用于薄板的連續(xù)鑄造設(shè)備和用其控制液體金屬的流的工藝的制作方法
【專利說明】用于薄板的連續(xù)鑄造設(shè)備和用其控制液體金屬的流的工藝
[0001]本申請是申請日為2011年08月04日，申請?zhí)枮?01180038568.7，發(fā)明名稱為“用于控制用于薄平板的連續(xù)鑄造的結(jié)晶器中的液體金屬流的工藝和設(shè)備”的申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)金屬體的連續(xù)鑄造工藝的領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及用于控制用于連續(xù)地鑄造薄板的結(jié)晶器中的液體金屬流的分布的工藝。本發(fā)明還涉及用于實(shí)施這樣的工藝的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003]如已知的，連續(xù)鑄造技術(shù)被廣泛地用于具有各種形狀和大小的金屬體的生產(chǎn)，包括小于150mm厚的薄鋼板。參照圖1，這些半成品的連續(xù)鑄造包括使用界定用于液體金屬池4的容積的銅結(jié)晶器I。這樣的容積通常包括具有與液體池相比相對大的截面的用于排放器3的引入的中央盆形部，以最小化引入的鋼的速度。
[0004]同等地已知的是，在這種類型的鑄造中，獲得結(jié)晶器中的流體的最優(yōu)的分布是基本的，以便以高速度(例如高于4.5m/min)鑄造，并且從而確保高生產(chǎn)速率。正確的流體分布被進(jìn)一步需要以確保鑄件的借助于熔融粉末的正確的潤滑以及避免“粘結(jié)”的風(fēng)險(xiǎn)，即使在結(jié)晶器的內(nèi)壁上固化的表層22斷裂直至液體金屬從結(jié)晶器的可能的災(zāi)難性的泄漏的風(fēng)險(xiǎn)(“跑火”)，這使鑄造線停止。如已知的，可能的粘結(jié)現(xiàn)象強(qiáng)烈地劣化半成品的品質(zhì)。
[0005]如在美國專利US6464154中描述的，例如，以及在圖1中示出的，大多數(shù)的用于把液體金屬引入結(jié)晶器中的排放器被配置為產(chǎn)生被向下導(dǎo)向的液體鋼的兩個(gè)中央射流5、5’以及被朝向池表面7 (也被稱為彎液面)導(dǎo)向的兩個(gè)次級再循環(huán)6、6’，其被熔融并且保護(hù)表面本身不受氧化的各種基于氧化物的鑄造粉末的層大體上覆蓋。這樣的粉末層的液化部分，通過被引入結(jié)晶器的銅壁的內(nèi)表面和表層之間，也促進(jìn)鑄件潤滑。
[0006]為了獲得優(yōu)良的內(nèi)部流體動力學(xué)，已知對于獲得在彎液面7處的平均地低于約
0.5m/秒的液體金屬的最大速度，以避免鑄造粉末在固相或液相中的截留(將導(dǎo)致最終的產(chǎn)品上的缺陷)的需要。然而這些速度應(yīng)當(dāng)不低于約0.08m/秒，以避免將不允許粉末熔融從而尤其是在排放器和結(jié)晶器壁之間創(chuàng)造可能固化橋接的“冷點(diǎn)”的形成，以及粉末層的不正確的熔融，其導(dǎo)致對于鑄件的不足夠的潤滑。這將明顯地決定鑄造性的已證實(shí)的問題。除了這些與速度有關(guān)的限制之外，已知對限制緊鄰于彎液面的液體金屬的波動性(主要被次級再循環(huán)6、6’導(dǎo)致的)的需要。這樣的波動性應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地具有低于15_的最大的即時(shí)寬度和低于10_的平均寬度，以避免制成品中的被粉末的結(jié)合導(dǎo)致的缺陷以及通過熔融粉末的鑄件潤滑中的困難。后一情況可能甚至導(dǎo)致跑火現(xiàn)象。這些最優(yōu)的鑄造參數(shù)可以通過正常的連續(xù)鑄造方法和裝置被在彎液面表面上觀察到。
