜂窝形状
Claims (21)
1.用于连续浇铸金属，尤其是钢的装置，它有一个具有结晶器壁(1，18)的结晶器以及有一个结晶器冷却装置，其特征在于，该至少一个结晶器壁(1，18)包含有一个钢壁板(2)以及用于此钢结晶器壁的一个支承格网(3)；设有一个磁场发生器(3.2)用于产生一个磁场(3.1)，该磁场通过支承格网(3)作用在钢结晶器壁(2)上并因而将钢结晶器壁(2)拉在支承格网(3)上；而且该结晶器冷却装置包括有一喷雾冷却(10)。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，钢结晶器壁(2)的厚度在0.5和5mm之间。
3.按权利要求1和2所述的装置，其特征在于，钢结晶器壁(2.1)由至少有一个钢层的金属层制成，最好由复层的钢/铜或者金属/钢/金属制成，其中该金属例如是铜。
4.按权利要求1至3中任意一项所述的装置，其特征在于，支承格网(3)包含有一个其中设有腔室(9)的支承壁(11)，此处通过支承壁(11)将磁场(3.1)引导入钢结晶器壁(2)里。
5.按权利要求1至4中任意一项所述的装置，其特征在于，喷雾冷却装置(10)包含有喷嘴(10.1)，它们在支承格网(3)的腔室(9)里从背面使钢结晶器壁(2)冷却。
6.按权利要求1至5中任意一项所述的装置，其特征在于，喷雾冷却(10)的强度可以与结晶器壁上能量变化成函数关系地在结晶器高度上调节。
7.按权利要求1至6中任意一项所述的装置，其特征在于，它具有一个机构，用于控制钢结晶器壁(2)的面对液态金属的边的表面温度(15)。
8.按权利要求1至7任意一项所述的装置，其特征在于，结晶器壁(1)包含有一个钢结晶器壁(2)以及用于此钢结晶器壁(2)的一个支承格网(3)，该结晶器壁(1)是一个用于铸造矩形规格坯料，尤其是板坯料或薄板坯料的结晶器的一个或者二个宽边(1)；和一个宽边(1)的各个钢结晶器壁(2)借助于一个固定装置(4.1)沿在结晶器高度(16)固定在该宽边的中央。
9.按权利要求1至9中任意一项所述的装置，其特征在于，该结晶器具有一个结晶器入口(6)以及一个结晶器出口(7)；和钢结晶器壁(2)水平地固定在结晶器入口(6)处或者结晶器出口(7)处。
10.按权利要求1至9中任意一项所述的装置，其特征在于，支承格网(3)的支承壁(11)在其指向钢结晶器壁(2)的端部设有球(11.2)，这些球用作为用于钢结晶器壁(2)的自由热限制运动的支承轴承。
11.按权利要求10所述的装置，其特征在于，该球轴承的球(11.2)可以借助于流体介质而被推动。
12.按权利要求1至11中任意一项所述的装置，其特征在于，支承格网(3)的支承壁(11)在其指向钢结晶器壁(2)的端部具有石墨制成的支承格网头部(11.1.1)，它最好作成倒圆的。
13.按权利要求1至12中任意一项所述的装置，其特征在于，支承格网(3)具有一个围住该支承格网的外框架，而且该外框架具有一个用于控制结晶器喷雾冷却介质(10.2)，尤其是水的回流的密封(3.3) 。
14.按权利要求1至13中任意一项所述的装置，其特征在于，有一个收集器(12)和一个排出口(12.1)，用于定向地排出喷到钢结晶器壁(2)上的冷却介质(10.2)，其中在收集器(12)里收集了经支承格网壁(11)回流的冷却介质(10.2)并经排出口(12.1)排出；或者使喷出的冷却介质(10.2)在敞开的大气部位(13)处排出。
15.按权利要求1至14中任意一项所述的装置，其特征在于，构成结晶器的窄边(18)的结晶器壁包括有一个钢壁，它具有一个用于机械稳定的内部凸度(18.1)。
16.按权利要求1到14中任意一项所述的装置，其特征在于，构成该结晶器窄边的结晶器壁由铜板制成。
17.按权利要求15或16所述的装置，其特征在于，各个钢制窄边(18)装配在一个窄边体(19)上，该窄边体允许对板坯规格的宽度和窄边的锥度进行调节。
18.按权利要求4至17中任意一项所述的装置，其特征在于，结晶器冷却装置(10)的喷嘴(10.1)以及冷却介质(11.3)尤其是水的输入件全部或者部分地一体组合在支承格网(3)的支承壁(11)里。
19.按权利要求4至18中任意一项所述的装置，其特征在于，支承格网(3)的腔室(9)是一种蜂窝形状。
20.按权利要求1至19中任意一项所述的装置，其特征在于，磁场发生器(3.2)是一个永久磁铁(3.4)。
21.按权利要求1至20中任意一项所述的装置，其特征在于，由磁场发生器(3.2)所产生的磁场(3.1)也作为电磁制动器(3.1.1)作用于在结晶器里流动的熔化金属流(23.1)上。
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