專利名稱：金屬連鑄結(jié)晶器的澆口形狀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有一個(gè)帶有接受冷卻的寬側(cè)壁和窄側(cè)壁的且沿澆注方向呈漏斗形縮小到鑄坯尺寸的澆口區(qū)的金屬連鑄結(jié)晶器。
澆口區(qū)的尺寸主要是由待鑄坯的橫截面、澆管尺寸和澆管浸入熔池深度確定的。
由于寬側(cè)壁成漏斗形狀，所以在澆注方向上不僅發(fā)生了鑄坯橫截面的縮小，也發(fā)生了鑄坯橫截面的變形。因此，與帶有平壁的常見連鑄結(jié)晶器不同的是，坯殼在經(jīng)過漏斗形結(jié)晶器時(shí)被迫承受附加變形。為了避免產(chǎn)生表面缺陷，所述的附加變形應(yīng)該不超過某個(gè)臨界值，從而不使坯殼承受過大的負(fù)荷并確保在鑄坯橫截面上均勻地散熱。
EP0268910B1提議當(dāng)澆口區(qū)內(nèi)的寬側(cè)壁在第一局部區(qū)域內(nèi)基本相互平行地延伸且在一個(gè)隨后的局部區(qū)域內(nèi)回到鑄造厚度時(shí)，不變形地引導(dǎo)在澆注液面下還很薄的坯殼，而第一局部區(qū)域延及在澆注時(shí)定位于第一坯殼形成區(qū)內(nèi)的澆注液面的下方。結(jié)晶器使鑄坯承受的總變形(它對于將鑄坯縮小到鑄造厚度是必不可少的)延及后續(xù)局部區(qū)域，所述后續(xù)區(qū)域是由傾斜面或隆起面或其組合表面構(gòu)成的。
EP0552501A2公開了一種薄帶鋼連鑄結(jié)晶器，其中寬側(cè)壁形成一個(gè)漏斗形澆口區(qū)，此澆口區(qū)向窄側(cè)壁縮小且沿澆注方向縮小到待鑄帶材尺寸。漏斗形澆口區(qū)的隆起部是由側(cè)圓弧和在切點(diǎn)處與該圓弧相連的中心圓弧確定的。為了減小摩擦和磨損并減小坯殼的拉伸-彎曲應(yīng)力，側(cè)圓弧半徑在至少離結(jié)晶器上緣100mm向下算起的區(qū)域內(nèi)保持不變。
DE3907351A1公開了一種如此設(shè)計(jì)的結(jié)晶器澆口方案，即金屬連鑄坯的變形被分配給盡可能長的延伸段且在金屬連鑄坯的坯殼中避免了收縮和開裂。這是如此實(shí)現(xiàn)的，即澆口內(nèi)壁輪廓在走坯方向上是由三段切向相連的圓弧構(gòu)成的，其沿走坯方向遞增的半徑轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶器內(nèi)壁輪廓。如此實(shí)現(xiàn)了盡可能均勻地在如此形成的澆口區(qū)內(nèi)分配坯殼變形的方案，即其半徑沿走坯方向在相同系數(shù)或不同系數(shù)的情況下遞增。
基于上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的任務(wù)是提供另外一種結(jié)晶器澆口形狀，由此進(jìn)一步避免了坯殼與結(jié)晶器壁之間的摩擦和磨損，特別是在易于過度收縮的鋼液形成坯殼的情況下，盡可能均勻地調(diào)節(jié)變形，大大減少鑄坯的表面缺陷。
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)在澆口區(qū)內(nèi)，由相鄰的上、下水平面之間的過渡段決定的結(jié)晶器輪廓長度變化在各水平面上具有一個(gè)最大值，此最大值對應(yīng)于超常局部變形或易在鑄坯和結(jié)晶器壁之間局部開裂的強(qiáng)烈趨勢。由此可以看出，澆口區(qū)具有至少一個(gè)結(jié)晶器水平輪廓長度變化的最大值，且使該最大值盡可能小，從而實(shí)現(xiàn)在澆口區(qū)內(nèi)盡可能均勻地分配變形。
