专利名称：形成延伸体的金属直接浇铸方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种形成延伸体，主要是横截面较精密地等于欲制产品横截面的坯料之金属直接浇铸方法，其中使熔融金属从金属熔体容器出口或浇口流出，并在凝固后加以收集。
本发明还涉及实施该方法的设备。
直接将钢或其它金属由熔融金属熔体铸成尺寸较精密地等于欲制产品横截面的能力，具有显见的优越性。它可以大大节省劳动力成本，尤其还可以显著节省能量，加工材料及投资等有关方面的费用。
但是，在进行这种直接浇铸方法时，会遇到很多困难。由于横截面小而需要浇铸或倾注速度高，同时又由于铸件要较精密地等于最终尺寸而要求较高的表面质量。
从铸锭技术到连铸技术的发展，可以说是构成了通向直接浇铸方法的一个步骤。连铸方法用于小尺寸外形的铸件也是已知的，这些已知的方法，由于生产率低和所制铸件表面质量差，因而尚未在生产中广泛使用。连铸方法所迂到的生产速度慢，是由于需要时间来形成一层薄的凝固层或表皮层，并将熔融金属包含于其中。
可以想象，在材料，例如钢离开浇口进行铸造之前不必形成薄的凝固层的工艺，有可能达到高生产率。这样一种工艺也能获得满意的表面。然而，熔融材料由于流动不均匀而具有成滴趋势，并可能完全断流成滴。因而就有必要使流出物料的形状稳定，并使熔融体冷却。本发明涉及一种方法和一套设备，它们解决了提供工业上可应用的，供浇铸横截面相当小的延伸体所用的直接浇铸工艺所遇到的技术问题。
因此，本发明涉及一种方法，该方法用来将金属材料，例如钢直接浇铸成延伸体，主要是以其横截面较精密地等于欲制产品横截面的坯料形式，其中使有关金属的熔体流过容器的浇口装置，并在凝固后加以收集。该方法的特征尤其在于，使熔融金属同熔点大致和金属熔体熔点相同的金属体一起从浇口出来;使该金属体通过浇口，同时使之被色封在熔融金属中，并随之移动，同时熔融金属逐渐冷却，并在所谓的边界层中，以大致和金属体相同的速度夹带熔融金属。伴随所述熔融金属的金属体，其横截面与由浇口所决定的熔融金属横截面相对应，以使金属体所起的冷却和夹带作用，有助于获得所需的边界层和凝固金属网状组织的形成。
本发明还涉及一套设备，它将金属材料，例如钢直接铸成延伸体，主要形成横截面较精密地等于欲制产品横截面的坯料，该设备包括一个装有欲使熔融金属从中流过的输出浇口装置，和一个展卷装置，该装置载有一卷熔点大致与熔融金属熔点相同的冷却体，并使冷却体由该展卷装置通过输出浇口，与从其中流出的熔融金属相互作用，另外还包括一个卷取装置，供卷取铸件之用。该装置的特征尤其在于，输出浇口的横截面实际上完全等同于所需铸件的横截面，而且其中冷却体的横截面为铸件总横截面的9-30%时较佳。
现有技术中已知，在线材直接浇铸中使用稳定体，尽管用于这方面的技术在本质上不同于本发明。
下面参照举例性实施方案和附图来更为详细地阐述本发明。附图中，
图1以示意图说明了本发明直接浇铸设备的第一种实施方案;而图2以示意图说明从延伸体厚度方向上看实际为矩形横截面的延伸体铸件。
图1中所表明的装置包括一个容器1，其中容纳熔融金属材料，例如钢的熔体1′，该熔体用来直接浇铸延伸体或铸件2，该铸件主要形成横截面较精密地等于欲制产品横截面的坯料。容器1上装有一个输出浇口3，该浇口以位于容器底部为佳，而且使熔融金属以图1所示的方式流过该浇口。输出浇口3上有一个输出孔3′，它决定浇口的实际横截面形状，而且凡是下文中提及的浇口横截面形状，事实上均指实际构成最小横截面的浇口孔3′。
标号4标出与容器1等以不同比例绘出的展卷装置，该装置载有欲从其中输出的长冷却体5，而较佳的是经由送料辊6或类似机构，向下穿过熔体并从浇口出来，与从该浇口流出的熔融金属互相作用，所述冷却体5以金属体为佳，它被浸入熔融金属中，并随之一起移动，将熔融金属冷却并稳定化。
根据较佳的实施方案，冷却体5要经由喷嘴7向下通过熔体，该喷嘴上有一条长缝式通沟8和底孔9，该底孔与浇口3的内孔3″保持10-30cm的距离。此时熔体在容器中的高度以大于该距离为佳。
根据一种实施方案，浇口3有一个基本为矩形的横截面3′，用于铸造横截面大致为矩形的铸件。所产生的形状具有约1-10mm的厚度和约5-1000mm的宽度。在该实施方案中，冷却体5具有基本为矩形的横截面形状，而且冷却体5的横截面以相当于铸件或型材2总截面的9-30%左右为佳。
