CN1165398C - 改进的用于连续浇铸钢板坯的接触式结晶器 - Google Patents

Abstract

一种改进的用于连续浇铸钢板坯的结晶器，该钢板坯的厚度在50mm至120mm之间，尤其适宜于辊压成薄带钢，该结晶器有两个宽面(F)，每个宽面(F)的水平截面有彼此对称的凹形或者直线形的中心区域，并通过相对于结晶器内部凹凸的宽弯曲部分使宽面(F)的两侧连接到窄面(f)，除了可能有的中心直线段，没有其它的部分与另一宽面(F)的相对部分平行。凹形部分的半径(r1)和凸形部分的半径(r2)之间的相互比值在0.6至1.4之间，该凹形部分半径和凸形部分半径优选是在结晶器的各个水平截面上是相同的，并向下递增，而凹形面的深度(a)向下是递减的，可以在标高(ybc)处至出口截面之间为常数，但优选是沿结晶器的整个长度连续递减，而在出口区域的剩余深度≤5mm。

Description

改进的用于连续浇铸钢板坯的接触式结晶器

技术领域

本发明涉及一种改进的用于连续浇铸钢板坯的结晶器，该结晶器有良好的接触特性，该钢板坯的厚度在50mm至120mm之间，特别适宜于辊压成小厚度值，即，厚度甚至小于1mm的带钢。

背景技术

德国专利No.887990披露了一种用于连续浇铸金属板坯的水冷结晶器，该结晶器的上部进口区基本为中间扩大的漏斗形，在浸入式浇铸口内，沿着结晶器向下逐渐收缩，并最好在实际出口前使其宽度达到与将要从结晶器中出来的板坯的厚度相等的值。

后续的欧洲专利No.0149734的目的是避免在靠近窄面的区域发生凝固，其中较宽的壁面收敛，导致结晶器朝着较窄的壁面收缩，成为有角度配置壁面的漏斗形，也会导致浇铸流体堵塞(尽管没有实际试验支持)。该问题这样解决，在漏斗形浇铸区的壁面上，较大的壁面平展延伸并彼此平行。不过，这种结晶器很可能在平行壁面区域产生涡流问题，即没有由于从浸入式浇铸口朝上的熔融金属液流而导致的所希望的回流排出，该平行壁面在中心凹形面的侧面。这将对最终产品的表面质量产生负面影响，特别是影响超薄辊压产品，因为钢中混入了粉末。

由DE-A-4031691可知一种用于薄板坯的结晶器，该结晶器有中心凹陷或者凹形的两相对成型板，该板的第一部分是从结晶器的进口区域开始，且基本垂直，直到大约一半高度处，然后在结晶器出口的末端区域的弯曲外形根据薄板坯的厚度而减小，该弯曲外形有内部的或者内弧形的板的曲率半径，该内部的或者内弧形的板的曲率半径等于外部的或者外弧形的板的曲率半径。

带有有着这些形状特征的板的结晶器不能解决这一问题，即浇铸品可能在曲线突然变化的截面处从壁面上分离，尽管相对于以前的结晶器，它具有了某些优点，特别是就均匀冷却而言。

这种情况下会造成纵向中断，这不仅意味着不均匀冷却，而且相应在内弧线和外弧线处产生压缩和拉伸的局部机械应力，并可能在主要应力区的表面产生裂纹或者断口，直到产生所谓的“金属冲击”。为了避免出现这些问题，本申请人的意大利专利No1265065改进了结晶器的纵向外形，这样，两成型板的垂直截面包括一定数目的曲线，这些曲线彼此相连，并且曲率半径朝上是递增的，直到接近一限定值，并在进口处有垂直切线。

弯液面处的涡流这一未解决的问题在本申请人的专利申请MI96A002336中得到了进一步的处理，该申请提供了优选参数，该参数是在高浇铸流量条件下，以比值的形式表示的，该比值是包括浸入式浇铸口和结晶器的宽面之间的面积与同一截面的剩余部分面积之比，该剩余部分面积也就是浸入式浇铸口和较小的壁面之间的面积，相应的参数限定了所述面积，因此，该申请试着以这种方式提高弯液面的工作特性，而不改变板的水平截面外形。

