专利名称：用于连铸机的连铸坯导辊和连铸坯导引机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对连铸坯进行导引的连铸坯导辊和一种用于对连铸坯进行导引和冷却的连铸坯导引机构。
本发明一方面涉及一种用于对连铸坯进行导引的连铸坯导辊，具有 -具有第一轴承座的第一支撑轴； -沿轴向方向处在所述第一支撑轴之后的周面；以及 -沿轴向方向处在所述周面之后的、具有第二轴承座的第二支撑轴。
本发明另一方面涉及一种用于对连铸坯进行导引和冷却的连铸坯导引机构，具有 -按权利要求1到9中任一项所述的第一连铸坯导辊，其具有至少一个凹陷的轮廓；-按权利要求1到9中任一项所述的第二连铸坯导辊，其具有至少一个其他的凹陷的轮廓，其中两个连铸坯导辊配属于所述连铸坯的同一侧面并且所述第二连铸坯导辊沿浇注方向支承在所述第一连铸坯导辊之后；以及 -用于将冷却液施加到所述连铸坯的同一侧面的至少一个冷却喷嘴，其中所述冷却喷嘴沿浇注方向布置在所述第一连铸坯导辊和所述第二连铸坯导辊之间。
背景技术：
连铸坯导辊用于对至少部分凝固的连铸坯(所述连铸坯在连铸机的结晶器中由金属熔液、优选钢熔液形成)进行导弓1、支撑和必要时进一步地冷却。尤其对于高的浇注速度而言有利的是，所述连铸坯导引机构为了避免或者减小不允许的鼓肚(英语中为bulging)不仅具有尽可能狭窄的辊距而且能实现连铸坯的强化的、尽可能均匀的二次冷却。由于在弧形的连铸坯导弓I机构中的连铸坯弯曲力或者反向弯曲力，或者在与辊材料的最大允许的应力或者应变相联系的液芯减薄(Liquid-Core-Reduction)或者软减薄(Soft-Core-Reduction)时的减薄力，连铸还导棍的直径不能够选择得任意小,从而出现最小辊直径并且随之出现最小辊距。对于非常狭窄的辊距而言成问题的是，冷却喷嘴的冷却剂射束可能不再能够在连铸坯导辊之间穿透，以致于既不能保证连铸坯的强化的冷却也不能保证连铸坯的均匀的冷却。
为了避免连铸坯的不允许的鼓肚，技术上普遍的是，限制在连铸机中的最大浇注速度。因此对于给定的冷却强度而言确保连铸坯壳的确定的最小厚度；但是这种方案也限制了所述浇注机的或者铸轧复合设备的最大产量。
尽管如此，为了能够实现狭窄的辊距，因此必须容忍在连铸坯冷却的最大强度和/或均匀性方面的降低。对根据现有技术的连铸坯导引机构而言普遍的是，冷却剂射束的大部分被至少一个连铸坯导辊所遮挡，由此连铸坯冷却的均匀性还有最大可实现的冷却强度受到影响。
不能从现有技术中获悉具体的说明，S卩如何能够构造具有给定的外周直径的连铸坯导辊或者具有给定的辊距的连铸坯导引机构，从而实现连铸坯冷却的不仅均匀的而且还高的强度。发明内容
本发明的任务在于，克服现有技术的缺点并且制造用于对连铸坯进行导引的连铸坯导辊还有用于对连铸坯进行导引和冷却的连铸坯导引机构，从而能够实现连铸坯的强化的但仍尽可能均匀的冷却。
该任务一方面通过开头提到的种类的连铸坯导辊解决， -其中周面的直径大于支撑轴的直径； -其中第一支撑轴具有凹陷的第一轮廓，所述凹陷的第一轮廓由二阶或者更高阶的沿轴向方向朝向所述周面单调上升的多项式给定； -其中第二支撑轴具有凹陷的第二轮廓，所述凹陷的第二轮廓由二阶或者更高阶的沿轴向方向从所述周面起单调下降的多项式给定。
有利的实施方式是从属权利要求的主题。
通过对周面的和支撑轴的直径的选择确保所述周面突出于所述支撑轴，从而防止支撑轴和连铸坯的表面之间的接触。通过所述两个支撑轴在第一轴承座和周面之间或者在周面和第二轴承座之间的区域中分别构造有凹陷的轮廓，实现两个冷却剂射束(其在周面的两侧延伸)能够基本上无阻碍地出射到连铸坯表面上，而不会出现射束被连铸坯导辊阻挡或者偏转的情况。因为由此在通往连铸坯表面的路径上不阻滞冷却剂射束，因此得到了均匀大小的冷却强度。一般来说周面具有柱形的轮廓或者拱形的、即略微向外弯拱的轮廓。
