专利名称：一种用于连铸金属、尤其是钢的铸型的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于连铸金属、尤其是钢的铸型，该铸型具有一个两端开口的型腔。
自从无底铸型连续铸造开始以来，专业人员遇到了在坯料硬壳和型壁之间形成空气隙的问题。这种空气隙显著降低铸型和坯料硬壳之间的热传导，并造成坯料硬壳的不均匀冷却，导致坯料上的各种缺陷，诸如偏菱形形状、裂纹、结构缺陷，等等。为了使坯料硬壳和型壁之间，基本上在所有边上并且沿着铸型的整个长度实现良好接触，从而得到最佳散热条件，曾有过大量提案，例如摆动梁，将冷却剂注入空气隙中，带不同锥度的型腔，等等。
US-PS 4，207，941公开了一种用于连铸具有多边形、尤其是四边形断面的钢坯的铸型。向两端开口的型腔，其断面是四边形的，在浇入端带有角部槽，在坯料出口端具有不规则的十二边形状。在靠近角部槽的角部区域，铸造锥度顺着坯料前进方向连续增大，在槽附近并沿着铸型的局部长度，其锥度约为铸型型壁中央区域的锥度的两倍。当这些铸型用来铸造时，坯料会卡住在铸型内，造成有裂缝的坯料和断裂。另外，铸出的坯料是十二边形而不是四边形。尤其是，很难给这些铸型定出对铸造作业进行中变化着的铸造速度的合适尺寸，这一点在多次更换浇包的长铸造工序中是重要的。
本发明的目的在于克服上面所述缺点。一个特定的目的是通过将铸型内的坯料断面加工成一定形状，将坯料硬壳的整个周边冷却至可调的程度，以便改善坯料的质量和提高铸造速度。另一个目的是允许当铸造作业在进行中时存在变化着的铸造速度，并且避免上述的有裂纹坯料和断裂等缺点。
根据本发明，一种用于连铸金属、尤其是钢的铸型，该铸型具有一个两端开口的型腔，其中环绕型腔断面的周线被分成若干周边部，各周边部具有一个凸起形式的断面扩大部，凸起的宽度，在坯料前进方向，至少沿着型腔的局部长度是减小的，使坯料断面在通过型腔的局部长度时改变形状。
借助于本发明的铸型，可以用机械方式对坯料和小钢坯断面上的所有周边部分提供均匀冷却，冷却强度可在预定范围内调节。这是一个影响坯料硬壳结晶和改善坯料质量的措施。可以避免菱形边缘、表面缺陷以及结构缺陷。作为控制断面成形的其它结果，在本发明的铸型中，可以使坯料周边的冷却更加均匀，甚至在铸造速度变化时都如此。在高铸造速度下造成有裂纹坯料或断裂的危险性得以显著减少。
在本发明的铸型中，各周边部中的型腔凸起都是弧形的，具有比常用铸型更大的尺寸稳定性，尤其在靠近熔池表面的高热应力区。
一般地说，从靠近熔池表面的区域开始，沿着局部或整个铸型长度的型腔，凸起是减小的。例如，在铸型出口，各周边部中可留下剩余腔(residual cavity)。根据另一个实施例，还建议在铸型出口端，在所有边的角部之间使型腔具有直线断面。此外，在铸型出口端，铸型可以是圆形的，或者可以具有初始形状，例如工字钢的形状。
在定凸起的尺寸时，必须留意，即使坯料硬壳停留在铸型内只有很短的时间，即在高铸造速度之下，也不能使坯料卡住在两邻接周边部之间的边界区域，例如卡住在角部上。为此，熔池表面处的弧长和铸型出口处的弧长或铸型出口处的弦长之间的差值被测出，并与坯料硬壳横向于坯料前进方向上的收缩量相比较。前面所述的通过凸起尺寸测出的差值，可被选择，以便与前述的收缩量基本上相一致。在一个实施例中，浇入端的型腔两相对周边部之间，在最大凸起部位测出的内部宽度，要比坯料出口端同样两相对周边部之间的内部宽度大5%至15%左右，最好大至少5%至8%。
凸起的宽度，可沿着铸型在铸造方向上减小至一个减小的程度，或任意渐进地达到零。根据另一个实施例，凸起宽度可有利地在顺坯料前进方向的顺序断面上连续增大。根据又一个实施例，凸起在坯料前进方向上的宽度变化，还可以通过锥度来确定。凸起的形状和尺寸通常在所有部分中是相同的。凸起的锥度沿着周边部变化。在一个实施例中，在各周边部两端的锥度可介于0至1%/m之间，在周边部中部的锥度可介于10至35%/m之间。
