用于铝及铝合金的连铸件的轧锭铸模的制作方法

本发明涉及具有权利要求1的前序部分的特征的用于铸模(kokille)的冷却系统。本发明还涉及铸模和用于连续铸造的方法。

例如，从wo2005/092540a1中已知前述类型的冷却系统。

在竖式连续铸造(stranggieβen)中，熔融物连续地流经冷却的无底铸模。熔融物在铸模中在边缘区域中开始凝固。形成所谓的连铸坯壳(strangschale)。在内部，连铸坯(strang)是液态的。随后，熔融物被连续地向下拉成连铸坯或者通过重力倒出(abgieβen)。

熔融物与冷却的铸模壁的接触使薄壳凝固，该薄壳封闭“贮槽(sumpf)”并且在铸造台缓慢下降(30mm/min至85mm/min)时且在经由浇铸槽连续地供给铸模腔时防止熔融物与冷却水之间的直接接触。通过冷却水与锭表面之间的直接接触来实现锭的进一步冷却。

在铸模的起始过程期间要考虑关键因素。例如，由于铝的导热性较高，因此在起始过程期间可能会出现永久变形，特别是“对头膨胀(buttswell)”和“对头卷曲(buttcurl)”。

“对头膨胀”是指与连铸坯的其余部分相比连铸坯尾脚增厚。铸模最初从下方被引锭块(anfahrblock)关闭。引锭块的冷却方式与铸模相同。在起始过程中，熔融物流入到铸模中并且遇到冷却的引锭块。在铸模充满时引锭块才会从铸模移走。由于这个原因，连铸坯的液态芯或贮槽在起始过程期间比在其余连续铸造工艺的过程中小得多。这种状态一方面是由于起始过程期间铸造速度较低，另一方面是由于通过引锭块进行的附加冷却。因此，收缩程度也降低，并且连铸坯具有与铸模的内部尺寸大致相同的周向尺寸。

“对头卷曲”是指在连铸坯尾脚的末端处的变形。在起始过程期间，连铸坯，特别是连铸坯尾脚，通过铸模、引锭块和在铸模出口处喷射到连铸坯上的冷却水来冷却。这导致熔融物冷却。由此产生的应力大于连铸坯的强度，并导致连铸坯尾脚以凸形拱起的形式变形。凸形拱起还会导致连铸坯的外侧面向内弯曲。这种效应使得“对头膨胀”更加明显。在最严重的情况下，温度冲击会导致产生裂纹，液态金属会从裂纹中溢出。

为了减少在连续铸造中形成不希望的变形，使用冷却系统，这些冷却系统能够实现特别是在起始过程期间对连铸坯的有针对性的冷却。

从wo2005/092540a1中已知一种具有这种冷却系统的铸模。所描述的铸模用于连续铸造非铁材料，特别是铝和铝合金。通过冷却元件实现冷却，这些冷却元件被构造成喷嘴并且在铸模框架中被布置成分布在周向上。在此，分配给连铸坯的中间区域的喷嘴具有比分配给连铸坯的边缘区域的喷嘴更大的直径。更大的直径减小了体积流量，从而减少了连铸坯的中间区域中的冷却。由此，出现的应力应减小并且变形最小化。

然而，在上面提及的示例中，冷却只能通过冷却剂的体积流量和组成来控制。没有提供控制凝固行为并从而使变形进一步最小化的其他可能性。在连铸坯完全凝固之后必须割下变形。这个过程是耗材、成本高和耗时的。用前述类型的单个铸模来连续铸造不同的铝合金是不可能的，因为喷嘴在铸模框架中的布置适配于相应的待铸造的材料，并且不能改变。

因此，本发明基于的任务在于，改进上述类型的冷却系统，使得可以用一个铸模连续铸造不同的材料，其中减少了在连续铸造期间可能出现的变形。此外，本发明还基于以下任务，提出具有这种冷却系统的铸模和利用这种冷却系统连续铸造的方法。

根据本发明，该任务关于冷却系统通过权利要求1的主题解决，关于铸模通过权利要求13的主题解决，关于方法通过权利要求14的主题解决。

具体地，该任务通过用于铸模，特别是用于竖式连续铸造的铸模的冷却系统来实现，该冷却系统包括至少一个冷却单元，其中铸模具有工作面该工作面具有内侧面和外侧面，并且工作面的内侧面在操作中限定连铸件。冷却单元被设计成可移动地布置在铸模上，其中在冷却单元与工作面的外侧面之间形成间隙，并且该间隙的宽度可以通过调整元件调节。

