專利名稱：用于冶金產(chǎn)品的熱頂連續(xù)鑄造的多角鑄模的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及如大方坯、鋼坯段或板坯的冶金產(chǎn)品的熱頂連續(xù)鑄造的鑄模的頭部。
在冶金產(chǎn)品連續(xù)鑄造的情形下，熔融金屬澆入處于直立放置的鑄模的頭部或上部，從該鑄模的底部抽出一個周邊凝固的產(chǎn)品。
這一方法稱為“熱頂連續(xù)鑄造”，事實上構(gòu)成一般的連續(xù)鑄造方法的改進，該方法如此使用，即彎月面(鑄造金屬的自由表面)轉(zhuǎn)到在鑄模頭部內(nèi)金屬的凝固開始高度的上游。為了實施熱頂連續(xù)鑄造方法，通常的由內(nèi)循環(huán)的冷卻水冷卻的鑄模的銅管形元件被絕熱耐火材料制的非冷卻的冒口很好地鄰接地蓋著，冒口作為被放在其上方不遠處的澆包的澆注流供入的熔融金屬的容器。借助這種新穎的鑄模頭部的結(jié)構(gòu)，在澆注周期中，液態(tài)金屬彎月面建立在該處在耐火冒口里面，而金屬的凝固開始在與冷卻金屬管元件齊平的位置，如在普通連續(xù)鑄造中那樣，該冷卻的金屬管元件校準鑄造產(chǎn)品的形狀及尺寸。因此，在冒口內(nèi)澆注流對液態(tài)金屬的攪拌受限制。在設在下面的銅管元件限定的凝固空間中，澆注流被保持在比較平靜的液體動力學狀態(tài)下，因此可以特別地平整與繞著鑄模內(nèi)周邊的冷卻銅壁接觸的鋼的凝固形狀。但是，為了成功地使用這種方法，必須避免鑄造金屬在冒口中過早地凝固，以便確定在更下面位置，精確地說在與冷卻銅壁接觸處開始凝固。
為此，已有建議在耐火冒口和銅管元件之間留出很小寬度(小于1mm和一般約0．2mm)的間隙，和通過該縫隙噴出流體，一般是氬氣等惰性氣體，繞著鑄模內(nèi)周邊噴入鑄模中。為了保證縫隙中任意點的氣流，通過一包著縫隙的分配室對縫隙供以加壓的氣體。
噴出氣體的效果是對著耐火冒口的內(nèi)壁剪切可形成在上方的不均勻的附加的凝固薄膜，使剛位于其下方的冷卻的銅元件中的凝固有陡的和均衡的開始。
在非圓形鑄模的條件下，或者說在設有四邊形冷卻管元件(用于澆注例如方形橫截面的扁坯、大方坯或鋼坯段)或更一般的為多角形的冷卻管元件(用于澆注有要求的最終產(chǎn)品的形狀的鑄坯)的情形下，已經(jīng)觀察到，在完全凝固后澆注產(chǎn)品上，沿著邊緣有凝固缺陷，如縱向裂紋、分層等缺陷，其來源于在凝固殼形成時，在鑄模上這些點缺乏凝固金屬。
本發(fā)明的目的是提供一個方案可減少或完全消除在得到的鑄造產(chǎn)品中的凝固缺陷。
為了這一目的，本發(fā)明提供了一種熱頂連續(xù)鑄造熔融金屬的鑄模，包括具有限定鑄造產(chǎn)品的形狀及尺寸的多角形的冷卻的金屬管形元件，在其中與冷卻的內(nèi)金屬壁接觸時熔融金屬凝固，所述的冷卻的管形元件被一個非冷卻的冒口覆蓋著，該冒口由絕熱耐火材料制成限定要凝固的熔融金屬的容器，用于繞鑄模的內(nèi)周邊噴出剪切流體的縫設在所述的冷卻的金屬管形元件和所述的冒口之間，其特征在于在角部設有減少剪切流體流的裝置。
優(yōu)選地，這些裝置包括阻擋噴射縫中氣體流的元件，所述的元件設在縫的角部。
