专利名称：制造连铸初制品的方法
技术领域：
本发明涉及在连铸设备中以VC＜2m/min的浇注速率制造连铸初制品且尤其是厚度D＞100mm、宽度B＝2700mm-3500mm的宽板坯的方法，在这里，熔液且最好是钢水从钢包中通过浸入式水口进入由宽侧壁和窄侧壁形成的结晶器中并不断从结晶器中拉出并冷却部分凝固的并有液芯和凝固坯壳的初制品，本发明还涉及制造连铸初制品的连铸设备以及用于此连铸设备的浸入式水口。
DE-C 24232已经公开了在一种连铸设备中按照上述工作原理生产板坯状初制品的方法。在这里，熔液经过一在液面下的浸入式水口被注入结晶器中，浸入式水口在浇注方向上向下开口并且朝向结晶器窄侧壁地扩宽成漏斗形。如果人们将如DE-C19724232的权利要求2所述的浸入式水口在其宽度(b)方面的尺寸规定用于按本发明提供的初制品或结晶器的2700mm-3500mm宽度(B)，则得到385mm-2250mm浸入式水口宽度(b)，它不能用在高温使用时具有长时间工作所需的持久性的耐火材料制成。另外，这样宽的浸入式水口加剧了在浸入式水口壁和结晶器宽侧壁之间的间隙流的已知问题。
DE-C 19647363公开了一种浸入式水口，它适用于板坯连铸并且其中熔液在液面下通过彼此横向对置的出口对准结晶器窄侧壁地流出。该浸入式水口的基本特征在于，其外壁距沿宽侧壁形成的坯壳的间距是不变的。这意味着，该浸入式水口适用于至多为8的铸坯或结晶器横截面的宽厚比。但是，在宽厚比较大的情况下，浸入式水口不能保证提供均匀凝固条件的结晶器内部流动。
当连铸较宽的初制品时，尽管使用常见的1.0米/分-1.2米/分的浇注速度，仍然获得了4吨/分或更高的钢水物流量。实际上，在钢物流量这样高的情况下已经发现，在结晶器中出现的形成旋涡的流动是非常不稳定的。结晶器内腔引导这种流动的特性随着浸入式出水口距窄侧壁的距离的增大而恶化。另外，由于在浸入式水口中的局部流速较高以及紧接在其离开浸入式水口出口后因熔液阻力及沿结晶器壁的较高壁摩擦，射出流被大大减速，由于在浇注液面与射出流之间的负压，射出流向上转向浇注液面。人们可以看到对产品质量产生不利影响的波动的振动液池运动。
在
图1中，结合流动线地示出了不利地形成了流动状况。在浸入式水口与结晶器窄侧壁之间的区域中，射出流冲击液面并在那里分成两股流束。此现象造成结晶器润滑粉在液池表面不均匀地熔融并导致对铸坯与结晶器壁之间的滑动性能的局部不利影响。当传统的浸入式水口被用来浇注宽板坯时，因上述原因而很难产生有利且稳定的结晶器内部流动。
根据本发明，通过这样的方法完成该任务，该方法的特征在于，熔液通过对置的流出口并以指向结晶器窄侧壁的运动脉冲离开浸入式水口，并且为了获得一定的初制品的宽厚比，根据在浸入式水口核心横截面中的熔液速度(VK)与浇注速度(VC)之比来这样选择浸入式水口管的宽度(b)的设计值和浸入式水口的侧出口的高度(h)的设计值，即在浇注方向及切向上沿结晶器的宽侧壁和窄侧壁均匀地形成铸坯壳。
如果浸入式水口与结晶器的关系满足下列条件，则产生形成铸坯壳的最佳条件hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根据下列条件Ψ＝0.1(B/D)-0.7确定使在浸入式水口核心横截面中的熔液速度与浇注速度相关的比例系数Ψ。其中B＝初制品的宽度(mm)D＝初制品的厚度(mm)b＝浸入式水口的宽度(mm)h＝浸入式水口的侧出口的高度(mm)Ψ＝比例系数(没有尺寸)。
在所选宽厚比的情况下，上述条件产生0.011-0.015的Ψ值。这些值表示，最佳流动条件需要低的在浸入式水口中的流速，根据本发明，该流速借助浸入式水口的大核心横截面和出口横截面获得。通过降低流速，避免了因在射出流与浇注面之间的负压而造成的剧烈的射出流侧转向。
