凝固设备
阅读：409发布：2020-05-11
专利汇可以提供凝固设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 的一个实施方案提供了一种 凝固 设备，其使熔融金属表面的高度变化变得对金属板的前进速度相对不敏感以显著提高金属板的前进速度并提高金属板的生产率。根据本发明的一个方面，所述凝固设备是通过使熔融金属凝固来制造金属板并且包括沿金属板的前进方向布置的辊阵列的凝固设备，其中所述辊阵列分成多个扇形段，并且一个扇形段中辊距的平均值小于先前扇形段中辊距的平均值，其中所述辊距是在金属板的前进方向上两个相邻辊的中心之间的距离。，下面是凝固设备专利的具体信息内容。
1.一种用于通过使熔融金属凝固来生产金属板的凝固设备，所述凝固设备包括沿所述金属板的前进方向布置的辊列，
其中当所述辊列分组成多个区时，在给定区中辊距的平均值小于在先前区中辊距的平均值，每个所述辊距是在所述金属板的所述前进方向上相邻的辊的中心之间的距离。
2.根据权利要求1所述的凝固设备，其中在所述给定区中辊距的平均值在小于在后续区中辊距的平均值。
3.根据权利要求1所述的凝固设备，其中每个所述区是包括至少四个辊距的空间。
4.根据权利要求1所述的凝固设备，其中每个所述区是包括布置在1m或更大的长度内的辊的空间。
5.根据权利要求1所述的凝固设备，其中所述区在物理上限定。
6.根据权利要求5所述的凝固设备，其中所述区在扇形段基础上在物理上限定。
7.根据权利要求1所述的凝固设备，其中每个所述区是在驱动辊与相邻另一驱动辊之间的空间。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的凝固设备，其中所述给定区中辊距的平均值与所述先前区中辊距的平均值之间的差值为10mm或更大。
9.根据权利要求8所述的凝固设备，其中辊距的平均值的所述差值为20mm或更大。
10.根据权利要求8所述的凝固设备，其中所述金属板的前进速度为4m/分钟或更大。
11.根据权利要求8所述的凝固设备，其中所述区包括：
水平区，在所述水平区中水平地传送所述金属板；
弯曲区，所述弯曲区具有预定曲率并且位于出口与所述水平区之间，所述熔融金属通过所述出口排出；和
曲率变化区，所述曲率变化区设置在所述出口与所述弯曲区之间的区域和所述弯曲区与所述水平区之间的区域中的至少一个区域中，所述曲率变化区具有不同的曲率。
12.根据权利要求11所述的凝固设备，还包括垂直连接至所述出口以垂直地传送所述金属板的垂直区，所述垂直区还连接至所述弯曲区。
13.根据权利要求1至7中任一项所述的凝固设备，其中每个所述区中辊距的平均值由下述式1限定：
式1
Pa(k)＝∑iP(k，i)/N
其中N是给定区中辊距的数目，k是区的编号，并且i是区k中辊距的序号。
14.根据权利要求1至7中任一项所述的凝固设备，其中辊距的平均值小于所述先前区中辊距的平均值的所述给定区处于其中所述金属板凝固的凝固长度内，并且所述金属板的所述凝固长度由下述式2限定：
式2
其中L是所述金属板完全凝固所需的以毫米(mm)计的长度，V是以mm/分钟计的所述金属板的前进速度，H是以mm计的所述金属板的厚度，K是20mm/分钟1/2至30mm/分钟1/2的凝固常数。
15.根据权利要求1至7中任一项所述的凝固设备，其中辊距的平均值小于所述先前区辊距的平均值的所述给定区重复至少两次。
凝固设备
技术领域
[0001] 本公开涉及用于通过连续凝固熔融金属来生产金属板的凝固设备。
背景技术
[0002] 一般来说，用于连续凝固熔融金属的设备由熔融金属进入其中的结晶器和在结晶器的出口侧串联布置的多个辊列构成。通常来说，多个辊列以扇形段单元设置。
[0003] 此外，熔融金属以其中熔融金属在其表面上已凝固但在其内部尚未凝固的半固体状态离开结晶器，并且熔融金属的内部随着熔融金属通过辊列而逐渐凝固，从而以完全凝固状态离开凝固设备。
[0004] 此时，当随着熔融金属凝固而成形的金属板通过辊列时，金属板在相当长的一段时间内处于半固体状态，并且因此熔融金属在金属板内部保持不变。因此，由于金属板的内部与结晶器中所包含熔融金属的表面之间的高度差，向金属板的内部施加相当大量的压力，并且因此设计了辊、辊轴承和辊支承结构来支承该负荷。
