CN1192832C - 连铸结晶器内腔壁的加工方法和装置 - Google Patents

Abstract

为加工限定连铸结晶器(7)内腔的壁而采用这样的机床，即它具有切削工具和/或抛光工具(12)。该机床由一个具有可移入内腔的且支承工具(12)的臂(6)和一个夹紧结晶器(7)的工作台(8)及产生工具(12)和壁之间的数控相对运动的装置组成。为了在内腔具有沿横截面纵向和/或外周线变化的锥度的情况下也获得高的加工精度，或者在内腔具有特殊角形的情况下获得高的加工精度而规定了，组合实施工具(12)绕大致沿臂(6)纵轴线(4)横向的轴线(13)的转动和臂(6)绕其纵轴线(4)的转动。

Description

连铸结晶器内腔壁的加工方法和装置

技术领域

本发明涉及一种连铸结晶器内腔壁的加工方法和装置。

背景技术

对连铸结晶器制造来说，尤其是在管坯、初轧坯和异形坯的情况下对内腔几何形状的制造来说，已经知道了各种制造方法，如依靠芯棒的冷成型或切削加工等。

借助在芯棒上的冷成型或爆炸成型的已知制造方法是昂贵的，因为必须为各铸坯横截面或各锥体走向制造一根芯棒，尤其是在爆炸成型的情况下，芯棒的使用寿命短。另一方面，依靠切削加工的制造有局限性，这是因为结晶器内腔形状因连铸技术原因而越来越复杂。但是，在管形结晶器的情况下，内腔净宽与长的小比例也带来了额外难度，这是因为由此明显限制了加工装置结构。除了具有直的结晶器内腔和四面一样的浇铸锥形的且用于浇铸方形横截面或圆形横截面的结晶器外，目前主要使用的是具有弧形结晶器内腔的圆弧型连铸机用结晶器，它额外限制了加工装置的尺寸选择。

此外，为了提高连铸坯质量并提高浇铸速率，使用浇铸锥形在结晶器纵向上变化的结晶器，例如抛物线形的浇铸锥形。依靠根据凸度技术的凸弯结晶器，进一步实现了浇铸速率的充分提高，从EP0498296中知道了凸度技术。在这种结晶器中，结晶器壁在结晶器长度的局部上形成有隆起，在矩形结晶器内腔的情况下，所述隆起的末端是一道平直壁，而在圆形结晶器内腔的情况下，其末端是圆形铸坯横截面。还知道了这样的结晶器，即它在角部具有小于角部之间的浇铸锥形的锥形。这种内腔不能用已知的切削机床来制造，这不仅一方面是因为几何形状复杂且另一方面是因为在管式结晶器体的情况下不容易接近，而且因为结晶器长度和净结晶器横截面之间的比例不理想。

例如，从DE1577330中知道了适于加工内腔壁的切削机床的一个有代表性的例子。DE1577330公开了加工钢制结晶器如铸锭结晶器的内表面的磨床。磨床包括一支承臂，支承臂的纵轴在水平方向上限定了一中间位置。支承臂在一端如此支承在可移向中间位置的台车上，即支承臂可绕一垂直轴线和一垂直于支承臂纵轴的水平轴线旋转，而它在其另一端上装有砂轮，砂轮的转轴位于沿支承臂纵轴线横向的水平方向上。这样的砂轮结构允许加工通常在钢制结晶器内的平内面。通常在连铸结晶器的任意弯曲的内面和在弯曲内面之间的角部无法以在这样布置砂轮的情况下以理想的精度进行加工。

发明内容

本发明的任务是提供一种适用于内加工用小方坯、初轧坯和异形铸坯用结晶器管的方法和装置。尤其是，通过借助数控机床的切削加工和抛光加工，可以加工出其锥度沿结晶器变化的结晶器、具有抛物线形锥度的结晶器、具有其末端是平壁面的凸侧壁的结晶器或者具有其锥度为0～1％的特殊角部形状结晶器。此外，可以获得高的结晶器内腔精度和表面质量，而且基于保证自动工作过程及最佳切屑量下的高切削效率的可控加工过程，提供了一种低成本的制造方法。