通过这些措施，可以形成有向上旋动的且大致成圆形的大涡流的稳定涡旋体系，如在图2中结合流动线示出的在浸入式水口左侧的半个结晶器内腔中的那样。涡旋直径约等于铸坯宽度的一半。通过浸入式水口侧出口的大高度(h)，获得了为此所需的约40°-50°的射出角。结果，减少了在流体在浸入式水口中剧烈转向时(无射出角)已知的、射出流在射出之后就转向液池面的现象。侧出口非常高意味着形成一股不旋转或旋转很小的流体。
另外，通过本发明的措施保证了，可以形成有非常显著的涡流的体系。为此，离开浸入式水口的射出流不必在两个结晶器宽侧壁之间被过分减速。由在因流动的射出流与铸流壳接触而产生的壁摩擦来决定作用于射出流的减速效果。由于减速摩擦力大致按照流速平方地增大，所以根据本发明，出口速度保持在较低水平。
如果初制品的宽厚比B/D＝15-25且宽厚比B/D最好约为20，则提供了本发明的有利应用范围。
在所述规定的初制品横截面的情况下，浇注速度VC最好被设定为0.5米/分-1.5米/分。
以VC＜2m/min的浇注速度制造连铸初制品且尤其是板坯的厚度D＞100mm、宽度B＝2700mm-3500mm的连铸初制品的本发明连铸设备包括一个由宽侧壁和窄侧壁形成的结晶器、一个在入口侧注入结晶器中的浸入式水口及一个贮存熔液的钢包以及设置在结晶器出口侧的并用来拉出、引导和冷却在结晶器中部分凝固的并有液芯和凝固坯壳的初制品的装置，其特征在于，浸入式水口包括彼此对置的并在工作位置上指向结晶器窄侧壁的出口，在浸入式水口侧出口高度上的结晶器内尺寸相当于初制品尺寸，与初制品或结晶器的某个宽厚比有关地确定浸入式水口宽度(b)和浸入式水口的侧出口的高度(h)hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根据下列条件Ψ＝0.1(B/D)-0.7确定使在浸入式水口核心横截面中的熔液速度与浇注速度相关的比例系数Ψ。
如果初制品宽厚比B/D＝15-25并最好是约为20，则这种连铸设备是特别适用的。
为了实现最佳射出角，浸入式水口的内底部被设计成从浸入式水口的中心朝浇注方向的出口倾斜。如果浸入式水口的内底部的倾斜角为10°-20°并最好是约为15°，则得到特别有利的状况。
本发明提供一种以VC＜2m/min的浇注速度制造连铸初制品尤其是板坯的厚度D＞100mm、宽度B＝2700mm-3500mm的连铸初制品的浸入式水口，其中连铸设备有一个由宽侧壁和窄侧壁形成的并且浸入式水口在工作时伸入其中的结晶器，该浸入式水口的特征是，浸入式水口有彼此相对的侧出口以及一连续的内底部，在浸入式水口侧出口面的内尺寸基本上等于初制品尺寸，与初制品或结晶器的某个宽厚比有关地确定浸入式水口的宽度(b)和浸入式水口的侧出口的高度(h)hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根据下列条件Ψ＝0.1(B/D)-0.7确定使在浸入式水口核心横截面中的熔液速度与浇注速度相关的比例系数Ψ。
通过把浸入式水口的内底部设计成从内底部朝出口倾斜而提供一有利实施方式。浸入式水口的内底部的倾斜角为10°-20°并最好约为15°。这明显加强了形成无紊流的射出流的趋势。在浸入式水口处，只设置两个大致成矩形的出口。
图3a表示本发明浸入式水口的局部纵截面；图3b示意表示沿图3a所示浸入式水口的A-A截面的结晶器及浸入式水口。
铸坯成形发生在振动式连铸结晶器1中，振动式连铸结晶器如图3b所示地由彼此相对的宽侧壁2、3及可以被夹紧在宽侧壁之间的窄侧壁4、5构成，窄侧壁4、5可以垂直于浇注方向地移动，以便设定不同的铸坯宽度(B)。这些侧壁的内表面形成一个用于形成部分凝固的铸坯的且确定铸坯规格的内腔，该铸坯作为初制品被从结晶器中拉出。
