本发明是关于在连续浇注金属,尤其是铸钢时,调整连续铸造结晶器一侧或二侧窄侧板的多种方法及设备,它们按通过冷却收缩了的条坯斜度来调整,以及为达到改变连续铸造条坯宽度的目的而进行调整。 迄今为止的调整经验表明,在连续铸造结晶器中的、具有仅仅部分冷却了的外壳的条坯上作用有一个很大的载荷。特别是在宽度增加时,出现裂口的危险也增大了。在这里调整速度起着特别重要的作用。基于现有的方法想再进一步提高调整速度看来在技术上是行不通的。
根据Gunter Flemming博士1984年1月在杜伊斯堡(Duisburg)连续铸造会议上所作的报告“8.铸造时的尺寸调整-必要性-工艺过程-机械制造技术”(8.Formatve-rstellung Wahrend des Gieβen-Notwendigkeit-Technologie-Maschinentechnik)第121页至143页(出版者:德意志联邦共和国钢铁工程师协会/杜伊斯堡大学(VDEh/Universitat-Gesamthoehschule Duisburg)),现有技术状况可描述如下:在工艺发展方面大约用了10年时间通过提高浇注速度来提高生产率,从现在起的一段时间内通过强烈冷却结晶器中的条坯使连续率显著提高。力图制订一个与轧制程序无关而能有长连续性的浇注程序。然而在常规技术中,长的连续性意味着大的损耗值,并因此对用于宽带钢热轧机的中间轴承的承载能力有较高的要求。
降低生产成本的必要性迫使在宽带钢热轧机前的中间轴承的尺寸要尽可能小,并尽可能利用所浇注的条坯中贮存的热量直接用于轧制过程,也就是说实现热炉料运行。
减小中间轴承载能力以及热炉料运行的重要前提条件是,铸造机可能已经按适合于轧机的尺寸制造好了。因此,除了有必要通过加长连续性来提高铸造机的生产能力以外,在浇注时有宽度匹配的要求。对一台铸造机而言,其生产计划的目的是尽可能直接满足轧机程序的要求。因此便要求在短时间内使宽度变得较宽。紧接着是以微小的宽度变化来连续地减小宽度,直至这一程序的终结。这一要求直接涉及到尺寸调整工艺。宽度尺寸调整时的极限点是窄侧板的支撑点。如果采用平行移动窄侧板的方法来打开结晶器以调整宽度,则调整时会在条坯和结晶器壁之间产生一个缝隙。这样的缝隙阻止从铸件材料向结晶器壁的热传导,因而只产生由于热幅射引起的冷却。在整个调整过程中所达到的最大缝隙保持不变。因此裂口的危险随缝隙宽度的增加而加大,也就是说,随着调整速度的增加而加大。条坯裂口的危险性的增长特别发生在以高浇注速度所浇注的条坯中。在这种高浇注速度下,结晶器下端的条坯外壳自然比较薄。
几年来已经在世界范围对改善窄侧板在调整时的运动过程进行了研究。现有的工艺方法为了扩大条坯宽度分三个步骤来调整一边窄侧板(或二边窄侧板):第一步作为调整的开始,结晶器窄侧板绕结晶器下部的一个点倾斜。第二步当窄侧板平行推进时,使连续铸造结晶器窄的一侧的调整速度适应于窄侧的倾斜度和浇注速度。这里不再进一步说明所应适应的具体数量级。作为结束调整的第三步,窄侧板重新转回来。这时回转运动的结果使上部条坯窄的一侧稍稍变粗,而在下部,在结晶器壁和条坯表面之间允许有一个小的缝隙。
在此第三步中有一点是不明确的,即如何会在上部造成条坯窄的一侧轻微变粗,而又能在下部形成一个小的缝隙。
最后,现有技术水平力求得到取决于浇注速度和调整速度的最佳回转运动。然而并没有任何有关的说明,取决于浇注速度和调整速度的最佳回转运动应当设计成什么样的。
迄今的实际经验可归纳如下:作用在条坯外壳上的负荷不允许进一步提高调整速度。较高的浇注速度虽然能使变形减小或缝隙减小,但同时却意味着在二个不同的条坯宽度尺寸之间,有一个较长的过渡部分(楔形长度),即所谓的调整楔。目前,当浇注速度为1.0至1.2m/min,结晶器长度为700mm时,调整速度在条坯宽度增加时约为15mm/min乘以侧边数,在条坯宽度减小时约为20mm/min乘以侧边数。
在持续不断地改善当代的技术水平中,连续浇注结晶器的长度具有重要意义。浇注条坯时,连续浇注结晶器的标准长度为704mm或904mm,这时必须注意,在这样的长度下,一般在窄侧板(也在宽侧板)上固定一个、二个或多个脚辊,它们给出了所谓的“结晶器有效长度”。在这之后,例如长度为500mm的所谓短结晶器,同样在使用中有一个、二个或多个脚辊。窄侧板在这里也是和脚辊一起构成了“结晶器有效长度”。
