CN101346200A

CN101346200A - 用于连铸粗制钢型材尤其是双t形粗制型材的方法和装置

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Publication number: CN101346200A
Application number: CNA2006800489806A
Authority: CN
Inventors: F·卡瓦; P·米勒
Original assignee: Concast AG
Current assignee: SMS Concast AG
Priority date: 2005-12-24
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2026-12-13
Also published as: EP1815925B1; TWI406720B; US20080251231A1; WO2007073863A1; KR20080081158A; JP2009521330A; KR101332209B1; CA2633026A1; AR056855A1; JP5308826B2; RU2008130521A; MY163903A; EP1815925A1; UA91104C2; RU2419509C2; US8109320B2; CN101346200B; ZA200803923B; TW200810859A; BRPI0620623A2

Abstract

在一种连铸粗制钢型材尤其是双T形粗制型材的方法中，使液态钢基本垂直地引入直通式结晶器(1)里。这种直通式结晶器(1)的成型空腔横截面由两个凸缘部分(2、3)和一个腹部部分(4)组成。使粗制型材铸坯的液态型芯在采用电磁感应力的情况下在凸缘部分(2、3)和/或腹部部分(4)的部位里置于横向于连铸方向的搅拌运动中。通过搅拌运动使粗制型材铸坯液心里的液态钢在凸缘部分(2、3)和腹部部分(4)之间进行交换。因此可以对粗制型材铸坯壳之内的液态钢液心的流动状况和温度情况有针对性地主动地施加影响并在这过程中引起浇注液面部位的稳定，流动情况有利而且还可以控制。

Description

用于连铸粗制钢型材尤其是双T形粗制型材的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1前序所述的用于连铸粗制钢型材尤其是双T形粗制型材的方法以及一种用于实施该方法的装置。

背景技术

粗制钢型材是用于制造轧制的如I、H、U和Z横截面形状的型钢梁以及特殊的钢板桩的预制材料。例如在EP-B-1 419 021中公开了一种连铸这样的粗制型材的方法。粗制型材的连铸早在70年代就已在工业上得到应用并在近年来由于一般趋向于所谓接近最终尺寸的浇注而越来越具有重要意义。

粗制型材大多铸成一种双T形横截面形状，其中将液态钢基本垂直地引入所谓“狗骨”状的直通式结晶器里，直通式结晶器的成型空腔横截面由两个凸缘部分和一个腹部部分组成。从结晶器里使具有液态型芯的粗制型材铸坯输送给具有次级冷却装置的铸坯导向装置。

与连铸传统的、横截面为矩形或圆形的长形产品不同的是连铸双T形粗制型材有一些问题，尤其如果是具有相对较薄的腹部部分的粗制型材的话，如果浇注高强度的特种级别钢(CaSi或者说Al镇静的以及用V，Nb等微合金化的钢)的话，或者在快速浇注时。由于占地位置的原因，但也受经济方面的制约，将液态钢通过只是一个浇注口引入结晶器里，大多为非对称地在腹部部分和其中一个凸缘部分之间的过渡部分上。因此特别困难的是，均匀地和没有扰动的紊流地充满复杂的结晶器空腔并因此为起始凝固提供有利的先决条件，同时避免了近表面的铸造缺陷(气泡、针孔)。也难于实现在铸坯外壳之内的对称的液体流动并因此难以实现对称的温度分布，对称的温度分布最终导致均质的凝固结构。同时也成问题的是：当腹部部分较薄时避免在凝固时形成搭桥并避免由此引起的型芯多孔性和/或缩孔。

由JP 08 294746A已知了一种用于连铸双T形粗制型材铸坯的直通式结晶器。液态钢通过两个浸入式浇注口被注入两个凸缘部分里。为了避免在粗制型材铸坯上的表面缺陷，建议：在成型空腔之外既在两个凸缘外侧上又在腹部部分的两侧设置一对S或者N极的静态磁极。通过紧靠在两个浸入式浇注口的孔口之下的静态磁场，从浸入式浇注口里流出的钢射束被制动并且成水平流动地返流至结晶器壁并沿着结晶器壁返回流向液面。通过具有N和S极的静态磁场产生从浸入式浇注口里垂直流出的流动的制动效应和从垂直流动开始的不可控制的偏转。从现有技术中还不能获知在液态液心中的用于在粗制型材铸坯的液心里提供可控制的流动状态和温度状态的可控制的、可换向的行波场或者说流动。