根据本发明，上述任务在方法方面的技术方案在于一种利用一个或多个切削工具和/或抛光工具来加工限定一个连铸结晶器内腔的壁的方法，其中产生了工具绕轴线转动，其中轴线基本上沿一个可移入内腔的且用于支承工具的臂的纵轴线的横向设置，以及在内腔侧借助臂的运动而产生了工具与所述壁的相对运动，其特征在于，臂的运动包括绕其纵轴线的转动并且通过一台数控计算机来控制所述臂的运动。

根据本发明，上述任务在装置方面的技术方案在于一种加工限定一连铸结晶器内腔的壁的装置，它具有一个或多个切削工具和/或抛光工具、一个在一夹紧面上夹紧结晶器的工作台、一个所述的一个或多个工具可转动地被固定在其上的臂、一个使每个工具绕各自一条大致沿臂的纵轴线而设的轴线转动的装置和一个如此使臂运动的装置，即工具可被引入内腔并且可以产生所述工具与所述壁的相对运动，其特征在于，所述的使臂运动的装置包括使臂绕其纵轴线转动的装置并且该使臂运动的装置是数控的。

本发明的方法或本发明的装置首次使得借助切削加工机床并利用一数控机床来制造用于小方坯、初轧坯和异形坯的结晶器内腔成为可能，其中所述内腔具有沿结晶器变化的锥度、抛物线形锥度或隆凸侧壁。此外，通过该方法或装置，获得了高内腔精度和高表面质量。其它优点在于高度自动化和在从结晶器内腔最佳排屑时的高切削效率。所有的优势总的导致了成本低廉的新结晶器的制造方法或导致了成本低廉的在使用后重新涂覆空腔侧壁的旧结晶器的再加工方法。

参见示出了“结晶器内腔的实例”并且在本文结尾处进行了说明的图8，它示出了如何已经以各种形式发展出结晶器内腔的结构以及未来如何进行发展。除所示截面外，用于梁材如“狗骨”形型材的管式结晶器被认为是很难加工的。

结晶器可以在其纵轴线大致垂直的状态下被夹紧在机架上并且用一个垂直的工具支承臂来进行加工。根据一个实施例，当结晶器在其纵轴线大致水平的状态下被夹紧在工作台上并且使工具支承臂基本上水平地移入内腔时，这是有利的。在这样安放的情况下，机床有利地借助运动装置使臂在一个平面内移动并使工作台沿一个垂直于该平面的轴线移动。

根据一个实施例，如果在加工了约结晶器一半长度后使工作台绕一个沿工作台夹紧面的横向的轴线旋转180°，则在管纵向上的工具支承臂所需的进深可减小并且由此提高了加工表面的精度并改善了表面质量。通过这些附加步骤，可以根据400毫米～600毫米的结晶器内腔加工进深即根据约半个结晶器长度来设计臂。

工具和内腔壁之间的相对运动和臂绕其纵轴线的转动可按照各种组合方式被用于切削加工中。根据另一个实施例，当依靠数控地在第一步骤中通过绕其本身纵轴线的转动而使臂转入一在内腔周面上的加工位置并被夹紧并且随后在第二步骤中在同时沿一个、两个或三个空间方向运动的同时用转动工具进行加工时，可以加工图8所示的所有结晶器内腔形状。这些步骤顺序可持续进行，直到整个结晶器内腔具有所需的几何形状为止。

结晶器管的使用寿命完全可以通过反复涂覆和随后的切削加工而明显延长并因此降低了结晶器成本/每吨铸钢。

为提高臂和工具在内腔中的运动自由度，根据另一个实施例，臂具有圆角正方形横截面，工具在臂端上被可更换地安装在一个专用的工具承盘上。为了能够尽可能宽地选定用于某个结晶器内腔横截面的臂的横截面尺寸，以便一方面提高抗弯扭矩并且另一方面避免振动，本发明提出了，离臂的纵向中心轴线有一段距离设置工具转轴。工具转轴的距离有利地被选择为等于一个可内切到臂横截面中的圆的直径的10％～25％。如果工具转动直径与臂转动直径之比等于1∶0.7-1∶0.9，则得到了更有利的优化。

为了用大面积的抛光工具获得高抛光效率，根据另一个实施例，可以使用另一个具有两个大致沿臂纵轴线的横向而设的且用于两个圆盘形抛光工具转轴的臂。

为了把切削工具和/或抛光工具用的动力从机架传递给工具转轴，根据一个实施例而提出了，在臂中设置一个具有传动齿轮的轴向驱动轴，以便获得抗扭动力传递。或者，可以想到把一个皮带传动装置用于工具。

附图说明

以下，结合附图来详细描述本发明的实施例及其其它优点。

图1是本发明装置的侧视图；

图2是图1所示装置的俯视图；

图3是一个装有切削工具的臂的侧视图；

图4是根据图3的箭头IV的视图；

图5是装有两个抛光工具的臂的视图；

图6是装有切削工具的壁移入结晶器内腔中的视图；

图7是臂的另一个例子的视图；

图8表示典型的连铸结晶器的内腔界面几何形状的例子。

具体实施方式

图1、2表示具有依靠切削工具和/或抛光工具来内加工管的且尤其是用于连铸结晶器内腔的内加工的装置的机床。例如，作为切削工具地可以想象到铣削工具或磨削工具。机床由支承在导轨2上的且可以在z轴上借助驱动装置移动的机架1组成。在机架1上设置了一个可在y轴方向上升降的床头3。另外，床头3装备有一个产生如箭头A所示的绕水平轴4转动的装置。一个臂6可被连接到床头3上，臂6装备有切削工具或抛光工具。臂6与床头3一起可绕在这个例子中是水平布置的纵轴4转动或转动。为了可以在短暂停车时间内进行切削工具与抛光工具的更换，可轻易地更换臂6。被装在臂6上的切削工具或抛光工具12可绕轴线13转动。为此，臂6装备有一个轴向放置的驱动轴27和一个传动齿轮28(图3)。

管状工件且尤其是结晶器管7被水平地夹紧在一工作台8上。工作台8以其台座9支承在导轨10上并可沿x轴方向移动。另外，工作台8可绕一垂直轴线11转动并且可进行转过任意角度的转动B。

机床是如此设计的，即可以通过数控装置使臂6在y轴方向和z轴方向上并同时使工作台8在x轴方向上移动。同时，也可以使臂6绕轴线4转动并使工具12绕轴线13旋转。

在图3、4中，臂6装备有切削工具12。臂6的横截面大致成圆角正方形。在臂6的一端上，可更换地把工具12固定在一个工具承盘15上。工具12转动的轴线13与臂6的纵向中心轴线4间隔一段距离30。这段距离30在一个可内切到臂横截面中的圆的直径31的10％～25％的数量级内。工具12的转动直径33有利地被选为略大于臂6的转动直径34。对工具12的转动直径33与臂6的转动直径34之比来说，力求一个在1∶0.7-1∶0.9之间的值。可如此设计臂6的长度，即根据约等于结晶器长度一半的加工长度即400毫米-600mm来进行设计。

在图5中，臂6装备有两个抛光工具50、50’。这两个工具50、50’绕沿臂6纵轴线4的横向而设的轴线51、51’转动。在现有技术中已知的各种抛光工具可被用于抛光。

新管体的加工或其内腔部分或全部重新涂覆过的旧结晶器的加工这样进行。管被夹紧在工作台8上并且臂6引入结晶器内腔。结晶器内腔的前一半长度通过在x、y和z轴方向上的运动及切削工具转动的数控组合来进行加工。臂6绕其纵轴线4的转动在加工期间内或加工中断期间内进行。当结晶器前一半长度的加工完成时，使臂移出结晶器内腔并且结晶器7在仍被夹紧的状态下和工作台一起绕垂直的工作台轴线11转动180°。然后，重新使臂6移入结晶器内腔并且加工结晶器内腔的后一半长度。在一个随后的抛光操作之前，装切削工具的臂6被换成装有一个或两个抛光工具的臂。抛光也是在被夹紧的状态下通过使结晶器管一次或多次转动180°而进行的。这种加工可通过数控系统和/或跟踪控制工具而这样受到控制，即工具对结晶器壁施加一预定的压力。

在图6中示出了一个具有一移入加工位置的臂61的管60。结晶器内腔66具有凸形结晶器的结构。通过使臂61绕其纵轴线63转动62，将一把铣刀64带入一在内腔66中的加工位置65并且在数控下完成加工。从此图中可看到，如何加工具有各种复杂内腔形状的结晶器内腔，例如如图8所示的用于圆形或矩形横截面的结晶器内腔。

在图7中，一个臂71装备有一铣削工具72和一个用于铣削工具72的驱动电机73。在驱动轴74和铣刀轴75之间设置了一条驱动皮带76或等同的驱动件。在这个解决方案中，电机73通过法兰被直接固定在臂71上，因此可以实现一种简单而细长的臂结构。在工作中，所述皮带驱动装置产生较少热量并且因而允许快速精确的加工。

代替把结晶器管水平夹紧在工作台8上地，例如也可以进行垂直的结晶器管夹紧。可以与上述例子不同地选择把沿x、y和z轴向的运动分配给工具和工作台。

在本发明装置的另一个实施方式中规定了，其上转动支承着其中一个工具的轴如此设置在臂上，即该轴相对臂的定向是可改变的。例如，可以如此支承轴，即它可在一个垂直于臂的平面内转动。这样的改进本发明装置提供了附加的自由度，以便适当调整工具相对一要加工表面的定向。

为了内加工具有纵弯内腔的结晶器管，在其纵向上使臂6具有适应于结晶器内腔几何形状的弯曲部是有利的。为了在具有一多角内腔的结晶器的情况下精加工角部，通过使工作台8绕轴线11转动而使指定用于加工的工具相对各角部的空间布局的定向最佳化，这是有利的。在加工其在角部具有大锥度的结晶器内腔壁的情况下和/或在具有纵弯的内腔和多角的横截面的结晶器的情况下，这种最佳化导致了更好的结果。

图8在表7中示出了典型连铸结晶器的内腔界面的几何形状的例子。按照各结晶器的横截面形状，这些例子被列于表列中：(i)圆形横截面，(ii)正方形或矩形横截面。根据锥体类型，将这些例子列于表行中，所述锥体限定了各内腔在结晶器纵向上一路从浇铸侧缩小到结晶器出口的缩小情况(即内腔横截面的缩小)。各锥体的形状决定了内腔界面如何及以何种程度适应于铸坯形状，所述铸坯流向结晶器出口地经过空腔并且在这里因热致收缩而经受了变形，这种变形是根据铸坯横截面形状而测的。在直线锥体、按凸度技术的锥体和抛物线形锥体的情况下，在表的各栏中示出了：(a)内腔界面俯视图的左侧，沿从浇铸侧到结晶器出口的内腔纵向看地，(b)内腔界面的纵截面的右侧。按照凸度技术的锥体的特征是，锥体的锥度不仅在内腔纵向上变化(如在抛物线形锥体的情况下)，而且可以沿横截面的外周线变化，尤其是按照凸度技术的结晶器内腔界面在浇铸侧的一个纵向部内具有隆起。由EP0498296中知道了具有按照凸度技术的锥体的结晶器。在表中被称为“具有特殊角形的锥体”的例子涉及从EP0498296中知道的具有按照凸度技术的锥体的结晶器，其中内腔在侧面的中央具有正锥度，而在角部中具有负锥度。

Claims (23)

