[发明专利]润滑连续铸造金属的结晶器壁的方法及其所用的结晶器

说明书

本发明涉及金属的连续铸造领域。更精确一些，它涉及一种润滑传统的连续铸造设备的结晶器的方法，还涉及一种所谓的“有液态金属头的连续铸造”设备的结晶器，其中，希望将结晶器中的液态金属的表面与铸造产品开始凝固的区域隔开一段距离。

传统的连续铸钢作业大致地包括：将熔融金属连续地倒入一无底的垂直管形振动式结晶器中，该结晶器具有被内循环水激烈冷却的金属壁(用铜或铜合金制造)；将已经在其外侧凝固至几个厘米厚的产品(板坯、大方坯或方坯，取决于结晶器的大小)也同样是连续地从结晶器中拉出。这种产品的凝固是在设备的下面各段中完成的，在这些阶段里，产品在离开结晶器时首先用喷水的办法强制冷却，然后自然冷却。以后，将产品切成所要求的长度。振动式结晶器的目的是防止产品的凝固的表层局部粘在结晶器的壁上，而这将会使表层被撕掉，造成“拉漏”，也就是说，液态金属通过撕破处流出。这种事故必然要求立即停止铸造生产，因而有使设备严重损坏的危险。

对于由此而生产出的轧制产品的良好品质来说，重要的是，这些连续铸造的产品有尽可能小的表面缺陷和分层缺陷。但是，液体在结晶器中的振荡和流动使结晶器中的液态金属的表面水平不断变化，而产品的表层也随此在被冷却的壁上开始凝固。这些变化是在产品表面上周期性地出现不规则物，如凝固的箍和振荡痕迹的主要原因，而这种不规则物的大小是希望能减至最小的。

已知的对这个问题的补救方法包括：将结晶器中的液态金属的表面与产品开始凝固的水平隔开一段距离。为此，将一个不受冷却的称为“套筒”的管形元件放在结晶器(该结晶器处于套筒的延伸部分上)的受到冷却的金属元件的上边缘上，并调节倒入的金属的流量和铸造速度，以便使金属的表面保持在套筒的里面。由于套筒是用绝热材料如高铝耐火材料制造的，原则上制品表层的凝固不会从套筒壁上开始，而只能在金属元件的水平上开始。这样，液态金属表面的水平的波动就不再会影响凝固开始的区域。凝固进行得很均匀，并导致产品的表面质量和分层性与传统的连铸设备相比有显著的改进。这种设备常常用“有液态金属头的连续铸造”设备来称呼。

另外，在这些设备中，将液态金属送入结晶器中的浸没的喷嘴有包含在套筒中的开口端。因此，包含在套筒中的金属形成一个缓冲容积，它将在金属到达金属元件的水平之前由于金属的流入而形成的紊流予以减弱。与传统的连铸情况相比，这还有助于在金属的第一层凝固时提供更好的均匀性，在传统的连铸生产中，这种紊流影响受到冷却的金属元件的整个上部并可在高回流区的附近减缓凝固。

为了保证凝固正好在金属元件的水平处开始，有可能如文件EP0620062中所推荐的那样，在耐火材料做的元件与金属元件之间的连接处注入加压的惰性气体。这样做的目的是企图在例如套筒壁还未达到它的完全热平衡的情况下，将已经在套筒壁开始形成的不希望有的固体表层剥去。

绝对重要的是，在传统的连续铸造中或在采用液态金属头的连续铸造中，要对结晶器的受到冷却的金属元件的内壁进行润滑，以保证被拉出的产品的凝固表层有良好的滑移性，从而防止拉漏。在传统的连铸生产中，有两种方法可以采用。一种方法包括在液态金属的表面上放置以氧化物或溶剂为基础的复盖粉末。它在它与金属的界面上形成一液体层，同时，在结晶器的周边，由粉末的成份赋予了润滑性能的这种液体在壁与凝固表层之间渗透。此外，这种粉末还沾着已经上升至金属表面的非金属夹渣，保护液态金属不受大气的再氧化，并阻挡由金属发出的辐射。对主要控制其在粉末／金属界面的流动性的粉末的成份的要求，对这些功能来说并不是相同的。因此，成份的选择必须是一种不能使其中任何一种功能为最佳的折衷方案。另一种润滑方法包括在结晶器内部的金属表面上涂一层油，例如菜籽油，以使其在壁与凝固的表层之间渗透。这样可以达到高质量的润滑，但是不会再具备捕获夹渣物、防止金属再氧化和阻挡辐射的功能。因此，这种方法只在用于铸造尺寸非常小的按自由流动模式(设有浸没的喷嘴)铸造产品的设备中偶然使用。在这种设备中，如果采用复盖粉末，则铸造流对金属表面的冲击将使粉末被卷入结晶器，从而使金属受到严重的污染。