專利名稱：經(jīng)過(guò)改進(jìn)的用于高速連續(xù)澆鑄薄的優(yōu)質(zhì)扁鋼錠的設(shè)備的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的用于高速連續(xù)澆鑄薄的優(yōu)質(zhì)扁鋼錠的設(shè)備的裝置。
所謂“薄的扁鋼錠”，其厚度在80mm以下，迄今為止，連續(xù)澆鑄這種“薄的扁鋼錠”會(huì)遇到一些質(zhì)量問(wèn)題，特別是以高速度進(jìn)行澆鑄時(shí)，比如說(shuō)澆鑄速度在4.5m/min以上時(shí)尤其如此。
這些質(zhì)量問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致在扁鋼錠的表面上出現(xiàn)一些裂縫，扁鋼錠的表面就是我們通常所說(shuō)的外殼，該外殼是在鑄模內(nèi)形成的--由于把鑄型粉料包裹起來(lái)而形成縱向的裂紋；--由于缺少潤(rùn)滑以及由所謂“熔渣”形成的隔離膜而形成縱向和橫向的裂紋，其中“熔渣”這個(gè)術(shù)語(yǔ)是指鑄型粉料在熔化并重新固化后所得到的產(chǎn)物；--由于熱應(yīng)力而形成的縱向裂紋；以及--由于銅冷卻表面是不連續(xù)的從而形成縱向的裂紋。
這些質(zhì)量問(wèn)題主要影響到特殊的鋼材，并且通過(guò)降低澆鑄速度至少可以部分地解決這些質(zhì)量問(wèn)題，不過(guò)這樣會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)率的降低并且由此會(huì)使工廠的經(jīng)濟(jì)效益下降。另一種可能的解決方案是使用一種叫作“EMBR”(電磁制動(dòng)尺)的電磁裝置，通過(guò)降低鋼水波動(dòng)的高度，該種裝置能夠整平鋼水的波動(dòng)，而這種鋼水的波動(dòng)使得在鑄模內(nèi)的彎月形表面成為波紋形，但是這樣一種電磁裝置是很昂貴的，并且只能部分地解決上述的問(wèn)題。而且由于在鑄模內(nèi)的幾何條件和流動(dòng)情況而導(dǎo)致的其它問(wèn)題可能會(huì)使鑄口(該鑄口浸入在液態(tài)金屬之下，通常稱為“潛鑄口”)的壽命縮短，并且還會(huì)對(duì)工藝效率造成有害的影響。
由此可以清楚地看到，獨(dú)立地對(duì)鑄模、潛鑄口以及鑄模振動(dòng)裝置采取措施不能夠令人滿意地并且系統(tǒng)地解決上述問(wèn)題。這三個(gè)部分彼此之間緊密地相互聯(lián)系，形成了一個(gè)實(shí)際的“鑄錠裝置”，并且這三個(gè)部分對(duì)連續(xù)澆鑄起作用，從而只有把整套裝置作為一個(gè)整體來(lái)采取措施才可能找到一種有效的解決方案。
本發(fā)明的目的是提供一種鑄造裝置，當(dāng)以高速度來(lái)澆鑄薄的扁鋼錠時(shí)，該種鑄造裝置能夠克服上述的不足。
根據(jù)本發(fā)明提出的經(jīng)過(guò)改進(jìn)的各鑄造部分的總成通常具有如權(quán)利要求1所述的特征，同時(shí)根據(jù)本發(fā)明的各特殊方面，各鑄造部分的總成還具有在各從屬權(quán)利要求中所描述的附加特征。
以下將對(duì)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)先實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地描述，該描述是參考附圖以非限定性舉例的方式來(lái)進(jìn)行的，從這些描述中，根據(jù)本發(fā)明而提出的鑄造裝置的這些以及其它的目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將會(huì)變得更加明顯，在所附的圖中

