专利名称：用于连续铸造金属的铸模和用于制造这样铸模的方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于连续铸造金属的铸模，以及一 种制造这种铸模的方法。例如，从EP1245310B1中已知一种这样的铸模。
背景技术：
在此涉及用于垂直地连续铸造的热顶铸模。已知的热顶铸模包括多个轴向且同心 地设置的环，所述环共同形成铸模的流动通道。铸模的进口通过热顶或保温帽限定边界，所 述热顶包括由耐火材料组成的内环以及径向向外环绕内环的外环。外环在其浇铸方向上的 后端上形成凸缘，所述凸缘与铸模壳连接。保温帽的耐火的内环通过固定在铸模进口侧上 的卡环轴向夹紧。为此卡环搭接内环和外环，其中外环在纵向方向上比内环略短地构成，使 得内环通过卡环的合适的旋拧与外环轴向地固定。沿流动方向在热顶的下游设置有环系 统，所述环系统用于提供脱模剂并且具有功能环以脱模剂分配器。功能环形成铸模工作面 的一部分，所述铸模工作面通过冷却系统冷却。铸模的进口侧与浇铸罐连接，并且出口侧与连铸装置连接。通常用于水平地连续铸造的铸模类似地构成。与设计用于垂直的连续铸造的铸模 不同，用于水平的连续铸造的铸模具有喷嘴板，所述喷嘴板设置成垂直于流动方向或铸坯 拉出方向。喷嘴板由耐火的材料制成，并且具有喷嘴口，通过所述喷嘴口，金属熔液可进入 铸模内。配备有供油的工作面沿流动方向或铸坯拉出方向设置在喷嘴板的下游，所述工作 面被冷却。尤其在注入时，在保温帽或喷嘴板的区域内出现极端的温度梯度，所述温度梯度 导致喷嘴板或保温帽的热诱导的尺寸改变。基于喷嘴板或保温帽的热膨胀，在材料中产生 会导致裂纹或导致裂纹的内应力。在最坏的情况下，出现熔液穿透(渗漏)并且铸模不起 作用。
发明内容
本发明的目的是，在铸模的可靠的且无故障的工作方面改进一种开头所述种类的 铸模。根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的铸模得以实现。本发明的重点在于，提供一种用于连续铸造金属的铸模，所述铸模具有可冷却的 工作面和包括耐火材料的用于金属熔液的导向机构，所述导向机构沿流动方向设置在工作 面的上游。根据本发明，导向机构径向地预加应力。通过导向机构的径向预应力，减少并且完全消除在耐火材料中的由于热膨胀而出 现的拉应力的形成。因此减少裂纹形成的危险。如果仍然在导向机构中出现裂纹，那么通 过径向预应力达到，限制裂纹扩展和避免裂纹的变大。因此提供附加的安全装置，所述安全 装置减少由于熔液穿透而导致铸模故障的危险。本发明包括垂直铸造铸模和水平铸造铸模。
在优选的实施例中，导向元件与保持元件，尤其是保持环压配合。因此以简单的方式实现导向元件的径向预应力。在此，导向元件的外圆周面和保持元件的内圆周面能够分 别构成锥形或圆柱形。在构成锥形的情况下为锥形压连接，并且在构成圆柱形的情况下为 收缩配合。可替代的是，在导向元件的外圆周上能够设置有径向地张紧的套筒，因此同样实 现径向预应力。导向元件最好包括基本上垂直于流动方向或铸坯拉出方向设置的喷嘴板。该实施 形式适合于水平地连续铸造。可替代的是，导向机构能够包括形成轴向的流动通道的保温 帽。该实施形式用于垂直的连续铸造。在本发明的优选的实施形式中，保持元件，尤其是保持环构成为两部分，使得保持 元件的两个部分，尤其是保持环的两个部分能够承担不同的功能。保持元件不予限于两部 分的形式，而是也能够通常构成为多部分。