带材铸造 技术领域
本发明涉及在双辊连铸机中利用连铸的方法铸造金属带。
背景技术
在双辊连铸机中，熔融金属被引入到一对以相反的方向转动的水平铸辊之间，铸辊被冷却以在转动的铸辊表面上形成金属凝固型壳，并且聚集在铸辊之间的辊隙处以形成从铸辊之间的辊隙向下输送的凝固带材。在这里所用的术语“辊隙”指的是两个铸辊之间距离最小地区域。熔融金属可从浇包注入到一个或多个较小的容器中，从所述较小容器中流出的熔融金属通过位于辊隙上方的金属输送注口以将熔融金属引入到铸辊之间的辊隙中，从而形成被支撑在铸辊的铸造表面上的熔融金属浇注池，所述熔融金属浇注池就在辊隙的上方并且沿着辊隙的长度方向延伸。所述浇注池通常被限制在以滑动的方式与铸辊端面保持接合的侧板或挡堰之间以防止浇注池的两端流出，但也可以使用其它的装置，诸如电磁阻挡装置。
在双辊连铸机中，浇注的开始阶段存在大量的问题，特别是在浇注钢带时。在开始浇注时，需要形成被支撑在铸辊上的浇注池。当稳定状态浇注时，在铸辊之间辊隙处的间隙被凝固的带材封闭，而当开始浇注时，熔融金属在没有完全凝固的情况下可能会向下流过所述间隙，这样就不可能生产连续的带材。过去人们认为，在开始浇注时必须在铸辊之间引入引锭杆(dummy bar)以便在形成浇注池时阻塞铸辊之间的间隙并且当凝固的带材形成时利用凝固带材的引导端将引锭杆撤出。引入引锭杆的要求会使浇注前的准备工序减慢并且在由于任何原因而中断浇注的情况下必须重复该工序，必须重新开始浇注。当浇注钢水时特别存在这样一个的问题，即，在熔融金属处于非常高的温度的情况下，金属输送系统的耐火部件必须被预热到较高的温度并且在浇注前被立即组装以及在耐火材料可能变得较凉之前在很短的时间内浇注熔融金属。在双辊连铸机中，如果在开始进行浇注的工序中不使用引锭杆，那么在浇注中断或停止后能够立即重新开始浇注，不需要对铸机进行过多的重新设定。
日本专利公开JP 59215257A和JP 1133644A中都披露了能够在不使用引锭杆的情况下在双辊连铸机中开始进行浇注的方案。在这些方案中，为了凝固封闭辊隙以形成浇注池，都要求在开始浇注过程中存在一个强制性的间隙变化以及能够单独地对辊速进行相应的控制以使间隙和在辊隙处的凝固钢壳的厚度相符。在JP 59215257A中所披露的方案中，在开始浇注时具有小的辊隙并且以较高的辊速开始浇注，从而产生比所要求的更薄的带材。接着，规则地增大辊隙并减小辊速以使带材厚度的增大与辊隙变化相符。在JP1133644A中所披露的方案中，在开始浇注时具有较宽的辊隙以使在辊上的熔融金属流保持稳定，接着减小辊隙以能够形成浇注池，随后增大辊隙以产生所需厚度的带材。使强加的辊隙与凝固金属的实际厚度相符是特别困难的。另外，这些方案假定在开始进行浇注过程中辊表面是基本平行的并且间隙是均匀的。但是，现已发现，当浇注薄的钢带材时，必须使用具有机加工出的拱度的辊子。特别是，为了产生平的带材，辊子必须被机加工出负拱度，即，每一个辊子的圆周表面在其中心部分的半径必须小于在其端部的半径，从而在浇注过程中当辊子经受热膨胀时，它们会之间变平以生产出平的带材。对强加的间隙进行控制的现有方案在使用具有拱度的辊子的情况下通常不能成功地启动浇注。本发明提供一种改进的方法，其中在开始进行浇注的过程中没有在辊子之间强加间隙，但在开始浇注过程中对被浇注的金属厚度进行响应。本发明能够使用带有拱度的辊子并且还能够对浇注速度进行更灵活的控制以使金属凝固条件和浇注池的充填达到最佳。
