[发明专利]带坯连铸设备

说明书

本发明涉及金属带坯的连铸设备，尤其(但不是唯一)涉及黑色金属带坯的连铸设备。

用双辊连铸机通过连铸方法浇铸金属带坯已是众所周知的。在此方法中，将熔融金属注入一对反向旋转且受到冷却的水平浇铸辊中，从而熔融金属在旋转的浇铸辊表面上形成凝固壳，凝固壳汇集在两浇铸辊之间的辊缝中，并向下运动离开两浇铸辊的辊缝形成凝固带坯。这里的术语“辊缝”指浇铸辊最接近的大概区域。将熔融金属从浇注包注入到较小的中间包中，再通过位于辊缝上方的金属浇注水口流入浇铸辊之间的辊缝中，从而形成了一个依托在紧挨辊缝之上的浇铸辊表面上的熔融金属浇注熔池。该浇注熔池被限定在和浇铸辊的两端滑动连接的侧板或侧堰之间。

尽管双辊浇铸法已成功地用于浇铸某些冷却时能够快速凝固的有色金属，但应用这一技术去浇铸具有高凝固温度且因为在浇铸辊的激冷浇铸表面的不均匀凝固而导致产生缺陷的黑色金属还有一定的问题。因此，特别要对金属浇注水口的设计给予充分重视，以便流向浇注熔池的金属流平稳，和在浇注熔池中产生平稳的金属流。美国专利5,178,205和5,238,050都公开了将浇注水口延伸至浇注熔池表面以下以及相应部件的设计方案，以减小熔融金属通过水口向下流到水口的浸入底端出口处的动能。在美国专利5,178,205所公开的设计方案中，由于带有许多液流通道的流体扩散器和位于扩散器上面的隔板而使液流动能减小。在扩散器的下部，通过出口熔融金属以最小的扰动缓慢而平稳地流入浇注熔池。在美国专利5,238,050所公开的设计方案中，使熔融金属流降落，从而以锐角撞击到水口的斜侧壁表面，使金属沿着侧壁表面形成进入出口流道的流动层。其目的是要在浇注水口底部形成缓慢且平稳的流动，从而使浇注熔池的扰动最小。

日本钢铁公司的日本公开专利5-705737也公开了一种浇注水口，目的就在于金属进入浇注熔池时形成一个缓慢而平稳的金属流。水口配有多孔的隔板/扩散器，以消除向下流动的熔融金属的动能，然后通过水口侧壁上的一系列开口，熔融金属流入浇注熔池中。这些开口是成一定角度的，以使金属流沿浇铸辊的浇铸表面纵向流入辊缝。更准确地说，在水口一侧的开口从一个方向使金属纵向流入辊缝，在另一侧的开口从另一个方向使金属纵向流入，目的就在于沿浇铸表面形成一个使熔池表面扰动最小的平稳的流动。

在进行了大量的试验之后，我们确定缺陷的主要原因是在熔池表面和辊子的浇铸表面相遇的区域(一般称为熔池“弯月面”或“弯月面区”)的熔融金属过早凝固。在位于这些区域中的每一个区域的熔融金属都朝邻近的浇铸表面流动，并且假如在使金属均匀地与浇铸辊表面接触之前就凝固，那么就会在浇铸辊和凝固壳之间产生不均匀的初始传热，结果形成表面缺陷(如凹坑、波浪、冷隔或裂纹)。

以前为使熔融金属平稳地流入熔池所做的努力在某种程度上通过使注入的金属远离金属初始凝固形成凝固壳表面区域(该凝固壳表面最终成为带坯的外表面)加重了过早凝固的问题。因此，在两辊之间的浇注熔池表面区域的金属温度比注入金属的温度低得多。如果在弯月面区域熔池表面的熔融金属温度太低，很可能出现裂纹和“弯月面斑痕”(带坯上的斑痕是由于熔池表面不稳定使弯月面冻结引起的)。解决此问题的一种方法是使注入的金属具有高的过热度，从而在金属到达辊子的浇铸表面之前，金属可在浇注熔池中冷却，而不会达到凝固温度。

最近人们已经认识到，过早凝固问题可通过采取措施确保注入的熔融金属相对快地由水口直接流入浇注熔池的弯月面区域。更有效地加以解决，这样将使金属与浇铸辊表面接触之前过早凝固的趋势降低到最小限度。已经发现这是一种比在熔池中形成绝对稳定的液流有效得多的避免表面缺陷的方法，并且由于在金属和浇铸辊表面接触之前金属没有凝固，因此一定程度的熔池液面波动是允许的。这种方法的实例可以从日本钢铁公司的日本公开专利64-5650和澳大利亚专利申请60773/96中看到。