用于在双辊连铸机中铸造金属带,特别是钢带的装置和方法

摘要

本发明涉及一种在带有逆向旋转铸辊的双辊连铸机中浇铸金属带,特别是钢带的装置和方法,其中,液态金属被导入以两个侧壁为界、处于旋转铸辊之间的空腔内;其中,在侧壁和旋转铸辊间形成的缝隙借助一种产生电动力的密封装置来密封,该电动力沿缝隙走向基本上平行于铸辊表面发挥作用;其中,该密封装置被设计成能使电动力连续地与液态金属的金属静压力相匹配或近似地与液态金属的金属静压力相匹配。

说明书

本发明涉及一种在带有逆向旋转铸辊的双辊连铸机中浇铸金属带，特别是钢带的装置和方法，其中，液态金属被导入以两个侧壁为界、在旋转铸辊之间的空间；其中，必须阻止液态金属从在侧壁和铸辊件间形成的缝隙中外流。本发明还涉及一种实施该方法的装置。

由美国专利US 4,974,661和US 5,197,534公知了用于电动密封双辊铸机的侧部的方法和装置。在由这些美国专利公知的方法中，磁场被用于电动密封，它们在液态金属注满空间的宽度上起作用，并在这个宽度上使金属避开侧壁。这些公知方法的缺点是所要求的绕组系统十分昂贵，所要求的电流高得惊人。每一密封所安装的电功率高达300-500KW。从下面的论文中可获得这些公知系统的其它细节和特性曲线：Development of an ElectromagneticEdge Dam(EMD)for Twin Roll Casting I.G.Sancedo u.K.E.Blazek，MetecConference，Duesseldorf，Juni 1994，Inland Steel Research and Development。

本发明的目的是提供一种方法和装置，该装置具有能量消耗低得多而可调性更好的优点(避免局部过热)。此外应避免因密封引起的液态金属中的涡流。另外希望该密封装置明显较小，从而成本低于那些公知的装置。

本发明的目的是这样来实现的，即，在本文前言所述类型的装置中，所述密封装置将所述电动力连续地与液态金属的金属静压力相匹配或近似地与液态金属的金属静压力相匹配。用这一方式来避免液态金属中的涡流。此外防止局部过热。

在本发明的一种有利设计中，所述密封装置被弯折，使得它与铸辊的间距随高度的增加而增加，特别是其间距增加后使得因气隙的增加变弱的磁场力由此产生，该磁力与液态金属向上逐渐减小的金属静压力相当。

在本发明的另一有利设计中，所述密封装置具有一个有电流通过的，尤其为整体式构造的感应器。这一整体式结构特别结合该感应器的一种Y形结构已经受了考验，其中，该感应器具有两个弯折的分枝和一个基础。在分枝和基础相互连接的部分，该感应器有利地具有这样一种弯折部，即，铸辊和感应器之间的间距随着向上和向下距弯折距离的增加而增加。用这一方式来使那个由磁场引起的作用力以特别合适的方式与液态金属的金属静压力相匹配。由磁场引起的力可以特别精确地与金属静压力相匹配，只要作为那弯折结构另一种替代选择的感应器在长度方向被弯曲构造，其中，分枝和基础相互连接的部分离铸辊最近，到铸辊的距离随着距分枝和基础相互连接的部分的距离的增加而增加。

在本发明的又一有利设计中，所述密封装置具有一个所谓的由可磁化材料制成的磁靴，该磁靴被布置得使所述电动力连续地与液态金属的金属静压力相匹配或近似地与液态金属的金属静压力相匹配。该磁靴特别适于使由磁场引起的力与金属静压力相匹配。该磁靴是弯折感应器的另一替代选择，但也可与这种感应器一起使用。在此，该磁靴被有利地构造成V形或同样是Y形，其中，可磁化材料的数量有利地朝磁靴端部方向减少。该磁靴可有利地直接安装在所述感应器上面，由此可用冷却所述感应器的冷却剂来冷却它。

在本发明的又一有利设计中，可磁化的材料被安装在所述感应器的边缘部，这使得通过该感应器的电流相对于所希望的磁场被特别好地加以充分利用，且只需很小的电流通过该感应器。

