专利名称：连铸法、铸件、金属加工品以及连铸设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种连铸法。本发明还涉及利用该连铸法制造的铸件、由该铸件制成的金属加工品以及用于执行该连铸法的连铸设备。
背景技术：
作为金属连铸法，普罗佩兹方法是已知的方法。在该方法中，在铸造轮的外周面上形成的凹槽和固定在凹槽上的环状带之间形成铸造空间。当铸造轮和环状带旋转时，向铸造空间提供熔融金属，以连续地制造铸件。在这种连铸法中，铸造轮和环状带都被冷却，因此供应给铸造空间的熔融金属将逐渐从其整个周面向其中央部分凝固(参照，例如，特开昭53-123332号公报和特开昭59-193737号公报)。
在上述的连铸法中，最终凝固部分位于铸件的中央部分，因此由于凝固收缩而易于在中央部分产生收缩孔和/或破损。因此，在具有这种缺陷的铸件中，即使对该铸件进行塑性加工例如轧制、挤压或拉拔，最终产品仍然包含铸造缺陷。
上述特开昭53-123332号公报公开可将铸造轮和环状带保持在40℃到200℃以避免铸件的快速冷却，从而防止(产生)铸造裂纹。然而在该方法中，尽管可以防止铸件接触铸造轮和/或环状带的接触部分的裂纹，却不能防止最终凝固部分内的收缩孔和/或破损。此外，尽管通过后续塑性加工可使铸件表面产生的铸造缺陷消失或减少，却不能消除在中央部分产生的铸造缺陷。此外，如果在铸件或加工品的中央部分存在铸造缺陷，则它们不能通过修整或剥皮加工(peeling processing)去除。
文中对其它文件中公开的各种特征、实施例、方法和设备的优点和缺点的说明决不是用于限制本发明。实际上，本发明的某些特征也许能够克服某些缺点，同时仍然保留其它文件中公开的某些或所有特征、实施例、方法和设备。
发明内容
本发明的优选实施例是考虑到相关技术领域中的上述和/或其它问题而提出的。本发明的优选实施例可显著改进现有的方法和/或设备。
在其它可能的优点中，某些实施例可提供这样一种连铸方法，该方法能够通过使最终凝固部分从铸件的中央部分移开，从而减小铸件中产生的铸造缺陷对加工品的影响。
在其它可能的优点中，某些实施例可提供利用上述连铸法铸造的铸件。
在其它可能的优点中，某些实施例可提供由上述铸件制成的金属加工品。
在其它可能的优点中，某些实施例可提供用于执行上述连铸法的连铸设备。
根据本发明的连铸法具有如下列项(1)至(8)所述的构成。
(1)一种用于通过驱动多个旋转成型件(molding member)连续制造铸件的连铸法，所述旋转成型件设置成以一种其中多个旋转成型件在温度上形成差别的状态(state)来形成铸造空间。
(2)根据上述项(1)所述的连铸法，其中，旋转成型件中的一个的开始接触熔融金属的部分的温度设定为[(该金属的熔点或液相线温度)×0.35]或更高，并且其它旋转成型件被冷却。
(3)根据上述项(2)所述的连铸法，其中，所述多个旋转成型件中的一个的开始接触熔融金属的部分的温度设定为[(该金属的熔点或液相线温度)×0.5]或更高。
(4)根据上述项(2)或(3)所述的连铸法，其中，通过在所述多个旋转成型件中的一个的开始接触熔融金属的部分之前加热该部分来设定该部分的温度。
(5)根据上述项(1)至(4)中任一项所述的连铸法，其中，所述多个旋转成型件是以一定间距设置的一对辊子。
(6)根据上述项(1)至(4)中任一项所述的连铸法，其中，所述多个旋转成型件是在其外周面上形成有凹槽的铸造轮以及安装在铸造轮上以封闭凹槽的环状带。
(7)根据上述项(1)至(6)中任一项所述的连铸法，其中，所述金属是铝或其合金。
