專利名稱：一種用于連鑄金屬、尤其是鋼的鑄型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于連鑄金屬、尤其是鋼的鑄型，該鑄型具有一個(gè)兩端開口的型腔。
自從無(wú)底鑄型連續(xù)鑄造開始以來(lái)，專業(yè)人員遇到了在坯料硬殼和型壁之間形成空氣隙的問題。這種空氣隙顯著降低鑄型和坯料硬殼之間的熱傳導(dǎo)，并造成坯料硬殼的不均勻冷卻，導(dǎo)致坯料上的各種缺陷，諸如偏菱形形狀、裂紋、結(jié)構(gòu)缺陷，等等。為了使坯料硬殼和型壁之間，基本上在所有邊上并且沿著鑄型的整個(gè)長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)良好接觸，從而得到最佳散熱條件，曾有過大量提案，例如擺動(dòng)梁，將冷卻劑注入空氣隙中，帶不同錐度的型腔，等等。
US-PS 4，207，941公開了一種用于連鑄具有多邊形、尤其是四邊形斷面的鋼坯的鑄型。向兩端開口的型腔，其斷面是四邊形的，在澆入端帶有角部槽，在坯料出口端具有不規(guī)則的十二邊形狀。在靠近角部槽的角部區(qū)域，鑄造錐度順著坯料前進(jìn)方向連續(xù)增大，在槽附近并沿著鑄型的局部長(zhǎng)度，其錐度約為鑄型型壁中央?yún)^(qū)域的錐度的兩倍。當(dāng)這些鑄型用來(lái)鑄造時(shí)，坯料會(huì)卡住在鑄型內(nèi)，造成有裂縫的坯料和斷裂。另外，鑄出的坯料是十二邊形而不是四邊形。尤其是，很難給這些鑄型定出對(duì)鑄造作業(yè)進(jìn)行中變化著的鑄造速度的合適尺寸，這一點(diǎn)在多次更換澆包的長(zhǎng)鑄造工序中是重要的。
本發(fā)明的目的在于克服上面所述缺點(diǎn)。一個(gè)特定的目的是通過將鑄型內(nèi)的坯料斷面加工成一定形狀，將坯料硬殼的整個(gè)周邊冷卻至可調(diào)的程度，以便改善坯料的質(zhì)量和提高鑄造速度。另一個(gè)目的是允許當(dāng)鑄造作業(yè)在進(jìn)行中時(shí)存在變化著的鑄造速度，并且避免上述的有裂紋坯料和斷裂等缺點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，一種用于連鑄金屬、尤其是鋼的鑄型，該鑄型具有一個(gè)兩端開口的型腔，其中環(huán)繞型腔斷面的周線被分成若干周邊部，各周邊部具有一個(gè)凸起形式的斷面擴(kuò)大部，凸起的寬度，在坯料前進(jìn)方向，至少沿著型腔的局部長(zhǎng)度是減小的，使坯料斷面在通過型腔的局部長(zhǎng)度時(shí)改變形狀。
借助于本發(fā)明的鑄型，可以用機(jī)械方式對(duì)坯料和小鋼坯斷面上的所有周邊部分提供均勻冷卻，冷卻強(qiáng)度可在預(yù)定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。這是一個(gè)影響坯料硬殼結(jié)晶和改善坯料質(zhì)量的措施?？梢员苊饬庑芜吘?、表面缺陷以及結(jié)構(gòu)缺陷。作為控制斷面成形的其它結(jié)果，在本發(fā)明的鑄型中，可以使坯料周邊的冷卻更加均勻，甚至在鑄造速度變化時(shí)都如此。在高鑄造速度下造成有裂紋坯料或斷裂的危險(xiǎn)性得以顯著減少。
在本發(fā)明的鑄型中，各周邊部中的型腔凸起都是弧形的，具有比常用鑄型更大的尺寸穩(wěn)定性，尤其在靠近熔池表面的高熱應(yīng)力區(qū)。
一般地說(shuō)，從靠近熔池表面的區(qū)域開始，沿著局部或整個(gè)鑄型長(zhǎng)度的型腔，凸起是減小的。例如，在鑄型出口，各周邊部中可留下剩余腔(residual cavity)。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，還建議在鑄型出口端，在所有邊的角部之間使型腔具有直線斷面。此外，在鑄型出口端，鑄型可以是圓形的，或者可以具有初始形狀，例如工字鋼的形狀。