保持元件，尤其是保持环最好包括紧固机构和夹紧机构，其中紧固机构和夹紧机 构沿铸模的轴向方向预加应力，尤其是彼此相对地预加应力。通过紧固机构，保持元件， 尤其是保持环例如能够固定在铸模的外壳上，其中导向机构的径向预应力通过夹紧机构施 力口。为此，紧固机构和夹紧机构沿铸模方向，尤其是彼此相对地预加应力。具有的优点是， 达到紧凑且牢固的结构，其中导向机构的径向预应力能够精确地且可再现地调节。在此，使 夹紧机构适应为，使得在夹紧机构和紧固机构之间的沿铸模的轴向方向作用的预应力在导 向机构的区域内具有径向的分力，以致导向机构能够被加载有径向的预应力。根据本发明的用于制造铸模的方法基于如下思想，包括耐火的材料的用于金属熔 液的导向机构和可冷却的工作面连接，其中导向机构径向地预加应力。导向机构与保持元 件，尤其是保持环连接，所述保持环包括紧固机构和夹紧机构。紧固机构和夹紧机构沿铸模 的轴向方向预加应力，尤其是彼此相对地预加应力。该方法提供的优点是，通过夹紧机构加载有规定的轴向预应力，有针对性地调节 导向机构的径向的预应力。此外，为了装配，导向机构因此通过夹紧机构定心。
下面借助基于与所附示意图相关的实施例的其它细节更详细地说明本发明。在附图中示出图1示出如根据本发明的实施例的铸模的进口侧(左图)和出口侧(右图)的俯 视图；图2示出通过根据图1的铸模的纵向剖视图；以及图3示出图2中的细节图；图4示出根据另一个实施例的铸模的纵向剖视图；图5示出根据图4的细节图；图6a至6h示出用于装配根据图4的铸模的装配步骤的顺序；以及图7a至7c示出用于装配根据另一个实施例的铸模的可替代的装配步骤的顺序。
具体实施例方式图1至5示出用于金属的水平的连续铸造的铸模。本发明可也用于垂直地连续铸 造的铸模。在图1至3中示出的铸模如下构成。
铸模10包括用于金属熔液导向机构12，所述导向机构例如在水平的铸造铸模的 情况下构成为喷嘴板12a。喷嘴板12a设置成基本上垂直于流动方向或铸坯拉出方向，并 且在喷嘴板12a的底部区域内具有肾状的喷嘴口 12b。喷嘴口 12在工作时由金属熔液流 过，所述金属熔液填充铸模或通道的沿流动方向或铸坯拉出方向设置在喷嘴板12a的下游 的空腔。此外，铸模10具有工作面11，所述工作面沿铸坯拉出方向S设置在喷嘴板12a的 下游。工作面11包括本身已知的冷却系统19，所述冷却系统使该工作面冷却至目标温度。 紧接着喷嘴板12a设置有润滑油供给系统20，所述润滑油供给系统例如能够具有多个分布 在工作面11的圆周上的石墨销钉17。石墨销钉17分别设有用于供油的孔18，通过所述孔， 油可压入石墨销钉17内，所述油在工作面11上流出并且用于铸坯的润滑(图3)。喷嘴板12a安装在保持元件13内，所述保持元件与铸模的外壳IOa固定地连接， 例如旋拧。在此，保持元件13构成为保持环。如尤其清楚地在图3中可看出，在横截面中 圆形地构成的喷嘴板12a具有外圆周面14，所述外圆周面形成锥形。在此，外圆周面14沿 铸坯拉出方向S相反的方向逐渐变窄。保持元件13的内表面15构成为与喷嘴板12a的外 圆周面14互补的锥形，并且在安装状态下紧靠在该外表面上。在此，喷嘴板12a和保持元 件13形成锥形压配合。因此，喷嘴板12的外圆周面14加载有径向的力，所述力导致在喷 嘴板12内的压应力。此外，喷嘴板12a和保持元件13的相应的接触面的锥形的构造允许 喷嘴板12a的轴向的安装，从而总体上达到铸模的紧凑且牢固的设计。