專利名稱：制造連鑄初制品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在連鑄設(shè)備中以VC＜2m/min的澆注速率制造連鑄初制品且尤其是厚度D＞100mm、寬度B＝2700mm-3500mm的寬板坯的方法，在這里，熔液且最好是鋼水從鋼包中通過(guò)浸入式水口進(jìn)入由寬側(cè)壁和窄側(cè)壁形成的結(jié)晶器中并不斷從結(jié)晶器中拉出并冷卻部分凝固的并有液芯和凝固坯殼的初制品，本發(fā)明還涉及制造連鑄初制品的連鑄設(shè)備以及用于此連鑄設(shè)備的浸入式水口。
DE-C 24232已經(jīng)公開(kāi)了在一種連鑄設(shè)備中按照上述工作原理生產(chǎn)板坯狀初制品的方法。在這里，熔液經(jīng)過(guò)一在液面下的浸入式水口被注入結(jié)晶器中，浸入式水口在澆注方向上向下開(kāi)口并且朝向結(jié)晶器窄側(cè)壁地?cái)U(kuò)寬成漏斗形。如果人們將如DE-C19724232的權(quán)利要求2所述的浸入式水口在其寬度(b)方面的尺寸規(guī)定用于按本發(fā)明提供的初制品或結(jié)晶器的2700mm-3500mm寬度(B)，則得到385mm-2250mm浸入式水口寬度(b)，它不能用在高溫使用時(shí)具有長(zhǎng)時(shí)間工作所需的持久性的耐火材料制成。另外，這樣寬的浸入式水口加劇了在浸入式水口壁和結(jié)晶器寬側(cè)壁之間的間隙流的已知問(wèn)題。
DE-C 19647363公開(kāi)了一種浸入式水口，它適用于板坯連鑄并且其中熔液在液面下通過(guò)彼此橫向?qū)χ玫某隹趯?duì)準(zhǔn)結(jié)晶器窄側(cè)壁地流出。該浸入式水口的基本特征在于，其外壁距沿寬側(cè)壁形成的坯殼的間距是不變的。這意味著，該浸入式水口適用于至多為8的鑄坯或結(jié)晶器橫截面的寬厚比。但是，在寬厚比較大的情況下，浸入式水口不能保證提供均勻凝固條件的結(jié)晶器內(nèi)部流動(dòng)。
當(dāng)連鑄較寬的初制品時(shí)，盡管使用常見(jiàn)的1.0米/分-1.2米/分的澆注速度，仍然獲得了4噸/分或更高的鋼水物流量。實(shí)際上，在鋼物流量這樣高的情況下已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在結(jié)晶器中出現(xiàn)的形成旋渦的流動(dòng)是非常不穩(wěn)定的。結(jié)晶器內(nèi)腔引導(dǎo)這種流動(dòng)的特性隨著浸入式出水口距窄側(cè)壁的距離的增大而惡化。另外，由于在浸入式水口中的局部流速較高以及緊接在其離開(kāi)浸入式水口出口后因熔液阻力及沿結(jié)晶器壁的較高壁摩擦，射出流被大大減速，由于在澆注液面與射出流之間的負(fù)壓，射出流向上轉(zhuǎn)向澆注液面。人們可以看到對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不利影響的波動(dòng)的振動(dòng)液池運(yùn)動(dòng)。
在

圖1中，結(jié)合流動(dòng)線地示出了不利地形成了流動(dòng)狀況。在浸入式水口與結(jié)晶器窄側(cè)壁之間的區(qū)域中，射出流沖擊液面并在那里分成兩股流束。此現(xiàn)象造成結(jié)晶器潤(rùn)滑粉在液池表面不均勻地熔融并導(dǎo)致對(duì)鑄坯與結(jié)晶器壁之間的滑動(dòng)性能的局部不利影響。當(dāng)傳統(tǒng)的浸入式水口被用來(lái)澆注寬板坯時(shí)，因上述原因而很難產(chǎn)生有利且穩(wěn)定的結(jié)晶器內(nèi)部流動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)這樣的方法完成該任務(wù)，該方法的特征在于，熔液通過(guò)對(duì)置的流出口并以指向結(jié)晶器窄側(cè)壁的運(yùn)動(dòng)脈沖離開(kāi)浸入式水口，并且為了獲得一定的初制品的寬厚比，根據(jù)在浸入式水口核心橫截面中的熔液速度(VK)與澆注速度(VC)之比來(lái)這樣選擇浸入式水口管的寬度(b)的設(shè)計(jì)值和浸入式水口的側(cè)出口的高度(h)的設(shè)計(jì)值，即在澆注方向及切向上沿結(jié)晶器的寬側(cè)壁和窄側(cè)壁均勻地形成鑄坯殼。
