專利名稱：制造連鑄初制品的方法
技術領域：
本發明涉及在連鑄設備中以VC＜2m/min的澆注速率制造連鑄初制品且尤其是厚度D＞100mm、寬度B＝2700mm-3500mm的寬板坯的方法，在這里，熔液且最好是鋼水從鋼包中通過浸入式水口進入由寬側壁和窄側壁形成的結晶器中并不斷從結晶器中拉出并冷卻部分凝固的并有液芯和凝固坯殼的初制品，本發明還涉及制造連鑄初制品的連鑄設備以及用于此連鑄設備的浸入式水口。
DE-C 24232已經公開了在一種連鑄設備中按照上述工作原理生產板坯狀初制品的方法。在這里，熔液經過一在液面下的浸入式水口被注入結晶器中，浸入式水口在澆注方向上向下開口并且朝向結晶器窄側壁地擴寬成漏斗形。如果人們將如DE-C19724232的權利要求2所述的浸入式水口在其寬度(b)方面的尺寸規定用于按本發明提供的初制品或結晶器的2700mm-3500mm寬度(B)，則得到385mm-2250mm浸入式水口寬度(b)，它不能用在高溫使用時具有長時間工作所需的持久性的耐火材料制成。另外，這樣寬的浸入式水口加劇了在浸入式水口壁和結晶器寬側壁之間的間隙流的已知問題。
DE-C 19647363公開了一種浸入式水口，它適用于板坯連鑄并且其中熔液在液面下通過彼此橫向對置的出口對準結晶器窄側壁地流出。該浸入式水口的基本特征在于，其外壁距沿寬側壁形成的坯殼的間距是不變的。這意味著，該浸入式水口適用于至多為8的鑄坯或結晶器橫截面的寬厚比。但是，在寬厚比較大的情況下，浸入式水口不能保證提供均勻凝固條件的結晶器內部流動。
當連鑄較寬的初制品時，盡管使用常見的1.0米/分-1.2米/分的澆注速度，仍然獲得了4噸/分或更高的鋼水物流量。實際上，在鋼物流量這樣高的情況下已經發現，在結晶器中出現的形成旋渦的流動是非常不穩定的。結晶器內腔引導這種流動的特性隨著浸入式出水口距窄側壁的距離的增大而惡化。另外，由于在浸入式水口中的局部流速較高以及緊接在其離開浸入式水口出口后因熔液阻力及沿結晶器壁的較高壁摩擦，射出流被大大減速，由于在澆注液面與射出流之間的負壓，射出流向上轉向澆注液面。人們可以看到對產品質量產生不利影響的波動的振動液池運動。
在
圖1中，結合流動線地示出了不利地形成了流動狀況。在浸入式水口與結晶器窄側壁之間的區域中，射出流沖擊液面并在那里分成兩股流束。此現象造成結晶器潤滑粉在液池表面不均勻地熔融并導致對鑄坯與結晶器壁之間的滑動性能的局部不利影響。當傳統的浸入式水口被用來澆注寬板坯時，因上述原因而很難產生有利且穩定的結晶器內部流動。
根據本發明，通過這樣的方法完成該任務，該方法的特征在于，熔液通過對置的流出口并以指向結晶器窄側壁的運動脈沖離開浸入式水口，并且為了獲得一定的初制品的寬厚比，根據在浸入式水口核心橫截面中的熔液速度(VK)與澆注速度(VC)之比來這樣選擇浸入式水口管的寬度(b)的設計值和浸入式水口的側出口的高度(h)的設計值，即在澆注方向及切向上沿結晶器的寬側壁和窄側壁均勻地形成鑄坯殼。
如果浸入式水口與結晶器的關系滿足下列條件，則產生形成鑄坯殼的最佳條件hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根據下列條件Ψ＝0.1(B/D)-0.7確定使在浸入式水口核心橫截面中的熔液速度與澆注速度相關的比例系數Ψ。其中B＝初制品的寬度(mm)D＝初制品的厚度(mm)b＝浸入式水口的寬度(mm)h＝浸入式水口的側出口的高度(mm)Ψ＝比例系數(沒有尺寸)。
在所選寬厚比的情況下，上述條件產生0.011-0.015的Ψ值。這些值表示，最佳流動條件需要低的在浸入式水口中的流速，根據本發明，該流速借助浸入式水口的大核心橫截面和出口橫截面獲得。通過降低流速，避免了因在射出流與澆注面之間的負壓而造成的劇烈的射出流側轉向。