发明内容
本发明提供一种浇注金属带的方法，该方法包括：
使一对被冷却的铸辊保持平行的关系以在它们之间形成一个辊隙并且使其中至少一个辊子能够相对于另一个辊子整体且横向移动，
连续地将所述一个辊子横向地偏压向另一个辊子，
在辊隙处的辊子之间设定一个初始间隙，所述初始间隙小于需被浇注的带材的厚度，
使所述辊子沿着相反的方向转动以使辊子的圆周表面在它们之间的辊隙处向下移动，
将熔融金属注入到辊隙中以在辊隙的上方形成支撑在辊子上的熔融金属浇注池并且在辊隙处形成从辊隙向下输送的铸带，辊子的转动速度是这样的，即，使所生产的带材的厚度大于在辊子之间的初始间隙，从而使所述一个辊子能够克服连续偏压作用并整体地离开另一个辊子以增大辊子之间的间隙，使之符合铸带的厚度，以及
进行连续浇注以生产能够达到所述厚度的带材并且使辊子之间的间隙大于初始间隙。
最好，当辊子冷却时通过使辊子的圆周表面在中心部分的半径小于在端部的半径使辊子的圆周表面具有负拱度，初始间隙是这样设定的，即，使辊子的圆周表面的端部之间的间距不大于1.5毫米。
辊子的端部之间的初始间隙在0.2毫米至1.4毫米的范围内。
每一个辊子的径向负拱度，即辊子表面的中心部分和端部的半径差可在0.1毫米至1.5毫米的范围内。
最好防止使所述另一个辊子进行整体地横向移动，所述一个辊子安装在一对可移动的辊子支架上，所述辊子支架能够使所述一个辊子能够整体地横向移向另一个辊子并且通过在所述可移动的辊子支架上施加连续的偏压力能够使所述一个辊子连续地被横向地偏压向所述另一个辊子。
可通过对一个能够限制所述一个辊子整体地移向另一个辊子的止动装置进行定位来设定辊子之间的初始间隙。所述止动装置例如可以是一个被设置成能够被一个或两个可移动的辊子支架接合的止动块。
可利用偏压弹簧将偏压力施加在可移动的辊子支架上。
附图说明
为了更好地说明本发明，下文将结合附图对一个特定形式的铸带机的操作进行详尽的描述，其中：
图1是按照本发明所涉及的方法操作的铸带机的一个垂直截面图；
图2是图1的一个局部放大图，其中示出了铸带机的主要部件；
图3是表示铸带机的主要部件的一个纵向截面图；
囹4是铸带机的一个端部视图；
图5、图6和图7示出了在浇注过程中和将辊组从铸带机中取出的过程中铸带机的不同情况；
图8是辊偏压装置的一个垂直截面图，所述辊偏压装置装有辊偏压弹簧；
图9是辊偏压装置的一个垂直截面图，所述辊偏压装置装有压力流体致动器；
图10示出了带有负拱度的两种常规的铸辊辊型；
图11示意性地示出了两个带有负拱度的辊子在冷却时的初始设定状态；以及
图12示出了两个带有负拱度的辊子在浇注过程中处于热态下的情况。
具体实施方式
所示铸机包括竖立在工厂地面(图中未示)上的主机体框架11，它支撑采用箱体13形式的铸辊组件，所述铸辊组件可以整体地被移到铸机中的操作位置；但当需要更换铸辊组件13时可以容易地将它们取下。箱体13装有一对平行的铸辊16，在浇注过程中，来自于浇包(未示出)的熔融金属经过中间包17、分配器18和输送注口19被输送到铸辊上以形成浇注池30。铸辊16被水冷却以使型壳凝固在移动的铸辊表面上并聚集在铸辊之间的辊隙处以在铸辊出口处产生凝固的带材制品20。所述带材制品可被送至标准卷曲机。