[0005] 另外，随着金属板向下前进，由与熔融金属表面的高度差引起的压力增加，并且因此通常将下部辊设计成具有相对大的直径。另外，大直径的辊还具有大的辊距，即在金属板的前进方向上彼此相邻的辊的中心之间的距离。
[0006] 另外，由金属板内部存在的熔融金属的压力引起的金属板向外膨胀通过辊与金属板的表面接触而受到抑制。因此，如果辊的辊距较大，则位于辊之间且因此不与辊接触的金属板部分大，并且因此金属板在一定程度上膨胀。
[0007] 即，参照图1，在使金属板通过辊之间的过程中，在金属板的凝固层的不与辊接触的区域中略微发生膨胀。
[0008] 因此，必需将辊尽可能紧密地布置在一起以使辊的间距最小化并且由此防止凝固层的膨胀。
[0009] 另外，当凝固层膨胀时，膨胀量可周期性地变化，并且认为这种现象引起熔融金属的表面高度变化。另外，这种现象还引起金属板的半凝固内部的体积变化，并且由于金属板以这种状态通过辊，因此结晶器中所包含熔融金属的表面高度发生周期性变化。
[0010] 观察到，熔融金属的表面高度的变化周期与辊的间距密切相关。虽然根据经验知晓熔融金属的表面高度变化倾向于与金属板的前进速度和辊的间距成比例地增加，但是其机理尚未明确发现。
[0011] 与此同时，如果熔融金属的表面高度变化超过容许极限，发生不均匀的凝固，这对品质具有不利影响。此外，在严重情况下，凝固层的脆弱部分可破裂并且尚未凝固的熔融金属可泄漏到外部，从而造成相当大的损害，例如生产暂停或损坏生产设备。
[0012] 因此，通常在根据熔融金属的表面高度的容许变化范围限制金属板的前进速度的同时进行加工。然而，这是降低金属板的生产率的一个因素。发明内容
[0013] 技术问题
[0014] 本公开的一个方面可提供了一种凝固设备，其中除了改变辊的布置之外，还去除了辊距的重复性，从而降低熔融金属表面的周期性变化并使熔融金属的表面高度变化相对不受金属板的前进速度影响。因此，可显著提高金属板的前进速度并且由此可提高金属板的生产率。
[0015] 技术方案
[0016] 根据本公开的一个方面，用于通过凝固熔融金属来生产金属板的凝固设备可包括沿金属板的前进方向布置的辊列，其中当所述辊列分组成多个区(section)时，在给定区中辊距的平均值可小于先前区中辊距的平均值，每个所述辊距是在金属板的前进方向上相邻的辊的中心之间的距离。
[0017] 另外，在给定区中辊距的平均值可小于后续区中辊距的平均值。
[0018] 另外，每个区可以是包括至少四个辊距的空间。
[0019] 另外，每个区可以是包括布置在1m或更大的长度内的辊的空间。
[0020] 另外，所述区可以是在物理上限定的空间。
[0021] 另外，所述区可以以扇形段(segment)为基础在物理上限定。
[0022] 另外，每个区可以是在驱动辊与相邻另一驱动辊之间的空间。
[0023] 另外，给定区中辊距的平均值与先前区中辊距的平均值之间的差值可以为10mm或更大。
[0024] 另外，辊距的平均值的差值可以为20mm或更大。
[0025] 另外，金属板的前进速度可以为4m/分钟或更大。
[0026] 所述区可包括：水平区，所述水平区水平地传送金属板；弯曲区，所述弯曲区具有预定曲率并且位于结晶器的出口与水平区之间，熔融金属通过所述出口排出；和曲率变化区，所述曲率变化区设置在出口与弯曲区之间的区域和弯曲区与水平区之间的区域中的至少一个区域中，所述曲率变化区具有不同的曲率。
[0027] 另外，凝固设备还可包括垂直连接至出口以垂直地传送金属板的垂直区，所述垂直区也连接至弯曲区。
[0028] 另外，每个区中辊距的平均值可由下述式1限定：
[0029] 式1
[0030] Pa(k)＝∑iP(k,i)/N
[0031] 其中N是给定区中辊距的数目，k是区的编号，并且i是区k中辊距的序号。
[0032] 另外，辊距的平均值小于先前区中辊距的平均值的给定区可在其中金属板凝固的凝固长度内，并且金属板的凝固长度可由下述式2限定：
[0033] 式2
[0034]
