控制结晶器侧壁变形的方法及连续浇铸结晶器技术

用于钢坯、钢锭和板坯连续浇铸的结晶器（１１）侧壁厚度为４－１５ｍｍ，其外部与一盒形结构（１３）构成流体循环的冷却腔（１４），其内部与铸件（２４）的表皮接触。（１１）可分为上部区域（３７）和下部区域（３８）。冷却腔（１４）包含中间壁（２０），（２０）与（１１）的侧壁外表面（１２）间形成循环通道（２１）。控制（１１）的侧壁变形的方法在于：侧壁（１２）与铸件（２４）表皮间的空气隙与下部区域（３８）的流体压力有关，改变压力使空气隙趋于零。侧壁（１２）向内变形与相应通道（２１）内压力或压力范围有关，控制压力即可控制变形量。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术与一种控制结晶器侧壁变形的方法及与一种连续浇铸的结晶器有关，专利技术在各主权利要求中提出。本专利技术在为生产各种所需类型和截面的钢坯、大钢坯(钢锭)或板坯(扁钢坯)的连续浇铸工厂中结合一种铸模一起使用。连续浇铸的生产领域中仍存在许多未能克服的困难问题，这些问题都与结晶器侧壁所承受的高温有关。更确切地说，如众所周知对于无冷却液循环的结晶器侧壁的温度而言，它沿浇铸的方向而改变并在熔融金属的弯液面附近达最大值。这种沿结晶器侧壁的温度不均匀分布会引起侧壁发生不均匀的变形并使侧壁相对于其冷态时的原始位置产生向外的偏位，这种由材料热膨胀引起的变形会关联到成形中的钢坯或钢锭的不均匀形变而引起表面疵病。由于热分布场引起的结晶器的变形，结晶器的侧壁在其上部区域(见附图说明图1a和1b及区域37，它特意示出了一先有技术结晶器的侧壁112的中位线的变形情况)恰好在弯液面27下方的第一区段137处呈现出一相当大幅度的负锥形28，即指朝外方向的锥形，随接在后续区237处呈现出正向锥形。图1b中示出的“O”基准线是结晶器的侧壁212在冷态时的位置，在本实例中所示是一条直线，但随结晶器的侧壁具体形式不同此基准线也可呈现某种人们所知的其他形状。在上部区域37中以线“28”所示的大幅度的负锥形会引起凝固中的钢坯/大钢坯/板坯24深深地陷进结晶器的变形的侧壁112中，从而抽出铸成品件或使其脱模会发生很大困难。当铸模承受振动以有助于铸成品从模中落出时，这种负锥形也会引起很大麻烦。再者，在结晶器下部区域38位于结晶器侧壁112与铸件表皮层间会产生一大小为“g1”的空气间隙，它是由于热场分布使凝固中的表皮层收缩并使侧壁112朝外形变而产生的。表皮层从结晶器的侧壁112上逐步分离需很长时间并牵涉到不均匀冷却问题，此类问题会造成热交换量急剧减小，因此影响表皮层的成形。此外，即使不考虑由于在上部区域37的第一上部区137处的大负锥形造成的上述缺点，在先有技术那样刚性的结晶器中，热交换量值也仅在结晶器的从弯液面下方起沿其长度方向沿伸约1/4长度—通常为200mm的第一区137还可被接受，在此区域137处钢坯/大钢坯/板坯的表皮层实际上是与结晶器的侧壁相接触的。在结晶器的下部区域38，表皮层与结晶器的侧壁发生脱离，热交换量值大大地下降直至热通量为1.5至2Mw/m2。J.K.BRIMACOMBE的文章“Empowerment with Knowledge—Towards the Intelligent Mould for the Continuous Casting ofSteel Billets”，METALLURGICAL TRANSACTIONS，B，Vol-ume24B，DECEMBER1993，第917—930页中明确指出，先有技术的结晶器中，铸件从结晶器中脱出的出口处区域的热通量介于1.2至1.4Mw/m2之间，而在表皮层与结晶器侧壁相脱离的起始区域热通量不超过2Mw/m2。所以为保证钢坯/大钢坯/板坯脱离结晶器时具有一较厚的表皮层以防止其裂开并防止由此造成的液态金属的突然崩离，从而有必要降低浇铸速度。为防止钢坯/大钢坯/板坯的表皮层从结晶器的侧壁上脱离，已公开具有变截面的结晶器的特征在于侧壁是朝下方收敛，更具体而言，建议沿浇铸方向结晶器侧壁形状的变化量随材料收缩系数的变化而变化。对于结晶器的各种锥形，为使凝固的表皮层和结晶器侧壁间存在的空气间隙减至最小，从而防止热通量的大幅度下降问题，已进行了各种尝试。然而这种系统从经济上考虑并不十分可取，因为每当所浇铸的材料组分有变化时，结晶器也必须更换，因而该系统在改变排热速度方面会引起很大麻烦，对用户造成负担。因此为试图减少结晶器变形而采用了刚性结晶器，这种结晶器的侧壁厚度在弯液面处约为11mm或多些，但这种设计未能解决问题。当钢坯或大钢坯具有方形、矩形或通常的多边形截面时，另一问题会随之出现，即钢坯或大钢坯在结晶器上部区段的角部会受到更剧烈的冷却作用，因为在这些角部区的热量可从角部的两侧散出。