通過本發(fā)明如此獲得了上述任務(wù)的解決方案，寬側(cè)壁內(nèi)輪廓在澆口區(qū)內(nèi)沿澆注方向從上到下具有至少兩個(gè)有如此特點(diǎn)的點(diǎn)，即它們確定了一條直線，寬側(cè)壁內(nèi)輪廓沿此直線形成了按任意順序的至少一個(gè)凹部和至少一個(gè)凸部。
本發(fā)明提議寬側(cè)壁內(nèi)輪廓在澆口區(qū)內(nèi)至少沿一條由結(jié)晶器上緣直伸到結(jié)晶器下緣的直線的局部長度并沿澆注方向從上到下地形成按任意順序的至少一個(gè)凹部和至少一個(gè)凸部。
通過本發(fā)明也可以如此獲得上述任務(wù)的解決方案，寬側(cè)壁內(nèi)輪廓在澆口區(qū)內(nèi)沿一條與結(jié)晶器上緣和下垂直部的起點(diǎn)相連的直線并沿澆注方向從上到下地形成了按任意順序的至少一個(gè)凹部和至少一個(gè)凸部。
另外，寬側(cè)壁的凹部和凸部直接相互轉(zhuǎn)換是有利的。
還有利的是，從上到下地在直到結(jié)晶器出口區(qū)域內(nèi)先形成一個(gè)凹部且隨后形成一個(gè)凸部。
還有利的是，各凹部和凸部不僅具有一個(gè)在其曲線范圍內(nèi)保持不變的曲率，還具有一個(gè)變化的曲率。
本發(fā)明的一個(gè)設(shè)計(jì)方案規(guī)定了寬側(cè)壁內(nèi)輪廓至少在一個(gè)或多個(gè)局部區(qū)域處具有圓弧形曲線或三角形曲線，如正弦形曲線。
如果結(jié)晶器底部具有壁平行區(qū)，則由此產(chǎn)生了在澆口區(qū)和隨后的壁平行區(qū)之間的無摩擦過渡段，即具有末端下圓弧的下凸部或下凹部轉(zhuǎn)變?yōu)榍€連續(xù)的直線區(qū)。
由以下措施得到了一個(gè)屬于本發(fā)明實(shí)質(zhì)的澆口形狀設(shè)計(jì)方案各寬側(cè)壁局部的曲率半徑是這樣設(shè)計(jì)的，即在相鄰的上、下水平面之間的過渡段內(nèi)的最大局部長度變化值δmax(％/m)不超過在不考慮壁平行區(qū)情況下于澆口區(qū)內(nèi)平均所得的局部長度變化值的四倍且特別是不超過2.0％/m。
最后，本發(fā)明規(guī)定了將所要求保護(hù)的結(jié)晶器用于比較易于過度收縮的包晶型碳鋼和奧氏體不銹鋼。
本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)是由以下對在澆口區(qū)的不同水平面上改變結(jié)晶器內(nèi)輪廓長度的描述且通過其三維視圖而得出的。其中

圖1表示沿中軸的剖視圖，其示出了本發(fā)明結(jié)晶器寬側(cè)壁的三個(gè)不同的漏斗形內(nèi)輪廓4、4’、4”；圖2a表示澆口區(qū)內(nèi)距結(jié)晶器上緣和結(jié)晶器中心有不同距離的內(nèi)輪廓長度變化；圖2b表示長度變化的另一個(gè)視圖，它同樣與距結(jié)晶器上緣和結(jié)晶器中心的距離有關(guān)；圖3a示出了常見的結(jié)晶器距結(jié)晶器上緣和結(jié)晶器中心一定距離的內(nèi)輪廓長度變化；圖3b是在常見結(jié)晶器澆口區(qū)內(nèi)的內(nèi)輪廓長度變化的另一個(gè)視圖，它與結(jié)晶器上緣和結(jié)晶器中心的距離有關(guān)。