[0007]結(jié)晶器中的液體金屬流的控制因此是在連續(xù)鑄造工藝中最重要的。由于這種考慮，所使用的排放器具有對于控制通常在流速的某個(gè)范圍內(nèi)的流以及對于預(yù)確定的結(jié)晶器尺寸的優(yōu)化的幾何構(gòu)型。在這些條件之外，結(jié)晶器不在可能發(fā)生的所有的多個(gè)鑄造條件下都允許正確的流體動力學(xué)。例如，在高流速的情況下，向下射流5、5’和向上再循環(huán)6、6’可能是過度地高強(qiáng)度的，從而導(dǎo)致彎液面7的高速度和非最優(yōu)的波動性。相反地，在低流速的情況下，向上再循環(huán)6、6’可能是過于弱的，從而決定鑄造性問題。
[0008]在另外的鑄造條件下，如在圖1A中圖解地示出的，排放器可以被不正確地引入并且因此液體金屬的流速是不對稱的，或，例如，由于由在排放器的內(nèi)壁上積聚的氧化物導(dǎo)致的部分不對稱的堵塞的存在，流速是不對稱的。在這些條件下，被朝向液體池的第一半部導(dǎo)向的流的速度和流速不同于被朝向另一個(gè)半部導(dǎo)向的流的速度和流速。這種危險(xiǎn)情況可能導(dǎo)致使粉末層在彎液面的正確鑄造受到阻礙的駐波的形成，從而導(dǎo)致具有對于鑄件品質(zhì)的有害后果的截留現(xiàn)象，以及甚至由不正確的潤滑導(dǎo)致的跑火現(xiàn)象。
[0009]各種方法和裝置已經(jīng)被開發(fā)以改進(jìn)液體金屬池中的流體動力學(xué)分布，這至少部分地解決了與比僅150_厚的常規(guī)板的鑄造有關(guān)的這種問題。這些方法的第一類型包括，例如，線性電動機(jī)的使用，線性電動機(jī)的磁場被用于制動和/或加速熔融金屬的內(nèi)流。然而，已經(jīng)觀察到，使用線性電動機(jī)不是對于連續(xù)地鑄造薄板非常有效的，在連續(xù)地鑄造薄板中通常地界定結(jié)晶器的銅板是比常規(guī)板厚多于兩倍，從而作為抵抗被線性電動機(jī)產(chǎn)生的交變磁場的穿透的屏蔽器起作用，從而使它們是對于產(chǎn)生在液體金屬池中的制動力相當(dāng)無效的。
[0010]方法的第二類型包括使用直流電磁制動器，直流電磁制動器正常地被配置為排他地在精確的流體動力學(xué)條件的存在下制動和控制液體金屬的內(nèi)分布。在US 6557623 B2中描述的解決方案的情況下，例如，使用電磁制動器是對于僅在高流速的存在下減慢流有用的。在專利申請JP4344858中描述的裝置代替地允許在高流速和低流速的存在下減慢液體金屬，但是不允許矯正可能的不對稱。某些裝置，例如在申請EP09030946中描述的裝置，允許矯正可能的流不對稱(在圖1A中圖解地示出)，但是如果鑄造在低流速發(fā)生的話是完全地?zé)o效的。
[0011]在申請F(tuán)R 2772294中描述的裝置提供典型地具有二相或三相線性電動機(jī)的形式的電磁制動器的使用。特別地，這樣的制動器由以板的形式的鐵磁性材料殼體(聯(lián)板)組成，其界定空腔，與通常的實(shí)踐形成對比的被直流電供應(yīng)的導(dǎo)電體被容納在空腔內(nèi)部。鐵磁性的殼體(聯(lián)板)被安裝在毗鄰于結(jié)晶器的壁的位置中，使得被直流電供應(yīng)的傳導(dǎo)器產(chǎn)生靜態(tài)磁場，發(fā)明人斷言該靜態(tài)磁場能夠排他地通過以差異化的方式供電各種導(dǎo)電體來在液體金屬池內(nèi)運(yùn)動。