根据另一种实施方案，浇口3具有基本为椭圆形，基本为圆形或其它类似的横截面形状，用于浇铸相应横截面形状的铸件，在此情况下，上述形状具有3-50mm的长轴和2-10mm的短轴。当用上述矩形横截面时，冷却体5以相当于铸件总截面的9-30%左右为佳。
图1中所举例说明的实施方案还包括准备用于卷取铸件2的卷取装置10。该卷取装置10的前面是冷却床11或类似装置，拟将铸件移到其上，并最好利用冷却装置12，使铸件与冷却介质13接触。图1中实施方案的冷却装置和冷却介质包括喷嘴12，用它将例如水或水蒸汽喷到铸件上，该卷取装置和冷却床以不同于容器1等的比例绘出。为了调节由于速度变化所引起的积聚，使铸件形成一个活套14。
图2表明一种具有矩形横截面，基本上为带状铸件的浇铸，该铸件2以其厚度方向示出。在此情况下，浇口3包括一条基本为长缝状的输出孔，在该情况下，喷嘴7也包括一条相当窄的长缝，冷却体5可通过它。
在某些情况下，较好的是配备一种装置(未示出)，用来将浇口3加热到至多高于熔体开始凝固的温度(即所谓液化温度)约200℃的温度，并保持该温度。当然，可以用许多已知的方法进行加热。
在其它情况下，较好的是配备一种装置(未示出)，用来将浇口冷却到至多低于液化温度约350℃的温度，并保持该温度，该冷却过程可用许多已知的方法进行。
本发明方法和本发明设备的运行方式，可由上述所有实质性特点明显看出。
冷却体的横截面与流出的熔融金属相对应，以使冷却体5所起的冷却作用有助于在熔融金属中形成凝固材料的所谓枝晶网状组织，致使枝晶熔体的粘度能保证由于浇口作用而赋予熔融金属的形状会在熔融金属离开浇口之后，基本保持下来。更显然的是，冷却体逐渐使熔融金属1′冷却，而同时夹带熔融金属，使该金属在所谓的边界层上以基本和冷却体5一样的速度移动，冷却体5的横截面适应浇口所限定的熔融金属的横截面和几何形状，使插入浇口中的冷却体所起的夹带和冷却作用，有助于形成所需的边界层和凝固金属的网状组织。在边界层形成的同时，出现层流现象。
金属在离开浇口时，基本上仍处于液态，尤其液体的外表部分更是如此，这使浇铸过程能以高的铸造速度进行。
由于形成边界层并开始凝固，流出的熔体在从浇口流出后，将保持浇口所赋予它的形状，直到辐射和对流所引起的冷却使已凝固的金属层形成薄外壳或外层。
实际的浇铸过程可将冷却体引入铸造箱中的熔体来进行，熔体高度为数分米。冷却体经过被熔融金属包围的浇口出来。产出铸件的速度基本上取决于冷却体的速度。
下面列举本发明的三个制造实施例。
实施例1将SIS2333不锈钢与材料大致相同，具有原始表面的冷却体一起浇铸。浇口出口的尺寸为厚度方向约3mm，宽约32mm，相对应的冷却体尺寸为约1.2mm和约30.4mm。浇铸温度约为1480℃，浇铸速度约为0.8m/s，熔池高度约为15-20cm。
实施例2将含碳量为0.10%的低碳钢与材料基本相同的冷却体一起浇铸。浇口的出口尺寸，厚度方向约为3.5mm，宽约20mm，而冷却体约为1.6mm厚，约18.2mm宽。浇铸温度约1540℃，浇铸速度约为1.5m/s。熔池高度约为15-20cm。
实施例3将SIS2343不锈钢与含碳量0.08%的碳钢冷却体一起浇铸。浇口的出口尺寸，厚度方向约为3mm，宽度方向约为90mm，而冷却体为约1.1mm厚以及约88.7mm宽。浇铸温度约为1465℃，浇铸速度约为0.5-2m/s。熔池高度在15cm至5cm之间变化。
由以上所述可以清楚地看到，本发明的方法和设备可使控制良好的直接浇铸工艺得以进行，在该工艺中，尽管有熔体存在，但可以细致地控制铸件的形状。由于熔融金属与浇口的接触代替了例如在连铸工艺情况下的稳态外壳层，所以就能满足高浇铸速度的要求。欲保持出来金属的形状直至外壳形成而引起的问题，已经通过上述方法得到了解决。
本发明已在上文中参照一些举例性实施方案作了阐明，然而，要理解的是，其它实施方案也是可行的，而且可以在不背离本发明构思的情况下作一些次要的改进。
例如，所产生的形状可以不同于上述的完全矩形、椭圆形和圆形的横截面形状。
另外，就熔融金属熔体和冷却体的组合而言，各种金属材料的各种不同组合也是能被想到的。
关于输出浇口的温度控制，可以用微波，感应，辐射或电阻加热的方法来进行。这些加热方法的结合也是可以被想到的。
