专利名称:带有振荡装置的连续铸模的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有振荡装置的连续铸模，尤其是用于在垂直铸造平面内带有弯曲的铸造轴的连续钢材铸造机。
背景技术：
传统的用于带有弯曲铸造轴的连续钢材铸造机的铸模一般包括铜模具管(copper mould tube)，该模具管沿着所述弯曲的铸造轴形成铸造通道；围绕该模具管的模具外壳以及模具外壳内用于强烈地冷却模具管的水冷却系统。
公知的是轴向振荡这种连续铸模，以避免固化的外皮粘结到模具管上，这实际上会导致铸流内的表面缺陷，并甚至可以造成液态钢材溢出。实验表明如果连续铸模经历频率在每分钟100和600周之间且振幅为5到10mm的轴向振荡，将获得最佳的铸造结果。此外，这些轴向振荡的路径应尽可能靠近弯曲的铸造轴。在横切铸造轴方向的振荡分量不仅导致铸流表面质量较差，而且导致模具管过渡磨损。
在大多数现有技术连续钢材铸造机中，连续铸模被支撑在所谓的振荡台上，该振荡台位于铸模之下。为了产生沿着弯曲铸造轴的振荡，这种振荡台的设计者构想出非常复杂和繁琐的杠杆机构，用来振荡铸模的支撑台。然而，大部分这些振荡台在避免产生模具管横向振荡方面并非完全成功。此外，由于要振荡的质量较高并且在杠杆机构中摩擦损失较大，这些振荡台一般不足以产生频率高于每分钟200周的振荡。
美国专利5715888描述了一种用更紧凑和更有效的振荡装置替代振荡台的方案。这种振荡装置包括外部支撑壳体，在该壳体内，连续铸模借助于环形、双作用气动或液压缸得以轴向支撑，后者由两个共轴的套筒构成，这两个套筒围绕连续铸模。这些套筒相对彼此可轴向移动，并通过二者之间布置的导引装置导引成这种运动。连续铸模的模具外壳限定了一个肩台，通过该肩台模具外壳防止在内部套筒上，而外部套筒被支撑在外部支撑壳体内。要理解的是这种紧凑的振荡装置可以向连续铸模施加振幅大到10mm且频率高于每分钟200周的振荡。这种振荡装置的缺点在于大直径环形气动或液压缸的制造非常昂贵，尤其在环形气缸必须沿着弯曲的振荡路径产生振荡的情况下。
美国专利US5676194描述了一种通过将振荡装置集成到连续铸模中而省略振荡台的方案。由双臂振荡杠杆用一个臂支撑模具外壳之内的模具管，并用另一个臂连接到位于模具外壳外侧的线性作动缸上，其中双臂振荡杠杆由模具外壳可枢转地支撑。密封元件，例如金属膜片连接在静止模具外壳和模具管之间，从而借助于振荡杠杆使得模具管可以轴向振荡，同时确保围绕模具管的冷却室的密封。这导致要振荡的质量显著减小，可以实现较高的振荡频率，并且降低了用于振荡模具管的能量消耗。
美国专利US4483385描述了另一种通过将振荡装置集成到连续铸模中而省略掉振荡台的方案。弯曲的模具管由外壳围绕，而外壳包括用于模具管的喷射冷却系统。模具管的下端自由地穿过外壳的底部开口。模具管的上端固定到基本水平的顶板上。后者在从外壳顶部框架突出的四个垂直导引销中得以导引。两个垂直作动缸布置在模具外壳内、在模具管的相对侧上。当激励时，这两个垂直作动缸自顶部框架上提升并导引顶板。当作动缸停用时，重力导致顶板落回到顶部框架上。通过激励和停用作动缸，从而有可能使自由悬挂的模具管在容纳喷射冷却系统的外壳内经历上下振荡的运动。美国专利US4483385中描述的连续铸模的一系列缺点在于垂直振荡的弯曲模具管将大量的横向力施加到弯曲的铸流上。这些横向力导致模具管过渡磨损，并且铸流表面变形。它们甚至会产生液态金属溢出。
发明内容
作为本发明基础的技术问题是提供一种紧凑的连续铸模，其能够沿着弯曲的铸造轴产生振荡，而不会将明显的横向力施加到离开弯曲铸模的铸流上。
