CN1774309A - 用于连铸的管形锭模 - Google Patents

Abstract

在圆形或多边形的毛坯或初轧坯形式的连铸中，对锭模进行了使用，该锭模的型腔包括一根依靠水循环冷却来强化冷却的铜管(3)。为了在一方面增加冷却能力并且在另一方面增加型腔(4)的尺寸稳定性，以及延长铜管(3)的总使用寿命，建议在管子外侧面(5)处的整个圆周上为铜管(3)设置一个支承壳(12)或支承板。为了铜管(3)的冷却，用于引导冷却水的冷却通道(6)布置在铜管(3)上或支承壳(12)上。冷却通道(6)在管子外侧面(5)处分布在整个圆周上并且基本上在整个锭模长度上伸展。

Description

用于连铸的管形锭模

本发明涉及一种根据权利要求1或2前序部分所述的用于圆形和多边形的毛坯和初轧坯横截面的连铸的管形锭模。

将钢材连铸为毛坯和小初轧坯横截面时使用管形锭模。这种管形锭模包括一根装配在一个水套中的铜管。为了实现冷却水以一个高流速的进行循环冷却，一个管形排水器相对于铜管具有一个小缝隙地布置在铜管外侧。冷却水在排水器和铜管之间以一个高压和高达10m/s及以上的高流速冲压到铜管的整个圆周上。在铸造工序中，为了防止由于型腔侧和冷却水侧之间的大温差而引起铜管的任何损坏性形变，基本上只在管子的下端和上端通过凸缘来保持的铜管必须有一个最小壁厚。这个最小壁厚取决于铸造形式并且在8至15mm之间。

自工业化连铸开始以来，该技术领域中的技术人员已经尽了许多努力来增加铸造速度以获得每个连铸更高的产量。铸造能力的增加与锭模的冷却能力密切相关。锭模壁或整个型腔的冷却能力受许多因素的影响。重要的因素是铜管的热导率、锭模的壁厚、型腔的尺寸稳定性，以避免扭曲或铸坯表面和锭模壁之间的气隙，等等。

然而，除了对于一个给定的连铸形式可以对每个连铸的产量产生直接影响的冷却能力以外，锭模的耐用度对于连铸设备的经济性也构成了一个重要的成本因素。一个锭模的耐用度表示为，型腔中出现例如磨蚀、材料损伤、特别是热裂纹这些磨损现象或型腔的损坏性形变而要求更换锭模之前，多少吨钢材可以在一个锭模中铸出。取决于磨损的情况，锭模管不得不被废弃或进行修整以便于它可以再次使用。在锥形标准锭模的情况下，具有稍微大些的铜管壁厚的锭模一般具有更高的尺寸稳定性。

本发明的目的是提供一种用于毛坯和初轧坯形式的连铸锭模，特别地，这种连铸锭模提供了一个更高的冷却能力并因此允许更高的铸造速度，而没有达到铜材料热负荷能力的极限。此外，这种锭模在铸造工序中具有更高的尺寸稳定性并且因此在一方面当铸坯表面穿过锭模时产生较低的磨蚀而在另一方面形成一个更均衡的冷却或更好的铸坯质量。特别地，菱形铸坯横截面的制造需要避免。另外，该锭模将实现一个延长的总使用寿命并且因此减少了每吨钢材所需的锭模成本。

根据本发明，这个目的通过权利要求1或2特征性的特征来实现。

利用本发明所述的管形锭模在连铸中可获得下面的优点。与现有技术相比铜管更小的壁厚确保了一个更高的冷却能力，并且连铸设备在产量上有一个相应的增加。基本上在整个圆周上布置的支承板使得型腔的几何形状防止受热负荷的锭模管铜壁的扭曲而保持稳定，因此在一方面锭模磨损降低了，而在另一方面铸坯质量改善了，特别是由于有了一个更均衡的冷却。锭模延长的使用寿命通过铜材料中降低的热负荷以及铸坯表面和锭模壁之间较低的磨蚀来获得。然而，总使用寿命也通过型腔中的修整来延长，例如通过在磨损位置上再镀铜随后进行切削精加工，等等，其中铜管在这些修整中保持着与支承壳或支承板的连接。这方便了在切削加工时的装夹，而且在进行铣削或刨削等工序时，铜管的振动通过支承板来防止，从而在型腔有一个高的尺寸精度的同时允许更高的加工速度。然而，支承板在铜管修复时保持在铜管上的事实也减轻了锭模的水循环冷却装置的拆卸工作，从而减少了修复成本。

