专利名称：包覆连铸产品的生产方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属薄带生产方法以及一种利用振荡式结晶器(静止的结晶器)或移动式结晶器、最好是利用两辊式铸造装置实施上述方法的设备，其中熔融金属与金属平面产品、最好是热轧带材接触并与其焊合在一起，而在上述铸造装置中，随着熔融金属连续地引导金属平面产品(热轧带材)，从而它从各个侧面包裹住流入的熔融金属并通过拉坯系统输出。
迄今为止，厚度小于2毫米的平面产品主要是通过带材热轧方式生产出来的。随后，可以将热轧带材一直冷轧到0.2毫米厚。由于在冷轧过程中不可能按百分比地调整尺寸精度，所以在这种情况下就必须先在热轧过程中按百分比地设定对冷轧带材提出的板形和平坦度要求。从100∶1的宽厚比起，辊缝中的流动阻力在宽度方向上实际上是无穷大的，因此按百分比地调整板形或平坦度是不可能的。因而迄今为止，在半连续生产设备的基础上发展铸造技术如获得宽度大于1000mm而厚度小于10mm的尺寸几乎是不可能的。
当利用振荡式结晶器而在由系统决定的渣膜厚度和生产相同产品的前提下浇铸薄板坯时，如在传统板坯生产设备中遇到的那样，主要问题是随着减小浇铸厚度和提高浇铸速率，单位时间内形成的表面成倍增加且同时渣膜厚度减小。单位时间内释放的固化热和流入结晶器的热流随即增加。
图1示出了根据浇铸厚度和浇铸速率而形成的热流。例如，如果在传统地以1m/min速率生产200mm厚的板坯的情况下的临界热流大约为1MW/m2，则在同时将浇铸速率提高到6m/min的情况下，浇铸厚度减小到如50mm将导致热流增加到2.8MW/m2。与收缩指数相对应，纵向开裂危险指数值由如在标准板坯情况下的1增大到在薄板坯情况下的2.8，即在相同宽度情况下，薄板坯是标准板坯纵向开裂倾向的2.8倍。
观察分图的边界，其存在最小为0.001或0.02的相对渣膜厚度，这在一定程度上反映了没有保护渣的浇铸情况。总热流量大约为5MW/m2并在钢坯设备上也获得这样的热流，在此设备上无保护渣或熔渣地进行浇铸。
在利用移动结晶器浇铸带材时存在相似的热流情况。在边界观察的极限点高位，熔渣缺陷在这样的工艺中也造成热量流动。
所述结果转移到带材设备上表明了1．无渣浇铸造成大量热量在凝固过程中流入结晶器；2．在浇铸中明显收缩；3．造成相当高的结晶器热负荷，这造成在带材表面上的纵向开裂危险以及较短的结晶器寿命。
迄今为止，当在带移动结晶器的设备上如根据两辊铸造法(贝斯梅尔原理)、哈策勒特铸造法或在带式设备及单辊铸造法浇铸厚度小于30mm的铸坯时，所述问题造成了无法控制的表面缺陷。
目前，最多的结果是通过两个辊获得的。在此工艺中，在两个相对运转的辊之间对称地注入钢水，钢水在最窄的辊缝处(交接点)凝固并通过拉坯装置输出。
所获得的表面质量以及特别是宽度和厚度方向上的尺寸精度(平坦度和板形)是不可再现的或不在市场所需的冷轧带材百分比公差内。这特别对应于碳钢生产。
下面根据钢的凝固情况进行说明。在位于双辊情况下的铸造环境中，钢很快凝固在冷辊面上。约5MW/m2的热流径向地流入辊表面并通过冷却该辊而排除。
由此出现了以下结果-承受高热负荷的且冷尺寸为圆柱形的辊式结晶器在接触区内因热生成而随凝固铸坯膨胀并将带材压成负凸度。但是在现有的宽厚比为大于或等于100/1的情况下，由于失去了在辊缝中的横向流动而不可能在后续的轧机加工中调节板形。
-铸坯表面在凝固过程中平行于辊表面地沿浇铸方向和宽度方向收缩，由此在坯壳中造成拉应力而在结晶器表面中造成压应力。同时，结晶器表面在转动周期中由于热量的径向和轴向流动而膨胀并在这两个方向上于铸坯表面内形成拉应力。