本发明提供一种连续铸模，用于在垂直平面内具有弯曲铸造轴的连续钢材铸造机，包括沿着所述弯曲铸造轴形成弯曲铸造通道的模具管，所述模具管具有上端和下端，并在其上端具有支撑凸缘；模具外壳，其围绕所述模具管，所述模具外壳具有顶端和底端；在所述模具外壳之内的冷却系统，用于冷却所述模具管；以及气动或液压致动器装置，其连接在所述模具管的所述支撑凸缘和所述外壳之间，用于轴向支撑和振荡所述模具管；直接连接到所述模具管的所述下端和所述模具外壳的所述底端之间的导引装置，所述导引装置将弯曲的振荡路径施加到所述模具管的所述下端上，其中，所述被施加的振荡路径精确地遵循所述弯曲铸造轴。
本发明的铸模以其自身公知的方式包括模具管，该模具管沿着铸造机弯曲的铸造轴形成弯曲的铸造通道；以及模具外壳，其围绕模具管，并容纳用来强烈冷却模具管的冷却系统。模具管在其上端具有支撑凸缘。气动或液压致动器装置连接到模具管的支撑凸缘和外壳之间，用于在模具管的静止外壳内轴向支撑并振荡模具管。根据本发明重要方面，连续铸模还包括导引装置，其直接连接到模具管的下端和模具外壳的底端之间。这个导引装置将弯曲的振荡路径施加于模具管的下端上(即，它至少在铸造平面内固定模具管下端的所有平移和转动自由度)，其中，所施加的振荡路径精确遵循弯曲的铸造轴。换句话说，导引装置保证施加到模具管上端的模具管的振荡造成严格遵循弯曲的铸造轴的模具管下端的振荡。因此，模具管对离开模具的弯曲的铸流不会施加或至少施加不明显的横向力。在这方面，还要指出的是施加到模具管上端的振荡不必要精确地遵循施加到模具管下端上的路径。实际上，作为通常由铜制成且不是完全刚体的模具管，它可以通过横切于铸造轴较小的变形来轻易补偿其下端和上端的所施加的振荡路径中的差异。可以理解到这些较小的横向变形不会恶化铸造质量，并且不会导致模具管磨损增大，这是由于它们主要影响上部模具管，在该处钢材仍完全是液态的。
导引装置优选地被强制冷却，并在优选实施例中包括至少一个导引元件，该导引元件固定到外壳上，并包括弯曲的导引通道，且包括受导引元件，该受导引元件刚性固定到模具管上并在至少一个导引元件的弯曲的导引通道内受到导引。导引通道固定了受导引元件的所有平移和转动自由度，从而模具管下端的振荡严格遵循弯曲的铸造轴。
气动或液压致动器装置优选地是圆环形，即环形的气动或液压致动缸，该致动缸优选地被强制冷却，从而它可以直接围绕模具管的热的支撑凸缘。因此，可以理解到环形缸可以具有比美国专利US5715888中所公开的环形缸小得多的直径，后者集成到围绕模具整个外壳的支撑壳体内。在本发明的模具中，可以进一步理解到环形缸不必要可以沿着弯曲的路径产生振荡。换句话说，它可以简单地在平行于直线的中轴线的方向上产生小的冲击。如果这个直线的中轴线基本上与弯曲的振荡路径相切，则环形缸可以沿着其相对小的振荡路径将基本上轴向的振荡力传递到模具管上。
模具管的上端相对环形缸可以确保有功能上的间隙，从而，可以避免或甚至完全消除模具管的振荡变形。然而，通常优选地是将模具管刚性固定到环形缸上，以便避免模具管任何不受控制的轴向运动。
为了减小模具管在其上端的变形，环形缸优选地支撑在外壳的顶端上，以便能够围绕旋转轴振荡，该旋转轴基本上垂直于垂直铸造平面，并与弯曲的振荡路径相交。在优选实施例中，环形缸例如具有两个轴颈，并且外壳的顶端具有两个轴承，用于容纳轴颈。为了减小模具管上端的振荡变形，环形缸也可以固定到外壳的顶端上，从而容许平行于垂直铸造平面并横切于铸造轴的线性平移很小。
模具的冷却系统优选地为喷射冷却系统。在这种喷射冷却的连续铸模的优选实施例中，环形元件固定到模具管的下端上，并布置在外壳底板的中心切口内，从而在环形元件和底板之间存在径向间隙。由于模具管的下端由导引装置导引，这个径向间隙基本上保持不变，并因此可以用适当的密封元件密封。
现在，参照附图借助于示例描述本发明，图中图1是带有弯曲铸造轴的连续铸模的第一示意性纵剖面图，其中垂直剖面包括弯曲的铸造轴并由图3中的剖面线A-A标识；图2是图1中的连续铸模的第二示意性纵剖面图，其中垂直剖面是与图1中的剖面相垂直，并由图3中的剖面线B-B标识；以及图3是图1和2中的连续铸模的示意性横截面，其中，剖面线由图1和2中的字母C-C标示。