[0035] 其中L是金属板完全凝固所需的以毫米(mm)计的长度，V是以mm/分钟计的金属板的前进速度，H是(以mm计的)金属板的厚度，并且K是20mm/分钟1/2至30mm/分钟1/2的凝固常数。
[0036] 另外，辊距的平均值小于先前区中辊距的平均值的给定区可重复至少两次。
[0037] 有益效果
[0039] 图1是举例说明金属板的前进状态的示意图。
[0040] 图2是举例说明根据本公开的实施方案的凝固设备的示意图。
[0041] 图3的(a)至(c)是举例说明根据本公开的实施方案的凝固设备的辊列的示意图。
[0042] 图4是举例说明本公开的本发明实施例中凝固设备的每个区中辊距的平均值与相关技术中每个区中辊距的平均值进行比较的图。
[0043] 图5是举例说明根据本公开一个实施方案的金属板的凝固长度、速率和厚度之间的关系的图。
[0044] 图6是示出了本发明实施例中凝固设备的每个区中辊距的平均值的图。
具体实施方式
[0045] 在下文，将参照附图对本公开的一些实施方案进行详细描述。然而，本公开的实施方案可以以多种形式进行修改，并且本公开的范围不限于这些实施方案。在附图中，为了清楚起见，可放大元件的形状和尺寸，并且通篇使用相同的附图标记来表示相同或相似的元件。
[0046] 图2是举例说明根据本公开一个实施方案的凝固设备的示意图，并且图3是举例说明根据本公开的实施方案的凝固设备的辊列的示意图。
[0048] 结晶器20在其中包括冷却装置，并且因此与结晶器20接触的熔融金属从其表面被冷却且以金属板B的形式从结晶器20排出，其中金属板B的内部尚未凝固。
[0049] 另外，可在金属板B的前进方向上在结晶器20的出口侧布置辊列，以引导以半凝固状态排出的金属板B，并且辊列可与驱动单元联合形成传送单元30。
[0050] 传送单元30冷却并凝固半凝固的金属板B，并将金属板B传送到后续工艺。
[0051] 在本实施方案中，传送单元30可根据辊列的辊距的平均值分成多个区。
[0052] 在此，参照图3的(a)，每个区可以是具有至少四个辊距的空间。即，每个区可被限定为包括五个辊和至少四个辊距的空间，每个所述辊距是辊的中心之间的距离。在本实施方案中，辊距是引起熔融金属的表面高度变化的关键因素，并且因此可通过辊距而不是辊的数目来限定区。
[0053] 另外，每个区中辊距的平均值可由下述式1表示。
[0054] [式1]
[0055] Pa(k)＝∑iP(k,i)/N
[0056] 其中N是给定区中辊距的数目，k是区的编号，并且i是区k中辊距的序号。
[0057] 在本实施方案中，每个区被限定为具有至少四个辊距的空间。然而，在与该区相对和对称的区中不需要相同的辊布置，或者不需要以相同的方式限定与该区相对和对称的区。即，区可以彼此独立地限定。
[0058] 另外，尽管在本实施方案中将每个区限定为具有至少四个辊距的空间，但是每个区的限定不限于此。例如，区可根据其长度来限定。
[0059] 即，在本实施方案中，每个区可被限定为包括布置在1m或更大的长度内的辊的空间。
[0060] 在本实施方案中，如果每个区的长度小于1m，则辊在区中布置得相当密集，并且因此可能不容易发生熔融金属的表面高度变化。此外，在本实施方案中，每个区可被限定为包括沿设备条件所允许的足够长度布置的辊的空间。
[0061] 另外，每个区可以是在物理上限定的空间。
[0062] 例如，如图3的(b)所示，在物理上限定的空间可以是以扇形段为基础限定的空间。在每个扇形段中，可设置多个用于引导金属板B的移动的辊，并且辊列可被物理地分组以例如以扇形段为基础交换或替换。
[0063] 另外，参照图3的(c)，在物理上限定的空间可以不是以扇形段为基础限定的空间，而是可以是在一驱动辊与后续驱动辊之间的空间。
[0064] 一般来说，每个扇形段可具有一个驱动辊，例如在该扇形段的中心区域中。另外，除驱动辊之外，每个扇形段还可包括多个辊列。在此，在一驱动辊与后续驱动辊之间的空间可以是在一个扇形段的驱动辊与后续扇形段的驱动辊之间的空间，或者可以是除扇形段之外的结构的驱动辊之间的空间。在该空间中，可布置多个辊列。
