專利名稱：連鑄金屬板帶的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于厚度大約為1-20毫米、寬度達到大約2米的薄帶金屬的連鑄機，更特別地，本發(fā)明適用于自動的和具有類似應(yīng)用的低碳鋼鋼板的生產(chǎn)。
本發(fā)明將基本上參照鋼材的制造來進行描述，但發(fā)明用于連鑄其它金屬或合金也是可以想到的。
按照慣例，各種截面鋼材的生產(chǎn)靠使用多個軋鋼機將鑄錠軋制成所要求的截面形狀來進行。產(chǎn)品越薄，所需要通過的軋鋼機的軋道也越多。為了節(jié)省費用，已經(jīng)研制出了許多連鑄的方法，以使所鑄造的產(chǎn)品的尺寸達到傳統(tǒng)的熱軋產(chǎn)品的尺寸，這樣，傳統(tǒng)的熱軋操作可以被大大減少，實質(zhì)上也就減少了主要的機械和勞動費用。然而，直到如今，這些方法不能大批量地生產(chǎn)中間尺寸范圍的鋼帶，即，厚度為1-20毫米的鋼帶。
目前，用于鑄造連續(xù)鋼帶的一種方法，包括，首先在垂直激冷鑄模中接收金屬液，該方法道常用于生產(chǎn)厚度大約為150～300毫米的板鋼，隨后將這些板鋼熱軋，減小它們的厚度。在垂直連續(xù)鑄造中所遇到的一個主要問題是鑄件有粘接到工作區(qū)壁面上的可能，在鑄模中產(chǎn)生的正在凝固的金屬表皮由于其與鑄模壁之間的相對運動可能會裂開。這個問題已靠應(yīng)用兩個振動模及使用潤滑劑來減輕，在鑄造過程中，這兩個振動模在預(yù)定的距離內(nèi)以所控制的速度縱向往復(fù)運動，然而，當斷面厚度減小時，就需要增加通過鑄模的金屬的速度，以便能保持合理的每小時每米寬度約為100噸位的產(chǎn)品。這在1-20毫米厚度范圍的鋼板的鑄造中，會在鑄模中引起所不能允許的表皮損傷。
由在凝固金屬和鑄模之間的相對運動所引起的表面質(zhì)量缺陷，可以靠Bessemer在1865年設(shè)計的雙輥鑄造機來克服。在該方法中，金屬液被側(cè)入兩個相隔的水冷輥之間，這兩個水冷輥向內(nèi)朝著金屬旋轉(zhuǎn)，在滾擠中金屬發(fā)生凝固。用這種方式，提供了一個連續(xù)移動的鑄模表面，基本上消除了凝固金屬與鑄模之間的不同速度所帶來的不期望的后果。應(yīng)用雙輥鑄機生產(chǎn)厚度1-20毫米的鋼帶是可能的，但它必須以不合理的比例來增加輥子的尺寸(如假定以60°的最大的對池角度及20mm/min 的凝固常數(shù)。對于12毫米厚的產(chǎn)品，就需直徑為3米的輥)來提供用于冷卻的足夠的停留時間，即使每小時每米寬度約為100噸的產(chǎn)品可以達到的話。
Bessemer方法所不易克服的另一些問題包括金屬液邊界的密封、在空氣中的暴露、表面疊痕和提供一致的不受渦流干流的金屬液的供給。
提供連續(xù)移動鑄模表面的另一途徑是在單輥上鑄造，例如，用“熔拉”方法，將從一個 縫隙中排出的金屬液的彎液面拉到一個被冷卻的旋轉(zhuǎn)筒上，金屬液在與金屬筒的接觸中凝固，隨后，隨著旋轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)進行剝離。由于金屬最初只是從一邊開始凝固，并且金屬在這樣的液筒上的停留時間短，如果液筒的比側(cè)是在合適的范圍內(nèi)，則鑄帶的厚度被限制到最大約為1-2毫米。相同的厚度范圍的鑄帶適用于稱為平流鑄造的派生過程。也應(yīng)當注意的是，這樣的方法沒有一個增壓的液態(tài)池，以在凝固的金屬上提供足夠的載荷，因此，不能提供良好的表面光潔度。
在Maringer所申請的美國4,646,812號專利上，推薦了一個比以熔拉方式制出的金屬帶更厚的鑄造金屬帶的方法。Maringer公開了將金屬液從中間包中提供到移動激冷面上的過程。該中間包在上游端具有一個縫狀的排料口，以將鑄造的金屬液注入由中間包的底面和激冷面所確定的通道中。從通道中排出的金屬的熔融頂面在下游端由一個輥子進行“滾壓”。
現(xiàn)在是與olsson所申請的美國4,086,952號專利所公開的過程進行對照。在該專利中，每一個鑄造臺包括一個激冷面，激冷面被不斷移動并與一個金屬液池相接觸，該金屬液由底部具有開口的的第一個中間包來提供。所凝固的金屬帶板的厚度在一系列鑄造臺上增加，這些鑄造臺一個接一個地設(shè)置，直至所要求的高度。
在Maringer過程的中間包的底部確定了一個底板或構(gòu)件，與OLLson相比較，該底板或構(gòu)件將限制與凝固金屬相鄰的金屬液池中的對流效應(yīng)。在Maringer的中間包底部的激冷表面上的停留時間，由通過縫狀卸料口的金屬液的流速及激冷表面的速度來控制。Maringer也描述了鑄造金屬板帶的最大厚度，該厚度被限制到由于表面張力所確定的鑄造金屬所固有的額定厚度之內(nèi)。
