离开连铸设备的薄板坯的受控预轧的方法及装置 本申请是1994年4月25日提交的，名称为“离开连铸设备的薄板坯的受控预轧的方法及装置”的第94104661.3号申请的分案申请。
本发明涉及离开连铸设备的薄板坯的受控预轧的方法及装置。更精确地说，本发明涉及对离开薄板连铸模的，紧靠所述模的底辊下游的薄板坯进行受控预轧的方法及适用于该方法的装置。
所谓薄板坯是指800至2500mm宽(或更宽)，25至90mm厚的板坯。本发明最好但又不仅仅适用于连铸机出口的最终厚度为30至60mm的板坯。本发明也适用于圆、方、矩形等钢坯地连铸。本发明可用于直的或弯曲的连铸设备。
大家知道预轧方法是使薄板坯在远离底辊的一个区域承受预轧。
在JP-A-130759,US-A-3,891,025,US-A-4,056,140和US-A-4,134,440等文件中公开的现有技术的方法中，由于预轧是在板坯的液相芯或液相池几乎不存在的位置上进行的，板坯的外皮已较厚，不易变形，故效果不使人满意。另外，板坯一侧的外皮是通过在边缘之间中间位置上的圆柱形固化件连接于另一侧外皮的，两边缘具有一致的固化厚度，圆柱形固化件对改变板坯厚度有强大的阻力。因此，在现有技术中的这种预轧只有勉强的和有限的效果，不能获得理想的结果。另外，按现有技术的方法进行的预轧只是为了进行勉强的肤浅的加工，而减小板坯厚度的真正加工有赖于位于下游的轧制系列。另外，在现有技术的预轧组件中，只有一些辊对是受控的以检查预轧参数，而且这些辊对是以区分的或分离的方式受控的(见JP-A-130759)。其结果是操作方法不能按照具体要求调整，而且在某些方面是十分偶然的。
人们也知道预轧组件具有机械式调整系统，在铸造工作开始时预调。这些组件与连续的排中或分成辊组的预轧辊配合工作，或者还与压力带组件配合工作。
现有技术的这些系统不能进行很好的调整，不能进行预期的实质性预轧作用，也不能连续地按照实际预轧要求进行连续的受控行程。这些系统不能在仍存在明显液相芯或液相池，外皮较薄的区域进行加工。
现有技术妨碍了用以减小液相锥的长度，因而保证较好质量的受控机械作用。
另外，现有技术在启动和停止的过渡状态有关的问题上有很大的局限性，不能使系统有很好的生产能力。现有技术不能避免在开始运转时液态材料的流动，及在停止时液态金属的再流动，因而使废品率很高。
本申请人已审查，检验并完成了本发明，从而克服了现有技术中的缺点，并具有很大优点。
按照本发明的预轧方法以同本说明书公开的以及EP-A-0,539,784中公开的预轧组件中使用，EP-A-0,539,784相应于1992年10月20日提交的美国专利申请号07/963,734，其技术内容在本说明书中引作参考。
本发明的目的在于提供一种离开连铸设备的薄板坯的受控预轧方法，以及一种对离开连铸设备的薄板坯实施受控预轧的装置。
按照本发明的离开连铸设备的薄板坯的受控预轧方法，其中预轧是由在一个或多个预轧组件中设置的许多辊对进行的，第一预轧组件紧靠铸模的底辊的下游，在辊对中设有至少一个可位移的辊，辊对配置有压力传感器和液压腔机构，设有位置传感器，压力传感器和位置传感器与数据处理装置配合工作，至少第一辊对加工刚从铸模出来的，具有薄的固化外皮的板坯，所述方法的特征在于：所述数据处理装置还与监测中间包中液池的温度的监测装置、速率监测装置，以及监测正离开铸模而又在预轧组件之内的板坯的温度的监测装置配合工作，而且所述数据处理装置还在监控程序的基础上调节至少部分辊对的往复位置，以便实行预轧，使离开最后辊对的板坯的厚度减小至少10％，以便消除液相池并使处于两相状态的区域接触，从而使中央固化结构晶粒细化并使中央偏析和孔隙减至最小。
按照本发明的对离开连铸设备的薄板坯实施受控预轧的装置，在所述装置中，预轧是由在一个或多个预轧组件中设置的许多辊对进行的，第一个预轧组件紧靠铸模的底辊的下游，在辊对中设有至少一个可位移的辊，辊对配置有压力传感器和液压腔机构，设有位置传感器，压力传感器和位置传感器与数据处理装置配合工作，至少第一辊对加工刚刚离开铸模的且具有薄的固化外皮的板坯，其特征在于：还设有监测中间包中液池温度的监测装置，监测板坯的温度的监测装置，监薄板坯速度的监测装置和监测液相池是否存在的监测装置。
受控预轧，即软压下，即带有液相芯或液池的压下的主要优点有两个，第一个优点是使用具有较大厚度的结晶器可在连铸机的出口产生厚度较薄的板坯(30-60mm)，也就是说，纵向通过结晶器通道的短侧面的宽度大于受控预轧后板坯的最终厚度。
这种受控预轧改善了液态金属在铸模的结晶器中的液体动力学性质；也提高了装在中间包上浸没的喷嘴的寿命，改善了放在铸模中液态金属上部的粉末的熔化过程中的性质。
本发明的第二个优点是实现了金属固化结构的晶粒细化，消除了板坯的中心偏析。
在两种情形中，如果要实施软压，则必须连续受控地减少板坯的厚度，这可以承受软压下的板坯部分的锥形形态而实现。
这个锥形部分的长度可以在0.8到7米的范围内，最好为3.8米至6.3米，较大的长度相应于在结晶器下游和底辊之后的包容辊产生的包容区的端部。这个以锥形发展的厚度减小的部分的长度取决于下述冶金学因素。
不同的钢种，固化以显著不同的方式发生；含碳量低(C少于0.10％)的钢，其固化特征是短柱状晶粒，固化面以紧凑的状态向前移动，没有大的断续，但有短的两相区。含碳量高(C多于0.70％)的钢的固化特征是长柱状晶粒，固化面以大的断续向前移动，产生大树枝晶网格，其中留有分离的液态钢。在这种情形中，两相区很广阔。
两个固化面(板坯的上、下面)会合的时刻对于内部质量，更一般来说，对于板坯的最后质量来说是十分重要的时刻。
事实上，大家知道，由于膨胀效应(在两相个对包容辊对之间板坯的膨胀)，对偏析的液体产生回流效果；这种膨胀效应可以受到限制，但是不能完全消除。
当由于膨胀效应板坯张开时，枝晶之间的液体由枝晶之间的空穴吸向板坯的中心线。当板坯穿过下一对辊而闭合时，液体从上述中心线反向泵回枝晶间的空穴。这种交替的回流作用在板坯的中心线形成了正、负偏析。为了防止偏析液体的来回流动，必须设法借助使固化面结构紧凑的方法闭合枝晶之间和一晶粒和下一晶粒之间的通路。通过轻轧板坯，使得产生显著的锥形压下，相互压缩板坯的两半，这样就可实现这一点。
由于在各钢种中产生不同程度的两相区，所以在进行上述压缩时必须按照不同的钢种使两个固化面相互渗透。
含碳量低的且具有短的两相区的钢，上述相互渗透必须达几个毫米，至一个深度，在该深度上固体部分坚实(约占90-95％)，枝晶之间的小空间已实际消失。
含碳量的且具有长的两相区的钢，上述相互渗透必须以一致的方式至一个固体部分较少(最多占70％)，枝晶间的空间很大的深度。
因此，在压下的端部最佳的固体部分取决于钢种，须记住的结论是，固体部分的上下变化为2％至2.5％，这取决于冶金因素。C含量(％) 固体部分(％)＜0.20 950.20-0.40 900.40-0.70 80＞0.70 70
当进行软压下时，这意味着板坯厚度减小的锥形部分必须发生在固定部分最适于获得优良的内部质量的区域。
让我们假定，希望在连铸机端部获得厚度为30mm的板坯，起始于铸模结晶器的50mm的短侧面，并假定钢为C70型。
应进行的压下为20mm(50-30)。
当估计了在现有连铸机上板坯固分的分布后，必须求出在离开铸模结晶器液态金属的弯月形液面多大距离处，在离开结晶器的板坯中，在离表面15mm的距离处(15是30的一半)存在70％的固体部分。
让我们假设这个距弯月形的距离为4米。如果结晶中为1.2米长，则软压下的长度(Lsr)必须为：