[0065] 在如上所述分成多个区的辊列中，在给定区中辊距的平均值可大于先前区中辊距的平均值或者辊距的平均值在这两个区中可相同，每个所述辊距是在金属板的前进方向上彼此相邻的两个辊的中心之间的距离。
[0066] 在这种情况下，随着金属板B沿辊列的区前进，由熔融金属的表面与金属板B之间的高度差引起的负荷增加，并且作用于辊列的压力增加。
[0067] 在另一方面，在本实施方案的多个区的给定区中，辊距的平均值可小于先前区中辊距的平均值，每个所述辊距是在金属板B的前进方向上两个相邻辊的中心之间的距离。即，当辊列分组成多个区时，在给定区中辊距的平均值可小于先前区中辊距的平均值，每个所述辊距是在金属板B的前进方向上两个相邻辊的中心之间的距离。
[0068] 当在给定区中辊距(各自是在金属板B的前进方向上两个相邻辊的中心之间的距离)的平均值小于先前区中辊距的平均值时，该给定区中辊距的平均值还可小于后续区中辊距的平均值。
[0069] 即，在给定区中辊距的平均值可反转(reversed)，并且因此该给定区中辊距的平均值可小于先前区中辊距的平均值和后续区中辊距的平均值。
[0070] 每个区中辊距的平均值可如图4的附图所示。图4是举例说明根据本公开的本发明实施例的凝固设备的每个区中辊距的平均值与相关技术中每个区中辊距的平均值进行比较的图。在图4中，x轴是区，y轴是辊距的平均值。
[0071] 参照图4，当给定区中辊距的平均值与先前区中辊距的平均值之间的差值为10mm或更大时，可获得对于提高铸造速率而言有意义的结果。
[0072] 即，当给定区中辊距的平均值比先前区中辊距的平均值小少于10mm时，对结晶器中熔融金属的表面高度变化没有作用。
[0073] 在另一方面，给定区中辊距的平均值比先前区中辊距的平均值小10mm或更大，可减小结晶器中熔融金属的表面高度变化。
[0074] 例如，当给定区中辊距的平均值比先前区中辊距的平均值小约17mm时，结晶器中熔融金属的表面高度变化减小，并且由此与相关技术相比，可使铸造速率提高约0.5m/分钟。即，当在相关技术中铸造速度为6.5m/分钟时，可以理解，在根据本公开的技术减小辊距的平均值之后，铸造速率提高至7.0m/分钟。
[0075] 当给定区中辊距的平均值比先前区中辊距的平均值小约20mm或更大时，结晶器中熔融金属的表面高度的变化可大大减小。
[0076] 例如，当给定区中辊距的平均值比先前区中辊距的平均值小约38mm时，结晶器中熔融金属的表面高度变化减小并且由此与相关技术相比，可使铸造速率提高约1.5m/分钟。即，可以理解的是，尽管在相关技术中铸造速率为6.5m/分钟，当辊距的平均值减小约17mm时，铸造速率为7.0m/分钟，并且当辊距的平均值减小约38mm时，铸造速率为8.0m/分钟。
[0077] 因此，根据上述数据，可以理解，当在给定区中辊距的平均值比在先前区中辊距的平均值小20mm或更大时，可获得期望的结果。
[0078] 然而，根据设备的容许负荷，辊距的平均值减小的程度可具有上限。一般来说，如果辊距的平均值减小的程度增加，可向辊支承结构和驱动系统(例如轴承)传递大的负荷，并且因此可根据设备可以承受的负荷来确定辊距的平均值减小的上限。
[0079] 如上所述，可以理解的是，当给定区中辊距的平均值小于先前区中辊距的平均值时，可减小结晶器中熔融金属的表面高度变化。另外，在使给定区中辊距的平均值相较于先前区减小之后，可在后续区中使辊距的平均值增大。
[0080] 图5是举例说明根据本公开一个实施方案的金属板的凝固长度、速率和厚度之间的关系的图。
[0081] 参照图5，在本实施方案中，随着金属板B的前进速度提高，可缩短使金属板B完全凝固所需的长度。
[0082] 可如上所述提高金属板B的前进速度，因为在金属板B完全凝固之前，由于辊距的平均值小于先前区中辊距的平均值的区，熔融金属的表面高度变化相对不受金属板B的前进速度影响。
[0083] 如上所述，辊距的平均值小于先前区中辊距的平均值的区可存在于金属板B尚未完全凝固的长度内，从而降低在金属板B完全凝固之前由金属板B与结晶器中所包含熔融金属的表面之间的高度差引起的压力，并且抑制在金属板B移动时由金属板B中熔融金属的压力引起的金属板B向外膨胀。