由EP-A-0658387和DE-C-4403045可知其它用于连续浇铸的结晶器，EP-A-0658387中的结晶器有圆弧形的宽面，在横截面上是凸形的，而DE-C-4403045中的结晶器是恒定凹陷的，但是它们都没有达到与板坯表面的最佳接触。在日本专利申请公开No51-112730中也是这样，该专利提供了一种有相对宽面的结晶器，该相对宽面是弯曲的，相应呈凹陷或者凸出的外形，并相对于两正交中轴线对称并且在其末端与直线外形部分相连。

EP-A-0611619也披露了一种用于连续浇铸的结晶器，该结晶器有凹凸形腔体，其中凸形半径与凹形半径的比值在1.5至3.0之间，腔体深度朝着结晶器出口递减，但中心腔体的半径并不是朝着结晶器出口连续递增，而是在末端部分为常数，这样的不连续变化的半径和两宽面的侧边部分平行(从而不弯曲)的状况使得在引导板坯表面保持与结晶器板接触时产生一些中断。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种结晶器，该结晶器在板坯的收缩过程中能与板坯表面在各水平和垂直截面上的点连续接触。这样可以获得均匀的冷却效果，使得沿相同截面的整个外形的表面厚度均匀并根据不同截面的高度使其厚度连续变化，以便获得避免收缩和不规则应力的理想条件，该不规则应力不可避免的导致板坯表面产生纵向裂纹。

而且，希望在弯液面平面处降低在结晶器侧面的朝上的钢铁液流的流量，以便在这些区域有非常低的驻波，从而明显对最终产品的表面质量有利。

这是通过结晶器的特殊凹形得到的，该结晶器使其宽面有限定的锥形，并通过宽的凹凸弯曲部分(因此，不仅仅是象上述日本专利那样只有凹形或者只有凸形)使窄面与凹形面的中心直线形区域相连。

本发明的结晶器的普通特征如权利要求1所述，参考本发明的优选实施例，该结晶器的限制特征如从属权利要求所述。

通过下面对一个优选实施例的详细说明，能够更好的理解本发明的改进结晶器的这些及其它的目的、优点和特征，该优选实施例是参考附图而给出的非限定实例，其中：

附图说明

图1是本发明的结晶器的示意透视图；

图2a和图2b所示为沿经过图1中的中轴线X-X的垂直平面纵剖的垂直剖面示意图，在第一实施例中，就凹形面深度的趋势而言，该垂直截面限定了两结晶器的板的外拱线，两个结晶器有不同的外形，有着与意大利专利1265065一样的多个相邻半径和分别有一个直线形的外形部分。

图3a和图3b所示为优选实施例的与图2a和图2b类似的视图，该优选实施例的凹形面深度具有持续向下递减的趋势。

图4所示为在板水平外形的第一实施例中，图1的结晶器板的顶面示意图，该顶面与图2和图3所示型面垂直；

图5所示为在板水平外形的另一实施例中的一个结晶器板的顶面示意图，其几何形状表示得更详细。

具体实施方式

参考附图，本发明的结晶器包括两个相对的铜制板，该板有内表面，除了中心凹形面的不同深度a外，该内表面也可以有其它的垂直变化趋势，如图2a，2b和图3a，3b所示实例。所述板，特别是它们的有效内表面或者“宽面”F，是水冷的，并且其侧面通过两个“窄面”f，也就是所谓肩部，封闭起来，这两个“窄面”的位置决定了板坯的宽度。

由图4可知，根据本发明，宽面F包括一折合长度为2t1的中心部分Ce，该中心部分Ce是直线形或者曲线形，更确切的说相对于结晶器内部是凹陷的，该凹陷可以认为是由半径rc≥10m，中心在横向中轴线X-X上Oc处而产生的。当rc＝∞时，Ce趋近于直线，其长度相当于t1，在图4中以连续线画出，当rc有限定值时，Ce将多少有点弯曲的趋势，如图5所示或者图4中点划线所示。在所有情况下，在每个结晶器截面中，rc是常数，中心Oc是固定的，而Ce的位置与对面板的Ce的位置相对于垂直平面对称，该垂直平面经过与X-X线并与中轴线Z-Z垂直。