Lsr=4-1.2-2.8米
压下的梯度Gsr必须为：
Gsr=(50-30)/2.8=7.143mm/m
也就是说结晶器之外每米必须进行的厚度减小为7.143mm。
因此，本发明的预轧方法在于一种在线固化模型，该模型可求出在现有连铸机的基础上板坯固化的精确分布。该模型可算出预轧长度-Lsr-也就是说，算出沿着连铸机在距表面的深度等于所生产板坯一半厚度处存在所需要的固体部分的位置。
算出上述值之后，通过下述方式调整压下的锥形部分，即形成一个轧制的压下梯度Gsr使压下的端部至算出的预轧长度Lsr。
这一结果是靠下述方式实现的，即以受控的，需要的方式减小液相锥或液相池的长度，从而最大限度减小在中等碳含量的非合金钢，或中-低碳含量的合金钢中，或在会出现偏析的钢中出现偏析的情况。
这种使液锥长度按需要，受控的减少可以使粥状区域保持接触，消除液相以促进如用电磁搅拌可生成的那种等轴结构的生成。
按照本发明的预轧方法的另一个目的是加速晶体的形成，从而加速在板坯一侧外皮和另一侧外皮之间稳定的柱状连接的形成。
在按照本发明的方法中，由于预轧组件施加的预轧作用，上述柱状连接是在受压情况下形成的，因此，上述连接已很紧凑，具有典型的分布。
这样带来的优点是离开连铸设备的板坯到达轧制线时更为紧凑并具有显著较小的厚度和更好的平整性。
通过对于作为主要铸造参数(速度，在中间包内的过热，铸模下游的二级冷却及钢的等级)的函数的液相锥或液相池的长度进行动态控制，本发明也能够使启动和停机(铸造结束或由于事故的过渡时期实现最佳化并减少废品。
另外，按照本发明的方法可使厚度大于成品厚度的板坯的铸模中的铸造具有与下述因素相关的所有优点：润滑粉末(较大的熔化表面，液态钢上粉末覆盖的规律性)工作状态的最佳化带来的表面质量，钢的过热以及铸模中的向下流动性(扰动小，弯月形面更为稳定)，同时也使具有更大横截面的浸没式注口的使用成为可能，因而更为持久。
本发明的预轧方法能够减小流出板坯的横截面积，从而能达到较小的最终厚度，得到轧制装置相同的数值。
按照本发明，当连续弯曲铸造时，放置在设备的弯曲的外侧面上的预轧辊可以同测力仪配合工作，测力仪可控制预轧辊作用在薄板坯上的压力。一压力传感器装在每个液压腔机构上，使轧制压力受到控制。
按照本发明，辊对分一组或多组布置，每组辊对构成一个预轧组件。每个预轧组件包括一个静止的部分和一个可位移的部分。本说明书假定一个实例，即，弯曲的外侧面含有静止的辊，而可位移的辊构成弯曲的内侧面，但是实际上，两者可以互换。
按照一种变型，弯曲的内、外侧面可包括一个静止部分和一个可位移的部分，它们分别和相对侧的一个可位移的部分和一个静止的部分共同工作。
按照本发明的第一种布置，每个辊对配有一位置传感器以监视相对的辊之间的距离。按照本发明的第二种布置，构成一个预轧组件的每组辊对包括两个监测该组件位置的传感器，这些传感器分别位于预轧组件的上、下游端，并监测在上述位置的相对的辊之间的距离。
按照本发明第二种布置的一个变型，每个辊对也配置一个位置传感器。
借助位置传感器在预轧组件中确定辊对之间的一轧制通道；该通道的两侧面平行或收敛，这取决于具体要求。
另外，如果每个辊对配置一个位置传感器，则可以通过按照要求使每个辊对的每个辊定位来确定具有任何具体形状的纵截面的预轧通道。
整个系统通过一预轧控制和数据处理装置来控制，该装置接收来自压力传感器和位置传感器(无论是单一的或属于组件)的信号，同时也接收来自板坯速度监测器，熔化的铸造金属的温度和离开铸模的薄板坯的温度的监测器的信号。
在按照本发明的预轧组件工作区域的中间位置也可设置另外的温度监测器，以监测板坯的温度，这些监测器也向预轧控制和数据处理装置发出信号。
