金属薄材的连铸设备及其横向壁和连铸方法

专利名称：金属薄材的连铸设备及其横向壁和连铸方法
技术领域：
本发明涉及在活动壁间，特别是辊子间连铸薄型金属制品，特别是连铸钢制品的设备，特别涉及在所述的活动壁的横向边缘附近限定铸造空间的、通常称作“侧壁”(sidewalls)的横向壁。
各种类型的、在活动壁间进行连铸的设备都存在一个如何对位于活动壁之间的铸造空间的横向端进行密封的问题。
另一个问题是如何防止铸造金属粘在该横向壁上，因为这种粘住有使连铸制品的边缘发生破裂的危险。
还有一个问题是如何防止因与颈部以上的活动壁部分接触而形成凝固的楔形层，所谓颈部是指活动壁之间最狭窄的通过点。
为解决这些问题，已提出采用隔热横向壁，以便阻止与横向壁相接触时产生的凝固从而阻止形成所述的凝固楔层。本申请人的法国专利申请No.8705234中就描述过一种该类型的装置。
文件US3038219和EP212423中提及了一种带有后隙角的横向壁，即横向壁的表面是朝着颈部互相对称地偏斜的。具体地说，这种结构可以允许金属制品在制备过程中当它接近颈部时成比例地向横向扩展，而这种扩展是由于对先前凝固的凝固楔的滚压作用引起的或者说是在凝固过程中发生的。
然而，这种结构并不能制止横向壁与活动壁之间的液态金属的渗漏，在该区域内，对液态金属凝固的控制是很不充分的。事实上，即使该横向壁有足够的隔热作用因而可以阻止与其接触的铸造金属的凝固，在横向壁与活动壁相交界的区域内仍能发生液态金属的渗漏。而且，制造这种高隔热作用横向壁的材料通常只有很小的机械强度。因此，在金属与辊子端部的摩擦作用下，它们很快就磨损了，而这样又加剧了液态金属的渗漏。
反过来，如果横向壁隔热性较小，则与其相接触的铸造金属就会发生凝固。但是，因为这种凝固是难以控制的，所以，即使横向壁具有后隙角，形成楔形层的问题、发生粘住的问题或金属制品边缘不规则的问题依然存在。
本发明的目的是克服上述的不足，促使对连铸制品的整个宽度，尤其是其大侧面的边缘进行冷却，但又不使与横向壁接触的金属过早凝固。
根据这个目的，本发明的主题是提出一种用于在活动壁之间连铸薄型金属制品的设备的横向壁，该设备包括两个互相面对面的冷却的活动壁，该两个活动壁同时在同一方面上被驱动并与两个所述的静止横向壁一起限定一个铸造空间。
根据本发明，该横向壁的特征在于它包括一靠住活动壁端面的挡板(闭合板)，和两个由高传热材料制成的衬垫(插入物)，两衬垫伸入活动壁之间的铸造空间并邻近于所述活动壁的边缘，它们有朝向铸造空间的面，两衬垫延伸到所述的活动壁之间的颈部附近并且在两衬垫之间限定一由隔热材料制成的覆盖物构成的区域，该覆盖物的表面可以是平面或凹面。
通过本发明的装置，与冷却的活动壁相接触的凝固金属表皮延伸在衬垫(插入物)的朝向铸造空间的面上。所形成的连续表皮覆盖了活动壁与衬垫相交接的部位，从而阻止了液态金属在该部位的渗漏。而且，在横向壁的衬垫内的区域不形成与之接触的表皮，因为该区域具有高隔热性能。
根据本发明的特殊结构，由横向壁面向铸造空间的表面和由衬垫朝向铸造空间的面构成的表面及隔热覆盖物的表面大体上都带有后隙角reliefangle。因为有了这种结构，横向壁的后隙角就能允许连铸制品的边缘横向扩展。与此同时，与衬垫相接触的表皮的边缘在液态金属静压力的作用下逐渐地靠在活动壁上。
另一方面，衬垫的面向铸造空间的所述的面相对于正交于活动壁的垂直面也有所倾斜，其倾斜度从衬垫的上端到下端逐渐减小，在下端处，所述的面向铸造空间的面大体上垂直于活动壁。