圖1所示的三個(gè)不同的結(jié)晶器寬側(cè)壁澆口形狀具有一個(gè)沿澆注方向呈漏斗形縮小到鑄坯尺寸的澆口區(qū)A或一個(gè)沿澆注方向呈漏斗形縮小到鑄坯尺寸的澆口區(qū)B和一個(gè)與其相連的壁基本上平行的區(qū)域C。結(jié)晶器區(qū)或結(jié)晶器出口必須沒有平行的出口面或出口邊緣。下結(jié)晶器區(qū)或下結(jié)晶器出口在中央?yún)^(qū)內(nèi)必須具有一個(gè)1mm-15mm/寬側(cè)壁的隆起部。
在澆口區(qū)A內(nèi)，寬側(cè)壁4的澆口形狀沿一條與結(jié)晶器上緣1和結(jié)晶器下緣3相連的直線從上向下地先形成一個(gè)凹部a并隨后形成一個(gè)凸部b。另外，寬側(cè)壁內(nèi)輪廓4在凹、凸部a、b處成正弦曲線形。
在澆口區(qū)B內(nèi)，寬側(cè)壁4’、4”的澆口形狀沿一條與結(jié)晶器上緣1和壁平行區(qū)2的起點(diǎn)相連的直線從上到下地先形成一個(gè)凹部a’或a”并隨后形成一個(gè)凸部b’或b”和c”。
在這個(gè)例子中，寬側(cè)壁內(nèi)輪廓4’或4”在凹、凸部a’、b’或a”、b”處成正弦形狀。
圖1還示出了具有末端下圓弧c”的凸部b”轉(zhuǎn)變?yōu)榍€連續(xù)的壁平行區(qū)d”的結(jié)構(gòu)。
另外，各凹部a、a’、a”或凸部b、b’、b”不僅可以具有沿其曲線保持不變的曲率，也可以具有變化的曲率。在本發(fā)明中，這對澆口形狀是很重要的。
在所研究的澆口形狀中，局部a、b、a’、b’、a”、b”、c”的曲率半徑是這樣設(shè)計(jì)的，即在相鄰的上、下水平面之間的過渡段內(nèi)的最大局部長度變化值δmax不超過在不考慮壁平行區(qū)情況下于澆口區(qū)內(nèi)平均所得的局部長度變化值的四倍且不超過2.0％/m。
圖2a和圖2b以三維曲線圖示出了具有如下參數(shù)的結(jié)晶器寬側(cè)壁澆口區(qū)內(nèi)的變形分配情況澆口寬度950mm，在結(jié)晶器板上緣處的澆口深度45mm，澆口長度900mm，正弦形水平輪廓。
在圖1所示的成正弦形的且幅度為1.52mm的澆口區(qū)垂直輪廓4’中，最大局部變化為1.90％/m，在區(qū)域a’和b’內(nèi)的長度變化和在澆口寬度中央處的長度變化為0.50％/m。
用于普通結(jié)晶器的圖3a、3b給出了相同的圖解，其中寬側(cè)壁的垂直結(jié)晶器輪廓是由一條直線構(gòu)成的。在這種情況下，最大局部長度變化2.44％/m大了很多。另外，顯然變形分配量很不均勻且其在最易形成坯殼的結(jié)晶器上緣區(qū)域內(nèi)特別大。通過本發(fā)明正好避免了這些缺陷。
權(quán)利要求
1．一種具有一個(gè)帶有接受冷卻的寬側(cè)壁和窄側(cè)壁的且沿澆注方向呈漏斗形縮小到鑄坯尺寸的澆口區(qū)的金屬連鑄結(jié)晶器，其特征在于，寬側(cè)壁內(nèi)輪廓在澆口區(qū)內(nèi)沿澆注方向從上到下具有至少兩個(gè)有如此特點(diǎn)的點(diǎn)，即它們確定了一條直線，寬側(cè)壁內(nèi)輪廓沿此直線形成了按任意順序的至少一個(gè)凹部和至少一個(gè)凸部。
2．如權(quán)利要求1所述的結(jié)晶器，其特征在于，寬側(cè)壁內(nèi)輪廓(4)在澆口區(qū)內(nèi)至少沿一條由結(jié)晶器上緣(1)直伸到結(jié)晶器下緣(3)的直線的部分長度在澆注方向上從上到下形成了按任意順序的至少一個(gè)凹部(a)和至少一個(gè)凸部(b)。
3．如權(quán)利要求1所述的結(jié)晶器，其特征在于，寬側(cè)壁內(nèi)輪廓(4’或4”)在澆口區(qū)內(nèi)沿一條與結(jié)晶器上緣(1)和垂直底部(d’或d”)的起點(diǎn)(2)相連的直線在澆注方向上從上到下形成了按任意順序的至少一個(gè)凹部(a’或a”)和至少一個(gè)凸部(b’或b”)。