在定凸起的尺寸時(shí)，必須留意，即使坯料硬殼停留在鑄型內(nèi)只有很短的時(shí)間，即在高鑄造速度之下，也不能使坯料卡住在兩鄰接周邊部之間的邊界區(qū)域，例如卡住在角部上。為此，熔池表面處的弧長(zhǎng)和鑄型出口處的弧長(zhǎng)或鑄型出口處的弦長(zhǎng)之間的差值被測(cè)出，并與坯料硬殼橫向于坯料前進(jìn)方向上的收縮量相比較。前面所述的通過凸起尺寸測(cè)出的差值，可被選擇，以便與前述的收縮量基本上相一致。在一個(gè)實(shí)施例中，澆入端的型腔兩相對(duì)周邊部之間，在最大凸起部位測(cè)出的內(nèi)部寬度，要比坯料出口端同樣兩相對(duì)周邊部之間的內(nèi)部寬度大5%至15%左右，最好大至少5%至8%。
凸起的寬度，可沿著鑄型在鑄造方向上減小至一個(gè)減小的程度，或任意漸進(jìn)地達(dá)到零。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，凸起寬度可有利地在順坯料前進(jìn)方向的順序斷面上連續(xù)增大。根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，凸起在坯料前進(jìn)方向上的寬度變化，還可以通過錐度來(lái)確定。凸起的形狀和尺寸通常在所有部分中是相同的。凸起的錐度沿著周邊部變化。在一個(gè)實(shí)施例中，在各周邊部?jī)啥说腻F度可介于0至1%/m之間，在周邊部中部的錐度可介于10至35%/m之間。
也可以通過選擇型腔上帶有凸出側(cè)壁部分的長(zhǎng)度或局部長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行變化。原則上，凸起的尺寸可沿著型腔的整個(gè)長(zhǎng)度，或者沿著其局部長(zhǎng)度減小。在一個(gè)有利的實(shí)施例中，局部長(zhǎng)度是鑄型長(zhǎng)度的至少50%。在常用的800mm長(zhǎng)的鑄型中，局部長(zhǎng)度則為至少400mm。
在現(xiàn)有技術(shù)的呈錐形矩形鑄型中，角部或角部區(qū)域的錐度，是側(cè)壁上錐度的兩倍的平方根。在上述鑄型中，當(dāng)錐度超出0.9-1.2%/m的常規(guī)值時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致坯料卡住和形成有裂紋的坯料。與現(xiàn)有技術(shù)鑄型的帶錐度壁不一樣，根據(jù)本發(fā)明，坯料的斷面形狀在通過型腔的局部長(zhǎng)度時(shí)是變化著的，并且冷卻能力在過程中也是受到控制的。在兩相鄰周邊部的邊界區(qū)域，即在型腔的角部，錐度可自由選擇，而不用考慮凸起的寬度和錐度。這樣，就有可能第一次制造出一種鑄型，其角部或角部區(qū)域的錐度的選擇，可以與凸出的側(cè)邊表面的錐度和形狀無(wú)關(guān)。例如，角部可以采取正的、零的或者負(fù)的錐度，取決于重整形的凸起的數(shù)量或坯料硬殼的收縮量，等等。
在一個(gè)推薦的實(shí)施例中，在帶有凸起的局部長(zhǎng)度上，沿著對(duì)角線測(cè)出的錐度約為0至1%/m，最好介于0.1和0.5%/m之間。
由于種種已知的原因，在多邊形坯料斷面的情況下，型腔的角部被弄圓。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，如果型腔的角部具有半徑為斷面?zhèn)冗呴L(zhǎng)度3-8%的槽是特別有利的。
凸出的型壁可有各種形狀。在一個(gè)推薦的實(shí)施例中，凸起是以弧線為界的，該弧線的半徑可在坯料前進(jìn)方向上無(wú)限增大。為簡(jiǎn)化鑄型管或鑄型壁的制造，使凸起以彎曲的和/或平的表面為界也可能是有利的。
不管凸起的形狀如何，在一個(gè)推薦的實(shí)施例中，凸起與槽弧相切。帶有在坯料前進(jìn)方向上減小的凸起的鑄型，可以通過銅壁的熱加工或冷加工制造出來(lái)。在一個(gè)實(shí)施例中，如果型腔的至少一個(gè)局部長(zhǎng)度是由爆炸成形加工出來(lái)是特別有利的。帶有直的或彎曲的坯料軸線的高精度管狀鑄型，可以通過將其壓進(jìn)一個(gè)帶凸起的卷筒中，然后進(jìn)行爆炸成形而制造出來(lái)。
現(xiàn)參照附圖對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。附面簡(jiǎn)單說(shuō)明如下

圖1 是沿圖2中Ⅰ-Ⅰ線的管狀鑄型的縱向剖視圖;
圖2 是圖1所示鑄型的俯視圖;
圖3 是具有四個(gè)輪廓曲線的帶凸起型腔的一種實(shí)例的其中一角的俯視圖;