发明内容

本发明的任务是建议一种开头所述种类的方法以及提出一种用于实施该方法的装置，用它们可以以更好的质量来制造粗制钢型材，即使粗制型材的腹部部位相对较薄和/或要浇注特殊的钢等级也是如此，其中这种粗制钢型材具有两个凸缘部分和一个腹部部分。另外应该按照粗制型材铸坯的外形尺寸或者钢的质量选择对称的或者非对称的钢输入装置，它具有一个或两个敞开或封闭的进入结晶器的浇注口。

该任务按本发明通过按权利要求1所述的方法以及具有权利要求8所述特征的装置来解决。

按本发明的方法以及按本发明的装置的优选改进方案构成了从属权利要求的主题。

由于按本发明粗制型材铸坯的液态型芯在使用电磁感应力情况下在凸缘部分和/或腹部部分的范围里置于横向于连铸方向的搅拌运动中并通过搅拌运动使粗制型材铸坯的液心里的液态钢在凸缘部分和腹部部分之间进行交换，因此可以对粗制型材铸坯壳之内的液态钢液心中的流动和温度状况有针对性地主动地施加影响并因此引起以下效应：

-通过抑制紊流使得浇注液面区域稳定，即使在过程参数如浇注速度、浇注液面位置发生变化时(为了避免在铸坯表面里的非金属夹杂物以及气泡)也是如此；

-有利的、可控制的流动状况，由于腹部部分薄而在两个加厚的空腔部位之间具有针对性的液态钢交换，即使当浇注口非对称时，并因此形成具有有利的凝固构造的、厚度均匀的铸坯壳，同时避免了缩孔和/或型芯多孔性；

-避免在凝固时形成搭桥，尽管在成型空腔横截面的腹部部分里相对来说比较狭窄。

附加地当粗制型材铸坯的钢质量有变化时或者外形尺寸不同时可以用相同的搅拌器在凸缘部分和/或腹部部分里选择不同的行波场组合。同样也可以在改变浇注系统时，不改变搅拌器的结构，在凸缘部分和/或在腹部部分里调整行波场，这种行波场具有完全不同的方向分量。

附图说明

以下按照附图对本发明详加叙述。所示简图为：

图1：带有电磁搅拌器的第一实施例的结晶器的横截面；

图2：带有电磁搅拌器的第两实施例的结晶器的横截面；

图3-6：具有不同的极靴接线的配属于结晶器的电磁搅拌器的第三实施例；

图7+8：具有极靴接线不同的两个搅拌器的结晶器；

图9：具有两个搅拌器的结晶器的侧视图；

图10：具有两个另一种实施方式的搅拌器的结晶器；

图11+12：具有另一种实施方式的、极靴接线不同的两个搅拌器的结晶器；

图13：按图10所示搅拌器的侧视图；

图14：具有电磁搅拌器的结晶器的另一个实施例；

图15：按图14所示搅拌器的电简图。

具体实施方式

图1简略示出了一个结晶器1或者说其水平的成型空腔横截面，该成型空腔横截面由两个凸缘部分2、3和一个腹部部分4组成。结晶器1设计用于连铸双T形粗制型材。将液态钢基本垂直地引入该直通式结晶器里，在该直通式结晶器里形成铸坯凝固壳，并从这里将具有液态型芯的粗制型材铸坯输送给具有次级冷却装置的铸坯导向装置。

按本发明优选地使粗制型材铸坯的液态型芯在结晶器1部位里或者直接在结晶器1的出口处借助于电磁搅拌器10在借助于三相电流使用电磁感应力的情况下置于横向于连铸方向的搅拌运动中，并且由此使在粗制型材铸坯液心中的液态钢在凸缘部分2、3和腹部部分4之间进行交换。

