连续铸造设备以及相应的方法与流程

本发明涉及连续铸造设备以及相应的连续铸造方法。

特别地，本发明应用于具有弯曲轴线的连续铸造设备，并且允许提高在连续铸造期间铸造出的产品的品质，仅仅示例地，产品例如为钢锭、钢坯、板。

背景技术：

为了获得高质量的铸造产品，已知的是在铸造步骤期间使其经过机械压缩处理，该机械压缩处理旨在密封液体芯以及消除内部缺陷(例如偏析和固化孔隙)的产生。

实际上，在铸造过程中，产品从液态转变为部分固态，然后再转变为全部固态，在这些步骤中，产品的外壳(其内部包含液体金属芯)逐渐变厚，直到其在所谓的“接触点(kissingpoint)”完全固化。

金属产品的外壳通过热交换形成，该热交换是由于产品与冷却装置的相互作用而发生的。该冷却装置包括，在初始部分中的结晶器，以及随后的由雾化喷射装置分开的引导棍，雾化喷射装置将冷却液喷射到产品上。

还已知，具有弯曲轴线的铸造设备具有第一竖直线段、第二弯曲线段和第三水平线段，产品在第一竖直线段中被容纳在具有最小厚度的外壳中，第二曲线段限定出与第一竖直线段的垂直度的偏离。

在第二弯曲线段中，金属产品的外壳相当厚并对弯曲敏感。

在曲线的最后段，这种灵敏度甚至更加明显，在这里，必须对产品进行实际地矫直，以使其线性化并且适合在水平设置的下游机器中运输。

在第二弯曲线段的末段中，即，在金属产品基本水平或在预水平的情况下，如上所述，金属产品通过相对的辊子受到压缩作用，也称为软压下(softreduction)处理，以强制关闭液锥并获得金属产品内部的品质优势，例如在内部偏析和孔隙率方面。

执行这些作用(即，金属产品的压缩和抽出/矫直)的压缩矫直和抽出单元与产品的理论铸造轴线(即，铸件中心通过的假想轴线)精确对准。

为此，已知的是适当地设计铸造设备，使得在每个压缩、矫直/抽出单元之间限定出最佳的连接半径，其允许金属产品从竖直轴线段过渡到水平轴线段。

特别地，优化这些连接半径以限制金属产品的外壳所承受的表面应力。

这些应力可能会引起裂纹和相当明显的表面品质缺陷，因此在此阶段，产品的外壳逐渐变得越来越厚。

已知的用于矫直产品和软压下的双重功能的压缩矫直/抽出单元的一个缺点是，它们会在金属产品上施加过高的力。实际上，在金属产品的同一区域中，压缩力和矫直力例如通过成对的相对的辊子同时施加。

此外，每个压缩矫直/抽出单元与下一个压缩矫直/抽出单元以一定的倾斜度(pitch)相分离，且该倾斜度往往过大。这造成由每个矫直单元所施加的力被作为剪切力而由产品承受，因为由于距离的原因，矫直不是渐进的而是点状的(punctual)，从而影响产品的彼此相分离的各个有限区域。

这引起了产品的外壳破裂的高风险，产品的外壳在该区域很重具有相当大的厚度，并且承受产生裂纹(裂纹会损害整个产品的质量)的更大风险。

由日本专利文献jp-a-2013-43217中还已知一种铸造设备，其设置有模具和位于模具下游的多个容纳辊，多个容纳辊限定出铸造线的曲率。该铸造设备还包括多个压缩/抽出单元，其位于铸造线的基本水平段并且用于对金属产品施加拉拔作用。压缩/抽出单元由彼此相对的辊子限定，并且金属产品在辊子之间穿过。在铸造线的外弧线侧上以及在压缩单元的成对的辊子之间，插入了辊子，其仅具有支撑和容纳运输中的金属产品的功能。

然而，这种技术方案在金属产品穿过铸造线的弯曲段期间，不允许最佳地控制和引导金属产品。实际上，在这种已知的方案中，压缩/抽出单元也会产生上述的问题。实际上，压缩/抽出单元不仅对液体芯施加压缩作用，还对金属产品施加矫直作用，以使金属产品在其具有水平段的区域中被矫直。

专利文献wo-a-2009/144107描述了一种用于连续铸造系统的轧钢机架，设置有一对相对的辊子，在相对的辊子之间限定出用于金属产品的通过间隙。位于顶部的辊子连接到定位部件，定位部件用于使上辊相对于下辊移动，以调节通过间隙的尺寸。然而，定位部件不能够调节铸造线的曲率，而是仅允许调节施加到金属产品上的压力。