圖4 是具有四個(gè)輪廓曲線的帶凸起型腔的另一種實(shí)例的其中一角的俯視圖;
圖5 是具有四個(gè)輪廓曲線的帶凸起型腔的另一種實(shí)施例的其中半個(gè)型腔的俯視圖;
圖6 是一種圓鑄型的俯視圖;
圖7 是一種具有曲線邊界型腔的鑄型的俯視圖。
圖1和圖2示出一種用于連鑄多邊形斷面(本實(shí)例中為四邊形斷面)坯料的鑄型3。箭頭4指向鑄型3的澆入端，而箭頭5指向其坯料出口端。型腔6的澆入端具有一種斷面形狀，其坯料出口端具有另一種形狀。圖2清楚地示出，型腔6的澆入端4，在角8和角8′″之間具有凸起9這種形式的擴(kuò)大部。弧高10表示凸起的寬度，它在坯料11的前進(jìn)方向上沿著型腔6的部分長(zhǎng)度12不斷減小。在平面14和平面15上的兩型腔斷面之間界定的鑄型的部分13，具有四邊形截面和槽16，這在現(xiàn)有技術(shù)中已公知。
周線17示出平面14上的型腔斷面，周線18示出平面15上的型腔斷面。在鑄型出口端的型腔6的斷面上，四個(gè)角8之間的各個(gè)側(cè)邊都是直的。箭頭2指示圍繞型腔6的周線的一部分。該鑄型具有四個(gè)帶有相同斷面擴(kuò)大部7的周邊部分。除四邊形之外，型腔6的基本形狀還可以是六邊形、矩形等等。
在澆入端4，型腔6靠近最大凸起處兩對(duì)邊之間的內(nèi)部寬度20，要比坯料出口端5的型腔兩對(duì)邊之間的內(nèi)部寬度21大5至15%左右。換句話說(shuō)，內(nèi)部寬度20還可以是比局部長(zhǎng)度12終點(diǎn)處平面14上的內(nèi)部寬度22大出至少5%，最好至少8%。
凸起9的高度10，在順著坯料前進(jìn)方向的順序斷面上連續(xù)減小，最大高度10沿著線24的錐度，可由下式計(jì)算出T＝ (Bo-Bu)/(Bu·L) ·100式中，Bo是頂部寬度，單位為mm;Bu是底部寬度，單位為mm;L是確定長(zhǎng)度，單位為m;T是錐度，A單位為%/m。由該式計(jì)算出的錐度可以是10至35%/m。
在本實(shí)例中，局部長(zhǎng)度12為400mm，或?yàn)殍T型長(zhǎng)的大約50%，該鑄型長(zhǎng)約為800mm。
在圖3中，輪廓曲線30-33顯示帶凸起型腔35的一角。輪廓曲線30代表鑄型34的型腔35的頂緣。標(biāo)號(hào)36指示鑄型管的壁厚。標(biāo)號(hào)33指示鑄型出口的輪廓曲線。曲線30和33之間，錐度可在兩中間高度上讀出。曲線31和32示出凸起減小著的高度，導(dǎo)致了坯料硬殼在鑄造過程中改變形狀。槽38附近，型腔35沿著線39上的對(duì)角截面處的錐度是0-1%/m，最好是0.1-0.5%/m。通常不建議沿著線39改變鑄型殼的形狀。
圖4示出與圖3相似的輪廓曲線40-43。其中主要差別在于沿著對(duì)角線49上的槽48的形狀不同。槽48在坯料49前進(jìn)方向上具有負(fù)錐度。因此，在角部區(qū)域，使型腔沿著坯料前進(jìn)方向變寬。根據(jù)坯料的形狀和重新整形的凸起所選擇的高度的情況，有利的是，角部48沿著對(duì)角線49設(shè)有負(fù)錐度，以避免坯料有在鑄型中卡住的任何機(jī)會(huì)。角部區(qū)域的形狀還可用來(lái)控制邊緣區(qū)域的冷卻。當(dāng)修整有大凸起時(shí)，如果弦的伸長(zhǎng)沒有被收縮量補(bǔ)償，沿著對(duì)角線49的負(fù)錐度可能是理想的，以便對(duì)弦的伸長(zhǎng)進(jìn)行補(bǔ)償。
在圖5中，各凸起是以各直平面部分為界的。輪廓曲線50-53顯示出凸起高度的連續(xù)減小。凸出的兩側(cè)邊在標(biāo)號(hào)54處倒圓，以避免中部產(chǎn)生對(duì)接棱緣。平直部分向著槽58的切向延伸。在本實(shí)例中，槽58在坯料前進(jìn)方向上不設(shè)有錐度。在沿對(duì)角線59的截面上，槽58基本上平行于鑄型的縱向中心軸線延伸。
圖3至5中所示的鑄型38、48、58，其錐度必須通過計(jì)算和/或通過試鑄來(lái)確定。沿著鑄型的局部長(zhǎng)度，當(dāng)凸起高度增加時(shí)，與各弧相關(guān)的弦長(zhǎng)也增加。另一方面，在給定鑄造速度下，坯料硬殼在垂直于坯料前進(jìn)方向上的收縮量能夠被計(jì)算出，并與弦的伸長(zhǎng)相比較。角部區(qū)域的錐度可以從該兩值的差值確定出來(lái)。必須留意，在高鑄造速度下，即當(dāng)硬殼在鑄型中只停留很短時(shí)間時(shí)，其收縮量要比在低鑄造速度下小。
