CN1072059C - 连铸机及其金属浇注方法 - Google Patents

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Abstract

用于连铸金属带的方法和装置。通过一个长形金属浇注水口(19)把熔融金属引入一对相互平行的激冷的铸辊(16)之间，以在两辊之上形成一个熔池(68)，其中长形金属浇注水口(19)位于两铸辊之上并且沿两辊之间的辊缝延伸。反向旋转两铸辊，以形成一个凝固带(20)。上述熔融金属通过一个引入水口(18)送入浇注水口(18)的一个槽(61)内，该引入水口(18)具有一个用于从中间包接受熔融金属的上部进液端，和一个伸入浇注水口(19)的槽(61)内的下部出液端(84)。引入水口(18)的出液端(84)具有一个底壁(86)、在浇注水口(19)侧壁之内且与其侧壁(62)有一定距离的长形侧壁(88)和位于侧壁(88)的出液口(92)。

Description

连铸机及其金属浇注方法
本发明涉及金属带的浇铸，尤其(但不唯一)涉及黑色金属带的浇铸。
众所周知，目前采用双辊连铸机进行金属带连铸生产。熔融金属引入一对反向旋转的水平铸辊之间，该铸辊被冷却，使在其旋转辊面上凝固金属壳层，并在辊缝处会合，以形成一个凝固带产品，该产品从辊缝向下输送。“辊缝”一词在此处是指两辊之间相互最近的大致的区域。熔融金属可以从一个浇包或中间包倒入一个小容器，再通过一个位于上述缝隙之上的金属浇注水口从小容器引至辊缝，从而在紧靠辊缝之上的铸辊表面上形成一个金属浇注熔池。该浇注熔池可以限定于两个与辊端面滑动啮合的侧板或坝之间。
双辊连铸已成功地用于有色金属，因为有色金属冷却时凝固快。但是用于黑色金属时却存在一些问题，这是因为黑色金属的凝固温度很高，由于冷却辊面上的不均匀凝固有产生缺陷的倾向。人们已经投入很大潜力来设计金属浇注水口，以便在浇注熔池内产生一个平滑均匀的金属流。
以前人们已经提出，通过一个金属浇注水口把熔融金属引入浇注熔池，该浇注水口向下伸入并形成长形槽，其纵向侧壁上具有开口。在实际应用中，熔融金属流入该槽，再通过纵向两相对侧壁上的开口向铸辊上射出一些小射流从而流向金属熔池。澳大利亚专利申请60773/96披露了一例该类金属浇注水口。申请者发现其金属浇注水口能够非常有效地控制流入金属熔池的熔融金属流。
在一个工业性的连铸工艺中，把熔融金属放在浇包中输送至一个浇注工位，然后直接供给一个双辊连铸机或者通过一个中间包间接供给双辊连铸机。实际上，由于物理方面的限制，可能在浇包或中间包出液嘴和双辊连铸机金属浇注水口之间存在1米左右的缝隙，结果，熔融金属在高压下从浇包或浇包/中间包组合装置流入金属浇注水口，除非使用一个中间流体分布器，例如本申请人的专利申请59352/94中所描述的那种。这种装置虽然是成功的，但增加了成本，尤其是每次使用后需要整修。
除了在优选实施例的描述中，“中间包(tundish)”一词被理解为任何容纳并向双辊连铸机供给金属熔液的容器，包括但不限于“浇包(ladle)”和“中间包(tundish)”所指的容器。在优选实施例的描述中，“中间包(tundish)”仍按其通常上下文意思使用。
在金属浇注水口尺寸较小的情况下，高压下熔融金属的进入可能会引起从金属浇注水口出来的熔融金属的喷溅，从而损坏金属浇注水口，尤其是熔融金属直接接触到的金属浇注水口的部位。
日本钢公司(Nippon Steel Corporation)的日本专利公开文件1-5650披露了一种用于向一个双辊连铸机金属浇注水口提供熔融金属的潜入式引入水口。该金属浇注水口具有一些出液孔，以相互对向的细流向铸辊的熔池提供熔融金属。上述浸入式引入水口为传统结构，并且其定位使得出液孔以平行于铸辊纵轴向的液流的方式把熔融金属引向金属浇注水口。
