專利名稱：連鑄機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連鑄熔融金屬用的連鑄機。本發(fā)明尤其是涉及一種將鋼水鑄成鑄件的連鑄機，它包括一個形成了熔融金屬液池的結(jié)晶器，在此結(jié)晶器中通過一個澆注機構(gòu)的出口澆注熔融金屬并且使至少部分金屬凝固。本發(fā)明還涉及一種適用于這種連鑄機的結(jié)晶器和用于這種連鑄機的工作方法。
本文所稱的連鑄機可以是任何一種已知的連鑄設(shè)備，如用于澆注約250mm厚板坯的傳統(tǒng)連鑄機或用于澆注最厚約為150mm的且例如為50mm～100mm厚的板坯的薄板坯連鑄機。
盡管不局限于薄板坯連鑄機，但尤其是在金屬快速流入結(jié)晶器的這種連鑄機中出現(xiàn)了熔融金屬在結(jié)晶器內(nèi)不穩(wěn)定流動和/或不對稱流動的問題。最常見地是通過一個浸入式澆口將熔融金屬從一個中間包注入結(jié)晶器內(nèi)，所述浸入式澆口用作與中間包相連的且進(jìn)入結(jié)晶器的澆注機構(gòu)。澆口的中心線大致與結(jié)晶器的中心線對齊。
上述類型的連鑄機在本領(lǐng)域中是眾所周知的，例如WO95/20445就公開了這樣的連鑄機。適用于這種連鑄機的結(jié)晶器和澆口已經(jīng)由WO95/20445公開了。EP0685 282披露了澆口的另一個實施例。
實際上，事實表明熔融金屬在進(jìn)入結(jié)晶器后形成了大小和形狀不同的環(huán)流。在澆口具有單個出口的情況下，在澆口任何一側(cè)的垂直平面內(nèi)出現(xiàn)了兩個環(huán)流，即一個小環(huán)流和一個大環(huán)流。環(huán)流延伸至彎月形金屬液面并造成其擾動，這種擾動對兩個環(huán)流中的每個環(huán)流來說是各不相同的。對這兩個環(huán)流來說，通過循環(huán)的熔融金屬傳給浮動于熔池表面上的澆注粉劑的熱量和澆注粉劑的溫度是不同的。因此，澆注粉劑對熔融金屬向激冷結(jié)晶器壁進(jìn)行熱傳遞的影響是不一致的。在結(jié)晶器的壁和金屬間的澆注粉劑的潤滑效果方面同樣存在這種情況。環(huán)流可能也導(dǎo)致了將澆注粉劑和其它夾雜物夾帶入熔融金屬池中。除了表面缺陷和體積缺陷外，結(jié)果還造成了連鑄薄板坯的溫度不均勻，并且由于各環(huán)流位置的不可預(yù)見性，所以溫度分布是不可預(yù)測的，這最終造成了鑄坯的厚度不均勻或換句話說造成了鑄坯的形狀缺陷。
在通過連續(xù)或半連續(xù)過程澆注、熱軋或在某些情況下鐵素體軋制鋼材的現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)廠中，沒有或只有很有限的可能性來修正鑄坯的形狀。因此，在這種生產(chǎn)廠中的鑄坯形狀控制是一個特殊的問題。
盡管在結(jié)晶器內(nèi)的不穩(wěn)定和不對稱的流動問題是相對于薄板坯鑄造來進(jìn)行描述的，但是這個問題也出現(xiàn)在厚板坯鑄造設(shè)備中。
現(xiàn)有技術(shù)中尋求解決方案的方向是澆口及其出口的形狀。人們提出了許多用于出口形狀、其相對澆口縱軸的角度和澆口底部形狀的方案。在薄板坯中，這需要結(jié)晶器成漏斗形狀。
沿著上述方向研究下去沒有產(chǎn)生能夠解決上述問題的令人滿意的解決方案，而且尤其是沒有找到一種適用于與各鋼種和鑄件尺寸有關(guān)的各種鑄造條件的解決方案。
本發(fā)明的目的是提供一種連鑄機，利用該連鑄機可以消除或至少明顯減輕這些問題并可以獲得其它優(yōu)點。
