專利名稱:金屬、尤其是鋼的帶材連鑄工藝方法及其設(shè)備的制作方法
本發(fā)明涉及一種金屬、尤其是鋼的帶材連鑄方法及其設(shè)備。使用本發(fā)明方法時，金屬熔液從存貯容器中有控制地
入結(jié)晶器并有控制地拉出的連鑄帶材，其厚度為10-40毫米。
根據(jù)物理學(xué)有關(guān)原理，人們有可能滿足熱軋帶材材料性能要求的同時，把鑄坯壓縮比降至最小(大于3)，結(jié)果是使生產(chǎn)連鑄帶材的新工藝在此基礎(chǔ)上又得到了新的發(fā)展。
連鑄板坯(厚度約200-300毫米)和連鑄帶材的傳統(tǒng)生產(chǎn)線由粗軋機列、中間機列和精軋機列組成，它的壓縮比大于30。所有其它生產(chǎn)線，為型材，無縫管以及厚板生產(chǎn)線的壓縮比卻已經(jīng)達到3-10。為了把壓縮比從大于30降至大于3，生產(chǎn)線中取消了粗軋機列和中間機列，也取消了部分精軋機列。這樣就產(chǎn)生了連鑄新工藝，它大大地縮短了生產(chǎn)線，減少了從連鑄帶材轉(zhuǎn)變成熱軋帶材的生產(chǎn)成本。
連鑄的現(xiàn)有技術(shù)可分成下面幾種方法，各種方法均有其獨立含義。在垂直連鑄和水平連鑄中，有時使用振動模，有時則設(shè)法使鑄坯和水平連鑄模之間產(chǎn)生相對運動。當使用移動式金屬模時，在金屬模下面應(yīng)裝有若干對皮帶機、軋輥、鏈條以及類似的機構(gòu)。
本發(fā)明的任務(wù)在于在連鑄薄坯時，如果薄坯所用的連鑄金屬模相當窄小那么在澆注后也要使金屬熔液在薄坯橫截面上既迅速而又盡可能均勻地凝固。
所述任務(wù)將按本發(fā)明下列措施來完成。金屬熔液倒入存貯容器時其過熱溫度范圍為3-10℃。待過熱能量從存貯金屬熔體的容器中導(dǎo)出后，再把金屬熔液
入結(jié)晶器，金屬熔液和晶體兩相區(qū)的粘度值此時小于300厘泊。這樣的粘度能使厚度為10-40毫米薄坯的橫截面冷卻迅速且冷卻均勻，以前常用的高達數(shù)米的熔化池也可因此而省去。根據(jù)這種做法，澆注速度提高了，相應(yīng)地凝固鑄坯的生產(chǎn)率也顯著提高。關(guān)于如何設(shè)法把澆入存貯器中金屬熔液的過熱能量導(dǎo)出，以及保證金屬熔液
入結(jié)晶器前或在澆注時使其中已包含一定數(shù)量晶體，這種設(shè)想可以有各種不同的實施例。
本發(fā)明設(shè)想，可以通過金屬熔液的強制對流有控制地導(dǎo)出存貯容器中的過熱能量。這里所說的強制對流例如，可以通過攪拌金屬熔液來實現(xiàn)。
本發(fā)明的另一個設(shè)想是，應(yīng)逐步地(在時間和/或空間上)導(dǎo)出過熱能量。
因此，在導(dǎo)出熱量的某個階段，可以對金屬熔液重新加熱一段時間和/或保溫一個階段，亦即使溫度規(guī)范化。
此時應(yīng)考慮金屬熔液的粘滯性，因為存貯容器中的金屬熔液，或介于存貯容器和結(jié)晶器之間的金屬熔液已被冷卻，金屬熔液和晶體兩相區(qū)的粘度值已達1-5厘泊。
存貯器中的金屬熔液受到某種壓力的作用，這對存貯器內(nèi)金屬熔液的結(jié)晶有好處。金屬熔液的粘滯性也因此比純粹金屬的粘滯性要大，它被強制地澆入結(jié)晶器。
