专利名称：改进的连续铸造模具及其方法
技术领域：
本发明广泛涉及金属加工和铸造领域。特别涉及一种改进的用于连续铸造系统的模具，该模具具有较长的使用寿命，改进了冷却的均匀性，比普通的连续铸造模具制造出更好的产品。
现有技术的描述常规的连续铸造模具包括一定数量的通常由铜制成的衬板，和围绕该衬板的外壁。这些衬板定义了在铸造过程中与熔融的金属接触的模具部分。在其外壁和衬板之间提供的平行和垂直延伸的冷却水循环槽缝或通道，将热量从衬板上带走。在加工期间，水从水源通过与衬板的所有槽缝相通的入口高压引入到这些槽缝中，该槽缝通常在模具的底部。这样达到的冷却效果会在熔融的金属通过模具时使其外表面固化。在离开模具之后，该半固态铸件通过向该铸件喷射的附加冷却液(通常为水)而使固化作用完成。这一金属的加工方法是非常有效的，同时在美国及世界各地广泛使用。
在众多的连续铸造机中，熔融的金属通过浸没在模具中的耐熔喷嘴从浇口盘被导入到模具中。由于经常通过喷嘴部分导入熔融金属、模具的形状、以及模具热表面的冷却效果，在模具中形成的热的金属或熔融金属循环、以及借助良好的对流热传导介质导致在整个热表面(hotface)上的冷却率不均匀，这可能导致热表面的不均匀的退化，从而导致模具过早地报废，其同样可能对铸造产品的质量产生影响。这样的实例可以在漏斗型的模具操作中找到。漏斗型模具用于铸造薄板产品，包括在模具的导入端的个相对宽的中心区域、相对较窄的末端区域，以及界于中心区域与末端区域之间的传输区域。所说的耐熔喷嘴插入在中心区域中，并且在实践中已经发现，模具过早地磨损和报废趋向于发生在传输区域。磨损的原因之一被认为是存在于浸没式喷嘴出口处的流入的熔融金属的冲刷，导致毗邻的固态金属的内表面受到重新加热，阻止了通过这一区域从其表面传开所发生的附加冷却，同时在一些极端的例子中，导致表面的重新加热和熔化的发生，这将导致在出口部分周围的区域表面变薄，其依次升高了产品的表面温度和模具衬里的表面温度。据发明人所知，现在还没有就这一问题提出过可操作的解决方案。
很明显，存在一种对改进的连续铸造模具及其连续铸造方法的需求，对在连续铸造模具中，热金属循环方式的有害影响进行补偿。
本发明的概述据此，本发明的一个发明目的是提供一种改进的连续铸造模具及其连续铸造方法，对在连续铸造模具中，热金属循环方式的有害影响进行补偿。
为了达到本发明上述的及其他的发明目的，改进的用于连续铸造机的模具组件包括带有定义了铸造空间的内表面的模具衬里组件，熔融的金属在该铸造空间中冷却并成型；浸入式喷嘴端接在该铸造空间中，用于将熔融的金属导入该铸造空间；以及选择性的冷却结构，用于以这样一种方式冷却所述的模具衬里组件对模具衬里组件内表面的不同部分，以变化的强度按照在熔融金属中预先设定的循环方式进行冷却，从而使对流所产生的不均匀热传导被提供给模具衬里组件(30)的整个内表面。
按照本发明的第二方面，提供了一种操作连续铸造机的方法，该铸造机带有模具衬里组件，该组件带有一个内表面，其定义了熔融金属可以在其中冷却和成型的铸造空间，该方法包括如下步骤(a)将熔融金属导入该铸造空间；以及(b)选择性地对模具衬里组件内表面的不同部分，以变化的强度按照在熔融金属中预先设定的循环方式进行冷却，从而使对流所产生的不均匀热传导被提供给模具衬里组件(30)的整个内表面，产品的质量得到增强，模具的寿命得以延长。
作为本发明的这些特征及其他的改进和新颖的特征都在所附的权利要求书中特别指出，并构成本申请的一部分。尽管如此，为了更加明了本发明、它的改进、及其通过使用所达到的目标，可以参考构成本申请的另一部分的附图，以及伴随的描述性材料，其中示出并描述了本发明的优选实施方案。
附图的简要说明
图1是按照本发明的优选实施方案构成的连续铸造机的示意图；图2是按照本发明构成的从模具组件的一个部分剖开的局部断面示意图；以及图3是在图1和图2中所描绘的从该系统的另一个部分剖开的局部断面示意图。
优选实施方案的详细描述现在参照附图，其中的相同的参考数字在所有附图中指的是相同的结构。参照图1，按照本发明的优选实施方案构成的连续铸造机10包括模具组件12，该组件定义了熔融金属可以在其中冷却成型的铸造空间14，该连续铸造机还包括浇口盘16，熔融的金属源储存在其中，浸入式喷嘴20，用于将熔融的金属18从浇口盘16导入到由模具组件12定义的铸造空间14中。作为惯例，滑动门22置于浸入式喷嘴20的上方，用于控制所通过的熔融的金属流18。
