專利名稱：用于連續(xù)鑄造金屬的方法和用于該方法的連續(xù)鑄造設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于連續(xù)鑄造金屬坯特別是鋼坯的方法，以及一用于實施該方法的連續(xù)鑄造設備和一用于將一具有弧形結晶器的連續(xù)鑄造設備改建為一具有直的結晶器的連續(xù)鑄造設備的方法，在該鑄造方法中，在一垂直取向的直的結晶器中鑄造金屬，接著拉出在結晶器中形成的直鑄坯，其中，直的鑄坯首先在一彎曲區(qū)沿一過渡曲線彎曲成一具有一半徑的圓弧形，沿一具有一半徑的圓弧形導軌被導向，接著在一最終矯直區(qū)沿一過渡曲線被矯直，然后通過一大致水平的直導軌運出。
從例如AT-B-373518和AT-B-331439已經(jīng)知道，為了用連續(xù)鑄造方法制造金屬鑄坯，采用了一種直的結晶器，也就是說，一種其空腔做成直的并且垂直取向的結晶器，在該空腔中澆注液態(tài)金屬。鑄坯在其從結晶器出來以后通過一具有輥道系統(tǒng)的導軌被導向并被冷卻，該輥道系統(tǒng)安裝成支承段或連續(xù)的縱向載體，以致仍然還薄的鑄坯外皮足以抵抗由鐵水靜壓力引起的隆起而被支承。首先，多數(shù)鑄坯在結晶器下方仍然用直導軌導向，鑄坯沿一長度延伸，該長度由于在結晶器下方的直接冷卻而保證鑄坯有足夠致密的鑄坯外皮，以致鑄坯可如此在一彎曲區(qū)中被彎曲，從而使它可沿一與彎曲區(qū)連接并有一預定的半徑的圓弧形導軌中進一步被輸送。與圓弧形導軌相連的是，一最終矯直區(qū)，鑄坯在其中重新被矯直。鑄坯在直的狀態(tài)通過一大致為水平取向的直導軌被送出。
從例如AT-B-249896還進一步知道，為了用連續(xù)制造方法制造金屬鑄坯，在避免彎曲區(qū)的情況下在所謂的弧形結晶器中鑄造已經(jīng)是弧形的鑄坯。在這種弧形結晶器中，在其中澆注液態(tài)金屬的空腔做成弧形的，最好是圓弧形的，以使從結晶器出來的鑄坯在出來以后可直接用一圓弧形導軌支承并輸送。在此情況下，只在圓弧形導軌的末端設置一最終矯直區(qū)，鑄坯在該區(qū)中重新被矯直，以致它接著可如上述那樣在一大致為水平布置的直導軌上被送出。
具有弧形結晶器的連續(xù)鑄造設備在全世界范圍內都建造；不過，這類設備有冶金上的缺點，其中看到的主要有，連同澆注流一起帶入的、深深地進入鑄坯的液體芯部的雜質與氣泡不能像在直結晶器那樣容易地上升至模內金屬液面。還有，弧形結晶器中的流動性能較差，以致容易妨礙外皮的增長。
由于這些原因，企圖將具有弧形結晶器的連續(xù)鑄造設備改造成具有直的結晶器的連續(xù)鑄造設備。此時，如果如同在原來設有弧形結晶器的連續(xù)鑄造設備中那樣，采用同樣的鑄坯導軌，則就不得不在圓弧形鑄坯導軌前面布置一彎曲區(qū)，并在其上方對齊地布置一直的連續(xù)鑄造結晶器。不過，這會產(chǎn)生困難，這是因為，直的結晶器的水平遠遠位于原來設置的弧形結晶器的高度的上面。這是不能被接收的，因為，有可能不僅僅必須加大澆注車間，而且還必須重新擬定車間的概念，以使?jié)沧⑵脚_、中間容器和澆注桶支承塔以及澆注桶的供給等都必須與新的水平面相配。其后果為澆注車間要全部改造，相應地必然是費用巨大，另一方面是澆注作業(yè)長期停頓。
