專利名稱：連續(xù)鑄錠結(jié)晶器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種澆注具有多邊形橫截面鑄坯的連續(xù)鑄錠結(jié)晶器，它有作為具有多邊形橫截面的結(jié)晶器空腔邊界的側(cè)壁，其中，側(cè)壁有一個(gè)沿澆注方向延伸并具有第一錐度的中央?yún)^(qū)，和有在側(cè)面連接在中央?yún)^(qū)上并具有較第一錐度小的錐度的側(cè)區(qū)。
由EP-A-0 179 364已知此類的一種連續(xù)鑄錠結(jié)晶器。根據(jù)這一文件，沿鑄坯移動(dòng)方向亦即澆注方向連續(xù)鑄錠結(jié)晶器相鄰側(cè)壁之間的棱角減小到一定程度，使棱邊區(qū)內(nèi)由于鑄坯外殼收縮引起的拉應(yīng)力連續(xù)降低或補(bǔ)償。因此應(yīng)能避免鑄坯外殼在角區(qū)與已冷卻的結(jié)晶器壁分離的現(xiàn)象，為的是獲得均勻的外殼生長(zhǎng)，尤其是厚度均勻的鑄坯外殼。然而這是有缺點(diǎn)的，理由如下在傳統(tǒng)的連續(xù)鑄錠結(jié)晶器中，鑄坯的棱邊區(qū)在鑄坯第一個(gè)凝固階段，直接在模內(nèi)金屬液面下面，由于在棱邊區(qū)進(jìn)行的二維熱傳導(dǎo)，已經(jīng)導(dǎo)致特別強(qiáng)烈的外殼生長(zhǎng)。因此鑄坯外殼在棱邊區(qū)內(nèi)的剛度增大到如此程度，以致在鑄坯內(nèi)部的鐵水靜壓力，不再足以將鑄坯外殼在棱邊區(qū)內(nèi)壓在結(jié)晶器側(cè)壁上。其結(jié)果是在棱邊區(qū)內(nèi)產(chǎn)生分離。這種分離導(dǎo)致鑄坯在棱邊區(qū)內(nèi)的進(jìn)一步冷卻只能通過熱輻射，而不再能通過熱傳導(dǎo)進(jìn)行。
由此而造成的后果是，相對(duì)于貼靠在連續(xù)鑄錠結(jié)晶器側(cè)壁上的相鄰鑄坯區(qū)而言，外殼的生長(zhǎng)立即落后。但是，直接在鑄坯的棱邊上通過熱傳導(dǎo)傳熱的中斷被二維作用的熱輻射所補(bǔ)償。因此形成了具有較小外殼厚度的弱生長(zhǎng)區(qū)，而且總是緊鄰鑄坯的棱邊，在這種情況下此弱生長(zhǎng)區(qū)沿鑄坯的縱向延伸。外殼生長(zhǎng)的這種局部落后，造成不均勻的并因而內(nèi)應(yīng)力大和容易發(fā)生裂紋的鑄坯外殼，以及有斷裂的危險(xiǎn)。在鑄坯通過結(jié)晶器時(shí)，這些弱區(qū)略從結(jié)晶器的角區(qū)離開并向側(cè)壁中央移動(dòng)。
按照EP-A-0179364，目前人們?cè)噲D通過減小沿澆注方向的棱角，避免鑄坯外殼在角區(qū)與結(jié)晶器冷卻的側(cè)壁分離，但由于加大了所產(chǎn)生的摩擦力，所以首先導(dǎo)致增大鑄坯的拉出力。此外，由于沿整個(gè)結(jié)晶器長(zhǎng)度(至少理論上)發(fā)生的在鑄坯棱邊與結(jié)晶器角之間的接觸，使棱邊區(qū)造成過渡冷卻，其結(jié)果是導(dǎo)致進(jìn)一步增加鑄坯與連續(xù)鑄錠結(jié)晶器之間的摩擦力。若最終還是在棱邊區(qū)發(fā)生分離，則要添加上前面所敘述的出現(xiàn)局部弱點(diǎn)的影響。
本發(fā)明的目的是要避免這些缺點(diǎn)和困難，并提供一種連續(xù)鑄錠結(jié)晶器，它能保證在鑄坯與連續(xù)鑄錠結(jié)晶器之間只有小的摩擦力的同時(shí)有均勻的外殼生長(zhǎng)。尤其是，在鑄坯棱邊區(qū)內(nèi)鑄坯外殼的抬起應(yīng)有目的地這樣進(jìn)行，即不再出現(xiàn)鄰近棱邊的局部弱點(diǎn)，以及斷裂的危險(xiǎn)，即使不能完全避免也至少在這些區(qū)域大為降低。