在本发明的又一有利设计中，往所述密封装置和液态金属间的中间空腔中通入隋性气体，特别是氮气，从而使该密封装置与液态金属绝热。

下面借助附图对本发明作进一步详细说明，从附图与从属权利要求以及对附图的描述中可得到本发明的创造性细节，附图中：

图1是带有磁环和感应器的铸辊的三维示意图；

图2是该密封装置的简化原理图；

图3示出密封参数与铸辊间液态金属高度的关系；

图4是密封装置的另一原理图；

图5示出一种感应器；

图6是铸辊端部和密封装置的纵剖面图；

图7是铸辊端部和密封装置的C-C横剖面图；

图8是铸辊端部和密封装置的D-D横剖面图。

在按照图1和图2的示例设计中，本发明的密封装置另外具有：

-一个磁端环2，它被固定在铸辊端部1上；

-一个用中频电流供电的感应器4，它在密封缝隙8中引起一个相当大的磁场6；

-一个磁屏蔽板11，它保护铸机的钢质构件免受有害加热。

该密封装置的目的是将该密封缝隙8中的液态金属无接触地往回挤压，谋求得到如图7和图8中所示的液态金属弯月面7a和7b。当一个相应大一些的电动压力p₂反作用于静压，即前述情况下的液态金属的金属静压力p₁(图3)时，就能实现这一点。p₂是分离磁场6b和弯月面中感应电流共同作用的结果。

主磁场6a实现了那个在铸机磁端环2的长度a上的密封通道8(图7)基本上保持无液态金属。由此液态金属相对于热敏感应器被回置。无液态金属的密封通道8中也可以有利地通入起冷却作用的惰性气体。

图4所示铸机磁端环2具有径向安置的、例如方形的薄磁板2a(例如0.1mm)。该磁板2a被固定在冷却环2b上，例如钎焊在其上。该铸机磁端环2例如采用螺钉固定在该铸辊1的辊端，而螺钉被旋进固定环2c的螺孔2d中。所述密封通道8的深度由该铸机磁端环2的长度a确定，例如a＝20mm。

由磁板2a组成的板叠的所有侧面，例如可采用一种等离子喷射陶瓷层来绝缘。

在这些磁板2a之上有一个保护环2e，它保护磁板免受可能溢出的液态金属的损坏。

所述电流管4a，例如一种方筒管，它具有一个从里面安置在所述感应器里的有效部分41(参见图5)和一个在背面的导向部分4a＂(比较图1和图6)。该内置有效部分4a由两段，即两根钎焊在一起的下直管和两根基本为圆弧形的上弓形管(图5)组成。中频电流10a和冷却水10b经过电流管连接部分4a′被导入该电流管的有效部分4a。

首先，该磁性接地主要由直线磁性接地部分4c和环弓形磁性接地部分4d组成。该部分4d的横剖面是不对称的。该内磁桥增加了磁性接地齿4e的长度，即增长了a′(图8)。该磁性接地齿的长度a′与铸辊磁端环的长度的数量级相同，亦即a′≌a。

该磁性接地的补充部件有：

-磁靴4g，它处在电流管间的磁靴冷却板4b上面；

-磁楔4f，它一方面防止板叠4c和4d鼓涨，另一方面增大在磁靴高度上的磁通量。

该磁性接地由薄磁板组成，如所述铸辊磁端环2一样。所述部分4f和4g也可以由耐高温的粉末材料(例如铁素体)组成。在该磁性接地的内外表面上都镀了一层绝缘层，例如一种等离子喷射陶瓷层。

该磁性接地紧邻液态金属，需要经过：

-水冷电流管4a；

-冷却板4c；

-齿形冷却管4h。

耐火板4i处在磁性接地齿4e之间。在此板上安置了导电加热板4k，参见图8和图5。该加热板由电流管回线4a＂的漏磁加热。在该耐火板4i和绝热板41之间有一个调温室4j，它带有：

-测温传感器4j′；

-齿形冷却管4h；

-耐火绝缘板4k。

借助这些元件来调节所需的部件温度。一方面耐火板4i的内部必须足够热，以便液态金属3不会在其上凝固，另一方面磁性接地的温度，特别是磁性接地齿4e和磁靴4g的温度不允许超过居里温度(例如760℃)。

铸辊1之间液池中液态金属3中的流动是不希望发生的，所以不应由密封装置/感应器引起。

对侧壁的静压p₁随高度线性变化(图3中p₁曲线)。为了得到一种尽可能无涡流的密封，电动力p₂根据本发明应可调节达到随密封间隙B的高度有一个尽可能线性的变化，例如图3中p₂曲线所示。

感应器密封电流I随高度变化而变化，如图3中I曲线所示。高度低于和大于临界高度H_k时，它都是常数，但常数值大小不同。

在感应器密封电流I的变化曲线预先给定如图3中曲线I所示时，为得到p₂线性变化曲线而必需的如图3中曲线B(方根函数)所示的变化曲线B，根据本发明通过相应地调节空气通路来实现。

对此，该感应器根据本发明在高度H_k(临界高度)上具有一个弯折4n。该感应器电流借助感应器连接电压来调节，从而在该高度上产生所希望的电动压力p₂。在本实施例中，其出发点是该电动压力在感应B＝1T时会出现。