另一種可能性為，用一與直的結晶器相配的具有布置在后面的彎曲區(qū)的圓弧形導軌代替圓弧形導軌。不過，這同樣費錢，成本巨大，以致在多數(shù)情況下仍然容忍弧形結晶器在冶金上的缺點。
本發(fā)明的任務為提供一種用于連續(xù)鑄造的方法和一種用于實施該方法的連續(xù)鑄造設備，其中，可在采用直的結晶器和采用具有弧形結晶器的連續(xù)鑄造設備的最重要部分例如圓弧形導軌、澆注平臺等的情況下澆注鑄坯。本發(fā)明的另一目的為在一具有直的結晶器的連續(xù)鑄造設備中大體保持一個高度，該高度是一具有弧形結晶器的連續(xù)鑄造設備在同樣的鑄坯半徑或圓弧形導軌半徑時所具有的。在將圓弧形結晶器更換為直的結晶器時所必需的改建在時間上與費用上應均為最小。
此任務在用于連續(xù)鑄造前述類型的金屬鑄坯的方法中如此解決，即鑄坯在至少一個彎曲區(qū)中沿一過渡曲線彎曲成一具有第一半徑的圓弧形，并在至少一個布置在后面的矯直區(qū)中沿一過渡曲線彎曲成一圓弧形，后一圓弧形的半徑大于鑄坯在第一彎曲區(qū)之后所具有的半徑，其中，較大的半徑最好相當于在最終矯正區(qū)前面的圓弧形導軌的半徑。
最好是，具有第一半徑的鑄坯在第一彎曲區(qū)和布置在后面的第一矯直區(qū)之間沿一具有此第一半徑的圓弧形導軌之間被引導，其中，有利的是，從結晶器出來的直鑄坯在結晶器與第一彎曲區(qū)之間沿一垂直的直導軌被引導。
如果圓弧形導軌的半徑很大，則合理的是，鑄坯在彎曲后在布置在彎曲區(qū)后面的第一矯直區(qū)中在至少另一個布置在后面的矯直區(qū)中彎曲成具有較大半徑的圓弧形，該圓弧形的半徑大于鑄坯在布置在后面的矯直區(qū)之前所具有的半徑。
對于圓弧形導軌的大半徑，則按照一種變體，在在第一彎曲區(qū)和布置在后面的矯直區(qū)中變形以后，在另一彎曲區(qū)和布置在后面的矯直區(qū)中對鑄坯進行至少另一次變形。
一種用于實施按照本發(fā)明的方法的連續(xù)鑄造設備，它具有一直的結晶器、一沿鑄坯拉出方向布置在結晶器后面的鑄坯導軌，該導軌有一彎曲區(qū)、一圓弧形導軌和一最終的矯直區(qū)，矯直區(qū)具有相連的大致為水平的直導軌，其特征為，至少在一彎曲區(qū)后面布置至少一個具有鄰接的圓弧形導軌的矯直區(qū)。
有利的是，在第一彎曲區(qū)和第一矯直區(qū)之間設置一圓弧形導軌，其中，合理的是，在結晶器與第一彎曲區(qū)之間設置一用于鑄坯的垂直的直導軌。
按照一個變體，在第一彎曲區(qū)和布置在后面的矯直區(qū)后面，至少設置一具有布置在后面的矯直區(qū)的另一彎曲區(qū)。
一種優(yōu)選的實施形式，其特征為，按照AT-B-331439，鑄坯的由彎曲區(qū)和矯直區(qū)產(chǎn)生的伸長進程在兩個過渡區(qū)的至少一個中大致有一傾斜地扭曲的、具有拐點切線的“S”形，其中，在該區(qū)，在直角座標系統(tǒng)的X軸上畫出的伸長曲線的起點與終點的斜率為零，座標系統(tǒng)的原點各自位于過渡曲線的起點，其X軸為過渡曲線的一條切線。
此時，合理的是，拐點切線的最大斜率在彎曲時相當于最大允許的伸長變化0.0025％/mm，在矯直時相當于0.0030％/mm。
最好是，過渡曲線遵循曲率變化(y)的微分方程 φ′(xj)為伸長變化的函數(shù)，它有一經(jīng)過彎曲區(qū)和矯直區(qū)延伸，首先從零上升，然后到達伸長變化的最大值，然后重新降至零的進程，RE等于彎曲區(qū)的終點或矯直區(qū)的起點的圓弧半徑，XE為彎曲區(qū)的垂直投影或矯直區(qū)的水平投影，xj為座標系統(tǒng)上的位置座標。