也可以通过选择型腔上带有凸出侧壁部分的长度或局部长度来进行变化。原则上，凸起的尺寸可沿着型腔的整个长度，或者沿着其局部长度减小。在一个有利的实施例中，局部长度是铸型长度的至少50%。在常用的800mm长的铸型中，局部长度则为至少400mm。
在现有技术的呈锥形矩形铸型中，角部或角部区域的锥度，是侧壁上锥度的两倍的平方根。在上述铸型中，当锥度超出0.9-1.2%/m的常规值时，就会导致坯料卡住和形成有裂纹的坯料。与现有技术铸型的带锥度壁不一样，根据本发明，坯料的断面形状在通过型腔的局部长度时是变化着的，并且冷却能力在过程中也是受到控制的。在两相邻周边部的边界区域，即在型腔的角部，锥度可自由选择，而不用考虑凸起的宽度和锥度。这样，就有可能第一次制造出一种铸型，其角部或角部区域的锥度的选择，可以与凸出的侧边表面的锥度和形状无关。例如，角部可以采取正的、零的或者负的锥度，取决于重整形的凸起的数量或坯料硬壳的收缩量，等等。
在一个推荐的实施例中，在带有凸起的局部长度上，沿着对角线测出的锥度约为0至1%/m，最好介于0.1和0.5%/m之间。
由于种种已知的原因，在多边形坯料断面的情况下，型腔的角部被弄圆。业已发现，如果型腔的角部具有半径为断面侧边长度3-8%的槽是特别有利的。
凸出的型壁可有各种形状。在一个推荐的实施例中，凸起是以弧线为界的，该弧线的半径可在坯料前进方向上无限增大。为简化铸型管或铸型壁的制造，使凸起以弯曲的和/或平的表面为界也可能是有利的。
不管凸起的形状如何，在一个推荐的实施例中，凸起与槽弧相切。带有在坯料前进方向上减小的凸起的铸型，可以通过铜壁的热加工或冷加工制造出来。在一个实施例中，如果型腔的至少一个局部长度是由爆炸成形加工出来是特别有利的。带有直的或弯曲的坯料轴线的高精度管状铸型，可以通过将其压进一个带凸起的卷筒中，然后进行爆炸成形而制造出来。
现参照附图对本发明的各种实施例进行说明。附面简单说明如下
图1 是沿图2中Ⅰ-Ⅰ线的管状铸型的纵向剖视图;
图2 是图1所示铸型的俯视图;
图3 是具有四个轮廓曲线的带凸起型腔的一种实例的其中一角的俯视图;
图4 是具有四个轮廓曲线的带凸起型腔的另一种实例的其中一角的俯视图;
图5 是具有四个轮廓曲线的带凸起型腔的另一种实施例的其中半个型腔的俯视图;
图6 是一种圆铸型的俯视图;
图7 是一种具有曲线边界型腔的铸型的俯视图。
图1和图2示出一种用于连铸多边形断面(本实例中为四边形断面)坯料的铸型3。箭头4指向铸型3的浇入端，而箭头5指向其坯料出口端。型腔6的浇入端具有一种断面形状，其坯料出口端具有另一种形状。图2清楚地示出，型腔6的浇入端4，在角8和角8′″之间具有凸起9这种形式的扩大部。弧高10表示凸起的宽度，它在坯料11的前进方向上沿着型腔6的部分长度12不断减小。在平面14和平面15上的两型腔断面之间界定的铸型的部分13，具有四边形截面和槽16，这在现有技术中已公知。
周线17示出平面14上的型腔断面，周线18示出平面15上的型腔断面。在铸型出口端的型腔6的断面上，四个角8之间的各个侧边都是直的。箭头2指示围绕型腔6的周线的一部分。该铸型具有四个带有相同断面扩大部7的周边部分。除四边形之外，型腔6的基本形状还可以是六边形、矩形等等。
在浇入端4，型腔6靠近最大凸起处两对边之间的内部宽度20，要比坯料出口端5的型腔两对边之间的内部宽度21大5至15%左右。换句话说，内部宽度20还可以是比局部长度12终点处平面14上的内部宽度22大出至少5%，最好至少8%。
凸起9的高度10，在顺着坯料前进方向的顺序断面上连续减小，最大高度10沿着线24的锥度，可由下式计算出T＝ (Bo-Bu)/(Bu·L) ·100式中，Bo是顶部宽度，单位为mm;Bu是底部宽度，单位为mm;L是确定长度，单位为m;T是锥度，A单位为%/m。由该式计算出的锥度可以是10至35%/m。
在本实例中，局部长度12为400mm，或为铸型长的大约50%，该铸型长约为800mm。
