專利名稱：金屬特別是方鋼坯的連續鑄造法的制作方法
技術領域：
本發明涉及金屬的連續鑄造法，特別是具有多邊形或大致圓形斷面的鋼坯的連續鑄造法。
自從產生用擠壓模型進行連續鑄造的方法以來，本須域的技術人員一直忙于解決熔池面以下鋼材表層和鑄型壁之間產生氣隙的問題。這種氣隙極大地降低鑄型和鋼材表層之間的熱傳導，并使鋼材表層冷卻不均勻，從而使鋼材產生多種缺陷，如形成菱形，產生裂紋，以及微觀結構缺陷等。為了在鑄型的全長的各個側壁上鋼材表層與型壁都有最優的接觸，以獲得最好的散熱條件，曾經提出過許多建議，例如采用步進梁，對氣隙擠入冷卻劑，對型腔做出變化的錐度，等等。
在美國專利4，207，941號中，其鑄型用于連續鑄造具有多邊形斷面，特別是正方形斷面的鋼材。兩端開通的鑄型型腔在其入口端為帶圓角的正方形斷面，在鋼材出口端則為不規則的12邊形斷面。在轉角部分，鑄造錐體沿鋼材行進方向尺寸持續增大地向著圓角靠近。在鑄型的一個部分長度上，靠近圓角的鑄造錐體大約為在鑄型壁的中央部分的兩倍大。當用這種鑄型進行鑄造時，鋼材在型中可能變成楔形，使鋼材斷開或裂開。而且，鑄出的鋼材可能不是正方形斷面，而是12邊形斷面。特別是難于定出用于不同鑄造速度的這種鑄型的尺寸，而不同鑄造速度在多次更換綱水包進行長周期鑄造工序時是不可避免的。
因此，本發明的目的在于克服上述缺點。特別是，根據本發明的方法，可以改善鋼材表層的冷卻狀況，可以提高鋼材的質量和增加鑄品產量。此外，該新的鑄造方法還意圖優化實際操作中的步驟，如開始鑄造，更換鑄管，更換中間容器，更換鋼水包，鑄造終止，停機，等等，從而額外地提高鋼材的質量和鑄型的工作壽命。
上述目的依靠本發明的方法可以達到。該方法的技術方案是一種用于連續鑄造金屬，特別是多邊形或基本圓形斷面鋼坯的方法，其特征在于，將鋼水澆注入鑄型，鑄型的入口具有帶有在鑄型空腔的周邊上分布的凸起的部分，在鑄型中形成的鋼材的凸起表層沿著鑄型的至少一部分長度內側變形，凸起的變形程度取決于鑄型的部分長度內的相應熔池高度作為鑄造參數的一個函數的調整。
在方形鋼坯的情況下，采用本發明的方法可以對其施加在周邊各部分都均勻的冷卻效應，而且冷卻強度可以在一定范圍內測出。因此鋼材表層的結晶可受到控制，鑄品產量和鋼材質量可以提高。不希望出現的12邊形斷面，表面缺陷和微觀結構缺陷可以避免。由于鑄造操作中鑄型內鋼材表層在長度上連續受到變形，本發明的方法即使在鑄造參數變化的情況下也可改善冷卻的均勻性。即使鑄造參數變化顯著，鋼材上的缺陷和鋼材折斷和裂開的危險也可顯著降低。還有，鑄型的使用壽命可以延長。
凸起的總變形尺寸取決于凸起的曲率高度，凸起的錐度所形成的角度，以及在鑄型部分長度內的熔池高度。一般來說，變形與部分長度內熔池面的部分高度成正比。凸起的錐度也可以不是常數，而選定為漸增的或漸減的，等等。在鑄造進行時凸起的變形程度通常按毫米調整。
如果摩擦力是從鋼材和連續鑄造設備的鑄型之間測得，根據本發明的一個實施例，凸起變形程度可以決定成，對于現有鑄造參數最優的摩擦力水平能夠保持。如果不測量鋼材和鑄型之間的摩擦力，也可以測量驅動裝置的拉力，用它作為一個參數。
凸起變形程度的決定也可以通過連續測量鑄造參數，或通過數學模型的計算，該數學模型考慮了鋼水分析，過熱和澆注溫度，選定的鑄造速度，潤滑劑類型和/或鑄型中的熱流。
當裝置靜止時，如果(例如)熔池高度固定在鑄型部分高度的下端點或其以下，可以得到零的變形度。
在鑄型斷面大致為圓形的情況下，可以想象得到相對的兩凸起包括了鋼材周邊的大約90%。根據本發明的一個實施例，在大致圓形斷面的情況下，如果在圓周上均勻分布三個凸起進行變形是特別有利的。在斷面為方形，矩形，六角形，等等的情況下，在限定斷面形狀的各邊上都設有可變形的凸起。
由于鋼材表層在通過現有技術的鑄型時形成，鋼材的斷面由于其外層收縮而有少量減小，但并不發生所希望的變形。由于凸起在熔池平面和部分高度下端點之間產生變形，鋼形斷面取得額外的減小，其范圍為4%至15%，最好是6%至10%。