1、一种利用一个或多个切削工具和/或抛光工具来加工限定一个连铸结晶器(7，60)内腔(66)的壁的方法，其中产生了工具(12，50，50’，72)绕轴线(13，78)转动，其中轴线(13，78)基本上沿一个可移入内腔(66)的且用于支承工具的臂(6，61，71)的纵轴线(4，63)的横向设置，以及在内腔侧借助臂(6，61，71)的运动而产生了工具(12，50，50’，72)与所述壁的相对运动，其特征在于，臂(6，61，71)的运动包括绕其纵轴线(4，63)的转动并且通过一台数控计算机来控制所述臂的运动。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，连铸结晶器(7)以其纵轴线沿一夹紧平面地被夹紧在工作台(8)上，使臂(6，61，71)大致平行于该夹紧平面地移入内腔(66)。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，同时使臂(6，61，71)和工作台(8)移动。

4、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在沿结晶器局部长度加工完其中一道壁后，使工作台(8)绕一个垂直于该夹紧面而设的轴线(11)旋转180°。

5、如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在第一步骤中，通过绕其纵轴线(4，63)的转动使臂(6，61，71)进入一加工位置并被夹紧，随后，用工具(12，72)加工壁的局部。

6、如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在加工前，所述壁至少局部地进行涂覆。

7、如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在第一步骤中，借助一个或多个切削工具(12)来加工壁，在第二步骤中，将臂(6)更换为一个装有一个或多个抛光工具(50，50’)的臂(6)，在第三步骤中，使该臂变光滑。

8、如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，工具(50)和壁(60)之间的相对运动至少部分通过跟踪控制工具(50)而如此进行控制，即工具(50)对其中一道壁施加一个预定压力。

9、一种加工限定一连铸结晶器(7，60)内腔(66)的壁的装置，它具有一个或多个切削工具和/或抛光工具(12，50，50’，72)、一个在一夹紧面上夹紧结晶器(7，60)的工作台(8)、一个所述的一个或多个工具(12，50，50’，72)可转动地被固定在其上的臂(6，61，71)、一个使每个工具(12，50，50’，72)绕各自一条大致沿臂(6，61，71)的纵轴线(4，63)而设的轴线(13，78，51，51’)转动的装置和一个如此使臂(6，61，71)运动的装置，即工具(12，50，50’，72)可被引入内腔(66)并且可以产生所述工具与所述壁的相对运动，其特征在于，所述的使臂(6，61，71)运动的装置包括使臂绕其纵轴线(4，63)转动的装置并且该使臂运动的装置是数控的。

10、如权利要求9所述的装置，其特征在于，结晶器沿纵向被水平地放置在工作台(8)上，而臂(6)水平地放置在机架(1)上。

11、如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，设有同时使工作台(8)和臂(6，61，71)运动的装置。

12、如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，设有一个使工作台(8)绕一条沿工作台(8)夹紧面的横向而设的轴线(11)旋转的且最好是是其绕一垂直轴线(11)旋转的装置。

13、如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，臂(6，61，71)具有一个大致成正方形的并带圆角的横截面，工具(12)在臂(6，61，71)的一端上被可更换地安装在工具承盘(15)上。

14、如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，用于工具(12)转动的轴线(13)与臂(6，61，71)的纵向中心轴线间隔一段距离(30)。

15、如权利要求14所述的装置，其特征在于，工具轴线(13)的距离(30)等于一个可内切到臂(6，61，71)横截面中的圆的直径(31)的10％～25％。

16、如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，根据约为结晶器长度一半的内腔的加工进深来设计臂(6，61，71)。

17、如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，工具(12)转动直径(33)与臂(6，61，71)转动直径(34)之比等于1∶0.7-1∶0.9。

18、如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，设置两个圆盘状抛光工具(50，50’)。

19、如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述的产生工具(12，50，50’，72)转动的装置由一个轴向设置在臂(6)中的驱动轴(27)和传动齿轮(28)组成。

20、如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述的产生工具(12，50，50’，72)转动的装置包括一个皮带驱动装置(76)。

21、如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，臂(6，61，71)在纵向上是弯曲的。

22、如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，轴(13，78)相对臂(6，61，71)的定向是可变的。

23、一种将如权利要求21所述的装置用于加工一个具有一纵弯内腔的连铸结晶器的壁的应用，其特征在于，壁(6，61，71)的曲率适应于该内腔的形状。

Images