在图3中，轮廓曲线30-33显示带凸起型腔35的一角。轮廓曲线30代表铸型34的型腔35的顶缘。标号36指示铸型管的壁厚。标号33指示铸型出口的轮廓曲线。曲线30和33之间，锥度可在两中间高度上读出。曲线31和32示出凸起减小着的高度，导致了坯料硬壳在铸造过程中改变形状。槽38附近，型腔35沿着线39上的对角截面处的锥度是0-1%/m，最好是0.1-0.5%/m。通常不建议沿着线39改变铸型壳的形状。
图4示出与图3相似的轮廓曲线40-43。其中主要差别在于沿着对角线49上的槽48的形状不同。槽48在坯料49前进方向上具有负锥度。因此，在角部区域，使型腔沿着坯料前进方向变宽。根据坯料的形状和重新整形的凸起所选择的高度的情况，有利的是，角部48沿着对角线49设有负锥度，以避免坯料有在铸型中卡住的任何机会。角部区域的形状还可用来控制边缘区域的冷却。当修整有大凸起时，如果弦的伸长没有被收缩量补偿，沿着对角线49的负锥度可能是理想的，以便对弦的伸长进行补偿。
在图5中，各凸起是以各直平面部分为界的。轮廓曲线50-53显示出凸起高度的连续减小。凸出的两侧边在标号54处倒圆，以避免中部产生对接棱缘。平直部分向着槽58的切向延伸。在本实例中，槽58在坯料前进方向上不设有锥度。在沿对角线59的截面上，槽58基本上平行于铸型的纵向中心轴线延伸。
图3至5中所示的铸型38、48、58，其锥度必须通过计算和/或通过试铸来确定。沿着铸型的局部长度，当凸起高度增加时，与各弧相关的弦长也增加。另一方面，在给定铸造速度下，坯料硬壳在垂直于坯料前进方向上的收缩量能够被计算出，并与弦的伸长相比较。角部区域的锥度可以从该两值的差值确定出来。必须留意，在高铸造速度下，即当硬壳在铸型中只停留很短时间时，其收缩量要比在低铸造速度下小。
图6和7所示铸型，其型腔60、70以弯曲或环形表面为界。环绕铸型断面的周线61、71分别分成三部分62、72。部分62、72的数目可自由选择。一般地说，图中所示基本上圆形的铸型，通常被分成2至6个周边部分62、72。每个周边部分62、72具有一个凸起63、73形式的断面扩大部。在这些实例中，扩大的断面部用以弧线为界的凸起来表示。凸起63、73的尺寸分别由箭头65、65′、65″和75、75′表示。沿着型腔的局部长度，凸起顺着箭头方向减小尺寸，使坯料断面在通过型腔局部长度时改变形状。所有周边部62、72中的凸起63、73的形状和尺寸是相同的。凸起63、73在坯料前进方向上测量出的锥度，其数值沿着周边部62、72是变化着的。在各周边部62、72的两端66、66′、76、76′，锥度是0至1%/m，在各周边部的中部，锥度是0至1%/m，在各周边部的中部，锥度通常介于10至35%/m之间。
另外，在基本圆形型腔断面的情况下，坯料可以在两个互相紧挨着或其间介有一个中间区的局部长度中成形。在这种铸型中，连续的局部长度中的周边部彼此偏移，最好偏移半个周边部。
利用现有技术中公知的各种减小摩擦的方法，例如润滑、表面处理，涂覆，铸型料的选择等，就可增加铸型的工作寿命，并改善坯料的表面质量。
为简化起见，所有附图中所示均为直的管状铸型，但本发明还可应用于弯曲铸型以及锭铸型或板铸型。
在一种实施方案中，上述带有弯曲或直型腔的铸型的制造方法，其特征在于具有以下的步骤将一个由铜合金制成的连铸管形截面件，利用已知的现代方法，在一弯曲心轴上弯曲至一弧线式连铸设备的铸造半径。在直铸型的情况下，该步骤被略去。然后将一扩散心轴插入或压入该铜管内。利用与推荐的凸起相应的活动扩张部件将铸型沿着其长度的全部或局部进行扩张。如果是采用一种可硬化的铜合金，将铸型管通过弥散进行硬化或通过例如喷丸处理等冷加工进行硬化。如果将铸型的全部或部分长度，通过在卷筒上爆炸成形进行附加校准，就可使管状铸型获得高精度的型腔。
权利要求