在現有技術的鑄型中，鋼材表層不受控制地去除一直使鋼坯的伸長看來不能實現。現在凸起的受控的變形，相關地連同熔池面的參照高度的大范圍調節，第一次使之變為可以實現，根據本發明又一實施例，使在鑄型中形成并進行冷卻的鋼材在經過一個初始冷卻區(例如500毫米至1000毫米之間)時作為鑄造參數的一個函數。鋼材表層的凸起的變形在這種情況下被調整為在鑄型長度的0至40%之間的長度部分內進行。
以下結合附圖對本發明的實施例進行說明。附圖中
圖1 表示一個管狀鑄型沿圖2中的Ⅰ-Ⅰ線的縱向剖視圖;
圖2 表示圖1鑄型的正視圖;而圖3 表示通過鑄型壁的垂直剖視圖。
圖1和2表示一個用于連續鑄造多邊形(在本例中為正方形)斷面鋼材的鑄型。圖中箭頭4指向鑄型的入口側，而箭頭5指向鑄型的出口側。鑄型空腔6在入口處和出口處有不同的幾何形狀。從圖2可以看出，鑄型空腔6在入口處4以轉角8至8″′之間的凸起9的形式將斷面擴大。代表凸起程度的曲率高度10在鑄型空腔6部分長度12上沿鋼材11移動方向持續減小。平面14和15處的鑄型空腔斷面限定了一個帶有圓角的正方形斷面的鑄型部分13′如現有技術所知。
輪廓線17表示平面14處的鑄型空腔斷面，而輪廓線18表示平面15處的鑄型空腔斷面。鑄型空腔6斷面在鑄型出口側在各個角8之間用直線連接起來。箭頭2標示鑄型空腔6的輪廓線的一部分。在這個鑄型中，4個輪廓線部分都有相似的斷面擴大部分7。鑄型空腔6其基本形狀除了正方形之外，六角形，長方形，大致圓形等斷面形狀都可作為其基本形狀。
鑄型空腔6入口側4相對兩邊最大凸起處之間的凈尺寸20比鋼材出口側5相對兩邊之間的凈尺寸21要大5～15%。換句話說，凈尺寸20至少要比部分長度12的終點平面15處的凈尺寸21大8%。
凸起9的曲率高度10沿著鋼材11的移動方向在每個斷面上持續減小。最大曲率高度10沿線24的錐度為8～35%/每米。
在本例中部分長度12為400毫米或鑄型長的大約40%，而鑄型長度尺寸大約為1000毫米。
數字40概略地表示一個電腦，數捃41-45輸入其中，數據41表示鋼水分析，42表示過熱溫度，43表示中間容器的鑄造溫度，44表示鑄型和潤滑劑的參數，而45表示連續測得的鑄型和鋼材之間的摩擦系數。電腦對不同的操作狀態進行計算，如澆注，全負荷澆注，中斷澆注，完成澆注等，熔池高度決定變形程度，然后用開關或滑動控制器47適當調節金屬流進入鑄型和鋼材拉出速度48，以便使鑄型中的熔池液面達到所希望的高度。
圖3 表示如何測定變形程度。凸起32沿其中心線的傾斜內輪廓面30在平面31處終止。在鋼材行進的方向上，凸起在此垂直剖面上以直線形式伸出，但也可以用漸成或S形曲線等限定。
如果熔池高度35為圖示的高度，凸起的變形程度為箭頭36所示的長度。如果熔池高度降至點劃線35′所示的高度，凸起的變形程度就減小到長度37。如果變形程度在停頓時為零，熔池高度就降至部分長度39的下端點38或更低。
根據一種變化形式，本發明的方法的特點在于以下步驟。在澆注一個新的鋼材或隨后的操作中，所使用的鑄型的參數44和鑄造金屬的參數41-43被輸入電腦。電腦從存儲器中檢索出對于不同澆注速度的參數時的優化摩擦系數，這些不同的澆注速度及其相應的熔池高度包括開始澆注，全負荷澆注，減慢澆注和終止澆注時的情況。在澆注中，澆注金屬的過熱和澆注溫度作為對每個測得數據的修正系數輸入電腦。測得的摩擦系數45經常與分配給每個操作的優化摩擦系數相比較。在有偏離的情況下，通過調整部分長度區內熔池的高度而增加或減小凸起的變形程度。在本例中，給于測得的鋼材在鑄型內的摩擦系數較其他鑄造參數更為優先的考慮。當然也可以選取鋼材的拉曳力代替摩擦系數作為導引數據。
本發明這種方法所用的鑄型在歐洲專利申請第92，101，506.1號中有詳細的描述和圖示。因此本發明所公開的方案也是在該申請基礎上的改進。
權利要求