另一個感興趣的專利是Jachson所申請的美國第3,354,937號專利，其描述了一個底部具有孔板的中間包，用于存放澆灑的熔融金屬。該熔融金屬最初立即在移動激冷表面上凝固，隨后在已冷凝的金屬的上面凝固，這樣，在一定的適合的時間期間內(nèi)所獲得的鑄造帶板的最大厚度受到限制。
另一種在單輥上鑄造的方法是浸入式鑄造。在該方法中，水冷輥在液態(tài)金屬池中旋轉(zhuǎn)，當鑄造金屬板從金屬液池中露出時，將其從水冷輥上剝脫。這種生產(chǎn)金屬帶的方法受到技術(shù)上和復(fù)雜工藝上的限制，象邊緣的控制及溶質(zhì)元素在凝固過程中的再分配。
再一個在單個連續(xù)移動模表面上連鑄金屬的方法是開口槽水平鑄造方法。在該方法中，金屬液被澆到一系列激冷模或一個移動帶上，雖然它可以以合理的生產(chǎn)率生產(chǎn)出厚度為12到20毫米的鋼帶，但這種鋼帶由于暴露于空氣中的氧化，紊流效應(yīng)及由輻射散熱而形成的上部鑄度之下的夾帶氣體，使其表面質(zhì)量趨于不良。
同樣地，如果應(yīng)用直接激冷金屬模，由于是自由澆注，鑄件下表面會呈現(xiàn)冷疤和冷隔，這些缺陷可以靠提供一個絕熱層來解決，但應(yīng)用絕熱層來進行薄帶鑄造將會付出很高的費用。
再有一個方式是提供一個象Hazelett所發(fā)展的雙帶鑄造機這樣的連續(xù)移動鑄模。在這種結(jié)構(gòu)中，一對薄鋼帶平行運動，其中一條鋼帶攜有一連串連續(xù)的擋塊，用以確定鑄模的邊部。當用這種方式生產(chǎn)薄帶時，出現(xiàn)的一個主要問題是，它既不容易提供一致的通過入口的金屬液供給，又不易將帶的速度與金屬液的要求相合。當應(yīng)用窄的并且寬的澆注噴嘴時，所出現(xiàn)的另一個問題是由于冷凝發(fā)生在噴嘴與鋼帶之間，將干擾金屬供給到鑄模中。同樣地，由通過噴嘴的鋼水的高速度所引起的噴嘴的浸蝕也成為一個問題。另一方面，如果不應(yīng)用噴嘴，金屬液就得倒入易受再氧化的開口池中。
綜上所述，本發(fā)明的目的是提供一個連續(xù)鑄造金屬帶或薄板的方法，用這種方法制造的金屬板帶的厚度范圍大約為1～20毫米，產(chǎn)品生產(chǎn)率為每小時每米寬度100噸或更多。本發(fā)明還有一個目的，就是在至少可以減少以上所述問題的同時來實現(xiàn)這些生產(chǎn)率，上述問題是正在凝固坯料(殼)與冷卻模表之間的表皮摩擦、再次氧化的機會、與紊流有關(guān)的缺陷、在激冷表面過早和不規(guī)則的凝固、由不合理的供料控制所引起的不良的表面質(zhì)量。
首先，本發(fā)明提供了一個具有用于盛裝金屬液、并將金屬提供到工作區(qū)的中間包。在連鑄過程中，當金屬液流過工作區(qū)時，金屬凝固。中間包包括用于容納金屬液的裝置，并具有一個出口。中間包還包括位于出口處的帶孔阻流件，以允許金屬液流入工作區(qū)，該阻流件在穿過它的金屬液流中產(chǎn)生一個壓降，而經(jīng)過該阻流件的液流的分配則遍及整個阻流件。該阻流件也在中間包中的金屬液與工作區(qū)中的金屬液之間提供一個溫度梯度，以使中間包容納高溫的金屬液，而進入工作區(qū)的金屬液的溫度則是接近金屬的固/液線溫度。
本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用上述中間包的方法和裝置，該中間包與經(jīng)過工作區(qū)的移動激冷襯底相結(jié)合。
第二.本發(fā)明提供了一個連續(xù)鑄造金屬帶的裝置，該裝置包括用于容納金屬液的中間包，其具有一個出口，金屬液在壓力下從出口流進具有上游端和下游端的工作區(qū)；一個移動激冷村底，用于接收在工作區(qū)中的金屬液，并可從工作區(qū)的上游端向下游端移動；用于以所選定的速度驅(qū)動激冷村底的裝置；在中間包出口處的帶孔阻流件，該阻流件所具有的有效流通橫截面大到足以使金屬液流經(jīng)該件的速度大大小于襯底的速度，該阻流件的設(shè)置用于保證當金屬液與襯底接觸并在襯底上凝固時基本上無紊流，并在為壓力下與該該阻流件潤滑接觸的金屬液層提供了空間。
第三，本發(fā)明提供了一種連鑄金屬液的方法，其包括以下步驟以所選定的供料速度澆注，使金屬液通過帶孔阻流件，該阻流件具有一個與供給的金屬液保持液態(tài)聯(lián)系的入口表面及與限制金屬并使之成型的工作區(qū)保持液態(tài)聯(lián)系的出口表面，其中，這種液態(tài)聯(lián)系是靠許多沿阻流件的寬度和長度方向延伸的開口建立的；冷卻金屬液，以引起至少一些金屬液在通過工作區(qū)的激冷襯底上凝固；保持與阻流件出口表面相鄰的金屬液層的深度，以足以在阻流件的出口表面和正在凝固的金屬之間產(chǎn)生潤滑，而沒有顯著的紊流；以與金屬液的供給速度相應(yīng)的速度驅(qū)動襯底，并保證金屬液限定池在工作區(qū)中保持正壓力，以提高與村底相接觸的凝固金屬的表面光潔度。