图1所示的搅拌器10具有一个环形的、在某一个高度区域中包围住结晶器1的封闭的磁轭11，该磁轭具有六个极靴12至17形式的磁极，其中每个极靴被电磁线圈19包围住。极靴12至17不均匀地分布在磁轭11的周边上，使得各一个极靴12、13对准凸缘部分2、3，并且在两侧各两个极靴14、15；16、17对准腹部部分4。搅拌器10或者说在本实施例中旋转搅拌器按六极异步马达的原理工作，在这种搅拌器中借助于三相电流可以产生行波场。在此极之间的正确接线是重要的，以便产生直线移动的或者旋转的场或者说直线的或旋转的流动。

在图2所示的实施例中，结晶器1又在一个特定的并且优选可调整的高度范围里被具有环形的封闭的磁轭21的电磁搅拌器20包围住，在磁轭的周边上又不均匀地分布有六个极靴22至27，区别在于：所有六个极靴22至27基本上对于直线流动来说对准腹部部分4中。

按照图3至6所示，结晶器1分别配有电磁搅拌器30，该电磁搅拌器30具有包围住结晶器1的、封闭的、设计成矩形框架的磁轭31，磁轭31的长边各配置有三个分布于结晶器宽度上的极靴34、35、36和37、38、39，而且磁轭31的窄边各设置有一个正面对准凸缘部分2、3的中间极靴32、33。正如以下所述的那样，搅拌器30既可以作为旋转搅拌器又可作为直线搅拌器运行，具体按照极接线的不同也就是说使哪些极靴以及用什么样的相顺序(参见相位标记U、V、W；U’、V’、W’)通电流。按图3至6表示了四种不同的运行方式，其中在总共8个极靴32至39中分别有六个极靴通电。

在图3所示的极接线中，在凸缘部位里的中间极靴32、33断开了并使在磁轭31的一个长边上的极靴34、35、36相对于在另一个长边上的极靴37、38、39相位移动，由此在腹部部分4里产生直线的、反向的流动(2×3极直线运行，反向)。这种极接线优选在浇注口45、46对称布置在凸缘部分2、3里时应用。

图4同样也表示了一种直线运行的接线(在凸缘部位里的中间极靴32、33断开)，在两个长边上的相位顺序为U、V、W，因此在腹部部分4里产生一种同方向的流动(2×3极直线运行，同向)。这种极接线优选在浇注口47非对称地布置在凸缘部分2或3里时被应用。

在图5所示的接线中，凸缘部位里的中间极靴32、33通电，但在分别配属于两个长边的三个极靴34、35、36；37、38、39中中间的极靴断开(极靴35、38无电流)。因此在凸缘部位里产生了了旋转场(2×3极旋转运行)。利用所示的在极靴37、32、34和36、33、39上的相位分配，在两个凸缘部分2、3里的旋转场的转向是相同的，因此也在腹部部分4里产生了流动；它当然比按图3所示的直线运行效率差。这种极接线优选在浇注口48对称布置在腹部部分4里时被应用。

在按图6所示的极靴37、32、34和36、33、39的接线中，用搅拌器30也可以在凸缘部分2、3里产生具有反向转向的旋转场。这种极接线优选在两个浇注口45、46对称布置在凸缘部分2、3里时被应用。

图7和8示出了一种变型方案，在该变型方案中结晶器1在其周边上配置有两个电磁搅拌器40、40’或者说两个在结晶器1的宽度方向上相互分开的、各具有三个极靴42、43、44；42’、43’、44’的磁轭41、41’，其中每个磁轭形件41、41’设有正面对准相应的凸缘部分2、3的中间极靴42、42’和两个从两侧指向凸缘部分2、3的极靴43、44；43’、44’。用这两个搅拌器40、40’又可以实现一种2×3极旋转运行或者说在凸缘部位2、3里产生旋转场，所述旋转场又具有相同的转向(图7)或反向的转向(图8)。用48表示对称的浇注口。

因此采用两个在结晶器1的宽度方向上相互分开布置的搅拌器40、40’或者说磁轭41、41’实际上可以达到与设置有封闭的磁轭31并且按照图5或6接线的搅拌器30相同的效果。然而除此之外这种解决办法还有另外的优点。电磁搅拌可以设有两个独立的搅拌器或半搅拌器，它们可以相对简单地从外面引向/装配在结晶器1上。通过空出的部段为设计师赢得了余地。尤其是这种解决办法也允许使两个搅拌器40、40’相互高度偏置地布置，正如在图9中所示的那样，其中搅拌器40、40’的相互的和/或针对结晶器高度的高度布置优选根据需要可以进行调整。用49表示了非对称的浇注口。

按图10至12所示的解决办法也具有类似的优点，在这些解决办法中结晶器1又在其周边上配有两个电磁搅拌器50、50’(图10和13)或者说60、60’(图11和12)，然而它们具有并不是在结晶器1的宽度方向上而是在结晶器1的厚度方向上相互分开的磁轭51、51’或者说61、61’。每个磁轭分别设有三个极靴52、53、54；52’、53’、54’或者说62、63、64；62’、63’、64’。

在按图10所示的实施方式中，三个极靴52、53、54；52’、53’、54’分别分布在整个粗制型材宽度上并且在此其中两个极靴(极靴52、54；52’、54’)在侧面指向凸缘部分2、3，而且中间的极靴53、53’一直伸至腹部部分4。

在按图11和12所示的实施方式中，相应的搅拌器60、60’的所有三个极靴62、63、64；62’、63’、64’只是分布在腹部上并且伸向腹部部分4。用45、46表示两个对称的浇注口。

搅拌器50、50’或者说60、60’作为直线搅拌器而运行，其中在腹部部分4里可以产生反向的流动(图10和11)或同向的流动(图12)。取决于浇注参数和/或产品参数来进行调整。

最后，图14表示具有八极结构的电磁搅拌器70，构造类似于按图3至6所示的搅拌器30(具有设计成矩形框架的磁轭71，其长边各设置有三个分布在结晶器宽度上的极靴74、75、76；77、78、79，而其窄边则各配有一个正面对准凸缘部分2、3的中间极靴72、73)。当然在这种实施方式中并不通过断开八个极中的两个极在旋转运行和直线运行之间来进行选择，而是同时地在腹部部分4里产生直线场，它应用了一种1×6极直线搅拌器(极靴74、75、76；77、78、79)，而在凸缘部分2、3里产生旋转场，它应用了2×3极旋转搅拌器(极靴74、72、77和76、73、79)。

图15表示了具有这种8极结构或这种8极系统的搅拌器70的电简图；在简图中同时地借助于1×6极直线搅拌器产生直线场，并在应用2×3极旋转搅拌器时产生旋转场。这种电磁搅拌器70由电网例如50Hz三相交流电的电网借助于导线81、82进行供给，其中导线81、82分别通向变频器83、84。这些变频器83、84与变频器控制装置85相连接并且由该变频器控制装置85将各个相调整到预先规定的频率。

控制装置85的任务是调整两个变频器的频率，以便一方面使得在腹部40中以及在至两个凸缘部分的过渡部位里所产生的搅拌运动同步。此外应该预防在两个搅拌器的频率有微小不同时出现差拍现象。差拍可能导致，随着时间的推移一下是一个，一下是另一个极同时地满负载，这会造成很不均匀的电网负载。

一个变频器84的各个相U、V、W或另一个变频器83的相U₁、V₁、W₁从这个变频器83、84通向围绕极靴74、75、76；77、78、79卷绕的线圈。相U、V、W在腹部部分中的极靴77、78、79时通向线圈77’、78’、79’并继续通向极靴76、75、74的与这些线圈77’、78’、79’对称布置的线圈76’、75’、74’，其中连接导线从线圈77’、79’通过交叉通向线圈76’、74’(串联)。导线从这些线圈出发通向星形结点87。对于相U₁、V₁、W₁设置相同，但这并不详细叙述。在直线运行时相W₁通向线圈72’并继续通向对置的线圈73’并继续通向星形接线88。

也就是说用上面所述的电磁搅拌器10；20；30；40、40’；50、50’；60、60’；70可以如上所述那样使粗制型材铸坯的液态型芯在采用电磁感应力的情况下在凸缘部分和/或腹部部分的范围里置于横向于连铸方向的搅拌运动中并因此使粗制型材铸坯液心里的液态钢在凸缘部分和腹部部分之间进行交换。因此可以对粗制型材铸坯壳内的液态钢液心里的流动状况和温度状况有目的地、主动地施加影响并由此引起以下效果：

通过自由地选择极与三相交流电各个相的接线可以无需改变搅拌器的结构在粗制型材铸坯的液态液心里取决于浇注参数如关于浇注口位置、浇注口数量、开式或者闭式浇注、浇注速度、浇注温度、钢的成分等等的浇注口系统产生行波场的不同方向分量并因此在液态液心里产生不同的流动。但也可以应用具有不同的产品参数如粗制型材外形尺寸等等的结晶器用的相同的搅拌装置并且这样来改变极接线，使得取决于产品参数可以在凸缘部分里产生旋转的和/或在腹部部分里产生直线的行波场用于有针对性地实现在液态液心里的流动。

在附图中表示了管状结晶器的简图。但也可以使用所有适合粗制型材的结晶器结构如块状或者板状结晶器等等替代管式结晶器用按本发明的方法来运行或用按本发明的装置加以应用。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.连铸粗制钢型材尤其是双T形粗制钢型材的方法，其中使液态钢基本垂直地装入直通式结晶器(1)的成型空腔里，其成型空腔横截面由两个凸缘部分(2、3)的一个腹部部分(4)组成，并通过磁极在粗制型材铸坯里的液态液心上施加磁场，并接着将部分凝固的粗制型材铸坯输送至具有次级冷却装置的铸坯导向装置，其特征在于，通过极接线取决于粗制钢型材的外形尺寸、尤其是腹部部分(4)的厚度、钢的质量和对称的或非对称的具有一个或两个浇注口的钢输入装置将三相交流电输入搅拌装置的搅拌器线圈(19)，使得在粗制型材铸坯的液态液心里作用有具有水平方向分量的电磁行波场；而且该行波场在凸缘部分(2、3)里产生具有同向的或反向的旋转方向分量的流动并且/或者在腹部部分(4)产生具有直线方向分量的流动。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述直通式结晶器(1)的部位里产生所述行波场。

3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在粗制型材铸坯里不同的可调节的高度上产生所述行波场。

4.按权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，在两个凸缘部分(2、3)的范围里，尤其是在至腹部部分(4)的过渡部位里在液态液心里产生具有同向的或反向的旋转方向分量的行波场。

5.按权利要求1至4中之一所述的方法，其特征在于，在腹部部分(4)的范围里在液态液心里产生具有同向的或反向的直线方向分量的行波场。

6.按权利要求1至5中之一所述的方法，其特征在于，液态钢通过优选对称布置在腹部部分(4)里的浇注口(48)输送给成型空腔并取决于浇注参数和/或产品参数通过旋转的和/或直线的行波场支持液态钢分布在成型空腔横截面上。

7.按权利要求1-5中之一所述的方法，其特征在于，使液态钢通过非对称布置在凸缘部分(2、3)里的浇注口(49)输送至成型空腔并取决于浇注参数和/或产品参数通过旋转的和/或直线的行波场支持液态钢分布在成型空腔横截面上。

8.用于实施按权利要求1所述方法的装置，其中在用于双T形粗制钢型材的结晶器的成型空腔之外设有磁极，所述成型空腔具有由两个凸缘部分(2、3)和一个腹部部分(4)组成的成型空腔横截面，并且在结晶器后面设有具有次级冷却装置的铸坯导向装置，其特征在于，所述磁极配属于用于三相交流电的电磁搅拌装置用于产生具有横向于铸坯移动方向的方向分量的行波场，而且搅拌装置设置有极接线用于使三相交流电的相配属于各个设置成极靴(12、13、14、15、16、17)的磁极，而且电磁行波场在凸缘部分(2、3)里可以用旋转的方向分量来控制和/或在腹部部分(4)里可以用直线方向分量来控制。