在保持元件13和铸模10之间能够设置有例如毡垫的弹性元件12c，从而达到挤 压力的均衡。也能够省去毡垫，使得保持面13的内圆周面直接紧靠在喷嘴板12a的外圆周 面14上。在喷嘴板12的在铸坯拉出方向S上的正端面上设有加工为密封面的凸起12d。 该凸起12d的紧靠在工作面Ila的径向的外缘上，使得喷嘴板12a轴向地加固。在此，凸起 12d形成沿径向方向突出于工作面11的外伸件16。外伸件16用于补偿基于喷嘴板12a的 热膨胀的直径变化，使得在工作时不形成工作面11的反向于铸坯拉出方向S的边缘。如上所述，保持元件13构成为保持环，尤其是构成为具有径向凸缘的锥形环，所 述锥形环固定在铸模10的外壳上。对于喷嘴板12a的径向的预应力而言，也能够在喷嘴板12a和保持元件13之间使 用收缩配合，其中在这种情况下，接触面构成圆柱形。用于施加径向的预应力的另一个可能 性在于，在喷嘴板12a的外圆周上设置有套筒，所述套筒径向地预加应力。也可能的是，多 个径向设置的螺钉设置成分布在喷嘴板12a的外圆周上，所述螺钉朝着喷嘴板12a的外圆 周分别挤压弓形的保持件。在图4和5中示出本发明的另一个实施例，在所述实施例中，保持元件13，尤其是 保持环构成为两部分。这意味着，保持元件13包括至少两个为了装配喷嘴板12a而连接在 一起的部件。保持元件也能够由两个以上的部件组成。根据图4的实施例中的保持元件13 的安装位置基本上相当于根据图1的实施例中的保持元件13的安装位置。与根据图1的 实施例不同的是，根据图4和5的保持元件13包括紧固机构13a和夹紧机构13b，其中紧固机构13a和夹紧机构13b沿铸模的轴向方向，也就是说，沿铸坯拉出方向S彼此相对地预 加应力。在此，紧固机构13a包括喷嘴压紧环或装配环。夹紧机构13b包括压缩环。如在 图5中所示，紧固机构13a或喷嘴压紧环在安装状态下与铸模的外壳IOa旋紧或者通常地 连接。为此，在紧固机构13a的外圆周上设有多个孔，所述孔与外壳IOa内的相应地设置在 螺纹孔对准。紧固机构13a借助于紧固螺钉24与外壳IOa旋紧，其中紧固机构13a或喷嘴 压紧环紧靠在外壳IOa的外表面IOb上，所述外表面基本上垂直于铸坯拉出方向延伸。这 意味着，紧固机构13a或喷嘴压紧环设置成基本上平面平行于喷嘴板12a或通常平面平行 于导向机构12。此外，紧固机构13a具有用于预张机构25的螺纹孔，尤其是用于螺纹销23 的螺纹孔。预张机 构25设置为以均勻的距离分布在紧固机构13a的圆周上。如在图6b中 所示，在与预张机构25或螺纹销23相同的圆周上设有用于配合螺钉22的孔。这意味着， 紧固机构13a或喷嘴压紧环具有用于配合螺钉22的孔和用于螺纹销23的孔，其中例如能 够设有四个用于配合螺钉22的孔和八个用于螺纹销23的孔。其它数量的用于配合螺钉22 或螺纹销23的孔也是可能的。配合螺钉22的功能首先涉及装配，并且结合借助于图6a至 6h的装配方法更详细地阐述。如在图5中进一步示出，夹紧机构13b与紧固机构13a相关联。类似于根据图1 至3的实施例，夹紧机构13b构成为锥形的保持环，尤其是压缩环。与根据图1的实施例不 同，夹紧机构13b不直接与外壳IOa连接。相反，夹紧机构13b或压缩环与紧固机构13a或 喷嘴压紧环连接。为此，夹紧机构13b或压缩环具有多个在端面内构成的并且分布在圆周 上的孔，在所述孔中分别设置有压缩弹簧21。这也可在图6a中清楚地看出。