導(dǎo)出過熱能量的另一種方法是在金屬熔液存貯器中不斷地加入冷的金屬廢料或金屬粉末。
采用本發(fā)明方法的設(shè)備之構(gòu)成如下結(jié)晶器前裝有一個集料室或一個中間分流罐，此外，在集料室的前面或者在中間分流罐的外圍，裝有攪拌器和/或冷卻設(shè)備。
為了避免金屬熔液澆入結(jié)晶器前結(jié)晶度過高，最好附加一個供熱裝置。
此外，為了排出過熱能量，也可考慮使中間分流罐中集料室的面積大于金屬熔液存貯器的面積。
另一種本發(fā)明設(shè)備實施例是，攪拌裝置由電磁線圈構(gòu)成。
還有一種本發(fā)明設(shè)備實施例加熱裝置由感應(yīng)電磁線圈構(gòu)成。
也可以將冷卻裝置和加熱裝置組合起來。
本發(fā)明實施例如附圖所示，并詳述如下圖1，第一個實施例，帶材連鑄設(shè)備的垂直剖面。
圖2，第二個實施例，垂直剖面如圖1。
圖3，第三個實施例(左半圖)和第四個實施例(右半圖)，垂直剖面如圖1和圖2。
圖4，第五個實施例，垂直剖面如圖1至圖3。
金屬熔液1(例如鋼水)來自一個存貯金屬熔液的容器(圖中未另注)。存貯金屬熔液的容器可以由澆注桶或中間包構(gòu)成，其底部裝有澆口2，金屬熔液可由存貯容器流入一個輔助的中間分流罐3，也可以直接澆入結(jié)晶器4。所謂結(jié)晶器4，即連續(xù)鑄錠的鋼錠模，它使金屬熔液取鑄坯橫截面的形狀。那種由單板(它構(gòu)成鑄坯橫截面)構(gòu)成的連鑄金屬模的定義，將在下面專門給出。
圖1所示結(jié)晶器4至少由一個貼在鑄坯5寬邊的薄膜6構(gòu)成，薄膜6的形狀為帶狀6a。它可由不同材料制成，薄膜可取材金屬，則可考慮用鋁帶或鋼帶制成薄膜。但薄膜6也可以是陶瓷材料，例如厚度為0.1毫米且具有高導(dǎo)熱性能的陶瓷材料。此外還可考慮用玻璃纖維膜碳纖維和碳單晶的須晶膜來制成薄膜6，顯然，薄膜6也可把上述材料混合而制成。上述材料均能耐溫度變化并且有較高的導(dǎo)熱性。此外還可考慮將薄膜6與支撐薄膜6的金屬帶一起使用，金屬帶不直接接觸液狀的金屬熔液1和外表已凝固的鑄坯5。在這種情況下，薄膜6能防止已冷卻了的金屬帶和熱鑄坯5之間的粘合。
原則上，使用薄膜6能省掉結(jié)晶器4的振動。如果金屬熔液(鋼水)溫度約1500℃，而鑄坯厚度約10-40毫米，那末，如何將金屬熔液澆入窄小的金屬模這樣一個問題，將按本發(fā)明下述方法來解決中間分流罐3(或澆注桶，中間包等等)面積較大，金屬熔液1在中間分流罐3中排出過熱能量后再流到澆注截面7處完全冷卻。圖1的實施例表示了這種連鑄方法將金屬熔液1澆入由薄膜帶6a構(gòu)成的漏斗狀入口8，在入口8處會出現(xiàn)一個準穩(wěn)態(tài)凸面(由圖中半徑箭頭所示)。中間分流罐3在這兒沿金屬帶寬度分配金屬熔液。分流罐出口10的作用是用來產(chǎn)生準穩(wěn)態(tài)凸面9，它的寬度最好小于鑄錠厚度11。凸面9和漏斗狀入口8處的金屬熔液和晶體的混合物，將迅速地流到澆注截面7(即鑄錠厚度11)處，其間溫度損失可以忽略不計;金屬熔液和晶體的混合物在澆注截面7處被充分冷卻，形成凝固層5a和5b。由于渣層的保護，金屬熔液1a一般不會再氧化。