圖1是表示根據(jù)本發(fā)明而提出的鑄造裝置的一個(gè)側(cè)視簡(jiǎn)圖；圖2是表示沿圖1中所示的箭頭Ⅱ的方向觀察所得到的鑄模本身的上部及潛鑄口的一個(gè)視圖；圖3a、3b、3c是表示沿圖2中Ⅲ-Ⅲ線所得到的同一橫截面的簡(jiǎn)圖，其中Ⅲ-Ⅲ線是處于彎月形表面的高度位置，這些橫截面的簡(jiǎn)圖是為了詳細(xì)地表示出在幾何關(guān)系中所考慮的多個(gè)部分，根據(jù)本發(fā)明而提出的鑄錠裝置中的鑄模和潛鑄口必須滿足該幾何關(guān)系；圖4是表示同一鑄模的平面圖，在笛卡爾三軸坐標(biāo)系中簡(jiǎn)要地表示出了該鑄模；圖5a和5b是表示圖4中所示的鑄模的兩個(gè)簡(jiǎn)圖，其中通過(guò)平行于圖4中的Y軸和Z軸的一個(gè)平面圖在縱向截面中表示出了冷卻系統(tǒng)管道的外包絡(luò)面，并且還通過(guò)沿圖5a中的B-B線所得到的截面圖表示出了冷卻系統(tǒng)管道的外包絡(luò)面。
參考各附圖，圖1是根據(jù)本發(fā)明的鑄造裝置的一個(gè)簡(jiǎn)圖，其中具有鑄模1、浸入液面下的鑄口2和振動(dòng)裝置3，在下文中常把浸入液面下的鑄口2稱為“潛鑄口”，而根據(jù)本實(shí)施例，振動(dòng)裝置3是液壓驅(qū)動(dòng)的并且與鑄模本體連接固定起來(lái)，很明顯，這樣可以不妨礙鑄造流程。圖1中也示出了鋼水在潛鑄口2和沿銅的側(cè)壁形成的外殼之間流過(guò)的斷面，即形成了兩個(gè)“通道”4。
至于鑄模，相對(duì)于傳統(tǒng)的鑄造裝置來(lái)說(shuō)，當(dāng)澆鑄薄的扁鋼錠時(shí)，所產(chǎn)生的主要問(wèn)題是熔化的鋼水其流動(dòng)速率是相同的，減小扁鋼錠的厚度將會(huì)增加在單位時(shí)間內(nèi)與鑄模壁相接觸的鋼錠表面，從而就增加了對(duì)潤(rùn)滑“熔渣”的需要，關(guān)于“熔渣”在前面已經(jīng)進(jìn)行了定義。事實(shí)上，T1、W1、V1是一個(gè)通常厚度的扁鋼錠的厚度、寬度以及平均澆鑄速度，而對(duì)于一個(gè)薄的扁鋼錠，相應(yīng)的參數(shù)是T2=T1/a(a＞1)、W2=W1以及V2＞＞V1，鋼水的流動(dòng)速率是相同的，則有T2·W2·V2=T1·W1·V1(Ⅰ)于是，單位時(shí)間內(nèi)澆鑄的薄鋼錠的面積是2·(T2+W2)·V2，如果相對(duì)于其寬度來(lái)說(shuō)，薄鋼錠的厚度可以忽略，則2·(T2+W2)·V2大致等于2·W2·V2。用從等式(Ⅰ)中導(dǎo)出的值來(lái)代替W2,V2，則有2·W2·V2=2·(T1/T2)·W1·V1=a·(2·W1·V1)(Ⅱ)由于a＞1，上面的等式(Ⅱ)清楚的表明了形成潤(rùn)滑熔渣來(lái)覆蓋單位時(shí)間內(nèi)鋼錠與鑄模之間相接觸的表面的重要性，鋼錠與鑄模之間相接觸的表面與鋼錠的厚度成反比，鋼錠越薄則單位時(shí)間內(nèi)鋼錠與鑄模之間相接觸的表面就越大。相反的，由于厚度很小以及在中間區(qū)域由于潛鑄口的存在，在鑄模內(nèi)，在彎月形表面區(qū)域，熔化鋼水與鑄型粉料之間的界面只具有較小的面積，上述熔渣正是在這一界面處形成的。
盡管通過(guò)使用能夠增強(qiáng)熔渣的形成的鑄型粉料能夠部分地解決這一問(wèn)題，在已知的構(gòu)造形式中，還是不得不考慮到潛鑄口不能在所有的彎月形表面區(qū)域都保持熔化的熔渣和所消耗的熔渣之間的平衡，其中熔化的熔渣是由于鑄型粉料熔化而形成的，而熔渣的消耗是由于它滲入到彎月形表面和內(nèi)壁之間。