通過這些措施，可以形成有向上旋動的且大致成圓形的大渦流的穩定渦旋體系，如在圖2中結合流動線示出的在浸入式水口左側的半個結晶器內腔中的那樣。渦旋直徑約等于鑄坯寬度的一半。通過浸入式水口側出口的大高度(h)，獲得了為此所需的約40°-50°的射出角。結果，減少了在流體在浸入式水口中劇烈轉向時(無射出角)已知的、射出流在射出之后就轉向液池面的現象。側出口非常高意味著形成一股不旋轉或旋轉很小的流體。
另外，通過本發明的措施保證了，可以形成有非常顯著的渦流的體系。為此，離開浸入式水口的射出流不必在兩個結晶器寬側壁之間被過分減速。由在因流動的射出流與鑄流殼接觸而產生的壁摩擦來決定作用于射出流的減速效果。由于減速摩擦力大致按照流速平方地增大，所以根據本發明，出口速度保持在較低水平。
如果初制品的寬厚比B/D＝15-25且寬厚比B/D最好約為20，則提供了本發明的有利應用范圍。
在所述規定的初制品橫截面的情況下，澆注速度VC最好被設定為0.5米/分-1.5米/分。
以VC＜2m/min的澆注速度制造連鑄初制品且尤其是板坯的厚度D＞100mm、寬度B＝2700mm-3500mm的連鑄初制品的本發明連鑄設備包括一個由寬側壁和窄側壁形成的結晶器、一個在入口側注入結晶器中的浸入式水口及一個貯存熔液的鋼包以及設置在結晶器出口側的并用來拉出、引導和冷卻在結晶器中部分凝固的并有液芯和凝固坯殼的初制品的裝置，其特征在于，浸入式水口包括彼此對置的并在工作位置上指向結晶器窄側壁的出口，在浸入式水口側出口高度上的結晶器內尺寸相當于初制品尺寸，與初制品或結晶器的某個寬厚比有關地確定浸入式水口寬度(b)和浸入式水口的側出口的高度(h)hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根據下列條件Ψ＝0.1(B/D)-0.7確定使在浸入式水口核心橫截面中的熔液速度與澆注速度相關的比例系數Ψ。
如果初制品寬厚比B/D＝15-25并最好是約為20，則這種連鑄設備是特別適用的。
為了實現最佳射出角，浸入式水口的內底部被設計成從浸入式水口的中心朝澆注方向的出口傾斜。如果浸入式水口的內底部的傾斜角為10°-20°并最好是約為15°，則得到特別有利的狀況。
本發明提供一種以VC＜2m/min的澆注速度制造連鑄初制品尤其是板坯的厚度D＞100mm、寬度B＝2700mm-3500mm的連鑄初制品的浸入式水口，其中連鑄設備有一個由寬側壁和窄側壁形成的并且浸入式水口在工作時伸入其中的結晶器，該浸入式水口的特征是，浸入式水口有彼此相對的側出口以及一連續的內底部，在浸入式水口側出口面的內尺寸基本上等于初制品尺寸，與初制品或結晶器的某個寬厚比有關地確定浸入式水口的寬度(b)和浸入式水口的側出口的高度(h)hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根據下列條件Ψ＝0.1(B/D)-0.7確定使在浸入式水口核心橫截面中的熔液速度與澆注速度相關的比例系數Ψ。
通過把浸入式水口的內底部設計成從內底部朝出口傾斜而提供一有利實施方式。浸入式水口的內底部的傾斜角為10°-20°并最好約為15°。這明顯加強了形成無紊流的射出流的趨勢。在浸入式水口處，只設置兩個大致成矩形的出口。
圖3a表示本發明浸入式水口的局部縱截面；圖3b示意表示沿圖3a所示浸入式水口的A-A截面的結晶器及浸入式水口。
鑄坯成形發生在振動式連鑄結晶器1中，振動式連鑄結晶器如圖3b所示地由彼此相對的寬側壁2、3及可以被夾緊在寬側壁之間的窄側壁4、5構成，窄側壁4、5可以垂直于澆注方向地移動，以便設定不同的鑄坯寬度(B)。這些側壁的內表面形成一個用于形成部分凝固的鑄坯的且確定鑄坯規格的內腔，該鑄坯作為初制品被從結晶器中拉出。
本發明局限于制造寬度B為2700mm-3500mm、厚度D＞100mm的初制品的方法以及具有一有這樣的橫截面尺寸的結晶器的連鑄設備。在結晶器中，鑄坯沒有受過任何顯著的變形。
從一個未示出但在這種連鑄設備中是聞名的鋼包中，要澆注的鋼水通過一個浸入式水口6在由結晶器內熔液構成的液池面7下地經過指向窄側壁4、5的側出口8流入連鑄結晶器1中。鋼水在相當于結晶器澆注方向的垂直方向上以VK速度流過浸入式水口6并且在浸入式水口6的連續內底部9區域中被轉向側出口8并且經過它們而流入結晶器內腔。內底部9被設計成從其中心起在澆注方向上朝出口8傾斜。側出口(8)的傾斜角度及高度決定了注出熔液的方向(角度)，從而影響所形成的流體。浸入式水口的厚度(d)基本上由初制品的厚度(D)決定。初制品的寬度(B)及厚度(D)由生產技術規格確定。結果，浸入式水口的寬度(b)、浸入式水口的側出口的高度(h)以及大致表示澆注速度VC與浸入式水口中的液流速度VK之比的無尺度的系數Ψ可以自由選擇。
因此，與浸入式水口幾何形狀有關的系數Ψ決定了在浸入式水口出口橫截面中的鋼水速度并因而對結晶器內部流動的質量是至關重要的。當澆注中厚寬板坯(寬厚比約為20)時，借助傳統的浸入式水口獲得0.006-0.008的Ψ值。試驗表明，為了澆注比過寬的鑄坯，在寬厚比一樣時，需要0.011-0.015的Ψ值。為此需要較低的在浸入式水口中的速度，這通過較大的核心橫截面及出口橫截面來實現。
下面的表1說明了當初制品寬度B＝3000mm且B＝2500mm時有利選擇的初制品厚度D＝157mm的關系。側出口8的較大高度h是本發明的浸入式水口的特點。
表1
圖1結合流動線示意表示在使用傳統浸入式水口時的結晶器內部流動的形成，射出流在浸入式水口6和結晶器窄側壁4之間的區域中沖擊液池面并且在那里被分成兩股流束。而圖2表示通過本發明的浸入式水口形成的流動，其中液流只在窄側壁4區域中被分成兩股并形成兩個大概成圓形的渦流。
權利要求
1.在連鑄設備中以VC＜2m/min的澆注速度制造連鑄初制品且尤其是厚度D＞100mm且寬度B＝2700mm-3500mm的寬板坯的方法，其中熔液且最好是鋼水從一鋼包中通過一浸入式水口流入一由寬側壁和窄側壁形成的結晶器中并且部分凝固的且有一液芯和一凝固鑄坯殼的初制品被從該結晶器中連續拉出并冷卻，其特征在于，熔液通過對置的出口并且按照指向結晶器窄側壁的運動脈沖離開浸入式水口，為了一定的初制品寬厚比，根據在浸入式水口的核心橫截面中的熔液速度(VK)與澆注速度(VC)之比來這樣選擇浸入式水口的寬度(b)和浸入式水口的側出口的高度(h)的設計值，即在澆注方向及切向上沿結晶器的寬側壁和窄側壁均勻地形成鑄坯殼。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸入式水口與結晶器的關系滿足下列條件hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根據下列條件Ψ＝0.1(B/D)-0.7確定使在浸入式水口核心橫截面中的熔液速度與澆注速度相關的比例系數Ψ，其中B＝初制品的寬度(mm)D＝初制品的厚度(mm)b＝浸入式水口的寬度(mm)h＝浸入式水口的側出口的高度(mm)Ψ＝比例系數(沒有尺寸)。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，該初制品的寬厚比B/D＝15-25。
4.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，該初制品有約為20的寬厚比B/D。
5.如權利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，該澆注速度被設定為0.5米/分-1.5米/分。
6.以VC＜2m/min的澆注速度制造連鑄初制品尤其是厚度D＞100mm、寬度B＝2700mm-3500mm的寬板坯的連鑄設備，它包括一個由寬側壁(2，3)和窄側壁(4，5)形成的結晶器(1)、一個在入口側伸入結晶器中的浸入式水口(6)以及一個貯存熔液的容器以及設置在結晶器出口側的并用來拉出、引導和冷卻在結晶器中部分凝固的且有一液芯和一凝固鑄坯殼的初制品的裝置，其特征在于，該浸入式水口包括對置的且在工作位置上指向結晶器窄側壁(4，5)的出口(8)，在浸入式水口側出口高度上的結晶器內尺寸基本上等于初制品的尺寸，與初制品或結晶器的一定寬厚比有關地確定浸入式水口的寬度(b)和浸入式水口橫向出口的高度(h)hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根據下列條件Ψ＝0.1(B/D)-0.7確定使在浸入式水口核心橫截面中的熔液速度與澆注速度相關的比例系數Ψ，其中B＝初制品的寬度(mm)D＝初制品的厚度(mm)b＝浸入式水口的寬度(mm)h＝浸入式水口的側出口的高度(mm)Ψ＝比例系數(沒有尺寸)。
7.如權利要求6所述的連鑄設備，其特征在于，該初制品或結晶器的寬厚比B/D＝15-25。
8.如權利要求6所述的連鑄設備，其特征在于，該初制品或結晶器有約為20的寬厚比B/D。
9.如權利要求6-8之一所述的連鑄設備，其特征在于，該浸入式水口的內底部(9)被設計成從浸入式水口的中心起在澆注方向上朝出口(8)傾斜。
10.如權利要求9所述的連鑄設備，其特征在于，該浸入式水口的內底部的傾斜角為10°-20°并最好約為15°。
11.一種用于以VC＜2m/min的澆注速度制造連鑄初制品且尤其是厚度D＞100mm、寬度B＝2700mm-3500mm的寬板坯的連鑄設備的浸入式水口，該連鑄設備有一個由寬側壁(2，3)和窄側壁(4，5)形成的結晶器(1)、一個在入口側伸入結晶器中的浸入式水口(6)以及一個貯存熔液的容器以及設置于結晶器出口側的并用來取出、引導和冷卻在結晶器中部分凝固的且有一液芯和一凝固鑄坯殼的初制品的裝置，其特征在于，該浸入式水口包括彼此相對的且在工作位置中指向結晶器窄側壁(4，5)的出口(8)，在浸入式水口的側出口高度上的結晶器內尺寸基本上等于初制品的尺寸，與初制品或結晶器的一定寬厚比有關地確定浸入式水口的寬度(b)和浸入式水口橫向出口的高度(h)hB=95ψ+15DB]]>和bh=1,9-2,0]]>并且根據下列條件Ψ＝0.1(B/D)-0.7確定使在浸入式水口核心橫截面中的熔液速度與澆注速度相關的比例系數Ψ，其中B＝初制品的寬度(mm)D＝初制品的厚度(mm)b＝浸入式水口的寬度(mm)h＝浸入式水口的側出口的高度(mm)Ψ＝比例系數(沒有尺寸)。
12.如權利要求11所述的浸入式水口，其特征在于，該浸入式水口的內底部(9)被設計成從浸入式水口的中心起在澆注方向上朝出口(8)傾斜。
13.如權利要求12所述的浸入式水口，其特征在于，該浸入式水口的內底部的傾斜角為10°-20°，最好約為15 °。
14.如權利要求11-13之一所述的浸入式水口，其特征在于，只設有兩個基本成矩形的出口(8)。
全文摘要
本發明涉及在連鑄設備中以V
文檔編號B22D41/50GK1446137SQ01813698
公開日2003年10月1日 申請日期2001年3月23日 優先權日2000年5月31日
發明者J·瓦青格, M·布魯邁爾, P·吉特勒爾 申請人:沃斯特-阿爾派因工業設備制造股份有限公司