按本發(fā)明為達(dá)到上述目的，使中央?yún)^(qū)有一個(gè)錐度，這一錐度比與鑄坯收縮相適應(yīng)的錐度大，以及，側(cè)區(qū)的寬度沿澆注方向一直到連續(xù)鑄錠結(jié)晶器的末端，設(shè)計(jì)為逐漸增大的。
因此可以做到在連續(xù)鑄結(jié)晶器內(nèi)鑄坯棱邊區(qū)有目的脫開，從而降低摩擦力和可靠地避免夾住鑄坯。業(yè)已證實(shí)，在鑄坯外殼貼靠在連續(xù)鑄錠結(jié)晶器側(cè)壁中央?yún)^(qū)那里的中心部分中，由于鑄坯外殼薄膜狀的彎曲特性，鑄坯外殼可以彈性地后退，與此同時(shí)并沒有強(qiáng)烈地增加鑄坯外殼和連續(xù)鑄錠結(jié)晶器側(cè)壁之間的摩擦力。采用按本發(fā)明的連續(xù)鑄錠結(jié)晶器側(cè)壁的側(cè)區(qū)配合中央?yún)^(qū)的設(shè)計(jì)，除了鑄坯棱邊區(qū)有目的地脫開外，可以做到鑄坯外殼貼靠在傳統(tǒng)的連續(xù)鑄錠結(jié)晶器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生上述局部弱點(diǎn)的那些區(qū)域內(nèi)。
中央?yún)^(qū)最好從連續(xù)鑄錠結(jié)晶器的末端，一直至少延伸到模內(nèi)金屬液面區(qū)內(nèi)，其中，中央?yún)^(qū)最好由平的表面構(gòu)成，以及沿其全長(zhǎng)有一個(gè)恒定的錐度。
若中央?yún)^(qū)的錐度在每米結(jié)晶器長(zhǎng)度的1.5至2.5％之間的范圍內(nèi)，最好在每米結(jié)晶器長(zhǎng)度的2至2.5％之間的范圍內(nèi)，便可以可靠地避免在鑄坯外殼和結(jié)晶器側(cè)壁之間起作用的摩擦力的強(qiáng)烈增加。
側(cè)區(qū)最好從連續(xù)鑄錠結(jié)晶器的末端一直延伸到模內(nèi)金屬液面區(qū)的下方，但一直延伸到結(jié)晶器的上半部?jī)?nèi)，也就是說，側(cè)區(qū)只延伸到在棱邊區(qū)內(nèi)大體上首先發(fā)生鑄坯外殼抬起的地方就夠了。
按照最佳實(shí)施例，側(cè)區(qū)在其橫截面中設(shè)計(jì)為凸拱形，在這種情況下，最好在側(cè)區(qū)到中央?yún)^(qū)的過渡處，側(cè)區(qū)和中央?yún)^(qū)有一個(gè)公共的切面。
為保證鑄坯的棱邊區(qū)沿結(jié)晶器下半部脫開，側(cè)區(qū)凸拱形橫截面最好從與中央?yún)^(qū)的過渡區(qū)起直至角區(qū)有逐漸增加的曲率。
若側(cè)區(qū)凸拱形橫截面由具有兩個(gè)不同半徑的圓構(gòu)成以及它們有一個(gè)相切的過渡區(qū)，則按本發(fā)明的連續(xù)鑄錠結(jié)晶器的側(cè)壁可易于制造。側(cè)區(qū)的錐度最好小于與鑄坯收縮相適應(yīng)的錐度。
若在結(jié)晶器空腔的角區(qū)內(nèi)側(cè)區(qū)的錐度最大為每米結(jié)晶器長(zhǎng)度的1.5至2.0％，此時(shí)側(cè)區(qū)的錐度最好最小為每米結(jié)晶器長(zhǎng)度的0％時(shí)，便可以使鑄坯棱邊區(qū)充分脫開。