根據(jù)本發(fā)明，薄的鑄模能夠容納下一個(gè)牢固可靠的潛鑄口，也就是說(shuō)能夠容納下一個(gè)足夠厚的潛鑄口，在上述彎月形表面的高度位置周?chē)?，在水平面?nèi)，鑄模的大銅板其輪廓與同一水平面內(nèi)潛鑄口的外形輪廓精確地匹配，從而使得潛鑄口和內(nèi)壁之間的距離在中央?yún)^(qū)域中的每一處都保持為常數(shù)。參見(jiàn)圖3a、3b和3c，選擇上述的這一距離的值使得比率A1/S1與A2/S2大致相同，A1/S1是與鑄型粉料之間界面的面積和潛鑄口周?chē)谋怃撳V的面積的比率，其中與鑄型粉料之間界面的面積實(shí)際上和熔渣的形成成正比，潛鑄口周?chē)谋怃撳V的面積實(shí)際上和熔渣的消耗成正比(見(jiàn)圖2)，比率A2/S2是在潛鑄口區(qū)域之外進(jìn)行計(jì)量的(見(jiàn)圖3c)。從而要求滿足的等式是(A1/S1)/(A2/S2)=0.9÷1.1，并且最好=1例如，對(duì)于一個(gè)具有300mm寬的潛鑄口(如在圖3b和圖3c中所表示的，具有60mm的可靠的厚度)的1300×65mm的鑄模來(lái)說(shuō)，最佳的比率是A1/S1=A2/S2等于30mm。例如，一旦潛鑄口的尺寸和較小的一側(cè)的厚度確定之后，這一比率就可用來(lái)確定位于彎月形表面的高度位置處的水平面內(nèi)的鑄模輪廓的形狀，或者，若已知鑄模輪廓的尺寸，這一比率可以用來(lái)確定潛鑄口的輪廓形狀，這樣做的目的同樣是為了保證沿著整個(gè)鑄模輪廓的潤(rùn)滑熔渣的量的良好平衡。
這一幾何形狀對(duì)于在彎月形表面區(qū)域內(nèi)熔化鋼水的流動(dòng)也是重要的，這是因?yàn)榍笆觥巴ǖ馈睂?huì)足夠的大以防止由于從鑄模較小的一側(cè)匯聚到中央的液流的加速度而形成的渦流，在彎月形表面區(qū)域，這些渦流常常使鑄型粉料被包裹起來(lái)而導(dǎo)致出現(xiàn)上述的缺陷，其中上述“通道”在圖1中用標(biāo)號(hào)4來(lái)表示，是由潛鑄口和貼著銅質(zhì)內(nèi)壁而形成的外殼之間的區(qū)域來(lái)構(gòu)成的。
應(yīng)該注意的是在根據(jù)本發(fā)明的鑄造裝置中使用的鑄模在其縱向最好是具有變化的彎曲度，這是本申請(qǐng)人的歐洲專利0705152的主題內(nèi)容，為了更好地安置潛鑄口，在該鑄模的上部區(qū)域具有幾乎是無(wú)限大的彎曲半徑，同時(shí)，已經(jīng)在鑄模內(nèi)部形成的彎曲鋼錠有一個(gè)出口，該出口設(shè)置在一個(gè)圓弧形的而不是豎直的鑄造引導(dǎo)部分上，這樣可以很有利地減小鑄造裝置的高度并且相應(yīng)的減小鋼水靜壓力和鋼錠隆起的危險(xiǎn)。根據(jù)前面提到的專利申請(qǐng)，從鑄模入口處的無(wú)限大的半徑到對(duì)應(yīng)于鑄造引導(dǎo)部分的彎曲半徑Ro，鑄模的彎曲度是以一種漸進(jìn)的和均勻的方式來(lái)分布的(圖1)，這樣就既避免了在固化了的鋼錠的外殼上出現(xiàn)過(guò)度的應(yīng)力，也避免了與鑄模的銅質(zhì)內(nèi)壁接觸不完好的可能性。
為了解決所涉及的技術(shù)問(wèn)題，用來(lái)冷卻鑄模板的裝置是特別重要的，該冷卻裝置必須能夠承受對(duì)于薄的扁鋼錠來(lái)說(shuō)是很常見(jiàn)的高的熱通量(在整個(gè)鑄模的冷卻表面上其平均值可高達(dá)3MW/m2)，在彎月形表面區(qū)域，該冷卻裝置具有增強(qiáng)了的冷卻效果以防止銅的開(kāi)裂，然而，為了防止所成形的鋼錠的熱應(yīng)力，鑄模周?chē)睦鋮s效果還是足夠均勻的。