本申请者按该日本专利公开文件1-5650所述的定位方法用水进行了模拟试验，即定位出液孔，让水流平行于铸辊。在试验中，浸入式引入水口定位在澳大利亚申请60773/96所述的金属浇注水口内。申请者未能满意地在浇注水口内取得向金属浇注水口纵向侧壁上的开孔供水的水流模型。此外，申请者还发现浸入式引入水口和金属浇注水口的上述布置产生了不希望的较强的喷溅。
本发明的目的是消除上述缺点。
本发明提供了一种用于熔融金属浇铸的双辊连铸机，该双辊连铸机包括：
(a)一对平行的铸辊，其间形成一个缝隙；
(b)一个布置在辊缝之上并沿其延伸的长形金属浇注水口，用于向铸辊之间的金属熔池提供熔融金属，该金属浇注水口具有一个底壁、平行于辊轴延伸的纵向侧壁、端壁、和位于侧壁的熔融金属的出液口；
(c)一个用于向上述金属浇注水口提供熔融金属的引入水口，该引入水口具有一个用于接受熔融金属的进口端和一个用于向金属浇注水口提供金属的出口端，该出口端延伸至金属浇注水口内并且具有一个底部、在金属浇注水口侧壁之内并与之具有一个距离的长形侧壁、和端壁、以及位于其侧壁上的熔融金属出口；和
(d)一个用于向引入水口进口端提供熔融金属的中间包。
本发明还提供了一种浇铸金属带的方法，包括：通过一个上述类型的伸入一个长形金属浇注水口内的引入水口把熔融金属引入一对平行的激冷铸辊之间，该引入水口位于辊缝之上，并沿其分布，以在辊缝之上形成一个浇注熔池；旋转上述辊子，以连铸一个从辊缝向下的凝固带。
引入水口上的熔融金属出口可以是任意合适的形式，例如孔或缝。
引入水口出口的数量和大小可以根据具体的连铸需要选择。
引入水口出口的主要目的是在金属浇注水口内产生一个最佳的熔融金属流动模式。任一给定浇铸条件下的这一最佳流动模式取决于很多因素，包括但不限于所浇注的熔融金属的成分。
优选地，上述引入水口的侧壁平行于金属浇注水口的侧壁。
优选地，上述引入水口出口不与金属浇注水口出口对准，以防止熔融金属直接从一个出口流向另一个出口。
上述引入水口可以包括其端壁上的熔融金属出口。
上述金属浇注水口也可以包括其端壁上的熔融金属出口。
优选地，上述双辊连铸机还包括一个用于向中间包提供熔融金属的浇包。
优选地，上述双辊连铸机还包括一个控制装置，如一个滑动闸阀或一个止推杆，用于控制从中间包至引入水口的液态金属的流速。
优选地，上述金属浇注水口为沿辊缝纵向延伸的向上开口的长槽以接受熔融金属，该槽的底壁为闭合的，而其纵向侧壁熔融金属出口包括一系列在各侧壁中的水平间隔排列的孔。
本发明还提供了一种启动一个双辊连铸机的方法，该连铸机包括一对平行的铸辊，其间形成一个缝隙；一个布置在辊缝之上且沿辊缝延伸的长形金属浇注水口，用于向辊缝提供熔融金属；一个用于向该金属浇注水口提供熔融金属的引入水口；以及一个向该引入水口提供熔融金属的中间包，该方法包括：把上述中间包、金属浇注水口和引入水口预热至1000℃以上；把预热的金属浇注水口相对于铸辊定位，使其在辊之上且沿辊缝延伸；把预热的引入水口固定在预热的中间包底部；把中间包向金属浇注水口降低，使引入水口伸进浇注水口内，从而通过引入水口从中间包向金属输液管提供熔融金属。
可以在引入水口固定在中间包之前相对于铸辊定位金属浇注水口。
另一种可替换的方法为，上述引入水口可以在上述浇注水口相对于铸辊定位之前固定于中间包，随后降低中间包，使引入水口伸进浇注水口。
为了更全面地解释本发明，下面参照附图对本发明的一个具体的装置和该装置的操作方法进行描述，其中：
图1示出了一个根据本发明形成和操作的双辊金属带连铸机；
图2是沿图1所示的连铸机的重量部件的垂直截面图，其中包括一个根据本发明形成的引入水口；
图3是一个沿上述引入水口的一个进液端的横截面图；
图4是一个沿上述引入水口的一个出液端的横截面图；
图5是沿连铸机重要部件的另一个垂直截面图，该截面垂直于图2的截面；
图6是沿铸机引入水口和铸辊的相邻部件的放大的横截面图；
图7是沿图5中线7-7的一个部分平面图；以及
图8至图12说明了在启动一个连铸机的操作过程中装置的各部件依次结合在一起的方式。