对于本领域技术人员已知的是，函数(例如凹陷的轮廓)能够通过多项式函数的级数(参看泰勒级数)近似计算，或者等价地也能够通过瞬态函数的级数(参看傅里叶级数)近似计算。因此通过多项式或者瞬态函数(例如正弦或者余弦)说明的轮廓还应被权利要求包括。
对于具有方坯断面或者初轧坯断面的连铸坯而言有利的是，连铸坯导辊具有恰好一个柱形的或者拱形的周面并且第一支撑轴相对于第二支撑轴对称地构造。由此得到了对称的辊子，其中对于水平放置的辊子而言对称轴线沿垂直方向在中心穿过所述周面延伸。此外有利的是，将所述周面关于连铸坯的浇注轴线布置在中心，从而特别有效地支撑连铸坯的中心的区域(潜在最大的鼓肚的区域)。由此能够有效地防止连铸坯的鼓肚。
尤其对于较宽的连铸坯(例如大规格的初轧坯横截面、板坯又或者薄板坯横截面)的导引而言有利的是，连铸坯导辊具有多个一般为柱形的周面。
尤其对于具有(中央的)周面的实施方式而言有利的是，第一轮廓基本上从第一轴承座延伸到周面，并且第二轮廓基本上从周面延伸到第二轴承座。
对于均匀的连铸坯冷却有利的是，在两个周面之间布置有其他的第二轮廓并且紧随布置有其他的第一轮廓。
为了使得连铸坯导辊的弯曲最小化，有利的是，在所述其他的第二轮廓和所述其他的第一轮廓之间布置有支承区域。
为了避免连铸坯导辊的过热或者能够进一步提高二次冷却的冷却强度，有利的是，连铸坯导辊具有内部冷却机构，优选所述内部冷却机构具有沿轴向方向延伸的冷却剂管道。
本发明的任务同样通过开头提到的种类的连铸坯导引机构解决， -其中冷却喷嘴布置在交点中，所述交点由在第一连铸坯导辊的凹陷的轮廓上的第一法线和在第二连铸坯导辊的所述其他的凹陷的轮廓上的第二法线确定。
有利的实施方式是从属权利要求的主题。
由此确保，冷却喷嘴的冷却剂射束置于所述两个轮廓的中央，从而实现所述冷却剂射束尽可能少地、理想状况下完全不被连铸坯导辊偏转。
在简单的情况中，第一连铸坯导辊和第二连铸坯导辊分别具有圆弧形的凹陷的轮廓，从而冷却喷嘴布置在所述两个轮廓的中点中或者所述轮廓相对于冷却喷嘴同心地布置。
当连铸坯导辊相对于连铸坯的纵轴线对称地布置时，能够实现对连铸坯均匀的支撑。
本发明的其他优点和特征由对非限制性的实施例进行的紧随的说明得出，其中涉及下列附图: 图1a和Ib示出方坯连铸设备的根据本发明的连铸坯导引机构的上面的部分的各一个透视图； 图2a_2c示出图1的左视图、正视图和右视图； 图3示出根据图2c的剖切线A-A的剖视图； 图4示出根据图2c的剖切线B-B的剖视图； 图5和7示出在按照图1到4的具有两个连铸坯导辊的连铸坯导引机构中的两个冷却喷嘴的布置的各一个示图； 图6示出在具有连铸坯导辊的第一变体的连铸坯导引机构中的一个冷却喷嘴的布置的示图； 图8示出在具有连铸坯导辊的第二变体的连铸坯导引机构中的三个冷却喷嘴的布置的示图； 图9示出在具有对板坯进行导引的连铸坯导辊的第三变体的连铸坯导引机构中的三个冷却喷嘴的布置的示图； 图10示出在具有对板坯进行导引的连铸坯导辊的第四变体的连铸坯导引机构中的四个冷却喷嘴的布置的示图。
附图标记列表 1结晶器 2连铸坯 3、3a、3b 连铸坯导辊 4冷却剂射束 5冷却剂喷嘴 6浇注方向、连铸坯的纵轴线 7、7a、7b 支撑轴8周面 9、9a、9b 凹陷的第一轮廓 9’、9’’其他的凹陷的第一轮廓 10、10a、IOb凹陷的第二轮廓 10’、10’’ 其他的凹陷的第二轮廓 I la、I Ib 法线 12切线 13辊纵轴线 14轴承。
具体实施方式
图1到5示出了本发明的第一实施方式的示图。