第四，本發(fā)明提供了一種連鑄選定橫截面面積金屬帶的方法，其包括如下步驟將帶孔阻流件上面的金屬液通過該阻流件提供到移動激冷村底上，該阻流件所具有的用于流通的有效總截面面積基本上大于所說的鑄造金屬帶的截面面積；使金屬液以選定的平均速度流經(jīng)該阻流件，并在工作區(qū)中接收金屬液，工作區(qū)由移動激冷襯底、上游邊緣結(jié)構(gòu)及在上游邊緣結(jié)構(gòu)和一個下游邊緣結(jié)構(gòu)之間延伸的側(cè)邊結(jié)構(gòu)所確定，下游邊緣結(jié)構(gòu)與移動激冷村底隔開，以確定一個出口，鑄帶從該出口離開工作區(qū)；使進入工作區(qū)的金屬液流在工作區(qū)中保持一個正壓力；以比所述金屬液通過阻流件的平均速度大的另一速度驅(qū)動激冷襯底，以使金屬液限定池充填工作區(qū)，已凝固的金屬坯料在所述正壓力下于襯底之上增厚，而金屬液則作為阻流件和坯料之間的潤滑劑，所述阻流件以襯底為基準設(shè)置，以減少容納在工作區(qū)中金屬液中的紊流。
本發(fā)明的上述及其他方面將結(jié)合附圖進行描述，其中

圖1為透視示意說明圖，顯示了包括本發(fā)明的一個最佳的實施例的裝置，圖2是在最佳實施例中應(yīng)用的中間包的透視示意圖，圖3是沿圖2中3-3線的剖面圖，
圖4是基本上沿圖1中4-4線剖視的放大圖，顯示了本發(fā)明裝置的最佳實施例，圖5是沿圖1中5-5線的剖面圖，也是尺寸放大了的圖，圖6是繪在與圖2、圖3同一頁數(shù)上，并且在許多矯嬗臚 類似的圖，示出了該裝置的另一個實施例，圖中包括一個阻流件，圖7到圖10是與圖4類似的圖，進一步示出了本發(fā)明的實施例，圖11是示意說明圖，顯示了適于本發(fā)明的單面凝固的鋼的某些特性，圖12是示意說明圖，顯示了對于本發(fā)明中的孔隙率為1和0.2的阻流件的壓降與通道直徑的關(guān)系。
正如前面提到的那樣，本發(fā)明將針對厚度尺寸范圈在1-20毫米、寬度尺寸范圍最好在1-2米的鋼帶的生產(chǎn)進行描述，然而，這個描述純粹是示范性的，很明顯，對于熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人來說，這些尺寸參數(shù)是可以改變的，并且，該裝置可以應(yīng)用到連鑄有色金屬的帶板中，在這種情況下，上述的尺寸參數(shù)也將改變，此外，在這個例子中，還將采用典型的用鋁或硅脫氧的低碳鋼。
參見圖1，鋼水直接從鑄桶20、22中的任一個中經(jīng)過控制閥24、26來提供，控制閥24、26用于有選擇地從一個鑄桶中接收金屬液，而另一個鑄桶則正在被充滿。金屬液經(jīng)過絕熱管28、30到達中間包32(將在下面進行描述)，中間包確定了用于澆注鋼帶34的工作區(qū)44(見圖2)的下游、上游及側(cè)邊結(jié)構(gòu)，鋼帶34離開中間包，由襯底36傳送。襯底36為一基本上水平的環(huán)形帶，為激冷傳送裝置38的一部分。在本說明書中，術(shù)語“環(huán)形帶”可以被理解為具有一個連續(xù)的帶或一組被安裝成帶子狀的板塊(有時被稱為“塊式鑄造器”)。這些部分均如圖所示，而象傳送器38、鑄桶20、22和閥24、26之類的裝置則是傳統(tǒng)的裝置。
參見圖2到圖5，它顯示了本發(fā)明最佳實施例的各種附圖。中間包32進行工作的底部或底板(見圖)由阻流件40構(gòu)成，其將金屬液42以所選定的平均速度提供到襯板36上。阻流件40呈阻在介質(zhì)狀態(tài)，其具有許多通道，通道的有效總截面積基本上大于鑄帶34的橫截面積，以便使通過通道的平均速度大體上小于鑄帶的速度。這就減小了在工作區(qū)44中的紊流的危害，在工作區(qū)44中限制了離開阻流件40的金屬液的流動，金屬液會象將要描述的那樣成型，因而也就減少了常見的與窄縫噴嘴有關(guān)的耐火材料腐蝕問題的危害。
工作區(qū)44的一部分由襯底36來確定。襯底36從工作區(qū)的上游端46移動到下游端48，鑄帶34從下游端排出工作區(qū)。構(gòu)成工作區(qū)的一部分的入口邊緣結(jié)構(gòu)50與阻流件40在由序號52所示的區(qū)域隔開，以允許金屬液相當自由地流進工作區(qū)44。同樣地，正象圖2和圖3中所示的那樣，側(cè)邊結(jié)構(gòu)54、55與阻流件40在由序號56、57所示的區(qū)域隔開(圖3)。用這種方式，隔開的熔融金屬被保持在凝固的金屬坯料58和工作區(qū)的固定邊結(jié)構(gòu)之間。可以明白，空間52、56、57的尺寸應(yīng)恰恰允許足夠的金屬液在阻流件40的周圍流動，以保持圍繞著鑄帶的熔融金屬的潤滑層，而不會引起工作區(qū)中的熔融金屬的任何紊流。空間52、56、57可以由多孔介質(zhì)來代替，這樣，通過多孔介質(zhì)的熔融金屬要比通過所述的阻流件40的熔融金屬能產(chǎn)生更低的壓降。
為了減少阻流件40的腐蝕，在阻流件40的周邊設(shè)置由抗浸材料構(gòu)成的襯59。傳統(tǒng)上，該抗浸材料是與構(gòu)成工作區(qū)的固定邊結(jié)構(gòu)相同的材料。村59的上游部分也形成了與村板36隔開的工作區(qū)的上游邊結(jié)構(gòu)。這樣，就形成了一個排出口，使鑄帶34從該排出口排出工作區(qū)44。
參見圖4，隨著襯底36將坯料58從工作區(qū)的上游端傳送到下游端，坯料58的厚度增加。襯底36的速度可以控制，以使當坯料58增厚時，金屬液邊界60被保持在坯料58和阻流件40的出口表面65之間。由于金屬液邊界60保持與所有工作區(qū)44中不動的部分貼鄰，它拖筧蠡烈謊鹱饔茫Ｖぴ諛痰吶髁 8和(上述)不動的部分之間無接觸，而形成密封，防止氧化。
很明顯，當坯料離開工作區(qū)時，將有一些金屬液滯留在坯料上，這個問題可以應(yīng)用傳統(tǒng)的氣體遮蔽技術(shù)加以防止，使之不會氧化。
參見圖4，中間包中的過濾器62位于阻流件40的上部，用于減少到達阻流件40的入口表面63的雜質(zhì)顆粒的危害，該雜質(zhì)顆粒是以液態(tài)夾雜的形式存在于中間包32中的金屬液中的。因此，可以知道，在由阻流介質(zhì)構(gòu)成的阻流件40的地方，它將作為過濾器進行工作，以進一步保證提供到工作區(qū)的金屬液中基本上沒有任何固體夾雜物。在純度方面可以知道，由于中間包32與鑄桶20、22是氣密連接，又因為鑄桶中金屬液的流動(出)發(fā)生在鑄桶的底部，因此，鋼水將是清潔的，成型帶34將基本上無較大的非金屬雜質(zhì)。
也要特別注意到，在整個工作區(qū)44中均保持有靜壓，以增加凝固坯料58底面的光潔度。這個增厚的坯料58被設(shè)計成在工作區(qū)的排出口處將是足夠的厚，以保持在工作區(qū)中的背壓。
當然，可以知道，該系統(tǒng)的設(shè)計并非將鑄桶的全部靜壓均施加到阻流件40上，當設(shè)計通過阻流件40而進入工作區(qū)44的金屬液流的流速時，應(yīng)當考慮經(jīng)過過濾器62時的壓降。
靜壓是在中間包中液體壓頭的函數(shù)，通過阻流件40，壓力降低。這個壓降與孔隙的尺寸、阻流件的厚度及所應(yīng)用的材料的類型有關(guān)，此外，當需要時，還可以靠改變阻流件的孔隙率來改變工作區(qū)的上游端和下游端之間的靜壓，以控制金屬液流進工作區(qū)，并保證工作區(qū)充滿金屬液，且該液體壓頭并不至于會高到壓出過量的金屬液到工作區(qū)下游端的外面來。
舉一個鋼水以速度為100tph/(metre寬度)通過通道的具體例子。通過通道的液體的層流，從Hagen-Poiseniue定律中可知，流率與通道半徑R、通道長度L、液體粘度μ及由這個流動穿過過濾器所引起的全部壓降(PO-PL)有關(guān)，符合公式Q=π(PO-PL)R48μL]]>通過面積為Ar、并且包含有N個通道一塊板結(jié)構(gòu)的總流量將是QT＝NQ。對于網(wǎng)狀介質(zhì)，N與ε、孔隙率有關(guān)，符合公式N=ϵATπR4]]>在這些關(guān)系的基礎(chǔ)上，準備的圖12顯示理論上的估算方式。在該方式中，當鋼水以100噸每小時/米寬度的速度流進一米長的工作區(qū)時，通過10mm厚阻流件的壓力隨著通道直徑(mm)的改變而變化，例如，一個整體的具有密集孔隙的阻流結(jié)構(gòu)，如果它的對應(yīng)的孔(通道)的直徑是0.125mm(假設(shè)通道之間的壁厚被乎略，該直徑相當于每英寸200個孔)，將引起10mm鋼的壓降。通道直徑的曲折因素和通道直徑的變化將引起更大的能量損失，因此，實際上會引起更大的壓降。
對于含有許多通道的陶瓷材料，象ε＝0.2的材料，通過阻流介質(zhì)的壓降將會象圖12中所示的那樣相當?shù)拇蟆?br> 應(yīng)當注意到，借助于使空間52、56和57(圖3)成一定比例，在阻流件邊緣附近的壓降能被局部地減少。特別地，如果加寬空間52，在工作區(qū)的上游端將有一個強流在襯底的運行方向流動。阻流介質(zhì)40最好是陶瓷型固體，采用商標為RETICEL，由Hi-Tech Ceramics，Inc·of Alfred，New York，U·S·A·生產(chǎn)的產(chǎn)品。然而，具有類似特征的材料，象由theCeramic Foam Filter Division of consolidatedAluminum in Hender sonville，North Carolina生產(chǎn)的Selec/Fe過濾器當然也可以使用。其它的材料為，由C-E耐火材料做成的CLEAN-CAST(商標)陶瓷過濾流動調(diào)節(jié)器，其做成各種長度的許多方塊狀通道，形狀上類似于窩蜂狀。在McGill大學(xué)所進行的將鋼液通過穩(wěn)定的氧化鋯材料的試驗，顯示了孔隙率在每英寸10到80個孔之間的阻流材料用于控制流動是令人滿意的。以較高的孔隙率，必須要在正壓力下灌注阻流件，以便建立液態(tài)金屬流。
現(xiàn)在，可以知道，通常，隨著金屬與襯底36一起運行、移出工作區(qū)，工作區(qū)會被金屬液和凝固的金屬充滿。
圖4中在襯底36和阻流件40之間的擴張與坯料58的增厚相適應(yīng)，以保持液態(tài)邊界60。附圖中所示的角度是為了說明而予夸大的。在某種程度上，該擴張是由流速和其它可變因素的試驗來確定的。例如，顯然所列舉的結(jié)構(gòu)是最佳的，但只要所充滿的工作區(qū)被保持在一定壓力下，以保證與襯底的合適的反壓力能提供一個令人滿意的成型帶的表面光潔度及令人滿意的鑄造件，該結(jié)構(gòu)是可以由改變阻流件40、襯底36及固定(不動)邊結(jié)構(gòu)的安裝而改變，這是因為在工作區(qū)的連續(xù)靜壓保持了金屬液與凝固金屬之間穩(wěn)定的接觸，保證隨著收縮空隙的形成，其又被充滿。
襯板本身可以改變，它可以是適于接收和凝固金屬的任何移動介質(zhì)。關(guān)于襯底，將參照圖9和圖10在下面全面說明。也可以知道，與邊部結(jié)構(gòu)54、55相對的襯板的側(cè)邊將以傳統(tǒng)的方式進行絕熱，以保證在空間56、57中的金屬不會冷凝。這在塊式鑄造器中可以靠插入陶瓷塊來解決，此時陶瓷塊插入帶子的平行的邊緣部分，而帶子位于中心激冷部分的外面。
阻流件40也對在該件上的金屬液與工作區(qū)中的金屬液之間的溫度梯度產(chǎn)生影響，這是因為阻流件40具有離散的熱導(dǎo)性，該導(dǎo)熱性使在中間包中的金屬液保持在增高的或過熱的溫度，而阻流件以下的金屬則是工作區(qū)中所要求控制的凝固溫度，如接近液/固相線的溫度。此外，在中間包中的任何對流和其它紊流靠阻流件40與工作區(qū)44隔絕，以致于進入工作區(qū)的液體沒有過量的紊流，并以一個低的雷諾數(shù)通過通道進入工作區(qū)。
下面參照圖6(與圖3相鄰)。它示出了一個可替換的阻流件64，該阻流件呈陶瓷澆鑄板形，其包括在阻流件64的入口表面和出口表面之間伸展的具有統(tǒng)一橫截面的通道66，該通道可使金屬液67流進工作區(qū)68，以便將金屬液凝固成坯料69，坯料69在工作區(qū)的上游端和下游端之間增厚。通道66的布置可以在尺寸與分布上進行改變，以便在工作區(qū)的不同部分提供不同的流速，例如，如實施例中所示，通道66的數(shù)目在工作區(qū)68的上游端比下游端多，以便在上游端附近提供更大體積的金屬液的流動，這就引起在上游端的較大的靜壓頭，使金屬在最初凝固的范圍受壓，得到較好的表面光潔度。
另一種方法，通過阻流件的流速的變化，可以靠應(yīng)用具有變化孔隙的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)件來達到，例如，可以包括一個具有20P·P·i和65P·P·i(每一英寸長度上的孔數(shù))的構(gòu)件，對于在工作區(qū)的上游端的20P·P·i部分，每一個孔具有1.27毫米的理論直徑，對于在工作區(qū)的下游端的65P·P·i的部分，每一個孔具有0.39毫米的理論直徑。在阻流件的上面可以隔開放置一個滑動門，以使金屬液優(yōu)先地流向阻流件的上游端，隨后一些金屬液流到下游端，以保持金屬液層用于潤滑和充填收縮的空隙。通道尺寸的選竇捌浞 布取決于工作區(qū)的形狀，并應(yīng)使一個被充填的工作區(qū)受到正壓。這個實例的進一步的優(yōu)點是它使流入的金屬很快地能與凝固金屬的襯底平行地運動，從而可以控制出口排量，并避免了金屬在經(jīng)過排出口附近的網(wǎng)狀介質(zhì)時產(chǎn)生的短暫的環(huán)流。
下面參見圖7，其進一步示出了在本發(fā)明范圍內(nèi)的變化。在此實施例中，在坯料71最先增厚的地方要保持有較高的壓力，以使坯料與可移動的激冷襯底73緊密地接觸，提高表面質(zhì)量。上游阻流件和下游阻流件70、72用同一撐板74支撐在中間包中。上游阻流件70傾斜一個角度，其由網(wǎng)狀的或穿孔的材料制成，它的通道提供比水平方向的下游構(gòu)件72中更大的金屬液142的流速。由于金屬液經(jīng)過阻流件70的自由流動，坯料71在壓力下成型，并且隨著它的凝固，通過阻流件72的金屬液將坯料進行潤滑。
這就保證了坯料71足夠堅固，以承受來自金屬液的熱的和物理載荷，從而，隨著金屬的凝固，坯料厚度的增加直至達到最終的鋼帶厚度，可以保證金屬尺寸的穩(wěn)定性。
現(xiàn)參見圖8，用于提供金屬液101的中間包由序號100示出，它具有一個定義為構(gòu)件102的帶孔的升高了的板。中間包具有與移動激冷襯底106相隔開的下游端邊緣結(jié)構(gòu)104，以確定一個用于凝固金屬坯料108的出口，其中，下游邊結(jié)構(gòu)104由帶孔材料構(gòu)成，且與構(gòu)件102是連續(xù)的。帶孔邊緣結(jié)構(gòu)104用于向成型與限制金屬液101的工作區(qū)110的下游端提供金屬液，它由構(gòu)件106及中間包100的底壁來限定。邊部結(jié)構(gòu)104以大體上與坯料108離開工作區(qū)110的速度相同的速度提供金屬液。
這樣的中間包適于在工作區(qū)110的下游端確保提供金屬液，以減少當坯料排出工作區(qū)時坯料108的上表面粘到或冷凝到上游邊部結(jié)構(gòu)104上的可能。這樣，在凝固過程中所產(chǎn)生的坯料表面橫向破裂的后繼發(fā)展基本上被消除，并且，金屬液的供給不僅屏蔽坯料免受熱沖擊，而且補償坯料的上表面，因此，坯料是光滑的。
金屬液經(jīng)過上游邊結(jié)構(gòu)104的流量可以根據(jù)檢測中間包100下游金屬液105的液面、用調(diào)節(jié)中間包中金屬液上部自由表面的壓力(以PA表示)來控制。例如，供給象氬氣這樣的惰性氣體能使金屬液表面上保持一定的壓力。對于構(gòu)成下游端結(jié)構(gòu)104的材料也可以進行選擇，以提供選擇的壓降。
為了保持成型鑄帶112良好的金屬質(zhì)量，金屬液105可以被復(fù)蓋在惰性氣體中，并有選擇地加熱以在鑄帶上產(chǎn)生一個可控的溫度梯度。進一步地，驅(qū)動帶115的工作輥114(只示出一個)被放置在工作區(qū)的下游端靠近金屬液與鑄帶112的界面處，以便給與遠離移動激冷襯底的金屬帶的上表面令人滿意的光潔度，并能在中間包的外面保持有金屬液105。這將附加有邊部擋板，以防止任何泄露。
可以明白，應(yīng)用圖8所示的中間包生產(chǎn)的鑄帶的厚度，比在工作區(qū)外部沒有提供熔融金屬所生產(chǎn)的鑄帶的厚度要大。
以上所述的結(jié)構(gòu)是典型的結(jié)構(gòu)改變，其可以滿足與本發(fā)明所使用的工作區(qū)相一致的需要。在這樣的工作區(qū)中，坯料增厚，并借助于熔融金屬使其與工作區(qū)的固定部分分開。
如上所述，可移動的激冷村底也可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進行改變。認為與環(huán)形帶等同機械作用的適合的機構(gòu)，包括安裝一個單激冷輥，以使熔融金屬提供到側(cè)邊。這樣的裝置如圖9所示，序號120為輥，將熔融金屬122提供到輥120的側(cè)邊的中間包由序號124表示，帶孔構(gòu)件126位于中間包124的上壁與下壁之間，并且與鄰近的輥120的外壁相隔開。該帶孔件也是彎曲狀件，基本上與輥120的形狀相符。可以明白，在由中間包的壁和輥所確定的工作區(qū)的上游端，重力將在熔融金屬中產(chǎn)生較大的流體靜壓。
工作輥128以與圖8中所描述的相同的方式被放置到工作區(qū)的下游部分，以與圖8所述的相同的方式給與遠離激冷輥120的鑄帶一個令人滿意的光潔度。
另一個符合本發(fā)明目的的與激冷環(huán)形帶等同作用的機構(gòu)顯示在圖10中，該圖中，兩個輥130相對放置，并向內(nèi)朝著金屬液旋轉(zhuǎn)，它將一個正在增厚的坯料136從上游端到下游端向下傳送。該兩輥相互隔開，用以接收和冷卻由帶孔件132所提供的熔融金屬131。帶孔件132支承在中間包134的壁之間，并與靠近輥130的中間包的壁的下端留有間隔，另外，件132有一個基本上與輥的形狀相符的(彎)曲率，其截面基本上是V型的。
通常，靠將一個噴管浸入限制在輥隙之間的熔融金屬池中將金屬液提供到一個雙輥連鑄機上。與這樣的系統(tǒng)有關(guān)的問題可以在圖10所示的裝置中克服，這些問題包括夾帶固體雜質(zhì)、金屬液中的紊流和橫流，及在鑄帶表面上的疊痕。
上述問題靠應(yīng)用本發(fā)明的構(gòu)件132得以克服。進一步的，邊緣密封能被簡化。產(chǎn)生的鑄帶137由熔融金屬靜態(tài)池受到靜壓而成型，以保證在兩個表面上同時產(chǎn)生令人滿意的光潔度。此外，構(gòu)件132可以在靠近輥130的熔融金屬和在構(gòu)件132之上的中間包中的熔融金屬之間產(chǎn)生一個溫度梯度，就象圖2到圖5中所示的實施例那樣。
在本發(fā)明范圍內(nèi)的進一步改變還包括中間包的使用，該中間包具有與雙帶鑄造機有關(guān)的阻流件，在該鑄機中，帶子可以采用各種方位。
參見圖11，其以圖表的方式示出了本發(fā)明結(jié)構(gòu)的一些限制。橫坐標表示所要求的鑄帶的最終厚度，一組縱坐標表示經(jīng)由本發(fā)明裝置的各種生產(chǎn)率。隨生產(chǎn)率的增加，熔融鋼水的駐留距離增加，在該駐留距離之內(nèi)，鋼水在工作區(qū)內(nèi)中與激冷襯底相接觸。可以給出各種坯料厚度的曲線，從厚點出發(fā)的曲線表示了凝固的固定百分比。該圖表只是為了清楚地說明而顯示的整個曲線的一部分。
下面參考最終厚度為2米的鑄帶來解釋圖表。從橫坐標縱向地讀，通過表示2毫米的點的垂直線到達100％的凝固線，對于生產(chǎn)率為每小時每米寬度100噸的成品帶，駐留距離大約為1.05米，同樣，對于相同厚度的帶子，生產(chǎn)率為每小時25噸，駐留距離將下降到0.26米。當所要求的鑄帶的厚度增加時，那么很明顯，所要求的停留時間也將按所要求的每小時的噸數(shù)而增加。
應(yīng)用圖表的另一方法，是根據(jù)一個具體的駐留距離的最終鑄帶的厚度來估量坯料凝固的百分比。如，如果所要求的最終帶厚為10毫米，當坯料達到4毫米厚度時，對于生產(chǎn)率為每小時每米寬度100噸的成品帶，駐留距離達到0.9米，同樣，對于相同的最終帶厚及相同的生產(chǎn)率，當鑄帶具有大約0.05米的駐留距離時，鑄帶將只有10％凝固。由此可以看出，本裝置所生產(chǎn)的鑄帶的厚度越大，駐留距離就將大大增加，以保證在鑄帶離開該裝置以前大體上完成凝固。
很明顯，所述的裝置和過程可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)象權(quán)利要求書所述的那樣進行改變。例如，將本發(fā)明應(yīng)用于連續(xù)鑄造金屬而不是鋼時，由其它材料而并非陶瓷材料做成的阻流件或許更為適合，特別是，由石墨做成的阻流件可應(yīng)用于銅或鋁金屬的生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.用于連續(xù)鑄造金屬帶的裝置，該裝置包括一個用于容納金屬液并具有一出口的中間包，經(jīng)過該中間包，金屬液在壓力作用下流進具有上游端和下游端的工作區(qū)；一個用于接收工作區(qū)中金屬液的圖だ涑牡祝貿(mào)牡卓梢源庸 作區(qū)的上游端向下游端移動；適于以選定的速度驅(qū)動襯底的裝置；及一個在中間包出口處的帶孔阻流件，該阻流件所具有的流通有效橫截面大到足以使金屬液流經(jīng)過該阻流件的速度大大小于襯底的移動速度，該阻流件的設(shè)置是用來在金屬液接觸到襯底并在襯底上凝固結(jié)殼時保持一個基本上為非紊流的液流，該帶孔阻流件也為在壓力下與該阻流件相接觸的金屬液層提供空間。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于帶孔阻流件確定了中間包一個升高了的底板，在阻流件與激冷襯底之間伸展的中間包的下壁確定了工作區(qū)部分。
3.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于阻流件適于提供在工作區(qū)上游端的金屬液比在工作區(qū)下游端的金屬液更大容量的液流。
4.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于阻流件具有一個出口面，金屬液經(jīng)過該出口表進入工作區(qū)，該阻流件的出口面與襯底由工作區(qū)的上游端向著下游端岔開，所岔開的角度基本上與所說的正在增厚的凝固金屬坯料(殼)的形狀相符。
5.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于阻流件為網(wǎng)狀陶瓷材料。
6.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于阻流件是在其中具有成形通道的澆鑄陶瓷材料。
7.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于襯底是一個環(huán)形帶。
8.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于村底是一個輥。
9.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于襯底是在工作區(qū)中的一對相隔并向內(nèi)相對旋轉(zhuǎn)的一對輥子，兩個輥之間隔開的距離決定帶的形狀。
10.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于村底是由一對基本上相互平行設(shè)置的帶子和帶子的驅(qū)動機構(gòu)構(gòu)成兩個帶之間留有間隔以確定金屬帶的形狀，帶子的相鄰表面在同一方向從工作區(qū)的上游端向下游端運動。
11.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于該裝置還包括一個在下游端與襯底相隔開的第二移動激冷面，該激冷面適于冷凝由所述坯料(殼)所攜帶的并離開工作區(qū)下游端的任何金屬液。
12.一種連續(xù)鑄造金屬液的方法，它包括如下步驟以所選定的供給速率經(jīng)由一個帶孔阻流件澆注金屬液，該阻流件的入口表面與供給的金屬液相聯(lián)系，阻流件的出口表面與工作區(qū)中的金屬液相聯(lián)系，金屬液在工作區(qū)限制成型，這種液態(tài)聯(lián)系是由許多沿阻流件的寬度和長度方向伸展的孔而建立的；冷卻金屬，至少使一些金屬貼著穿過工作區(qū)的一個激冷襯底凝固，并保持貼近阻流件出口表面的金屬液的深度，以足以提供阻流件出口表面和正在凝固的金屬之間的潤滑，而不產(chǎn)生顯著的紊流；及以與金屬液的供給速度相當?shù)乃俣闰?qū)動村底，保證在工作區(qū)的金屬液處于正壓力之下，以提高與村底相接觸的固態(tài)金屬的表面光潔度。
13.一種連續(xù)鑄造選定橫截面面積金屬帶的方法，其包括如下步驟將帶孔阻流件上面的金屬液經(jīng)由該阻流件提供到一個激冷襯底上，該阻流件所具有的總的流通有效截面積大于所述金屬帶的橫截面積；使金屬液以所選定的平均速度流經(jīng)阻流件，并在工作區(qū)中接收金屬液，工作區(qū)由移動激冷襯底、上游邊緣結(jié)構(gòu)和在上游邊緣結(jié)構(gòu)與下游邊緣結(jié)構(gòu)之間伸展的側(cè)邊結(jié)構(gòu)形成，下游邊緣結(jié)構(gòu)與移動激冷襯板之間有間隔，以確定出一個鑄帶離開工作區(qū)的出口，金屬液進入工作區(qū)的流動保持了工作區(qū)中的正壓力；驅(qū)動移動激冷襯底以此所述的金屬液流經(jīng)阻流件的平均速度大的另一速度運動，以使金屬限制池充填工作區(qū)，已凝固的金屬坯料(殼)在所述的正壓力下于襯底上增厚，金屬液作為阻流件與坯料(殼)間的潤滑劑；及所述的阻流件以襯底為基準設(shè)置，以減少工作區(qū)中金屬液的紊流。
14.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于上游端結(jié)構(gòu)與阻流件隔開，以使熔融金屬進入工作區(qū)。
15.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于側(cè)邊結(jié)構(gòu)與帶孔阻流件隔開，以使金屬液流進工作區(qū)。
16.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于阻流件為網(wǎng)狀陶瓷材料。
17.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于阻流件是在其中具有成形通道的澆鑄陶瓷材料。
18.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于阻流件確定了一個能使金屬液進入工作區(qū)的出口表面，并且襯底與阻流件的出口表面從工作區(qū)的上游端向著下游端岔開，岔開的角度使得該岔開與正在增厚的凝固金屬坯料(殼)的形狀基本一致(相符)。
19一個在連鑄過程中用于容納金屬液并將金屬液提供到工作區(qū)中的中間包，它包括用于容納金屬液的裝置，并具有一個出口，該中間包還包括一個位于出口處的帶孔阻流件，以使金屬液流入工作區(qū)，當金屬液流經(jīng)工作區(qū)時金屬凝固，該阻流件在穿過它的金屬液流中產(chǎn)生壓降，并且經(jīng)過阻流件的金屬液流的分布遍布于整個該多孔阻流件，該阻流件也在中間包的金屬液與在工作區(qū)中的金屬液之間提供一個溫度梯度，以使中間包容納高溫的金屬液，而進入工作區(qū)的金屬液則是接近金屬的固/液線溫度。
20.按照權(quán)利要求19所述的中間包，其特征在于阻流件是網(wǎng)狀陶瓷材料。
21.按照權(quán)利要求19所述的中間包，其特征在于阻流件是在其中具有成形通道的澆鑄陶瓷材料。
全文摘要
一種在連鑄中容納金屬液和將金屬液提供到工作區(qū)的中間包，隨著金屬液進入工作區(qū)，金屬凝固。中間包包括容納金屬液的裝置，并且具有出口及帶孔阻流件，阻流件設(shè)置在出口處，使金屬液進入工作區(qū)。阻流件在穿過液流中產(chǎn)生壓降，經(jīng)過阻流件的液流分布遍及整個帶孔阻流件，阻流件也在中間包中的金屬液和工作區(qū)中的金屬液間提供溫度梯度，中間包容納高溫的金屬液，進入工作區(qū)的金屬液處于接近金屬的固/液線溫度。本發(fā)明還提供應(yīng)用中間包的方法和裝置，中間包與移動激冷襯底相配合。
文檔編號B22D11/00GK1031036SQ8810361
公開日1989年2月15日 申請日期1988年5月5日 優(yōu)先權(quán)日1987年5月6日
發(fā)明者羅里克I·L·格思里, 約瑟夫G·海伯森 申請人:R.格思里檢索協(xié)作公司