如果浸入式水口與結(jié)晶器的關(guān)系滿足下列條件，則產(chǎn)生形成鑄坯殼的最佳條件hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根據(jù)下列條件Ψ＝0.1(B/D)-0.7確定使在浸入式水口核心橫截面中的熔液速度與澆注速度相關(guān)的比例系數(shù)Ψ。其中B＝初制品的寬度(mm)D＝初制品的厚度(mm)b＝浸入式水口的寬度(mm)h＝浸入式水口的側(cè)出口的高度(mm)Ψ＝比例系數(shù)(沒(méi)有尺寸)。
在所選寬厚比的情況下，上述條件產(chǎn)生0.011-0.015的Ψ值。這些值表示，最佳流動(dòng)條件需要低的在浸入式水口中的流速，根據(jù)本發(fā)明，該流速借助浸入式水口的大核心橫截面和出口橫截面獲得。通過(guò)降低流速，避免了因在射出流與澆注面之間的負(fù)壓而造成的劇烈的射出流側(cè)轉(zhuǎn)向。
通過(guò)這些措施，可以形成有向上旋動(dòng)的且大致成圓形的大渦流的穩(wěn)定渦旋體系，如在圖2中結(jié)合流動(dòng)線示出的在浸入式水口左側(cè)的半個(gè)結(jié)晶器內(nèi)腔中的那樣。渦旋直徑約等于鑄坯寬度的一半。通過(guò)浸入式水口側(cè)出口的大高度(h)，獲得了為此所需的約40°-50°的射出角。結(jié)果，減少了在流體在浸入式水口中劇烈轉(zhuǎn)向時(shí)(無(wú)射出角)已知的、射出流在射出之后就轉(zhuǎn)向液池面的現(xiàn)象。側(cè)出口非常高意味著形成一股不旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)很小的流體。
另外，通過(guò)本發(fā)明的措施保證了，可以形成有非常顯著的渦流的體系。為此，離開(kāi)浸入式水口的射出流不必在兩個(gè)結(jié)晶器寬側(cè)壁之間被過(guò)分減速。由在因流動(dòng)的射出流與鑄流殼接觸而產(chǎn)生的壁摩擦來(lái)決定作用于射出流的減速效果。由于減速摩擦力大致按照流速平方地增大，所以根據(jù)本發(fā)明，出口速度保持在較低水平。
如果初制品的寬厚比B/D＝15-25且寬厚比B/D最好約為20，則提供了本發(fā)明的有利應(yīng)用范圍。
在所述規(guī)定的初制品橫截面的情況下，澆注速度VC最好被設(shè)定為0.5米/分-1.5米/分。
以VC＜2m/min的澆注速度制造連鑄初制品且尤其是板坯的厚度D＞100mm、寬度B＝2700mm-3500mm的連鑄初制品的本發(fā)明連鑄設(shè)備包括一個(gè)由寬側(cè)壁和窄側(cè)壁形成的結(jié)晶器、一個(gè)在入口側(cè)注入結(jié)晶器中的浸入式水口及一個(gè)貯存熔液的鋼包以及設(shè)置在結(jié)晶器出口側(cè)的并用來(lái)拉出、引導(dǎo)和冷卻在結(jié)晶器中部分凝固的并有液芯和凝固坯殼的初制品的裝置，其特征在于，浸入式水口包括彼此對(duì)置的并在工作位置上指向結(jié)晶器窄側(cè)壁的出口，在浸入式水口側(cè)出口高度上的結(jié)晶器內(nèi)尺寸相當(dāng)于初制品尺寸，與初制品或結(jié)晶器的某個(gè)寬厚比有關(guān)地確定浸入式水口寬度(b)和浸入式水口的側(cè)出口的高度(h)hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根據(jù)下列條件Ψ＝0.1(B/D)-0.7確定使在浸入式水口核心橫截面中的熔液速度與澆注速度相關(guān)的比例系數(shù)Ψ。