另外可设置一种例如可能是声纳型的监测器，以识别在板坯中是否存在液相池，从而正确地保证在按照本发明的预轧组件中液相锥或液相池的实际闭合。
预轧控制和数据处理装置可以连接于其它的总体控制和数据处理装置，或构成其一部分，它处理所有上述参数并将其与输入的或存储于适当的内部存储器中的预轧参数进行比较从而向辊对提供最佳的调整数值。
预轧控制和数据处理装置也可连接于一个附属的数据收集装置，该装置除记录由监测器提供的所有数值外还将其送至一数据库，该数据库能够显示和/或打印在一定期间数据的发展变化。
在本说明书中，辊的意思是指位于连续的排中的辊或划分成部分的辊，或者是带，等等，从而覆盖了现有技术中的任何系统。
使用本发明的方法要进行的调整是单个辊的调整，或一个辊组件接着一个辊组件的调整，或者整个预轧组件的总调整。这些调整可以代数相加。
按照本发明的预轧方法可以实现的板坯厚度减小介于大约10％至50％。上述厚度减小是在一个介于0.8和7米长的行程中，但最好在一个介于1.2和1.8米长的行程中取得。板坯厚度的减小可以不变的值逐渐取得。
按照一种变型，板坯厚度的减小是分步进行的，具有一个最后的终轧部分，其中厚度的减小是渐进的。
按照一种变型，本发明的预轧组件配有板坯的二次冷却装置，例如该装置可由许多喷嘴组成。喷嘴的流动速率和供送压力都是由热轧控制和数据处理装置和/或总体控制和数据处理装置调整的，因而保证对板坯状态的连续控制。喷嘴的调节是由沿预轧组件布置的板坯温度监测器控制的。
按照另一种变型，至少一个由本申请人提交的专利申请EP-93110927.6号中公开的除鳞装置可以同按照本发明的预轧组件配合工作。这种安装在第一预轧组件上游的除鳞装置可以使所生产的薄板坯具有特种连续加工所需要的极好的表面质量。
按照本发明的一个变型，在预轧辊对之间设有许多除鳞装置。
按照本发明的另一个变型，在每对的预轧辊之间设有除鳞装置。
按照本发明的另一个变型，特别是当除鳞装置设在预轧辊对之间时，辊是由内部冷却的，以防止从薄板坯表面除下的氧化鳞片附着在辊的表面。
以下附图示出了本发明的非限定性实例及推荐的布置。
图1是按照本发明的由连续弯曲铸造生产的薄板坯的预轧组件的侧视图；
图2和3表示另二个预轧辊的可能形式；
图4a和4b是图1所示预轧组件两种可能位置的示意图；
图5表示按照本发明的两相区的形成。
如附图所示，按照本发明的预轧方法是由至少一个预轧组件10进行的，预轧组件10是由许多辊对14-16构成的。
图1中只示出了这些预轧组件10中的第一个，它与底辊12和铸模11配合工作，可连续生产薄板坯20，还部分地示出了一个在下游紧临的第二预轧组件10。
第一预轧组件10紧靠铸模11下游安装，其间距大约为0.5米。所示的辊对14-16可由连续的排构成或分成部分14-16或分成两个或更多的辊对组114-116，或由带214-216构成，或者可以为任何已知的类型。
在图示实例中，组件10的弯曲外侧面13是静止的即固定的部分或预轧组件10的框架，而组件10的弯曲内侧面22是可位移的或松驰的部分或预轧组件10的框架。
弯曲的外侧面13的辊14,114和214以及变型中的其它辊可以同至少一个测力仪15单独地或成组地配置，测力仪15向预轧装置的控制和数据处理装置发送信号。
在图1所示实施例中，弯曲的内侧面22的辊16,116和216以及变型中的其它辊单独地或成组地与至少一个液压腔机构或缸17配置。每个液压腔机构17由一伺服阀19控制，并相连一个压力传感器18。伺服阀19由预轧装置的控制和数据处理装置21控制。
在该实施例中，每个辊对14-16配有一个单独的位置传感器24，每个预轧组件10配有两个监测组件位置的传感器24，它们分别是布置在预轧组件10的上游端的传感器124a和下游端的传感器124b。