具体实施方式
附图示出了用于在连续铸造机中铸造钢坯的连续铸模10。这个连续铸造机在垂直平面内限定了一条弯曲的铸造轴。应指出的是弯曲的铸造轴11物理上对应于由铸造机中弯曲铸流的中轴所限定的大致圆形的曲线。
附图标记12总体上标示弯曲的铸造管，其用于接收来自浇口盘(未示出)，即设置在模具10之上的耐火衬里的液态钢材分配器的熔融钢材。这个模具管12包括铜管14，该铜管以其上端固定到支撑凸缘16上，该支撑凸缘16形成一种进入浇口18。如图1所示，图1为保护那铸造轴11的垂直铸造平面，铜管14沿着弯曲的铸造轴11形成铸造通道20。在大多数铸造机中，弯曲的铸造轴可以在这个区域内等价于半径在4m和12m之间的圆弓形。
附图标记24总体上标识圆柱形的模具外壳，其围绕弯曲的铜管14。这个模具外壳24容纳公知的喷射冷却系统26，用以强烈地冷却铜管14。这种喷射冷却系统26包括一组垂直的冷却水管28，该水管从外壳24顶部出的环形收集器延伸到其顶端。这些水管中的每一根包括一系列喷嘴29，它们作用为用冷却水喷射铜管14。
附图标记30标识圆环形，即环形液压缸，该液压缸能够产生线性冲程。这个环形液压缸包括外环32和内环34。通过其外环32，环形液压缸30支撑在外壳24的顶端上。模具管12借助于其支撑凸缘16被支撑在内环34的凸缘36上。环32、34能够相对于彼此在平行于直线的液压缸中心轴线35的方向上线性运动。它们协作以形成环形活塞38，该活塞轴向分隔两个圆形压力室40、42，从而形成双作用液压缸，该双作用液压缸能够在两个相对方向(见箭头44)上沿着液压缸中心轴线35产生轴向力。应进一步指出的是环形液压缸30的液压缸中心轴35在点P处基本上与弯曲的铸造轴相切，在点P处两个环形活塞室40、42的对称平面45与弯曲的铸造轴11相交。这带来如下后果，即，环形液压缸30可以沿着其相对小的振荡路径将基本上轴向的振荡力传递到模具管12上。
如图2所清楚示出的，环形液压缸30的外环32借助于两个轴颈46、48支撑在外壳24的顶端上。这些轴颈中的每一个容纳在轴承50、52中，轴承固定到外壳24上。轴颈46、48和轴承50、52布置成为环形液压缸30限定了一条旋转轴54，该旋转轴基本上与垂直的铸造平面相垂直，并在上面限定的点P处与铸造轴相交，外环32与壳体24的环形凸缘26限定了一个环形间隙，该环形间隙由弹性可变形的密封圈58封闭。这带来如下后果，即，环形液压缸30能够通过围绕其旋转轴54转动较小角度而改变其位置，同时弹性可变形的密封圈58持续密封环形液压缸30的外圈32与外壳24的环形凸缘56之间的间隙。
内圈34围绕模具管12的支撑凸缘16，其中，在支撑凸缘16和内圈34之间保留一个环形间隙。这个环形间隙至少局部填充有耐火衬里60，这个耐火衬里保护环形液压缸30免受来自支撑凸缘16的热辐射。通过将两个环32、34配备有内部冷却回路(未示出)和/或通过在外壳24内提供一系列喷嘴62用来将冷却流体喷射到环形液压缸30的下侧上，可以进一步改善环形液压缸30的热保护。
在图2和图3中，附图标记63总体上标示导引装置，这个导引装置直接连接到铜管14的下端和模具外壳24的底端之间。这个导引装置63的目的是将弯曲的振荡路径施加到铜管14的下端上。其中，这个所施加的振荡路径精确遵循在这个区域内的弯曲的铸造轴11。为了实现这一点，导引装置63例如包括两个U形导引元件64、66，它们固定到模具外壳24的底板67上，相对于垂直铸造平面对称。这些U形导引元件64、66中的每一个包括弯曲的导引通道，即，由两个圆柱形导引表面64′和64″、相应的66′和66″、以及平面的底面64和64定界的导引通道。