在浸入式喷嘴的末端有一些出口24，借此熔融的金属被导入铸造空间14中。由于模具组件12的形状和导入铸造空间14中的熔融金属18的结果，在铸造空间14中的熔融金属内形成了循环方式26，如图1中所示出的。如前面所描述的，该循环方式26将使模具过早地退化和报废，特别是在模具组件12的弯月形区域28更是如此。
现在参照图2和图3，能看到，模具12包括模具衬里组件30，该组件30包括内表面32，其定义了铸造空间14。按照本发明的一个重要方面，该模具衬里组件30安装有选择性的冷却装置34，用于以这样一种方式冷却模具衬里组件30对模具衬里组件30内表面32的不同部分，以变化的强度按照在熔融金属中预先设定的冷却方式26(如图1所示)进行冷却，从而使对流所产生的不均匀热传导被提供给模具衬里组件(30)的整个内表面。按照惯例，模具衬里组件30带有一些在模具衬里内定义的冷却槽缝36，用于将热量从模具衬里组件30的内表面32带走。从图3能够看到，按照本发明的这个实施方案的这些冷却槽缝36包括相对模具衬里组件30的内表面基本平行的基体槽缝38，该基体槽缝被加工到这样一个深度其定义的模具壁面厚度Tb等于基体槽缝38底部和内表面32之间的距离。在弯月形区域28(在图3中能够更好地看到)，该冷却槽缝36包括被加工到比基体槽缝38更深的加深槽缝40，同时定义了从槽缝40底部到模具衬里组件30内壁32之间的最小厚度Tm，该加深的槽缝40与增压室42连通，用于在操作期间将水从槽缝36导出，这是本领域所公知的技术。
由于在加深的槽缝40的厚度Tm小于基体槽缝38处的厚度Tb，因而增强的冷却效果作用于最接近弯月形区域28的模具区域，其尺寸可以用槽缝间区域的厚度差测量出来，或如图3中所示出的Tb-Tm。
图2示出了在弯月形区域28的槽缝40的底部44，以及基体槽缝38处的槽缝的底部46。从图2中可以看到，该图是从图3的线2-2处水平剖开的模具的断面视图，这一距离Tb-Tm倾向于沿着模具的水平尺寸变化，以便选择性地增强对模具衬里组件内表面某些部分的冷却，或减弱对模具衬里组件其他部分的冷却。在图2中所描绘的模具衬里组件30是常规的漏斗形模具。其包括第一相对宽的中心区域，用罗马数字I表示，相对窄的末端区域(II)，以及界于中心区域I和末端区域II之间的传输区域(III)。在本发明的一个实施方案中，增强的冷却作用于在传输区域III的模具衬里组件30的内表面32，用于调节由于在铸造空间14内的循环方式26造成的、预计在该区域可能发生的热量传输的增加。在本发明的这一实施方案中，距离Tb-Tm是增加的。本发明这一实施方案的另一方面是倾向于对相对宽的区域I和在区域II中最外面的各槽缝提供降低的冷却，这是通过减小Tb-Tm的距离来实现的。
本发明的另一方面在于，为了在模具衬里中最需要冷却的区域提供冷却，可以一起使用或用变化的厚度余量Tb-Tm代替上面所讨论的。如图2所示，加深的槽缝40被加工成比基体槽缝38更深，并延伸一个垂直的距离Lm。本发明的第二方面涉及各单独的槽缝的Lm的变化，使得需要获得增强的冷却效果的槽缝的Lm增大，在优选的实施方案中，它们还是主要在传输区域III。图4示意性地描绘出了这些加深的槽缝40的长度轮廓。
在图2中示出了上面所描述的优选的实施方案，其中冷却槽缝都被编号，从中心区域I开始到末端区域II止，如槽缝1到19。下面的图表提供了每一个槽缝1到19的示范性的Tm、Tb-Tm以及Lm的值。
另外，槽缝的长度可以是变化的，而槽缝的深度可以不变，或槽缝的深度可以是变化的，而槽缝的长度可以不变。另外，本发明的原理可以用于其他类型的连续铸造机，而不限于附图中所示出的。
应当明了，尽管在前面的描述中已经连同本发明的详细结构和功能陈述了本发明的诸多特征和改进，但其揭示只是为了说明，其细节可以是变化的，特别是在本发明的原理上，对于用通常具有广义的术语所定义的所有的材料的形状、尺寸和各部分的布局，都是由权利要求书所表达的。