在图1a和Ib中分别不出用于生产具有方 (Knueppel)横截面的连铸还2的连铸机的连铸坯导引机构的上面的部分。在水冷却的连续结晶器I中连续地将液态的钢浇注成具有130x130mm的横截面的方坯，在紧随的连铸坯导引机构中对所述方坯进行支撑、导引和进一步的冷却。此外所述连铸坯导引机构在连铸坯2的每一侧上具有多个沿浇注方向紧随的连铸坯导辊3。连铸坯导辊3本身在紧随的附图中详细示出。为了冷却连铸坯分别在配属于连铸坯2的同一侧面的两个相继的连铸坯导辊3之间布置两个冷却喷嘴，所述冷却喷嘴分别安放在辊子3的柱形的周面8左边和右边。为了不以过多的细节使图1到4过于繁复，放弃冷却喷嘴和支承结构的制图；具体仅示出由冷却喷嘴发出的冷却剂射束4。对于本领域技术人员最熟知的是单物质冷却喷嘴(例如仅喷水的喷嘴)或者多物质冷却喷嘴(例如水-空气喷嘴)，例如由DE 103 57 435 Al可知。
通过将连铸坯2支撑到四个连铸坯侧面上，一方面防止了部分凝固的连铸坯2的连铸坯壳的不允许的鼓肚。因此也避免了在连铸坯2中的不允许的应力，从而在高的浇注速度的情况下可靠地防止了在连铸坯壳中的裂缝还有连铸坯的所谓的断裂。对连铸坯2 —方面通过必要时内部冷却的连铸坯导辊3的接触以及另一方面通过冷却剂射束4 (在图1a中所述冷却剂射束4在一个连铸坯侧面上示出；在图1b中冷却剂射束4在关于连铸坯的纵轴线偏移90°的另一个连铸坯侧面上示出)以高的冷却强度但仍非常均匀地进行冷却。由于二次冷却的高的冷却强度(所述二次冷却此外还非常均匀地冷却连铸坯表面)和狭窄的辊距(辊距是沿浇注方向6在两个直接紧随的连铸坯导辊之间的间距)连铸机在非常高的浇注速度的情况下也能够可靠地运行。由此提高了连铸机的生产率。
在图2a到2c中以正视图(图2b)、左侧视图(图2c)和右侧视图(图2a)示出了图1的连铸坯导引机构。图2c沿着剖切线A-A的局部剖视图在图3中示出。在其中看出，正方形的方坯连铸坯2的每一个侧面通过一个连铸坯导辊3的周面8支撑。最后图4示出了图2c沿着剖切线B-B的局部剖视图。
在图5中详细示出了连铸坯导辊3还有在连铸坯导引机构中的两个紧随的连铸坯导辊的布置。具体地这两个连铸坯导辊3a、3b中的每个都具有第一支撑轴7a、沿轴向方向紧随地具有柱形的周面8并且再紧随地具有第二支撑轴7b。所述周面8构造为柱面，其突出于所述支撑轴7a、7b。同样可能的是，所述周面具有弯拱，从而使得在周面8和支撑轴7a、7b之间的棱边不会压入到连铸坯2的薄的连铸坯壳中。未示出连铸坯导辊3a、3b的轴承座，所述轴承座实现了旋转对称的辊子绕纵轴线13的转动。但是对于本领域技术人员已知的是，例如滚动轴承和滑动轴承适合于实现辊子的转动并且将出现的力导入到支撑结构中。两个连铸坯导辊3a、3b具有各一个凹陷的第一轮廓9a和凹陷的第二轮廓10a，所述凹陷的轮廓相应地构成为二阶或者更高阶的多项式。所述第一轮廓9a沿轴向方向从支承区域朝向周面8严格单调上升地构造；所述第二轮廓IOa沿轴向方向从周面8朝向第二支承区域严格单调下降地构造。在具体的情况下这两个轮廓9a、10a实现为圆弧段。众所周知不仅圆弧是二阶的曲线(方程式:x2+y2=R2，其中X和y是笛卡尔坐标并且R是圆半径)，而且椭圆、抛物线等也是。但是所有这些曲线还有更高阶的曲线原则上都适合于第一轮廓和第二轮廓9a、9b、10a、10b。在实践中，应用具有大于4的阶数的曲线大多是没意义的，因为轮廓的斜率过高。