上述目的是通過具有這樣特點的連鑄機實現(xiàn)的，即所述連鑄機配有用于控制和/或引導(dǎo)熔融金屬的流動且在熔融金屬進(jìn)入結(jié)晶器后如此對熔融金屬起作用的控制裝置，即結(jié)晶器內(nèi)熔融金屬的流動形態(tài)相對于結(jié)晶器的至少一個對稱平面基本上是對稱的。
本發(fā)明的出發(fā)點是很難獲得理想的對稱性和穩(wěn)定性，這是因為結(jié)晶器內(nèi)熔融金屬的流動及其性能取決于許多因素如溫度、熔融金屬的化學(xué)成分、澆口形狀的不規(guī)則性、在澆口工作壽命中因磨損和堵塞造成的澆口變化、在結(jié)晶器的整個冷卻壁上的溫度梯度、結(jié)晶器形狀的誤差。所有這些因素影響著結(jié)晶器內(nèi)的流動，并且由于各因素是很難控制或預(yù)測的，所以很難通過選擇澆口的形狀來控制或預(yù)測流動。
根據(jù)本發(fā)明，設(shè)有這樣的控制裝置，即它產(chǎn)生了對稱流動，或者換句話說，它通過在熔融金屬經(jīng)澆口進(jìn)入結(jié)晶器后控制和/或引導(dǎo)熔融金屬的流動而在結(jié)晶器內(nèi)并最終在鑄坯的未凝固部分中造成了對稱的且基本上相同的環(huán)流。
根據(jù)本發(fā)明，主要不是通過選擇澆口及其出口的形狀來力求修正熔融金屬的不對稱或不穩(wěn)定的流動狀態(tài)，而是通過影響在結(jié)晶器內(nèi)且最終在鑄坯的未凝固部分中金屬的最終流動來修正上述流動狀態(tài)。
本發(fā)明的一個簡單、不接觸的且可靠的實施例的特點在于，控制裝置包括至少一個磁制動裝置且最好是一個電磁制動裝置。
對熔融金屬流實行攪拌或滯流作用的電磁制動裝置在本領(lǐng)域中是眾所周知的，而且實踐已經(jīng)證明了它們是設(shè)備的一個可靠部件。在如EP0 040 383和EP0 092 126所述的已知申請中，電磁制動裝置被用于攪拌熔融金屬的熔池。
電磁攪拌器被用于攪拌在凝固的樹枝狀固體晶體之間的液態(tài)金屬，以使這些晶體部分地沿縱軸重新熔化并形成等軸凝固晶。離開澆口出口的液態(tài)金屬的速率是澆注速率的10倍～100倍。電磁制動裝置被用于減緩進(jìn)入結(jié)晶器的液態(tài)金屬的高速流動以防止流入液態(tài)金屬的深熔，由此防止了不希望有的夾雜物的深熔。盡管電磁攪拌器或電磁制動裝置具有有益的作用，但是從不穩(wěn)定性和非對稱性的角度考慮，結(jié)晶器內(nèi)液態(tài)金屬的流動是不可接受的。由于實際的操作，利用電磁制動裝置和電磁攪拌器不能防止這些不希望出現(xiàn)的現(xiàn)象。
盡管靜態(tài)的磁制動裝置是適用的，但是最好采用電磁制動裝置，這是因為可以通過改變在感應(yīng)線圈中的且尤其是在直流或低頻工作的電磁制動裝置中的電流來獲得較高的磁感應(yīng)并簡單地控制磁感應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明，控制裝置在此實施例中通過產(chǎn)生一個電磁力場而有效地阻止了液態(tài)金屬的周期性振蕩現(xiàn)象和其在結(jié)晶器內(nèi)的非對稱流動。結(jié)果，即使在傳統(tǒng)連鑄機的至少2.0m/min的高鑄造速度的條件下或在薄板坯連鑄機的至少4.0m/mmin的高鑄造速度的條件下，也產(chǎn)生了很穩(wěn)定的熔池表面，導(dǎo)致結(jié)晶器中的凝固金屬具有非常完好和均勻的凝固外殼。當(dāng)由于某些原因而產(chǎn)生了流動的非對稱性時，存在著流動金屬的速率不相等的現(xiàn)象。由于滯流效果取決于速率，結(jié)果通過阻止較高速度的流動來均衡非對稱性。因此，控制裝置造成環(huán)流基本上相同和穩(wěn)定。連鑄機的生產(chǎn)率，或者換句話說連鑄機的經(jīng)濟性取決于鑄造速率并可以利用本發(fā)明明顯地提高連鑄機的經(jīng)濟性。
本發(fā)明的一個很有效的實施例的特點在于，磁制動裝置包括兩組間隔布置的且在一個基本上垂直于經(jīng)出口進(jìn)入結(jié)晶器的熔融金屬的流動方向的方向上起滯流作用的磁制動極。
在此實施例中，主液流的主要部分可以不受阻礙地流過兩組磁極之間的空間。液態(tài)金屬流的外部分穿過磁制動裝置并得到減緩。由于流動的不對稱性引起了速度的不一致性且由于滯流效果取決于經(jīng)過制動裝置的熔融金屬的速率，所以制動裝置具有防止出現(xiàn)不對稱性和補救產(chǎn)生的不對稱性的均衡作用。由于結(jié)構(gòu)簡單，所以此實施例易于實施和操作。最好每組磁極具有一個垂直于進(jìn)入結(jié)晶器的熔融金屬流的磁場的主分布形態(tài)。
本發(fā)明的一個簡單但用于普通應(yīng)用目的的實施例的特點在于，相對于澆注機構(gòu)的出口對稱地確定控制裝置的位置。
控制裝置在一個具有這樣特點的本發(fā)明實施例中很有效地工作，即控制裝置分布在一個基本上垂直于經(jīng)出口進(jìn)入結(jié)晶器的熔融金屬的流動方向的方向上。
為了允許定量的環(huán)流和沿結(jié)晶器側(cè)壁的流動，另一個實施例的特點在于，控制裝置在1/8～7/8的結(jié)晶器寬度范圍內(nèi)起作用。此實施例允許熔融金屬在穩(wěn)定了其余液流的同時充分地流向彎月形金屬液面。
可以在一個具有這樣特點的本發(fā)明實施例中獲得令人驚奇的良好效果，即控制裝置包括將進(jìn)入結(jié)晶器的金屬流分成至少兩股并在平行壁板型結(jié)晶器內(nèi)和漏斗型結(jié)晶器內(nèi)阻止其中一股液流流向第二股液流的分流裝置。
控制裝置在原則上將熔融金屬的主流分成兩股基本上具有環(huán)流形狀且大小相同的分液流。不對稱性意味著環(huán)流的大小彼此不同，因此，非對稱性意味著熔融金屬應(yīng)該經(jīng)過控制裝置。由于這樣的液流經(jīng)過受到了控制裝置的阻礙，所以環(huán)流且進(jìn)而結(jié)晶器內(nèi)的流動基本上是相同和穩(wěn)定的。
分流裝置最好包括至少一組磁極且更優(yōu)選地包括一組電磁極。在一個很有效的實施例中，分流裝置是一個放大系數(shù)，它在澆注方向上比在垂直于澆注方向的方向即結(jié)晶器的寬度方向上長1.5倍～10倍。
控制裝置最好相對于熔融金屬的流動主要垂直地分布?？刂蒲b置最好只在結(jié)晶器的最長側(cè)的部分范圍內(nèi)即結(jié)晶器部分寬度的范圍內(nèi)且優(yōu)選地是在1/8～7/8的寬度范圍內(nèi)發(fā)揮作用，每個磁極造成磁場強度垂直于進(jìn)入結(jié)晶器的熔融金屬流的主分布。象磁制動裝置這樣的控制裝置由于滯流作用的速率依賴性而制動和均衡主液流，同時使一個環(huán)流可以流向彎月形金屬液面以便進(jìn)行所需的熱交換。出現(xiàn)在磁制動裝置外端的擾動環(huán)流和高速率經(jīng)過磁制動裝置并得到有效地減少和降低。
總之，由于結(jié)晶器內(nèi)的對稱流動，與現(xiàn)有技術(shù)中所知的情況相比，產(chǎn)生環(huán)流的速率和在結(jié)晶器的彎月形液面處的速率都比較低。