在这种情况下，就能进一步增强使凝固表皮的边缘逐渐敷设的效果，这些逐渐增宽和增厚的凝固表皮在颈部区域附近形成两块在连铸制品的整个宽度范围内厚度基本一致的表皮。
具体地说，这种特殊的结构可以使垂直作用在辊子壁上的力减到最小。
事实上，如果表皮边缘的凝固从液态金属的高度形成垂直于辊子壁的舌状部，则当这些舌状部接近于颈部时将会增厚，而且液态金属静压力就不足以使它们均匀地靠于辊子的冷却的壁上，这样，就会产生不规则凝固，而且在两舌状部相遇并将要被“滚压”的颈部附近会产生更大的力。
另外，如果这些舌状部没有恰当地靠于冷却的壁上，就不再能保证辊子与横向壁之间的密封，液态金属就有在舌状部和邻近的横向壁之间发生渗漏的危险。而采用上述特殊结构就能有效地清除这种危险。
本发明的另一个主题是提供一种在活动壁之间，特别是辊子之间连铸薄型金属制品的设备，该设备的特征在于它有拥有一种上述结构的横向壁。
本发明还有一个主题是提供一种采用上述设备，连铸生产薄型金属制品，特别是厚度较小的钢带的方法，在该方法中，将液态金属送入铸造空间并使液位高度保持在衬垫和隔热覆盖物的上端之下，将两活动壁同时按同一方面驱动，结果，与所述的冷却的活动壁相接触的液态金属发生凝固，由此，形成了凝固表皮，表皮的边缘延伸到衬垫朝向铸造空间的面上，这些表皮随着活动壁的移动而成比例地增宽和增厚，直到它们在所述的活动壁之间的颈部区域附近相遇为止，最后可向下连续取出凝固的薄型金属制品。
为了能更好地理解本发明及本发明的其他特征和优点，下面将说明本发明的在辊子之间进行连铸生产的一个最佳实施例。
供参照的附图为

图1-图10，其中图1是在辊子之间进行连铸的设备的部分示意图，图中示出了本发明的横向壁的结构，图2是图1中Ⅱ-Ⅱ面的剖视图;
图3到图6示意地表示在图2所示的各种液态金属液位高度上制品凝固的变化;
图7是用于连铸设备的、按本发明的横向壁的平面图;
图8是沿着图7中Ⅷ-Ⅷ线剖开的该横向壁的垂直剖视图;
图9是沿图7中Ⅸ-Ⅸ线剖开的该横向壁的剖视图;
图10是图7中Ⅹ-Ⅹ线处的另一个水平剖视图。
图1到图6中的示意图主要是为了说明本发明的内容，图中故意没有按照各个零件的相对比例尺寸来画以便易于了解本发明的主题和目的。
图1表示了在辊子之间进行连铸的设备的一端，该设备包括两个辊子1和2，其中的第二个辊子仅用其壁的端线21示意地表示。
该两个辊子的轴线互相平行且位于同一水平面P处，两辊子按照箭头3和4的相反方向被驱动旋转，在与穿过辊子轴线的平面P的高度相对应的颈部5的部位，两辊子所隔开的距离对应于连铸制品的厚度。
采用一种已知方法将液态金属送入铸造空间，该铸造空间由位于颈部上方的那部分辊子的壁和位于辊子边缘并与所述的边缘密封接触的横向壁所限定。很显然，因为横向壁是静止的两辊子的壁是活动的，所以，为了防止两者的剧烈摩擦及由此引起的磨损，必须在两者之间留有最小的功能间隙。由于密封不可能是绝对的，存在着液态金属发生渗漏的危险，因此，降低液态金属渗漏的危险性是本发明的目的之一。
事实上，正如本说明书一开始提到的那样，如果横向壁由具有足够绝热性能的材料构成以确保与之接触的液态金属不发生凝固，则与辊子的冷却的侧壁相接触的凝固的金属表皮就到横向壁与辊子之间的交界部位为止，因此，在这个部位，渗漏的危险性是很高的。
指导本发明的设想就是特别要通过使凝固的金属表皮延长到直接与辊子相邻的那部分横向壁上，以确保对液态金属的密封，而与此同时，又要使得这些金属表皮的边缘更易于成形并且要防止与横向壁相接触的金属发生凝固。因此，覆盖在辊子与横向壁之间交界部位的凝固金属表皮构成了防止渗漏的密封壁。
