液冷式结晶器的制作方法

专利名称：液冷式结晶器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有权利要求1前序部分所述特征的液冷式结晶器。
背景技术：
连铸用的铜制结晶器板或管式结晶器通常通过螺纹连接装置与支承结构连接。支承结构可以是水箱或转接板。由DE 195 81 604T1已知一种金属的连铸模，其中铜或铜合金制的厚度均匀的结晶器板或管式结晶器通过许多螺栓与钢制的支承板连接。由于在浇铸作业时温度引起的结晶器板或管式结晶器膨胀，尤其在短螺栓的情况下导致各螺栓不能忽略的弯曲应力和拉应力。取决于螺栓在结晶器板或管式结晶器上的固定方式，对于焊接的螺栓可导致焊接破坏，或对于旋入的螺栓可导致螺纹过载。在极端的情况下甚至可在结晶器板或管式结晶器内产生裂纹。为了避免发生这些情况，在DE 195 81 604 T1中规定，结晶器板与支承板按滑动的结构互相用螺栓连接，所以结晶器板或管式结晶器可相对于支承板侧向运动。这一点通过使用滑动式紧固装置以及通过支承板内通孔的过尺寸达到。螺栓并因而结晶器板或管式结晶器的侧向或二维运动是可能的。除此措施外，建议采用优选地按堆叠结构的片状弹簧环，以便在高温下仍保持螺栓的预紧度。在这里弹簧环从运行技术的观点看起一个自由度的铰链装置、亦即起滑阀座的作用。此方案的缺点在于，使用钢制的弹簧环在弹簧元件之间产生不可谓不大的静摩擦。由于在弹簧环与支承板和结晶器板或管式结晶器之间存在许多接触面使静摩擦力累加，从而排除了结晶器板/管式结晶器无应力地相对移动的可能性。原则上热和机械原因产生的应力的叠加导致提高结晶器板或管式结晶器的负荷，最终造成提前失效和缩短结晶器的使用寿命。

发明内容
由此出发，本发明的目的是对金属连铸用的液冷式结晶器作如下的改进结晶器板或管式结晶器可以相对于支承结构实施基本上无应力的侧向移动/变形。
本发明通过权利要求1的特征达到此目的。
按本发明的结晶器的特征在于，结晶器板或管式结晶器与支承结构不夹紧地由紧固螺钉互相连接。也就是说，在支承结构，例如可以是水箱、中间板或转接板，与固定在它上面的结晶器板或管式结晶器之间存在工作间隙。工作间隙的宽度在加工允许的范围内选择得尽可能小，在这种情况下只要能保证，结晶器板/管式结晶器与支承结构不夹紧地互相连接。结晶器板/管式结晶器在工作间隙的范围内设置为离支承结构有一定距离。原则上规定，结晶器板/管式结晶器可侧向地，亦即基本上平行于支承结构有限地移动。这一点通过在支承结构或支承板内通孔的过尺寸达到。当然重要的是，结晶器板/管式结晶器可由于工作间隙导致不夹紧地在侧向运动平面内移动。显然，工作间隙的宽度因而还限制为使结晶器板/管式结晶器不能超过最大的量从支承结构抬起，以及不能朝由结晶器构成的型腔方向移动。
尤其是按权利要求2，在结晶器板/管式结晶器与支承结构互相面对的表面之间构成的工作间隙中，可以在结晶器板/管式结晶器与支承结构之间不存在直接的接触，因为它们连续地至少通过工作间隙的宽度彼此隔开距离地排列。
