专利名称：控制在活动结晶器之间连铸成的薄金属带的厚度剖面的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于通过在活动结晶器之间(例如在块体之间，在带之间，在块体和带之间，或者优选地在冷却的轧辊之间)的连续铸造获得具有受控制的和恒定的厚度剖面的薄金属带材的方法和装置。特别是，本发明涉及铝材及其合金。
活动结晶器之间的连铸设备通常包括一个将液态金属进给到一个注入装置中的炉子，该注入装置通过一个流槽将所述液态金属均匀地分配到活动结晶器之间的气隙内。这种装置包括至少一个注入器，其下游端具有和待铸造的金属带材的宽度相同的宽度，并且在该注入器中，其浇注口的形状与结晶器的形状相匹配；它通常还包括一个位于所述注入器上游的注入器槽。这种类型的铸造通常可制造出厚度在2至20mm的带材。
在于活动结晶器之间连铸宽的带材(通常大于1m)的过程中，总是试图获得具有一给定厚度和恒定的厚度剖面的带材，以适应于带材以后的应用。通常，这种剖面应当是稍呈凸状的，同时带材的两个边缘应当是均匀且恒定的；这一凸度是作为中心部分和边缘部分之间的厚度差相对于中心部分的厚度的比值而计算出来的，并且通常大约为0．5至1％。
十分关键的是，这种剖面应当很好地受到控制并保持恒定，而对于薄带材，特别是厚度小于5mm的最薄的带材，这是非常难以达到的。
轧制设备会给出一个作为绝对值的公差，在薄带材的情况下，它对应于以相对值表示的公差的增大；但是，目的是获得最小的可能的相对公差，因此，这就意味着，当薄带材的厚度减小时，绝对公差应当被保持在一个更加严格的限度内。
例如，在带材的凸度方面，所要求的相对公差通常为±0．2％，对于5mm厚的带材，当其凸度为0．7％(35μm)时，其公差(±0．2％)等于±10μm，而对于2．5mm厚的带材，当其凸度为0．7％(17．5μm)时，±0．2％的公差变成±5μm，而这是很难达到的。
这种带材的厚度是由气隙的尺寸及铸造速度给出的，而气隙主要是由在金属正在凝固时及其凝固之后由轧辊施加在金属上的作用力所产生的。
获得恒定厚度的先决条件是，在注入装置中具有一个速度和温度均匀的液态金属流，以便在气隙内获得一个可能最均匀的凝固锋面。如在轧制技术中所熟知的那样，这种均匀性借助于公知的包括由轧辊施加到金属上的作用力、铸造速度、轧辊的润滑和冷却等的已知调节器来达到。例如，这在专利US 4550767(Alcoa)，4751958(Hunter)，5452827(Eckert)中进行过描述。
用于调整薄带材的厚度剖面(例如，凸度，边缘厚度等)的常规手段包括改变由轧辊施加在金属上的作用力的分布，改变轧辊的冷却以调整它们的凸度和／或适当改变铸造过程中的润滑。例如，专利 EP 0407978(Hunter)和US 4944342(Lauener)通过描述控制轧辊的冷却以改变热凸度而对这些不同方法进行了说明；专利EP 0228038(Alcoa)描述了对力矩和力进行控制，以便控制凝固锋面的位置；专利WO 95／23662(Davy Mc Kee)描述了如何获得均匀的结晶器润滑；专利EP 0081848(Hazelet)描述了对于在带之间的铸造如何进行控制以便保持带材支承辊的压力和剖面。因而，在所有这些方法中，通过对固体金属或者正在凝固的金属采取行动来控制带材的厚度剖面。
这些措施在铸造时不足以获得一个规则的厚度剖面，同时也难以实施。如果凝固锋面是完全均匀的，则这些措施可能是足够的；但是，在液流中只要存在一点障碍，就会产生扰动，这种扰动必然会导致所述凝固锋面中的缺陷，而上面所述的障碍在液流中是常见的。
因此，申请人寻求一种利用可以取代或补充传统做法的简单手段改进均匀性并控制厚度剖面的方法，所述厚度剖面需要保持在由随后的压力加工公司所规定的公差范围之内，而这种公差范围的要求对于较薄的带材是更难达到的。
本发明是一种用于在活动结晶器之间连续铸造金属带材的方法，包括向一个注入装置内进给液态金属，所述注入装置包括至少一个注入器以及一个可任选地位于所述注入器上游侧的注入器槽，所述液态金属通过所述注入器的下游端被分配到活动结晶器之间的气隙内，其特征在于，为了获得所需的带材厚度剖面，使液态金属的凝固锋面在金属结晶器之间变形。
液态金属的凝固锋面代表将液相与固相分隔开的界面并且位于气隙内。
申请人由此寻求一种仅作用于液态金属上的方法，以便补充或者取代传统上所采用的用于控制厚度剖面的均匀性的方法，而如上所述，传统上采用的方法只对固态金属或正在凝固的金属产生作用。
因此，本发明包括在液态金属注入装置的出口处配置速度以及一个温度分布曲线，使得所获得的凝固锋面的变形符合所需的带材厚度剖面。
非常值得注意的是，在包括有一个注入器和任选地具有一个注入器槽的注入装置中，只要对液态金属的温度和／或流量加以控制，就可以获得一个控制带材厚度剖面的足够有效的手段。
过去，曾作过多种努力试图使凝固锋面尽可能地均匀，因为这是获得良好的带材厚度剖面的先决条件。例如，前面提到的专利文献US4751958(Hunter)描述了注入器包括被设计成可使注入器内的液态金属流均匀的隔片。
如上所述，注入装置可包括一个位于注入器上游侧并连接于其上的注入器槽，其作用是控制液态金属的初步分布，注入器的作用则是改善这种分布并将液态金属送入气隙内。
液态金属于其中进行铸造的注入器槽通常包括一个底部和两个侧壁。
注入器通常包括一个底部，两个侧壁和一个面对底部的顶壁；侧壁可以是收敛的、平行的或者发散的；底部和顶壁通常是收敛的或平行的。其下游端被制成一定的形状从而液态金属进入活动结晶器或轧辊之间并分布在其整个宽度上。
至少采用下述方法之一使凝固锋面变形。
首先，可将至少一个通常为平面状并由一个或几个部件制成的活动挡板放置于注入器槽内并横向地且至少部分地阻塞液态金属流；根据本发明，如果在挡板的每一侧有一间隔将其与注入器槽的侧壁隔离开是非常有益的。该间隔的宽度为注入器槽的宽度的40％至95％之间。
活动挡板可沿几个方向移动或旋转。因此，它可以垂直地滑动或者通过增大在其一端的横向间隔并同时相应地减小其另一端的横向间隔而被横向移动；这种移动使凝固锋面变形。其侧端可相互独立地垂直和／或水平地移动。该挡板可以绕水平轴线、竖直轴线或倾斜轴线转动，或者它可以向前或向后移动，换句话说，沿着平行于液态金属流的方向移动。其位移也可以是所有这些运动的组合。
当挡板是由几个部件组成的时候，每个部件都可以彼此相互独立地垂直移动。
这些简单的运动可以被用来调整液态金属流的温度和速度分布曲线，从而按照所需的方式使凝固锋面发生变形，特别是因为该挡板除底部通道之外还包括在其每一侧端处的通道，用于控制带材的厚度剖面。
为了使该挡板更加有效，通常使之与注入器槽的形状相匹配，而当挡板是由几个部件制成时，这一点是很容易做到的。注入器槽的宽度最好比注入器的宽度小。
还可以在注入器内、于底部和顶面之间安装至少一个回转式导向挡板，它优选地具有一个类似飞机机翼的外形。如上所述，它调整液态金属的流动，从而也就调整了液体金属的温度分布曲线；但是，优选地是将它用作对挡板的补充，因为它不易于安装。
另外一种可能性是安装用于局部改变液态金属流的温度、从而使凝固锋面变形的装置，例如，利用隔热屏或活动热屏，或者利用安装在注入装置(注入器槽或最好是注入器)的壁上或壁内或者装在液态金属内的加热和／或冷却装置。这些装置可包括多个电阻和／或多个加热和／或冷却流体(液体或气体)管，它们横跨注入装置的表面地分布或者被埋入其壁内并独立地进给流体。
分别或组合地使用活动挡板，回转式导向挡板或者温度控制装置可以局部地调整液态金属流的温度和／或速度，其使用十分容易而且可以使凝固锋面变形并有效地控制所要获得的带材厚度剖面的均匀性。
其结果是，通过适当地使凝固锋面变形，能够以一种意想不到的方式对活动结晶器之间连铸的不规则性的调整和控制进行补偿。
因而，例如当对薄带材的厚度剖面的连续检验表明在其一个边缘处的厚度不足时，可通过侧向移动活动挡板来无须找出造成这一缺陷的原因地增大对应于该边缘的横向间隔，然后对其进行修正，以便局部而快速地将凝固锋面推回原位。
当带材的凸度过高时，可以将挡板本身升高或者当挡板是由多个部件组成时只升高其中心部件中的一些部件，或者通过增加隔热效果来限制其热损失，或者可以在对应于带材的最厚部分的区域中进行加热。
本发明还涉及一种用于使凝固锋面变形的装置，换句话说，本发明涉及一种在活动结晶器之间进行连铸的装置，该装置带有一个液态金属给料机构，该给料机构包括至少一个注入器，一个任选的位于所述注入器上游侧的注入器槽，以及至少一个下述装置-由一个或几个部件构成的活动挡板，它横向地并至少部分地阻挡注入器槽内的液态金属流，-至少一个回转式导向挡板，其优选地具有类似飞机机翼的外形，并设于注入器内，-在注入装置中局部地改变液态金属的温度的装置。
挡板可以设有位于其每一端部的活瓣，以便改变横向间隔的尺寸。
挡板或其部件之一的位移和／或挡板或导向挡板的转动和／或局部的温度调节可以作为所观察到的缺陷及液态金属给料的特性的函数地自动化或进行伺服控制。