圖1所示連鑄方法中，可用薄膜6(左半圖所示)，也可不用薄膜6(右半圖所示)。過熱能量根據(jù)金屬熔液1數(shù)量不同，可用冷卻裝置50或攪拌裝置54導(dǎo)出。熔池液面51也具有過熱能量，它的過熱能量在液相線52上釋放;接著在固相線53上會出現(xiàn)越來越多的晶體，即鑄錠5迅速地變成凝固狀態(tài)。冷卻裝置50和攪拌裝置(用電磁線圈來攪拌)54，也可按圖中標記的其它順序使用。此外，如果需要的話，也可將電磁線圈54作為加熱裝置使用，此時要用到電子學(xué)的有關(guān)技術(shù)。第二個實施例中(圖2)，金屬熔液1可通過分流罐出口10直接澆入結(jié)晶器4。此例中分流罐出口10直接處在澆口2的位置上，金屬熔體1在壓力△p作用下流入漏斗8，隨后冷卻(冷卻方式如前述)。此例中沒有用中間分流罐3，只是將澆口2的位置提高了。若金屬熔液1是垂直澆注的，那么只要在所要求的冷卻條件下，能產(chǎn)生上面所提到的準穩(wěn)態(tài)凸面9，則可認為澆口2的位置已經(jīng)提高了。
前面已經(jīng)說過，由至少一個金屬帶6a構(gòu)成的結(jié)晶器4，并不產(chǎn)生振動。在結(jié)晶器4或板狀金屬模的上方，安裝了某個裝置12。裝置12具有出口10，可以由澆口2、也可以由中間分流罐3構(gòu)成。
出口10對準中心軸線13，薄膜6位于結(jié)晶器4之上，或位于板狀金屬模模板之上。此例中的結(jié)晶器4，除了由金屬帶6a之外，還由一對柱狀輥14和15構(gòu)成。柱狀輥的長度與所澆鑄的帶材寬度相對應(yīng)。薄膜6或金屬帶6a緊貼在柱狀對輥14或15的輥子上，且與輥子之間沒有間隙。對輥14或15中的每個輥子在水平方向可調(diào)整的方向如圖中箭頭16所示、因收縮率和鑄坯厚度11的不同，常需對輥子進行調(diào)整。為了使入口8呈漏斗形狀，薄膜6下面的導(dǎo)輥17應(yīng)該有許多個;輔助導(dǎo)向輥18、19和20能使薄膜6順利通過一個冷卻器21。
過熱能量將在澆口2處通過冷卻裝置50或攪拌裝置54導(dǎo)出。圖中所示熔池液面51，液相線52和固相線53，與前述情況一樣。左半圖的壓差△p比右半圖的大。
圖3左半圖中，薄膜6在出口10，即中間分流罐2的側(cè)壁3b之間的狹縫22中穿行。右半圖中薄膜6也在相同的狹縫22中穿行。另外還有一個不同之處薄膜經(jīng)過側(cè)壁3b和澆注橫截面7時的情況有所不同，這種差別導(dǎo)致了金屬熔液1和晶體的混合物在該處突然與薄膜6(已被冷卻過了的)接觸。對輥14和15之間的薄膜6由冷卻設(shè)備冷卻(圖中兩個水平箭頭所示)。
金屬帶6a只在鑄坯經(jīng)過的部分路徑23上與鑄坯5保持接觸，部分路徑23由輥子直徑或由輥子之間的距離決定。
然而也可以將薄膜6裝在其它的結(jié)晶器4上，使結(jié)晶器4支持鑄坯5的時間、以及鑄坯被冷卻的時間延長。中間分流罐3可向上或向下移動以構(gòu)成縫隙22。