按权利要求3规定，工作间隙的宽度小于2/10mm。优选地工作间隙的宽度小于1/10mm。工作间隙不仅在室温下存在而且在浇铸过程中存在。若结晶器板/管式结晶器通过夹紧力和结晶器内的铁的静压压靠在支承结构上，则工作间隙可能移动到支承结构背对结晶器板/管式结晶器的那一侧。在这种情况下也没有进行夹紧。只需克服在结晶器板/管式结晶器与支承结构互相面对的表面之间取决于法向力产生的摩擦力。
按权利要求4的特征，紧固螺栓是螺钉，它们可以在结晶器板/管式结晶器内旋入至规定的旋入深度。螺钉有一螺钉头，它起止挡的作用。为了能构成工作间隙，必须使螺钉头不下移到一个离结晶器板/管式结晶器的最小距离。因此设一限制装置，以限制螺钉的旋入深度并由此确定工作间隙宽度。按权利要求5的实施形式，旋入深度通过夹紧衬套限制，它夹紧在螺钉的螺钉头与结晶器板/管式结晶器之间。夹紧衬套是一个单独的构件，它的长度准确地和螺钉头与结晶器板/管式结晶器期望的距离相协调。在此结构中，紧固螺栓只是夹紧夹紧衬套，而不是夹紧支承结构在夹紧衬套周围的区域。
按权利要求6的实施形式，螺钉不直接旋在比较软的结晶器板/管式结晶器内，而是旋入一个固定在结晶器板/管式结晶器上的螺纹嵌件中。为了使结晶器板/管式结晶器与螺纹嵌件之间的连接不受载，规定将夹紧衬套直接支承在螺纹嵌件上。
在本发明的范围内原则上也可以令紧固螺栓是与结晶器板/管式结晶器连接的螺栓(权利要求7)，也就是说，螺栓可以可拆式或不可拆地固定在结晶器板/管式结晶器上，例如通过焊接或旋紧。螺栓可以用螺帽固定在支承结构上，在这种情况下螺帽可旋在螺栓上仍至离结晶器板/管式结晶器为规定的距离。螺帽离结晶器板/管式结晶器的距离仍通过一个可夹紧在结晶器板/管式结晶器与螺帽之间的夹紧衬套确定(权利要求8)。在本发明的范围内原则上在螺帽与结晶器板/管式结晶器后侧之间的距离也可以由在螺栓上的限制器确定。限制器可例如是在螺栓上的一个例如形式上的环形凸缘的车削件(Andrehung)。螺栓不必一定制有连续的螺纹。只是在应旋上螺帽的高度部分内制有螺纹便够了。原则上也可以使用螺钉，它只有一个旋入端，在此旋入端连接一个止挡用于限制旋入深度。在此项设计中不需要单独的夹紧衬套。在相反的情况下，螺帽和夹紧衬套可以构成一个结构单元，然后将它旋在螺栓上。
按权利要求10的实施形式，在夹紧衬套与螺帽或螺钉头之间装一弹性元件。此弹性元件尤其是一个夹紧盘或也可以是一个曲拱或波形的弹簧盘。若由于在浇铸作业时结晶器板或管式结晶器的变形或由于其他外部影响不能在支承结构与结晶器板/管式结晶器之间产生工作间隙，则通过弹性元件可以防止结晶器板/管式结晶器与支承结构刚性地夹紧。
在所有的实施形式中螺钉头或螺帽的直径大于穿过支承结构的通孔，因此结晶器板/管式结晶器可靠地定位。为了减小在结晶器板/管式结晶器或与结晶器板/管式结晶器螺纹连接的紧固螺栓可能的接触面之间的摩擦系数，规定在可彼此相对移动的表面设滑动辅助器。滑动辅助器既可设在支承结构上也可设在结晶器板/管式结晶器、夹紧衬套上。滑动辅助器尤其可以是一个以聚四氟乙烯(PTFE)为基的涂层。也可以使用一个滑动盘。
对于在结晶器板或管式结晶器与支承结构之间的相对运动而言其关键是在各连接区内允许紧固螺钉或围绕紧固螺钉的夹紧衬套作这样的相对移动。原则上紧固螺钉有足够径向间隙地穿过支承结构的通孔。