应指出的是，两个圆柱形导引表面64′和64″、相应的66′和66″其回转轴垂直于铸造平面(平面A-A)，并穿过代表在此区域内的铸造轴11的圆弓形的中心。在两个导引通道中的每一个内容纳导引元件68、70，该导引元件刚性固定到模具管12上，并在相应导引元件64、66的弯曲导引通道内由圆柱形导引表面64′和64″、相应的66′和66″导引(即，圆柱形导引表面64′和64″、66′和66″固定模具管下端的平移和转动自由度)。换句话说，弯曲的横向导引表面64′和64″、相应的66′和66″设计成通过导引元件68、70将曲率基本上与弯曲的铸造轴11的区域一致的振荡路径施加到铜管14的下端上。这意味着铜管14下端的振荡路径精确地遵循弯曲的铸造轴11。
如图3中可清楚地看出，受导引元件68、70由环形元件72支撑，该环形元件围绕铜管12的下端。如从图1和图2中清楚看出的，这个环形元件72借助于夹条74固定到铜管12上，该夹条与铜管侧壁内的沟槽相接合。应指出的是，导引元件64、66和受导引元件68、70设计成从模具外壳24底端流出的连续的冷却水流冷却这些元件64、66、68、70。示意性的喷嘴76标示导引装置63也从下侧经历强制冷却。
现在参照图1和3，要进一步指出的是环形元件72布置在底板67的中心切口内，其中，在环形元件72和底板67之间存在的径向间隙由密封元件密封，优选地由石墨密封元件78密封。
当两个环形压力室40、42交替加压和减压时，环形液压缸30在模具管12上施加振荡运动。在铜管14下端的高度处，导引装置63保证了施加到模具管12上端的振荡造成铜管14下端的严格遵循弯曲的铸造轴11的振荡。换句话说，导引装置63保证了铜管14不会对离开模具管12的弯曲铸流施加明显的横向力。在模具管12的上端，至少在上述装置内，振荡路径不完全与铸造轴11相同。模具管12下端和上端振荡路径中的这个差异由于铜管14不是完全刚体而成为可能，并因此可容易经历较小的振荡变形，这就补偿了振荡路径中的差异。这些主要在上部模具管12内发生的振荡变形不会显著影响铸造产品的质量，这是由于图1和2中箭头79标示的液态钢材表面大致位于旋转轴54之下150mm处。因此，足以保证铜管14的稳定性不受这些振荡变形的影响。这是环形液压缸30为何如上所述应优选地具有旋转轴54的原因。实际上，可以表明围绕轴54旋转的可能性有助于将铜管14的变形减小50％。如果需要进一步减小铜管14的变形，则例如可以分别将环形液压缸30固定到外壳24的顶端，将模具12的支撑凸缘16固定到内环34的凸缘36上，从而容许平行于垂直的铸造平面并横切于铸造轴的小的线性平移(见图1箭头80)(尺寸范围一般小于1mm)。
上述类型的连续铸模10同时已经得以成功测试。它能够产生振幅从1～20mm且频率达到每分钟600周的振荡。其优越之处不仅在于非常高的运动精度，而且在于润滑油消耗低、非常紧凑且布置简单、在铜管和振荡装置出现故障情况下，二者可以快速更换、并由于每个部件可以非常容易地更换而维护成本低。
权利要求
1.一种连续铸模，用于在垂直平面内具有弯曲铸造轴的连续钢材铸造机，包括沿着所述弯曲铸造轴(11)形成弯曲铸造通道(20)的模具管(12)，所述模具管(12)具有上端和下端，并在其上端具有支撑凸缘(16)；模具外壳(24)，其围绕所述模具管(12)，所述模具外壳(24)具有顶端和底端；在所述模具外壳(24)之内的冷却系统(26)，用于冷却所述模具管(12)；以及气动或液压致动器装置，其连接在所述模具管(12)的所述支撑凸缘(16)和所述外壳(24)之间，用于轴向支撑和振荡所述模具管(12)；其特征在于直接连接到所述模具管(12)的所述下端和所述模具外壳(24)的所述底端之间的导引装置(63)，所述导引装置(63)将弯曲的振荡路径施加到所述模具管(12)的所述下端上，其中，所述被施加的振荡路径精确地遵循所述弯曲铸造轴(11)。