本发明的一个目的旨在提供一种连续铸造设备，其允许提高金属产品铸造的质量。

本发明的另一个目的旨在提供一种连续铸造设备，其允许提高生产率。

本发明的另一个目的旨在提供一种连续铸造设备，其允许处理广泛范围的金属材料，使金属材料在任何情况下都能够达到要求的质量标准。

申请人已经设计、测试并实现了本发明，以克服现有技术的缺点并获得这些以及其他的目的和优点。

技术实现要素：

独立权利要求中阐述了本发明及其特征，而从属权利要求则描述了本发明的其他特征或者主发明构思的变型。

根据上述目的，根据本发明的连续铸造设备包括多个压缩单元，每个所述压缩单元由下辊和上辊限定，所述下辊和上辊配置成在铸造金属产品上施加压缩作用，即，软压下。

此外，每个下辊与对应的上辊限定出用于铸造产品的通过间隙，所述压缩单元的所述通过间隙设置成沿着铸造轴线对准，所述铸造轴线具有至少部分地弯曲的进程(development)。

在下文的描述中，将术语上辊定义为位于铸造轴线的内弧线侧的辊子，而将术语下辊定义为位于铸造轴线的外弧线侧的辊子。

根据本发明的一个方面，铸造设备包括设置在所述铸造轴线的外弧线侧的多个矫直辊，每个所述矫直辊插入一对下辊之间。所述铸造轴线由具有不同曲率半径的多个弯曲段限定。每个弯曲段包括在两个连续的矫直辊之间，每个所述矫直辊配置成矫直所述铸造金属产品以及限定所述铸造轴线的曲率半径的变化。

本发明的特别构造允许在连续铸造期间分配施加到金属产品上的应力。

特别地，压缩应力或者软压下托付到由下辊和上辊施加的压缩作用，而将金属产品从弯曲状态变为基本水平状态的矫直应力则托付到矫直辊的作用。

由于压缩应力施加到金属产品的一部分与矫直应力施加的一部分不同，所以作用在金属产品上的应力作用的划分允许减小作用在具体金属产品上的点应力。

这允许获得更好的表面质量的铸造金属产品，由于减小了点状的和整体的机械应力，所以还降低了产生表面裂纹的风险。

根据一种可能的方案，沿着与金属产品的进给方向相应的铸造方向移动，弯曲段具有沿着铸造轴线增大的曲率半径。这允许优化金属产品的铸造工艺，而不会使金属产品在铸造线的末段(金属产品在该处基本上固化)承受高曲率应力。实际上，弯曲段的末段的最大曲率半径限制了产品的表面裂纹的产生，以及保证了获得的金属产品的高质量标准。

本发明的实施例还涉及一种连续铸造的方法，其用于：

提供多个压缩单元，每个所述压缩单元由下辊和上辊限定，在所述下辊和上辊之间具有用于待铸造金属产品的通过间隙，

设置压缩单元，使得所述通过间隙沿着铸造轴线对准，所述铸造轴线具有至少部分地弯曲的进程，

在铸造期间，通过压缩单元对金属产品施加压缩作用。

根据本发明的方法的一个方面，在铸造期间，其还用于矫直铸造金属产品以限定在所述铸造轴线的曲率半径上的变化。

所述矫直由多个矫直辊执行，所述多个矫直辊设置在所述铸造轴线的外弧线侧，每个所述矫直辊插入至少两个下辊之间。所述矫直辊沿着所述铸造轴线限定出各个弯曲段，所述各个弯曲段具有彼此不同的曲率半径，每个弯曲段包括在两个连续的矫直辊之间。

附图说明

从以下一些实施例的描述中，本发明的这些和其他特征将变得明显，这些实施例是参照附图并作为非限制性示例给出的，其中：

图1示意性示出了根据本发明的用于连续铸造金属产品的设备。

图2是图1的一部分的放大图。

为了便于理解，在可能的情况下，在附图中使用相同的附图标记来标识相同的共同元件。应当理解，一个实施例的要素和特征可以方便地结合到其他实施例中，这无需进一步的说明。

具体实施方式

参见图1，连续铸造设备总体上用附图标记10表示，该连续铸造设备适于铸造金属产品p。

特别地，根据本发明的设备10包括多个压缩单元11，每个压缩单元11配置成在金属产品p上施加压缩作用，也称为软压下作用。

每个压缩单元11包括下辊12和上辊13，上辊13与下辊12一起限定出用于金属产品p的通过间隙14。

根据本发明的一个方面，压缩单元11的通过间隙14设置成沿着公共铸造轴线z对准。该铸造轴线z具有至少部分地弯曲的的进程。

铸造轴线z基本上与运输中的金属产品p的中性轴线(即，金属产品p自身的中心轴线)一致。

根据一种可能的方案，沿着与金属产品p的进给方向相应的铸造方向d移动，铸造轴线z具有曲率半径增大的多个曲率段。换言之，沿着铸造方向d移动，每个曲率段的曲率半径大于在其之前的曲率段的曲率半径。