因为方坯2的连铸坯表面随着到连铸坯棱边的间距增大更多地鼓起，因此有利的是，在连铸坯中心支撑连铸坯2。在具体的情况下不仅连铸坯导辊3a、3b相对于穿过周面8延伸的垂直平面对称地构造，而且所述连铸坯导辊3a、3b还相对于连铸坯2的浇注轴线6对称地布置。因此恰好在潜在要最大鼓肚的区域中支撑所述连铸坯。在实际的运行中证明有利的是，选择周面8的宽度在方坯2的宽度的10%到15%之间；例如周面8具有10到IOOmm的宽度。由此一方面充分地支撑连铸坯2并且另一方面还提供充分的空间用于经由冷却喷嘴5的冷却剂射束4对连铸坯进行冷却。根据所述实施例冷却喷嘴5实现为全喷射喷嘴，其产生圆锥形的冷却剂射束4。但是原则上其他的冷却喷嘴也适合，例如具有椭圆形的喷射图形的冷却喷嘴。为了能够使冷却喷嘴5的冷却剂射束4尽可能无阻碍地穿透到连铸还表面上，所述冷却喷嘴5布置在第一连铸还导棍3a的轮廓9a上的第一法线Ila和在第二连铸坯导辊3b的轮廓9b上的第二法线Ilb的交点上。由此确保，所述冷却剂射束4能够在这两个轮廓9a、9b或者10a、10b之间尽可能在中央穿透。
但原则上本发明不限制于具有在中心的周面的连铸坯导辊。图6到10示出本发明的五个不同的变体。图6示出具有两个在侧面布置的周面8和一个在中心的冷却喷嘴5的第一变体。图7再次示出具有一个在中心的周面8和两个在侧面布置的冷却喷嘴5的已经在上面示出的变体。图8示出具有两个在侧面布置的周面8和三个冷却喷嘴5的第二变体。图9和10示出具有分别在中心支承的连铸坯导辊的第三和第四变体。
就按照图6的变体而言有利的是，连铸坯2能够通过唯一的、在中心布置的冷却喷嘴5进行冷却。缺点是连铸坯2的中心不通过连铸坯导辊3a、3b的周面8支撑。
在按照图7的变体中有利的是，连铸坯中心通过连铸坯导辊3a、3b的周面8支撑。缺点是为了冷却连铸还2需要两个偏心地布置的冷却喷嘴5。
就按照图8的变体而言有利的是,连铸还2能够通过三个冷却喷嘴5非常均匀地冷却。而不利的是连铸坯中心不通过连铸坯导辊3a、3b的周面8支撑。但是这并没有进一步的损害，因为周面8仅轻微偏心地布置，从而使连铸坯中心的鼓肚是可接受的。所述按照图8的变体不仅适合于方还横截面(Knueppelquerschnitt)或者初轧还横截面(Vorblockquerschnitt)还适合于板还横截面。具体地在两个周面8之间布置有其他的凹陷的第一轮廓9’并且紧随地布置有其他的凹陷的第二轮廓10’。
在图9中示出连铸坯导辊的第三变体以及用于对具有初轧坯横截面或者板坯横截面的连铸坯2进行导引的连铸坯导引机构。在每个连铸坯导辊3a、3b中在所述其他的第二轮廓10’和所述其他的第一轮廓9’之间布置有支承区域。由此使得辊子的最大弯曲最小化。这种实施方式尤其对板坯横截面或者薄板坯横截面有利，因为这种规格能够以高的浇注速度进行浇注，尽管有连铸坯壳的微小的鼓肚。
在图10中示出连铸坯导辊的第四变体以及用于对具有初轧坯横截面或者板坯横截面的连铸坯进行导引的连铸坯导引机构。与图9不同的是，对连铸坯导辊3a、3b分别进行四重的支承。支承位置的数目一般是任意的，从而既能是偶数个支承位置(参见图6、7、8和10)也能是奇数个支承位置(参见图9)。
权利要求
1.一种用于对连铸坯(2 )进行导引的连铸坯导辊(3 )，具有 -具有第一轴承座的第一支撑轴(7a); -沿轴向方向处在所述第一支撑轴(7a)之后的周面(8); -沿轴向方向处在所述周面(8)之后的、具有第二轴承座的第二支撑轴(7b)； 其特征在于， 所述周面(8)的直径大于所述支撑轴(7a、7b)的直径； 所述第一支撑轴(7a)具有凹陷的第一轮廓(9)，所述凹陷的第一轮廓由二阶或者更高阶的沿轴向方向朝向所述周面(8)单调上升的多项式给定； 所述第二支撑轴(7b)具有凹陷的第二轮廓(10)，所述凹陷的第二轮廓由二阶或者更高阶的沿轴向方向从所述周面(8)起单调下降的多项式给定。