图1示出了一由垂直平板61构成的横向壁或“侧壁”6，该平板61相对于辊子1和2的端部，亦即相对于辊子1和2圆筒形表面的端面留有一功能间隙。平板61带有两个由高导热材料制成的衬垫7和8。每个衬垫均为厚度很小的薄片，其厚度最好大约为连铸制品厚度的一半，它们按照辊子的曲率弯曲，而且从平板61朝着铸造空间的内部突出，以便与圆筒壁的边缘相配合。同一横向壁的两衬垫的下端71、81最好在略高于颈部5的高度处会合。两衬垫从平板61突出的宽度从其上端72、82到其下端71、81逐渐减小。衬垫面向铸造空间的面73、83在任何高度上相对于辊子在该高度处的母线均呈倾斜状，其倾斜度由衬垫的上端朝着下端逐渐增加，在下端处，倾斜度大约为90°。换言之，各个衬垫的面73、83均为扭曲面，在衬垫的上端72、82处，面73、83的水平母线与各自相邻的辊子的相应的母线分别构成了一个角度例如为135°的纯角，该角度朝着下方逐渐减小，直到在衬垫的下端处大体上等于90°。
位于同一“侧壁”两衬垫之间的区域是由一块板或一隔热耐火材料的覆盖物9构成，该覆盖物面向铸造空间的表面91最好呈平面状且相对于垂直方向呈倾斜状，从而构成上面已经提到过的后隙角，这个后隙角在图2中可以清楚地看出，这样就能与两衬垫的面73、83一起构成一连续表面，且在它们的交界线处光滑过渡。耐火材料9的表面最好经过硬化处理，以防铸造金属使其过快磨损。
当然，应该理解，在连铸生产过程中，液态金属的液面高度必须控制在衬垫及耐火材料的上限之下。
如图2所示，衬垫的下端相对于平板61可形成陡然收进的部分62，类似于前述的文件EP212423所述的情形，这样便于铸造制品的边缘在颈部区域自由横向扩展。然而，正如下文将要详细说明的，最好能确保衬垫的面73、83和耐火材料表面91与紧接其下的横向壁部63的连续性。
两衬垫的面73、83也可以是与耐火材料9的表面91共面的面，这样，所述的衬垫的制作便得以简化。而且还能确保辊子与衬垫之间的界面区域内的凝固表皮的连续性。然而，从下面参照图3到图6的说明可以看出，这种结构对所述表皮的成形和所希望的变化的帮助不大。
图3-图6表示了在连铸生产过程中如图2所示的各个高度上的该连铸设备的相应的水平剖视图。
图3示意示出了一位于接近液态金属高度N的高度Ⅲ处的剖视图。熔融金属10与辊子1和2的冷却的壁相接触而发生凝固并在每个辊子上形成了厚度较小的凝固表皮101、102。这些表皮延伸出一个与衬垫7、8相接触而凝固的舌状部103、104部分，衬垫7、8是能导热的，它们因接近于辊子冷却的壁且与平板61的金属相接触而被冷却。与此相反，铸造金属与隔热耐火材料9相接触时却不会凝固。从图中可见，凝固的表皮从上部高度起确保了辊子与衬垫之间的部位105、106的密封。
图4是当表皮101、102被旋转的辊子的壁送到中部高度Ⅳ时在该高度处的剖视图。与此同时，舌状部103、104伴随着这一移动而滑到衬垫的面73、83上。
表皮101′、102′和舌状部103′、104′的厚度随着铸造金属的继续冷却而增加。各个衬垫的面73、83的宽度因该面相对于辊子壁的倾斜度的增加而减小。与此同时，由于横向壁的退缩，凝固表皮与辊子的接触宽度增加，而且，在熔融金属静压力作用下，舌状部相应地贴靠在辊子壁上。由于耐火材料9的表面91有后隙角，所以铸造空间的宽度也得以增加。
在衬垫的下端高度Ⅴ处(图5)，表皮101″、102″的厚度进一步增加。在两个衬垫上形成的两舌状部分别贴靠在辊子的壁上并且同时在108处相遇。