根據(jù)在傳統(tǒng)的連續(xù)鑄錠結(jié)晶器中觀察到的弱點(diǎn)的分布，最好從中央?yún)^(qū)到側(cè)區(qū)的過渡總是從連續(xù)鑄錠結(jié)晶器彼此相鄰側(cè)面的角區(qū)出發(fā)，以及，沿澆注方向看，此過渡區(qū)曲線狀地接近側(cè)壁的對(duì)稱中心線，在這種情況下，曲線狀過渡區(qū)最好具有一個(gè)朝連續(xù)鑄錠結(jié)晶器末端方向增加的曲率。
下面借助于在附圖中示意表示的實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明，其中，

圖1表示連續(xù)鑄錠結(jié)晶器一個(gè)側(cè)壁內(nèi)側(cè)的視圖，而圖2表示由4個(gè)圖1所示的側(cè)壁構(gòu)成的連續(xù)鑄錠結(jié)晶器俯視圖。圖3表示沿圖1的線III-III所作的比例放大剖面圖。在圖4和圖5中分別用放大的比例表示連續(xù)鑄錠結(jié)晶器棱邊區(qū)的橫截面和在連續(xù)鑄錠結(jié)晶器內(nèi)的鑄坯，其中圖4表示在傳統(tǒng)的連續(xù)鑄錠結(jié)晶器中出現(xiàn)的情況，而圖5描述了在按本發(fā)明的連續(xù)鑄錠結(jié)晶器中的情況。
圖1所示的連續(xù)鑄錠結(jié)晶器2的側(cè)壁1用于構(gòu)成在圖2中所示之結(jié)晶器空腔3，空腔大體有鋼坯的橫截面。側(cè)壁1有一個(gè)從上到下延伸的，亦即從連續(xù)鑄錠結(jié)晶器2的澆口區(qū)4至末端5延伸的中央?yún)^(qū)6，它設(shè)計(jì)為對(duì)稱于側(cè)壁1的縱向中軸線7或?qū)ΨQ中心線。此中央?yún)^(qū)6大體成舌狀造型，但在澆口區(qū)4中和最好沿著一個(gè)略大于側(cè)壁1縱向長(zhǎng)度9四分之一的區(qū)域8，中央?yún)^(qū)沿側(cè)壁1的全部寬度10延伸。此區(qū)域8在結(jié)晶器長(zhǎng)度大約為800毫米時(shí)沿著長(zhǎng)度為200至250毫米延伸。
在此區(qū)域8下面，側(cè)區(qū)11在側(cè)面與中央?yún)^(qū)6毗連，其中，從中央?yún)^(qū)6到側(cè)區(qū)11的過渡區(qū)12，在從上方視側(cè)壁1的俯視圖中呈曲線狀造型，而且朝連續(xù)鑄錠結(jié)晶器2的末端5曲率逐漸增大。因此沿澆注方向側(cè)區(qū)11的寬度持續(xù)和無躍變點(diǎn)地增加；最大寬度位于連續(xù)鑄錠結(jié)晶器2的末端5處。中央?yún)^(qū)6有一個(gè)錐度，此錐度大于與鑄坯收縮相適應(yīng)的錐度，而且此錐度約為每米結(jié)晶器長(zhǎng)度9的2至2.5％。中央?yún)^(qū)6設(shè)計(jì)為平面的，中央?yún)^(qū)6的錐度沿側(cè)壁1的全長(zhǎng)9保持為常數(shù)。
如尤其由圖3可見的那樣，側(cè)區(qū)11朝結(jié)晶器空腔3凸出成拱形，并切向地在過渡區(qū)12連接在中央?yún)^(qū)6上，所以在側(cè)壁1中的過渡區(qū)12上不存在拐點(diǎn)。側(cè)區(qū)11凸的拱形朝結(jié)晶器空腔3的角區(qū)13的方向增大，也就是說曲率增大。為了便于加工，這種逐漸增大的曲率，在側(cè)壁1的橫截面中看，由具有不同半徑R1和R2的互相連接的圓弧來實(shí)現(xiàn)，其中具有很大的半徑R1的區(qū)域與中央?yún)^(qū)6相連，而具有小半徑R2的區(qū)域則與上述具有很大的半徑R1的區(qū)域連接。側(cè)區(qū)11的錐度小于中央?yún)^(qū)的錐度。它最好小于與鑄坯收縮相適應(yīng)的錐度；并最好在一個(gè)最小值為每米結(jié)晶器長(zhǎng)度的0％至每米結(jié)晶器長(zhǎng)度的1.5％之間。