对调整一侧或二侧窄侧板的设备按照现有技术水平要求调整时有最佳运动过程和整个系统高度的柔韧性,因此窄侧的调整装置的结构,允许宽度调整和斜度调整运动互相独立。现有连续浇注结晶是由宽侧铜板和窄侧铜板组成的。
调整一侧或二侧窄侧板的设备,由一对在窄侧板上用铰链连接的、可轴向运动的螺母所组成,在其中有装在支承上的可驱动旋转的螺杆,螺杆可以由一个马达通过传动分配装置加以驱动。这样的结构在调整时可从事与斜度相匹配的平行移动。然而这里不能进行斜度调整。但可以通过上、下螺杆采用不同的螺距来改变斜度,或通过齿轮箱中相应的传动比达到与宽度成线性关系的斜度的改变。
现有结构型式的改型是通过选择二个螺杆之间的离合器为电磁离合器的形式,因此作为调整窄侧板的附加方法,可以通过断开此离合器得到合适的斜度。不过这样一来,窄侧板不可能实现最佳回转,即不可能绕连续浇注结晶器的上部回转,也不能绕下部回转。
现有技术的另一个方案是把二根螺杆完全分开而单独驱动每一根螺杆。这个方案使窄侧板的移动运动没有限制。然而这种结构要求在上传动及下传动之间的电气同步非常好,否则会产生不可控制的、迅速的斜度变化,从而产生严重破口。基于对现有技术水平的详细说明,迄今为止的设备的设计方案可归纳说明如下:转速可调的电机通过一个蜗杆齿轮传动装置来驱动二根调整螺杆。上、下螺杆传动上的差别很小,使连续浇注结晶器在整个调整范围内斜度不变。对每一种调整的一个步长(条坯每边25mm),这一差别大约为0.25mm,因而小到可以忽略不计,故在以后的研究中不再考虑。今后在改变宽度时从窄侧以理论上准确的平行移动作为出发点。
本发明所提方法的任务是,在增大条坯宽度时,在所述的三个步骤中(向前倾斜,平行移动,往回倾斜)通过较好的调整使二个不同条坯宽度之间的楔的长度尽可能小,以减小对缺口敏感的铸造金属有害的缝隙,以及在实施调整运动时可避免浇注的金属液和窄侧板内表面之间润滑层脱落。本发明所提出的方法所要完成的任务是,在减小条坯宽度时,不仅显著减小窄侧板内面和金属液之间有害的缝隙和楔的长度,而且减少变形程度。
本发明的设备方面的任务是,提出能考虑“结晶器有效长度”的、用于与本方法的调整运动相适宜的设备。
本发明所提出的用于增大条坯宽度时的方法为,在至少相同的实际使用的浇注速度下或与实际使用的浇注速度相比为提高了的浇注速度下,结晶器的有效长度绕一根假想轴回转,当倾斜时是绕窄侧板下部的假想轴回转,而在最终斜度调整时绕位于液面处的一根假想轴回转。这种方法有许多优点。根据实际的试验可以确定,在这里的缝隙宽度随着浇注速度的增长出乎意外地减小了,而不是象原先估计的那样将会增大。迄今为止在作调整运动时要降低浇注速度,例如从1.2m/min(米/分)下降50%到0.6m/min的要求便不再需要。恰恰相反,这样做反而是完全错误的。因此,通过相同的浇注速度或很高的浇注速度,可以有效地实施调整运动,而且楔的长度也因此而最小。此外,与原先一般的调整运动相比,润滑层脱落得很少。而且还将变形程度限制在一定范围内。一个突出的优点是,装有脚辊的窄侧板对条坯的负载较小。
窄侧板内侧和金属液之间的缝隙可在整个调整运动中最大程度地保持同样大小。这是通过本发明的另一个特征来达到的,即当在倾斜过程的中间,绕位于窄侧板下部的假想旋转轴以提高了的倾斜速度来回转。
调整运动更为有利的是,当增大宽度的开始时窄侧板在叠加一个水平的平行移动的情况下向外倾斜,而当增大宽度结束前,在水平平行调整运动的同时,窄侧板转回到所产生的一个新的倾斜度。这一叠加的运动使楔的长度特别短,而又没有对条坯有害的负荷,或引起不允许的变形,或损害润滑层。
此外还有一个优点,即向外倾斜的量根据浇注速度、平行移动的速度以及取决于当时所存在的“结晶器有效长度”来确定。
本发明所提出的用于减小条坯宽度时的方法为,在减小条坯宽度时,在至少相同的实际使用的浇注速度下,或与实际使用的浇注速度相比为提高了的浇铸速度下,窄侧板以其“结晶器有效长度”往回倾斜,平行移动,以及在达到较小的条坯宽度后调整到所产生的斜度。往回倾斜是绕窄侧板下部的假想旋转轴,所得倾斜度的调整是绕液面处的假想旋转轴。
实现本方法的设备首先要有连续浇注结晶器,它具有铰接于窄侧板上并可以作轴向运动的螺母,在螺母中有装在支承上的可驱动旋转的螺杆,螺杆可以以不同的速度高速驱动,而且每个电机可单独进行调节。
本发明在设备部分的任务按如下所述加以解决:窄侧板可以或者绕作为下部假想轴的“结晶器有效长度”的最下点转动和调整,或者绕作为上假想旋转轴的液面点转动和调整,这时在“结晶器有效长度”最下点的移动速度或在液面点的调整速度为零。二个铰链螺母的铰接位置的分配与脚辊切点和窄侧板内侧面所构成的统一平面上的杠杆长度有关,当以最大调整速度增加或减小条坯宽度时,杠杆长度与在每个铰接点处所存在的速度向量有关。这二个铰链螺母的铰接位置在本发明的情况下并不是象现有的设备那样表示成等距离的。通过何种方式来对这二个驱动电机进行电调节的问题可以先不管。很希望在一个确定了的最大调整速度下,由与其作用点相应以及与转动运动的零点相关联的杠杆长度得到一个确定的传动比。本发明满足这一有益的条件。
附图表示了本发明的一个实例。下面将对它们作进一步的说明。所附的图有:
图1 带固定脚辊的窄侧板侧视图,表示初始斜度和最终斜度二个位置;
图2 增大结晶器宽度时调整-运动系统的各个步骤;
图3 减小结晶器宽度时的调整-运动系统;
图4 缝隙宽度、浇注速度和调整速度之间的关系曲线;
图5 “结晶器打开”或“结晶器关小”时的实际值表。
熔化了的金属1,特别是钢水,在连续铸造结晶器2中按条坯运行方向按浇注速度Vc流动。图上只表示了连续铸造结晶器2限制宽度的一侧窄侧板3。窄侧板3的倾斜位置与计算出来的、直到结晶器出口4时外壳已经凝固的条坯5的收缩率相适应。脚辊6、7和8固定在窄侧板3上,它们和结晶器一起摆动。窄侧板的内侧3a和脚辊6、7和8的切点6a、7a和8a构成了一个统一的平面9。在这种情况下,脚辊切点8a成为“结晶器有效长度”18的最下点10。当有二个脚辊或只有一个脚辊时,点10相应地移动。点10作为垂直于图面的假想转轴11。转轴11在通过作为平行移动b的预调节的回转运动a,以增大条坯宽度时起作用。旋转轴11还相应地在通过作为平行移动b的预调整的回转运动a以减小条坯宽度时(图3)起作用。模内金属液面点12形成了一个垂直于图面的假想的转轴13。转轴13在通过回转运动c调整最终斜度3b以增大条坯宽度时(图2)起作用。在减小条坯宽度时(图3),转轴13相应地在通过回转运动c调整最终斜度3b时起作用。
铰链螺母16和17的铰接位置14和15按投影位于平面9中。根据“结晶器有效长度”18、转轴11和13、杠杆长度19a和19b以及20a和20b,以及与高浇注速度(这要根据冶金方面的冷却条件来定)相关联的高(最大)调整速度,来确定在铰接位置14和15处的当地调整速度VCH1和VCH2。当地调整速度是通过相应地控制用于铰链螺母16和17的各个可调节电机(或由电机传动的螺杆-图上未表示)来形成的。
图2和图3的过程是在浇注速度不变或甚至在提高了的浇注速度下进行的。在增大条坯宽度时(图2),可以额外地提高回转运动a和c的调整速度。调整运动的另一种方案是回转运动a和平行移动b或平行移动b和回转运动c互相覆盖。总的移动距离(△宽度)例如确定为25mm或其它值。减小条坯宽度时要考虑到通过外壳5a所构成的条坯的承载能力。在作回转运动a时产生的变形功由条坯5承受,而且不允许开裂。然而转轴11和13的位置能使对裂纹敏感的浇注材料的变形保持在允许的范围内。
由图4所示的经验数据可以得出这一界限的最重要的基准值。以“结晶器有效长度”18的长度700mm作为基础,当调整速度VCH为5、10、15和20mm/min时所出现的缝隙宽度(△S)可从图中读出。例如,当浇注速度为1.2m/min,调整速度VCH=10mm/min时,缝隙宽度大约为5.5mm。条坯5这时重新很快靠向窄侧板3,因此外壳5a破版的危险极小。
表1给出了实际经验值,这里的前提条件是“结晶器有效长度”(从液面到下脚辊中心的距离)为1400mm,浇注速度为1.6m/min,以及宽度的变化△S为25mm。
在“结晶器打开”表中可以看出,当最大调整速度为30mm/min时,缝隙只有2.1mm,最大变形为3.7mm,因此楔的长度仅为2.3mm。当缝隙值小量增加到最大值4.4mm以及变形略为加大到最大值4.1mm时,这一楔长甚至还可以降低为1.6m。
根据“结晶器关小”表,在相同的调整速度VCH时,得到类似的小缝隙宽度(3.7或1.7mm),在比较小的楔长度(1.4或1.9m)时,得到同样小的变形,恰恰在提高变形速度VCH时,出乎意外地得到“结晶器关小”时的变形值与“结晶器打开”时大体相同的变形值。
表 1
液面一下脚辊中心距离:1.4m
浇注速度:1.6m/min
宽度变化:25mm