认为特别有利的是，在本发明的范围内的保持期望的工作间隙在结晶器板/管式结晶器与支承结构之间借助冷却剂流建立过压、所以冷却剂的压力将结晶器板/管式结晶器从支承结构表面压开。即使冷却剂能进入工作间隙内，但在本发明中工作间隙并非设计为冷却剂通道，而是有相当小的宽度。工作间隙也许处于构成冷却剂通道边界的隔板之间。在本发明的范围内原则上可以只是结晶器板/管式结晶器的部分区按本发明的意义不夹紧地互相连接，以便能在这些可望有特别大的热负荷的分区内实施相对运动，而在结晶器板/管式结晶器的其他分区内选择另一种固定形式。以此方式也可以提供一种在结晶器板/管式结晶器与支承结构之间有高连接刚度的固定支承或固定支承区，或提供一种有低抗扭刚度的浮动支承或浮动支承区。以高刚度的连接区为出发点，结晶器板/管式结晶器由温度引起的膨胀在具有小的摩擦系数或甚至不夹紧地互相连接的区域内进行，正如在本发明的范围内所建议的那样。


下面借助附图表示的实施例详细说明本发明。其中
图1和2在螺钉连接区内通过支承板和结晶器板的横截面，其中结晶器板相对于支承板处于两种不同的相对位置；以及图3按第二种实施形式在螺钉固定区内通过结晶器板和支承板的剖面；图4按第二种实施形式在螺钉固定区内通过结晶器板和支承板的剖面。
具体实施例方式
图1用局部剖面图表示结晶器板1，它固定在作为支承结构组成部分的支承板2上。结晶器板和支承板2构成一个图中未进一步表示的金属连铸用液冷式结晶器的板组件。结晶器板1用优选地屈服点大于350MPa的铜或铜合金制成。为了冷却结晶器板1，在支承板2与结晶器板1之间有一个冷却剂间隙3。冷却剂间隙3处于结晶器板1内，以及其宽度S由在结晶器板1冷却剂侧4岛状伸出的台座5的高度确定。台座5可有流线形外形以及被冷却剂绕流。在此实施例中台座5与结晶器板1设计为一体。在图示的结晶器板1台座5内插入一个紧固螺钉6。为此在台座5中锚固一个螺纹嵌件7，紧固螺钉6旋入其中。
紧固螺钉6穿过支承板2内的通孔8。紧固螺钉6设计为外六方的螺钉头9通过夹紧盘10和夹紧衬套12的凸缘11支承在支承板2后方的止挡面13上。夹紧衬套12延伸到通孔8内以及通过螺钉6的杆14定心。夹紧衬套12支承在螺纹嵌件7的环段15上。环段15在此实施例中同样伸入通孔8内。环段15、夹紧衬套12和夹紧环10沿通孔8或紧固螺钉6的中心线MLA方向延伸的长度尺寸以这样的方式确定，即，使得在支承板2与结晶器板1互相面对的表面16、17之间保持一个小宽度B的工作间隙18。结晶器板1在螺钉固定的区域内不贴靠在支承板2上。
图2表示图1的局部剖面，其中结晶器板1相对于支承板2已侧向移动。在这里，工作间隙18的宽度B保持相同。在图示的笛卡儿坐标系内沿X方向移动一个量X。以同样的方式也可以沿Y方向移动，移动的程度由通孔8的过量尺寸确定。Z方向与结晶器板1朝支承结构或支承板2的方向移动相对应，亦即沿紧固螺钉6的中心线MLA的方向。沿Z方向的移动应通过窄小的工作间隙保持得尽可能小以及小于沿X和Y方向的移动。
图3的实施形式与图1和2所示实施形式的区别在于，没有设夹紧环以及螺钉头9因而直接支承在夹紧衬套12的凸缘11上。螺钉6的杆14相应地设计较短。