在颈部区域(高度Ⅵ，图6)，两部分表皮完全相接触并成形成了具有所需横截面形状的制品109，而且因为铸造空间的宽度最后的增加，所以在滚压作用下，连铸制品的边缘有向横向扩展的余地，直到它与壁部63相接触为止。
至此已完全可以清楚，本发明的设备可以保证铸造空间的密封;
允许连铸制品横向扩展;
控制凝固表皮、尤其是它的边缘(舌状部)的形成和变化，并且阻止在横向壁上形成凝固表皮。
图7到图10示出了本发明的一个“侧壁”的最佳实施例。
在该实施例中，平板61是由几个零件用螺钉组装成的，这样可以固定衬垫7、8。它包括一平面支撑板64，两块支承板65、66用螺钉111固定于其上且通过定心销112定位，该两支承板的表面将置于与辊子的端部相对的位置，其边缘67、68具有与辊子相同的曲率而且在它们的延伸部内正好与辊子相切。
金属衬垫7、8贴靠于弯曲边缘67、68上而且与支撑板64相接触。它们通过销子74定位，销子74紧固在支承板65、66上且穿过衬垫上的椭圆孔75，这样就能阻止衬垫7、8沿平行于辊子轴线的方向发生移动，但与此同时却允许它们沿平行于支承板的边缘方向略微移动，以允许所述的衬垫的纵向伸展。
衬垫的厚度为常数(例如2毫米)。其宽度从上端到下端是变化的，在上端处，它们从支承板的表面突出几毫米(例如5到10毫米)，而在下端处，突出量明显减少(例如1到2毫米)。这里的这些数据仅作为举例说明，它们是视设备的具体的总体尺寸大小而定的。这些数据与衬垫的以及耐火材料覆盖物的大约为1°到3°的后隙角相对应。衬垫7、8的面73、83的形状如前所述，因此它们相对于辊子壁的倾斜度的变化为均匀的变化。因此，衬垫的上端处为一大致呈45°角度的斜角横截面，该角度随着衬垫向下方延伸而增加，到下端处，衬垫的横截面成为一直角形横截面。
一块金属中间板69，其两侧按照衬垫的曲率成形，被插入在两衬垫之间，从而使两衬垫贴靠于支承板65、66的弯曲的边缘67、68上。该中间板69用螺钉113紧固于支撑板64上。
中间板69的厚度小于支承板65、66，这样就可以将一块隔热耐火材料9置于中间板69和两衬垫之间，该耐火材料9的面向铸造空间的面91与衬垫的面73、83齐平。该隔热耐火材料可以是与中间板69相接合的一块预制板，也可以用例如喷涂技术把材料喷涂在上面。
衬垫、中间板69和隔热耐火覆盖物9的下端均位于略高于颈部的同一高度。在该高度处两衬垫的下端略微分开，以便在隔热耐火材料的“尖端”留有一定宽度，从而防止该尖端脆裂。
在该高度的下方(与图2的高度Ⅴ相对应)，横向壁通过一用螺钉114紧固在支撑板64上的导向靴120而延伸。该导向靴的后部121插入支承板65、66上的相应的凹槽122、123内。导向靴的前部124被加工成具有与支承板65、66的边缘67、68的曲率相对应的曲率的端面125、126。该导向靴面向铸造制品的面在颈部上方具有一作为耐火覆盖物9的延伸部的后隙区(reliefzone)127，而在颈部下方(平面P的高高度处)，具有一与支承板65、66的表面共平面的垂直面区128。
该导向靴120由具有良好耐磨性的材料，例如铸铁制成。
特别是与图2所示的收进部分62有关的后隙区127，上述的导向靴120的结构的优点在于它能确保横向壁与连铸制品连续接触，从而能防止衬垫与耐火覆盖物的下端过快磨损或破裂。
当然，本发明并不局限于上述举例性质的实施例。对横向壁的各组成零件及其装配方法可以有多种技术上的变化。