所示的连铸机包括一个立在地面12上的主机架11。该主机架11支承一个能够在组装工位14和浇铸工位15之间水平移动的铸辊载车13。载车13负载一对平行的铸辊16，在连铸过程中通过一个中间包17、一个引入水口18和一个金属浇注水口19从一个浇包24向铸辊16提供熔融金属。浇铸辊16采取水冷，以便使运动的辊面上凝固薄壳并在辊缝处汇合，以便在辊缝出口处产生一个凝固带产品20。该产品送至一个标准卷曲机21，之后又可以转到一个第二卷曲机22。
铸辊载车13包括一个安装了在沿主机架11部件延伸的轨道33上的轮子32的载车架31，从而使铸辊载车13作为一个整体沿轨道33运动。该载车架31负载一对辊架，铸辊16装在该辊架上并且可以转动。载车13通过一个双动作液压活塞和缸体单元39的运行可沿轨道33移动，该单元39联接于装在铸辊载车上的驱动托架40和主机架之间，从而使铸辊载车可以在装配工位14和浇铸工位15之间来回移动。
铸辊16由电机驱动轴41驱动反向旋转。铸辊16具有铜制圆周壁，其带有一系列纵向延伸，周向间隔的冷却水通道，通过铸辊端面提供来自于铸辊驱动轴41内的供水管的冷却水，该供水管通过一个旋转密封装置43与供水总管42联接。铸辊的典型尺寸可以为大约直径500mm、长度达2m，以生产2m宽的金属带。
浇包24为传统结构，由吊勾45支承，由天车从热金属接受工位移送到位。该浇包安装一个滑动闸阀38，操作阀38可使熔融金属从浇包流入中间包17。
中间包17为传统结构，其底部具有一个出口40，以允许熔融金属从中间包17流入引入水口18。中间包17安装有一个止推杆46，以开启和关闭其出口40，从而控制金属液通过出口的流速。
浇注水口19是由一种耐火材料例如氧化铝石墨制成的长形体。其下部为向内向下收拢的锥形，从而使其伸入浇注熔池。在铸辊载车架上安装一个托架60，以支承浇注水口，浇注水口上部形成有一个向外凸出的侧缘55，该侧缘55放在托架60上。
浇注水口19具有一个向上开口进液槽61，以接受从引入水口开口92流出来的熔融金属。槽61形成于浇注水口侧壁62和端壁70之间。该槽的底部由一个水平底板63封闭。纵向侧壁62的底部向内收拢，且打上许多水平间隔的、水平穿过侧壁的圆孔。浇注水口的端壁70上打上两个大端孔71。
引入水口18为长形，从与中间包17联接的进液端82向下延伸到出液端84，出液端84伸入浇注水口19内。如图2所示，由引入水口限定的通道的横截面形状从进液端的圆形(图3)逐渐变成出液端的窄长形(图4)。具体地，出液端84由一个底壁86、两个长形侧壁88、窄形端壁90、以及一系列位于侧壁上的出口92限定。出液端84如此定位以使其侧壁88平行浇注水口19的纵向侧壁62且处于其内并与其有一个距离。
熔融金属从引入水口18流入槽16底部的一个熔融金属储液库66内。熔融金属又穿过侧孔64和端孔71流出，形成一个支承于辊缝69之上的浇注熔池。该浇注熔池在铸辊16端面由一对贴靠于铸辊端面57的侧封板56限定。侧壁板56由高强度耐火材料，例如氮化硼制成。它们装在板支承82内，板支承82由一对液压缸体单元83移动，把侧板移送过来，与铸辊端面啮合，以形成熔融金属浇注熔池的侧封。
在浇注操作中应控制金属流，维持浇注熔池于某一水平，使浇注水口19的下端浸在浇注熔池内，而浇注水口的两排水平间隔的侧孔64正好在浇注熔池液面之下。熔融金属穿过开孔64在紧挨浇注熔池液面流出两个向外的侧向射流，以射在紧挨池面的铸辊冷却面上。
引入水口18的目的是控制从中间包17至浇注水口19的熔融金属流量，从而使浇注水口19能够向浇注熔池68输送一个所需的流量，并且以一个方式实现这一操作，即，使其在浇注水口内产生最小的涡流和溅射，并减小从中间包流下的熔融金属的功能。引入水口的有效截面大大小于浇注水口19的进液槽61，结果在引入水口内形成一个相当的熔融金属压头，以填充其底部矩形截面部分至一个高度，该高度如图6所示的熔融金属柱90所指，远在浇注水口19之上。其结果是，从中间包落下的熔融金属起始流过引入水口上部的圆截面部分，然后液流展宽和落进熔融金属柱90，填充引入水口的矩形底部。这样减小了引入水口内熔融金属的动能，并且金属能够平滑地穿过引入水口出液口92流进槽61。出液口92在纵向上与浇注水口的侧出液口64优选地错开，以防止金属直接穿过相邻的浇注水口出液口64射出，使其被限定在池内，以进一步减小其动能，有利于在浇注水口19整个长度上的侧开孔64产生一个平滑均匀的金属流。