还是参考图4，各Ce段通过宽的凹凸弯曲部分与两侧的窄面f相连，该Ce相对于中心平面X-X对称，就结晶器内部而言，它的中心部分Ce只有是直线时，即rc＝∞时才可能有平行段。在结晶器的任意水平截面上，从Ce开始，首先看到的是凹形的弧线，该凹形与Ce相连，该弧线的中心O1位于直线X1上，该直线X1与轴线X-X所成角度α≥0°。该凹形弧线延续到离横向中心轴X-X的距离为t2处，换句话说延续到拐点β，在该拐点β处，曲线变成凸形，该凸形与O1相对的弯曲中心O2在直线X2上，该直线X2与轴线X-X所成角度γ≥0°。弯曲中心O1和O2在同一平面上，r1和r2的相互比例在0.6至1.4之间。如果r1∶r2的比值超出了该范围，在距离轴线X-X为t1的弯曲部分(r1∶r2≤0.6)或者在靠近距离轴线X-X为t3的弯曲部分(r1∶r2≥1.4)是过度弯曲的，不能保证板坯的外表面(表皮)与铜制板的最佳接触，因此会引起裂纹的产生和导致金属冲出，更不用说对钢的质量的负面影响。优选是它们之间比例为1，在结晶器的每个水平截面上，即沿图1中y轴所示的任意水平截面上，两个半径都相等r1＝r2＝r。这时，α和γ相等。在任何情况下，r1和r2的值在沿y轴标高向下增加时是递增的。

特别是，根据图4所示的本发明优选实施例(考虑板的水平截面的外形)，其中r1＝r2＝r，凹形部分和凸形部分之间的拐点β在窄面f的起始端和中心部分Ce末端之间的一半距离处，测量值为b，该中心部分从中轴线X-X处向两侧其两侧延伸的距离为t1(当rc＝∞时，中心部分Ce的长度测量值为2t1)。因此，这时b＝t2-t1，其中t1是从横向中轴线X-X到拐点β的距离。应当注意，参考图4可知，当rc→∞时，角度α和γ等于零，也就是，当中心部分Ce是直线形时，直线X1和X2平行于X-X轴线，中心点O1和O2位于该直线X1和X2上。

由前述可知，宽面的整个有效部分与凹形面重合，该凹形面向前延伸t3部分，基本相对于Z-Z轴线对称并优选相对于中轴线X-X对称；当窄面f位于离中轴线X-X的距离为t3处时，该凹形面的宽度可以认为与结晶器的宽度一致。

凹形面的深度为a，除了图4外，还由图2a，2b和图3a，3b可知，a＝Xc-Xb，其中Xc和Xb分别是从垂直轴线y到结晶器的内部侧面处(离轴线X-X的距离为t3处)的外形线的距离和到凹形面最深的部分，即在t1中，的距离，该垂直轴线y与板的外壁面重合。该深度值在垂直方向上变化，例如，根据意大利专利1265065，该深度值一直到结晶器的某一标高(参考图2a和2b中的ybc)是递减的，过了该标高直到出口，该深度值是常数(无论如何a≤5mm)。不过，深度值a优选是从y＝0的上部或者进口部分向底部或者出口部分连续递减，而剩余的深度值≤5mm，如图3a，3b所示。

应当注意，在图2a，2b中，高度低于ybc时的常数值a≤1.75mm，对于任意形状的中心部分Ce(直线形或者凹形)，在O2为中心的凸形连接部分和宽面F的末端部分之间还有一连接部分，该连接部分有固定的半径(未示出)，其弯曲中心与O2相对，并从进口，即从y＝0一直到结晶器出口，该宽面F的末端部分不平行。