(8)根据上述项(1)至(6)中任一项所述的连铸法，其中，所述金属是铜或其合金。
根据本发明的铸件具有如下列项(9)或(10)所述的构成。
(9)一种利用上述项(1)至(8)中任一项所述的方法连续铸造的铸件，其中，最终凝固部分位于距离所述铸件表面的一定深度内，该深度为[(铸件的厚度)×0.2]或更小。
(10)根据上述项(9)所述的铸件，其中，表层部分被从所述铸件去除。
根据本发明的金属加工品具有如下列项(11)所述的构成。
(11)一种通过对上述项(9)或(10)所述的铸件执行塑性加工而获得的金属加工品。
根据本发明的连铸设备具有如下列项(12)或(13)所述的构成。
(12)一种连铸设备，包括设置为形成铸造空间的多个旋转成型件，所述旋转成型件沿铸造方向被驱动；配置用来加热某些旋转成型件的加热装置；以及配置用来冷却其它旋转成型件的冷却装置。
(13)根据项(12)所述的连铸设备，其中，所述加热装置设置在所述某些旋转成型件开始接触熔融金属的位置前方。
根据本发明的连铸法，由于多个旋转成型件在温度上形成差别，所以可制造出其中最终凝固部分朝向温度较高的旋转成型件的那一侧移动的铸件。在这种铸件中，即使在最终凝固部分中产生铸造缺陷，也可通过去除表层部分而去除铸造缺陷。存在于靠近表面部分的铸造缺陷可通过塑性加工而消失或减少，从而加工品中不会包含铸造缺陷。
在连铸法中，在其中旋转成型件中的一个的开始接触熔融金属的部分的温度设定为[(该金属的熔点或液相线温度)×0.35]或更高并且其它旋转成型件被冷却的情况下，一定可使最终凝固部分发生移动。
此外，在其中所述多个旋转成型件中的一个的开始接触熔融金属的部分的温度设定为[(该金属的熔点或液相线温度)×0.5]或更高的情况下，最终凝固部分的移动量变大，从而在靠近铸件表面的部分形成最终凝固(部分)。
此外，在通过在所述多个旋转成型件中的一个的开始接触熔融金属的部分之前加热该部分来设定该部分的温度的情况下，可将该部分的温度设定为规定的温度。
在其中所述多个旋转成型件是以一定间距设置的一对辊子的情况下，可更平滑地制造最终凝固部分发生移动的铸件。
在其中所述多个旋转成型件是其外周面上形成有凹槽的铸造轮以及安装在铸造轮上以封闭凹槽的环状带的情况下，也可以更平滑地制造最终凝固部分发生移动的铸件。
在其中金属是铝或其合金的情况下，也可以更平滑地制造最终凝固部分发生移动的铝或铝合金铸件。
在其中金属是铜或其合金的情况下，也可以更平滑地制造最终凝固部分发生移动的铜或铜合金铸件。
根据本发明的铸件是利用上述方法连续铸造的铸件，并且最终凝固部分位于距离该铸件表面的一定深度内，该深度为[(铸件的厚度)×0.2]或更小。在这种铸件中，即使在最终凝固部分中产生铸造缺陷，也可通过去除表层部分而去除铸造缺陷。存在于靠近表面部分的铸造缺陷可通过塑性加工而消失或减少，从而加工品中会不包含铸造缺陷。
在表层部分被从铸件去除的情况下，铸造缺陷已被去除或可通过塑性加工而消失或减少。
由于金属加工品是通过对所述铸件执行塑性加工而获得的物品，因此该加工品没有铸造缺陷且质量优异。
根据本发明的连铸设备包括设置为形成铸造空间的多个旋转成型件—所述旋转成型件沿铸造方向被驱动、配置用来加热某些旋转成型件的加热装置、以及配置用来冷却其它旋转成型件的冷却装置。因此，通过执行本发明的连铸法，可制造其中最终凝固部分发生移动的铸件。
在其中加热装置设置在所述某些旋转成型件开始接触熔融金属的位置前方的情况下，所述某些旋转成型件的温度可设定为规定的温度。