在进行浇注操作之前，中间包17、浇注水口19和侧封板56、以及引入水口18的耐火材料都必须先预热至1000℃以上。原位预热所有这些部件并不容易，因此，优选地，在预热工位预热它们，然后在浇注前把它们逐个送去组装。浇注水口19、引入水口18和侧封板56可以分别用预热燃气或电炉预热，而大型中间包17可以通火焰预热。耐热部件预热之后，以下述方式用合适的机器人装置把它们从预热工位送至最终组装位。用于移动中间包、浇注水口和侧封板的合适的机器人的详细设计在本申请者的澳大利亚专利631728和相应的美国专利5184668和5277243中有详细描述和图示。如下所述引入水口18的移动也可以用相似的机器人装置。
图8至12给出了启动连铸操作时把不同部件装在一起的一个程序。如图8所示，该程序的第一步，预热的中间包送至浇注工位15的一个位置，且从浇包向其充放熔融金属，而止推杆46处于其封闭位置，以防止中间包金属排出。在中间包充填步骤中，中间包处在一个比其最终浇注位置高得多的一个位置。在这一步中，铸辊16处在组装工位14。
如图9所示，在程序的下一步骤中，预热的金属浇注水口19被送至组装位上相对于铸辊的一个位置，使其处在恰在辊缝之上的位置。
如图10所示，在程序的第三步骤中，通过活塞和缸体单元39的作用使铸辊载车13沿轨道33移动，从而把铸辊与定位好了的预热的浇注水口19一起移动到浇注工位15。
如图11所示，在程序的第四步骤中，预热的引入水口18装到中间包17的底部。如图12所示，在程序的最后一步骤中，在浇注工位降落中间包17和预热了的引入水口18，使引入水口伸入浇注水口19的向上开口的槽内，并拉动止推杆46，从中间包释放熔融金属，熔融金属将穿过引入水口18进入浇注水口19，启动一个浇注操作。
铸辊16可以从组装工位移至浇注工位，然后简单地把它维持在浇注工位，但并非一定如此。在另一种情况下，可以把中间包送至浇注工位的充液位置，然后把浇注水口19装在两辊之间，以使装置处于与图10所示的相同的状态。可以改变组装程序，使浇注水口在中间包之前移送到位。但是填充中间包需要花费很多时间，并且为了避免较小的耐火材料部件不必要的冷却，和避免充满了的中间包不必要的输运，优选在较小的耐火材料部件移送到位之前在浇注工位充满中间包。然而在所有的启动程序中，引入水口安装在中间包底部，在浇注水口相对于铸辊定位之后，再向浇注水口降落中间包，以使引入水口伸进浇注水口，从而通过引入水口从中间包向浇注水口提供熔融金属。

Claims (18)

1．一种用于熔融金属浇铸的双辊连铸机，该双辊连铸机包括：
(a)一对平行的铸辊，其间形成一个缝隙；
(b)一个布置在辊缝之上并沿其延伸的长形金属浇注水口，用于向铸辊之间的金属熔池提供熔融金属，该金属浇注水口具有一个底壁、平行于辊轴延伸的纵向侧壁、端壁、和位于侧壁的熔融金属的出液口；
(c)一个用于向上述金属浇注水口提供熔融金属的引入水口，该引入水口具有一个用于接受熔融金属的进口端和一个用于向金属浇注水口提供金属的出口端，该出口端延伸至金属浇注水口内并且具有一个底部、在金属浇注水口侧壁之内并与之具有一个距离的长形侧壁、和端壁、以及位于其侧壁上的熔融金属出口；和
(d)一个用于向引入水口进口端提供熔融金属的中间包。
2．如权利要求1所述的双辊连铸机，其特征在于，所述的引入水口的进液端通常为圆管形，所述出液端通常为细长矩形管形，这两端由一个中间段联接，该中间段限定了一个从通常的圆截面逐渐平滑地过渡为细长矩形截面的过渡流体通道。