一種用于將一連續(xù)鑄造設備改造成一具有一直的、垂直取向的結晶器的連續(xù)鑄造設備的方法，前一連續(xù)鑄造設備具有一弧形結晶器、一與結晶器相連的圓弧形導軌和一最終的矯直區(qū)，該矯直區(qū)有布置在后面的、大體為水平的直導軌，其特征為-去掉弧形結晶器和圓弧形導軌的與結晶器相連的部分，-在連續(xù)鑄造設備的某個地方安裝一直的結晶器，它離開圓弧形導軌的曲率中心的距離小于原來的圓弧形導軌的半徑。
-具有過渡曲線的彎曲區(qū)安裝成與直的結晶器對齊，鑄坯從該結晶器出來，該鑄坯有一小于圓弧形導軌的半徑的第一半徑，-跟在彎曲區(qū)后面至少安裝一矯直區(qū)，具有第二半徑的鑄坯從該區(qū)出來，該第二半徑小于第一半徑并且最好對應于原先存在的圓弧形導軌的留在鑄造設備中的部分的半徑并且對齊地也就是說沿切線方向過渡至此圓弧形導軌。
合理的是，在彎曲區(qū)與第一矯直區(qū)之間安裝一圓弧形導軌。
按照一優(yōu)選的變體，在結晶器與彎曲區(qū)之間安裝一與結晶器對齊地布置的直導軌。
為了做到使鑄坯沒有太強烈的彎曲，有利的是，在連續(xù)鑄造設備的某個水平面處安裝一直的結晶器，它與弧形結晶器的水平面只有少許偏差，最好略位于此水平面的上方，其中，與弧形結晶器的水平面的偏差取決于車間高度、所安裝的起重機設備等。作為“小的高度偏差”通常指的是在任何情況下都可以避免改造車間結構的高度偏差，高度偏差在普通設計的澆注車間中通常為1/2米至最大的一米。
對于圓弧形導軌的大半徑，如果在第一矯直區(qū)后面安裝另一具有布置在后面的圓弧形導軌的矯直區(qū)，則證明是合理的。
按照另一變體，如果在第一彎曲區(qū)和布置在后面的矯直區(qū)的后面安裝至少另一彎曲區(qū)和布置在后面的矯直區(qū)，大于圓弧形導軌的大半徑是合理的。
下面根據(jù)一在圖中示出的實施例較詳細地說明本發(fā)明，其中，該圖示出一具有直的結晶器和弧形結晶器的連續(xù)鑄造設備的示意側視圖。
在圖中，用虛線示出一具有與其相連的鑄坯導軌2的弧形結晶器1，其中，為了簡化圖面，鑄坯導軌2在上部區(qū)(即緊接在圓弧結晶器1下方)只通過示出鑄坯的外側與下側的虛線示出。鑄坯導軌2同普通的一樣，由連接在結晶器上的支承輥與導向輥2′形成，它們在兩側還有外側與下側以及還在內側與上側以緊密的距離支承鑄坯。用虛線示出的鑄坯的下側與外側由此形成所有這些輥子的包絡線。
澆注平臺3位于弧形結晶器1的上緣的高度上?；⌒谓Y晶器1的內腔4也就是連續(xù)的空腔4做成弧形也就是圓弧形，在空腔中流入金屬熔液，該金屬熔液通過未示出的普通的澆注桶流入同樣未示出的但是按傳統(tǒng)方式設計的中間容器，并從它通過一澆注管流入弧形結晶器1。與弧形結晶器1連接的圓弧形導軌2有一半徑Rend。此圓弧形導軌的中心5大致位于弧形結晶器1的下面一半的高度上，由此，位于弧形結晶器1的模內金屬液面6下方的高度H處。