在一个没有弯折4n的感应器中，高度低于和大于H_k时压力p₂太大。因此液态金属流出现在液池中央方向。在最小电动压力出现的高度H_A和H_O处液态金属流回到侧壁，循环中的液态金属在每个铸辊端的运行轨迹为8字形。

由于按照本发明的弯折4n，磁性接地4c和4d的外端远离铸辊端部。因此磁力线的通气道扩大了，这导致B的减小，最终导致p₂的减小。

在高度H_O上，即C-C剖面(图4和图7)，铸辊磁端环2的间距为长度i，远远小于在高度H_k上的值；而在高度H_k上调节/设定感应B＝1T。

在感应器中没有按照本发明的弯折，那么在一种实际技术布置中感应约为2T。由于电动压力与B²成正比，因而它在高度C-C处的值几乎为高度H_k处的值的4倍。但对一种无涡流的密封需要一个小得多的压力，例如，

p₂＝1.2p_k

式中p₂为高度C-C上的电动压力；

p_k为高度H_k上的电动压力。

在上述设定的压力下，高度C-C上的感应是     $>{}_{}$>

即需要一个约小3倍的感应。在图7中该必需的感应通过相应选择g来调节达到。

在高度D-D上p₁较小，因此p₃(该高度上的电动压力)也必须相应地小，例如p₃＝0.3pk，那么     $>{}_{}$>

再次通过扩大通气道(此处至g′)来实现减少感应。

在一个如纵剖面图6所示带有直线磁性接地的感应器结构中，只可能近似地实现如图3所示的B和p₂的变化规律。为了获得一种可引起p₂精确地呈线性的曲线B，必需要有一种纵剖面被弯曲的感应器。

密封通道8的几何尺寸和磁力线在高度小于和大于H_k时相差很大。它们对密封过程的影响在两个选出的高度上加以阐述。

高度C-C(图7)：

由感应器引起的磁通量用两条磁力线描绘。主磁通量闭合在两个铸辊磁端环2之间。它用磁力线6a描绘。当设定感应为B＝B₂时，液态金属从密封通道8中被完全挤出。这样密封通道中不再保持有液态金属。

液态金属弯月面7a通过由磁力线6b描绘的分磁通量保持。分磁通量横跨该弯月面，它与该处的感应电流共同作用产生电动压力p₂。

液态金属弯月面7a通过铸辊端部进入密封通道8仅数毫米。

高度D-D(图8)：

主磁通量用磁力线6a描绘，它闭合在磁性接地齿4e和铸辊磁端环2之间，具体说在图4和图8中标示为小圈的理解点(Verstaendnispunkt)9b和9a之间。它横跨密封通道8，并使其无液态金属。

分磁通量用磁力线6b描绘，它通过液态金属弯月面7b而闭合。在该处如同在整个密封高度上一样，液态金属弯月面7b通过铸辊端部进入密封通道仅数毫米。

D-D高度上的分磁通量小于C-C高度上的值，但液池中液态金属5的静压力也很小。

密封通道8的深度基本上由铸辊磁端环2的长度a确定。例如它可能为20mm。温敏感应器距热(1500℃)液态金属弯月面的距离扩大这样一个长度。只有无液态金属的距离a才使得感应器技术上可行。

密封通道8可通过惰性气体，后者一方面防止感应器受热，另一方面消除液态金属弯月面即带材边部的氧化。

在电流回线4a＂中流动着一个强中频电流(例如5kA)。它引起它自己的磁场。

感应器(特别是其背面的下半部分)紧邻工作机座的铁磁性钢部件。中频磁场通过这些钢部件而闭合，并将其感应加热，局部会加热至不允许的高温。

为了保护工作机座的钢部件，在感应器4和钢部件之间设置了屏蔽板11，如有必要，该屏蔽板借助冷却水管来冷却。

所有公知的侧壁电磁密封解决方案都涉及铸辊间整个侧壁的电动密封。即便在铸辊较小，直径为1m时，为了密封表面附近的液态金属，磁通量必须流经一个约50cm长的通气道，为此必需巨大的电流和功率，特别是无功功率。

在本发明的技术解决方案中，仅需磁化宽度例如为1cm的密封间隙，因此所必需的无功功率就很小。近似计算可得出本发明中的无功功率仅是其它公知方法中无功功率的(系数2是因为有两个弓形感应器)     $>>2>>>1>cm>>>50>cm>\; >·>100>\%>=>4>\%>$>

密封试验采用一个相当于铸辊直径为1m的工作机座的试验装置进行。所采用的液态金属的密度为8.5g/cm³。因而该密度大于钢的密度。

液态金属高度为30cm时采用下列参数可获得一个效果良好的密封：

供电频率        1.4kHz

感应器总电流    5.13kA

感应器电压      33V

一个有效功率    ＜30kW