圖6和7所示鑄型，其型腔60、70以彎曲或環(huán)形表面為界。環(huán)繞鑄型斷面的周線61、71分別分成三部分62、72。部分62、72的數(shù)目可自由選擇。一般地說(shuō)，圖中所示基本上圓形的鑄型，通常被分成2至6個(gè)周邊部分62、72。每個(gè)周邊部分62、72具有一個(gè)凸起63、73形式的斷面擴(kuò)大部。在這些實(shí)例中，擴(kuò)大的斷面部用以弧線為界的凸起來(lái)表示。凸起63、73的尺寸分別由箭頭65、65′、65″和75、75′表示。沿著型腔的局部長(zhǎng)度，凸起順著箭頭方向減小尺寸，使坯料斷面在通過型腔局部長(zhǎng)度時(shí)改變形狀。所有周邊部62、72中的凸起63、73的形狀和尺寸是相同的。凸起63、73在坯料前進(jìn)方向上測(cè)量出的錐度，其數(shù)值沿著周邊部62、72是變化著的。在各周邊部62、72的兩端66、66′、76、76′，錐度是0至1%/m，在各周邊部的中部，錐度是0至1%/m，在各周邊部的中部，錐度通常介于10至35%/m之間。
另外，在基本圓形型腔斷面的情況下，坯料可以在兩個(gè)互相緊挨著或其間介有一個(gè)中間區(qū)的局部長(zhǎng)度中成形。在這種鑄型中，連續(xù)的局部長(zhǎng)度中的周邊部彼此偏移，最好偏移半個(gè)周邊部。
利用現(xiàn)有技術(shù)中公知的各種減小摩擦的方法，例如潤(rùn)滑、表面處理，涂覆，鑄型料的選擇等，就可增加鑄型的工作壽命，并改善坯料的表面質(zhì)量。
為簡(jiǎn)化起見，所有附圖中所示均為直的管狀鑄型，但本發(fā)明還可應(yīng)用于彎曲鑄型以及錠鑄型或板鑄型。
在一種實(shí)施方案中，上述帶有彎曲或直型腔的鑄型的制造方法，其特征在于具有以下的步驟將一個(gè)由銅合金制成的連鑄管形截面件，利用已知的現(xiàn)代方法，在一彎曲心軸上彎曲至一弧線式連鑄設(shè)備的鑄造半徑。在直鑄型的情況下，該步驟被略去。然后將一擴(kuò)散心軸插入或壓入該銅管內(nèi)。利用與推薦的凸起相應(yīng)的活動(dòng)擴(kuò)張部件將鑄型沿著其長(zhǎng)度的全部或局部進(jìn)行擴(kuò)張。如果是采用一種可硬化的銅合金，將鑄型管通過彌散進(jìn)行硬化或通過例如噴丸處理等冷加工進(jìn)行硬化。如果將鑄型的全部或部分長(zhǎng)度，通過在卷筒上爆炸成形進(jìn)行附加校準(zhǔn)，就可使管狀鑄型獲得高精度的型腔。
權(quán)利要求
1.一種用于連鑄金屬、尤其是鋼的鑄型，該鑄型(3)具有一個(gè)兩端開口的型腔(6、35、60、70)，其特征在于環(huán)繞型腔斷面的周線(61、71)被分成若干周邊部(62、72)，各周邊部(62、72)具有一個(gè)凸起(9、63、73)形式的斷面擴(kuò)大部(7)，凸起(9、63、73)的寬度(10)，在坯料前進(jìn)方向(11)，至少沿著型腔(6、35、60、70)的局部長(zhǎng)度(12)是減小的，使坯料斷面在通過型腔(6、35、60、70)的局部長(zhǎng)度(12)時(shí)改變形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄型，其特征在于所有周邊部(62、63)中的凸起(9、63、73)，其形狀和尺寸是相同的，在坯料前進(jìn)方向(11)上測(cè)量出的凸起(9、63、73)的錐度，其數(shù)值沿著周邊部(62、63)是變化的，各周邊部(62、72)兩端(66、66′、76、76′)的錐度最好介于0和1%/m之間，而各周邊部(62、72)中部的錐度最好介于10和35%/m之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鑄型，其特征在于坯料出口端的型腔斷面是多邊形的，最好為四邊形或六邊形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鑄型，其特征在于坯料出口端的型腔斷面具有弧形邊界面，最好基本上是圓形的