2.按权利要求1所述的用于对具有方坯横截面或者初轧坯横截面的连铸坯(2)进行导引的连铸坯导辊，其特征在于，所述连铸坯导辊(3)具有恰好一个周面(8)并且所述第一支撑轴(7a)相对于所述第二支撑轴(7b)对称地构造。
3.按权利要求1所述的用于对具有方坯横截面或者初轧坯横截面的连铸坯(2)进行导引的连铸坯导辊，其特征在于，所述连铸坯导辊(3)具有多个周面(8)。
4.按权利要求1所述的连铸坯导辊，其特征在于，所述第一轮廓(9)从所述第一轴承座延伸到所述周面(8)。
5.按权利要求1所述的连铸坯导辊，其特征在于，所述第二轮廓(10)从所述周面(8)延伸到所述第二轴承座。
6.按权利要求3所述的连铸坯导辊，其特征在于，在两个周面(8)之间布置有其他的第二轮廓(10’)并且紧随布置有其他的第一轮廓(9’)。
7.按权利要求6所述的连铸坯导辊，其特征在于，在所述其他的第二轮廓(10’)和所述其他的第一轮廓(9’ )之间布置有支承区域。
8.按前述权利要求中任一项所述的连铸坯导辊，其特征在于，所述连铸坯导辊(3)具有内部冷却机构。
9.按权利要求8所述的连铸坯导辊，其特征在于，所述内部冷却机构具有冷却剂管道，所述冷却剂管道沿轴向方向延伸。
10.—种用于对连铸坯( 2 )进行导引和冷却的连铸坯导弓I机构，具有 -按权利要求1到9中任一项所述的第一连铸坯导辊(3a)，其具有至少一个凹陷的轮廓(9a、10a)； -按权利要求1到9中任一项所述的第二连铸坯导辊(3b)，其具有至少一个其他的凹陷的轮廓(9b、10b)，其中两个连铸坯导辊(3a、3b)配属于所述连铸坯(2)的同一侧面并且所述第二连铸坯导辊(3b)沿浇注方向(6)支承在所述第一连铸坯导辊(3a)之后；以及 -用于将冷却液施加到所述连铸坯(2)的同一侧面的至少一个冷却喷嘴(5)，其中所述冷却喷嘴(5)沿浇注方向(6)布置在所述第一连铸坯导辊(3a)和所述第二连铸坯导辊(3b)之间； 其特征在于， 所述冷却喷嘴(5)布置在交点中，所述交点由在所述第一连铸坯导辊(3a)的所述凹陷的轮廓(9a、10a)上的第一法线(Ila)和在所述第二连铸坯导辊(3b)的所述其他的凹陷的轮廓(9b、IOb)上的第二法线(lib)确定。
11.按权利要求10所述的连铸坯导引机构，其特征在于，所述第一连铸坯导辊(3a)和所述第二连铸坯导辊(3b)分别具有圆弧形的凹陷的轮廓(9a、9b、10a、10b)，从而所述冷却喷嘴(5 )布置在所述两个轮廓的中点中。
12.按权利要求10或者11所述的连铸坯导引机构，其特征在于，所述连铸坯导辊(3a、3b)相对于所述连铸坯(2)的纵 轴线(6)对称地布置。
全文摘要
本发明涉及一种用于对连铸坯(2)进行导引的连铸坯导辊(3、3a、3b)和一种用于对连铸坯(2)进行导引和冷却的连铸坯导引机构。本发明的任务在于，制造一种连铸坯导辊(3)和一种连铸坯导引机构，从而能够实现所述连铸坯(2)的强化的但仍尽可能均匀的冷却。该任务通过连铸坯导辊解决，-其中所述周面(8)的直径大于所述支撑轴(7a、7b)的直径；-其中所述第一支撑轴(7a)具有凹陷的第一轮廓(9)，所述凹陷的第一轮廓由二阶或者更高阶的沿轴向方向朝向所述周面(8)单调上升的多项式给定；-其中所述第二支撑轴(7b)具有凹陷的第二轮廓(10)，所述凹陷的第二轮廓由二阶或者更高阶的沿轴向方向从所述周面(8)起单调下降的多项式给定。
文档编号B22D11/128GK103212684SQ20131002679
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月24日 优先权日2012年1月24日
发明者E.赖森贝格尔, F.维默尔, U.扎内利 申请人:西门子 Vai 金属科技有限责任公司