如果初制品寬厚比B/D＝15-25并最好是約為20，則這種連鑄設(shè)備是特別適用的。
為了實(shí)現(xiàn)最佳射出角，浸入式水口的內(nèi)底部被設(shè)計(jì)成從浸入式水口的中心朝澆注方向的出口傾斜。如果浸入式水口的內(nèi)底部的傾斜角為10°-20°并最好是約為15°，則得到特別有利的狀況。
本發(fā)明提供一種以VC＜2m/min的澆注速度制造連鑄初制品尤其是板坯的厚度D＞100mm、寬度B＝2700mm-3500mm的連鑄初制品的浸入式水口，其中連鑄設(shè)備有一個(gè)由寬側(cè)壁和窄側(cè)壁形成的并且浸入式水口在工作時(shí)伸入其中的結(jié)晶器，該浸入式水口的特征是，浸入式水口有彼此相對(duì)的側(cè)出口以及一連續(xù)的內(nèi)底部，在浸入式水口側(cè)出口面的內(nèi)尺寸基本上等于初制品尺寸，與初制品或結(jié)晶器的某個(gè)寬厚比有關(guān)地確定浸入式水口的寬度(b)和浸入式水口的側(cè)出口的高度(h)hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根據(jù)下列條件Ψ＝0.1(B/D)-0.7確定使在浸入式水口核心橫截面中的熔液速度與澆注速度相關(guān)的比例系數(shù)Ψ。
通過(guò)把浸入式水口的內(nèi)底部設(shè)計(jì)成從內(nèi)底部朝出口傾斜而提供一有利實(shí)施方式。浸入式水口的內(nèi)底部的傾斜角為10°-20°并最好約為15°。這明顯加強(qiáng)了形成無(wú)紊流的射出流的趨勢(shì)。在浸入式水口處，只設(shè)置兩個(gè)大致成矩形的出口。
圖3a表示本發(fā)明浸入式水口的局部縱截面；圖3b示意表示沿圖3a所示浸入式水口的A-A截面的結(jié)晶器及浸入式水口。
鑄坯成形發(fā)生在振動(dòng)式連鑄結(jié)晶器1中，振動(dòng)式連鑄結(jié)晶器如圖3b所示地由彼此相對(duì)的寬側(cè)壁2、3及可以被夾緊在寬側(cè)壁之間的窄側(cè)壁4、5構(gòu)成，窄側(cè)壁4、5可以垂直于澆注方向地移動(dòng)，以便設(shè)定不同的鑄坯寬度(B)。這些側(cè)壁的內(nèi)表面形成一個(gè)用于形成部分凝固的鑄坯的且確定鑄坯規(guī)格的內(nèi)腔，該鑄坯作為初制品被從結(jié)晶器中拉出。
本發(fā)明局限于制造寬度B為2700mm-3500mm、厚度D＞100mm的初制品的方法以及具有一有這樣的橫截面尺寸的結(jié)晶器的連鑄設(shè)備。在結(jié)晶器中，鑄坯沒(méi)有受過(guò)任何顯著的變形。
從一個(gè)未示出但在這種連鑄設(shè)備中是聞名的鋼包中，要澆注的鋼水通過(guò)一個(gè)浸入式水口6在由結(jié)晶器內(nèi)熔液構(gòu)成的液池面7下地經(jīng)過(guò)指向窄側(cè)壁4、5的側(cè)出口8流入連鑄結(jié)晶器1中。鋼水在相當(dāng)于結(jié)晶器澆注方向的垂直方向上以VK速度流過(guò)浸入式水口6并且在浸入式水口6的連續(xù)內(nèi)底部9區(qū)域中被轉(zhuǎn)向側(cè)出口8并且經(jīng)過(guò)它們而流入結(jié)晶器內(nèi)腔。內(nèi)底部9被設(shè)計(jì)成從其中心起在澆注方向上朝出口8傾斜。側(cè)出口(8)的傾斜角度及高度決定了注出熔液的方向(角度)，從而影響所形成的流體。浸入式水口的厚度(d)基本上由初制品的厚度(D)決定。初制品的寬度(B)及厚度(D)由生產(chǎn)技術(shù)規(guī)格確定。結(jié)果，浸入式水口的寬度(b)、浸入式水口的側(cè)出口的高度(h)以及大致表示澆注速度VC與浸入式水口中的液流速度VK之比的無(wú)尺度的系數(shù)Ψ可以自由選擇。