通过下文结合附图的说明，可进一步理解各实施例的上述和/或其它方面、特征和/或优点。各实施例根据应用场合可包括和/或排除不同的方面、特征和/或优点。另外，各实施例根据应用场合可组合其它实施例的一个或多个方面或特征。对具体实施例的方面、特征和/或优点的说明不应理解为对其它实施例或权利要求的限制。
结合附图通过非限制性示例示出本发明的优选实施例，其中图1是示出用于执行根据本发明的连铸法的第一实施例的连铸设备的结构的示意图；图2是示出图1所示的连铸设备中的一对辊子和铸造空间的示意图；图3是示出用于执行根据本发明的连铸法的第二实施例的连铸设备的结构的示意图；图4是示出图3的主要部分的放大视图；以及图5是示出利用图3所示的连铸设备制造的铸件的横截面视图。
具体实施例方式
下文通过非限制性示例说明本发明的一些优选实施例。基于本公开应该理解，本领域技术人员可根据所述实施例进行各种修改。
在根据本发明的实施例的连铸法中，设置为形成铸造空间的多个旋转成型件在温度上形成差别，从而铸件中的凝固速率也有差别，因此最终凝固部分从铸件的中央部分朝向凝固速率较低的一侧—即朝向旋转铸造件具有较高温度的一侧—移动。
下文将参照具体的连铸法和用于执行该方法的连铸设备详细说明本发明。
第一实施例图1和2示出用于执行根据本发明的连铸法的连铸设备1。
在此连铸设备1中，一对辊子10和11以辊面间距T彼此平行设置，用于保持熔融金属M的保持板12和13以间距W设置在辊子10和11之间。从而辊子10和11以及保持板12和13形成铸造空间14。因此，在此连铸设备1中，可连续制造具有横截面T×W的矩形铸件S1。该对辊子10和11构造成使得各自的内周面可通过经由喷嘴(未示出)提供的冷却水来冷却，并且其中一个辊子构造成使得其外周面可通过设置在辊子11外侧并位于熔融金属M供应侧的紧靠辊子11接触熔融金属M之前的位置处的燃烧器15来加热。
在此连铸设备1中，从中间罐16供应给铸造空间14的熔融金属M连续形成铸件S1，并在通过冷却而从辊子接触面向内部凝固的同时通过辊子10和11传输。这时，当其中一个辊子10用冷却水冷却而另一个辊子11用燃烧器15加热并不供应冷却水时，被加热的辊子11侧的熔融金属几乎没有被冷却，而被冷却的辊子10侧的凝固(速率)会提高。因此，最终的凝固部分F1将位于被加热的辊子11侧。
第二实施例图3和4示意性地示出用于执行本发明的连铸法的连铸设备2。
连铸设备2设有铸造轮20和环状带21。
铸造轮20设有形成在外部表面的凹槽22并可通过设置在轮20内的喷嘴23提供的冷却水来冷却。另一方面，环状带21安装在铸造轮20和张力调节轮24上，以封闭铸造轮20的凹槽22，从而形成铸造空间25。此外，带21能够通过紧靠该带接触铸造轮20之前的位置处的燃烧器26来加热。
在图3中，标号27表示用于将带21压靠在铸造轮20上的夹送辊。标号28表示用于向铸造空间25供应熔融金属M的中间罐。
在此连铸设备2中，从中间罐28供应给铸造空间25的熔融金属M通过铸造轮20和带21的转动连续形成铸件S2，同时利用铸造轮20和带21通过冷却而从接触面向内部凝固。在此凝固过程中，熔融金属在带21侧几乎没有被冷却，而在铸造轮20侧凝固(速率)提高。因此，最终的凝固部分F2位于带21侧(图5)。
如图3中所示，在铸件的凝固几乎完成的最终铸造区29，可以冷却带21以防带21破损。