參見(jiàn)圖4，當(dāng)考慮澆鑄件的表面和鑄模之間的額定比熱通量(dqn)時(shí)，應(yīng)有dqn=dq/dA[W/m2]該熱通量也是銅板的熱的表面上的局部表面溫度的函數(shù)，而該局部表面溫度又依賴于和冷卻管之間的距離，冷卻水就在該冷卻管中流動(dòng)。
正如在圖3中可以看到的，采用笛卡爾坐標(biāo)系X、Y、Z，其中Z軸朝向下方或者說(shuō)朝向鑄模的底部，并且還考慮到由滿足f(x,y,z)=0的鑄模而構(gòu)成的復(fù)雜表面，則局部表面溫度按t=t[f(x,y,z)]局部的變化。
因?yàn)檠卦阼T模表面上的一條水平線(其中Z=Z0)都必須盡可能的使熱通量dqn保持為一常數(shù)，即實(shí)際上沿這樣一條水平線溫度t必須被保持為一常數(shù)，從而t=t[f(x,y,z0)]=t0根據(jù)本發(fā)明，這一點(diǎn)是通過(guò)使熱的銅質(zhì)表面上的每一點(diǎn)與所有冷卻管W的端部的理想包絡(luò)面E(圖5a,5b)之間的距離保持為一相同的垂直距離Nd，其中Nd是垂直于熱的表面來(lái)進(jìn)行計(jì)量的。于是必須有Nd=常數(shù)，并且為了使冷卻系統(tǒng)滿足前面提到的條件，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，該常數(shù)的最佳的值必須是在10到25mm的范圍內(nèi)。
至于潛鑄口，除了前面提到的它相對(duì)于鑄模的尺寸條件外，它必須被設(shè)計(jì)為使熔化鋼水的流動(dòng)情況達(dá)到最優(yōu)，同時(shí)也要考慮到外殼的逐漸形成以及潛鑄口其自身的壽命。實(shí)際上，已知道，當(dāng)減小扁鋼錠的厚度時(shí)，與鑄模內(nèi)液體的運(yùn)動(dòng)有關(guān)的問(wèn)題便增加了，這可能會(huì)導(dǎo)致在彎月形表面區(qū)域形成駐波從而會(huì)導(dǎo)致液態(tài)熔渣的厚度產(chǎn)生局部減小，如此會(huì)對(duì)潤(rùn)滑以及正在固化的扁鋼錠的外殼的隔離作用產(chǎn)生不利的影響。
用于薄的扁鋼錠的潛鑄口是本申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)PCT/IT-97/00135的主題內(nèi)容，除了在鑄模內(nèi)具有改進(jìn)了的液位控制功能，該用于薄的扁鋼錠的潛鑄口具有一些幾何特征從而使得澆鑄在出口處具有低的能量而在扁鋼錠的液態(tài)部分內(nèi)部具有高的功耗概率，這樣借助于潛入部分的側(cè)壁形狀的引導(dǎo)，改善了流動(dòng)情況(從而防止了渦流的形成以及包裹鑄型粉料)。進(jìn)一步的，送料是穩(wěn)定的，因?yàn)檠趸锏某练e是可以忽略的，所以液流大致上以兩股液流流出并且潛鑄口內(nèi)部的起始表面被保護(hù)起來(lái)了；并且那些良好的流動(dòng)條件使得在彎月形表面區(qū)域的外部機(jī)械侵蝕作用的程度降低了。
根據(jù)本發(fā)明，除了前面提到的條件，對(duì)于鑄模-潛鑄口裝置的最優(yōu)的設(shè)計(jì)是使得駐波的高度(峰到峰以mm來(lái)計(jì)量)與澆鑄速度之間的比率不超過(guò)5，其平均值是3.3，其中澆鑄速度以m/min來(lái)計(jì)量。