还应当注意，用t3表示凹形面的一半宽度时，可能半径值r＝r1＝r2(后面将清楚描述)，可以发现深度值a优选是距离t3-t1的函数(当r1＝r2时即为2b)。实际上，仅当进口处的a≤0.15(t3-t1)时才能浇铸，该进口处y＝0，且该处深度值最大。如果凹形面的深度与宽面的凹凸形弯曲部分的长度之间的比值大于该值时，对浇铸是非常有害的，中心部分Ce通过该凹凸形弯曲部分连接到窄面。

凹形面深度a优选是与尺寸标高y成反比，当刻度向下增加时深度值递减，该凹形面深度a或者是在结晶器的整个长度连续变化，或者是在可能有的从进口到ybc(图2a，2b)的限定部分有变化值，特别是在第二种情况下，且进口处为a≤0.1(ybc)时，该进口处y＝0。

在所述限定部分内时，通过曲率半径，保证板坯在以浇铸方向向前运动时总是能找到更窄的部分，该更窄部分的好处是能伴随着正常的材料收缩，避免与壁面分离。还有，用于产生润滑液体渣(lubricating fluid scale)的浇铸粉在没有侧面平行区域的情况下工作得更好，该侧面平行区域防止由于从浸入式浇铸口朝上的液流而产生的浇铸钢水的回流排出，并产生不需要的涡流。特别是，表面质量很重要，缺少涡流使得浇铸粉结合起来，众所周知，这是很重要的。如前所述，公式：r＝(4b²+a²)/4a是凹形面深度a和距离b的函数，当r＝r1＝r2时，该公式在计算凹凸表面的曲率半径是很有用的。例如，利用上述参数，对于1米长、1米宽的的结晶器，其中心部分宽度，即2t1，为260mm，且不一定是直线，因此，t3＝500mm，t1＝130mm，然后：

b＝(t3-t1)/2＝185mm

在进口部分，对于一种如意大利专利1265065所述的结晶器，其a值可以认为是大约24mm，该值必定＜0.15*2b(即55.5mm)。因此满足上述关于凹形面深度的第一条件。对于连接凹形部分，其曲率半径等于相应的凸形部分的反向半径，因此，由上述公式知：

r＝(4×185²+24²)/(4×24)＝(136900+576)/96＝1432mm

如上所述，在结晶器的下面部分，可以采用恒定的凹形面深度代替持续递减的凹形面深度，该恒定的凹形面深度(在可能有的ybc平面以下一直到结晶器的底部)(图2a，2b)为最小值，例如，为0.7mm(如前面所限定的，无论如何≤5)，这时r的值是45000mm，因此，该曲率半径远远大于前例的曲率半径。如前所述，前例中给出a值后，还需要给出在结晶器外面区域的连接凹面的长度，该连接凹面在离X-X轴线距离为t3处。

显然，在各种情况下，当考虑到内弧线或者外弧线时，在结晶器的各个标高上，a值是变化很小的值，鉴于上述公式，半径r1和r2反应了这一微小的变化。

应当注意，中心部分Ce的长度t1优选是在从结晶器进口到底部的所有水平截面上都相同(对于相同的弧线，半径rc是常数)，不过，该长度显然也可以随结晶器的宽度或者其标高逐渐变化，增加或者减小。

最后，特别是由图4可知，除了中心部分Ce(当rc＝∞时，与t1一致)，优选是通常在宽面F的无效部分采用没有平行部分的形式，该中心部分Ce通常仅仅指结晶器的有效部分，该宽面F的无效部分指超出肩部或者窄面f的部分，是由以一定角度向外收敛的线条表示。这种形式适宜于避免肩部在钢水静压力的推动下产生不希望有的向外移动，从而避免产生所谓的“锥形损失”。

Claims (11)

