金属产品铸造中的金属材料密封系统的制作方法

本发明涉及一种系统，用于在铸造优选地平坦金属产品(例如带材)的操作期间，根据通常被称为双辊铸造(twin roll casting)的技术，或者根据使用两个铸造构件来限定平坦金属产品的其它可替代铸造技术，来密封液态或半液态金属材料(例如铝、锌、镁或任何金属合金)。

背景技术：

1、通常被称为双辊铸造的技术是一种众所周知的技术，自20世纪中叶开始使用，以从液态材料制造固态金属半成品。该技术主要用于制造平坦带材，但也可以适配成用于长产品，如坯段、棒材或类似产品，因为相比其他铸造技术，双辊铸造允许提高薄型产品(通常厚度或直径达到10mm)的生产率，且这类形状能够以高速进行铸造。双辊铸造的另一个优点是使得薄型且小型的半成品的尺寸与最终产品的形状相似，从而减少了后续工艺(轧制、拉拔)中的成型工作，并有助于获得廉价且大量生产的最终产品。

2、各种材料可用于双辊铸造，例如铁合金和非铁合金，或纯金属。

3、在传统的铸钢构造中，双辊铸造由二辊机架致动，其中冷却水平辊平行布置并并排放置，其轴位于共同的水平面上；而用于铸造铝、镁、锌和/或其合金的两个冷却水平辊一个放置在另一个之上，例如其轴线位于共同的竖直平面或相对于竖直面倾斜的公共平面上。由铸造辊所限定的空间通过卸料机供给，卸料机将液态金属材料与冷却辊接触以开始固化。在将材料输送和密封的操作中，通过侧挡板或边坝来辅助卸料机，侧挡板或边坝防止液态或半液态材料在其完全固化之前横向扩散，并且侧挡板或边坝可以是卸料机本身的一部分或独立的组件。通常情况下，卸料机通过通道和炉的系统来供给，这些通道和炉根据要铸造的材料和其特性而有所不同。一般情况下，液态的材料通过重力或使用泵送手段来传送，并且通道必须采用既具有隔热性质(以防止温度下降和材料的不希望的局部固化)，又具有足够的机械强度，以确保结构完整性和与液态的合金的化学兼容性。

4、铸造金属带材中最关键的问题之一是液体材料的横向扩散，这是由边缘工作环境和固化参数引起的。

5、通常情况下，随着铸造负荷的增加，液体的流动条件和低铸造速度能够促进带材边缘的优先冷却，从而导致带材部分横向扩散，改善尺寸控制，并降低泄漏的风险。然而，这也会导致带材局部质量变差，需要对带材的侧面进行修剪。

6、可以通过改变工作条件以便即使在侧面也具有更均匀的铸造条件，但这会导致增加液态的材料侧面泄漏的风险，液态的材料粘附在铸造辊上并损坏设备，从而导致工序中止。能够通过改进(通过机械屏障)固化前带材的侧面密封来避免这种情况，但在技术角度上获得这些结果存在一定的限制。

7、事实上，机械侧面密封系统或机械边坝不能由与从铸造设备离开的液态材料能够发生反应的材料来制成；而如果由绝缘材料制成，其又无法有效地密封材料。此外，这种材料在与辊的接触时不能过度抵抗辊，以避免由于意外接触而导致辊滑动损坏。一般来说，为了满足这些要求，这种材料优选地是软材料诸如，例如氧化物耐火材料。此外，当铸造负荷减少时，在距离卸料机出口相当远的地点，在靠近辊道间隙出口的位置，即铸造辊之间最小距离的点，也需要确保有有效的侧面密封。并且这需要使用非常长且非常薄的边坝。上述材料不能满足边坝所需的几何形状，或者在以所需的几何形状工作时，容易导致边边坝的变形或损坏铸造辊表面。相反，通过使用例如钢或金属等可替代材料来构建边坝，除了由化学反应、腐蚀和/或磨损现象引起的快速磨损之外，还获得了液态的金属材料(例如铝或其合金)的胶合效果，因此存在损坏铸辊表面的风险。

8、因此，需要提供一种能够克服上述缺点的密封系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种系统，用于在(优选地平坦的)金属产品的铸造过程中横向密封液态金属材料，尤其是铝、镁、锌或基于这些金属之一的金属合金。所述系统能够改善在任何铸造负荷下密封液态金属材料并扩展侧面密封区域的性能，同时避免侧面密封装置与液态金属材料直接接触。

2、本发明的系统可应用于根据通常称为双辊铸造技术进行的铸造，或者根据使用两个铸造构件来限定平坦金属产品的可替代铸造技术进行的铸造。

3、本发明的另一个目标是提供一种灵活的密封系统，从而允许在不需要更换铸造构件的情况下，铸造不同宽度的金属产品。

4、本发明通过在两个铸造构件之间限定的通道的开口侧端处的用于横向密封至少部分液态金属材料的密封系统，实现上述目标中的至少一个以及其他目标，这些目标将在本说明书的说明下变得清楚。所述系统包括用于供给至少一种压缩气态物质的进料装置，