在上述实施例中，为了使多个旋转成型件10、11(20和21)在温度上形成差别，对将设定在较高温度的旋转成型件11(21)进行加热，而以与常规连铸法相同的方式对将设定在较低温度的另一旋转成型件10(20)进行冷却，从而通过从一个方向冷却而使熔融金属凝固。较高温度侧的旋转成型件11(21)的温度根据所铸造的金属来设置，优选设定为[(所述金属的熔点或液相线温度)×0.35]或更高。如果温度低于[(所述金属的熔点或液相线温度)×0.35]，则最终凝固部分的移动量会不足，导致除去的量增加，从而损害材料产量。优选温度为[(所述金属的熔点或液相线温度)×0.5]或更高，并且更优选的温度为[(所述金属的熔点或液相线温度)×0.6]或更高。在铝或其合金的情况下，优选温度为230℃或更高，优选地为330℃或更高，更优选地为400℃或更高。在铜或其合金的情况下，优选温度为380℃或更高，优选地为540℃或更高，更优选地为650℃或更高。
上述温度—即较高温度侧的旋转成型件11(21)的温度—定义为旋转件11(21)开始接触熔融金属M的部分R1(R2)处的温度。尽管在驱动中旋转成型件11(21)在当元件11(21)开始接触熔融金属M时和当铸造结束时的温度有轻微差别，但可通过在直接影响凝固速率的成型件11(21)开始接触熔融金属M的部分R1(R2)处进行热量管理来执行高精度的凝固控制。
用于将旋转成型件11(21)设定为预定温度的装置不局限于上述燃烧器15(26)，而是可使用任意公知的加热装置或其组合。此外，用于冷却另一旋转成型件10(20)的装置不局限于水，而是可使用任何已知的冷却装置或其组合。
旋转成型件并不局限于上述一对辊子10和11或上述铸造轮20和环状带21的组合。上述成型件是通常用于连铸的旋转成型件。可通过简单地在通常的旋转成型件上增加加热装置来制造铸件—其中最终凝固部分发生移动—来实现根据本发明的连铸法。在本发明中，需要至少两个旋转成型件，并且旋转成型件的数目可以是三个或更多。在使用三个或更多旋转成型件的情况下，可任意设置被加热元件的数目和被冷却元件的数目。
本发明可应用于各种金属连铸，特别是铝或其合金的连铸或者铜或其合金的连铸。
通过上述连铸法制造根据本发明的铸件。在该铸件中，由于旋转成型件之间的温度差异，所以最终凝固部分F1(F2)从铸件S1(S2)的中央部分移动到距离该铸件的表面向内一定深度内，其中该深度可通过将铸件S1(S2)的厚度乘以0.2获得。在最终凝固部分F1(F2)中，有时会产生铸造缺陷例如收缩孔和/或收缩裂缝。但是，在在靠近铸件的表面部分产生这些铸造缺陷的情况下，通过切割等可容易地去除包含缺陷的表层部分。此外，在这些铸造缺陷位于表面附近的情况下，有可能这些铸造缺陷会消失或减少。在去除表层部分的情况下，去除的量(去除的深度)不受限制。并不是总需要完全去除最终凝固部分。在随后进行塑性加工的情况下，考虑到由于后续的塑性加工会使铸造缺陷消失或减少，可去除到最终凝固部分的邻近处。当然，本发明允许完全去除最终凝固部分。如图5中所示，在通过使用环状带21制造的铸件S2中，最终凝固部分F2倾向于位于铸件S2沿宽度方向的中央部分或中央部分的附近。在这种情况下，不需要以一致的深度去除表层部分沿宽度方向的整个区域来获得平坦的表面。而是可以“V”形或“U”形去除最终凝固部分F2的附近(区域)。
根据本发明的金属加工品是通过将铸件进行塑性加工而制成的物品，该加工品没有铸造缺陷且质量优异。塑性加工方法不局限于特定的一种方法，而是可采用任何已知的塑性加工(方法)，例如轧制、挤压、拉拔、锻造、弯曲或压制。加工品的形状没有限制。
根据本发明的连铸设备要求配备上述多个旋转成型件、加热装置和冷却装置。然而，另外的装置例如用于供应熔融金属的装置或用于传送铸造金属的装置的结构则没有限制，可任意使用任何已知的装置和结构。
示例1在示例1中，通过使用图1和2中示出的连铸设备1针对Al-Mn系列合金JIS A3003(液相线温度654℃)进行连铸试验。一对每个具有300mm直径的辊子10和11以6mm的表面间距T设置。保持板12和13之间的间距W设置为100mm。从而，连续铸造厚度为6mm和宽度为100mm的铸件S1。