由于冷却系统可移动地布置在铸模上，因此存在影响连续铸造工艺的新的附加参数。通过调节冷却单元的距离，可以对工作面和冷却剂的温度变化做出反应。利用根据本发明的冷却系统可以用同一铸模铸造不同的材料，特别是不同的铝合金，因为通过可移动的冷却系统的附加参数可以根据相应材料的凝固行为来调节铸模。因此，特别是在起始过程期间有针对性地影响材料的凝固行为。例如，通过减少起始过程期间的冷却，可以减少由于温度冲击在材料中产生的应力。由此，使变形最小化，特别是“对头膨胀”和“对头卷曲”。

在从属权利要求中给出了本发明的优选实施方式。

在本发明的实施方式中，铸模具有多个工作面，可移动的冷却单元被分别分配给工作面，其中工作面周向地限定连铸件，并且在工作面的外侧面与冷却单元之间形成围绕铸模的间隙。周向间隙的轮廓可以是完全闭合的或部分开放的。由于具有调整元件的自身的冷却单元被分配给每个工作面，因此可以单独地调节每个工作面的冷却。在此，矩形的铸模轮廓是优选的。可替代地，也可以是其他轮廓。例如，铸模可以被构造成圆形轮廓。为了冷却圆形轮廓的工作面，围绕圆形轮廓的工作面布置多个冷却单元。冷却单元可以被构造成弯曲的或直的。

有利地，冷却单元包括至少一个冷却装置，该冷却装置被布置在冷却单元的面向工作面的外侧面的一侧上。由此，冷却装置与铸模或连铸坯的待冷却的区域对准，从而能够实现直接且高效的冷却。

特别有利地，冷却装置包括第一冷却装置和第二冷却装置，该第一冷却装置针对工作面的外侧面，该第二冷却装置针对在铸造方向位于铸模出口下游的区域。由此得出的优点在于，利用冷却单元可以冷却工作面的外侧面和连铸坯或引锭块。第一冷却装置具有将冷却剂施加到工作面的外侧面上的功能，以冷却工作面，从而冷却铸模中的熔融物或连铸坯。第二冷却装置针对铸模出口后方的区域，在该区域，连铸坯再次离开铸模或者在开始时引锭块关闭铸模。可以设想的是，多于一个的冷却装置分别针对铸模或连铸坯。

冷却装置包括至少一个长形开口和/或包括多个圆形开口，该长形开口至少部分地沿冷却单元的纵向轴线延伸，这些圆形开口至少部分地沿冷却单元的纵向轴线布置。冷却装置的形状影响所施加的冷却剂的量。这使得能够以受控的方式向工作面的外侧面施加冷却剂并且能够实现不同的施加速度，由此可以有针对性地影响凝固行为。

优选地，冷却单元包括至少一个冷却室，该冷却室具有至少一个冷却剂入口。这样的优点在于，冷却剂聚集在冷却室中，并且形成均匀地分布在冷却室中的过压。

优选地，冷却室与冷却装置流体连通。流体连通和冷却室中的均匀分布的过压使得冷却装置将冷却剂施加到待冷却的区域上。如果相同的压力在冷却单元的整个纵向轴线上作用于冷却装置，则冷却剂的施加速度和量主要取决于冷却装置的开口的数量和尺寸。

在另一优选的实施方式中，调整元件包括至少一个导向件，特别是导轨，冷却单元垂直于工作面可移位地安装在该导向件上。该导向件具有的优点在于使得冷却单元可移动地安装，因此可以容易地改变间隙的宽度。安装在导向件或导轨上允许实现良好的保持功能，其中尽管温度波动大，但仍可获得垂直于分配给冷却单元的工作面的移动性。

有利地，调整元件包括至少一个调节元件，特别是调节螺栓，通过该调节元件可以调节间隙的宽度。调节螺栓允许通过与模具相互作用来连续调节间隙宽度。可替代地，也可以设想其他调节元件。

有利地，调整元件包括至少一个固定元件，特别是固定螺栓，该固定元件将冷却单元锁定在导向件上。由此，确保了间隙宽度在连续铸造期间的操作中不会改变。也可以是其他固定元件，例如，闩锁件。

