阻止氧气与金属熔液接触的方法 本发明涉及一种在连铸时阻止氧气与金属熔液接触的方法，其中，金属熔液流入一由壁界定的浇铸空间并从中作为铸坯排出，以及一种实施上述方法的装置。
在连铸时会在浇铸空间中积集金属熔液，必须保护金属熔液，避免再氧化和避免熔池液面因辐射而大量散热。在传统的连铸中，为此目的，熔池液面用浇铸粉末或油覆盖。
为了铸造薄的带材已知有各种不同的铸造方法，其中的浇铸空间不是由刚性的壁而是由一个随铸坯移动的壁或多块随铸坯移动的壁组成，例如用EP-A-0526 886中的履带或由EP-A0568211或EP-B-0040072中的辊或由US-A 4,987 949或EP-B-0 430 841中的两个反方向运动的铸辊组成。在这些方法中，金属熔液通过浇铸粉末或油可靠地防止再氧化和热的散失，而在具有刚性壁的浇铸空间或结晶器中多数情况就是如此。
由EP-B 0430841已知在一个双辊铸造设备中通过设置保护罩来保护熔池液面避免因辐射的大量散热和再氧化。然而，在这一方案中强调，在保护罩和铸辊之间的接触面上，不仅在保护罩上而且在铸辊上会有很大的磨损，并由于构件的热变形而不能阻止空气。从而不能阻止氧气通过界定浇铸空间的壁之间的间隙地流入。会有与熔融金属再氧化的缺点。
为了减少空气通过保护罩和铸辊之间的间隙的流入，在US-4 987949和EP-A 0 714 716中建议：在保护罩和铸辊的确定间隙中吹入一种惰性气体，最好是氮气或氩气，从而对侵入的空气形成一阻隔。然而这一措施不足以阻止空气流入浇铸空间和完全阻止流向熔池液面，从而一方面同以前一样在熔池液面形成金属氧化物而在金属带材的内部产生缺陷，另一方面在形成的铸坯外壳的表面形成金属氧化物或有氧气扩散到金属带材的边缘层并形成会提高撕裂可能性的夹杂物。尽管输入惰性气体，但在流动边界层的所谓的层流的底层中粘附在辊表面的微观粗糙度中的空气夹带入浇铸空间。上述底层粘附在辊表面的微观粗糙度中，既不能通过接触导引的密封件也不能通过无接触的密封件刮下。
本发明的目的是要避免上述缺点和困难，提出一种能够阻止氧气与金属熔液接触的上述类型的连铸方法以及装置，即使在构成浇铸空间的壁之间存在的间隙上有很大的磨损，也可以完全阻止再氧化。尤其是能够消除粘附在构成浇铸空间的壁上的或夹带的空气层的所谓的层流的底层。
上述目的在上述类型的方法中是这样实现的，即经过壁之间的可能的间隙侵入的、和/或在壁上粘附的氧气在形成对金属熔液无害的化合物的情况下进行化学转变。
一个特别简单的方法是燃烧氧气，其中最好是将由预热后的可燃气体形成的火焰直接与浇铸空间的壁接触。
为了阻止金属熔液有最少的氧气量，适宜的是燃烧按化学计量或亚化学计量即在缺氧的情况下进行，其中，燃烧最好是以1-50％的亚化学计量进行。
作为可燃气体使用气态的碳氢物，如甲烷、乙炔等或它们的混合物，或使用氮氢混合物，如N2H2混合气。
为了适应连铸时的各种不同的操作条件，最好测量在化学转变时所形成的气体的化学组分并根据这一结果调节或控制转变过程，例如通过建立可燃气体是与燃烧过程所需的氧气量的比例。
另一优选实施例的特征在于，氧气借助于气体和/或液体转变，其中，所使用的气体或液体最好预热至温度0-300℃，其压力最好在0.5-5巴之间。为此特别适宜的是碳氢化合物。
在至少有一个壁相对于浇铸空间移动的浇铸方法中，按照优选的实施例，上述移动壁中新进入浇铸空间的部分在进入之前要通过氧气的化学转变清除掉粘附在其上的氧气。连铸可以有利地按无锭轧制最好是双辊浇铸法进行，即无锭轧制对于本发明的方法也可只用一个铸辊，例如EP-B-0 040 072所述。当然，本发明的方法也可以应用在金属熔液在任意移动的冷却体上的浇铸，例如在按照DE-A-3602594的履带上的浇铸。有时具有刚性壁的结晶器也具有优点，例如不可能施加铸造粉末或太昂贵。
如果可燃气体沿着浇铸空间的壁中的新进入浇铸空间中的壁部引入，则可获得本发明方法尤其好的效率，因为由此一定程度上清洁了新进入浇铸空间的壁部。
另一优选实施例的特征在于，紧邻氧气化学转变的区域，在界定浇铸空间的壁上，对着上述壁吹入一种惰性气体，其层厚优选至少为0.5mm，最好至少为5mm，入流压力为大气压力的0.6-1.5倍，最好为0.95-1.05倍，其中，最好在可燃气体燃烧后，在清除了氧气的铸辊表面上施加一种惰性气体。
本发明的装置可以阻止在连铸中氧气与金属熔液的接触，其中由壁界定的浇铸空间充满金属熔液，并从中经过浇铸空间的浇铸间隙排出铸坯，本发明装置的特征在于，在相邻壁之间的可能存在的间隙旁设置一气体或液体的输送管，用于通过上述间隙侵入的、和/或在壁上粘附的氧气的化学转变，其中最好在上述间隙的附近设置一燃烧器。
连铸金属带材最好是钢带的装置，具有两个反方向旋转的、其轴线相互平行的铸辊和两个侧坝和一个设置在铸烧空间上方并向上封闭的保护罩以及一个密封装置。上述侧坝构成容纳熔融金属的浇铸空间；上述密封装置阻止空气沿着由保护罩和旋转的铸辊构成的间隙流入浇铸空间。在这一装置中，本发明的目的是这样实现的，即上述密封装置由一个在大气侧设置在旋转的铸辊和保护罩之间的间隙附近的燃烧器最好是气体燃烧器构成。
上述燃烧器的一个有利的结构在于，该燃烧器由一个与铸辊表面间隔设置的、沿着铸辊轴线延伸的气体燃烧室组成，并具有一可燃气体的输送管和至少一个朝向铸辊表面的、最好是倾斜逆着铸辊运动方向指向铸辊表面的可燃气体的排出孔。可燃气体的排出孔既可以设计成缝隙形喷嘴也可设计成圆形喷嘴。对于完全燃烧空气中的氧气重要的是，在由保护罩和铸辊构成的间隙之前维持一连续的火焰前烽。
为了有目的地控制燃烧，将可燃气体的排出孔通入向着铸辊表面敞开的火焰室是有优点的。这样可以附加地减少可燃气体的消耗量，因为通过火焰室和铸辊表面提供了一个很大程度上封闭的空间，空气只能通过火焰室的壁和铸辊表面之间的间隙才能流入上述空间。火焰室与空气输送管相连并具有一个气体分析仪用的接头，可以改善火焰室的作用。借助于空气输送管，可以根据由气体分析仪获得的烟气组成来有目的地控制上述燃烧。
根据一个特别的实施例，在保护罩和燃烧器之间设置一惰性气体输送管。该输送管具有一个设计为喷嘴的排出孔，它朝向铸辊表面最好倾斜地逆着铸辊的运动方向指向铸辊表面。通过这一措施可以在铸辊附近对铸辊施加惰性气体层，从而显著地阻止了氧气或空气的流入。如果施加在铸辊上的惰性气体层有几个毫米厚并使用比空气重的惰性气体，则没有必要将保护罩直接连接在惰性气体输送管和燃烧器上。
其它的特征和优点从下面的用于浇铸金属带材的装置和方法的几个实施例的说明中给出。
图1表示具有本发明密封装置的双辊型浇铸设备的两种实施形式的横截面；
图2表示具有火焰室的本发明燃烧器的图1的片断。
如图1示意剖面图所示，双辊型浇铸设备具有两个传动的铸辊1、2，它们相互平行设置的辊轴3、4位于一个水平的平面内。两个沿箭头5、6方向相反旋转的铸辊1、2设有铸辊外壳用的未示出的内冷却，这一铸辊外壳构成铸辊表面7。在端侧足够靠近铸辊1、2处设置有侧坝8。由铸辊1、2和侧坝8构成浇铸空间9，从一个未示出的熔融金属容器或分配桶经过一个设有排出孔11的输送喷嘴10将熔融金属20供入浇铸空间9。浇铸空间9向上、相对于铸辊1、2和相对于侧坝用保护罩13限定，保护罩13在熔融金属一侧具有耐火衬14，以保护熔融金属20损失太多的热量和防止与空气中的氧气再氧化。用保护罩13的支撑装置15将保护罩13和铸辊1、2之间调节到所希望的最小间隙18。支撑装置15可用调节元件17相对于固定的机架16调节。保护罩13中穿过供料喷嘴10，其中，在这两个物件之间设有尽可能小的、必要时可由密封件覆盖的环形间隙。
用这种构型的双辊浇铸设备可以浇铸薄的金属带材，尤其是厚度范围为1m-12mm的钢带，其中，待浇注的熔融金属20如上所述连续地供入浇铸空间9中。在反方向旋转的、冷却的铸辊1、2上形成不断变厚的铸坯外壳，并在铸辊之间的最窄横截面处由铸辊成型为带材。由铸辊输出的带材的厚度由两个铸辊的相互间的间距确定。
为了防止空气沿着由保护罩13和旋转的铸辊1、2构成的间隙18流入浇铸空间，在间隙18前设置了一个气体燃烧器23。气体燃烧器由一个沿着铸辊轴线延伸的燃烧室24组成，并连接在可燃气体的供料管25上和具有一个朝向铸辊表面的可燃气体的排出孔26。按照图1右半图所示的实施例，排出孔26从燃烧室24径向地对着铸辊2的表面7。按照图1左半圆所示的实施例，排出孔26从燃烧室24倾斜地逆着铸辊表面7的运动方向指向。排出孔26被设计成缝隙形喷嘴，其中，缝隙形的排出孔沿着铸辊轴线4的方向延伸。当然，排出孔26也可由多个前后设置的短的缝隙组成，这些缝隙相互排列着在整个铸辊长度上延伸。也可以采用圆形喷嘴，其中，这些喷嘴由大量相邻设置在铸辊表面对面的燃烧室的壁中的孔构成。
在图2中用图1中的一个片断表示了一个已知的燃烧器23，其中，排出孔26从燃烧室24通入火焰室30。只有在可燃气体输入由U形壳体构成的火焰室30中后才点燃，并燃烧完被带入的氧化。火焰室30向着铸辊的表面7用接触式层叠密封件防止进入大量的空气。火焰室30与空气输送管31相连并具有一个气体分析仪的接口23。
在保护罩13和燃烧室23之间设置一惰性气体输送管35并连接成一公共的构件。从而不可能从这一侧错误地流入空气，也可以取消相对于铸辊表面独立地调节惰性气体输送管35和燃烧器23。惰性气体输送管35在结构上设计成与铸辊的表面7间隔的惰性气体室36，并具有一个喷嘴形结构的排出孔37。排出孔37按照图1右半图所示的实施例为径向指向铸辊的表面7，按照图1的左半图所示的实施例为倾斜逆着铸辊的表面7的运动方向指向。
在可燃气体燃烧之后，用惰性气体输送管在铸辊表面上施加一薄的惰性气体层来防止燃烧气体侵入浇铸空间9。为此，惰性气体层的厚度需要至少为0.5mm最好大于5mm。如果惰性气体的入流压力调节到大气压力的0.6-1.5倍，最好是0.95-1.05倍之间时，则获得了最佳的条件。