1.一種用于連續鑄造金屬，特別是多邊形或基本圓形斷面鋼坯的方法，其特征在于，將鋼水澆注入鑄型(3)，鑄型(3)的入口具有帶有在鑄型空腔(6)的周邊上分布的凸起(9)的部分(2)，在鑄型(3)中形成的鋼材的凸起表層沿著鑄型(3)的至少一部分長度(12)內側變形，凸起(9)的變形程度(36)取決于鑄型(3)的部分長度(12)內的相應熔池高度(35)作為鑄造參數的一個函數的調整。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，凸起(9)的變形程度(36)的確定以毫米計。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，凸起(9)的變形程度(36)作為鋼水分析和選定的澆注速度的函數來確定。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，凸起(9)的變形程度(36)作為過熱和/或澆注溫度的函數來確定。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，凸起(9)的變形程度(36)按一個與澆注速度有關的數學函數來調整。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，凸起(9)的變形程度(36)作為在鋼材和鑄型之間測得的摩擦系數的函數來確定。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，凸起(9)的變形程度經常適應于一個優化的摩擦系數。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，凸起(9)的變形程度(36)在金屬供給中止和熔池平面調至部分長度(2)的下端點或其以下時降為零。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，分布在周邊上的至少三個凸起(9)產生變形。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，均勻分布在周邊上的至少三個凸起(9)產生變形。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的方法，其特征在于，由于凸輪(9)在熔池平面(35)和部分長度(12)的下端點之間產生變形，鋼材斷面減小4%至15%，最好是6%至8%。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的方法，其特征在于，瞬時的鑄造參數(41-45)，如鋼水分析，中間容器的過熱和鋼水溫度，澆注速度，鋼材斷面，鑄型空間中凸起的錐度和長度，鑄造潤滑劑，摩擦系數，等等，被輸入一個電腦(40)并與相應的參考值相比較，在有偏離的情況下，建立起凸起的參考變形值，對熔池的參考高度的修正值被輸入控制器(61)。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的方法，其特征在于，正在成形的鋼材在鑄型內通過一個500至1000毫米的初次冷卻段作為瞬時鑄造參數(41-45)的一個函數被冷卻。
14.根據權利要求1至13中任一項所述的方法，其特征在于，選定鑄型長度的0至60%的一段部分長度(12)用于使鋼材表層的凸起產生變形。
15.根據權利要求1至14中任一項所述的方法，其特征在于，凸起(9)的變形程度(36)作為鑄型中，最好是其部分長度(12)中的熱流密度的一個函數來確定。
全文摘要
一種用于連續鑄造金屬，特別是多邊形或基本圓形斷面鋼坯的方法。為了改善鑄型內部的冷卻從而提高鋼材質量，并且為了優化各操作步驟的鑄造過程，鋼水注入一個內側斷面上有凸起部分分布于型腔周邊上的鑄型。鋼材在鑄型內形成的凸起表層在鑄型內沿至少一部分長度上產生變形。凸起的變形程度通過調整鑄型內部分長度上相應的熔池平面高度，作為鑄造參數的一個函數來確定。
文檔編號B22D11/04GK1076147SQ93101990
公開日1993年9月15日 申請日期1993年3月5日 優先權日1992年3月5日
發明者F·卡瓦, A·施蒂里, A·勒里格 申請人:瑞士商康凱斯史丹股份公司