在夹紧机构 13b中的具有压缩弹簧21的孔在安装位置上与用于螺纹销23或预张机构25的孔对准，使 得螺纹销23接合在夹紧机构13b的具有压缩弹簧21的孔内。在此，压缩弹簧21被压缩， 使得紧固机构13a和夹紧机构13b沿铸模的轴向方向彼此相对地预加应力。这意味着，夹 紧机构13b和紧固机构13a通过弹簧力相互压开。夹紧机构13b尤其是通过锥形的内表面 15适应为，使得在紧固机构13a和夹紧机构13b之间的轴向的预应力在内表面15的区域内 具有径向的分力，所述分力被引导至喷嘴板12a内。因此，在保持元件13，尤其是保持元件13的夹紧机构13b和导向机构12，尤其是喷 嘴板12a之间形成压配合，通过所述压配合，导向机构12或喷嘴板12a加载有径向的预应力。借助于图6a至6h说明用于制造如根据图4、5的实施例的铸模的方法。在此，弹 簧，尤其是压缩弹簧21首先插入夹紧机构13b或压缩环内(图6a)。然后，紧固机构13a或 喷嘴压紧环和夹紧机构13b或压缩环由配合螺钉22连接(图6b)。在这个状态下，螺纹销 23旋入为其设有的孔内，所述孔与夹紧机构13b中的孔对准，在所述孔内设置有压缩弹簧 21。因此压缩弹簧张紧，使得紧固机构13a和夹紧机构13b彼此相对地预加应力。在插入保持元件I3之前，喷嘴板I2a和过渡件12e在中心对准(图6d)。接着将 由紧固机构13a和夹紧机构13b组成的构造或者将由喷嘴压紧环和压缩环组成的构造插入 铸模内。紧固机构13a通过紧固螺钉24与外壳IOa牢固地旋紧(图6e)。然后，去除配合 螺钉22，其中有利的是，配合螺钉22逐步地并且通过交叉形式旋拧出。因此夹紧机构13b设置为可相对于紧固机构13a移动。为此在喷嘴板12a和外壳 IOa之间的间隙具有足够大的尺寸。因此，基于在夹紧机构13b和紧固机构13a之间的轴向 的预应力，夹紧机构13b自动地安装在喷嘴板12a的锥面上，也就是说，在喷嘴板12a的外圆周面14上(图6g)。接着，螺纹销23只是旋拧至螺纹销23的止挡可触及到夹紧元件13b上。因此达到，喷嘴环的径向的预应力基本上施加在压缩弹簧21上，所述预应力相应地均勻分布在喷 嘴板12a的圆周上。在图7a至7c中说明了本发明的另一个实施例，所述实施例基于与根据图4和图 5的实施例相同的原理。根据图7a至7c的实施例基于沿轴向方向作用在夹紧机构13b和紧固机构13a之 间的预应力。为此，保持元件13与根据图4和5的保持元件13类似地构成，并且相应地包 括紧固机构13a以及与其相关联的夹紧机构13b，所述紧固机构和夹紧机构能够分别构成 为喷嘴压紧环和压缩环。与根据图4和5的实施例不同，在根据图7a至7c的实施例中，在 夹紧机构13b中不设有压缩弹簧。在此，在夹紧机构13b和紧固机构13a之间的轴向的预 应力只是通过螺纹销23导致，所述螺纹销在安装位置(图7c)上紧靠在夹紧机构13b的端 面上，也就是说，紧靠在夹紧机构13b或压缩环的垂直于铸模的轴向方向设置的正面上。通 过旋入螺纹销23，夹紧机构13b挤压在喷嘴板12a的锥形的外圆周面14上并且在其上加载 径向的预应力。根据图7a至7c的实施例允许非常简单的结构类型，在所述结构类型中，通过以恒 定的扭转力矩拧紧螺纹销23来达到均勻地施加喷嘴板12a的径向的预应力。能够使用其 它的预张机构25来替代螺纹销23，通过所述预张机构，夹紧机构13b加载有弹簧力。在紧 固机构13a和外壳IOa之间的连接能够借助替代紧固螺钉24的其它元件来实现。