9.按权利要求8所述的装置，其特征在于，所述搅拌装置设有6个或更多个极靴(12、13、14、15、16；22、23、24、25、26、27)，而且三相交流电流的相与各个极靴(12、13、14、15、16；22、23、24、25、26、27)的接通可以取决于浇注参数和/或产品参数自由地选择用于调整行波场的方向分量和运动强度。

10.按权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述极靴(12、13、14、15、16；22、23、24、25、26、27)布置在共同的磁轭上。

11.按权利要求8所述的装置，其特征在于，所述搅拌器(10、20)具有环形的、包围住直通式结晶器(1)的封闭的磁轭(11；21)，在磁轭的周边不均匀地分布有六个极靴(12、13、14、15、16、17；22、23、24、25、26、27)，使得它们对准凸缘部分(2、3)和腹部部分(4)或者只对准腹部部分(4)。

12.按权利要求8所述的装置，其特征在于，所述搅拌器(30；70)具有包围住直通式结晶器(1)的、封闭的、设计成矩形框架的磁轭(31；71)，磁轭的长边各设有三个分布在结晶器宽度上的极靴(34、35、36、37、38、39；74、75、76、77、78、79)，而其窄边各设有一个正面对准凸缘部分(2、3)的中间极靴(32、33；72、73)。

13.按权利要求8所述的装置，其特征在于，所述直通式结晶器(1)在其周边上配有两个搅拌器(40、40’)或者说两个在直通式结晶器(1)的宽度方向上相互分开的磁轭(41、41’)，它们各有三个极靴(42、43、44；42’、43’、44’)，其中每个磁轭(41、41’)设有一个正面对准相应的凸缘部分(2、3)的中间极靴(42、42’)和两个从两侧指向凸缘部分(2、3)的极靴(43、44；43’、44’)。

14.按权利要求8所述的装置，其特征在于，所述直通式结晶器(1)在其周边上配有两个搅拌器(50、50’)或者说两个在直通式结晶器(1)的厚度方向上相互分开的磁轭(51、51’)，它们各有三个极靴(52、53、54；52’、53’、54’)，其中这三个极靴分别分布在结晶器宽度上，而其中有两个在侧面对准凸缘部分(2、3)，而中间的极靴(53、53’)对准腹部部分(4)。

15.按权利要求8所述的装置，其特征在于，所述直通式结晶器(1)在其周边上配有两个搅拌器(60、60’)或者说两个在直通式结晶器(1)厚度方向上相互分开的磁轭(61、61’)，它们各有三个极靴(62、63、64；62’、63’、64’)，其中这三个极靴分布在腹部部分宽度上。

16.按权利要求11至13中之一所述的装置，其特征在于，所述搅拌器(40、40’；50、50’；60、60’)或者说磁轭(41、41’；51、51’；61、61’)相互高度错开地布置在结晶器部位里，而且它们相对于结晶器高度的高度布置可以相互独立无关地进行调整。

Claims

1.连铸粗制钢型材尤其是双T形粗制钢型材的方法，其中使液态钢基本垂直地装入直通式结晶器(1)的成型空腔里，其成型空腔横截面由两个凸缘部分(2、3)的一个腹部部分(4)组成，并通过磁极在粗制型材铸坯里的液态液心上施加磁场，并接着将部分凝固的粗制型材铸坯输送至具有次级冷却装置的铸坯导向装置，其特征在于，借助于三相交流电和搅拌器线圈(19)在粗制型材铸坯的液态液心里产生电磁行波场，所述行波场具有引起横向于铸坯移动方向的流动的方向分量，而且三相交流电通过极接线被输入搅拌器线圈(19)，从而在凸缘部分(2，3)中的液态液心里产生具有旋转的方向分量的行波场和/或在腹部部分里(4)产生具有直线方向分量的行波场。