根据一种可能的方案(图1)，铸造轴线z可以由多个弯曲段限定，多个弯曲段设置成彼此连续，以及如下所述，每个弯曲段具有与之前的或者之后的弯曲段不同的曲率半径。

根据一种实施例变型，铸造轴线z可以具有可变的曲率半径，该曲率半径沿着其纵向延伸的至少一部分连续地变化。

根据本发明的一些实施例，压缩单元11可以设置成与铸造轴线z的末段部分相对应。

根据本发明的可能的方案，与压缩单元11的起始相对应的铸造轴线z具有相对于水平面的倾角α，其包括在45°和10°之间，优选地在40°和15°之间。

与压缩单元11的末尾对应的铸造轴线z基本水平地设置，以允许向位于下游的机器供应金属产品p。

压缩单元11的起始和末尾是沿着铸造方向d评价的。

根据本发明的一个方面，在铸造轴线z的外弧线侧(即，在铸造轴线的凸出侧上)，以及，在各个压缩单元11的至少两个下辊12之间，插入了矫直辊15以矫直金属产品p。

根据本发明的一个方面，矫直辊15还引起铸造轴线z的曲率半径的变化，从而导致随后的在金属产品p上的矫直作用。

根据可能的方案，在与每个矫直辊15直接相对并且相对于铸造轴线z的位置，不存在辊子。

实际上，矫直辊15还起到了进一步支撑金属产品p的作用，金属产品p在位于相对于矫直辊15自身的上游和下游的压缩单元11之间运输。矫直辊15还提供了用于矫直和压缩力的释放点，因此，金属产品p沿其外表面感受到更加均匀的矫直和压缩力。

根据在附图中示出的可能的方案，设备10包括多个矫直辊15，每个矫直辊15插入对应的压缩单元11的一对下辊12之间。

根据本发明的可能方面，铸造轴线z可以由多个弯曲段限定，多个弯曲段具有不同的曲率半径。

在图2中示出的情况下，铸造轴线z至少由沿着铸造方向d彼此连续设置的第一弯曲段t1、第二弯曲段t2和第三弯曲段t3限定。

弯曲的铸造段各自具有自己的曲率半径，分别是第一曲率半径r1、第二曲率半径r2和第三曲率半径r3。不排除在可能的实施例变型中，弯曲段的数量不相同，半径的数量也不相同。

曲率半径r1、r2和r3彼此不同，特别地，曲率半径r2大于曲率半径r1，曲率半径r3大于曲率半径r2。

根据可能的方案，每个弯曲段t1、t2、t3可以包括在两个连续的矫直辊15之间，以及沿着铸造方向d定位。

根据可能的方案，矫直辊15中的至少一个设置有定位部件16，定位部件16用于相对于铸造轴线z选择性地定位矫直辊15。

尽管在图2中示出了与对应的矫直辊15相关联的单个定位部件16，但不排除其他的矫直辊15或者矫直辊15中的至少一些都设置有对应的定位部件16。

定位部件16可以设置成使得对应的矫直辊15在横向方向上移动，优选地在正交于铸造轴线z的方向上移动。这允许控制以及可能地改变施加到金属产品p的应力实体。

根据可能的方案，定位部件16可以连接到控制部件28，控制部件28用于通过定位部件16对各个矫直辊15进行定位。矫直辊15的定位可以由位置控制或者力控制的方式进行。

根据可能的方案，至少一个传感器29可以与矫直辊15相关联，例如与定位部件16或者其控制部件相关联，以便于检测作用在矫直辊15本身上的应力。传感器29还连接到控制部件28，控制部件28配置成命令定位部件16的致动。

基于上述数据，可以估算作用在金属产品p上的应力，以及评估可能产生表面裂纹的问题。

根据可能的方案，矫直辊15可以是惰辊，即，可以绕自身的轴线自由旋转。

根据可能的方案，矫直辊15可以具有第一直径d1，其小于压缩单元11的下辊12的第二直径d2和/或上辊13的直径。这种情况允许直接位于所考虑的矫直辊15的上游和下游的下辊12彼此非常近地定位。这为金属产品p提供了高的引导和约束作用。

根据可能的方案，第一直径d1可以包含在第二直径d2的0.4倍和0.8倍之间，优选地在0.5倍和0.7倍之间。

根据可能的方案，其间插入对应的矫直辊15的两个下辊12具有轴间距x，轴间距x的尺寸小于或者等于下辊12的半径d2的两倍。

该方案允许在矫直和软压下期间增加金属产品p的支撑点，并因此显著提高压缩单元11释放力的能力，将力沿着铸造轴线z更加均匀地分布，以及避免将它们集中在金属产品p的分散且疏远的点上。

根据可能的方案，轴间距x的尺寸包含在下辊12的直径d2的1.2倍和1.7倍之间。这允许将压缩单元11设置在彼此非常靠近的位置，并且这样还提高了液体芯的压缩有效性。

根据其他的方案，矫直辊15定位成基本在两个下辊12之间的轴间距x的中心线上。这允许使金属产品p的应力在其与矫直辊15相互作用的区域的上游和下游均匀化。

根据可能的方案，下辊12和对应的上辊13可以具有基本相同的直径d2。因为在一侧和另一侧上与金属产品p的对应接触表面基本相同，所以这样允许在内弧线侧和外弧线侧上产生基本上相同的应力。

根据可能的方案，可以设定，下辊12安装在例如相对于支撑结构17的基本固定的位置。特别地，下辊12绕对应的定位成水平的且与铸造轴线z正交的旋转轴线可选择地旋转。

根据可能的方案，上辊13可朝向/远离对应的下辊12移动。这允许以期望的方式控制和/或确定金属产品p的压缩作用。

根据可能的解决方案，上辊13包括移动部件18，移动部件18用于使上辊13朝向/远离上辊12地移动。

移动部件18允许改变通过间隙14的尺寸，以及管理下辊12和上辊13施加到运输中的金属产品p上的压缩实体。移动部件18可以由位置传感器调节。

根据可能的实施例，至少上辊13可以安装在对应的支撑元件(也称为轴承座，chock)19上，支撑元件19还连接到上辊13的对应的移动部件18。

根据可能的方案，支撑元件19安装成可沿设置在支撑结构17上的滑动导轨移动。

根据可能的方案，可以设定，其间插入矫直辊15的两个压缩单元11安装在公共支撑结构17上。这允许获得可选择地替换的各个引导和容纳模块20，例如用于规格变更操作或者用于需要的维护操作，以及同时允许使两个引导和容纳模块20(即，相邻的矫直、抽出和压缩单元)之间的空间最小化，从而允许在产品上施加最佳的作用力。此外，引导和容纳模块20例如可以安装在对应的基部上，基部具有对应的支撑表面，支撑表面适当地倾斜以设置沿着铸造轴线z对准的矫直辊15。

根据可能的方案，可以在压缩单元11的上游提供引导和容纳装置21，适于引导和容纳被铸造金属产品p的移动。

根据本发明的可能的方面，引导和容纳装置21限定出铸造轴线z的引导段22，其位于第一段t1的上游，并且具有基本恒定的曲率半径。引导段22的曲率半径基本等于第一曲率半径r1。

根据可能的方案，引导和容纳装置21可以包括多个引导辊23，多个引导辊23相对于铸造轴线z彼此相对，以及具有引导和容纳例如从模具中出来的金属产品p的功能，未示出。

冷却装置24可以与引导辊23相关联，其例如是雾化喷射型，用于冷却金属产品p以及引起外壳增厚。

引导和容纳装置21还可以包括支撑辊25，支撑辊25定位在引导段22的外弧线侧上以支撑被铸造的金属产品p。

根据可能的方案，绝热体26可以至少沿着引导段22安装，适于控制和限制金属产品p所遭受的散热。绝热体26还可以具有限制金属产品p的氧化现象的功能。

其他冷却装置27可以与引导段23相关联，适于冷却运输中的金属产品p。

冷却装置27可以配置成将雾化液体的射流喷射到金属产品p上。

显然，在不脱离本发明的领域和范围的情况下，可以对之前所述的连续铸造设备以及相应的方法进行修改和/或增加部件，以替换如上所述的连续铸造机中的引导单元。

同样清楚的是，尽管已经参考一些具体示例描述了本发明，但是本领域技术人员当然应该能够实现许多其他等效形式的设备来代替铸造设备以及相应的铸造方法，其具有权利要求中所述的特征，并且因此都在其所定义的保护范围内。

在以下权利要求中，括号内标号的目的仅是为了便于阅读：在具体的权利要求所要求保护的范围内，不应将它们视为限制性因素。