1.一种用于连铸金属、尤其是钢的铸型，该铸型(3)具有一个两端开口的型腔(6、35、60、70)，其特征在于环绕型腔断面的周线(61、71)被分成若干周边部(62、72)，各周边部(62、72)具有一个凸起(9、63、73)形式的断面扩大部(7)，凸起(9、63、73)的宽度(10)，在坯料前进方向(11)，至少沿着型腔(6、35、60、70)的局部长度(12)是减小的，使坯料断面在通过型腔(6、35、60、70)的局部长度(12)时改变形状。
2.根据权利要求1所述的铸型，其特征在于所有周边部(62、63)中的凸起(9、63、73)，其形状和尺寸是相同的，在坯料前进方向(11)上测量出的凸起(9、63、73)的锥度，其数值沿着周边部(62、63)是变化的，各周边部(62、72)两端(66、66′、76、76′)的锥度最好介于0和1%/m之间，而各周边部(62、72)中部的锥度最好介于10和35%/m之间。
3.根据权利要求1或2所述的铸型，其特征在于坯料出口端的型腔断面是多边形的，最好为四边形或六边形。
4.根据权利要求1或2所述的铸型，其特征在于坯料出口端的型腔断面具有弧形边界面，最好基本上是圆形的。
5.根据权利要求1或2所述的铸型，其特征在于坯料出口端的型腔断面具有初始形状，最好是工字钢形状。
6.根据权利要求4所述的铸型，其特征在于基本上是圆形的铸型被分成2至6个周边部(62、72)各周边部(62、72)具有一个大致环形凸起(63、73)形式的扩大断面部。
7.根据权利要求6所述的铸型，其特征在于型腔(60、70)的第一和第二局部长度(12)的周边部(62、72)彼此偏移，最好偏移半个周边部(62、72)。
8.根据权利要求3所述的铸型，其特征在于浇入端(4)两相对周边部之间，在最大凸起(9)部位测出的内部宽度(20)，要比坯料出口端(5)的同样两周边部之间的内部宽度(21)大5%至15%左右，最好大至少5%至8%。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的铸型，其特征在于局部长度(12)是铸型长度的至少50%。
10.根据权利要求3所述的铸型，其特征在于在四边形断面的情况下，沿对角截面测出的锥度为0至1%/m，最好为0.1-0.5%/m。
11.根据权利要求10所述的铸型，其特征在于型腔(6、35)的角部(8-8′″)具有槽(16、38、48、58)，其半径为断面侧边长度的3-8%。
12.根据权利要求3至5中任一项所述的铸型，其特征在于凸起(9)是以曲线和/或直线为界的。
13.一种制造按权利要求1至12中任一项所述铸型的方法，其特征在于利用一弯曲心轴，将一个可硬化铜合金制成的连铸管形截面件沿着一弧形形式连铸设备的铸造半径进行弯曲，利用一个扩张心棒，将断面扩大部(7)扩大成凸起(9、63、73)的形状，将管形截面件靠弥散硬化或靠喷丸处理的加工硬化来进行硬化。
14.根据权利要求13所述的铸型制造方法，其特征在于至少一个局部长度(12)的型腔(6、35、60、70)是利用爆炸成形来校准的。
15.根据权利要求13或14所述的铸型制造方法，其特征在于两对接周边部(62、72)之间的边界区域，其沿着局部长度(12)的锥度，是通过坯料周边长度的几何计算，以及通过坯料硬壳在其纵向轴线的横向上的收缩量的计算来确定的。
全文摘要
一种用于连铸多边形断面、尤其是四边形或六边形断面坯料的铸型，其型腔(6)在浇入端(4)和坯料出口端(5)具有不同形状。通过在铸型内制造坯料断面的成型，可改善坯料硬壳的冷却，以改进坯料质量并提高铸造速度。因此，在型腔各周边部内设有凸起(9)形式的断面扩大部(7)，凸起的宽度(10)，在坯料前进方向(11)上，至少沿着型腔的局部长度(12)是减小的，使坏料断面在通过型腔的局部长度时改变形状。
文档编号B22D11/041GK1064034SQ92100838
公开日1992年9月2日 申请日期1992年2月6日 优先权日1991年2月6日
发明者F·卡瓦, A·施蒂利 申请人:瑞士商康凯斯史丹股份公司