其结果是钢坯或大钢坯的角部处的表皮形成速度更快，所产生的材料收缩效应使钢坯或大钢坯很快地从结晶器的侧壁上脱离开，从而阻碍了冷却和凝固过程并使凝固的部分趋于回复至液态。由此原因，钢坯或大钢坯的表皮在其角部的厚度小于钢坯或大钢坯侧壁的厚度，从而在钢坯或大钢坯的侧面与角部之间形成温度梯度。这些温度梯度在结晶器的侧壁和已冷却的钢坯或大钢坯内部产生张力，这些张力会引发裂纹和其他表面疵病，从而降低了生产出的产品质量。再者，为使结晶器侧壁表面避免过度磨损，侧壁内表面通常以镍/铬作为内衬，然而镍/铬只有较小的滑动系数。因此，在先有技术结晶器中需使用润滑粉末，这相应会产生附加费用并进一步降低了热交换量。本专利技术申请人对能克服先有技术缺点的本专利技术进行了构思设计、试验和产品生产，从中还体现出更多的优点，例如其中能提高排热速度的优点特别有价值。本专利技术的内容和特征都在相应的主权利要求中提出，而在附属的权利要求中则叙述了具有主要实施例构思的各种变型。本专利技术的目的在于提供一种能控制连续铸造钢坯/大钢坯/板坯的结晶单层侧壁(图称单侧壁)变形的方法，随着结晶器第一区段中的负锥形的消除使这种变形量减小到几乎为零，或甚至产生朝向结晶器内侧方向的锥形(正锥形—译者注)，从而改进了结晶器的工作性能并能实现更大的排热速度。本专利技术的另一目的在于提供一种结晶器，其特征在于一方面是减少钢坯/大钢坯/板坯凝固中的表皮层从结晶器侧壁上脱落下来的可能性，另一方面结晶器单侧壁的热变形能得以补偿，从而使侧壁遵循凝固中的钢坯/大钢坯/板坯的自然收缩而收缩。按本专利技术的结晶器其侧壁有一减小的平均厚度，与其宽度正比例其值约在4—15mm之间，但最好在4—10mm之间。因此相应于作用在侧壁外面的冷却流体的压力，侧壁实质上具有一定的弹性。该压力值严格地与侧壁厚度间保持一定关系以确保侧壁的弹性性质。更具体而言，当钢坯/大钢坯/板坯穿过结晶器而凝固时，按本专利技术的结晶器的单侧壁能与正在成形中的钢坯/大钢坯/板坯的各对应侧面相适应。按照本专利技术，结晶器侧壁的这种适应能力是来源于冷却流的压力，通过沿纵向对通道内冷却循环流体压力和压力减小量进行调节，侧壁上发生的变形就会改变，这种方法也能使结晶器适应于多种类型的金属铸造和各种铸造速度。按本专利技术方法的第一方面内容，结晶器的侧壁具有与特定的冷却流体压力有关联的特定的纵向区域，按照所需的压力范围，在一个纵向区域内的压力与在另一个纵向区域内的压力可以是不同的。按这种方式，按侧壁横向尺寸的不同而采用不同的压力也使在同一结晶器内使用不同厚度的侧壁成为可能。按本专利技术的第二方面内容，至少有一个结晶器的纵向侧壁与冷却流体的至少一个特定压力范围有关联。此专利技术中所指的冷却流体通常指工业用水，总之是指通常用于冷却结晶器的水，这类水在下文中是用作一种参照的成分。按照一种变化类型，本专利技术使用一种冷却(流体)水，其中添加了一些物质，因而这种水能在温度低于“0”度时使用，水在铸模入口处的温度可以低至-25℃/-30℃。本专利技术的一种变型是配备使用一种其他流体物质的冷却流体，诸如乙二醇，在铸模入口处的温度可在-10℃/-15℃和-70℃/-80℃之间。本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用来控制连续铸造钢坯／大钢坯／板坯（２４）的结晶器（１１）的侧壁形变的方法，结晶器与一铸模（１０）联接，其外部连有一构成冷却腔（１４）的盒型结构（１３），冷却流在腔（１４）中循环流动；其内部即与所要形成的钢坯／大钢坯／板坯（２４）的表皮层相接触，冷却腔（１４）包括一中间壁（２０），壁（２０）与结晶器（１１）的侧壁（１２）的外表面一起组成一循环通道（２１），至少在弯液面邻近区域和液态金属弯液面（２７）的下部至少包括有一上部区域（３７），同样也包括一下部区域（３８），该下部区域由结晶器（１１）侧壁（１２）的内表面与所形成表皮相互脱离的区域的邻近位置处开始并朝向结晶器（１１）的出口延伸，此方法的特征在于：结晶器（１１）的下部区域（３８）中的冷却流体压力随空气间隙（３６）的希望值（ｇ１）变化，该间隙（３６）形成于结晶器（１１）的侧壁（１２）与所形成的钢坯／大钢坯／板坯（２４）表皮层之间，空气间隙（３６）的希望值应趋近于零值。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吉奥彼多本尼迪提，米洛瑞德啪维利斯维克，吉亚尼盖斯尼，阿尔弗雷德勃罗尼，
申请(专利权)人：丹尼利机械厂联合股票公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]