图1表示用于根据本发明的工序并包括一个活动挡板的液态金属给料系统。在所述活动挡板是由单个部件构成的情况下，该给料系统由一个剖视图(a)和一个平面图(b)示出，当所述活动挡板包括几个可垂直调节的部件时，该给料系统由主视图(c)示出。
图2表示根据本发明的方法所获得的结果的一个例子。
在图1中，进给的液态金属的高度可由标号7标示，而且液态金属的进给系统包括一个液态金属的输入流槽1；一个注入器槽2，它带有一个根据本发明可在几个方向上运动的挡板3，以便使凝固锋面变形；以及一个注入器4，其中的输出浇注口5的外形轮廓和其间输入液态金属的活动结晶器相配。可以看出，在挡板3的每一侧都有一个间隔6，它将挡板与注入器2的边缘隔开。图1(c)示出了构成活动挡板3的各个部件31…35，它们可以彼此相对地垂直运动；可例如被所述部件32，34所占据的位置32a，34a用虚线表示。
图2表示，当连续通过改变如图1所示的活动挡板的位置而使凝固锋面变形时，用X射线测厚仪测量的带材厚度剖面随时间的变化。可以看出，在时刻t，带材的边缘是完全不对称的，其中具有一个楔子效应(用BASC表示)，它是两个边缘的厚度之差，等于166μm，这太大了，而且凸度(用BOMBE表示)为1．24％，这也太大了，同时完全偏移向右边缘。从图中可以看出，在移动活动挡板从而只改变液态金属的进给后半小时之内，楔子效应和过分偏移的凸度就已经得到校正，其最终值分别为小于5μm及约为0．5％，用其它任何方法是很难达到这样的数值的。
权利要求
1．一种用于在活动结晶器之间连续铸造金属带材的方法，包括向一个注入装置进给液态金属，所述注入装置包括至少一个注入器和一个任选的位于所述注入器上游侧的注入器槽，所述液态金属通过所述注入器的下游端被分配到活动结晶器之间的气隙内，其特征在于，液态金属的凝固锋面在活动结晶器之间被变形，以便获得所需的带材厚度剖面。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，由下述方法中的至少一种使凝固锋面变形·移动或旋转一个包括一个或几个部件的可垂直运动的活动挡板(3)，所述挡板被放置在注入器槽(2)内并可横向地阻挡液态金属流；·转动至少一个导向挡板，所述导向挡板优选地具有飞机机翼的外形并位于注入器内；·利用设置在所述注入装置的壁上或嵌埋入所述壁内，或者直接与液态金属接触的装置，局部改变注入装置内的液态金属流的温度。
3．如权利要求2所述的方法，其特征在于，包括一个或几个部件的活动挡板(3)在注入器槽(2)内只占据液态金属流的部分宽度，并且优选地为该宽度的40％至95％之间。
4．如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，活动挡板(3)相对于液态金属流垂直地、横向地或前后地运动，以及／或者绕竖直轴线、水平轴线或倾斜轴线旋转，以及／或者活动挡板的部件可竖直地运动。
5．如权利要求2至4中的任何一项所述的方法，其特征在于，通过隔热屏或活动热屏，以及／或者设置在注入器槽(2)或优选地设置在注入器(4)的壁上或壁内，或直接与液态金属接触的加热和／或冷却装置，局部地改变液态金属的温度。
6．一种在冷却的活动结晶器之间连续铸造薄金属带的连铸装置，用于实施根据权利要求1至5中的任何一项所述的方法，所述装置包括至少一个注入器(4)，一个可任选的位于所述注入器(4)的上游侧的注入器槽(2)，以及至少一个下述装置·一个包括一个或多个部件的活动挡板(3)，该挡板可以竖直地和横向地运动，并且至少部分地阻塞注入器槽(2)内的液态金属流，至少一个回转式导向挡板，它优选地具有飞机机翼的外形并置于注入器内，·在注入装置中局部地改变液态金属的温度的装置。
7．如权利要求6所述的装置，其特征在于，活动挡板可相对于液态金属流垂直地、横向地或平行地运动，以及／或者可相对于竖直轴线、水平轴线或倾斜轴线转动，同时不占据所述液态金属流的整个宽度。
全文摘要
本发明涉及一种在活动结晶器之间连铸金属带材的方法,包括从一个装置中进给液态金属,所述装置包括一个位于一注入器上游的注入器槽,所述液态金属通过所述注入器的下游端被分布到活动结晶器的气隙内。本发明的特征在于,它包括在活动结晶器之间使液态金属的凝固锋面变形,以便校正并获得所需带材的厚度剖面,所述变形具体地来源于一个活动挡板,该挡板可以沿所有方向移动并取向,它位于注入器槽内。
文档编号B22D11/06GK1291925SQ9980347
公开日2001年4月18日 申请日期1999年3月10日 优先权日1998年3月13日
发明者皮埃尔－伊夫·梅内, 洛朗·卡拉克 申请人:皮西尼何纳吕公司