[0084] 因此，在本实施方案中，辊距的平均值小于先前区中辊距的平均值的反转区的最大长度等于金属板B凝固所需的长度，其可通过式2表示为金属板B的前进速度V的函数。
[0085] [式2]
[0086]
[0087] 其中L是金属板完全凝固所需的长度(mm)，V是以mm/分钟计的金属板的前进速度，H是(以mm计的)金属板的厚度，并且K是20mm/分钟1/2至30mm/分钟1/2的凝固常数。
[0088] 在本实施方案的凝固设备中，在给定区中辊距(其各自是在金属板B的前进方向上两个相邻辊的中心之间的距离)的平均值可小于先前区中辊距的平均值，从而减小结晶器中熔融金属的表面高度变化并且使金属板B的前进速度维持在4m/分钟或更大。
[0089] 此外，在本实施方案中，如图2所示，传送单元30可分成垂直连接至结晶器20的出口侧的垂直区100、连接至后续工艺区的水平区300和位于垂直区100与水平区300之间的弯曲区200。
[0090] 在这种情况下，可在垂直区100与弯曲区200之间的区域和弯曲区200与水平区300之间的区域中的一个中设置以不同斜率弯曲的曲率变化区400。
[0091] 此外，传送单元30的垂直区100可包括至少一个扇形段，并且在位于垂直区100与弯曲区200之间的曲率变化区400中辊距(其各自是在金属板B的前进方向上两个相邻辊的中心之间的距离)的平均值可小于先前区中辊距的平均值。
[0092] 在辊距(其各自是在金属板B的前进方向上两个相邻辊的中心之间的距离)的平均值小于先前区中辊距的平均值的反转区之后，在后续区中辊距的平均值可再次增大。
[0093] 尽管在本实施方案中传送单元30分成垂直区100、弯曲区200和水平区300，但是传送单元30可仅包括垂直区100，或者在其中弯曲区200直接连接至结晶器20的出口侧而没有垂直区100的状态下，传送单元30可仅包括弯曲区200和水平区300。另外，如果弯曲区200的斜率是恒定的，则可不设置其中弯曲的斜率变化的曲率变化区400。
[0094] 另外，辊距的平均值小于先前区中辊距的平均值的区可出现两次或更多次，并且在这种情况下，可进一步减小结晶器中熔融金属的表面高度变化。
[0095] 当金属板B的前进速度提高并且其中辊距的平均值均匀增大的布置重复多次时，结晶器20中熔融金属的表面高度变化增加。因此，如果最小程度地重复其中辊距的平均值均匀增大的布置，熔融金属的表面高度变化可对金属板B的前进速度较不敏感。在这种情况下，如果使熔融金属的表面高度变化维持在与相关技术中相同的程度，结果，可提高金属板B的前进速度。
[0096] 图6是示出了本发明实施例中凝固设备的每个区中辊距的平均值的图。在图6中，x轴是区，y轴是辊距的平均值。
[0097] 参照图6，根据该实施方案，与先前区中辊距的平均值相比，在给定区中辊距的平均值减小的程度小于10mm，即使当辊距的平均值在后续区中在一定程度上增大时，该给定区和第二后续区中辊距的平均值总共减小10mm或更大。在这种情况下，可改善结晶器中熔融金属的表面高度变化的减小程度。
[0098] 即，甚至当在某一区中辊距的平均值未充分减小10mm或更大时，如果相继区中辊距的平均值的总和减小10mm或更大，整体上呈减小趋势，则可获得对减小结晶器中熔融金属的表面高度变化而言有意义的结果。
[0099] 具体地，辊距的平均值可在D1与D2之间减小8mm，在D2与D3之间增加4mm，然后在D3与D4之间减小8mm。
[0100] 在这种情况下，各区之间辊距的平均值减小的程度在为10mm或更小，并且仅对于在各区之间辊距的平均值的这种减小程度，不能获得对于减小结晶器中熔融金属的表面高度变化而言有意义的结果。
[0101] 然而，在D1与D4之间辊距的平均值减小的总和可以为12mm，并且在这种情况下，由于辊距的平均值整体上减小10mm或更大，因此可减小结晶器中熔融金属的表面高度变化。
[0102] 如上所述，在先前区(例如，在D1至D4之间的区)中使辊距的平均值减小之后，可在随后区(例如，区D5或后面的区)中使辊距的平均值再次增大。
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