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鑄型，其特征在于坯料出口端的型腔斷面具有初始形狀，最好是工字鋼形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鑄型，其特征在于基本上是圓形的鑄型被分成2至6個(gè)周邊部(62、72)各周邊部(62、72)具有一個(gè)大致環(huán)形凸起(63、73)形式的擴(kuò)大斷面部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鑄型，其特征在于型腔(60、70)的第一和第二局部長(zhǎng)度(12)的周邊部(62、72)彼此偏移，最好偏移半個(gè)周邊部(62、72)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鑄型，其特征在于澆入端(4)兩相對(duì)周邊部之間，在最大凸起(9)部位測(cè)出的內(nèi)部寬度(20)，要比坯料出口端(5)的同樣兩周邊部之間的內(nèi)部寬度(21)大5%至15%左右，最好大至少5%至8%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的鑄型，其特征在于局部長(zhǎng)度(12)是鑄型長(zhǎng)度的至少50%。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鑄型，其特征在于在四邊形斷面的情況下，沿對(duì)角截面測(cè)出的錐度為0至1%/m，最好為0.1-0.5%/m。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的鑄型，其特征在于型腔(6、35)的角部(8-8′″)具有槽(16、38、48、58)，其半徑為斷面?zhèn)冗呴L(zhǎng)度的3-8%。
12.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的鑄型，其特征在于凸起(9)是以曲線和/或直線為界的。
13.一種制造按權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述鑄型的方法，其特征在于利用一彎曲心軸，將一個(gè)可硬化銅合金制成的連鑄管形截面件沿著一弧形形式連鑄設(shè)備的鑄造半徑進(jìn)行彎曲，利用一個(gè)擴(kuò)張心棒，將斷面擴(kuò)大部(7)擴(kuò)大成凸起(9、63、73)的形狀，將管形截面件靠彌散硬化或靠噴丸處理的加工硬化來(lái)進(jìn)行硬化。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鑄型制造方法，其特征在于至少一個(gè)局部長(zhǎng)度(12)的型腔(6、35、60、70)是利用爆炸成形來(lái)校準(zhǔn)的。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的鑄型制造方法，其特征在于兩對(duì)接周邊部(62、72)之間的邊界區(qū)域，其沿著局部長(zhǎng)度(12)的錐度，是通過坯料周邊長(zhǎng)度的幾何計(jì)算，以及通過坯料硬殼在其縱向軸線的橫向上的收縮量的計(jì)算來(lái)確定的。
全文摘要
一種用于連鑄多邊形斷面、尤其是四邊形或六邊形斷面坯料的鑄型，其型腔(6)在澆入端(4)和坯料出口端(5)具有不同形狀。通過在鑄型內(nèi)制造坯料斷面的成型，可改善坯料硬殼的冷卻，以改進(jìn)坯料質(zhì)量并提高鑄造速度。因此，在型腔各周邊部?jī)?nèi)設(shè)有凸起(9)形式的斷面擴(kuò)大部(7)，凸起的寬度(10)，在坯料前進(jìn)方向(11)上，至少沿著型腔的局部長(zhǎng)度(12)是減小的，使壞料斷面在通過型腔的局部長(zhǎng)度時(shí)改變形狀。
文檔編號(hào)B22D11/041GK1064034SQ92100838
公開日1992年9月2日 申請(qǐng)日期1992年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1991年2月6日
發(fā)明者F·卡瓦, A·施蒂利 申請(qǐng)人:瑞士商康凱斯史丹股份公司