在电动机和传动装置的驱动下，铸辊16通过驱动轴41沿着相反的方向转动，电动机和传动装置被安置在主机体框架上。当需要将所述箱体取下时，驱动轴可以与传动装置分离。铸辊16具有铜制周壁，周壁上有一系列纵向延伸并且在周向上相互隔开的水冷通道，冷却水从驱动轴41中的输水管被供给到水冷通道中并使冷却水流过铸辊端部，所述输水管通过转动的密封压盖43与供水软管42相连。铸辊的直径一般是500毫米，长度可达2000毫米以生产基本上与铸辊宽度相同的带材。
所用的浇包是具有常规结构的浇包，浇包被安置在转台上，在转台上的浇包可被送至在中间包17上方的位置处以将熔融金属注入到中间包中。中间包可装有一个由伺服缸控制的滑动闸阀47以使中间包17中的熔融金属能够通过闸阀47和耐火砖套48流入分配器18中。
分配器18也是具有常规结构的分配器。它可制成宽盘形式并且由耐火材料(诸如氧化镁(MgO))制成。分配器18的一侧接收来自于中间包17的熔融金属，分配器18的另一侧设有多个在纵向上相互隔开的金属出口52。分配器18的下部带有安装支架53，当所述箱体被安装在其操作位置处时可通过安装支架53将分配器18安装在主机体框架11上。
输送注口19可被制成长形体的形式，输送注口19由耐火材料(例如氧化铝石墨)制成。其下部是锥形的以向内且向下会聚，从而使输送注口19的下部能够伸入铸辊16之间的辊隙中。输送注口19的上部形成有向外凸出的侧凸缘55，凸缘55位于安装支架60上，所述安装支架60形成主机体框架11的一部分。
输送注口19可以具有多个在水平方向上相互隔开且在垂直方向上延伸的流动通道，通过所述流动通道能够在铸辊整个宽度上以适当的低速排出熔融金属流并以不直接碰撞铸辊表面的方式将熔融金属输送到铸辊之间的辊隙中，熔融金属在铸辊表面处进行初始凝固。或者，输送注口可以具有一个单独的连续的狭槽出口，通过该狭槽出口能够以低速将熔融金属幕流直接送至铸辊之间的辊隙中和/或所述出口可浸入到熔融金属池中。
在铸辊端部处利用一对侧挡板56限制浇注池，当所述箱体13处于其操作位置时，所述侧挡板56抵靠在铸辊的台阶端部57上。侧挡板56由强耐火材料(例如氮化硼)制成并且具有与所述铸辊的台阶端部的曲率相匹配的扇形侧边缘。侧板可以被安置在板支架82上，板支架82可以在一对液压缸装置83的操作下移动以使侧板能够与所述铸辊的台阶端部接合，从而在浇注过程中能够使形成在铸辊上的熔融金属池的端部被封闭。
在浇注过程中，可操作滑动闸阀47以使熔融金属从中间包17注入到分配器18中，并且通过输送注口19流到铸辊上。带材制品20的端部在一个输送滑道96的控制下被导向夹送辊接着被导向卷曲工位(图中未示出)。输送滑道96从主机体框架上的枢轴台架97垂下，在纯净的前端形成后，输送滑道96可在液压缸装置(图中未示出)的操控下被摆向所述夹送辊。
可移动的辊箱13被制成这样的形式，即，能够在将箱体13安置在铸机上的适当位置之前设置铸辊16并且能够调节铸辊之间的辊隙。并且，在安装箱体时，两对安置在主机体框架11上的铸辊偏压装置110、111可被快速地连接到箱体上的铸辊支架上以提供阻止铸辊分离的偏压力。
辊箱13包括带有辊子16的大框架102和耐火套的上部103，所述耐火套用于包围在辊隙下方的铸带。铸辊16被安置在铸辊支架104上，所述铸辊支架104带有辊端轴承(未示出)，铸辊被安装在辊端轴承上并使辊子能够围绕它们彼此平行的纵轴线旋转。利用直线轴承106使两对铸辊支架104被安装在辊箱框架102上以使铸辊支架可在辊箱框架上横向滑动，从而可使铸辊以相互接近和分开的形式整体移动，这样可使两个平行的铸辊以相互分离和接近的方式移动。
辊箱框架102上还带有两个可调节的分隔部件107，分隔部件107位于铸辊下方并且在两个铸辊之间的中心垂直平面附近，所述分隔部件107位于两对铸辊支架104之间以用作限制两个铸辊支架向内移动的阻挡件，从而能够限定铸辊之间的辊隙的最小宽度。如后面将描述的，铸辊偏压装置110、111是可操作的以使铸辊支架相对于这些位于中央的可调节的阻挡件向内运动，但是使其中一个铸辊能够克服预定的偏压力向外弹性移动。
每个位于中央的分隔部件107采用蜗杆或螺杆驱动的千斤顶的形式，它具有一个相对于铸机中心垂直平面固定的主体108和两个端部109，所述两个端部109可在千斤顶的作用下沿着相反的方向上以相同的方式移动以使所述千斤顶延伸和回缩，从而能够调节辊隙的宽度同时还能够使铸辊与铸机中心垂直平面之间的间距保持相等。
铸机设有两对铸辊偏压装置110、111，每对偏压装置分别与每一个铸辊16的支架104相连。在铸机一侧的偏压装置110装有螺旋形偏压弹簧112以在相应的铸辊支架104上提供偏压力，而在铸机另一侧的偏压装置111装有液压致动器113。图8和图9中示出了铸辊偏压装置110、111的具体结构。所述结构能够提供两种独立的操作模式。在第一种操作模式中，偏压装置111被锁定以使一个辊子的相应的支架104牢固地抵靠在中央阻挡件107上，而另一个辊子能够克服偏压装置110的偏压弹簧112的作用自由地横向移动。在另一种操作模式中，偏压装置110被锁定以使另一个辊子的相应的支架104牢固地抵靠在中央阻挡件107上，并且对偏压装置111的液压致动器113进行操作以为相应的辊子提供伺服控制的液动偏压。对于正常的浇注，可使用简单的弹簧偏压或伺服控制偏压。
图8中示出了偏压装置110的详细结构。如图中所示，所述偏压装置包括设置在外壳115内的弹簧套筒114，外壳115被固定螺栓117固定在铸机主框架116上。
弹簧套筒114具有可在外壳115内运动的活塞118。弹簧套筒114可以在流入或流出缸体118的液体作用下处于在如图8中所示的一个延伸位置或一个回缩位置。弹簧套筒114的外端带有一个螺杆千斤顶119，螺杆千斤顶119可在一个齿轮电动机120的操作下设定弹簧反作用柱塞121的位置，所述弹簧反作用柱塞121通过杆130与螺杆千斤顶119相连。
弹簧112的内端作用在推力杆结构件122上，推力杆结构件122通过载荷装置125与相应的铸辊支架104相连。在初始状态下，通过连接器124使该推进结构件与铸辊支架牢固接合，当偏压装置没有被连接时，所述连接器124在液压缸123的作用下可被延伸。
当偏压装置110与其相应的铸辊支架相连并且弹簧套筒114处于如图8中所示的延伸位置时，弹簧套筒和螺杆千斤顶的位置相对于设备框架是固定的并且可设定弹簧反作用柱塞121的位置以调节弹簧112的压力，所述弹簧反作用柱塞121可用作一个固定支座，抵靠在其上的弹簧能够在推进结构件122上施加推力并且使推力直接作用在相应的铸辊支架104上。上述结构在浇注过程中所产生的唯一相对运动是铸辊支架104和推进结构件122作为一个整体相对于偏压弹簧的移动。因此，弹簧和载荷装置仅承受一种摩擦载荷源，并且载荷装置可以非常精确地测定实际施加在铸辊支架上的载荷。另外，由于偏压装置能够对铸辊支架104进行偏压使之向内压靠阻挡件，因此，在金属实际通过铸辊之间以前，可对偏压装置进行调节以使铸辊支架预加载有所需的弹簧偏压力并且在接下来的浇注过程中将保持所述偏压力。
图9中示出了偏压装置111的详细结构。如该图中所示，液压致动器113是由外壳结构件131和内活塞结构件133形成的，外壳结构件131被固定螺柱132固定在设备框架上，内活塞结构件133形成了推进结构件134的一部分，推进结构件134通过载荷装置137作用在相应的铸辊支架104上。在初始状态下，通过连接器135使该推进结构件与铸辊支架牢固接合，当推进结构件没有与铸辊支架相连时，所述连接器135在液压活塞和缸体组件136的作用下可被延伸。液压致动器113可被操控以使推进结构件134在延伸状态和回缩状态之间移动并且当推进结构件134处于延伸状态时施加推力，推力通过载荷装置137直接被传递到辊支撑轴承104上。与弹簧偏压装置110的情况类似，在浇注过程中所产生的唯一相对运动是铸辊支架和推进结构件作为一个整体相对于偏压装置的其它部分的移动。因此，液压致动器和载荷装置仅需承受一种摩擦载荷源，并且由偏压装置所施加偏压力可被非常精确地控制和测定。另外，由于偏压装置能够对铸辊支架104进行偏压使之向内压靠阻挡件，与弹簧加载偏压装置的情况类似，在开始进行浇注之前，直接向内对铸辊支架进行偏压并使之压靠在固定的阻挡件上能够使铸辊支架预加载有精确测定的偏压力。
对于正常的浇注，可通过将高压流体提供给致动器113简单地使偏压装置111被锁定以使相应的铸辊支架牢固地抵靠在中央阻挡件上，并且偏压装置110的弹簧112可在其中一个铸辊上提供必需的偏压力。或者，如果需要利用偏压装置111提供伺服控制偏压力，通过调节弹簧反作用柱塞121的位置使偏压装置110被锁定以使弹簧力增大至足以超过正常浇注所需的铸辊偏压力的程度。在正常浇注过程中，弹簧接着使相应的铸辊支架牢固地抵靠在中央阻挡件上，但是如果使铸辊分离的作用力过大，那么会使铸辊临时脱开。
辊箱框架102支撑在四个轮141上，从而可使辊箱框架102移动到铸机内的操作位置处或者从该操作位置移出。在辊箱框架到达操作位置时，整个框架在包括液压缸装置144的起重设备143的作用下被提升，接着使辊箱框架被设置在铸机的中央。
根据本发明，在进行浇注之前设置位于中央的分隔部件或阻挡件107以便在开始浇注时使铸辊16之间辊隙处的间隙远小于需要浇注的带材厚度。当浇注薄钢带时，铸辊承受温度高于摄氏1200度的熔融钢水，因而铸辊在浇注状态下经受很大的热膨胀或热变形。因此对铸辊进行机加工以使其具有较大的负拱度，从而使铸辊在浇注状态下膨胀成基本平行的圆柱形状。当设定铸辊之间的初始间隙时必须将该负拱度考虑进去。
图10示出了两种常规的铸辊辊型，它们都具有这样一个负拱度，即，铸辊圆周表面在端部处的半径比在中心部分处的半径大450微米或0.4毫米。对于通常能够生产的带材宽度和通常所用的铸辊直径，拱度通常为0.4毫米±0.3毫米。常规的铸辊直径可为500毫米以生产宽度达到1300毫米的带材。拱度仅在铸辊端部处是很大的并且与0.5至5毫米的常规带材厚度相比是较大的。
图11示意性地示出了铸辊在冷态下铸辊间隙的初始设定情况，因此铸辊具有一个负拱度c。在铸辊中心处的初始间隙为d0＝2c+g0，其中c是每一个铸辊的径向拱度并且g0是铸辊边缘间隙。铸辊边缘间隙g0设定在确保铸辊之间不会出现偶然或不均匀地接触的最小值和确保熔融金属不能自由地向下通过在铸辊的中心部分处的较大间隙d0的最大值之间，否则会阻碍正常地封闭辊隙以及无法以可控的方式充填浇注池。现已发现，在浇注厚度范围在0.2毫米至5毫米的带材的情况下，为了达到平稳启动浇注的效果以及令人满意的浇注池充填速度，g0应该最好在0.5毫米和1.4毫米之间。
在浇注启动时，在注入熔融金属之前使铸辊转动，接着将熔融金属注入到铸辊之间的辊隙中以形成浇注池并形成带。凝固的金属型壳形成在两个铸辊上并且这些凝固的金属型壳在辊隙处聚集以形成铸带。
熔融金属的凝固速度取决于通过铸辊表面吸收热量的速度，通过铸辊表面吸收热量的速度又取决于铸辊内部冷却系统、冷却水流、接着表面的结构组织和铸辊的速度。铸辊的速度在浇注的开始阶段是可被控制的以在快速地增加浇注池中的熔融金属，而且根据本发明能够生产厚度大大超过铸辊之间的初始间隙设定值的带材。被偏压的铸辊(根据所述设备的操作模式或者在弹簧偏压下或者在液动偏压下)接着在相关的偏压装置(110或111)的作用下横向移动以适应所形成的厚度增大的带材。
由于初始间隙设定值与熔融金属输送到辊隙的速度和生产较厚的带材所需的凝固速度相比是很窄的，因此浇注池被快速充填并且间隙被凝固的金属快速地封闭，从而凝固立即形成连续的带材并且不会造成大量的金属损耗以及不会产生过多的铸带缺陷。在启动阶段，铸辊的浇注表面温度升高以使其形状改变并建立最终的热态，如图12中所示，它通常是平的。这可能需要大约45秒的时间并且大大地影响铸辊之间的间隙。但是，带材的最终厚度以及铸辊之间的间隙是由铸辊的转动速度决定的，移动的铸辊克服所施加的偏压力自由地移动以适应所生产的带材厚度。因此在启动工序中，铸辊速度是可改变的以使浇注池得到充填并且形成所需的铸带厚度。特别是，铸辊的转动速度是按照下列表达式被控制的：
V0d0＜α(VpD+Δ(Q)) 表达式1
α＞1.0 表达式2
其中
α为系数
Vp为目标生产速度
D为目标生产厚度或铸辊中心间隙
Δ(Q)为从上游浇注以有助于浇注池初始充填的浇注量的增量
该表达式1和2的实际意义为：
如果α＝1并且V0d0＝α(VpD+Δ(Q))，那么熔融金属可刚刚开始充填浇注池，这是因为分配器注口和高度与生产流动速度相符。因此，流动速度增量Δ(Q)不能防止大量熔融金属自由地向下通过所述间隙。
如果α＝2并且V0d0＜α(VpD+Δ(Q))，那么浇注池被快速地充填，例如根据其它参数需要5秒的时间。即，在启动阶段无需使用引锭杆即可利用熔融金属堵住浇注池。
数值Vp和D反映了速度为Vp的实际凝固情况和在完全达到所需浇注池高度时所达到的厚度D，因此，当满足表达式1和2的条件时，α值很高能够确保在开始阶段利用熔融金属以及接着在完全达到所要求的浇注池高度的情况下甚至利用凝固型壳来充填或堵住铸辊的辊隙。
特别是，α值为2±0.5。
如图12中所示，在形成浇注池以使宽度完全达到要求的带材的厚度接近d0并且在大约30秒的时间内出现的铸辊的热膨胀可使间隙几乎是平的。这使铸辊的间隙膨胀以使间隙变窄，这样甚至在浇注池被完全充填之前凝固型壳就开始将被偏压的铸辊推回。
在利用本发明所涉及的方法特别操作的一个特定的双辊连铸机中，采用下列条件：
铸辊直径500毫米
铸辊速度15米/分钟
热通量 14.5Mw/m2
带材厚度1.6-1.55毫米
中心处的铸辊间隙1.3毫米
铸辊拱度0.25毫米(负)
边缘处的铸辊间隙0.8毫米
在上述条件下，通常需要5秒的时间即可形成浇注池并且能够生产连续的带材。