此应力与因坯壳收缩引起的应力叠加造成了在结晶器表面上的坯壳的固体收缩。这造成由于轴向(浇铸方向的横向)作用的应力而生成纵向裂纹且由于径向(浇铸方向的纵向)作用的应力而生成横向裂纹。铸造尺寸越宽，则绝对值越大，并且轴向收缩对纵向开裂危险的影响越大以及对百分比可接受的平坦度的调整和对铸带无裂纹性的调整的影响越大。
例如在不同的DE3440234、DE3440235、DE3440237专利说明书中报道了带型和/或辊型移动结晶器。在这里试图减小凝固熔融金属的表面与结晶器材料之间的摩擦并由此避免开裂且获得相同的表面质量，由此改善表面质量。其有意识地避免冷表面与结晶材料之间的连接或焊合。另一种工艺(DE3406730)描述了连续地将金属薄带送入水平连铸设备的结晶器中以润滑结晶器壁。
在宽为400mm-1600mm且厚度小于10mm的带材铸造如带钢铸造的现有技术中，高热流以及板形和平坦度公差的问题迄今为止尚悬而未决。
由此，本发明的目的是提出一种连铸方法和一种在振荡型结晶器或移动的结晶器的基础上实施该连铸方法的设备，其中控制由凝固熔融物散发出的热流，从而使收缩表现为下临界程度，同时凝固熔融物与平面产品(如热轧带材)之间发生焊合并确保最佳的带材几何形状(板形和平坦度)。
此目的是利用如权利要求所述的设备或方法而令人意想不到地实现的。
本发明的解决方案是这样的，承受拉应力的凝固铸坯表面的临界收缩通过反向作用的且由位于结晶器和金属液之间的包覆层的膨胀引起的压应力的叠加作用而得到补偿。
包覆层首先受到电容式(kapazitiv)加热而其在面向结晶器壁的那一侧仍保持较冷，包覆层可在那里不造成裂纹地承受大应力。
以下将结合附图2和图3举例描述本发明。
图2举例地示出了一个具有本发明特征的两辊式铸造装置。
钢水经中间包1且通过一个钢水供给系统2进入包覆层4。在熔融物3和移动结晶器5之间，至少在一侧根据熔融物连续地引导包覆层，包覆层和凝固熔融物一起输出。在同时构成焊合区6的凝固区内，凝固熔融物7或坯壳与包覆层4焊合在一起。金属带材13的完全凝固结束于辊顶点8(交接点)或铸坯导引装置10的区域内。铸坯导引装置可以由辊或板构成，它用于缩小铸坯厚度。由此实现了提高浇铸速率和通过将最终凝固点9引出辊顶点8(交接点)而提高了浇铸能力。一个冷却系统14紧接在移动结晶器5后。铸坯导引区域有一个外罩15且可以控温和/或控制气氛地操纵铸坯导引区域。
下面以两辊为例描述本发明与工艺方面有关的内容在钢水3凝固时释放的能量加热位于移动结晶器5和钢水3或坯壳7之间的包覆层4，直到熔液侧温度超过包覆层温度TSol。这造成坯壳与包覆层4在结晶器工作区即焊合区6内焊合在一起。另外，涂覆在面向钢水的包覆层侧上的降低熔点物质18有助于焊合。由于包覆层与凝固熔融物(坯壳)之间的材料复合，所以出现于坯壳7中的拉应力与出现于包覆层4中的压应力11叠加而平衡。
由此可以控制凝固带材的平坦度和形状并避免纵向开裂。如辊式结晶器的热负荷通过电容式(kapazitiv)加热包覆层得到大幅度降低，由此同时延长了结晶器寿命。
当用如由特种钢、铝、铜或其它非铁族金属构成包覆层时，可以按照本发明生产复合材料，特别是生产包覆材料，如作为平面产品以及长形产品的带不锈包覆层的碳钢。
图3示出了凝固熔融物与包覆层之间的材料复合的基本前提条件。
作为包覆层的材料的固相线温度必须总是低于或等于所用熔融物的固相线温度，即TSSch大于或等于TSUm。
当熔融物凝固于包覆层上时，即使在将坯壳从TSSch冷却到TSUm的情况下，仍然释放出焊合所需的能量。
假设结构钢熔融物的固相线温度如为1520℃，则将这种钢水注入由固相线温度如为1460℃的特种钢构成的包覆层中。结构钢材释放出的固化热量将包覆层加热到1460℃并与其焊合在一起。由于固相线温度差为60℃，所以特种钢包覆层部分熔化并在随后的整体冷却时形成焊合区。