1.一种用于连续浇铸钢板坯的结晶器，该钢板坯的厚度在50mm至120mm之间，尤其适宜于辊压成薄带钢，该结晶器包括两对板，该板内部限定了两个窄面(f)，该窄面从侧面封住两个相对的宽面(F)，每个宽面(F)的外形在水平截面相对于中轴线(X-X)对称，在垂直外截面上，该宽面外形与所述窄面(f)相对应，该窄面在离所述轴线(X-X)的距离为(t3)处，该宽面，对相应的内弧形或外弧形板面，或者弯曲或者成直线，并且该宽面的中心凹形面的深度(a)在至少从上部进口开始的给定长度变化，(a)等于(Xc-Xb)，其中(Xb)和(Xc)分别是从垂直轴线(y)到凹形面中心最靠内处外形线的距离和到离轴线(X-X)距离为(t3)的侧边外形线的距离，该垂直轴线(y)与相应板的外壁重合，所述凹形面由在水平截面有长度(2t1)的相对中心部分(Ce)形成，该中心部分既相对于轴线(X-X)对称，也相对于中轴线(Z-Z)对称，该中轴线(Z-Z)在两宽面(F)之间，在中心段(Ce)的两侧通过宽的凹凸弯曲部分连接到所述窄面(f)，该宽的凹凸弯曲部分也对称于所述轴线(X-X)和(Z-Z)，并有弯曲半径(r1，r2)，该弯曲半径值向下朝着结晶器出口的方向递增，而凹形面的深度(a＝Xc-Xb)向下递减，其特征在于：在结晶器的各个水平截面上，所述凹形部分的半径(r1)和凸形部分的半径(r2)彼此之间的比值r1∶r2在0.6至1.4之间。

2.根据权利要求1所述的结晶器，其特征在于：凹形面深度(a)从上部进口平面(y＝0)到出口平面沿结晶器的全长连续递减，在出口截面的剩余深度≤5mm。

3.根据权利要求1或2所述的结晶器，其特征在于：如果从结晶器内部看，中心段(Ce)通过半径rc≥10m产生，并有弯曲中心(Oc)以产生凹形弧线，该半径rc在结晶器的每个水平截面是常数，该弯曲中心(Oc)位于轴线(Z-Z)相对面的轴线(X-X)上。

4.根据权利要求3所述的结晶器，其中：在各水平截面，弯曲中心(O1)和相邻的圆角曲线的凹形部分的半径(r1)一起位于直线(X1)上，该直线(X1)与轴线(X-X)形成角度α≥0°，所述曲线的凸形部分的中心(O1)和半径(r2)一起位于直线(X2)上，该直线(X2)在轴线(Z-Z)的相对侧与轴线(X-X)形成角度γ≥0°。

5.根据权利要求4所述的结晶器，其中：所述中心段(Ce)的半径(rc)是无穷大，因此直线的倾斜角α是零，持续连接中心直线部分(Ce)的凹形部分的弯曲中心(O1)位于该直线上。

6.根据权利要求1所述的结晶器，其特征在于所述比值r1/r2等于1，值r＝r1＝r2由下面公式给出：

r＝(4b²+a²)/4a

其中(a)是所述凹形面深度，b＝(t3-t2)/2是中心部分(Ce)的末端和相应的凹形面的外端之间的距离的一半，该凹形面外端对应凹形和凸形部分之间的拐点(β)。

7.根据权利要求1所述的结晶器，其特征在于：从由上部进口向下的确定的标高(ybc)开始，超过所述标高之后，深度值(a)是常数。

8.根据权利要求3所述的结晶器，其特征在于：在标高y＝0处，即在上部进口处，a≤0.15(t3-t1)，其中t3是凹形面宽度的一半，该凹形面相应于所述中心部分(Ce)。

9.根据权利要求7所述的结晶器，其特征在于：在标高y＝0处，即在上部进口处，a≤0.1(ybc)。

10.根据权利要求1所述的结晶器，其特征在于：对于所有的水平截面，中心部分(Ce)的长度(2t1)是常数。

11.根据权利要求7所述的结晶器，其中：因为在标高低于(ybc)时a为≤1.75的常数，因此，在凸形圆角部分和所述连接相应窄面(f)的末端部分之间还有连接弧线，该连接弧线有恒定的半径值，并有凹形弯曲。

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