按照一種最佳實(shí)施例，在側(cè)壁11的最小錐度為每米結(jié)晶器長(zhǎng)度的0％時(shí)，在結(jié)晶器2的下端5處，角區(qū)13相對(duì)于中央部分9的縮入量14，在結(jié)晶器側(cè)面寬度10為160毫米以及結(jié)晶器長(zhǎng)度為800毫米時(shí)約為1毫米，其中，中央?yún)^(qū)的錐度為每米結(jié)晶器長(zhǎng)度的2.5％。
在圖2中畫有側(cè)壁1的輪廓A、B、C，它們存在于結(jié)晶器澆口區(qū)4、側(cè)區(qū)11開始處和在連續(xù)鑄錠結(jié)晶器2的末端5處。
按照一種最佳實(shí)施例，側(cè)壁1沿著結(jié)晶器的區(qū)域8的中央?yún)^(qū)6具有一個(gè)比沿中央?yún)^(qū)其余長(zhǎng)度部分為大的錐度，沿著此區(qū)域8中央?yún)^(qū)6延伸到側(cè)壁1的整個(gè)寬度。
在鑄坯的棱邊區(qū)內(nèi)，在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型的連續(xù)鑄錠結(jié)晶器中發(fā)生的情況如下(參見圖4)若在鑄坯外殼15與連續(xù)鑄錠結(jié)晶器2′的側(cè)壁1′之間脫離接觸時(shí)，便在那里缺少了熱傳導(dǎo)對(duì)傳熱的貢獻(xiàn)。剩下的只有通過輻射進(jìn)行熱交換。其結(jié)果是，與貼靠在連續(xù)鑄錠結(jié)晶器2側(cè)壁1上相鄰的鑄錠區(qū)相比，外殼的生長(zhǎng)立即落后了。因此形成了具有較小外殼厚度17的弱點(diǎn)區(qū)16，而且它們總是緊鄰著鑄坯的棱邊18。直接在棱邊18本身處，則二維的輻射散熱補(bǔ)償了熱傳導(dǎo)的缺損。生長(zhǎng)的這種局部落后造成了不均勻的并因而內(nèi)應(yīng)力大和容易產(chǎn)生裂紋的鑄坯外殼15；局部弱點(diǎn)16構(gòu)成了斷裂的危險(xiǎn)。
下面闡明按本發(fā)明的連續(xù)鑄錠結(jié)晶器2的效果由于中央?yún)^(qū)6過量的錐度促使鑄坯外殼15可靠地貼靠。鑄坯的外殼15恰好在中央?yún)^(qū)內(nèi)薄膜狀地柔軟，因此它可以毫無困難地適應(yīng)在側(cè)壁1中央?yún)^(qū)6內(nèi)存在的過量的錐度。
按本發(fā)明恰恰在形成弱點(diǎn)區(qū)16的區(qū)域內(nèi)，促使鑄坯外殼15貼靠在連續(xù)鑄錠結(jié)晶器2的側(cè)壁1上，而且是貼靠在側(cè)壁1的側(cè)區(qū)11上，然而并沒有直接在角區(qū)13中在連續(xù)鑄錠結(jié)晶器2與鑄坯外殼15之間造成接觸壓力。側(cè)區(qū)11較小的錐度再結(jié)合中央?yún)^(qū)6有過量的錐度，準(zhǔn)確地在此用傳統(tǒng)的結(jié)晶器澆注時(shí)危險(xiǎn)的過渡區(qū)內(nèi)造成一種可靠的支托，并因而造成良好的接觸和能通過熱傳導(dǎo)進(jìn)行傳熱。