对其中一个辊子10进行冷却，而利用燃烧器15对另一个进行加热以将辊子10开始接触熔融金属M的部分R1设定为500℃。铸造后观察铸件S1的横截面。观察显示，最终凝固部分F1位于被加热的辊子10侧距离表面1mm的深度处并产生了铸造缺陷。但是，由于铸造缺陷相对于6mm厚的铸件S1位于1mm的深度，因此可轻易地去除该铸造缺陷。
制成的铸件S1可轧制成具有预定厚度的轧制材料，并可进一步进行压力加工。
作为比较示例，除了两个辊子10和11都用水冷却之外，以与示例1相同的方式连续铸造铸件。在所获得的铸件中，最终凝固部分F1位于沿厚度方向的中央部分并产生收缩孔。由于收缩孔的位置位于沿厚度方向的中央部分，所以基本上不可能去除它们。
示例2在示例2-1和2-2中，通过使用图3和4中示出的连铸设备2针对Al-Si-Mg系列合金JIS A6061(液相线温度652℃)进行连铸试验。
在连铸设备2中，使用具有直径为1400mm、凹槽22的深度D为55mm、凹槽22的内部横截面面积(即，铸造空间25的横截面面积)为2300mm2的铸造轮20。
在示例2-1和2-2中，对铸造轮20进行冷却，而利用燃烧器26对带21进行加热，以将带21开始接触熔融金属M的部分R2的温度设定为表1中所示的温度。作为比较示例，增加用于向铸造轮20上的带21的外侧供应冷却水的喷嘴(未示出)，从而通过水对铸造轮20和带21进行冷却。
在各个示例中，铸造过程中铸造轮的旋转速度设定为1.8rpm，以连续铸造铸件S2。铸造后观察各个铸件S2的横截面。观察显示，最终凝固部分F2位于距离表面如表1所示的深度处，并且在最终凝固部分F2及其附近产生铸造缺陷。
然后，将各个铸件S2粗加工地轧制成直径为23mm的圆棒。通过塑性加工，最终凝固部分F2位于距离圆棒的表面如表1所示的位置。
表1
如表1所示，在通过在加热带21的同时轧制铸件S2而获得圆棒的情况下，由于最终凝固部分靠近表面，因此可通过切割圆棒的表面部分至4mm或3mm的深度而去除铸造缺陷。另一方面，在其中铸造缺陷位于圆棒中央的比较示例中，不能去除该缺陷。
在上述粗加工的圆棒的最终凝固部分及附近处，结晶物质较大，例如约5μm，但是在其它部分较小，例如3μm或更小。
粗加工的圆棒可进一步进行轧制、连续挤压例如康丰法(conform)挤压、拉拔或锻造，以获得想要的物品。
尽管可以许多不同的形式实施本发明，并且文中仅说明了几个示意性实施例，但应理解，本公开应被视为是提供了本发明的原理的示例，并且这些示例没有将本发明局限于文中说明和/或示出的优选实施例。
尽管文中说明了本发明的示意性实施例，但本发明并不限于文中说明的各优选实施例，而是包括在本公开的基础上本领域技术人员能够认识到的任意和所有具有等价元件的实施例、(对实施例的)修改、省略、组合(例如，各实施例的多个方面)、适应和/或变化。权利要求书中的限定应基于权利要求书中使用的语言广义地理解，而不限于本说明书中所述或本申请的实施过程中的示例，这些示例应理解为非排他的。例如，在本公开中，术语“优选地”是非排他的，意思是“优选地，但不限于”。在本公开中以及在本申请的实施过程中，仅在对于一个特定的权利要求限定所有下列条件都出现在该限定中时才使用装置加功能或步骤加功能限定，这些条件是a)明确地叙述“用于...的装置”或“用于...的步骤”；b)明确地叙述相应的功能；并且c)没有叙述结构、材料或由该结构产生的动作。在本公开以及本申请的实施过程中，术语“本发明”或“发明”可用作对本公开内的一个或多个方面的引用。术语本发明或发明不应不适当地理解为关键程度的标识，不应不适当地理解为适用于所有的方面或实施例(即，应该理解本发明具有多个方面和实施例)，以及不应不适当地理解为限制应用或权利要求的范围。在本公开以及本申请的实施过程中，术语“实施例”可用来说明任何方面、特征、工艺或步骤、其任意组合、和/或其任意部分，等等。在某些示例中，各实施例可包括重叠的特征。在本公开以及本申请的实施过程中，可使用下列缩略语“e.g.”，其意思是“例如”；“NB”，其意思是“注意”。