例如，衬垫可以不用单一金属材料制成，而可以用象氮化硼类、BN与SiALON或Si3N4或Al N或Si C之类的复合材料制成。
耐火覆盖物的表面91也可以是凹面而不是平面。
衬垫也可以进一步插入辊子之间，以此方式，导向靴也可同样插入辊子之间，从而突出于支承板。
也可以通过采用一种局部冷却装置，在衬垫(插入物)附近，局部冷却支承板和/或支撑板及导向靴，或直接对衬垫进行冷却以帮助凝固表皮的舌状部的形成。
权利要求
1.一种用于在活动壁之间连铸生产金属制品，特别是薄型制品的设备的横向壁，该设备包括两个互相面对面的、并同时在同一方面3、4上被驱动的冷却的活动壁，该两活动壁与两个所述的静止横向壁6一起限定一个铸造空间，其特征在于，该横向壁包括一靠住活动壁1、2端面的挡板(闭合板)和两个由高导热材料制成的衬垫(插入物)7、8，该两衬垫伸入活动壁之间的铸造空间并邻近于所述活动壁的边缘11，其上有朝向铸造空间的面73、83，两衬垫延伸到所述的活动壁之间的颈部5附近并在两衬垫之间限定一由隔热材料9制成的覆盖物构成的区域，该覆盖物的表面91可以是平面或凹面。
2.如权利要求1所述的横向壁，其特征在于，由横向壁面向铸造空间的表面和由衬垫朝向铸造空间的面73、83构成的表面91、73、83及隔热覆盖物的表面91大体上均带有后隙角(relief angle)。
3.如权利要求1或2所述的横向壁，其特征在于，衬垫的面向铸造空间的所述的面73、83相对于正交于活动壁的垂直面倾斜，其倾斜度从衬垫的上端72、82到下端71、81逐渐减小，在下端处，所述的面73、83大体上垂直于活动壁。
4.如权利要求2所述的横向壁，其特征在于，所述的后隙角大约为1°到3°。
5.如权利要求3所述的横向壁，其特征在于，衬垫的面向铸造空间的面73、83在衬垫上端处相对于邻近活动壁的母线的倾斜度大约为135°。
6.如权利要求1到5所述的横向壁，其特征在于，在衬垫和耐火覆盖物的下方且邻近于它们的下端处，横向壁带有一导向靴120，其面向铸造空间的表面在颈部5的上方具有一作为衬垫和耐火覆盖物的表面91、73、83的延伸部的后隙区(relief zone)127，而在颈部5的下方为一垂直平面区128。
7.一种在活动壁间，特别是辊子间连铸生产薄型金属制品的设备，其特征在于，该设备包括一种如权利要求1到6所述的横向壁。
8.一种连铸生产薄型金属制品的方法，其特征在于，采用如权利要求7所述的设备，将液态金属送入铸造空间，使液态金属的液位高度保持在衬垫和隔热覆盖物的上端的下方，将活动壁同时按同一方面驱动，结果，与所述的冷却的活动壁相接触的液态金属发生凝固，形成了凝固表皮，表皮的边缘延伸到衬垫朝向铸造空间的面上，这些表皮随着活动壁的移动成比例地增宽和增厚，直到它们在所述的活动壁之间的颈部区域附近相遇为止，最后可向下连续取出凝固的薄型金属制品。
全文摘要
一种连铸薄型金属制品的设备的横向壁，该设备包括两个面对面的、且同时按同一方向3、4驱动的冷却的活动壁，和两个所述的横向壁6，以共同限定一铸造空间，其中，横向壁带有两个高导热衬垫7、8，它们邻近于活动壁的边缘11，其上有朝向铸造空间的面73、83，两衬垫延伸到活动壁之间的颈部5附近并在它们之间限定一由隔热材料9制成的覆盖物构成的区域，该覆盖物9的表面91是平面或凹面。本发明尤其适用于在辊子间连铸薄钢制品。
文档编号B22D11/06GK1041123SQ8910704
公开日1990年4月11日 申请日期1989年9月1日 优先权日1988年9月14日
发明者里布·保罗·维克多 申请人:法国钢铁冶金研究所