因此，與浸入式水口幾何形狀有關(guān)的系數(shù)Ψ決定了在浸入式水口出口橫截面中的鋼水速度并因而對(duì)結(jié)晶器內(nèi)部流動(dòng)的質(zhì)量是至關(guān)重要的。當(dāng)澆注中厚寬板坯(寬厚比約為20)時(shí)，借助傳統(tǒng)的浸入式水口獲得0.006-0.008的Ψ值。試驗(yàn)表明，為了澆注比過(guò)寬的鑄坯，在寬厚比一樣時(shí)，需要0.011-0.015的Ψ值。為此需要較低的在浸入式水口中的速度，這通過(guò)較大的核心橫截面及出口橫截面來(lái)實(shí)現(xiàn)。
下面的表1說(shuō)明了當(dāng)初制品寬度B＝3000mm且B＝2500mm時(shí)有利選擇的初制品厚度D＝157mm的關(guān)系。側(cè)出口8的較大高度h是本發(fā)明的浸入式水口的特點(diǎn)。
表1

圖1結(jié)合流動(dòng)線示意表示在使用傳統(tǒng)浸入式水口時(shí)的結(jié)晶器內(nèi)部流動(dòng)的形成，射出流在浸入式水口6和結(jié)晶器窄側(cè)壁4之間的區(qū)域中沖擊液池面并且在那里被分成兩股流束。而圖2表示通過(guò)本發(fā)明的浸入式水口形成的流動(dòng)，其中液流只在窄側(cè)壁4區(qū)域中被分成兩股并形成兩個(gè)大概成圓形的渦流。
權(quán)利要求
1.在連鑄設(shè)備中以VC＜2m/min的澆注速度制造連鑄初制品且尤其是厚度D＞100mm且寬度B＝2700mm-3500mm的寬板坯的方法，其中熔液且最好是鋼水從一鋼包中通過(guò)一浸入式水口流入一由寬側(cè)壁和窄側(cè)壁形成的結(jié)晶器中并且部分凝固的且有一液芯和一凝固鑄坯殼的初制品被從該結(jié)晶器中連續(xù)拉出并冷卻，其特征在于，熔液通過(guò)對(duì)置的出口并且按照指向結(jié)晶器窄側(cè)壁的運(yùn)動(dòng)脈沖離開(kāi)浸入式水口，為了一定的初制品寬厚比，根據(jù)在浸入式水口的核心橫截面中的熔液速度(VK)與澆注速度(VC)之比來(lái)這樣選擇浸入式水口的寬度(b)和浸入式水口的側(cè)出口的高度(h)的設(shè)計(jì)值，即在澆注方向及切向上沿結(jié)晶器的寬側(cè)壁和窄側(cè)壁均勻地形成鑄坯殼。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸入式水口與結(jié)晶器的關(guān)系滿足下列條件hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根據(jù)下列條件Ψ＝0.1(B/D)-0.7確定使在浸入式水口核心橫截面中的熔液速度與澆注速度相關(guān)的比例系數(shù)Ψ，其中B＝初制品的寬度(mm)D＝初制品的厚度(mm)b＝浸入式水口的寬度(mm)h＝浸入式水口的側(cè)出口的高度(mm)Ψ＝比例系數(shù)(沒(méi)有尺寸)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，該初制品的寬厚比B/D＝15-25。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，該初制品有約為20的寬厚比B/D。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，該澆注速度被設(shè)定為0.5米/分-1.5米/分。
