[发明专利]用于薄壁铸造的低压头供给系统

说明书

本发明涉及从中间包中将熔融金属输送到薄壁连铸机内的装置，尤其是涉及将熔融金属以低压头和匀速流过连铸机整个宽度的输送装置，以便能有效地保持“闭池”式铸造过程。

传统的铸造大横截面，如板坯、方坯或坯段的连铸机是广泛地用于钢铁工业中。这些铸机通过减少浇铸前对板坯、方坯或坯段的滚轧而节省了大量的能量。另外通过浇铸更薄的钢板或带状横截面的板能进一步节省能量。尽管热滚轧工序并没有被取消，而加热和滚轧则大大减少了。可以采用工业用装置浇铸有色金属工业中，例如铸铝工业中的这种薄壁铸件。目前，已研制成的一种隧道式垂直铸模机可以浇铸大约2英寸厚的薄钢板。并希望能浇铸更薄的，如1英寸的和更薄的钢板，并使浇铸速度能达到每分钟400-600英寸。为了完成上述后者的那个技术条件，就需要如用于有色金属浇铸中的那种水平式连铸机。典型的连铸机具有型面，如膜、滚轮或钢带，它们仅在浇铸方向运动，并不象传统的垂直铸模那样摆动。以前所做的大量工作是在一对带式连铸机内浇铸熔融钢水。这些努力未获成功，部分原因是由于“开池”式浇铸操作所引起的钢带表面问题。开池指的是将熔融金属从喷嘴处输送到钢带间的空间但并没有完全充满喷嘴出口和钢带之间的空间。为了在浇铸时获得较好的表面，最好采用闭池操作，但喷嘴出口和钢带间仅能保持大约0.020或更小的间隙，而且喷嘴和钢带间的金属会形成弯月液面，该弯月液面完全封闭了喷嘴和钢带之间的空间。

为了控制和保持喷嘴和钢带间的间隙，就必须允许喷嘴和中间包之间以尽可能多的方向做有限的相对运动。如果喷嘴是刚性地连到中间包上，这种相对运动是困难的，但并不完全不能保持所需的间隙。中间包的热膨胀和其他供给系统的部件在预热和浇铸过程中会引起较大的运动。同时最好保持喷嘴出口和钢带间的间隙而不应在喷嘴上施加过大的力。另一个因素是由于需要形成和保持喷嘴出口和钢带间的弯月液面所造成的。为形成弯月液面，喷嘴出口处熔融金属的压力应是稳定的，且具有较低的正压。最后，另一个因素是，从在供给系统和金属进入连铸机的区域内防止回流涡流和气孔或负压的意义上说，熔融金属的流动应该是均匀的。

美国专利4，544018、4，576，218和4，627，481中描述了将熔融金属输送到双带式连铸机的供给系统。4，544，018号专利描述了一个具有球形耐火接合件的供给系统，从而允许中间包和铸机间因热膨胀而做相对运动。该文献还描述了钢水流动通道，该通道从靠近中间包处的圆形横截面转变为靠近喷嘴处的矩形横截面。同时应该注意到，该系统用于在浇铸口或喷嘴和连铸机钢带间带有窄间隙的“闭池”式操作（1栏第14-16行，3栏第20-29行，9栏第61-10栏第2行）。可是，该系统并不是为低压头运行而设计的，这可以通过事实来证明，即，所有供给系统内和中间包内金属的高度都高于喷嘴出口部分的高度，US4，576，218号专利是US4，544，018号专利有关，并且还公开了具有一对球形耐火接合件的供给系统，设置两个球形接合件是为相对于中间包提供附加的自由度。US4，627，481号专利公开了类似于上述两专利的供给系统。值得注意的是喷嘴内的流动通道的横截面积沿流动方向扩张，从而接近于钢带或铸模的截面尺寸（1栏第68行-2栏第1-3行）。而该文献指出设备的总高度较低（2栏第54-61行），但中间包和供给系统内的所有金属仍是处在高于喷嘴出口处的高度。上述三篇文献都没有公开低压头供给系统。US3，568，756和3，905，418号专利公开了压力弹簧组为在连铸机供给系统上提供弹性联接。上述最后那篇专利还公开了一个输送熔融金属的较小的孔以提高熔融金属的流速和减小熔融金属在孔内固化的可能性（3栏第44-53行）。最后，US4，550，763公开了一种向滚轧连铸机提供熔融金属的喷嘴。该喷嘴的侧面在流动方向上随隔板一起收缩并在距其喷嘴出口端长度的至少1.5倍距离处收缩终止（3栏第11行-5栏第51行）。该文献指出，喷嘴的收缩面为的是防止喷嘴内发生流动分离和回流涡流。据该文献描述的收缩角是在1-45°范围。较好的是1-15°，最好是0-10°。文献还指出隔板的位置，即它们的终点与喷嘴出口相隔一段距离，对于减小流动曲线上的隔板的下游的尾流影响是很重要的。由于隔板终止于喷嘴出口之前的一段合理的距离，所以能获得更均匀的流动分布。