[0012]然而，已經(jīng)看到，該技術(shù)解決方案不是高效率的，因?yàn)楸粋鲗?dǎo)器產(chǎn)生的磁通量，通過具有較小的磁阻的路徑，一定朝向鐵磁性的殼體(聯(lián)板)封閉，從而再次地橫貫液體池。這種條件不利地創(chuàng)造在液體金屬池中的非期望的制動區(qū)。換句話說，使用在FR 2772294中描述的解決方案，不可能獲得在單一的區(qū)中集中的制動區(qū)，但是，相反地，被傳導(dǎo)器產(chǎn)生的磁場被實(shí)質(zhì)上再分布在金屬液體池的大部分中，從而導(dǎo)致局部地更多的或更少的高強(qiáng)度。
[0013]與在FR 2772294中描述的解決方案和具有相似的構(gòu)思的解決方案有關(guān)的與上文表明的缺點(diǎn)非常有關(guān)的另一個(gè)缺點(diǎn)涉及在延伸和幾何構(gòu)造的方面差異化液體金屬池內(nèi)的制動區(qū)的不可能性。這種缺點(diǎn)主要是由于傳導(dǎo)器全部顯示同一個(gè)幾何截面并且限制其的鐵磁性的殼體(聯(lián)板)具有矩形的并且在所有的情況下規(guī)則的形狀的事實(shí)。
[0014]因此，匯總以上的，借助于在FR 2772294中描述的解決方案，不僅不可能獲得在液體金屬池中的特定的完全地隔離的制動區(qū)，即被其中磁場不起作用的區(qū)圍繞，而且也不可能在幾何上差異化這樣的特定的制動區(qū)。這些具有相同的幾何構(gòu)造，即在空間中的相同的延伸。
[0015]日本專利JP61206550A指示使用電磁力發(fā)生器以減少在金屬材料池的彎液面處的波的振蕩。這樣的發(fā)生器借助于根據(jù)波/振蕩的寬度來激活的控制系統(tǒng)被激活，從而限制波/振蕩的寬度。作為主動式控制系統(tǒng)，外加電流對于具體的鑄造條件不是恒定的，而是相反地根據(jù)波動性來連續(xù)地變化。由于這種連續(xù)的電流變化性，在JP61206550A中描述的解決方案不允許對液體金屬池的內(nèi)區(qū)的，即距彎液面相對地有距離的，有效控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的主要目的是提供允許克服上文提到的缺點(diǎn)的用于控制在用于連續(xù)地鑄造薄板的結(jié)晶器中的液體金屬的流的工藝。在該任務(wù)的范圍內(nèi)，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供在操作上靈活的，即允許在可以在鑄造過程期間產(chǎn)生的各種流體動力學(xué)條件下控制液體金屬流的工藝。另一個(gè)目的是提供可靠的并且易于以有競爭力的成本被實(shí)施的工藝。
[0017]本發(fā)明因此涉及用于控制在用于連續(xù)地鑄造薄板的結(jié)晶器中的液體金屬的流的工藝。特別地，工藝應(yīng)用于包括界定用于液體金屬池的內(nèi)含容積(containment volume)的周邊壁的結(jié)晶器，該液體金屬池通過被中央地放置在所述池中的排放器是可置入的。工藝包括產(chǎn)生在所述池內(nèi)的所述液體金屬的流的多個(gè)制動區(qū)，每個(gè)通過電磁制動器產(chǎn)生。具體地，包括以下:
[0018]-第一電磁制動器，其用于在所述池的中央部分中緊鄰于所述液體金屬從所述排放器離開的出口節(jié)段產(chǎn)生第一制動區(qū)，所述中央部分被界定在所述結(jié)晶器的兩個(gè)周邊前壁之間；