在特别优选的实施方式中，调整元件包括控制器和/或调节器和伺服驱动器(stellantrieb)，特别是伺服电机，以用于调节间隙。由此，冷却系统可以自动地并且根据需要来适配间隙宽度。在控制中，冷却系统执行预定的行为或预定的流程。调节器实时地将工作面的温度(实际值)与预定的温度值(额定值)进行比较。在有偏差的情况下，通过借助于伺服驱动器和/或其他执行器改变间隙宽度来校正工作面的温度。其他类型的伺服驱动器可以代替伺服电机。例如，可以设想将气动或液压的线性驱动器作为伺服驱动器。此外，可以设想其他的调节变量，这些调节变量通过接入(eingreifen)相应的执行器来影响外表面的温度。例如，通过将添加剂供给到冷却剂中或通过改变熔融物的铸造速度。

有利地，至少一个温度传感器被布置在工作面上。该传感器能够在控制回路中监测并反馈工作面的温度值。可以设想所有适用于高温范围的通用方法来进行温度测量。

有利地，至少一个温度传感器被布置在冷却单元上。这带来的优点在于，冷却系统可以对冷却剂的温度做出反应。冷却剂温度过高会损害冷却效果。可以设想所有适用于高温范围的通用方法来进行温度测量。

在本发明的范围内，公开并且要求保护一种具有根据本发明的冷却系统的铸模，其中冷却系统在周向方向上至少部分地包围铸模。

具体地，要求保护一种铸模，特别是用于竖式连续铸造的铸模，该铸模包括冷却系统和工作面，该冷却系统具有至少一个冷却单元，该工作面具有内侧面和外侧面，其中工作面的内表面在操作中限定连铸件。冷却单元可移动地布置在铸模上并且具有调整元件，其中冷却单元被布置在铸模上，使得在冷却单元与工作面的外侧面之间形成间隙，并且间隙的宽度可以通过调整元件调节。

此外，在本发明的范围内，还公开并且要求保护根据权利要求14所述的一种利用铸模进行连续铸造，特别是用于竖式连续铸造的方法。该方法首先包括通过调整元件将间隙调节到待铸造的材料所需的宽度。随后，将引锭块布置在起始位置。可选地，可以将引锭块和工作面冷却到所需的初始温度。随后，开始将熔融物连续地供应到铸模中，同时连续冷却。一旦铸模达到一定的填充水平，就降低引锭块，其中将熔融物从铸模中拉出。至少在起动阶段期间监测工艺参数，并且在连铸坯离开铸模时以受控的方式对该连铸坯进行冷却。

本发明将基于多个实施例并参考所附的示意图更详细地进行阐述。

在附图中：

图1示出了具有冷却系统的铸模的根据本发明的实施例的透视图，

图2示出了根据图1的局部剖切的铸模的透视图，

图3示出了根据图1的另一局部剖切的铸模的透视图，

图4示出了具有调整元件的冷却系统的根据本发明的实施例的详细视图。

冷却系统包括冷却单元11，该冷却单元被分配给工作面10，工作面10具有内侧面10a和外侧面10b，并且该冷却单元经由间隙12与工作面的外侧面10b间隔开。此外，冷却系统还包括调整元件13，通过该调整元件可以调节间隙12的宽度。

图1示出了具有冷却系统的铸模。铸模的轮廓是矩形的并且被设计用于铸造板坯(bramme)。还可以设想的是，冷却系统可以应用于其他铸模。冷却系统也可以用于具有圆形或方形轮廓的铸模，例如用于圆形锭(坯段)的连续铸造。

铸模包括铸模入口和铸模出口。熔融物通过铸模入口进入到铸模中。部分凝固的熔融物从铸模出口再次离开铸模。铸模包括凸缘18，该凸缘18在铸模入口的区域中在铸模的周边上延伸。在凸缘18的指向铸模出口的一侧，在铸模的纵向侧和横向侧分别布置冷却单元11，这些冷却单元可以彼此独立地调节。凸缘18的指向铸模入口的一侧具有盖19，这些盖分别居中地布置在纵向侧和横向侧上。用于冷却单元11的调整元件13被布置在盖19下方。