本发明局限于制造宽度B为2700mm-3500mm、厚度D＞100mm的初制品的方法以及具有一有这样的横截面尺寸的结晶器的连铸设备。在结晶器中，铸坯没有受过任何显著的变形。
从一个未示出但在这种连铸设备中是闻名的钢包中，要浇注的钢水通过一个浸入式水口6在由结晶器内熔液构成的液池面7下地经过指向窄侧壁4、5的侧出口8流入连铸结晶器1中。钢水在相当于结晶器浇注方向的垂直方向上以VK速度流过浸入式水口6并且在浸入式水口6的连续内底部9区域中被转向侧出口8并且经过它们而流入结晶器内腔。内底部9被设计成从其中心起在浇注方向上朝出口8倾斜。侧出口(8)的倾斜角度及高度决定了注出熔液的方向(角度)，从而影响所形成的流体。浸入式水口的厚度(d)基本上由初制品的厚度(D)决定。初制品的宽度(B)及厚度(D)由生产技术规格确定。结果，浸入式水口的宽度(b)、浸入式水口的侧出口的高度(h)以及大致表示浇注速度VC与浸入式水口中的液流速度VK之比的无尺度的系数Ψ可以自由选择。
因此，与浸入式水口几何形状有关的系数Ψ决定了在浸入式水口出口横截面中的钢水速度并因而对结晶器内部流动的质量是至关重要的。当浇注中厚宽板坯(宽厚比约为20)时，借助传统的浸入式水口获得0.006-0.008的Ψ值。试验表明，为了浇注比过宽的铸坯，在宽厚比一样时，需要0.011-0.015的Ψ值。为此需要较低的在浸入式水口中的速度，这通过较大的核心横截面及出口横截面来实现。
下面的表1说明了当初制品宽度B＝3000mm且B＝2500mm时有利选择的初制品厚度D＝157mm的关系。侧出口8的较大高度h是本发明的浸入式水口的特点。
表1
图1结合流动线示意表示在使用传统浸入式水口时的结晶器内部流动的形成，射出流在浸入式水口6和结晶器窄侧壁4之间的区域中冲击液池面并且在那里被分成两股流束。而图2表示通过本发明的浸入式水口形成的流动，其中液流只在窄侧壁4区域中被分成两股并形成两个大概成圆形的涡流。
权利要求
1.在连铸设备中以VC＜2m/min的浇注速度制造连铸初制品且尤其是厚度D＞100mm且宽度B＝2700mm-3500mm的宽板坯的方法，其中熔液且最好是钢水从一钢包中通过一浸入式水口流入一由宽侧壁和窄侧壁形成的结晶器中并且部分凝固的且有一液芯和一凝固铸坯壳的初制品被从该结晶器中连续拉出并冷却，其特征在于，熔液通过对置的出口并且按照指向结晶器窄侧壁的运动脉冲离开浸入式水口，为了一定的初制品宽厚比，根据在浸入式水口的核心横截面中的熔液速度(VK)与浇注速度(VC)之比来这样选择浸入式水口的宽度(b)和浸入式水口的侧出口的高度(h)的设计值，即在浇注方向及切向上沿结晶器的宽侧壁和窄侧壁均匀地形成铸坯壳。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸入式水口与结晶器的关系满足下列条件hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根据下列条件Ψ＝0.1(B/D)-0.7确定使在浸入式水口核心横截面中的熔液速度与浇注速度相关的比例系数Ψ，其中B＝初制品的宽度(mm)D＝初制品的厚度(mm)b＝浸入式水口的宽度(mm)h＝浸入式水口的侧出口的高度(mm)Ψ＝比例系数(没有尺寸)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该初制品的宽厚比B/D＝15-25。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该初制品有约为20的宽厚比B/D。
5.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，该浇注速度被设定为0.5米/分-1.5米/分。
6.以VC＜2m/min的浇注速度制造连铸初制品尤其是厚度D＞100mm、宽度B＝2700mm-3500mm的宽板坯的连铸设备，它包括一个由宽侧壁(2，3)和窄侧壁(4，5)形成的结晶器(1)、一个在入口侧伸入结晶器中的浸入式水口(6)以及一个贮存熔液的容器以及设置在结晶器出口侧的并用来拉出、引导和冷却在结晶器中部分凝固的且有一液芯和一凝固铸坯壳的初制品的装置，其特征在于，该浸入式水口包括对置的且在工作位置上指向结晶器窄侧壁(4，5)的出口(8)，在浸入式水口侧出口高度上的结晶器内尺寸基本上等于初制品的尺寸，与初制品或结晶器的一定宽厚比有关地确定浸入式水口的宽度(b)和浸入式水口横向出口的高度(h)hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根据下列条件Ψ＝0.1(B/D)-0.7确定使在浸入式水口核心横截面中的熔液速度与浇注速度相关的比例系数Ψ，其中B＝初制品的宽度(mm)D＝初制品的厚度(mm)b＝浸入式水口的宽度(mm)h＝浸入式水口的侧出口的高度(mm)Ψ＝比例系数(没有尺寸)。
7.如权利要求6所述的连铸设备，其特征在于，该初制品或结晶器的宽厚比B/D＝15-25。
8.如权利要求6所述的连铸设备，其特征在于，该初制品或结晶器有约为20的宽厚比B/D。
9.如权利要求6-8之一所述的连铸设备，其特征在于，该浸入式水口的内底部(9)被设计成从浸入式水口的中心起在浇注方向上朝出口(8)倾斜。
10.如权利要求9所述的连铸设备，其特征在于，该浸入式水口的内底部的倾斜角为10°-20°并最好约为15°。
11.一种用于以VC＜2m/min的浇注速度制造连铸初制品且尤其是厚度D＞100mm、宽度B＝2700mm-3500mm的宽板坯的连铸设备的浸入式水口，该连铸设备有一个由宽侧壁(2，3)和窄侧壁(4，5)形成的结晶器(1)、一个在入口侧伸入结晶器中的浸入式水口(6)以及一个贮存熔液的容器以及设置于结晶器出口侧的并用来取出、引导和冷却在结晶器中部分凝固的且有一液芯和一凝固铸坯壳的初制品的装置，其特征在于，该浸入式水口包括彼此相对的且在工作位置中指向结晶器窄侧壁(4，5)的出口(8)，在浸入式水口的侧出口高度上的结晶器内尺寸基本上等于初制品的尺寸，与初制品或结晶器的一定宽厚比有关地确定浸入式水口的宽度(b)和浸入式水口横向出口的高度(h)hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根据下列条件Ψ＝0.1(B/D)-0.7确定使在浸入式水口核心横截面中的熔液速度与浇注速度相关的比例系数Ψ，其中B＝初制品的宽度(mm)D＝初制品的厚度(mm)b＝浸入式水口的宽度(mm)h＝浸入式水口的侧出口的高度(mm)Ψ＝比例系数(没有尺寸)。
12.如权利要求11所述的浸入式水口，其特征在于，该浸入式水口的内底部(9)被设计成从浸入式水口的中心起在浇注方向上朝出口(8)倾斜。
13.如权利要求12所述的浸入式水口，其特征在于，该浸入式水口的内底部的倾斜角为10°-20°，最好约为15 °。
14.如权利要求11-13之一所述的浸入式水口，其特征在于，只设有两个基本成矩形的出口(8)。
全文摘要
本发明涉及在连铸设备中以V
文档编号B22D41/50GK1446137SQ01813698
公开日2003年10月1日 申请日期2001年3月23日 优先权日2000年5月31日
发明者J·瓦青格, M·布鲁迈尔, P·吉特勒尔 申请人:沃斯特-阿尔派因工业设备制造股份有限公司