权利要求
1.一种改进的用于连续铸造机械上的模具组件，包括模具衬里组件，该组件带有衬里表面，定义了一个铸造空间，熔融的金属在该空间中冷却并成型；浸入式喷嘴，其端接在该铸造空间中，用于将熔融的金属导入该铸造空间；以及选择性的冷却装置，用于以这样一种方式冷却所述的模具衬里组件对模具衬里组件内表面的不同部分，以变化的强度按照在熔融金属中预先设定的循环方式进行冷却，从而使对流所产生的不均匀热传导被提供给模具衬里组件的整个内表面。
2.根据权利要求1所述的组件，其中所说的模具衬里组件包括漏斗型模具，用于制造薄板铸件，该漏斗型模具包括相对较宽的中心区域、相对较窄的端部和界于所述中心与端部之间的传输区域。
3.根据权利要求2所述的组件，其中所述选择性的冷却装置的构成和布置是向所述的传输区域提供增强冷却而构成和布置的。
4.根据权利要求2所述的组件，其中所述的选择性的冷却装置的构成和布置是向所述的中心区域提供减弱的冷却而构成和布置的。
5.根据权利要求1所述的组件，其中所述的选择性的冷却装置进一步是这样构成和布置的在铸造期间，相对熔融金属所要在的弯月形位置，向模具衬里组件的内表面的部分提供加强的冷却。
6.根据权利要求1所述的组件，其中所说的选择性的冷却装置是这样构成和布置的依照在模具衬里组件内表面和在模具衬里组件中定义的冷却槽缝的底部之间变化的距离，以变化的强度进行冷却。
7.根据权利要求6所述的组件，其中所说的选择性的冷却装置进一步是这样构成和布置的依照加深的槽缝变化的长度，按照在模面上特殊的区域所需要的冷却量，以变化的强度进行冷却。
8.根据权利要求1所述的组件，其中所说的选择性的冷却装置是这样构成和布置的依照加深的槽缝变化的长度，按照在模面上特殊的区域所需要的冷却量，以变化的强度进行冷却。
9.一种操作连续铸造机的方法，该铸造装置带有模具衬里组件，该组件带有一个内表面，其定义了熔融金属可以在其中冷却和成型的铸造空间，包括如下步骤(a)将熔融金属导入该铸造空间；以及(b)对模具衬里组件内表面的不同部分，以变化的强度按照在熔融金属中预先设定的循环方式进行冷却，从而使对流所产生的不均匀热传导被提供给模具衬里组件的整个内表面，产品的质量得到增强，模具的寿命得以延长。
10.根据权利要求9所述的方法，其中的模具衬里组件包括漏斗型模具，用于制造薄板铸件，该漏斗型模具包括相对较宽的中心区域、相对较窄的末端和界于所述中心与末端之间的传输区域。
11.根据权利要求10所述的方法，其中进行步骤(b)是对所述传输区域进行增强冷却。
12.根据权利要求10所述的方法，其中进行步骤(b)是对所述中心区域进行减弱冷却。
13.根据权利要求9所述的方法，进一步包括向在铸造期间，相对熔融金属所要在的弯月形位置，向模具衬里组件内表面的部分提供加强的冷却。
14.根据权利要求9所述的方法，其中步骤(b)是通过改变模具衬里组件的内表面和由模具衬里组件定义的冷却槽缝的底部之间的距离得以实现的。
15.根据权利要求14所述的方法，其中步骤(b)进一步是通过这样一种方式得以实现的按照模具衬里组件的某一区域冷却所需附加的冷却量，改变加深的冷却槽缝的长度。
16.根据权利要求9所述的方法，其中步骤(b)是通过这样一种方式得以实现的按照模具衬里组件的某一区域冷却所需附加的冷却量，改变加深的冷却槽缝的长度。
全文摘要
一种改进的用于连续铸造机上的模具组件(12),包括带有内表面(32)的模具衬里组件,该内表面定义了铸造空间(14),熔融金属在其中冷却并成型;一个浸入式喷嘴(20),端接在所述铸造空间(14)内,用于将熔融金属导入该铸造空间(14);以及可选择的冷却结构(34),用于以这样一种方式可选择地冷却模具衬里组件:对模具衬里组件(30)内表面(32)的不同部分,以变化的强度按照在熔融金属中预先设定的循环方式(26)进行冷却,从而使对流所产生的不均匀热传导被提供给模具衬里组件(30)的整个内表面。
文档编号B22D11/16GK1251062SQ98803497
公开日2000年4月19日 申请日期1998年3月19日 优先权日1997年3月19日
发明者约翰·A·格罗夫, 小吉姆斯·B·肖尔斯 申请人:Ag工业公司