关闭铸模的引锭块17被布置在铸模出口处，即引锭块17在此被布置在铸模中，使得工作面的内侧面10a与引锭块17之间形成周向间隙(大约2mm)，其中该间隙由最先快速凝固的金属密封。引锭块17在起始过程中在铸造方向密封铸模，直到铸模中的熔融物达到足够大的填充水平并且已经凝固到可以打开铸模出口为止。为此，熔融物起初利用引锭块17从铸模中拉出。在收缩之后借助于重力进一步倒出。

在操作中，工作面的内侧面10a限定通过铸模拉出的熔融物，并且同时从熔融物中抽走热。为了应对高温，在铸造非铁材料时，使用由特制铝合金(也可以由铜合金)制成的铸模。其他材料是可行的。

为了冷却工作面10，冷却剂被施加(具体地，被喷涂或被喷射)到工作面的外侧面10b上。例如，可以使用水作为冷却剂。也可以设想其他流体或流体混合物。工作面10包括两个横向侧和两个纵向侧。冷却单元11被分别分配给工作面10b的两个横向侧和两个纵向侧。这些冷却单元11被布置为平行于工作面10，特别是与工作面的轮廓一致。冷却单元11的轮廓被构造成矩形的。也可以是其他几何形状，例如圆形的几何形状。冷却单元11在内部包括冷却室15。通常，冷却室15具有矩形轮廓。可替代地，也可以是其他形状。冷却室15与冷却装置14流体连通。冷却装置14例如可以被构造成喷嘴或孔。可以设想其他变型。冷却装置14将在以下一段落中更详细地描述。冷却室15具有收集冷却剂并将冷却剂引导到冷却装置14中的功能。可以设想的是，冷却单元11包括多个冷却室15和/或多个冷却装置14。

图2和图3分别是图1的局部剖切的图示。在这些示例中，冷却单元11和调整元件13可以特别好地看到。调整元件13在冷却单元11与铸模之间形成可调节的连接。为了保护以免受外部影响，调整元件13被布置在盖19下方。

调整元件13包括导向件16。导向件16被构造成导轨。可替代地，可以设想被认为是导向件16的其他构件。导轨在被分配给冷却单元11的工作面10的方向上垂直地延伸。此外，还可以有多个导向件16或导轨。冷却单元11在导向件16上的移动通过调整元件13的部件来实现，例如调节螺栓(未示出)。

在此，调整元件13可以手动地操作或者至少部分自动化。例如，可以通过调节螺栓(未示出)和/或固定螺栓(未示出)进行手动调节。自动化操作可以通过控制器或调节器(二者均未示出)来实现。冷却单元的移动(即间隙12宽度的调节)是冷却铸模的可影响的附加参数。小间隙12提高了冷却效果，而大间隙降低了冷却效果。

冷却单元11具有保持元件20。保持元件20被成形为矩形，并且被布置成与冷却单元11的外边缘精确地配合。保持元件20的其他几何形状也是可行的。冷却单元11通过保持元件20可移动地安装在导向件16上，使得冷却单元11可以垂直于分别分配的工作面10移动。

图4示出了冷却系统在调整元件13的区域中的详细视图。冷却元件11被紧固在保持元件20上。保持元件20进而可移动地安装在导向件16上。在工作面的外侧面10b与冷却单元11之间形成间隙12。

在该示例中，两个冷却装置14a、14b被布置在冷却单元11上。冷却装置14a、14b被构造成狭窄的开口，这些开口分别沿冷却单元11的纵向轴线延伸。冷却装置14a、14b被布置在冷却单元11的面向分配的工作面的外侧面10b的一侧上。可替代地，冷却装置14a、14b的其它形状也是可行的。冷却装置14a、14b被构造成使得冷却剂克服冷却单元11与工作面的外侧面10b之间的间隙12。冷却装置14a、14b包括第一冷却装置14a和第二冷却装置14b。第一冷却装置14a针对工作面10b的外侧面10b，从而冷却通过铸模的熔融物。第二冷却装置14b针对引锭块17。由此，在初始过程之前以及在初始过程期间冷却引锭块17。在初始过程之后，第二冷却装置14b不再针对引锭块17，而是直接针对连铸坯以对其进行冷却。

参考标记列表

10工作面

10a工作面的内侧面

10b工作面的外侧面

11两个长边和两个短边的冷却单元

12间隙

13调整元件

14冷却装置

14a第一冷却装置

14b第二冷却装置

15冷却室

16导向件

17引锭块

18凸缘

19盖

20保持元件。