用于连续铸造铸坯的结晶器的型腔制造技术

本发明专利技术涉及一种用于连续铸造方坯、初坯和坯料的结晶器的型腔，其中钢在具有结晶器型腔横截面的至少部分弯曲的周边线（４２）的结晶器型腔中铸造并且型腔的壁被冷却。为了提供在成形中的铸坯壳和型腔壁之间沿着铸坯横截面的周边线进行均匀的热交换的最佳条件和避免在铸坯壳中的固化缺陷，本发明专利技术建议，在型腔的内角倒圆构造的角部区域中，为了对有目的的消除铸坯壳和被冷却的型腔壁之间的间隙或对铸坯壳的有目的的变形进行控制，从相同的角部区域的沿铸坯运动方向上前后相继的周边线（４２’－４２″）中减小在角部区域的弯曲的周边线（４２）的至少一部分上并且至少在结晶器长度的一部分区域上的曲率１／Ｒ。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的连铸结晶器的型腔。连铸长形制品主要在具有矩形的、尤其是近似方形或圆形横截面的管形结晶器中铸造。然后方坯和初坯通过轧制或锻造被进一步加工。在成形中的铸坯和型腔壁之间沿着铸坯横截面的周边线均匀的传热对于制造具有好的表面质量和微结构质量的连续铸造制品尤其是方坯和初坯具有至关重要的意义。有许多公知的建议用于构造型腔的几何结构，尤其是在型腔的内角倒圆的区域中，使得在成形中的铸坯壳和结晶器壁之间不出现空气间隙，这些空气间隙造成对铸坯壳的再加热或者引起沿着铸坯横截面的周边线的不均匀的传热。管形结晶器的型腔的角部通过内角倒圆而被倒圆角。结晶器型腔中的内角倒圆做得越大，在成形中的铸坯壳和结晶器壁之间尤其是在型腔的周边上实现均匀的冷却就越困难。紧靠近结晶器中的熔池面之下开始的铸坯固化过程在型腔周边的直线部分上与在内角倒圆区域中是不同的。在直线的或者大致是直线的部分中的热流是准一维的并且遵循通过平壁的传热定律。相反，在倒圆角的角部区域中的热流是二维并且遵循通过弯曲壁的传热定律。形成中的铸坯壳一般开始时在角部区域中要比在直表面中较厚并且开始较早地和较强烈地收缩。这导致仅仅在大约2秒钟之后，铸坯壳就从角部区域中的结晶器壁上脱开并且形成空气间隙，该空气间隙严重恶化了传热。这种对传热的恶化不仅进一步延迟了壳的生长，而且甚至导致已经固化的铸坯壳内层重新熔化。在热流中的这种变化(冷却和再加热)会导致产生铸坯缺陷，例如在边缘处或者靠近边缘的区域中的表面裂纹和内部纵裂纹以及产生形状缺陷，例如偏菱形变形、颈缩等。内角倒圆相对于铸坯横截面的边长做得越大，尤其是当内角倒圆的半径达到型腔横截面的边长的10％和以上时，则所述的铸坯缺陷的发生率和程度就越大。这是内角倒圆的半径一般被限制在5至8mm的一个原因，尽管在铸坯边缘处的更大的倒圆对于随后的轧制加工可能是有利的。JP-A-53011124公开一种用于连续铸造的方坯结晶器，其具有内角倒圆式倒角的角部半径。在这种该结晶器中铸坯可能不规则地冷却和可能形成具有菱形横截面和相应的边缘缺陷如裂纹等的铸坯。为了避免这种铸坯缺陷，该文献建议构造腔具有两个小的和两个大的内角倒圆的四角形结晶器腔。利用内角倒圆的这些不同的角部半径期望使具有不规则厚度的铸坯壳实现固化。在紧靠着结晶器出口处，期望通过在二次冷却区加强边缘冷却来补偿在具有大半径的角部中延迟的固化。这些措施是想产生不翘曲的铸坯横截面。JP-A-60040647公开一种坯料的连续铸造结晶器。在铸造坯料时，纵裂纹常常出现在从中央腹板到两个端部凸缘的过渡区中。在该结晶器中，该过渡部分是凸起地倒圆的边缘部分，当冷却中央腹板时，成型铸坯轻微地收缩在该边缘部分上。为了避免这种收缩或者形成裂纹，该文献建议使结晶器的该凸起的过渡曲线在朝着中央腹板方向上具有连续增大的曲率。