4．如權(quán)利要求1、2或3所述的結(jié)晶器，其特征在于，凹部(a,a’,a”)和凸部(b,b’,b”)是直接轉(zhuǎn)換的或通過一個(gè)中間輪廓交替轉(zhuǎn)換的。
5．如權(quán)利要求1-4之一所述的結(jié)晶器，其特征在于，寬側(cè)壁內(nèi)輪廓在澆口區(qū)內(nèi)從上到下先形成一個(gè)凹部(a,a’,a”)且隨后形成一個(gè)凸部(b,b’,b”)。
6．如權(quán)利要求1-5之一所述的結(jié)晶器，其特征在于，寬側(cè)壁內(nèi)輪廓彼此不平行。
7．如權(quán)利要求1-6之一所述的結(jié)晶器，其特征在于，寬側(cè)壁內(nèi)輪廓(4,4’,4”)至少在一個(gè)或多個(gè)局部區(qū)域(a,b,a’,b’,a”,b”,c”)處具有圓弧形曲線或三角形曲線，如正弦形曲線。
8．如權(quán)利要求1-7之一所述的結(jié)晶器，其特征在于，具有末端圓弧(c”)的寬側(cè)壁的下凸/凹部(b”)轉(zhuǎn)變?yōu)榍€連續(xù)的且最好是壁平行的底部(d”)。
9．如權(quán)利要求1-8之一所述的結(jié)晶器，其特征在于，各凹部(a,a’,a”)和凸部(b,b’,b”)不僅具有一個(gè)在其曲線范圍內(nèi)保持不變的曲率，還具有一個(gè)變化的曲率。
10．如權(quán)利要求1-9之一所述的結(jié)晶器，其特征在于，為了在澆口區(qū)內(nèi)均勻地分配變形，在結(jié)晶器上半部的所有水平面內(nèi)的最大變形是相同的或基本相同的。
11．如至少權(quán)利要求1-10之一所述的結(jié)晶器，其特征在于，局部區(qū)域(a,b,a’,b’,a”,b”,c”)的半徑是這樣設(shè)計(jì)的，即在相鄰的上、下水平面之間的過渡段內(nèi)的最大局部長度變化值δmax(％/m)不超過在不考慮壁平行區(qū)(d’,d”)情況下于澆口區(qū)內(nèi)平均所得的局部長度變化值的四倍，特別是不超過2.0％/m。
12．具有如權(quán)利要求1-11所述澆口形狀的結(jié)晶器用于連鑄比較易于過度收縮的包晶型碳鋼和奧氏體不銹鋼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有一個(gè)帶有接受冷卻的寬側(cè)壁和窄側(cè)壁的且沿澆注方向呈漏斗形縮小到鑄坯尺寸的澆口區(qū)的金屬連鑄結(jié)晶器。如此改進(jìn)該結(jié)晶器,即寬側(cè)壁內(nèi)輪廓在澆口區(qū)內(nèi)至少沿一條由結(jié)晶器上緣1直伸到結(jié)晶器下緣3的直線的局部長度在澆注方向上從上到下地形成了至少一個(gè)凹部a、a’、a”和至少一個(gè)凸部b、b’、b”,寬側(cè)壁內(nèi)輪廓在澆口區(qū)內(nèi)沿一條與結(jié)晶器上緣1和底部d’、d”的起點(diǎn)相連的直線且在澆注方向上從上到下地形成了至少一個(gè)凹部a’和至少一個(gè)凸部。
文檔編號(hào)B22D11/04GK1220195SQ9812506
公開日1999年6月23日 申請日期1998年9月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月27日
發(fā)明者J·蘇克爾, H·拜爾-施泰因豪爾, R·卡波托斯蒂, A·克里斯塔利尼 申請人:Sms舒路曼-斯瑪公司, 阿西埃特殊產(chǎn)品坦尼有限公司