在未完全沿四分之一圓弧延伸的圓弧形導軌2上，連接一矯直區(qū)7，在該區(qū)中，鑄坯用支承輥和彎曲輥矯直。有利的是，矯直區(qū)7有一按照AT-B-331439的過渡曲線，以保證鑄坯的仔細的矯直。接著，在矯直區(qū)7設置一大體水平取向的直導軌9，它同樣有緊密相鄰的支承輥與導向輥。鑄坯沿著此直導軌8被送出，接著被分成單個的連鑄鑄件或直接被軋制。直導軌也可以與水平線有偏差；因此，與水平線成5°±是非?？赡艿摹?br> 在圖中用實線示出一連續(xù)鑄造設備，其中，采用一直的結晶器9，以代替弧形結晶器1。如同由圖所看到的那樣，此直的結晶器9相對于弧形結晶器1沿朝著圓弧形導軌2的中心5的方向按一水平的量HH錯開地布置。
此外，此直的結晶器9還相對于弧形結晶器1按高度用一小的量錯開，也就是說按高度HV抬高。在直的結晶器9上，也就是說在一具有垂直取向并且是直線形空腔10的結晶器上連接一垂直取向的直導軌11，在空腔中澆注金屬熔液。由此可以保證一完美的澆注出的鑄坯的垂直取向的段，該鑄坯保證有效的清潔度，也就是說，與澆注流一起噴入鑄坯液體芯部的雜質與氣泡上升。
接著在垂直的直導軌11處設置一彎曲區(qū)12，它有一過渡曲線，鑄坯沿著過渡曲線被從直線形彎曲成圓弧形。合理的是，此過渡曲線同樣按照AT-B-331439設計。
圓弧形有一半徑Rmin，它小于為弧形結晶器1設置的圓弧形導軌2的半徑Rend，布置在彎曲區(qū)12后面的是一具有半徑Rmin的圓弧形導軌13，它只沿約20°的較小的半徑角延伸。在此圓弧形導軌13上連接一矯直區(qū)14，鑄坯在該區(qū)中略被矯直，也就是說剛好加大至原來為弧形結晶器1設置的圓弧形導軌2所具有的半徑Rend。Rmin根據(jù)要澆注的材料、澆注速度和澆注厚度(鑄坯厚度)來選擇。在選擇Rmin時要注意，在第一次彎曲時，不要使鑄坯外皮受到太大的載荷(不要有太大的伸長變化)。
直的結晶器9朝曲率中心5移得越近，則越容易做到使直的結晶器9(雖然有比較長的直導軌11)保持弧形結晶器9的水平面3，不過要在減小Rmin的情況下，尤其是在希望有一長的垂直的直導軌11時。
按這種方式與方法可以做到，將鑄坯從一直的結晶器9送至一弧形結晶器1的圓弧形導軌2上，而不需要將直的結晶器9大大地抬高。由此可以做到，只要用小的改造(只需要去掉從弧形結晶器1出來并一直延伸至新安裝的矯直區(qū)的14端部的圓弧形導軌2的第一部分)就能利用直的結晶器的所有冶金上的優(yōu)點。中間容器和澆注桶支承塔可以不再使用，必要時以后只略予抬高。由此，澆注車間本身決不會受影響。
由圖可以看出，只需要稍微縮短連接在直的結晶器9上的垂直的直導軌11，而直的結晶器9則正好立在弧形結晶器1所處的水平面上。
對于本發(fā)明，主要的是，從直的結晶器9出來的鑄坯首先按半徑Rmin被彎曲，該半徑小于弧形結晶器1的圓弧形導軌2的半徑Rend，并且只在此以后才按半徑Rend被彎曲。直的鑄坯的按半徑Rend的彎曲也可按若干個步驟進行，例如通過依次布置若干個矯直區(qū)14，但是也可以通過在一第一彎曲區(qū)12中的彎曲進行，該彎曲區(qū)將直的鑄坯按一比圓弧形導軌的半徑Rend小的半徑Rmin彎曲，當鑄坯離開第一彎曲區(qū)時，接著按比鑄坯所具有的Rmin略大的半徑被矯直，其中，這些過程也可多次重復，一直到達到弧形結晶器的圓弧形導軌的半徑Rend為止。這些具有多次矯直或多次彎曲一矯直的變體在這樣的情況下使用時是有益的，即當希望直的結晶器9正好位于被拆卸的弧形結晶器1的水平面3上時。
權利要求
1．用于連續(xù)鑄造金屬坯特別是鋼坯的方法，在該制造方法中，在一垂直取向的直的結晶器(9)中鑄造金屬，接著拉出在結晶器(9)中形成的直鑄坯，其中，直的鑄坯首先在一彎曲區(qū)沿一過渡曲線彎曲成一具有一半徑(Rend)的圓弧形，沿一具有一半徑(Rend)的圓弧形導軌(2)被導向，接著在一最終矯直區(qū)(7)沿一過渡曲線被矯直，然后通過一大致水平的直導軌(8)運出，其特征為，鑄坯在至少一個彎曲區(qū)(12)中沿一過渡曲線彎曲成一具有第一半徑(Rmin)的圓弧形，并在至少一個布置在后面的矯直區(qū)(14)中沿一過渡曲線彎曲成一圓弧形，后一圓弧形的半徑(Rend)大于鑄坯在第一彎曲區(qū)之后所具有的半徑(Rmin)，其中，較大的半徑(Rend)最好相當于在最終矯直區(qū)(7)前面的圓弧形導軌(2)的半徑。
2．如權利要求1的方法，其特征為，具有第一半徑(Rmin)的鑄坯在第一彎曲區(qū)(12)和布置在后面的第一矯直區(qū)(7)之間沿一具有此第一半徑(Rmin)的圓弧形導軌(13)之間被引導。
3．如權利要求1或2的方法，其特征為，從結晶器(9)出來的直鑄坯在結晶器(9)與第一彎曲區(qū)(12)之間沿一垂直的直導軌(11)被引導。
4．如權利要求1至3的一項或更多的方法，其特征為，鑄坯在彎曲后在布置在彎曲區(qū)(12)后面的第一矯直區(qū)(14)中在至少另一個布置在后面的矯直區(qū)中彎曲成具有較大半徑的圓弧形，該圓弧形的半徑大于鑄坯在布置在后面的矯直區(qū)之前所具有的半徑(Rmin)。
5．如權利要求1至4的一項或更多的方法，其特征為，在在第一彎曲區(qū)和布置在后面的矯直區(qū)(11,14)中變形以后，在另一彎曲區(qū)和布置在后面的矯直區(qū)中對鑄坯進行至少另一次變形。
6．用于實施如權利要求1至5的一項或更多的方法的連續(xù)鑄造設備，它具有一直的結晶器(9)、一沿鑄坯拉出方向布置在結晶器后面的鑄坯導軌，該導軌有一彎曲區(qū)(12)、一圓弧形導軌(2)和一最終的矯直區(qū)(7)，矯直區(qū)具有相連的大致為水平的直導軌(8)，其特征為，至少在一彎曲區(qū)(12)后面布置至少一個具有鄰接的圓弧形導軌(2)的矯直區(qū)(14)。
7．如權利要求6的連續(xù)鑄造設備，其特征為，在第一彎曲區(qū)(12)和第一矯直區(qū)(14)之間設置一圓弧形導軌(13)。
8．如權利要求6或7的連續(xù)鑄造設備，其特征為，在結晶器(9)與第一彎曲區(qū)(12)之間設置一用于鑄坯的垂直的直導軌(11)。
9．如權利要求6至8的一項或更多的連續(xù)鑄造設備，其特征為，在第一彎曲區(qū)和布置在后面的矯直區(qū)(12,14)后面，至少設置一具有布置在后面的矯直區(qū)的另一彎曲區(qū)。
10．如權利要求6至9的一項或更多的連續(xù)鑄造設備，其特征為，鑄坯的由彎曲區(qū)(12)和矯直區(qū)(7,14)產(chǎn)生的伸長進程在兩個過渡區(qū)的至少一個中大致有一傾斜地扭曲的、具有拐點切線的“S”形，其中，在該區(qū)，在直角座標系統(tǒng)的X軸上畫出的伸長曲線的起點與終點的斜率為零，座標系統(tǒng)的原點各自位于過渡曲線的起點，其X軸為過渡曲線的一條切線。
11．如權利要求10的連續(xù)鑄造設備，其特征為，拐點切線的最大斜率在彎曲時相當于最大允許的伸長變化0.0025％/mm，在矯直時相當于0.0030％/mm。
12．如權利要求10或11的連續(xù)鑄造設備，其特征為，過渡曲線遵循曲率變化(y)的微分方程 φ′(xj)為伸長變化的函數(shù)，它有一經(jīng)過彎曲區(qū)和矯直區(qū)(12、14、7)延伸，首先從零上升，然后到達伸長變化的最大值，然后重新降至零的進程，RE等于彎曲區(qū)的終點或矯直區(qū)(12、14、7)的起點的圓弧半徑，XE為彎曲區(qū)(12)的垂直投影或矯直區(qū)(14、7)的水平投影，xj為座標系統(tǒng)上的位置座標。
13．一種用于將一連續(xù)鑄造設備改造成一具有一直的、垂直取向的結晶器(9)的連續(xù)鑄造設備的方法，前一連續(xù)鑄造設備具有一弧形結晶器(1)、一與結晶器相連的圓弧形導軌(2)和一最終的矯直區(qū)(7)，該矯直區(qū)有布置在后面的、大體為水平的直導軌(8)，其特征為-去掉弧形結晶器(1)和圓弧形導軌(2)的與結晶器相連的部分(15)，-在連續(xù)鑄造設備的某個地方安裝一直的結晶器(9)，它離開圓弧形導軌(2)的曲率中心(5)的距離小于原來的圓弧形導軌(2)的半徑(Rend)，-具有過渡曲線的彎曲區(qū)(12)安裝成與直的結晶器(9)對齊，鑄坯從該結晶器出來，該鑄坯有一小于圓弧形導軌(2)的半徑(Rend)的第一直徑(Rmin)，-跟在彎曲區(qū)(12)后面至少安裝一矯直區(qū)(14)，具有第二半徑(Rend)的鑄坯從該區(qū)出來，該第二半徑小于第一半徑(Rmin)并且最好對應于原先存在的圓弧形導軌(2)的留在鑄造設備中的部分的半徑(Rend)并且對齊地也就是說沿切線方向過渡至此圓弧形導軌(2)。
14．如權利要求13的方法，其特征為，在彎曲區(qū)(12)與第一矯直區(qū)(14)之間安裝一圓弧形導軌(13)。
15．如權利要求13或14的方法，其特征為，在結晶器(9)與彎曲區(qū)(12)之間安裝一與結晶器(9)對齊地布置的直導軌(11)。
16．如權利要求13至15的一項或更多的方法，其特征為，在連續(xù)鑄造設備的某個水平面處安裝一直的結晶器(9)，它與弧形結晶器(1)的水平面(3)只有少許偏差，最好略位于此水平面(3)的上方。
17．如權利要求13至16的一項或更多的方法，其特征為，在第一矯直區(qū)(14)的后面安裝另一具有布置在后面的圓弧形導軌的矯直區(qū)。
18．如權利要求11至17的一項或更多的方法，其特征為，在第一彎曲區(qū)和布置在后面的矯直區(qū)(12、14)的后面安裝至少另一彎曲區(qū)和布置在后面的矯直區(qū)。
全文摘要
為了從一具有一弧形結晶器(1)的連續(xù)鑄造設備出發(fā),提供一具有直的結晶器(9)的設備,并且其中,能夠盡可能多地繼續(xù)采用具有弧形結晶器(1)的連續(xù)鑄造設備的各個部分,將采取如下措施:從直的結晶器(9)出來的直鑄坯在至少一個彎曲區(qū)(12)中沿一過渡曲線被彎曲成具有第一半徑(R
文檔編號B22D11/128GK1325330SQ99812960
公開日2001年12月5日 申請日期1999年11月3日 優(yōu)先權日1998年11月6日
發(fā)明者海因茨·赫德爾, 邁克爾·斯迪弗丁格, 安德列斯·愛新格爾, 庫爾特·恩格爾, 讓－弗朗西斯·馬里奧東, 杰拉德·佐里塔, 文森特·古約特, 凱瑟琳·羅珀斯 申請人:奧地利鋼鐵聯(lián)合企業(yè)阿爾帕工業(yè)設備制造公司, 索拉克－福斯公司