6.以VC＜2m/min的澆注速度制造連鑄初制品尤其是厚度D＞100mm、寬度B＝2700mm-3500mm的寬板坯的連鑄設(shè)備，它包括一個(gè)由寬側(cè)壁(2，3)和窄側(cè)壁(4，5)形成的結(jié)晶器(1)、一個(gè)在入口側(cè)伸入結(jié)晶器中的浸入式水口(6)以及一個(gè)貯存熔液的容器以及設(shè)置在結(jié)晶器出口側(cè)的并用來(lái)拉出、引導(dǎo)和冷卻在結(jié)晶器中部分凝固的且有一液芯和一凝固鑄坯殼的初制品的裝置，其特征在于，該浸入式水口包括對(duì)置的且在工作位置上指向結(jié)晶器窄側(cè)壁(4，5)的出口(8)，在浸入式水口側(cè)出口高度上的結(jié)晶器內(nèi)尺寸基本上等于初制品的尺寸，與初制品或結(jié)晶器的一定寬厚比有關(guān)地確定浸入式水口的寬度(b)和浸入式水口橫向出口的高度(h)hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根據(jù)下列條件Ψ＝0.1(B/D)-0.7確定使在浸入式水口核心橫截面中的熔液速度與澆注速度相關(guān)的比例系數(shù)Ψ，其中B＝初制品的寬度(mm)D＝初制品的厚度(mm)b＝浸入式水口的寬度(mm)h＝浸入式水口的側(cè)出口的高度(mm)Ψ＝比例系數(shù)(沒(méi)有尺寸)。
7.如權(quán)利要求6所述的連鑄設(shè)備，其特征在于，該初制品或結(jié)晶器的寬厚比B/D＝15-25。
8.如權(quán)利要求6所述的連鑄設(shè)備，其特征在于，該初制品或結(jié)晶器有約為20的寬厚比B/D。
9.如權(quán)利要求6-8之一所述的連鑄設(shè)備，其特征在于，該浸入式水口的內(nèi)底部(9)被設(shè)計(jì)成從浸入式水口的中心起在澆注方向上朝出口(8)傾斜。
10.如權(quán)利要求9所述的連鑄設(shè)備，其特征在于，該浸入式水口的內(nèi)底部的傾斜角為10°-20°并最好約為15°。
11.一種用于以VC＜2m/min的澆注速度制造連鑄初制品且尤其是厚度D＞100mm、寬度B＝2700mm-3500mm的寬板坯的連鑄設(shè)備的浸入式水口，該連鑄設(shè)備有一個(gè)由寬側(cè)壁(2，3)和窄側(cè)壁(4，5)形成的結(jié)晶器(1)、一個(gè)在入口側(cè)伸入結(jié)晶器中的浸入式水口(6)以及一個(gè)貯存熔液的容器以及設(shè)置于結(jié)晶器出口側(cè)的并用來(lái)取出、引導(dǎo)和冷卻在結(jié)晶器中部分凝固的且有一液芯和一凝固鑄坯殼的初制品的裝置，其特征在于，該浸入式水口包括彼此相對(duì)的且在工作位置中指向結(jié)晶器窄側(cè)壁(4，5)的出口(8)，在浸入式水口的側(cè)出口高度上的結(jié)晶器內(nèi)尺寸基本上等于初制品的尺寸，與初制品或結(jié)晶器的一定寬厚比有關(guān)地確定浸入式水口的寬度(b)和浸入式水口橫向出口的高度(h)hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根據(jù)下列條件Ψ＝0.1(B/D)-0.7確定使在浸入式水口核心橫截面中的熔液速度與澆注速度相關(guān)的比例系數(shù)Ψ，其中B＝初制品的寬度(mm)D＝初制品的厚度(mm)b＝浸入式水口的寬度(mm)h＝浸入式水口的側(cè)出口的高度(mm)Ψ＝比例系數(shù)(沒(méi)有尺寸)。
12.如權(quán)利要求11所述的浸入式水口，其特征在于，該浸入式水口的內(nèi)底部(9)被設(shè)計(jì)成從浸入式水口的中心起在澆注方向上朝出口(8)傾斜。
13.如權(quán)利要求12所述的浸入式水口，其特征在于，該浸入式水口的內(nèi)底部的傾斜角為10°-20°，最好約為15 °。
14.如權(quán)利要求11-13之一所述的浸入式水口，其特征在于，只設(shè)有兩個(gè)基本成矩形的出口(8)。
全文摘要
本發(fā)明涉及在連鑄設(shè)備中以V
文檔編號(hào)B22D41/50GK1446137SQ01813698
公開(kāi)日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2001年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月31日
發(fā)明者J·瓦青格, M·布魯邁爾, P·吉特勒爾 申請(qǐng)人:沃斯特-阿爾派因工業(yè)設(shè)備制造股份有限公司