冷却通道可以被部分容纳在或铣在支承板和铜管的外侧面之中。为了增加铜管和冷却介质之间的接触面积，在冷却通道区域使铜管壁厚减少大约30-50％对冷却通道是有利的。

如果管子侧面处的冷却通道被铣在铜管中，支承凸缘和连接凸缘可以布置在冷却通道之间，而不会显著地降低冷却能力。根据一种方案，建议冷却通道占据65％-95％的最好是70％-80％的铜管外表面。取决于型腔的横截面，铜管在冷却通道区域剩余的壁厚被定为大约4mm到10mm。通过冷却通道几何形状和/或冷却通道镀层的一个合适的选择，对冷却水的热传递可以根据现场的要求来调整。

在矩形铸坯形式的情况下，四块支承板可拆卸地或固定地安置在铜管上。为了确保支承板以一种不考虑制造公差且无间隙的方式顶住铜管，根据一种方案，支承板可以一方面在它们的端面处伸出与其相邻的板，而另一方面与它们相邻的板重叠。相邻的支承板在铜管的拐角区域用螺纹连接在一起从而形成了一个围绕着铜管布置的支承箱。

取决于用于铜管装夹的设计方案，支承板可以无间隙地并且刚性地夹住铜管，或者在多边形形式的情况下的各个支承板之间在重叠处可以设置小的间隙用于密封件，优选是弹性密封件。这种小缝隙可以容许铜管壁的热膨胀和/或铜管侧面的尺寸公差。

取决于由钢水或一个薄的铸坯表面或由一个型腔内部预先确定的铸坯表面变形给予型腔内壁的热负荷和机械负荷的强度，使铜管支承在支承板或支承壳上以及/或者使其与它们相连的支承凸缘和连接凸缘将作相应的布置。

根据一种方案，在铜管的侧面处，对于铸坯的每一个侧面，窄的支承面都沿着拐角区域进行布置而一个或两个连接凸缘取决于形式地布置在铸坯侧面的中间区域，其中该连接凸缘设有固定装置来防止垂直于铸坯轴线方向的移动。这种固定装置可以由例如用于滑块的一个燕尾槽型面、一个T形型面或者通常由一个传力连接或形状配合连接的固定装置组成。由于支承板在型腔修复时有利地不用被拆除，也可以使用焊接和粘接连接。

在锭模具有一个弧形型腔的情况下，支承着锭模弧形侧壁的两块支承板上有利地设有平的外侧面，使得锭模能够在修整时没有扭曲地装夹在一台加工机床的工作台上。

如果锭模没有配备一个电磁搅拌装置，作为支承板的材料适合使用商业上通用的钢。带有它的支承板和位于它们之间的冷却通道的铜管的紧凑结构方便了电磁搅拌装置的使用。电磁搅拌装置的其它优势可以通过支承板材料的选择来获得。根据一种方案，支承板或支承壳可以由一种可以很容易地被一个磁场穿透的金属材料(奥氏体钢等等)或非金属材料(塑料等等)来制造。复合材料也可以包含在材料的选择中。

根据另一种方案，建议将电磁线圈布置在支承板或支承壳的外面，或者将可移动的永磁铁安置在支承板或支承壳之中。

如果支承板由一种金属材料来制造，可以有利地通过一个布置在支承板和铜管之间的保护层来防止由于冷却水引起的电解腐蚀。这样的一种保护层可以例如由支承板的一层镀铜来构成。也可以用一个通过电解沉积产生的铜层将容纳在铜管中的冷却通道封闭。

铜管中的冷却通道与支承板或支承壳处的供水管道和排水管道相连。根据一种方案，支承板上的供水管道和排水管道相互并排布置在锭模上端处并且可与冷却水系统依靠一个快速联轴器来进行连接是有利的。

下面根据附图来说明本发明的实施例，在附图中：

图1示出了根据本发明所述的用于圆形铸坯的一个锭模的一个纵剖面图，

图2示出了沿图1中的剖切线II-II所得到的一个水平剖面图，

图3示出了用于正方形毛坯横截面的一个弧形锭模的一个纵剖面图，

图4示出了沿图3中的剖切线IV-IV所得到的一个水平剖面图，

图5示出了一个锭模拐角的一个部分水平剖面图，

图6示出了锭模另一个例子的一个垂直剖面图，

图7示出了另一个实施例的一个锭模拐角的一个部分水平剖面图。

在图1和2中，一个用于圆形的毛坯或初轧坯铸坯的连铸锭模用2来表示。一根铜管3构成了一个型腔4。在形成了管子外侧面5的铜管3外侧设有用于铜管3的水循环冷却系统。这个水循环冷却系统由分布在铜管3的整个圆周上和基本上整个长度上的冷却通道6组成。单个的冷却通道6由支承凸缘和连接凸缘8或9来限定，支承凸缘和连接凸缘的另一个任务是作为冷却通道6中的冷却水循环的导向装置从一个供水管道10引导进一个排水管道11。12表示一个在整个圆周和整个长度上包围着铜管3并且在管子外侧面5处通过支承凸缘8来支承铜管3的支承壳。连接凸缘9将铜管3与支承壳12相连。支承壳12以它的内侧面来构成冷却通道6的外边界。

冷却通道6被嵌入铜管3的外侧面中从而与支承凸缘8处的铜管厚度相比使铜管3的壁厚减少了20％-70％，最好是30％-50％。铜管3在冷却通道6区域的壁厚做得越薄，从铸坯到冷却水的热传递就变得越大，而同时铜壁在铸造时的工作温度也降低了。铜壁中较低的工作温度不但减小了锭模管3的扭曲而且减小了磨损，例如钢液面区域的裂纹或锭模下部区域的磨蚀。

图1中的14示意地表示一个在锭模中连铸时用于搅拌液体池槽的电磁搅拌用线圈。可以很清楚的看出，通过锭模的紧凑结构和以它减小了的铜壁厚度，电磁搅拌用线圈14可以非常紧密地靠近型腔4并且因此磁场损失与传统锭模相比就减小了。在磁场应用中，支承板或支承壳12由一种可以很容易地被磁场穿透的金属材料最好是奥氏体不锈钢来制造。也可以用非金属材料例如碳层压塑料等等来制造支承壳12或支承板。

在图3和4中，一个用于正方形或多边形的毛坯和初轧坯铸坯的锭模用20来表示。一根弧形铜管23构成了一个用于圆弧形连铸机的弧形型腔24。水循环冷却系统布置在铜管23和支承板32-32之间。支承凸缘和连接凸缘28或29相应地布置在冷却通道26中。水循环冷却系统基本上设计成与图1和2中所示的相同。图3和4中的铜管23装夹在形成了一个支承箱的四块支承板32-32之间，而不是图1和2中管形的支承壳12上。支承板32-32通过连接凸缘29与铜管23相连，而在支承板32-32处的铜管23的外侧面25可以支承在支承凸缘28上。四块支承板32-32以这样的一种方式用螺纹连接在一起，来构成一个围绕着铜管23的刚性箱子，每一块支承板32-32都在它的端面处向着一块相邻的板伸出并且与另一块相邻的板重叠。标记34表示螺纹或其他连接元件。支承板32-32可以通过例如燕尾槽或滑块导向装置、固定螺钉、螺栓等等与铜管23可拆卸地相连。也可以使铜管23通过焊接或粘接连接等等与支承板32或支承壳12(图1+2)相连，因为对于铜管23的修整例如进行电解镀铜以及随后的切削加工，铜管23保持着与支承板32或支承壳12的连接。

在带有支承凸缘28′的四个拐角区域35，铜管23被装夹在或支承在支承板32-32构成的箱子上。铜管23通常通过冷拉伸来制造并且使得拐角区域和支承凸缘28、28′处的壁厚由生产过程来产生。壁厚基本上取决于将要铸造的铸坯形式并且对于一个120×120mm²的铸坯形式通常为11mm而对于200×200mm²的铸坯形式通常为16mm。冷却通道6、26通过铣削以这样的方式构造，使得能确保位于一个冷却水入口和一个冷却水出口之间的一个预先确定的水循环。在冷却通道区域，铜管23的其余壁厚为4-10mm。冷却通道6、26占据了铜管23外表面(管子侧面25)65％-95％的面积，最好是70％-80％的面积。四个管子拐角两侧的窄的支承面28′相当有助于维持型腔的几何形状。它们确保了铜管23的四个角在铸造工序中不会变扭曲。生产菱形铸坯的风险从而被部分消除了。

在拐角区域之间设有连接凸缘29，其通过固定装置使铜管23与支承板32-32相连。它们确保了铜管壁向着型腔24的弯曲或与铸坯运动方向垂直的侧向位移可以被避免。已知的形状配合连接和传力连接可以考虑作为固定装置，例如用于滑块的燕尾槽型面或T形型面、焊接式螺栓等等。

在弧形锭模的情况下，让支承着铜管23弧形侧壁的两块支承板32、32″在它们相对弧形支承面的一侧有平面边界面36、36″是有利的。

在图5中，一块支承板51与一块支承板52相重叠，其端面53向着支承板51伸出。在两块板51、52之间布置的是一个弹性密封件54，除了防止冷却水漏出的密封功能以外，该弹性密封件不但可以容许铜管外部尺寸上的小偏差，而且可以容许铜管壁横交于铸坯取出方向的小膨胀。

为了消除铜锭模56的冷却通道55和支承板51、52之间的电解腐蚀，支承板51、52可以涂覆一铜的保护层57或一个不导电的层。作为保护层57的一个可选择方案，例如，冷却通道55′可以在铣削入铜壁中后用一个电解沉积产生的铜层58来封闭。

图5中的59表示一个与支承板通过焊接或粘接固定地相连的连接凸缘。

在图6中示出了沿着铜管63的一个外侧面62布置的冷却通道61、61′中的水循环冷却系统的一个例子。冷却水通过支承板65外部的一个管道系统64供给到冷却通道61中。在锭模的下部66中，冷却水偏转了180°并被引导进冷却通道61′中。冷却水通过一个管道系统68从锭模中排出。67示意地表示一块联轴器盘，当锭模被放置在一个锭模工作台(图中未示)上时，该联轴器盘使管道系统64、68与一个供水系统接合上或断开。

安装在铜管63外侧面62中的温度传感器代表另外的测量点69被表示出，这些传感器在铸造工序中测量铜管63上不同位置处的温度。这种测量可以用来在一个屏幕上用图表表示出整个铜管63的一个温度曲线图。

嵌入铜壁中以及使冷却水返回并将其引导进管道系统68中的冷却通道61′也可以作为封闭式回流管布置在支承板65中。在这样的一种装置中，冷却水的变热或铜壁温度可以进一步地降低。

图1-6中的冷却通道可以通过不同的制造方法嵌入铜管中。可以将冷却通道铣在铜管的外侧面或内侧面中并且随后用一个电解沉积产生的层将它们封闭。为了进一步增加型腔的耐磨性，在现有技术中已知的硬镀铬可以在型腔中应用。

在图7中，冷却通道71布置在支承板72、72′中。一种在它的壁厚方面非常薄的铜管70被选择，例如3mm-8mm。因此，这种细铜管70经常通过设置在支承板72、72′上的支承面74来支承。紧固面77或连接型面78通常设置在铜管70上。铜管70与支承板72、72′通过紧固装置例如一个连接螺栓75或者一块带有一根或多根拉紧螺杆79的燕尾槽形板76进行可拆卸的或固定的连接。

Claims (17)

1.用于圆形毛坯或初轧坯形式的钢连铸的锭模，包括一根构成了一个型腔(4)的铜管(3)以及一个用于通过水循环冷却来使铜管冷却的装置，其特征在于，所述铜管(3)在整个圆周上和基本上整个长度上设有一个支承壳(12)，其将铜管(3)在外侧面(5)处支承在支承面(8)上，以及用于引导冷却水的冷却通道(6)在铜管(3)中或支承壳(12)中分布在整个圆周上和基本上布置在整个锭模长度上。

2.用于多边形的最好具有矩形横截面的毛坯和初轧坯形式的钢连铸的锭模，包括一根构成了一个型腔(24)的铜管(23)以及一个用于通过水循环冷却来使铜管(23)冷却的装置，其特征在于，所述铜管(23)在管子外侧面(25)处基本上在整个圆周上和基本上在整个长度上设有与铜管(23)相连的并且在支承面(28、28′)处支承着铜管(23)壁的支承板(32-32)，以及用于引导冷却水的冷却通道(26)在铜管(23)中或支承板(72、72′)中分布在整个圆周上和基本上布置在整个锭模长度上。

3.根据权利要求1或2所述的锭模，其特征在于，所述冷却通道(6、26)使冷却通道(6、26)区域的铜管(3、23)壁厚减少了20％至70％，最好是30％至50％。

4.根据权利要求1或2所述的锭模，其特征在于，所述冷却通道(6、26)占据了65％至95％的最好是70％至80％的铜管(3、23)外表面。

5.根据权利要求1或2所述的锭模，其特征在于，所述铜管(3、23)在冷却通道(6、26)区域的剩余壁厚为4mm至10mm。

6.根据权利要求2所述的锭模，其特征在于，在矩形毛坯或初轧坯锭模的情况下，四块支承板(32-32)可拆卸地设置在铜管(23)上，其中每一块支承板(32-32)都在它的端面处向着一块相邻的板伸出并且与另一块相邻的板重叠。

7.根据权利要求2所述的锭模，其特征在于，所述相邻的支承板(32、51、52)在铜管(23)的拐角区域用螺纹连接在一起而且形成了一个围绕着铜管(23)布置的支承箱。

8.根据权利要求2所述的锭模，其特征在于，允许铜管壁膨胀的弹性密封件(54)布置在支承板(51、52)之间的重叠缝隙中。

9.根据权利要求1或2所述的锭模，其特征在于，所述冷却通道(6、26)通过使铜管(3、23)支承在支承板(32)或支承壳(12)上以及/或者使其与它们相连的支承凸缘(8、28)和/或连接凸缘(9、29)来限定。

10.根据权利要求2所述的锭模，其特征在于，对于铸坯的每一个侧面，窄的支承面(28′)沿着拐角区域进行布置而连接凸缘(9、29、59)被布置在铸坯侧面的中间区域，其中该连接凸缘(9、29、59)设有固定装置来防止横交于铸坯轴线方向的移动。

11.根据权利要求1或2所述的锭模，其特征在于，所述固定装置包括用于滑块的一个燕尾槽型面、一个T形型面或一个夹具等等。

12.根据权利要求2所述的锭模，其特征在于，所述铜管(23)有一个弧形型腔(24)并且支承着铜管(23)弧形侧壁的两块支承板(32、32″)在它们相对弧形支承面的侧面(36、36″)处有平面的边界面。

13.根据权利要求1或2所述的锭模，其特征在于，铜管(3、23)中铣销的冷却通道(6、26、55)用一个通过电解沉积产生的铜层(58)来封闭。

14.根据权利要求1或2所述的锭模，其特征在于，所述支承板(32-32)或支承壳(12)由一种可以很容易地被磁场穿透的金属材料最好是奥氏体钢或非金属材料来构成。

15.根据权利要求1或2所述的锭模，其特征在于，电磁线圈(14)布置在支承板(32-32)或支承壳(12)的外面，或者可移动的永磁铁安置在支承板(32-32)或支承壳(12)之中。

16.根据权利要求1或2所述的锭模，其特征在于，一个防止电解腐蚀的保护层(57)布置在支承板(32-32、51、52)或支承壳(12)和铜管(3、23、56)之间。

17.根据权利要求1或2所述的锭模，其特征在于，所述支承板(65)或支承壳(12)设有布置在锭模上端处并且可以通过一个联轴器盘(67)与冷却水循环网路相连的冷却水供给管道(64)和排放管道(68)。

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