為了進(jìn)一步地降低彎月形液面處的速率，本發(fā)明連鑄機的另一個實施例的特點是該連鑄機配備了用于降低在結(jié)晶器內(nèi)熔融金屬熔池的彎月形金屬液面處流動的熔融金屬的速率的制動裝置。
在某些應(yīng)用場合中，需要在彎月形金屬液面處有更低的速率，這主要是為了防止彎月形液面的擾動和將澆注粉劑的顆粒夾帶入熔融金屬中。在這個實施例中，可以降低彎月形金屬液面處的速率而且基本上不影響控制裝置的均衡和穩(wěn)定作用。
一種很有效、可靠且易操作的制動裝置的特點在于，制動裝置包括至少兩個磁制動器且優(yōu)選地是兩個電磁制動器，它們相對于結(jié)晶器的至少一個對稱平面對稱地布置并對流向熔融金屬的彎月形液面的金屬流產(chǎn)生作用。出現(xiàn)在結(jié)晶器內(nèi)的環(huán)流在靠近結(jié)晶器的短側(cè)壁的地方指向上。當(dāng)將制動裝置設(shè)置在速率較高的位置上時，利用磁制動器獲得了特別有效的滯流效果。
控制裝置的位置最好可以隨結(jié)晶器變化。在這個實施例中，可以將控制裝置設(shè)置在一個取決于結(jié)晶器和所用澆口的最佳位置上。甚至可以在澆注過程中使上述位置適應(yīng)于變化的工藝條件。
制動裝置的位置最好可以隨結(jié)晶器變化。另外，在這個實施例中，即使當(dāng)工藝條件變化時，也可以獲得并保持一個根據(jù)結(jié)晶器、澆口和工藝條件而定的最佳制動裝置的設(shè)置位置。
另外，通過一個帶有本發(fā)明控制裝置的結(jié)晶器和該結(jié)晶器的其它實施例也實現(xiàn)了本發(fā)明，并且通過一個適于與這樣的控制裝置聯(lián)合工作的結(jié)晶器也實現(xiàn)了本發(fā)明。
通過一個采用了根據(jù)本發(fā)明及其實施例的連鑄機的鑄鋼方法進(jìn)一步地實現(xiàn)了本發(fā)明。
在一個優(yōu)選實施例中，上述方法的特點在于，控制裝置和/或制動裝置的操作和/或位置是根據(jù)在彎月形金屬液面區(qū)內(nèi)的熔融金屬溫度選擇的。
另一個實施例的特點在于，控制裝置和/或制動裝置的操作和/或位置是根據(jù)結(jié)晶器內(nèi)澆口的流動特性選擇的。
本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點將通過以下對各實施例和試驗結(jié)果的描述進(jìn)行闡述，這些實施例和試驗結(jié)果是非限定性的且是參見附圖來進(jìn)行描述的。在表格中，V平表示彎月形液面處的平均測量速率。
在各圖中，相同的標(biāo)記表示相同的部件或具有相同功能的部件。在各圖中，虛線和其中的箭頭表示熔融金屬的流動方向。
附圖示出了在一個水模型中進(jìn)行試驗的試驗結(jié)果，所述水模型模擬其中水被用于模擬鋼水的結(jié)晶器。在本領(lǐng)域中眾所周知的是，這樣的模擬很好地體現(xiàn)出鋼水在結(jié)晶器中的實際流動情況。在

圖1-6中，水模型具有寬為1500mm且厚為100mm的矩形橫截面。
圖1示出了發(fā)生在現(xiàn)有設(shè)備中的流動形態(tài)。此流動很不對稱。所測得的速率顯示在以下表格中<
圖2示出了在結(jié)晶器中采用了控制裝置的情況下的流動形態(tài)，控制裝置例如是一個由網(wǎng)型扼流圈模擬的磁制動裝置。字母A表示澆口出口和控制裝置之間的距離。部分水減速地流過控制裝置，部分水被向上偏轉(zhuǎn)并使所需的熱量流向液池的表面。在控制裝置的末端處出現(xiàn)了通過控制裝置而得到有效減速的小環(huán)流。
在以下表格中總結(jié)出了結(jié)果，所述表格示出獲得了在對稱性方面的重大改進(jìn)。
圖3示出了通過本發(fā)明的另一個實施例獲得的流動形態(tài)。磁制動裝置包括兩組在一個基本上垂直于熔融金屬的流動方向的方向上間隔開的磁極。液流的中心位置不受阻礙地經(jīng)過磁制動裝置。造成環(huán)流的側(cè)部得到了減速和均衡，從而導(dǎo)致產(chǎn)生對稱的且比較低的環(huán)流速率。在下表中示出了測量結(jié)果
圖4示出了又一個實施例，其中控制裝置包括以垂直布置的磁制動裝置實現(xiàn)的分流裝置，它是由一個網(wǎng)型控制裝置模擬而成的且它的作用是一塊隔流板。
事實令人驚奇地表明，這個實施例是非常有效的。我們認(rèn)為工作過程是這樣的控制裝置將主液流分成兩股，每股分液流形成了一個環(huán)流。一旦主液流被分成兩股對稱運行的環(huán)流，通過控制裝置的阻流效應(yīng)就防止了不穩(wěn)定性和不對稱。分流作用引起了環(huán)流，這防止了主液流更深地流入液池并可能由此引起將不希望有的夾雜物更深地夾帶入液池中并包含在凝固金屬如鋼中。夾帶的夾雜物可能導(dǎo)致在最終產(chǎn)品中出現(xiàn)嚴(yán)重的缺陷。
人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，此實施例的效果在任何方向上都比較不易于受到控制裝置相對澆口位置的影響。因此，此實施例也是很有效的。
所獲的結(jié)果列于下表中
可以通過圖5所示的那個實施例獲得進(jìn)一步的改進(jìn)，圖5示出了用于降低水流在液池彎月形液面處的速率的制動裝置。如可以從圖4中看到的那樣，在表面處的速率較高。這樣的高速率可能造成在彎月形液面處的擾流，這例如在鋼熔池中導(dǎo)致了夾帶熔融的粉末顆粒。在圖5的實施例中，在液池表面處的速率可被降低到安全值而且不會帶來使液面凝固的危險。測量結(jié)果顯示在下表中。
可以由通過圖6所示的實施例獲得的結(jié)果來表示圖4所示實施例的驚人效果。在圖6中，只有一個圖5所示實施例的制動裝置在工作，這造成結(jié)晶器的左、右側(cè)之間大不相同的環(huán)境。盡管存在這個強烈的干擾，兩個環(huán)流還是相對于通過澆口和結(jié)晶器的中心線的對稱平面對稱地流轉(zhuǎn)。在液池表面處的測量速率如下所示
圖7示出了本發(fā)明的另一個實施例，在這個例子中，本發(fā)明用于一個分流澆口和一個漏斗形結(jié)晶器。澆注速率被提高到8m/min。為了流出澆口的每個主液流設(shè)置了一個由網(wǎng)型控制裝置模擬的磁制動裝置。通過選擇控制裝置相對于主液流方向的角度，可以選擇向上液流分量和向下液流分量的相對大小。另外，液流控制可以通過選擇磁制動裝置的滯流效果來實現(xiàn)。此實施例的性能是通過測量彎月形液面的波峰高度而測得的。對于左、右兩側(cè)而言，波峰高度是相同的，而且波峰高度可以低到3mm。
權(quán)利要求
1．一種用于將熔融金屬尤其是鋼水連鑄成鑄件的連鑄機，它包括一個構(gòu)成了一個熔融金屬的熔池的結(jié)晶器，在此結(jié)晶器中通過澆注機構(gòu)的一個出口澆注熔融金屬并且使至少部分金屬凝固，其特征在于，連鑄機設(shè)有用于控制和/或引導(dǎo)熔融金屬的流動且在熔融金屬進(jìn)入結(jié)晶器之后對熔融金屬起作用的控制裝置，從而結(jié)晶器內(nèi)熔融金屬的流動形態(tài)相對于結(jié)晶器的至少一個對稱平面基本上是對稱的。
2．如權(quán)利要求1所述的連鑄機，其特征在于，控制裝置包括至少一個磁制動裝置，最好是一個電磁制動裝置。
3．如權(quán)利要求2所述的連鑄機，其特征在于，磁制動裝置包括兩組間隔布置的磁制動極，它們在一個基本上垂直于經(jīng)所述出口進(jìn)入結(jié)晶器的熔融金屬的液流方向的方向上發(fā)揮滯流作用，在此處，每組磁極具有一個垂直于進(jìn)入結(jié)晶器的所述熔融金屬流的磁場強度的主分布。
4．如前述權(quán)利要求之一所述的連鑄機，其特征在于，控制裝置相對于澆注機構(gòu)的出口對稱地布置。
5．如前述權(quán)利要求之一所述的連鑄機，其特征在于，控制裝置分布在一個基本上垂直于經(jīng)所述出口進(jìn)入結(jié)晶器的熔融金屬的流動方向的方向上。
6．如前述權(quán)利要求之一所述的連鑄機，其特征在于，控制裝置在結(jié)晶器的1/8～7/8寬度范圍內(nèi)有效工作。
7．如前述權(quán)利要求之一所述的連鑄機，其特征在于，控制裝置包括一個用于將進(jìn)入結(jié)晶器中的熔融金屬流分為至少兩股分流并阻止其中一股流向第二股的分流裝置。
8．如前述權(quán)利要求之一所述的連鑄機，其特征在于，所述連鑄機還設(shè)有用于降低在結(jié)晶器內(nèi)的熔融金屬熔池的彎月形液面處流動的熔融金屬的流速的制動裝置。
9．如權(quán)利要求8所述的連鑄機，其特征在于，制動裝置包括至少兩個相對于結(jié)晶器的至少一個對稱平面對稱設(shè)置且對流向熔融金屬的彎月形液面的金屬流起作用的磁制動裝置，最好是兩個電磁制動裝置。
10．如權(quán)利要求8或9所述的連鑄機，其特征在于，所述制動裝置的位置可以隨結(jié)晶器變化。
11．如前述權(quán)利要求之一所述的連鑄機，其特征在于，所述控制裝置的位置可以隨結(jié)晶器變化。
12．如前述權(quán)利要求之一所述的連鑄機，其特征在于，在設(shè)有控制裝置和/或制動裝置時將它們裝在結(jié)晶器上。
13．設(shè)有根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的控制裝置的結(jié)晶器。
14．適于與根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的控制裝置一起工作的結(jié)晶器。
15．一種采用了如權(quán)利要求1-12之一所述的連鑄機來澆鑄金屬如鋼的方法。
16．如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，根據(jù)彎月形金屬液面區(qū)內(nèi)熔融金屬的溫度來選擇控制裝置和/或制動裝置的位置和/或操作。
17．如權(quán)利要求14或15所述的方法，其中采用一澆口將熔融金屬注入結(jié)晶器中，其特征在于，根據(jù)結(jié)晶器中澆口的流動特性來選擇控制裝置和/或制動裝置的操作和/或位置。
全文摘要
用于將鋼水連鑄成鑄件的連鑄機包括一個構(gòu)成了一個熔融金屬熔池的結(jié)晶器,在此結(jié)晶器中通過一個澆注機構(gòu)的出口澆注鋼水并且使至少部分金屬凝固,其中連鑄機配有用于控制鋼水流動且對進(jìn)入結(jié)晶器后的鋼水起作用的控制裝置,從而在結(jié)晶器內(nèi)的鋼水的流動形態(tài)相對于結(jié)晶器的至少一個對稱平面基本上是對稱的。
文檔編號B22D11/11GK1230909SQ97198041
公開日1999年10月6日 申請日期1997年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月19日
發(fā)明者馬庫斯·C·M·科內(nèi)利森, 費迪南德·H·弗蘭金, 金鐘根, 金相俊 申請人:霍戈文斯·斯塔爾公司, 工業(yè)科技研究所