图4的实施形式与图1所示实施形式的区别在于紧固螺钉19的设计不同。此紧固螺钉19有一个伸入通孔8内的圆柱杆20，它在一定程度上起夹紧衬套的作用。杆20的长度尺寸确定为使它在紧固螺钉19旋入时直接贴靠在螺纹嵌件的环段15上。以此方式一方面取消夹紧盘以及另一方面取消了夹紧衬套。装配可以非常快和简单。减少了零件类型。在此实施形式中杆20的外径也选择为小于通孔8的内径，使结晶器板1可以相对于支承板2沿X和沿Y方向侧向移动。工作间隙18的宽度B通过沿纵向协调环段、杆20的尺寸和通孔8的长度尺寸来确定并准确地规定。
附图标记一览表1-结晶器板2-支承板3-冷却剂通道4-冷却剂侧5-台座6-紧固螺钉7-螺纹嵌件8-2内的通孔9-螺钉头10-弹性元件(夹紧盘)11-环段12-夹紧衬套13-止挡面14-6的杆15-7的环段16-2的表面17-1的表面18-工作间隙19-紧固螺钉20-19的杆MLA-6、20的中心线B-18的宽度S-3的宽度
权利要求
1.金属连铸用的液冷式结晶器，包括由铜或铜合金制成的结晶器板(1)或一个管式结晶器，它借助紧固螺栓(6、19)与支承结构(2)连接，其特征为各结晶器板(1)或管式结晶器与支承结构(2)不夹紧地由紧固螺栓(6、19)互相连接，其中，在支承结构(2)与结晶器板(1)或管式结晶器之间存在工作间隙(18)。
2.按照权利要求1所述的结晶器，其特征为工作间隙(18)处于结晶器板(1)或管式结晶器与支承结构(2)互相面对的表面(16、17)之间。
3.按照权利要求1所述的结晶器，其特征为工作间隙(18)的宽度(B)小于0.2mm。
4.按照权利要求1至3之一所述的结晶器，其特征为紧固螺栓(6、19)是螺钉，它们可在结晶器板(1)或管式结晶器内旋入至一规定的旋入深度。
5.按照权利要求4所述的结晶器，其特征为旋入深度受一个夹紧衬套(12)的限制，夹紧衬套被夹紧在螺钉(5)的螺钉头(9)与结晶器板(1)或管式结晶器之间。
6.按照权利要求5所述的结晶器，其特征为螺钉(6)旋入在结晶器板(1)或管式结晶器中的一个螺纹嵌件(7)内，其中，夹紧衬套(12)支承在螺纹嵌件(7)上。
7.按照权利要求1至3之一所述的结晶器，其特征为紧固螺栓是与结晶器板或管式结晶器连接的螺栓，它用螺帽保险，其中，螺帽可旋在螺栓上直至离结晶器板/管式结晶器为规定的距离。
8.按照权利要求7所述的结晶器，其特征为所述的距离由一个夹紧在结晶器板/管式结晶器与螺帽之间的夹紧衬套确定。
9.按照权利要求7所述的结晶器，其特征为所述距离由在螺栓上的一个限制器确定。
10.按照权利要求1至9之一所述的结晶器，其特征为在夹紧衬套(12)与螺帽或与螺钉头(9)之间装一弹性元件(10)。
全文摘要
本发明涉及一种金属连铸用的液冷式结晶器，包括由铜或铜合金制成的各结晶器板(1)或一个管式结晶器，它借助紧固螺栓(6)与支承结构连接。各结晶器板(1)或管式结晶器与支承结构(2)不夹紧地互相连接，其中，在支承结构(2)与结晶器板(1)或管式结晶器之间存在工作间隙(18)。
文档编号B22D11/04GK1640580SQ20041009251
公开日2005年7月20日 申请日期2004年11月10日 优先权日2004年1月14日
发明者托马斯·罗尔夫, 汉斯-京特·沃布克, 格哈德·胡根许特, 赖因霍尔德·伯拉格 申请人:Km欧洲钢铁股份有限公司