2.如权利要求
1所述的连续铸模，其特征在于，所述导引装置(63)包括至少一个导引元件，其固定到所述外壳(24)上，并包括弯曲的导引通道，并包括受导引元件，该元件固定到所述模具管(12)中，并在所述至少一个导引元件的所述弯曲导引通道内受导引。
3.如权利要求
1所述的连续铸模，其特征在于，所述导引装置(63)为强制冷却的。
4.如权利要求
1所述的连续铸模，其特征在于，所述气动或液压致动器装置是环形缸(30)，其直接围绕所述模具管(12)的所述支撑凸缘(16)，并具有环形缸(30)的中心轴，该中心轴基本上与所述弯曲的振荡路径相切。
5.如权利要求
4所述的连续铸模，其特征在于，所述环形缸(30)被强制冷却。
6.如权利要求
4所述的连续铸模，其特征在于，所述模具管(12)的所述上端确保与所述环形缸(30)具有游隙。
7.如权利要求
4所述的连续铸模，其特征在于，所述模具管(12)的所述上端刚性固定到所述环形缸(30)上。
8.如权利要求
4所述的连续铸模，其特征在于，所述环形缸(30)支撑在所述外壳(24)的所述顶端上，以便能够围绕一旋转轴(54)振荡，该旋转轴基本垂直于所述垂直的铸造平面，并与所述弯曲的振荡路径相交。
9.如权利要求
8所述的连续铸模，其特征在于，所述环形缸(30)具有两个轴颈(46、48)，它们布置成限定所述振荡轴(54)，且所述外壳(24)的所述顶端具有两个轴承(50、52)，它们容纳所述轴颈(46、48)。
10.如权利要求
8所述的连续铸模，其特征在于，柔性环形密封元件布置在所述环形缸(30)和所述外壳(24)的所述顶端之间。
11.如权利要求
4到10中任一项所述的连续铸模，其特征在于，所述环形缸(30)固定到所述外壳(24)的所述顶端，以便容许平行于所述垂直铸造平面并横切于所述铸造轴(11)的小的线性平移。
12.如权利要求
4到10中任一项所述的连续铸模，其特征在于，在所述支撑凸缘(16)和所述环形缸(30)之间的环形间隙；以及在所述环形间隙内的耐火衬里(60)。
13.如权利要求
4到10中任一项所述的连续铸模，其特征在于，在所述环形缸(30)下侧上喷射冷却流体的喷嘴(62)。
14.如权利要求
1到10中任一项所述的连续铸模，其特征在于，所述冷却系统是喷射冷却系统(26)。
15.如权利要求
1到10中任一项所述的连续铸模，其特征在于其具有在所述模具外壳(24)的所述底端处的底板(67)，所述底板(67)具有中心切口；固定到所述模具管(12)的所述下端的环形元件(72)，所述环形元件(72)布置在所述底板(67)的所述中心切口内，其中，在所述环形元件(72)和所述底板(67)之间存在径向间隙；以及密封所述径向间隙的密封元件(68)。
专利摘要
本发明公开了一种连续铸模，用于在垂直平面内具有弯曲铸造轴的连续钢材铸造机，包括沿着所述弯曲铸造轴形成弯曲铸造通道的模具管，所述模具管具有上端和下端，并在其上端具有支撑凸缘；模具外壳，其围绕所述模具管，所述模具外壳具有顶端和底端；在所述模具外壳之内的冷却系统，用于冷却所述模具管；以及气动或液压致动器装置，其连接在所述模具管的所述支撑凸缘和所述外壳之间，用于轴向支撑和振荡所述模具管；直接连接到所述模具管的所述下端和所述模具外壳的所述底端之间的导引装置，所述导引装置将弯曲的振荡路径施加到所述模具管的所述下端上，其中，所述被施加的振荡路径精确地遵循所述弯曲铸造轴。
文档编号B22D11/043GKCN1232368SQ01817388
公开日2005年12月21日 申请日期2001年10月6日
发明者米歇尔·霍巴特, 查尔斯·阿萨 申请人:保尔·沃特公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan