CN1974061A - 用于连续铸造金属的结晶器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于连续铸造金属的结晶器，包括一模腔(2)，该模腔具有一注入口(3)、一排出口(4)和一铸造锥体(6)。设有至少一个向铸造方向(G)延伸的凹形的隆起(7)，该隆起在一预定的铸造液面位置(5)以下一定间距(A)处开始并且一直延伸到排出口(4)。

Description

用于连续铸造金属的结晶器

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的用于连续铸造金属的结晶器。

背景技术

在现有技术中已反复描述了铜或铜合金的管形结晶器，用以铸造钢或其他高熔点的金属的型材。管式结晶器通常在一水平的横截面内具有均匀的壁厚，该壁厚向连铸方向根据管式结晶器的内部斜度增加。斜度沿结晶器的全长可以是相同的。但也可以采用沿长度变化的斜度，特别是斜度可以在注入口的区域内是较大的且向铸造方向减小，以便在冷却时可以特别好地顺应连铸坯的收缩并因此确保良好的散热。

基本上用于优化斜度的各项措施的主要目的是，通过内部形状适应于连铸坯外壳的收缩来改善向铸造方向的散热。现在采用的结晶器的大多数关于斜度向一确定的工作点优化，其中该工作点取决于多个参数，例如铸造速度、钢组分和冷却条件。如果发生对预定的工作点的偏离，则选择的几何形状可能导致对铸造过程和连铸坯质量的缺陷，因为随着金属熔液在浇注液面中开始的凝固，在连铸坯上形成所谓连铸坯外壳。在不正确的管式结晶器的结晶器几何形状的情况下，连铸坯外壳可能松开和扭曲或在相反的情况下，亦即在过小的收缩的情况下导致在管式结晶器上高的摩擦。这可能造成连铸坯的急颤(Ruckeln)、连铸坯裂纹或甚至断裂。管式结晶器与连铸坯外壳之间的空隙还引起不均匀的散热，连铸坯外壳重新熔化导致在连铸坯中包括外部的和内部的裂纹的后果。因此存在反复的费心，必须将斜度精确地调准到一确定的应用情况，以便借此达到最好的铸造速度。

为此，在EP 0 958 871 Al中建议，斜度至少在铸造锥体的一部分长度中沿一周边线这样变化，即周边线在各角部之间的每一部分构成一光滑的曲线并且其中斜度向铸造方向减小。虽然这样的模腔的构造对于一确定的参数组形成理论上最好的几何形状，但在实际中仍发生参数变化，例如由于温度控制或由于改变的钢组分引起的，它们使得不可能持久地精确保持预定的结晶器的工作点。

发明内容

由此出发本发明的目的在于，提供一种用于连续铸造金属的结晶器，其中即使产生对工作点的偏离和金属的收缩情况在结晶器内变化，也可以在要求的连铸坯质量下高铸造速度地运行。

该目的由具有权利要求1的特征的结晶器来达到。

在本发明的结晶器中重要的是，设有至少一个向铸造方向延伸的凹形的隆起，其在一预定的铸造液面位置以下一定间距处开始并且一直延伸到排出口。优选设置多个凹形的隆起，从而在结晶器下面的高度部分内可以说沿全周边或只沿部分周边区域产生一波状的成型，而不同于在正常情况下直的侧表面。所述至少一个凹形的隆起允许，凝固的金属的连铸坯外壳在偏离工作点时，亦即在改变的收缩时，或多或少地进入为其设置的隆起中。但同时随时可靠地引导连铸坯外壳，从而可以例如避免连铸坯外壳的扭曲或长菱形性。对于导致提高的收缩的各铸造参数，该建议的结晶器几何形状能够优选在较高的表面上、亦即沿凹形的隆起的各边缘，引导连铸坯外壳。在相反的情况下，亦即如果连铸坯外壳的收缩过小，则其更多一些进入凹形的隆起中。虽然进入，但在连铸坯外壳与模具空心体之间的摩擦仍大大小于在具有基本上直的周边轮廓的横截面形状情况下的摩擦。

虽然在按照本发明构成的结晶器中要忍受，连铸坯从预定的铸造液面位置直到排出口的接触不是绝对全面的和由于由此引起的微小的不良的冷却而不可能完全以最大的铸造速度运行，不过决定性地改进了操作可靠性，而不发生可觉察到的质量损失。此外模腔表面的绝大部分直接接触熔液或正在凝固的连铸坯外壳，因为各隆起并不沿模腔全长延伸，而只在预定的铸造液面位置以下一定间距处开始。这意味着，在隆起以上的区域基本上是光滑的，亦即特别没有这样的隆起，像它们只在结晶器的下面的高度区域内设置的那样。除此之外当然是注入漏斗，其例如在凸面管的情况下大致在铸造液面的高度开始并且约延伸到模腔的一半长度。

本发明的构思的有利的实施形式是诸从属权利要求的内容。

所述至少一个凹形的隆起在一起始区域内开始，该起始区域从注入口起测量在30％至70％、优选40％至60％的模腔长度上延伸。特别是所述至少一个隆起在模腔的一半长度上开始。不一定必须使全部的隆起都在精确的同一高度位置开始。完全可设想，各隆起在不同的高度位置开始。重要的是，各隆起在一区域内开始，在该区域内已形成一足够厚的连铸坯外壳，该连铸坯外壳已经具有一定的形状稳定性。因此在预定的铸造液面位置与所述至少一个凹形的隆起之间的间距必须确定成足够大的。优选该间距大于模腔长度的10％，特别大于20％。模腔的每一表面设置至少一个凹形的隆起是有利的。

认为特别有利的是，斜度在所述至少一个凹形的隆起的最深点比在凹形的隆起的边缘上更快地减小。特别地，在凹形的隆起的最深点处的斜度可以一直减小到每米0％，而在隆起的各边缘上的斜度一直减到每米0.6％至每米1.5％的范围内。换言之，隆起的深度向铸造方向增加。

在设计本发明的结晶器时关于斜度同样必须设定一确定的理论工作点，其中由此产生的斜度在隆起的区域内的变化既不只由隆起的各边缘又不由隆起的最深点确定。更确切地说，各邻接的隆起构成一波状外形，其中假想的波状外形的中线形成对于结晶器关于斜度方面的设计为决定性的优化线。当达到结晶器的工作点时，意味着，连铸坯外壳的一部分移进各隆起中，而另一部分支承在波状外形的各边缘或波峰上。在收缩偏离时，亦即偏离于优化线时，仍然通过凹形的隆起在结晶器内引导连铸坯外壳。这只导致摩擦的增大或减小，不过没有连铸坯急颤或连铸坯裂纹的危险。

设定，斜度在各隆起的各边缘上，亦即在各波峰上一直减到每米0.9％至每米1.1％的范围内。如果斜度例如拟从在铸造锥体的起始区域上的每米2.5％减到每米0.5％并且斜度在各隆起的各边缘上处于1％而在凹形的隆起的最深点处于0％，则由此导致波状外形的中线大致符合要求的每米0.5％的斜度。

从隆起的边缘到最深点测量的凹形的隆起的最大深度在0.3mm至1mm的范围内并且优选为约0.5mm。由于斜度在凹形的隆起的最深点沿铸造方向较快地减小，深度向铸造方向增加，此时在排出口达到最大的深度。

为了避免在连铸坯内的材料应力和为了达到模腔的均匀的磨损外貌，被认为有利的是，将各凹形的隆起在一横截面为矩形的、多边形的或圆柱形的模腔中设置成对称的。在一横截面为圆柱形的模腔中优选沿直径方向设置各隆起。在圆柱形模腔中凹形的隆起的数目也可以是奇数的。在这种情况下力求均匀的分布，亦即各隆起沿圆周旋转对称的分布，其中两相互邻接的凹槽之间的圆弧在360°/n上延伸，其中n为隆起的数目。在一横截面为矩形或多边形的模腔中与此相应地在优选的实施形式中在每一结晶器侧面中设置凹形的隆起。

斜度曲线中的突变或拐点可以这样来避免，即模具空心体的向铸造方向与位置有关的斜度为一条通过一连续的函数可描述的曲线。这特别意味着，凹形的隆起不是跃进式开始，而是具有平缓的尽可能成圆形的过渡，该过渡可以由一连续的曲线来描述。或者该外形也可以由一适当的和足够大数量的直线部分来描述。在圆周方向，亦即横向于铸造方向，凹形的隆起的外形也应该是一条由一在理想情况下连续的函数可描述的曲线。或者该外形可由各直线和/或各圆弧部分组成。通过成圆形的和尽可能柔和的过渡可以降低连铸坯外壳与模腔之间的摩擦。

本发明的结晶器为了成型可以无切屑地成型。当然为了构成所述至少一个凹形的隆起，切削加工也是可能的。被认为特别有利的是，所述至少一个凹形的隆起的外形至少部分地通过沉积方法制造。沉积方法在本发明的意义上优选是电解的沉积方法，其中将金属例如铬、铜和镍或它们的合金沉积在模腔的内表面上。可以通过适当的电极升降装置或电极几何形状达到要求的凹形的隆起的外形，从而导致不同大小的涂层厚度。基本上可以足够的是，只通过沉积方法产生要求的凹形的隆起的几何形状。但如果要求深度大的凹形的隆起，则合乎目的的可以是，将无切屑的或切削的成型与沉积方法相组合，从而所述至少一个凹形的隆起的外形至少部分地通过沉积方法制造。基本上模腔的涂层是值得推荐的，以便提高耐磨强度并从而提高结晶器的寿命。由于这个原因也合乎目的的是，在各凹形的隆起的各边缘上设置比在凹形的隆起的最深点中较厚的涂层，因为在最深点中比在暴露的隆起边缘上可以预期较小的磨损。

所述至少一个凹形的隆起的外形可以至少部分地，亦即在必要时与另一加工方法相组合，通过一分离方法制造，例如通过腐蚀法、侵蚀、激光剥蚀(Laserabtragen)或通过电化学的方法。

附图说明

以下借助在示意的附图中示出的一个实施例更详细地说明本发明。其中：

图1  结晶器的侧壁的纵剖面图；

图2  图1的两不同的横截面I和II的部分放大视图；

图3  图1的结晶器板的侧壁沿其长度设置的斜度；

图4  管式结晶器向结晶器出口的视向的透视图；

图5  图4的结晶器的侧壁沿其长度设置的斜度；

图6  在第一实施形式中包括两个凹形的隆起的结晶器板的部分区域；以及

图7  在第二实施形式中包括两个凹形的隆起的结晶器板的部分区域。

具体实施方式

图1以纵剖面图示出用以连续铸造金属的结晶器1的壁。该视图纯粹是示意的，不是成比例的并且只用于说明本发明的构思。

结晶器1关于其中心纵轴线MLA构成对称的。结晶器1由铜或铜合金构成并且从外面以未更详细示出的方式冷却，从而输入到结晶器1中的金属熔液从外部向内部凝固并形成一连铸坯外壳。为此所示的结晶器1具有一特别连续的模腔2，其中其斜度K按金属熔液的收缩性能调准。模腔2具有一注入口3和一排出口4。铸造方向由箭头G标记。在连续铸造过程中将金属熔液保持在一预定的铸造液面位置5以内。铸造液面位置5由于操作引起在围绕预定的铸造液面位置5亦即额定位置的一定限度内的变化。使结晶器1从外面冷却，因此在铸造液面位置5以下引起金属熔液的凝固，形成连铸坯外壳，其在继续延伸中收缩。用6标记的铸造锥体在一定范围内补偿熔液或连铸坯外壳的体积减小。铸造锥体6的斜度K沿结晶器1的纵向方向变化。斜度K开始为每米约2.5％并向铸造方向一直减小到每米约0.5％。

本发明的结晶器1在该实施例中分成两个不同的高度区域。上面的高度区域H1从注入口3一直延伸到结晶器1的长度L的一半处。重要的是，下面的高度区域H2在预定的铸造液面位置5以下一定间距处开始，因为下面的高度区域H2具有很特别的构形以便补偿不同程度的收缩。该构形只在下面的高度区域H2内开始，在那里已形成足够牢固的连铸坯外壳。在本发明的结晶器1中设置多个向铸造方向G延伸的凹形的隆起7，所述隆起一直延伸到排出口4。隆起7的深度T向铸造方向G增加。各隆起7并不跃进式开始，而具有逐渐地向铸造方向G增加的深度T。向上面的高度区域H1的流畅的过渡这样产生，即隆起7向铸造方向G在隆起7的最深点9中比在其各边缘8上具有更大地减小的斜度K2。以下借助图2说明各个细节。

图2用双点划线表示在图1中所示的横截面I的区域内铸造锥体6的表面外形。第二实线表示在排出口4上表面外形的变化。应该指出，为了说明起见，曲线变化是大大夸张的并因此也不与图1的尺寸一致。可看出，横截面II中的幅度大于横截面I中的幅度。这意味着，隆起的深度T向铸造方向增加。在横截面I中深度T1只约为在横截面II中的深度的一半大小，在那里深度T2在最深点9与面向模腔2的边缘8之间测量。同时可看出，斜度K在隆起7的最深点9处比在各边缘8之间更大地减小，因为在该视图中各最深点9比各边缘8具有相互之间较小的间距。

结晶器1设计成使构成的波状外形10的中位MI或MII符合关于斜度决定性的优化线。在这种情况下相应的中线M1、M2由隆起7的各最深点9和各边缘8的与结晶器纵向方向有关的位置构成。图3说明该事实情况。可看出，斜度K在注入口3附近为每米2.5％是较大的并且连续向铸造方向G减小。隆起7大致在结晶器的中间L/2处开始，其中总斜度K由斜度K1和斜度K2构成。斜度K1分别在隆起7的各边缘8上测量并用点划线表示。斜度K2在隆起7的各最深点测量并用虚线表示。各边缘8上的斜度K1只缓慢地减小并以数量级每米1％移动。相反，在隆起7的最深点9上的斜度K2更快地减小并且在结晶器1的排出口4上甚至为每米0％。斜度K1、K2的叠加导致总斜度K处于每米约0.5％的数量级。

通过在结晶器1的下面的高度区域H2中附加的各隆起7有可能在一定限度内补偿由于不同的铸造温度、合金组分或由于不同的铸造液面位置引起的参数变化。由此避免连铸坯的夹紧，这导致连铸坯急颤、连铸坯裂纹或甚至于连铸坯断裂。

图4示出结晶器11的透视图，其中为了几何形状的描述以下采用图1和2中已引用的标记。结晶器11的模腔2向铸造方向G基本上分成两部分。面向注入口3的上面的高度区域构成光滑的，其中在大致结晶器11的一半长度上连接一下面的高度区域，其具有多个凹形的隆起。各一个凹形的隆起7设置在每一结晶器侧面12的中间。此外在两相互对接的结晶器侧面12之间的各角部区域13也设有隆起7。全部的隆起7横向于铸造方向观察构成圆形的，其中涉及各曲线部分的相互连接。在图4的结晶器11中再次重要的是，各凹形的隆起7在预定的铸造液面位置以下一确定的间距处开始并且一直延伸到排出口4。各隆起7的几何形状选择成使关于斜度产生一优化线，其既不由隆起7的最深点9又不由其边缘8确定，而由全部的斜度的叠加产生。

类似于图3，图5示出图4的实施例的斜度变化。可看出，斜度K3在注入口的区域内首先是不变的并紧接着向铸造方向连续减小。斜度K3首先相当大地减小，此时曲线图K3向排出口4的方向展平。在下面的高度区域内，亦即各凹形的隆起7在各个结晶器侧面12中约从L/2处开始。在这方面K4表示在隆起7的最深点9测量的斜度。K5表示在隆起7的各边缘8上测量的斜度。在隆起7的最深点的斜度K4在L/2处减到0，而在隆起7的各边缘8上的斜度约为1。中间的斜度K3位于斜度K4与K5之间。

图6和7示出结晶器侧面12的一部分，其中分别制出不同的构形的隆起7a、7b。隆起7a、7b的长度关于所示的结晶器侧面12在这方面是不重要的，因为只应说明隆起7a、7b的几何形状。

隆起7a、7b的深度T和宽度B向铸造方向G连续地增加，不过可看出，隆起7a的半径R1沿全长是不变的。该几何形状由一相对于结晶器侧面12轻微倾斜的圆柱体与结晶器侧面12贯截产生。为了保持一横向于铸造方向G成圆形的几何形状，使向隆起7a的各边缘8的过渡是成圆形的。

图7的实施形式与上述实施形式的区别在于，各隆起的半径向铸造方向增大。可看出，在隆起7b的窄端上的半径R2小于在隆起7b的宽端上的半径R3。该几何形状由一圆锥体与结晶器板12贯截产生，此时圆锥体的垂直轴线平行于模腔的表面延伸。当然也还可以使该圆锥体附加地倾斜，以便改变隆起7b的深度变化和宽度变化。在该实施例中隆起7b的各边缘8也构成圆形的，从而在排出边可以说产生一波状的外形。

              附图标记清单

1   结晶器               H2  下面的高度区域

2   模腔                 L   结晶器的长度

3   注入口               A   5与H2之间的间距

4   排出口               B   7a的宽度

5   铸造液面位置         T   深度

6   铸造锥体             T1  深度

7   隆起                 T2  深度

7a  隆起                 R1  7a的半径

7b  隆起                 R2  7b的半径

8   7的边缘              R3  7b的半径

9   7的最深点            MI  10在I处的中位

10  波状外形             MII 10在II处的中位

11  结晶器               K   斜度

12  结晶器侧面           K1  斜度

13  角部区域             K2  斜度

MLA 1的中心纵轴线        K3  斜度

G   铸造方向             K4  斜度

H1  上面的高度区域

Claims (17)

1.用于连续铸造金属的结晶器，其包括一模腔(2)，其中模腔(2)具有一注入口(3)、一排出口(4)和一铸造锥体(6)；其特征在于，设有至少一个向铸造方向(G)延伸的凹形的隆起(7、7a、7b)，所述隆起在一预定的铸造液面位置(5)以下一定间距(A)处开始并且一直延伸到排出口(4)。

2.按照权利要求1所述的结晶器，其特征在于，所述至少一个凹形的隆起(7)的起点位于一初始区域内，其中初始区域从注入口(3)起测量在30％至70％的模腔长度(L)上延伸。

3.按照权利要求2所述的结晶器，其特征在于，所述至少一个凹形的隆起(7)在模腔(2)的长度(L)的一半处开始。

4.按照权利要求1至3之一项所述的结晶器，其特征在于，在预定的铸造液面位置(5)与所述至少一个凹形的隆起(7)之间的间距(A)大于模腔(2)的长度的10％、特别是大于20％。

5.按照权利要求1至4之一项所述的结晶器，其特征在于，斜度(K、K3)在所述至少一个凹形的隆起(7)的最深点(9)上比在所述至少一个凹形的隆起(7)的边缘(8)上更快地减小。

6.按照权利要求1至5之一项所述的结晶器，其特征在于，在所述至少一个凹形的隆起(7)的最深点(9)上的斜度(K2)一直减小到最大每米0％。

7.按照权利要求1至6之一项所述的结晶器，其特征在于，在隆起(7)的各边缘(8)上的斜度(K)一直减小到每米0.6％至每米1.5％的范围内。

8.按照权利要求1至7之一项所述的结晶器，其特征在于，各邻接的隆起(7)构成一波状外形(10)，其中波状外形的假想的中线(MI、MII)形成对于结晶器关于斜度(K)方面的设计为决定性的优化线。

9.按照权利要求1至8之一项所述的结晶器，其特征在于，凹形的隆起(7)在横截面为矩形的、多边形的或圆柱形的模腔(2)中设置成对称的。

10.按照权利要求9所述的结晶器，其特征在于，在横截面为圆柱形的模腔(2)中沿直径方向设置各凹形的隆起(7)。

11.按照权利要求1至9之一项所述的结晶器，其特征在于，在横截面为矩形或多边形的模腔(2)的每一结晶器侧面(12)中设置至少一个凹形的隆起(7)。

12.按照权利要求1至11之一项所述的结晶器，其特征在于，模腔(2)的向铸造方向(G)与位置有关的斜度(K)为一条可由一连续的函数描述的曲线。

13.按照权利要求1至11之一项所述的结晶器，其特征在于，模腔(2)的向铸造方向(G)与位置有关的斜度(K)通过各曲线部分和/或各直线部分的相互连接进行确定。

14.按照权利要求1至13之一项所述的结晶器，其特征在于，所述至少一个凹形的隆起(7)的横向于铸造方向(G)的外形是一条可由一连续的函数描述的曲线。

15.按照权利要求1至13之一项所述的结晶器，其特征在于，所述至少一个凹形的隆起(7)的横向于铸造方向(G)的外形通过各曲线部分和/或各直线部分的相互连接进行确定。

16.按照权利要求1至15之一项所述的结晶器，其特征在于，所述至少一个凹形的隆起的外形至少部分地通过沉积方法制造。

17.按照权利要求1至15之一项所述的结晶器，其特征在于，至少一个凹形的隆起的外形至少部分地通过剥蚀方法制造。

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