對輥14和15之間輥子的轉(zhuǎn)速應(yīng)與澆鑄速度Vg相適應(yīng)，以保證薄膜6的運動速度也是Vg。此外，圖中冷卻情況所用標記同于前述標記。如冷卻裝置50，攪拌裝置54，熔池液面51(過熱能量)，液相線52和固相線53。
圖4中，側(cè)壁3b可以比澆注橫截面7更寬。用側(cè)壁3b可防止散熱過多，以免在液相線52和固相線53之間，在金屬熔液1中出現(xiàn)較多的不符合要求的晶體數(shù)目。如圖中所示，顯然也可以用電磁線圈54重新供熱。
權(quán)利要求
1.金屬，尤其是鋼的帶材連鑄工藝方法，使用此方法時，金屬熔液由存貯容器中有控制地澆入結(jié)晶器，并有控制地拉出連鑄帶材，其厚度為10-40毫米，它的特征在于澆入存貯容器的金屬熔液(1)具有3-10℃的過熱溫度，待過熱能量從存貯器中導(dǎo)出后，再將金屬熔液(1)澆入結(jié)晶器(4)，此時金屬熔液和晶體兩相區(qū)的總粘度值為小于/300厘泊。
2.按權(quán)利要求
1的方法，其特征在于存貯器內(nèi)的過熱能量通過金屬熔液(1)的強制對流而有控制地導(dǎo)出。
3.按權(quán)利要求
1和2的方法，其特征在于過熱能量是逐步地(在時間和/或空間上)被導(dǎo)出的。
4.按權(quán)利要求
1至3的方法，其特征在于存貯容器內(nèi)或介于存貯容器和結(jié)晶器(4)之間的金屬熔液(1)冷卻到金屬熔液和晶體兩相區(qū)粘度值為1-5厘泊。
5.按權(quán)利要求
1至4中一個或多個權(quán)利要求
的方法，其特征在于存貯容器內(nèi)的金屬熔液(1)受到壓力的作用。
6.按權(quán)利要求
1至5的方法，其特征在于冷的金屬廢料或金屬粉末連續(xù)不斷地投入金屬熔液(1)存貯容器中。
7.采用按權(quán)利要求
1至6的方法的設(shè)備，其特征在于結(jié)晶器(4)前裝有集料室(3a)或中間分流罐(3)，此外，在集料室(3a)前面，或者在中間分流罐(3)的外圍，裝有攪拌和/或冷卻裝置(54、50)。
8.按權(quán)利要求
7的設(shè)備，其特征在于附加一個供熱裝置(54)。
9.按權(quán)利要求
7和8的設(shè)備，其特征在于中間分流罐3中集料室(3a)的面積大于金屬熔液存貯容器的面積。
10.按權(quán)利要求
7至9的設(shè)備，其特征在于攪拌裝置由電磁線圈(54)所構(gòu)成。
11.按權(quán)利要求
7至10的設(shè)備，其特征在于加熱裝置由感應(yīng)式電磁線圈(54)所構(gòu)成。
12.按權(quán)利要求
7至11的設(shè)備，其特征在于，裝有組合式的冷卻-加熱設(shè)備(50，54)。
專利摘要
本發(fā)明所述金屬帶連鑄工藝方法為金屬熔液(1)由存貯器有控制地澆入結(jié)晶器(4)并有控制地拉出的連鑄帶材，其連續(xù)鑄坯(5)厚度為10—40毫米。
文檔編號B22D11/11GK85106418SQ85106418
公開日1986年5月10日 申請日期1985年8月26日
發(fā)明者弗里茨·彼得·普里謝特尼格 申請人:曼內(nèi)斯曼股份公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan