專利名稱：薄金屬產(chǎn)品的連鑄方法及實現(xiàn)該方法的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于連鑄薄金屬產(chǎn)品的工藝及實現(xiàn)該工藝的設(shè)備，更具體地說，本發(fā)明涉及一種改進的連鑄方法和由兩個反向旋轉(zhuǎn)輥構(gòu)成的適于實施該方法的設(shè)備。
具有反向旋轉(zhuǎn)輥的金屬帶材連鑄設(shè)備在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。利用這種設(shè)備，可從傳統(tǒng)的技術(shù)一為獲得厚度在150mm至250mm范圍內(nèi)的扁平軋材，通常需要經(jīng)過進一步的熱軋，并且可能還要經(jīng)過后續(xù)的冷軋，一躍而變成所謂的“帶坯連鑄”技術(shù)。這種技術(shù)可以獲得厚度小于lOmm的扁平軋材或帶材，隨后可對其進行熱軋／冷軋。
最近，上述技術(shù)已經(jīng)被用于帶鋼生產(chǎn)。特別的，根據(jù)更廣泛的“帶坯連鑄”技術(shù)，即，所謂的“雙輥”技術(shù)，提供了在由一對反向旋轉(zhuǎn)的鑄輥所確定的熔池中鑄造熔融金屬，例如鋼的方案，所述鑄輥在其內(nèi)部被冷卻，并且它們的縱軸相互平行地水平設(shè)置，以大致等于鑄造帶材的厚度的距離相互間隔開，所述鑄輥還有一對由耐火材料制成的密閉側(cè)壁或擋板，它們被設(shè)置在與所述輥子的端面相接觸的位置上。
在側(cè)壁或擋板與輥子之間的滑動接觸必須確保熔融金屬不會從其間泄漏。這使得所述側(cè)壁或擋板和輥子的端面要經(jīng)受特別嚴(yán)峻的操作條件。
改變側(cè)壁或擋板的最初幾何形狀的顯著熱變形是由預(yù)加熱引起的，所述預(yù)加熱在兩個時間進行即，在實際的穩(wěn)態(tài)鑄造之前的啟始操作期間，在側(cè)壁或擋板抵靠輥子端面之前及之后。
這種預(yù)加熱的需要是源于使側(cè)壁或擋板上不希望出現(xiàn)的鋼水凝固發(fā)生的可能性減少到最小的需要，如果在鑄輥間發(fā)生這種凝固，則將在帶材上造成不能接受的缺陷并使側(cè)壁本身受到損傷。
另外，在鑄造時輥子在其徑向和軸向上也要經(jīng)受熱變形，這將改變它們的與側(cè)壁接觸的端面的形狀。
這是由于在最初的一瞬間和在鑄造期間喪失了兩個表面，即，一個側(cè)壁和一個輥子端面在室溫下處于同一平面的條件。這將導(dǎo)致形成沿兩表面的結(jié)合區(qū)域的縫隙，及隨之發(fā)生的金屬的泄漏。
金屬的泄漏或溢出必然導(dǎo)致在生產(chǎn)時沿帶材產(chǎn)品的邊緣的缺陷和不均勻，在最嚴(yán)重的情況下，這可能導(dǎo)致車間停產(chǎn)。
而且，側(cè)壁和輥子端面的配合表面將由于它們之間的相對運動和支撐壓力而受到磨損。
這種磨損將降低組件的使用壽命并增加成本；并且將更大地增加為保持所述表面的配合所施加的接觸力。
為了克服這種不便，已經(jīng)作出了多種發(fā)明。作為例子，在公開的歐洲專利申請No 546206和No 698433中，公開了這樣的內(nèi)容使側(cè)壁與輥子的端面相抵接成一個剛性體，并且由一個金屬板支撐各側(cè)壁的背面，在金屬板上施加推力，該推力于是分布于側(cè)壁的整個表面上。按照這種方式推靠在輥子端面上的側(cè)壁或擋板會受到與輥子端面接觸的部分的磨損，并因此經(jīng)受整個側(cè)壁的前移，直到當(dāng)側(cè)壁或擋板的整個滑動面已經(jīng)到達輥子端面的反向表面的相同形狀時為止，由此試圖確保防止熔融金屬熔透和泄漏。
然而，這些方法具有下列缺點a)推力最初只局部作用在側(cè)壁和輥子端面之間的接觸區(qū)域上，而且壓力的局部值不能被提前確定并且可能非常高，可能導(dǎo)致耐火材料的斷裂和與之相關(guān)的磨損；b)需要一定的時間，以便使側(cè)壁的表面磨損并從而與輥子的端面相匹配(例如在上述歐洲專利申請N0 546026中提到，在開始鑄造作業(yè)之前，需要0．5到1分鐘的時間)。
因而，在預(yù)加熱步驟之后使側(cè)壁與輥子的端面抵靠，隨之由于輥子的端面通常被冷卻而使側(cè)壁或擋板的溫度降低。這是由于這樣的步驟必須盡可能地短，以便避免側(cè)壁的過度冷卻，因為這將導(dǎo)致側(cè)壁表面上的熔融金屬凝固；c)在鑄造的最初階段，熔融金屬與輥子和側(cè)壁的接觸導(dǎo)致這些部件及接觸表面非?？斓刈冃巍＿@種變形損害了輥子端面和側(cè)壁表面之間的配合。因此需要再次等待側(cè)壁表面的磨損，直到到達一個可以實現(xiàn)配合的新的形狀為止；d)采用其背面由一個金屬板支撐的耐火側(cè)壁使得從一個與熔融鋼水接觸的表面相對的表面對側(cè)壁加熱變得非常困難。這是由于這些側(cè)壁必須從預(yù)定用于盛放熔融金屬的空間的內(nèi)部進行加熱，加熱設(shè)備必須在鑄造開始之前收回(見歐洲專利申請No 698433 A1)。在縮回加熱裝置和開始鑄造板材之前的時間內(nèi)，側(cè)壁被冷卻。此外，沒有提到在鑄造過程中可能對側(cè)壁加熱。這增加了鋼材在側(cè)壁上產(chǎn)生不希望有的凝固的危險和由此可能損傷側(cè)壁的危險。
因而，雖然在本領(lǐng)域中提出了這些改進，但對鑄腔中的熔融金屬的密閉，側(cè)壁的過度磨損，鑄帶邊緣的質(zhì)量，及甚至使連鑄過程停止等問題都遠沒有解決。
因此，本發(fā)明的目的是通過提供一種根據(jù)這里所公開的方法改進的、用于連鑄薄型材料的方法和設(shè)備，使由上述問題造成的影響減到最小，以便減少熔融金屬在側(cè)壁或擋板表面和輥子端面之間泄漏的可能性，并同時減少側(cè)壁表面和輥子端面的磨損。
本發(fā)明的另一個目的是大大減少與鑄造產(chǎn)品的邊緣有關(guān)的缺陷。
本發(fā)明的又一個目的是使由于在側(cè)壁和輥子端面之間的泄漏而引起的連鑄過程停止的可能性減少到最小，同時，使鋼水在側(cè)壁上凝固的可能性減少到最小。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于連鑄薄金屬產(chǎn)品的方法，包括以下操作對至少一對用于限制一空間的側(cè)部的耐火板預(yù)加熱，熔融金屬池就位于所述空間中；和使所述至少一對耐火板與相互平行布置并間隔開一定距離的一對輥子的端面貼靠，所述間隔距離大于它們的半徑的總和并且基本上與鑄造產(chǎn)品的厚度相對應(yīng)，其特征在于以借助于一個代表側(cè)壁和輥子的特性的數(shù)學(xué)模型預(yù)先收集和處理的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用在相同試驗條件下所采用的側(cè)壁和輥子的相同物理、化學(xué)及幾何特性，與側(cè)壁表面和所述輥子端面的周邊部分之間的接觸弧相應(yīng)地，在所述至少一對側(cè)壁上施加一個受控的彈性和/或彈性塑性變形；以及對在整個鑄造過程中的所述彈性和/或彈性塑性變形施加一個控制，以便將側(cè)壁和輥子端面的表面磨損減少到最小，從而保證所述側(cè)壁和所述輥子端面之間的接觸，或至少保持所述側(cè)壁和所述輥子端面之間的距離小于一個預(yù)定值，同此將熔融金屬在所述側(cè)壁和所述輥子端面之間泄漏的發(fā)生減少到最小。
進而，本發(fā)明提供了一種改進的用于連鑄薄金屬產(chǎn)品的設(shè)備，包括一對相互平行設(shè)置的反向旋轉(zhuǎn)輥，和一個設(shè)置在所述一對輥子的各端面上的側(cè)部密閉裝置，其中，所述側(cè)部密閉裝置包括一個金屬框架和一個裝在所述框架內(nèi)的耐火材料板，其特征在于，所述側(cè)部密閉裝置還包括整體地設(shè)置在位于所述耐火材料板背面的所述框架上的推力裝置，該推力裝置與所述板和所述輥子端面之間的接觸孤相一致；設(shè)置在所述框架上、用于所述耐火材料板的加熱裝置，所述加熱裝置即適用于預(yù)加熱，也適用于在整個鑄造過程中對所述板進行加熱；以及與所述推力裝置相關(guān)聯(lián)地用于檢測所述板的變形的裝置，并且，其中包括一個控制單元，其輸入側(cè)連接到一個數(shù)據(jù)輸入裝置上，其輸出側(cè)連接到所述輥對和所述側(cè)部密閉裝置上。
下面，通過非限制性的例子和附圖，參考實施例對本發(fā)明作更深入的討論，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的側(cè)部密閉裝置的示意剖視圖；圖3是圖2所示例部密閉裝置的示意主視圖。
參考示意并透視地表示根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的附圖l，該設(shè)備按照傳統(tǒng)方式包括相互平行布置并間隔一定距離的反向旋轉(zhuǎn)的輥1和2，所述距離大于輥子半徑之和并大致對應(yīng)于鑄件的厚度，還包括一對作為側(cè)部密閉裝置、分別靠著所述輥子l、2的端面設(shè)置的壁3和4(下面將更深入地進行披露)。
這樣，形成一個在輥子1和2及壁3和4之間確定的空間，該空間可容納熔融金屬5，隨后，熔融金屬凝固成扁平的帶狀產(chǎn)品6。
參考圖2，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的側(cè)部密閉裝置的剖面示意圖。
由于側(cè)部密閉裝置具有對稱性，為了簡單起見，僅對一個側(cè)部密閉裝置進行描述。
該側(cè)部密閉裝置包括一個例如由碳化硅(SiC)的耐火材料制成的板7，該耐火材料板被放入一個支撐結(jié)構(gòu)件8，例如一個硅一鋁土鑄件。它們的布局是這樣的，板7在結(jié)構(gòu)件8中自由移動，與輥子1和2的轉(zhuǎn)軸平行。
所述結(jié)構(gòu)件8是中空的，并且設(shè)有一對開口9和10，其中一個開口設(shè)置在頂部，而另一個開口設(shè)置在底部。所述開口9和10被布置成可與結(jié)構(gòu)件8的外腔和內(nèi)腔連接。
裝有前述板7的結(jié)構(gòu)件8被設(shè)置在第一金屬框架中，該第一金屬框架也設(shè)有一個在其頂部的開口12和一個在底部的開口13，開口12和13分別與所述開口9和10重合。
另外，框架11被安排用于滑動地接收九個陶瓷圓柱體14(圖中只表示出了四個)，從而所述圓柱體14從結(jié)構(gòu)件8的內(nèi)部穿過，并且該圓柱體14的端部中的一個與板7的內(nèi)表面接觸，而它們的相對端凸出到框架11之外。
此外，所述框架11帶有一個燃燒器15，該燃燒器穿過結(jié)構(gòu)件8并伸入中空部，將此燃燒器布置成使其火焰指向板7的內(nèi)壁，并對其局部起作用，以便使其溫度高于1000℃。通過這種安排，分別通過兩個開口9和10在外部傳送燃燒器的燃燒煙塵，如圖中箭頭所示。
按照這種方式裝配的框架11被螺栓17固定到第二框架16上。所述框架16的內(nèi)部設(shè)有九個油壓缸18(在圖中只表示出了四個)，它們通過其活塞桿19與所述陶瓷圓柱體14相接觸，由此向后者傳遞它們的推力。
另外，將各油缸18連接到一個位置傳感器20上。各傳感器20被安置成用于通過參考各活塞桿19則檢測板的局部磨損。
框架16的底部可滑動地裝在一個導(dǎo)向裝置21上，從而由于固定到所述框架16上的油壓缸22的分別移動，該框架可根據(jù)圖中的箭頭水平移動。
參考圖3，該圖是表示根據(jù)本發(fā)明的側(cè)部密閉裝置的主視圖。
可以理解，九個陶瓷圓柱體14和各油缸18(在圖中示意地表示)如此設(shè)置，以便使它們分別對板7和輥子l、2的端面的周邊進行操作。
在連鑄過程中，靠在壁3和4上的油缸18的整個推力系統(tǒng)由一個控制單元控制，由于該控制單元屬于已有技術(shù)，所以為了簡單起見，未在圖中表示出來。
所述控制單元通過一個數(shù)據(jù)輸入裝置在其輸入端接收所有需要的信息，所述信息是通過一個代表具有相同的化學(xué)和物理特性的板和輥子的數(shù)學(xué)模型并在相同的操作條件下事先獲得的和真數(shù)據(jù)一樣的數(shù)據(jù)。因而，一旦所述數(shù)據(jù)已經(jīng)被處理，所述控制單元便將其傳送給油缸和其它輔助設(shè)備，以便獲得一個在整個連鑄過程中推力的大小和時間局部可變的系統(tǒng)。
所述推力系統(tǒng)是根據(jù)基于對于一個給定類型的板的有限元算法的數(shù)學(xué)計算方法來確定的。這種方法對在生產(chǎn)過程中的幾個階段，即在壁部的預(yù)加熱階段、壁部與輥子貼靠的階段、鑄造開始階段及在穩(wěn)態(tài)下進行鑄造的階段，各板和輥子上的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力進行解析。
此外，在整個過程中，通過局部感測板子上的溫度，對模型進行了調(diào)整。通過這種解析，人們可獲得針對瞬變狀態(tài)中獲取的任何熱量分布的板變形的表示。
隨后，可模擬與也發(fā)生了熱變形的輥子端面的輪廓的接觸，通過這種方式獲得所涉及的板的變形的表示，用以確保防止熔融金屬泄漏的密封。
當(dāng)已經(jīng)獲得板的變形輪廓時，通過重復(fù)計算(屬于現(xiàn)有技術(shù)的一部分)，可確定在不同步驟中施加到板的后壁上的力的系統(tǒng)，以便獲得對熔融金屬的泄漏具有最大密封作用且磨損最小的輪廓。
為此，開發(fā)出了一種三維模型，用于計算沿板和輥的整個接觸弧的位移。所采用的坐標(biāo)是由三個垂直軸x、Y、z構(gòu)成的參考系，其原點位于輥子之間的最小距離點(接觸點)上，Z軸平行于輥軸，Y軸沿著板的對稱面。
下面，將利用根據(jù)上述模型所獲得的對該板的力學(xué)系統(tǒng)的計算方法，給出一個連鑄過程的實驗性實現(xiàn)的說明例。
例子所采用的側(cè)部密閉裝置包括沿輥和板之間的接觸弧具有35mm厚的碳化硅(SiC)耐火材料板。
并且，所用反向旋轉(zhuǎn)輥具有下述特征輥寬800mm輥徑1500mm輥套銅合金最大圓周速度100m/min利用水的強制循環(huán)對輥子的內(nèi)表面進行冷卻。
為了對模型進行計算和處理操作，采用了一個有限元算符(ANsYS)。對于模型網(wǎng)格的三維圖解，采用了對熱的計算的算符ANSYS SOLID 70、對熱和力學(xué)計算的算符sOLID 45和CONTACT 49的單元。
隨后，在開始鑄造過程之前，板已經(jīng)被加熱到1200℃，并且在整個過程中保持對背面的加熱。
根據(jù)數(shù)學(xué)方法的處理，下述力的系統(tǒng)已經(jīng)被施加給壁部a)從貼靠到板后壁上的階段起10秒鐘之后，施加下述的力F=120kgf，與下部區(qū)域一致；F=60kgf，與上部區(qū)域一致；以及F=120kgf，與中間區(qū)域一致，從而獲得在板的端部和與下部區(qū)域一致的0.07mm的縫隙及與中間區(qū)域一致的0.04mm的縫隙之間的輥端面接觸。
b)在鑄造階段，施加下述的力
F=100kgf，與下部區(qū)域一致；F=100kgf，與上部區(qū)域一致；以及F=290kgf，與中間區(qū)域一致；從而獲得輥子的接觸，或在輥子和板之間小于0.1 mm的任何距離。
在過程的結(jié)尾，已確定出在鑄造lmm/km帶材的整個過程中板的表面的磨損量；它表明對于小厚度的連鑄過程，即通常鑄帶的值達到大約5m/／km，磨損量顯著下降。
權(quán)利要求
1．一種用于連鑄薄金屬產(chǎn)品的方法，包括下述操作對至少一對用于一熔融金屬池的側(cè)部密閉件的耐火板(7)進行預(yù)加熱，熔融金屬池由一對反向旋轉(zhuǎn)的輥(1，2)構(gòu)成，所述輥子相互平行地布置并間隔一定的距離，所述間隔距離大于它們的半徑之總和并且大致與金屬產(chǎn)品的厚度相對應(yīng)；所述的至少一對板(7)靠向所述一對輥子(1，2)的各端部側(cè)面，其特征在于，它還包括下述操作以借助于一個代表所述板和輥子的特性的數(shù)學(xué)模型預(yù)先收集和處理的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在相同試驗條件下所采用的板和輥子的化學(xué)一物理特性及幾何特性相同的情況下，與板(7)的表面和所述輥子(1，2)端部的周邊部分之間的接觸弧相應(yīng)，在所述至少一對板(7)上施加一個受控的彈性和/或彈性塑性變形；以及在整個鑄造過程中對所述至少一對板(7)的彈性和/或彈性塑性變形進行控制，以便將板(7)表面和輥子(1，2)的端面的磨損減少到最小，同時保證所述輥子(1，2)和所述板(7)之間的距離保持小于一個預(yù)定值，并使熔融金屬在所述板(7)和所述輥子(1，2)的所述端部之間泄漏的發(fā)生降到最小。
2．如權(quán)利要求l所述的連鑄薄金屬產(chǎn)品的方法，其特征在于，所述的對至少一對板施加一個受控的塑性和/或彈性．塑性變形的操作，和在整個鑄造過程期間控制所述至少一對板(7)的彈性和/或彈性．塑性變形的操作，包括使用推力裝置和使用加熱裝置。
3．如前述一個或更多權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述板(7)和輥(1，2)的端面之間沿它們的整個接觸弧的所述預(yù)定距離值被保持小于0.1mm。
4．一種用于改進的連鑄薄金屬產(chǎn)品的設(shè)備，包括一對相互平行設(shè)置、其間距離大于它們的半徑總和并與所述金屬產(chǎn)品的厚度大致一致的反向旋轉(zhuǎn)輥(1，2)，和一個設(shè)置在所述一對輥子(1，2)的各端部側(cè)面上的側(cè)部密閉裝置(3，4)，其中，所述側(cè)部密閉裝置(3，4)包括一個金屬框架(11，16)和一個裝在所述框架(11，16)內(nèi)的耐火材料板(16)，其特征在于，所述側(cè)部密閉裝置還包括緊密連接到位于所述耐火材料板(7)背面的所述框架(11，16)上的推力裝置(14，18)，該推力裝置與所述板(7)和所述輥子(1，2)端面之間的接觸弧對齊；剛性地設(shè)置在所述框架(1l，16)上、用于所述耐火材料板(7)的加熱裝置(15)，所述加熱裝置被設(shè)置成用于預(yù)加熱所述板以及用于在整個鑄造過程中加熱所述板；并且，所述設(shè)備包括一個控制單元，其輸入側(cè)連接到一個數(shù)據(jù)輸入裝置上，其輸出側(cè)連接到所述一對輥(1，2)和所述側(cè)部密閉裝置上。
5．如前述權(quán)利要求所述的用于連鑄薄金屬產(chǎn)品的設(shè)備，其特征在于，所述控制單元被設(shè)置用于在其輸入側(cè)接收來自數(shù)據(jù)輸入單元的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)在采用的板和輥子的化學(xué)．物理特性及尺寸特性相同的情況下并在相同的試驗條件下通過一個代表板和輥子的特性的數(shù)學(xué)模型獲得，并且，在整個連鑄過程中，當(dāng)所述數(shù)據(jù)已被處理之后，從其輸出側(cè)可對所述輥對(1，2)，所述推力裝置和所述加熱裝置進行控制。
6．如權(quán)利要求4或5所述的連鑄薄金屬產(chǎn)品的設(shè)備，其特征在于，所述推力裝置包括多個陶瓷圓柱體(14)；多個固定在所述框架(11，16)上并與所述陶瓷圓柱體(14)同軸的油壓致動器(18)；其設(shè)置要使得，對于所述致動器(18)的每個和任意一個位移，對應(yīng)一個相應(yīng)的陶瓷圓柱體(14)的位移。7．如權(quán)利要求4至6之一所述的連鑄薄金屬產(chǎn)品的設(shè)備，其特征在于，所述加熱裝置包括至少一個設(shè)置在所述框架(11，16)上的燃燒器(15)，并且使其火焰指向耐火材料板(7)的背面。
8．如權(quán)利要求4至7中任意一項所述的薄金屬產(chǎn)品的連鑄設(shè)備，其特征在于，它進一步包括用于檢測所述板(7)的變形的裝置(20)，該裝置與所述油壓致動器(18)相關(guān)聯(lián)。
9．如權(quán)利要求8所述的薄金屬產(chǎn)品連鑄設(shè)備，其特征在于，所述的用于檢測變形的裝置是位置傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于連鑄薄金屬產(chǎn)品的方法,該方法包括:預(yù)加熱一對用于由一對反向旋轉(zhuǎn)的輥子(l,2)構(gòu)成的熔融金屬池的側(cè)部密閉件的耐火材料板(7)的操作,和使所述一對極(7)靠向所述一對輥(1,2)的端部側(cè)面的操作,其特征在于,它包括:在板(7)的表面和所述輥(l,2)端部的周邊部分之間的接觸弧處,向所述一對極(7)施加一個受控的彈性或彈性/塑性變形的操作,和在整個鑄造過程中,控制所述一對板(7)的彈性和/或彈性－塑性變形,以便使板(7)和輥(l,2)端部的表面磨損最小化,并確保保持所述輥(l,2)和所述板(7)之間的預(yù)定距離小于一個預(yù)定值,并使熔融金屬在所述板(7)和所述輥(1,2)的端部之間泄漏的發(fā)生最小化。
文檔編號B22D11/06GK1228724SQ97197580
公開日1999年9月15日 申請日期1997年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月16日
發(fā)明者羅密歐·卡波托斯提, 里卡爾多·托納里, 彼得羅·托爾沃 申請人:阿奇亞斯佩絲阿里特爾尼公司