JP-A-11151555公开另一种用于连续铸造方坯和初坯的结晶器。为了在该结晶器中也避免铸坯横截面的偏菱形变形和额外地提高铸造速度，在具有内角倒圆的四个角部处，结晶器设有特殊形状的角部冷却部分。在浇入端，这些角部冷却部分是结晶器壁中的圆形凹陷，其在铸坯运行方向上变小并且在朝着结晶器出口方向，减小到内角倒圆的倒圆程度。圆形凹陷的曲率在朝着结晶器出口的铸坯运行方向上增大。这种形状是期望保证在铸坯壳的角部区域和结晶器的角部部分之间具有不中断的接触。本专利技术的目的是提供一种用于连续铸造结晶器的型腔几何结构，其保证了在成形中的铸坯壳和结晶器壁之间沿着铸坯横截面的周边线进行均匀的热交换具有最佳的条件，结果是在铸坯壳中具有对称的温度场。冷却和型腔几何结构应该尤其是沿着具有弯曲的壁部分和从弯曲的到大致直的壁部分的过渡部分的型腔周边进行最优化设计。这样成形中的铸坯壳在通过结晶器时可以实现改善的、均匀的固化成型，以避免铸坯壳中的应力、在铸坯壳和结晶器壁之间形成气隙、颈缩、铸坯横截面的菱形变形和铸坯壳中的裂纹等等。这种型腔此外应该能够具有比现有技术更高的铸造速度并且具有经济的生产成本。根据本专利技术，上述目的由装置权利要求1的特征的集合实现。通过采用本专利技术的方法和本专利技术的结晶器腔的几何结构，可以为沿着铸坯横截面的周边线在成形中的铸坯壳和结晶器腔壁之间进行均匀的热交换创造最佳的条件，优化的、均匀的热交换保证了在结晶器中成形中的铸坯壳固化而具有晶体微结构，其均匀地分布在周边上并且没有诸如裂缝、压力集中、菱形等等缺陷。还可以用数学曲线函数限定这种结晶器腔并且可以在数控机床上经济地制造它们。如果针对特定级别的钢材和成形中的铸坯在结晶器腔中的特定的驻留时间建立了型腔的锥度，那么均匀的壳生长或沿着所述周边线的均匀的额定传热就可以通过铸造试验得到验证。根据一个有利的实施例，在成形中的铸坯壳和型腔壁之间的额定传热中的任何剩余的差异可以通过对具有较大曲率的型腔壁更轻微地冷却或者对具有较小曲率的型腔壁更强烈地冷却而得到补偿。在传统的结晶器中，型腔周边的直线与角部倒圆的圆弧线在所谓的切点处切向相交。这种点过渡部分和圆形倒圆部分可以有利地用具有一个或两个基本参数和一个幂的曲线函数形式的弧线例如超级椭圆(superellipse)或超级圆代替。此外，通过合适地选择基本参数和曲线函数的幂，在铸坯运动方向上相继的弧线的曲率可以被连续地或者非连续地改变。弧线形状和因此腔的几何结构可以通过减小或增大幂而使其与具体的铸造参数相配。如果在成形中的铸坯壳和被冷却的结晶器壁之间的物理接触在通过结晶器时没有被未控制的气隙形成所中断，那么热流则遵循热流物理定律。这种理想的状态假设结晶器型腔的几何结构是一方面按照热流物理定律和另一方面按照铸坯壳的收缩而建立的，并且型腔的几何结构是按照数学限定的曲线函数建立的。根据一个实施例，如果按照超级椭圆曲线函数|XA|n+|YB|′n=1]]>选择型腔的周边线的弧线，可以获得一种最佳的数学限定的型腔几何结构，通过选择幂“n”和基本参数A和B(椭圆半轴)可以改变相继的弧线在铸坯运行方向上的弯曲度或曲率。为了实现沿着周边线大致均匀的额定传热，还可以附加地使铸坯壳在结晶器内轻微地塑性变形，即，强迫其与腔的几何结构相一致。根据另一个实施例，提出了由四端弧线构成的周边线，每段弧线包围90°的角。在铸坯运行方向上相继的弧线的尺寸做成使得凸起的铸坯壳在结晶器的浇入端，在通过结晶器腔时，至少在结晶器的第一部分长度上被这样地变形，使得至少在角部区域之间的中央区域中铸坯壳的凸起度是减小的，换言之，弧线延伸进入到铸坯周边的中央区域，或曲率1/R减小。如果例如在类似于矩形或优选为类似于方形的型腔横截面中内角倒圆结构的角部区域被设置在型腔横截面中的四个大致平的侧壁之间，那么按照一个实施例，在铸坯运行方向上相继的内角倒圆弧线的曲率可以按照曲线函数|X|n+|Y|n＝|R|n来选择并且幂“n”在2.01和10之间变化。如果形状类似于矩形的型腔横截面大致由四段弧线构成，且每段弧线各占周边线的1/4，那么，根据另一个实施例则选择曲线函数|XA|n+|YB|′n=1]]>并且在铸坯运行方向上相继的周边线的幂″n″在4和50之间变化。在型腔横截面的形状类似于方形或圆形的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于连续铸造方坯、初坯和坯料的结晶器的型腔，其中型腔横截面的周边线（１３，１５）至少在型腔横截面的角部区域（１９，１９′）中具有弯曲的部分（１６）并且型腔（４，１４）的壁被冷却，其特征在于，在型腔的内角倒圆式弯曲的角部区域（１９，１９′）中，为了对有目的的消除铸坯壳和被冷却的型腔壁之间的间隙或对铸坯壳的有目的的变形进行控制，曲率１／Ｒ在相同的角部区域的沿铸坯运动方向上前后相继的周边线（２３－２３″″）的角部区域（１９，１９′）的弯曲的周边线的至少一部分上，至少在结晶器长度的一部分区域上，是减小的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2003-12-27 03029867.31.用于连续铸造方坯、初坯和坯料的结晶器的型腔，其中型腔横截面的周边线(13，15)至少在型腔横截面的角部区域(19，19′)中具有弯曲的部分(16)并且型腔(4，14)的壁被冷却，其特征在于，在型腔的内角倒圆式弯曲的角部区域(19，19′)中，为了对有目的的消除铸坯壳和被冷却的型腔壁之间的间隙或对铸坯壳的有目的的变形进行控制，曲率1/R在相同的角部区域的沿铸坯运动方向上前后相继的周边线(23-23″″)的角部区域(19，19′)的弯曲的周边线的至少一部分上，至少在结晶器长度的一部分区域上，是减小的。2.根据权利要求1的型腔，其特征在于，所述周边线沿着所述角部区域(19，19′)的所述弯曲的部分(16)具有弯曲的外形，其朝着最大曲率(1/R)(30-30)增长然后又自该最大曲率(1/R)(30-30)减小，所述相同的角部区域(19，19′)的沿铸坯运动方向上相继的周边线(23-23″″)的预定的最大曲率(30-30)连续地或者非连续地减小。3.根据权利要求1或2的型腔，其特征在于，弧线(42-42″)遵循数学曲线函数|XA|n+|YB|n=1]]>或者若A＝B则遵循曲线函数|X|n+|Y|n＝|R|n并且幂″n″大于2和小于100。4.根据权利要求1或2的型腔，其特征在于，所述型腔横截面近似于矩形，优选为近似于方形，并且具有在四个大致平的侧壁之间的内角倒圆式构造的角部区域(19，19′)，所述内角倒圆弧线在所述角部区域(19，19′)中遵循曲线函数|X|n+|Y|n＝|R|n和幂″n″的值在2.0和10之间。5.根据权利要求1或2的型腔，其特征在于，所述型腔横截面近似于矩形并且由四段弧线构成，每段弧线包围大约90°的角，所述弧线遵循数学函数|XA|n+|YB|n=1]]>并且幂″n″的值...

【专利技术属性】
技术研发人员：A勒里希，F卡瓦，
申请(专利权)人：康卡斯特股份公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]