進(jìn)一步的，對(duì)于鑄模液位(ML)的采樣信號(hào)，測(cè)量所得的標(biāo)準(zhǔn)偏差用Std DEV(ML)來(lái)表示，其值通常在如下的范圍內(nèi)Std DEV(ML)=0.7-1.5mm最后，對(duì)于鋼錠的表面質(zhì)量和連續(xù)澆鑄過(guò)程的穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，鑄錠設(shè)備中的第三個(gè)部件也就是振動(dòng)裝置3也必須作為一個(gè)關(guān)鍵因素來(lái)考慮。參見(jiàn)圖1，振動(dòng)裝置可由一個(gè)機(jī)架3a來(lái)構(gòu)成，該機(jī)架3a鉸接在地面上并由一個(gè)液壓伺服控制機(jī)構(gòu)5來(lái)驅(qū)動(dòng)。機(jī)架3a也與鑄模支承3b鉸接在一起，從而形成一種四邊形結(jié)構(gòu)，并且在其兩端固定有一套彈簧。
控制的柔性是通過(guò)可編程邏輯控制來(lái)獲得的，該種可編程邏輯控制可以改變與波形有關(guān)的振動(dòng)參數(shù)，波動(dòng)的振幅是在±2和±10mm之間，振動(dòng)程序也同樣是如此。控制系統(tǒng)連續(xù)地記錄澆鑄速度的實(shí)際值，從而在先前參數(shù)的基礎(chǔ)上控制振動(dòng)頻率。由于整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的第一固有頻率是16.7Hz，振動(dòng)頻率的最大值高達(dá)480～520次往復(fù)/分鐘。上述柔性就是使得對(duì)于每一種質(zhì)量的鋼材來(lái)說(shuō)，能夠把最佳的潤(rùn)滑作用和表面質(zhì)量作為鑄造速度的函數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)振動(dòng)參數(shù)來(lái)獲得。
用另一種方法，振動(dòng)裝置可以是所謂的“共振”型，鑄模直接安裝在彎簧上，設(shè)有位置系統(tǒng)(Without no lever system)，通過(guò)一個(gè)液壓伺服控制機(jī)構(gòu)使之以接近于彈性系統(tǒng)的固有頻率的頻率振動(dòng)，設(shè)有間隙從而沿著非常精確的路徑動(dòng)作。
在不超出本發(fā)明范圍的情況下，那些在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)有經(jīng)驗(yàn)的人可能會(huì)對(duì)上述的有圖解說(shuō)明的實(shí)施例進(jìn)行一些添加及/或改動(dòng)。特別是，只要遵守前述的幾何關(guān)系，在豎直平面內(nèi)鑄模本身可以具有其它的輪廓而不是在歐洲專利0705152中所描述的輪廓，而且潛鑄口也可以與在專利申請(qǐng)PCT/IT-97/00135中所公開(kāi)和要求保護(hù)的潛鑄口不同。
權(quán)利要求
1．一種用于連續(xù)澆鑄扁鋼錠的設(shè)備的裝置，特別適合于小的厚度和高速度，包括一個(gè)用于連續(xù)澆鑄的鑄模(1)，一個(gè)具有潛出口或潛鑄口(2)的送料出口以及一個(gè)由液壓伺服控制機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)裝置(3)，其中鑄模(1)在其較大的一側(cè)是由銅板的側(cè)壁來(lái)限定的，其特征在于至少在位于彎月形表面的高度位置處的鑄模水平截面的中間區(qū)域內(nèi)，潛鑄口(2)和銅板之間的距離保持為常數(shù)；并且，面積(A1)與相應(yīng)于該面積(A1)的鑄模外圍長(zhǎng)度的總和(S1)之間的比率是面積(A2)與相應(yīng)于該面積(A2)的鑄模周邊長(zhǎng)度的總和(S2)之間的比率的0.9÷1.1倍，其中面積(A1)相應(yīng)于在彎月形表面高度位置處的鑄模水平截面的中間部分，該面積是在鑄模的較大一側(cè)與潛鑄口(2)之間所包圍起來(lái)的面積，而面積(A2)是在彎月形表面高度位置處的鑄模(1)水平截面的其余部分的面積；進(jìn)一步的，其中鑄模內(nèi)壁表面上的每一點(diǎn)與各冷卻管(W)的所有端部的理想包絡(luò)面(E)之間的垂直距離(Nd)是常數(shù)。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于上述比率A1/S1和A2/S2是基本相等的。