按本發(fā)明的連續(xù)鑄錠結(jié)晶器對(duì)于澆注參數(shù)的改變非常不敏感。它保證外殼均勻生長(zhǎng)，并允許鑄坯的棱邊區(qū)19脫開，盡管如此在棱邊區(qū)19中也不會(huì)出現(xiàn)外殼的弱點(diǎn)區(qū)。因此，鑄坯外殼15與連續(xù)鑄錠結(jié)晶器2的側(cè)壁1之間的摩擦力并因而鑄坯的外殼負(fù)荷都減小了。除此之外，由此還使結(jié)晶器的磨損很小。
在引起角區(qū)13內(nèi)鑄坯外殼15與側(cè)壁1之間較長(zhǎng)接觸的連續(xù)鑄錠結(jié)晶器中，在連續(xù)鑄錠結(jié)晶器尤其在連續(xù)鑄錠結(jié)晶器第二個(gè)半部的角區(qū)13內(nèi)，在改變澆注參數(shù)(特別在低的澆注速度情況下)時(shí)產(chǎn)生高的接觸壓力峰值、高的外殼正應(yīng)力和摩擦力。這些按本發(fā)明可以避免，因?yàn)樵诶膺厖^(qū)19中只有很小的或根本沒有錐度。因此，鑄坯外殼15在此棱邊區(qū)18中從輪廓B起獲得了所謂的自由度，不會(huì)產(chǎn)生高的壓力峰值，所以用于從連續(xù)鑄錠結(jié)晶器中拉出鑄坯的拉出力也不會(huì)提高。
本發(fā)明不受附圖所表示的實(shí)施例的限制，而是可以在各方面作出修改。例如，連續(xù)鑄錠結(jié)晶器2可設(shè)計(jì)為用于不同的鑄坯橫截面，也就是說也可用于大鋼坯橫截面或板坯橫截面。此外，連續(xù)鑄錠結(jié)晶器2既可設(shè)計(jì)為管結(jié)晶器也可設(shè)計(jì)為板結(jié)晶器。它們的使用也不僅限于垂直澆注。結(jié)晶器空腔也可以有彎曲的中軸線。
權(quán)利要求
1.澆注具有多邊形橫截面鑄坯的連續(xù)鑄錠結(jié)晶器(2)，它有作為具有多邊形橫截面的結(jié)晶器空腔(3)邊界的側(cè)壁(1)，其中，側(cè)壁(1)有一個(gè)沿澆注方向延伸并具有第一錐度的中央?yún)^(qū)(6)，和有在側(cè)面連接在中央?yún)^(qū)(6)上并具有較第一錐度小的錐度的側(cè)區(qū)(11)，其特征為中央?yún)^(qū)(6)有一個(gè)錐度，這一錐度比與鑄坯收縮相適應(yīng)的錐度大；以及，側(cè)區(qū)(11)的寬度沿澆注方向一直到連續(xù)鑄錠結(jié)晶器(2)的末端(5)設(shè)計(jì)為逐漸增大。
2.按照權(quán)利要求1所述之連續(xù)鑄錠結(jié)晶器，其特征為中央?yún)^(qū)(6)從連續(xù)鑄錠結(jié)晶器(2)的末端(5)，一直延伸到至少模內(nèi)金屬液面區(qū)(4、8)內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述之連續(xù)鑄錠結(jié)晶器，其特征為中央?yún)^(qū)(6)由平的表面構(gòu)成。
4.按照權(quán)利要求1至3之一項(xiàng)或多項(xiàng)所述之連續(xù)鑄錠結(jié)晶器，其特征為中央?yún)^(qū)(6)沿其整個(gè)長(zhǎng)度(9)有一個(gè)恒定的錐度。
5.按照權(quán)利要求1至4之一項(xiàng)或多項(xiàng)所述之連續(xù)鑄錠結(jié)晶器，其特征為中央?yún)^(qū)(6)具有一個(gè)錐度在每米結(jié)晶器長(zhǎng)度的1.5至2.5％之間的范圍內(nèi)，最好在每米結(jié)晶器長(zhǎng)度的2至2.5％之間的范圍內(nèi)。
6.按照權(quán)利要求1至5之一項(xiàng)或多項(xiàng)所述之連續(xù)鑄錠結(jié)晶器，其特征為側(cè)區(qū)(11)從連續(xù)鑄錠結(jié)晶器(2)的末端(5)一直延伸到模內(nèi)金屬液面區(qū)(4、8)下方，但延伸到結(jié)晶器的上半部。