当两个组件位置传感器24即上游位置传感器124a和下游位置传感器124b分别与预轧组件10配合工作时，可以在辊对14-16之间测定具有平行或收敛的壁的轧制通道。在该实施例中，组件位置传感器124安装在预轧组件10的静止的弯曲外侧面13和可位移的弯曲内侧面22之间。
按照一个变型(未画出)，组件位置传感器124只与预轧组件10的可位移的弯曲内侧面22相连。
每个压力传感器18，每个单独的位置传感器24和每个组件位置传感器124向控制和数据处理装置发送各自的信号并可能接收控制和检查信号。与所进行的预轧相关联的，可能与铸造材料种类及薄板坯20的尺寸有关的参数在预轧之前设定或输入控制和数据处理装置21。控制和数据处理装置21预先布置辊对14-16,114-116,214-216，而且当已开始铸造，启动杆已拉回时，逐一控制和调整辊对14-16,114-116,214-216，使预轧按照需要进行。
为了调整和控制预轧以实现板坯20厚度的理想的，受控的减小，按照本发明，控制和数据处理装置21配置有监测熔化的铸造金属温度和监测中间包中温度的监测装置25a，监测离开铸模11的薄板坯20的温度的监测装置25b，以及监测板坯20的速度的监测装置26。所有这些监测装置25a，25b和26向控制和数据处理装置21发送信号，从而使所进行的预轧方法能够作为板坯20速度的函数得到动态控制，并保证启动和停机的过渡状态得到更为适当的处理。
按照一种变型，可设置沿预轧组件10定位的许多监测板坯20温度的辅助监测器25b，从而在预定的部位控制板坯20温度的变化。在这种情况下，控制和数据处理装置21连接于总体控制和数据处理装置121和引入和收集数据的装置27。
控制和数据处理装置21和/或控制调整操作的总体控制和数据处理装置121，以连铸机操作者设定的监控程度为基础调整(例如)构成预轧组件10的辊对14-16的辊的往复位置。
上述控制和调整系统可使板坯20的厚度减少10％至50％。
按照一种变型，按照本发明的预轧组件10配置有板坯20的二次冷却装置，在本实施例中是许多喷嘴30。喷嘴30的流动速率和供送压力最好是由控制和数据处理装置21和/或总体控制和数据处理装置121控制，从而保证对板坯20状况的连续控制。喷嘴30的调节可由沿预轧组件10布置的薄板坯温度监测器25b控制。
按照一个变型，本发明的预轧组件10配置有至少一个例如声纳型的监测器28以确定板坯20中液相锥的实际闭合点。所述至少一个监测器20最好连接于总体控制和数据处理装置121以调节二次冷却装置29。
这里举一个实例，使用本发明预轧方法，可以使以每分4.5米的铸造速度移动的板坯20，在一个介于0.8至2.5米长的长程中，最好在一个介于1.2至1.5米长的行程中从70-75mm的厚度减至50mm。
取决于控制和数据处理装置21和121中设置的程序，厚度的减小能以恒定值逐渐进行，或分步进行，但是最好在最后的终轧部分是逐渐进行的。
在本实施例中，在底辊12下游装有除鳞装置23以便生产具有良好表面质量的薄板坯20，其目的是除去紧靠本发明预轧组件10下游的板坯20的表面上形成的氧化层。
按照一个变型，可设置一个以上的除鳞装置，放置在一个辊14-16对和下一个辊对之间。
按照另一个变形，配有除鳞装置23的辊对14-16包括预轧辊14-16的内冷却装置，例如用冷却液体内部循环；其目的是防止除鳞装置23从板坯20表面除下的氧化鳞片由于高温附着在辊的表面，从而避免了为保持辊面光滑而必须经常进行的维护和清理作业。
图5表示外皮31逐渐增加的情况和同时两相区32逐渐增强并在板坯20离开预轧组件10之前闭合(两相区32主要是由于预轧组件10的压力而形成的)，从而使液相锥33保持被包围在预轧组件10中。