3．如权利要求1或2所述的双辊连铸机，其特征在于，所述的引入水口侧壁平行于金属浇注水口侧壁。
4．如权利要求1或2所述的双辊连铸机，其特征在于，所述的引入水口的出液端的侧壁上的熔融金属出口包括一系列布置于各个侧壁上水平间隔的开孔。
5．如权利要求1或2所述的双辊连铸机，其特征在于，在所述的引入水口出液端的端壁上提供一些穿过该端壁的熔融金属出液孔。
6．如权利要求1或2所述的双辊连铸机，其特征在于，所述的金属浇注水口包括一个沿辊缝纵向延伸的用于接受熔融金属的向上开口的长槽，该槽底壁为封闭的，而其纵向侧壁上的熔融金属出口包括一些水平间隔地分布于两个侧壁上的孔。
7．如权利要求6所述的双辊连铸机，其特征在于，引入水口出液端侧壁上的熔融金属出口与浇注水口侧壁上的出口侧向错开。
8．如权利要求1或2所述的双辊连铸机，其特征在于，浇注水口还包括位于其端壁的熔融金属端出口。
9．一种浇铸金属带的方法，包括：通过一个布置在一对铸辊的辊缝之上且沿辊缝延伸的长形金属浇注水口把熔融金属引入该对平行激冷铸辊之间，以形成一个支承于铸辊之上的浇注熔池；反向旋转两铸辊，以在辊缝形成一个向下输送的凝固带；其中浇注水口包括一个长形槽，槽上有一些用于向浇注熔池输送熔融金属的侧孔，熔融金属通过一个引入水口送入浇注水口的槽，该引入水口具有一个用于接受熔融金属的进液端和一个伸进浇注水口槽的出液端，具有一个底壁、两个位于浇注水口侧壁之内且与之有一定距离的长侧壁、以及位于侧壁的出液口；熔融金属供给引入水口，使得在浇注水口槽内建立一个熔融金属储液库，其高度在浇注水口侧壁出液口之上。
10．如权利要求9所述的方法，其特征在于，提供的熔融金属保持引入水口内熔融金属柱的高度大于浇注水口槽熔融金属储液库的高度。
11．如权利要求10所述的方法，其特征在于，上述熔融金属柱基本上填充所述引入水口的出液端。
12．如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述引入水口的进液端通常为圆管形，而其出液端通常为长矩形管形，并且这两端由一个限定了一个过渡流体通道的中间段联接起来，该中间段的截面由通常的圆形逐渐平滑地过渡为通常的长矩形。
13．如权利要求9至11任意一项所述的方法，其特征在于，所述的引入水口侧壁平行于浇注水口侧壁。
14．一种启动双辊连铸机进行浇注的方法，该连铸机包括一对平行的铸辊，其间形成一个缝隙；一个布置在辊缝之上且沿辊缝延伸的长形金属浇注水口，用于向辊缝提供熔融金属；一个用于向该金属浇注水口提供熔融金属的引入水口；以及一个向该引入水口提供熔融金属的中间包，该方法包括：把上述中间包、金属浇注水口和引入水口预热至1000℃以上；把预热的金属浇注水口相对于铸辊定位，使其在辊缝之上且沿辊缝延伸；把预热的引入水口固定在预热的中间包底部；把中间包向金属浇注水口降低，使引入水口伸进浇注水口内，从而通过引入水口从中间包向金属浇注水口提供熔融金属。
15．如权利要求14所述的方法，其特征在于，金属浇注水口在引入水口安装于中间包之前相对于铸辊定位。
16．如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，浇注水口相对于铸辊定位，而铸辊处在组装工位，然后组装好了的铸辊和浇注水口被移送至浇注工位，在此降低中间包和引入水口，使引入水口伸入浇注水口。
17．如权利要求14至15中任意一项所述的方法，其特征在于，预热的中间包移至一个直接在浇注位置之上的一个位置，在预热的浇注水口相对于铸辊定位之前或引入水口安装于中间包之前向中间包充填熔融金属。
18．如权利要求14至15中任意一项所述的方法，其特征在于，中间包、金属浇注水口和引入水口分别在远距浇注工位的预热工位预热，预热后被送至其浇注工位。
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