7.按照權(quán)利要求1至6之一項(xiàng)或多項(xiàng)所述之連續(xù)鑄錠結(jié)晶器，其特征為側(cè)區(qū)(11)橫截面設(shè)計(jì)為凸拱形。
8.按照權(quán)利要求7所述之連續(xù)鑄錠結(jié)晶器，其特征為；在側(cè)區(qū)(11)到中央?yún)^(qū)(6)的過渡(12)處，側(cè)區(qū)(11)和中央?yún)^(qū)(12)有一個(gè)公共的切面。
9.按照權(quán)利要求7或8所述之連續(xù)鑄錠結(jié)晶器，其特征為側(cè)區(qū)(11)凸拱形橫截面從與中央?yún)^(qū)(6)的過渡區(qū)(12)起直至角區(qū)(13)曲率逐漸增加。
10.按照權(quán)利要求9所述之連續(xù)鑄錠結(jié)晶器，其特征為側(cè)區(qū)(11)凸拱形橫截面由具有兩個(gè)不同半徑(R1、R2)的圓構(gòu)成，它們有一個(gè)相切的過渡區(qū)。
11.按照權(quán)利要求1至10之一項(xiàng)或多項(xiàng)所述之連續(xù)鑄錠結(jié)晶器，其特征為側(cè)區(qū)(11)的錐度小于與鑄坯收縮相適應(yīng)的錐度，而在結(jié)晶器空腔(3)的角區(qū)(13)，錐度最大為每米結(jié)晶器長(zhǎng)度的1.5至2.0％。
12.按照權(quán)利要求1至11之一項(xiàng)或多項(xiàng)所述之連續(xù)鑄錠結(jié)晶器，其特征為側(cè)區(qū)(11)的錐度最小為每米結(jié)晶器長(zhǎng)度的0％。
13.按照權(quán)利要求1至12之一項(xiàng)或多項(xiàng)所述之連續(xù)鑄錠結(jié)晶器，其特征為從中央?yún)^(qū)(6)到側(cè)區(qū)(11)的過渡總是從連續(xù)鑄錠結(jié)晶器(2)彼此相鄰的側(cè)面(1)的角區(qū)(13)出發(fā)，以及，沿澆注方向看，過渡區(qū)曲線狀地接近側(cè)壁(1)的對(duì)稱中心線(7)。
14.按照權(quán)利要求13所述之連續(xù)鑄錠結(jié)晶器，其特征為曲線狀過渡區(qū)(12)具有朝連續(xù)鑄錠結(jié)晶器(2)末端(5)方向增加的曲率。
全文摘要
在一種用于澆注具有多邊形橫截面鑄坯的連續(xù)鑄錠結(jié)晶器中，具有作為多邊形橫截面的結(jié)晶器空腔邊界的側(cè)壁(1)，側(cè)壁(1)有一個(gè)沿澆注方向延伸并有第一錐度的中央?yún)^(qū)(6)，和有在側(cè)面連接在中央?yún)^(qū)(6)上并具有較第一錐度小的錐度的側(cè)區(qū)(11)。為了在只有小的摩擦力的情況下鑄坯外殼獲得均勻地生長(zhǎng)，使中央?yún)^(qū)(6)有一個(gè)錐度，這一錐度比與鑄坯收縮相適應(yīng)的錐度大，以及，側(cè)區(qū)(11)的寬度沿澆注方向一直到連續(xù)鑄錠結(jié)晶器的末端設(shè)計(jì)為逐漸增大。
文檔編號(hào)B22D11/041GK1150769SQ96190354
公開日1997年5月28日 申請(qǐng)日期1996年4月15日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月18日
發(fā)明者弗朗茲·溫默, 海因里希·索恩 申請(qǐng)人:奧地利鋼鐵聯(lián)合企業(yè)阿爾帕工業(yè)設(shè)備制造公司