这同样 适用于配合螺钉22，所述配合螺钉能够通过其它连接机构替换。本发明也可应用在垂直铸造铸模上，其中由耐火材料制成的保温帽的内环替代喷 嘴板12a径向地预加应力。基于保温帽的内环的相对长的轴向延伸，径向的预应力最好通 过设置在内环的外圆周上的紧环来实现。附图标记清单10 铸模IOa 夕卜壳IOb 夕卜表面11 工作面12 导向机构12a 喷嘴板12b 喷嘴口12c弹性的元件12d 凸起12e 过渡件13 保持元件13a紧固机构13b夹紧机构14 外圆周面15 内表面
16外伸件17石墨销18孔19冷却系统 20润滑油供给系统21压缩弹簧22配合螺钉23螺纹销24 紧固螺钉25预张机构S铸坯拉出方向
权利要求
一种用于连续铸造金属的铸模(10)，其具有能够冷却的工作面(11)和用于金属熔液的导向机构(12)，所述导向机构(12)包括耐火的材料，其中所述导向机构(12)沿流动方向设置在所述工作面(11)的上游，其特征在于，所述导向机构(12)被径向地预加应力。
2.如权利要求1所述的铸模，其特征在于，所述导向机构(12)与保持元件(13)，尤其 是保持环压配合。
3.如权利要求2所述的铸模，其特征在于，所述导向机构(12)的外圆周面(14)和所述 保持元件(13)的内圆周面(15)分别构成为锥形。
4.如权利要求2所述的铸模，其特征在于，所述导向机构(12)的外圆周面(14)和所述 保持元件(13)的内圆周面(15)分别构成为圆柱形。
5.如权利要求2所述的铸模，其特征在于，在所述导向机构(12)的所述外圆周上设置 有径向张紧的套筒。
6.如权利要求1至5中至少一项所述的铸模，其特征在于，所述导向机构(12)包括喷 嘴板(12a)，所述喷嘴板(12a)设置成基本上垂直于所述流动方向。
7.如权利要求1至5中至少一项所述的铸模，其特征在于，所述导向机构(12)具有保 温帽，所述保温帽形成轴向的流动通道。
8.如权利要求2至7中至少一项所述的铸模，其特征在于，所述保持元件(13)，尤其是 保持环构成为两部分。
9.如权利要求2至8中至少一项所述的铸模，其特征在于，所述保持元件，尤其是保持 环包括紧固机构(13a)和夹紧机构(13b)，其中所述紧固机构(13a)和所述夹紧机构(13b) 沿所述铸模的轴向方向被预加应力，尤其是彼此相对地被预加应力。
10.一种用于制造铸模的方法，在所述方法中，将包括耐火的材料的用于金属熔液的所 述导向机构(12)与能够冷却的工作面(11)连接，其特征在于，将所述导向机构(12)径向 地预加应力，其中将所述导向机构(12)与保持元件(13)，尤其是保持环连接，所述保持环 包括紧固机构(13a)和夹紧机构(13b)，并且将所述紧固机构(13a)和所述夹紧机构(13b) 沿所述铸模的轴向方向预加应力，尤其是彼此相对地预加应力。
全文摘要
本发明涉及一种用于连续铸造金属的铸模(10)，其具有冷却的工作面(11)和包括耐火的材料的用于金属熔液的导向机构(12)，其中所述导向机构(12)沿流动方向设置在所述工作面(11)的上游。本发明的特点在于，所述导向机构(12)径向地预加应力。
文档编号B22D11/047GK101842177SQ200880106716
公开日2010年9月22日 申请日期2008年8月28日 优先权日2007年9月12日
发明者奥利佛·莫斯, 鲁道夫·博萨尔德 申请人:高奇工程有限公司