本發(fā)明是出于下面的考慮。為了使冒口底部噴出的氣體流有滿意的剪切作用，沿著縫必須維持氣流速率使得沒有死區(qū)，在死區(qū)會有不希望的凝固碎片。但是，即使從周邊的壓力氣體歧管對縫供以氣體，確保壓頭損失相等，因此在縫的整個長度上有穩(wěn)定的流率的線性出射流，但是也不能使鑄造產(chǎn)品周邊各點的噴入氣流速率相等。因為在鑄模的角部有較大的氣體流速，因為縫具有與鑄模同樣的矩形，在鑄模角部區(qū)從兩方向供入氣體。在角部的大的氣體流速導致在縫的區(qū)域，特別是其下面冷卻的銅元件的上部，會有過壓，該過壓會在鑄造產(chǎn)品的邊緣把凝固殼局部從冷卻的銅壁上分離下來。由于在角部對產(chǎn)品冷卻的效果破壞，該分離導致“缺少凝固金屬”的凝固分布現(xiàn)象，該現(xiàn)象在得到的鑄造產(chǎn)品上放大為沿邊緣在角部處的凝固缺陷。
為了更清楚地理解本發(fā)明，下面參照附圖及非限制性實例詳細說明按照本發(fā)明的熱頂連續(xù)鑄造方形鋼坯段的鑄模，附圖中

圖1是沿圖3中1-1線剖切的鑄模的上部一半的示意的軸向剖面圖2是沿圖3中2-2線剖切的鑄模的上部一半的示意的軸向剖面圖；圖3是沿圖1、2中3-3線剖切的鑄模的下部的頂視圖。
圖1及圖2示出熱頂連續(xù)鑄造的鑄模的上部1，其包括一個冷卻的銅管元件6，向上延伸和完全鄰接著一個非冷卻的耐火材料制的冒口5，以便防止熔融金屬的滲透。
冷卻金屬元件6和耐火冒口5的內(nèi)部限定一個內(nèi)澆注空間3，熔融金屬4(如鋼)澆入其中并在其中凝固。如圖3可見，內(nèi)澆注空間3的截面形狀為帶有圓角的正方形，圓角的半徑擴大地放大了以便更清楚地示出制成本發(fā)明的特征元件(下面要說明)。
應該注意冷卻的銅管元件6形成鑄模的主元件。正是這個被內(nèi)循環(huán)的水(在元件6和包著元件6并隔一些距離的金屬套8之間如左方所示的空間2中)激烈冷卻，其通常作為結(jié)晶器，熔融金屬7對著該結(jié)晶器的內(nèi)壁11凝固，當鋼首先與冷的銅壁11接觸，首先形成了一個第一殼7’。接著，當鑄造產(chǎn)品沿著鑄模沿箭頭F的方向逐漸向下，在銅元件激烈冷卻的強烈的熱泵作用下，殼逐步加厚。這樣鑄造產(chǎn)品的凝固從周邊逐漸擴展到中心軸直到完全凝固，一般在鑄模下十米處發(fā)生，為此跟隨鑄模設置噴水，以便立即噴到要冷卻的鑄造產(chǎn)品的表面上。
關(guān)于熱頂澆注的一個專門元件，冒口5，其作用是用作熔融金屬的容器4。從鑄模上方不遠處的一個中間包14中澆出的金屬流12通過中間包的注孔上裝的澆注嘴13澆出。容器4構(gòu)成一個阻尼塊，它在液體動力學上起的主要作用是允許由于金屬流12的大的動量造成液體金屬的激烈攪動在那里自由發(fā)展和受到阻尼。因此，為了在結(jié)晶器6中凝固隨后進入結(jié)晶器6的液體鋼水成更平靜的狀態(tài)，重要的是遠離彎月面15，彎曲面的攪拌常是在普通連續(xù)鑄模中在最外的殼中凝固不均勻性的原因。在容器4的下面，熔融金屬流近似“活塞”型流，也就是在穿過剖面的速度矢量中沒有明顯的梯度的流，它對合適地進行凝固過程很有利。
作為總的規(guī)則，但是圖中未示出，耐火材料制的冒口5具有由考慮絕熱性能選出的纖維耐火材料制的主上部，以便把容器4中的熔融金屬保持在液態(tài)，耐火材料例如可用KAPYROK公司出的A120K材料，冒口5還有一個選自由致密耐火材料(如SiAION)制的下環(huán)形插塊，以便保證凝固開始造成的在冷卻的銅元件6的周圍有最好的機械整體性。
可以看出冒口借助對準銷(未示出)和帶有拉桿9’的裝配法蘭9固緊在相對管形元件6對齊的位置，該法蘭支承在罩住耐火材料零件的金屬板5a上。由鋼板制的箱10優(yōu)選地設置用于穿過拉桿和使組件增強。
不管用于冒口5的耐火材料的絕熱性如何，在冒口的內(nèi)壁或多或少形成附加的鑄造金屬的凝固薄膜16。盡管位于周邊上，它們會影響在結(jié)晶器6中的正確凝固，因為這些薄膜16會到達在凝固開始處的冷卻元件6的邊緣。為了在該階段前破碎掉在冒口周邊形成的不希望有的凝固薄膜，在冒口的底部，沿周邊噴入一束剪切流體。在這方面，優(yōu)選地使用氣體，更優(yōu)選地使用相對鑄造金屬是化學惰性的氣體、如氬氣。
為此，在冒口5和冷卻銅元件6之間設例如寬度為約0．2mm的窄縫18。該窄縫向著鑄模內(nèi)部自由開口，而另一頭引出在設在冒口內(nèi)的一個密封的環(huán)形室19中。沿著縫18延伸的室19用來合適分布必須從縫中發(fā)出的線性的氣體流，該室通過導管20與外壓力氣體源21連接。該縫18具有類似于鑄模的多邊形的環(huán)形，也就是類似于一當殼在銅元件6內(nèi)凝固時的鑄造產(chǎn)品的形狀。特別，它具有帶四個角部的外形，如圖3所示，其中如上述的原因，角部的倒圓部分已故意地放大了。
由于靠近鑄模的角部3a、3b、3c、3d，導入澆注空間3的剪切氣體從縫18的兩側(cè)以直角從兩方向供入，在澆注空間3的角部區(qū)域收斂式地供入意味著更多的氣體被吹進這些區(qū)域，就有在銅壁11的上邊緣、在最外的殼形成處從銅壁11上局部分離鑄造金屬的危險，因此在銅元件6中凝固時在鑄造金屬的這些邊緣區(qū)與周邊的其它部分相比凝固金屬不夠，因為在這些地方?jīng)]有有效地冷卻產(chǎn)品。
為了防止氣體過分地噴入角部區(qū)域，按照本發(fā)明，在縫18的角部設置阻擋氣體流動的元件，可參見圖2和3。
放在縫18角部的阻擋元件17包括多個柔性的耐火材料纖維束，在冒口已夾對著金屬元件6的頂部，通過壓扁，這些纖維束可局部擋住從鑄模外朝向鑄模內(nèi)的通道。在向內(nèi)限定阻擋元件的澆注空間的圓角部3a(或3b、3c、3d)的相應端，各阻擋元件17優(yōu)選地朝外鄰接分配室19的內(nèi)周邊，朝里鄰接澆注空間3的角部，側(cè)面鄰接朝鑄造空間3收斂的兩個直的側(cè)面，該兩側(cè)面與澆注空間的平的內(nèi)表面的垂線成α角。
如果鑄模澆注空間的圓角部半徑為約6．5mm，阻擋元件17在其最窄的區(qū)域的寬度，在鄰近澆注空間的角部處最好為4-6．5mm。如果該寬度小于4mm，局部的過分的噴入角部的氣體流沒有被適當?shù)爻?。如果該寬度大?．5mm，在靠近角部區(qū)沒有線性的噴入的氣體流。
另外，在阻擋元件的直的側(cè)面與澆注空間的內(nèi)表面的夾角α優(yōu)選地為0-45°。在阻擋元件17的側(cè)面的傾斜超出上述值，線性的噴入氣體流，也就是說鑄模與縫18齊平的內(nèi)周邊的每單位長度的氣體流在靠近角部區(qū)變?yōu)榱恪?br> 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)約為20°的角α值，在澆注矩形或正方形產(chǎn)品的情形下，在鑄模的內(nèi)周邊可以得到穩(wěn)定的線性流。在某些情形下，取決于澆注產(chǎn)品的形狀是否或多或少復雜，在角部的端部，阻擋元件的直的側(cè)面與內(nèi)澆注空間3的平的內(nèi)表面的垂直線夾角為不同的角α和α’。
使用具有上述幾何形狀和尺寸特點的阻擋縫18的元件，可以在縫18得到非常穩(wěn)定的進入內(nèi)澆注空間的線性的惰性氣體流。這樣在鑄造產(chǎn)品凝固時消除了沿著澆注產(chǎn)品邊緣的凝固缺陷。
本發(fā)明不限于上述實施例。例如，作為阻擋縫18的角部區(qū)域的元件可用耐火材料纖維外的其它材料。這些元件完全不透氣體，或有稍些空隙。
也可以在內(nèi)澆注空間3和分配室19之間，使在延伸過縫18的寬度的角部區(qū)冒口5稍微增厚一些。該附加的厚度可用機加工得到，例如對冒口5靠近元件6的下表面進行銑削。相反地，可以在元件6上制得角部的增厚的厚度，為此目的加工元件6面向冒口5的上表面。優(yōu)選地，附加厚度的區(qū)域的形狀類似于圖3所示的阻擋元件的形狀。附加的厚度優(yōu)選地約為0．2mm。
也可以在靠近分配室的角部部分阻擋分配室19，以便限制或消除噴入縫18的角部區(qū)的氣流?？梢岳缭诜峙涫业慕遣繀^(qū)引入塞，塞貫穿著沿著分配室中氣體流的方向的通道，或引入具有一定孔隙度的塞，來阻擋分配室。
本發(fā)明可用于澆注冶金產(chǎn)品，如形狀與最終產(chǎn)品(梁、軌、各種剖面等)接近的鋼坯段、大方坯、板坯、或坯料等的熱頂連續(xù)澆注的各種多角鑄模頭部，只要該鑄模頭部滿足下面權(quán)利要求書的限定。另外，可用于連續(xù)鑄鋼或連續(xù)鑄造非鐵金屬。
權(quán)利要求
1．一種熱頂連續(xù)鑄造熔融金屬的鑄模，包括具有限定鑄造產(chǎn)品的形狀及尺寸的多角形的冷卻的金屬管形元件(6)，在其中與冷卻的內(nèi)金屬壁(11)接觸時熔融金屬凝固，所述的冷卻的管形元件被一個非冷卻的冒口(5)覆蓋著，該冒口由絕熱耐火材料制成限定要凝固的熔融金屬的容器，用于繞鑄模的內(nèi)周邊噴出剪切流體的縫(18)設在所述的冷卻的金屬管形元件(6)和所述的冒口(5)之間，其特征在于在角部設有減少剪切流體流的裝置(17)。
2．按照權(quán)利要求1的鑄模，其特征在于所述的減少剪切流體流的裝置包括局部阻擋縫(18)中的氣流的元件(17)。
3．按照權(quán)利要求2的鑄模，其特征在于所述的阻擋元件(17)各包括一束壓縮的耐火材料纖維束，設在所述的冒口(5)和冷卻的管形元件(6)之間和各放在縫(18)的角部(3a…3d)。
4．按照權(quán)利要求2或3的鑄模，其特征在于用于阻擋所述的縫(18)的角部的元件(17)在分配室(19)和內(nèi)澆注空間(3)的內(nèi)表面之間有兩個直的側(cè)表面向著澆注空間(3)收斂，并且各在鄰近澆注空間(3)的表面的角部(3a、3b、3c、3d)處與內(nèi)澆注表面的垂直線夾一個0°-45°的角。
5．按照權(quán)利要求2-4中任一項的鑄模，其特征在于鑄模的圓角半徑為6．5mm，所述的阻擋元件(17)面向澆注空間(3)的面的寬度為4-6．5mm。
6．按照權(quán)利要求1的鑄模，其特征在于所述的減少氣體流的裝置包括部分擋住噴射縫(18)的角部的元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及鑄模,沿著抽出鑄造的金屬產(chǎn)品的方向包括:一個由非冷卻的耐火材料制的冒口(5),起到要澆注的熔融金屬容器的作用,和一個用于凝固金屬的、標準的冷卻的管形金屬元件(6)。在冒口(5)和金屬元件(6)之間設有用以噴出剪切氣體(如氬)的縫(18)以便出射在錠模的內(nèi)周邊。噴射縫包括減少沿錠模各角度的氣體流的裝置(17),優(yōu)選地由阻擋元件構(gòu)成。本發(fā)明可減少、甚至消除在凝固的鑄造產(chǎn)品邊緣的缺陷。
文檔編號B22D11/041GK1291122SQ9980309
公開日2001年4月11日 申請日期1999年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月18日
發(fā)明者埃里克·佩林, 杰拉德·佩林, 科西莫·薩拉里斯, 埃多德·威塞爾丁格 申請人:猶齊諾公司, 迪林鋼鐵股份有限公司