5、其中所述进料装置设置有中空端部元件，该中空端部元适配成靠近通道的所述开口侧端布置，

6、其中所述中空端部元件在其中限定至少一个腔室，其中所述进料装置适配成将至少一种压缩气态物质供给到所述至少一个腔室内，

7、其中，所述中空端部元件设置有至少一个吹气面，该吹气面用于从至少一个腔室向用于所述至少部分液态金属材料的侧面密封区吹送所述至少一种压缩气态物质，

8、其中，所述至少一个吹气面设有多个通孔；并且其中，还设置有两个或更多个非共面的吹气面，用于不同地定向至少一种气态物质的流动；或者其中设置有单个吹气面，该吹气面中设有两组或更多组通孔，每组通孔与其他组通孔不同地定向。

9、本发明的另一方面涉及一种用于铸造金属材料产品的铸造机，包括:

10、-两个铸造构件，其限定具有两个开口侧端的通道，用于固化供给到所述铸造构件之间的空间中的液态金属材料并形成产品；

11、-如上所述的第一密封系统，其被布置成靠近所述通道的第一开口侧端；

12、-优选地，如上所述的第二密封系统，其布置成靠近所述通道的第二开口侧端；

13、优选地，其中所述两个铸造构件是反向旋转的辊或带或轨道或其组合；

14、本发明的另一个方面涉及通过前述铸造机执行的用于铸造金属产品的铸造方法，该方法包括以下阶段：

15、-将液态金属材料供给到两个铸造构件之间的空间；

16、-在两个铸造构件之间的通道中固化金属材料并形成产品；

17、其中，通过第一密封系统至少在通道的两个开口侧端中的一个处提供液态金属材料的侧面密封；

18、并且其中，通过将至少一种压缩气态物质供给到所述中空端部元件的至少一个腔室来获得液态金属材料的侧面密封，其通过至少一个吹气面将所述至少一种压缩气态物质从至少一个腔室吹向所述液态金属材料的侧面密封区；

19、优选地，其中通过所述第一密封系统在通道的第一开口侧端处提供液态金属材料的第一侧面密封，并且通过第二密封系统在所述通道的第二开口侧端处提供液态金属材料的第二侧面密封。

20、在本说明书中，以举例的方式提及双辊铸造技术，该技术使用两个反向旋转的辊作为铸造构件。

21、本发明的解决方案在于提供一种由压缩气态物质组成的屏障，该屏障能够在固化过程中通过在所述边缘上施加力来密封平坦金属产品例如带材的边缘，从而将液态金属材料推向带材的中间，并避免熔融材料的侧向扩散或泄漏。

22、本发明的原理基于使用至少一种压缩气态物质的进料装置，该装置可能部分成形，以便非常靠近铸造机辊定位，在材料进入辊的一侧或材料从辊离开的一侧，或者也可以在辊本身两翼的侧面。这样的进料装置被配置为将至少一种压缩气态物质(例如空气或惰性气体)从一侧向中间吹入到辊之间的空间内。

23、这种压缩气态物质具有双重效应：一方面，它冷却带材边缘的液态材料，从而局部地加速固化；另一方面，它施加机械密封作用，防止液态材料的扩散。

24、这种解决方案有许多优点。

25、首先，施加机械作用，同时避免了液态金属材料与任何其他材料的接触，从而避免任何化学反应、腐蚀或磨损。

26、更详细地说，本发明的解决方案既不在中空端部元件和铸造辊的任何表面之间提供任何直接接触，也不在中空端部元件和液态金属材料之间提供任何直接接触。

27、特别地，当中空端部元件完全位于铸造辊外部时，并且当中空端部元件至少部分地插入在所述铸造辊之间(例如其采用楔形形状)时，中空端部元件与铸造辊的任何表面之间的距离始终被设置为不为零。

28、中空端部元件的至少一个吹气面在不提供其与正在固化的材料的任何接触的情况下，仅仅通过吹送压缩气态物质来施加对金属材料的密封作用，以防止材料从辊侧向逸出。

29、此外，另一个优点是，密封作用可以施加于辊之间的任何点，而在现有技术中，由于有限的空间，任何物理屏障都不能实现这一点。例如，空气或惰性气体的射流可以朝着辊道间隙的中间定向，也可以用于非常低的铸造厚度。实际上，在这种情况下，由于铸造产品(例如带材)的最终厚度导致的有限的间隙，无法在非常靠近辊道间隙的辊之间设置物理障碍。

30、最后，吹气作用的显著优点是即使辊的位置发生变化，可以密封辊之间的任何间隙，而无需进行任何调整。例如，本发明的解决方案在软件控制的辊位置的情况下并且由于铸造条件引起负载设定的不期望的变化的情况下继续工作，铸造条件会决定偶然的辊运动。

31、本发明的密封系统能够根据其几何形状产生更集中或分散的射流，从而通过适当调整其以适应操作条件并将空气或惰性气体的消耗最小化来分配密封作用。此外，可以调节吹入气体的压力和机械推力作用，以补偿熔融材料的不同金属静压。

32、本发明的气动系统或边坝解决方案还允许满足以下要求：

33、侧向密封经受高压的金属材料，例如高达100-120mm的液态金属压头；

34、所涉及的侧面密封区域的长度可以变化，例如从45mm到70mm(缩进距离(setback))；

35、该系统是灵活的，并且允许铸造不同宽度的带材，而无需将铸造辊更换为具有不同长度的其他辊。

36、根据详细描述的示例性但不是排他性的实施例，本发明的其他特征和优点将更加明显。

37、从属权利要求描述了本发明的特定实施例。