本发明也可以采用哈策勒特式设备以及轮形铸模(图4)。
上述举例描述的本发明带来了以下优点a．由于确保了熔融物与由特种钢、非铁族金属或其它钢种构成的包覆层之间的焊合，所以可控制地形成了完全的材料复合；b．确定的形状表面和平坦度；c．以高浇铸速率铸造易热裂钢材；d．用有至少一个不锈表面的复合材料替代了如大量不锈产品而极大地节约了成本；e．可自选的最终厚度和包覆层厚度；f．新的复合材料；g．可以实现铸造工艺与轧制工艺的在线联合操作；h．通过目标明确的冷却而无需除鳞；I．由于电容式(kapazitiv)加热包覆层，所以给结晶器造成低的热负荷；
j．可以通过将最终凝固点引出辊顶点(交接点)来提高浇铸速率(生产能力)；k．提高结晶器耐用性。
权利要求
1．一种利用振荡式结晶器或移动的结晶器连续浇铸金属、特别是生产包覆产品的方法，其中熔融金属被注入一个随着浇铸速率连续移动的金属包覆层中，其特征在于，金属包覆层的固相线温度总是低于或等于熔融金属的固相线温度。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，熔融金属最好由钢水构成。
3．如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，熔融物和包覆层由钢制成。
4．如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，包覆层由不锈钢构成。
5．如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，包覆层由非铁族金属构成。
6．如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，包覆层占总厚度的比例低于50％。
7．如权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，包覆层材料在使用前被加热到最高温度TSol。
8．一种实施方法权利要求1-7之一的设备，其特征在于，包覆层材料(4)至少沿结晶器的一个表面导引。
9．如权利要求8所述的设备，其特征在于，可以控温地运转结晶器。
10．如权利要求8或9所述的设备，其特征在于，采用了两辊式结晶器(5)。
11．如权利要求8-10之一所述的设备，其特征在于，结晶器由金属和/或陶瓷材料制成。
12．如权利要求8-11之一所述的设备，其特征在于，可以在其横截面内仍有液芯的情况下在铸坯导辊段内压下包覆金属带材(13)。
13．如权利要求8-12之一所述的设备，其特征在于，通过在面向熔融物的包覆层表面上的降低熔点物质(18)来加强包覆层(4)与凝固熔融物或坯壳(7)之间的材料复合。
14．如权利要求8-13之一所述的设备，其特征在于，包覆金属带材(13)穿过一个可控制气氛的外罩(15)。
全文摘要
本方法和所属设备用于生产连铸包覆产品。在这里，不仅可以采用振荡型结晶器，也可以采用移动的结晶器。在本方法中，例如热轧不锈带钢作为包覆层被连续送入结晶器壁和如碳钢熔融物之间，以便与坯壳焊合。例如在两辊铸造装置、哈策勒特装置或轮式铸模中可以有利地应用本方法。本发明的优点是低成本地制造宽度大于800mm而厚度小于10mm的平面产品，并且可以制造复合材料。
文档编号B22D11/06GK1227146SQ9810377
公开日1999年9月1日 申请日期1998年2月27日 优先权日1998年2月27日
发明者F－P普莱斯基乌奇尼格, M·冯德班克, J·施韦伦巴赫 申请人:Sms舒路曼-斯玛公司