工业实用性本发明涉及一种使用旋转成型件的连铸法，该方法可用来制造要进行塑性加工—例如轧制、挤压、拉拔或锻造—的金属铸件。
权利要求
1.一种用于通过驱动多个旋转成型件连续制造铸件的连铸法，所述旋转成型件设置成以一种其中多个旋转成型件在温度上形成差别的状态来形成铸造空间。
2.根据权利要求1所述的连铸法，其特征在于，旋转成型件中的一个的开始接触熔融金属的部分的温度设定为[(该金属的熔点或液相线温度)×0.35]或更高，并且其它旋转成型件被冷却。
3.根据权利要求2所述的连铸法，其特征在于，所述多个旋转成型件中的一个的开始接触熔融金属的部分的温度设定为[(该金属的熔点或液相线温度)×0.5]或更高。
4.根据权利要求2或3所述的连铸法，其特征在于，通过在所述多个旋转成型件中的一个的开始接触熔融金属的部分之前加热该部分来设定该部分的温度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的连铸法，其特征在于，所述多个旋转成型件是以一定间距设置的一对辊子。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的连铸法，其特征在于，所述多个旋转成型件是在其外周面形成有凹槽的铸造轮以及安装在铸造轮上以封闭凹槽的环状带。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的连铸法，其特征在于，所述金属是铝或其合金。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的连铸法，其特征在于，所述金属是铜或其合金。
9.一种利用权利要求1至8中任一项所述的方法连续铸造的铸件，其中，最终凝固部分位于距离所述铸件表面的一定深度内，该深度为[(铸件的厚度)×0.2]或更小。
10.根据权利要求9所述的铸件，其特征在于，表层部分被从所述铸件去除。
11.一种通过对根据权利要求9或10所述的铸件执行塑性加工而获得的金属加工品。
12.一种连铸设备，包括设置为形成铸造空间的多个旋转成型件，所述旋转成型件沿铸造方向被驱动；配置用来加热某些旋转成型件的加热装置；以及配置用来冷却其它旋转成型件的冷却装置。
13.根据权利要求12所述的连铸设备，其特征在于，所述加热装置设置在所述某些旋转成型件开始接触熔融金属的位置前方。
全文摘要
本发明涉及连铸法、铸件、金属加工品以及连铸设备。该连铸法使最终凝固部分从铸件的中央部分移开，以减小可能产生的铸造缺陷对塑性加工品的影响。在用于通过驱动设置为形成铸造空间的多个旋转成型件来连续地制造铸件的连铸法中，所述多个旋转成型件在温度上形成差别。在优选实施例中，旋转成型件中的一个的开始接触熔融金属的部分的温度设定为[(该金属的熔点或液相线温度)×0.35]或更高，其它旋转成型件被冷却。
文档编号B22D11/00GK1826193SQ20048002103
公开日2006年8月30日 申请日期2004年7月23日 优先权日2003年7月23日
发明者萩原靖久, 柳本茂 申请人:昭和电工株式会社