[0019]-第二電磁制動器，其用于在所述池的中央部分中在主要在所述第一制動區(qū)下方的位置中產(chǎn)生第二制動區(qū)；
[0020]-第三電磁制動器，其用于在所述池的第一側(cè)部分中在所述中央部分和實(shí)質(zhì)上正交于所述前壁的第一周邊側(cè)壁之間產(chǎn)生第三制動區(qū)；
[0021]-第四電磁制動器，其用于在所述液體金屬池的第二側(cè)部分內(nèi)產(chǎn)生第四制動區(qū)，所述第二側(cè)部分關(guān)于實(shí)質(zhì)上正交于所述結(jié)晶器的所述前周邊壁的對稱平面與所述第一側(cè)部分對稱；
[0022]-第五電磁制動器，其用于在所述池的所述第一側(cè)部分中在主要在所述第三制動區(qū)下方的位置中產(chǎn)生第五制動區(qū)；
[0023]-第六電磁制動器，其用于在所述池的所述第二側(cè)部分中在主要在所述第四制動區(qū)下方的位置中產(chǎn)生第六制動區(qū)。
[0024]工藝包括根據(jù)液體金屬在所述池中的流體動力學(xué)條件的特征參數(shù)來獨(dú)立地或成組地激活所述制動區(qū)。
[0025]本發(fā)明提供了一種用于在薄板的連續(xù)鑄造中控制液體金屬的流的工藝，其中提供:
[0026]-結(jié)晶器，其包括周邊壁，所述周邊壁界定用于液體金屬池的內(nèi)含容積；
[0027]-排放器，其被在中央地布置在所述液體金屬池中以排放所述液體金屬；
[0028]-第一電磁制動器，其用于在所述液體金屬池的中央部分中緊鄰于所述液體金屬從所述排放器離開的出口節(jié)段產(chǎn)生第一制動區(qū)，所述中央部分被界定在所述結(jié)晶器的兩個(gè)周邊前壁之間；
[0029]-第二電磁制動器，其用于在所述液體金屬池的所述中央部分中在所述第一制動區(qū)下方的位置中產(chǎn)生第二制動區(qū)；
[0030]-第三電磁制動器，其用于在所述液體金屬池的第一側(cè)部分中在所述中央部分和實(shí)質(zhì)上正交于所述前壁的第一周邊側(cè)壁之間產(chǎn)生第三制動區(qū)；
[0031]-第四電磁制動器，其用于在所述液體金屬池的第二側(cè)部分內(nèi)產(chǎn)生第四制動區(qū)，所述第二側(cè)部分關(guān)于實(shí)質(zhì)上正交于所述周邊前壁的對稱平面A-A與所述液體金屬池的所述第一側(cè)部分對稱；
[0032]-第五電磁制動器，其用于主要在所述液體金屬池的所述第一側(cè)部分中在主要在所述第三制動區(qū)下方的位置中產(chǎn)生第五制動區(qū)；
[0033]-第六電磁制動器，其用于在所述液體金屬池的所述第二側(cè)部分中在主要在所述第四制動區(qū)下方的位置中產(chǎn)生第六制動區(qū)；
[0034]其中所述工藝包括根據(jù)所述液體金屬在所述液體金屬池中的流體動力學(xué)條件的特征參數(shù)來獨(dú)立地或成組地激活所述制動區(qū)。
[0035]當(dāng)緊鄰于所述液體金屬池的表面的所述液體金屬的速度低于第一基準(zhǔn)值時(shí)，可以提供所述第一制動區(qū)的激活，以及如果在所述第一制動區(qū)激活時(shí)所述液體金屬的所述速度慢于比所述第一基準(zhǔn)值高的第二基準(zhǔn)值，則可以提供所述第三制動區(qū)和所述第四制動區(qū)的激活。
[0036]如果朝向所述側(cè)部分中的第一個(gè)導(dǎo)向的液體金屬的流速高于朝向所述側(cè)部分中的第二個(gè)導(dǎo)向的流速，則可以提供位于所述液體金屬池的所述側(cè)部分中的第一個(gè)中的所述制動區(qū)的激活。