3．如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于上述的恒定值Nd其范圍是10到25mm。
4．如權(quán)利要求1或3所述的裝置，其特征在于鑄模中在彎月形表面上所形成的駐波的高度與鑄造速度的比值不會(huì)超過(guò)5，其平均值是3.3，其中駐波的高度是從峰到峰以mm來(lái)計(jì)量的，鑄造速度是以m/min來(lái)計(jì)量的。
5．如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于對(duì)鑄模液位的采樣信號(hào)測(cè)量所得的標(biāo)準(zhǔn)偏差其數(shù)值范圍在0.7到1.5mm之間。
6．如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于振動(dòng)裝置(3)由四連桿系統(tǒng)(3a,3b,3c)構(gòu)成，該振動(dòng)裝置(3)具有液壓伺服控制機(jī)構(gòu)(5)，該液壓伺服控制機(jī)構(gòu)(5)能夠在±2和±10mm之間改變振動(dòng)波動(dòng)的幅度。
7．如權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于振動(dòng)裝置(3)是共振型的，其中鑄模(1)沒(méi)有間隙地直接安裝在彎簧上，通過(guò)一個(gè)液壓伺服控制機(jī)構(gòu)以接近于彈性系統(tǒng)的固有頻率的頻率進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
全文摘要
用于連續(xù)澆鑄扁鋼錠的設(shè)備的裝置,特別是適合于以高速度來(lái)澆鑄小厚度的扁鋼錠,它包括一個(gè)鑄模(1),該鑄模(1)通過(guò)一個(gè)潛鑄口(2)來(lái)進(jìn)行送料并且與一個(gè)振動(dòng)裝置(3)連接在一起,該振動(dòng)裝置(3)由一個(gè)液壓伺服控制機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng),其中下面的幾何關(guān)系是成立的,該幾何關(guān)系與鑄模及潛鑄口的形狀以及它們之間的布置有關(guān):(A1/S1)/(A2/S2)=0.9÷1.1并且,最好A1/S1=A2/S2,其中,A1是在彎月形表面的高度位置處的鑄模水平截面上,在潛鑄口和鑄模的較大一側(cè)之間所包圍起來(lái)的面積,A2是在該截面上其余部分的面積,是位于潛鑄口和鑄模的較小一側(cè)之間,S1和S2分別是相應(yīng)于上述兩個(gè)面積的鑄模周邊長(zhǎng)度的總和。進(jìn)一步的,至少在彎月形表面的高度位置處的鑄模水平截面中,潛鑄口和構(gòu)成鑄模側(cè)壁的銅板之間的距離保持為常數(shù)。
文檔編號(hào)B22D11/04GK1237120SQ97199628
公開(kāi)日1999年12月1日 申請(qǐng)日期1997年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月12日
發(fā)明者喬維尼·阿維迪, 盧西亞諾·瑪尼尼, 安德列亞·比安奇 申請(qǐng)人:喬維尼·阿維迪