一般来说，宽度随浇铸条件而变化也是可以被想到的。
例如，可以用上述三个实施例更高的浇铸速度和更大的宽度。
许多种材料组合也可以被想到。例如冷却体可以基本上由与熔体材料相同的材料组成，或者可以由不同于熔体材料的材料组成。
因此，本发明不能被看成受上述实施方案所局限，因为在下列各权利要求的范围内可以进行一些变更和改进。
权利要求
1.一种直接浇铸金属材料，例如钢，以生产延伸体的方法，该方法主要形成横截面较精密地等于欲制产品横截面的坯料，其中使上述金属的熔体从装在熔融金属容器上的输出浇口流出，并在凝固后加以收集，其特征在于，使熔融金属(1′)同金属体(5)一起从浇口出来，所述金属体具有大致同熔融金属相同的熔点，并通过浇口(3)，同时位于熔融金属之中并随之移动，使所述冷却体将熔融金属(1′)逐渐冷却并以此在所谓边界层中将熔融金属带着移动，其速度基本与金属体(5)相同，插入体(5)的横截面对应于由输出浇口所决定的熔融金属横截面，以使插入体所起的冷却夹带作用，有助于所需边界层和凝固金属网状组织的形成。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于，将输出浇口(3)冷却到至多低于熔融金属开始凝固的温度(即所谓液化温度)约350℃的温度，并保持所需温度。
3.权利要求1所述的方法，其特征在于，将输出浇口(3)加热到至多高于熔融金属液化温度约200℃的温度，并保持所需温度。
4.权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，将冷却体(5)通过喷嘴(7)向下引入熔融金属(1′)中，喷嘴的底孔(9)离位于容器(1)中的内浇口(3″)一定距离，并以离该孔10-30cm的距离较佳，熔体高度以大于上述距离为佳，并以约15-45cm较佳。
5.权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，使用横截面基本为矩形的冷却体(5)，用横截面基本为矩形的输出浇口(3)，来浇铸横截面基本为矩形的铸件(2)，而且所铸的铸件(2)以具有约1-10mm的厚度和约5-1000mm的宽度为佳。
6.权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，使用基本为椭圆形、基本为圆形或类似横截面形状的冷却体，用基本为椭圆形、基本为圆形或类似横截面形状的输出浇口(3)，来浇铸基本为椭圆形、基本为圆形或类似横截面形状的铸件(2)，并且所铸的铸件(2)，在适用时，具有3-50mm的长轴和2-10mm的短轴。
7.权利要求1、2、3、4、5或6所述的方法，其特征在于，冷却体(5)的横截面约构成铸件(2)总横截面的9-30%。
8.直接浇铸金属材料，例如钢，以生产延伸体，主要形成横截面较精密地等于欲制产品横截面的坯料所用的设备，该设备包括一个装有熔融金属经其流动的输出浇口的熔融体容器，一个展卷装置，它载有熔点大致与熔融金属相同的一种冷却体，而且冷却体从其中延伸出来，通过输出浇口，以同从浇口流出的熔融金属相互作用，另外还包括一个将铸件绕卷的卷取装置，其特征在于，输出浇口(3)的横截面基本上完全等于铸件(2)的所需横截面;并且冷却体(5)的横截面，以相当于铸件(2)总截面的9-30%为佳。
9.权利要求8所述的装置，其特征在于，用于将输出浇口(3)冷却到低于熔融金属(1′)液化温度约350℃的温度，并保持所需温度用的装置。
10.权利要求8或9所述的装置，其特征在于，用于将输出浇口(3)加热到高于熔融金属(1′)液化温度约200℃的温度并保持所需温度的装置。
11.权利要求8、9或10所述的装置，其特征在于，冷却体(5)通过喷嘴(7)向下进入熔融金属(1′)喷嘴的底孔(9)在离位于容器之内的浇口孔(3″)约10-30cm距离之处，容器(1)内的熔体高度以大于上述距离为佳。
12.权利要求8、9、10或11所述的装置，其特征在于，输出浇口(3)具有基本为矩形的横截面，用来浇铸相应横截面形状的铸件(2)，所述形状以厚度约1-10mm和宽度约5-1000mm为特征。
13.权利要求8、9、10或11所述的装置，其特征在于，输出浇口(3)具有基本为椭圆形、基本为圆形或类似的横截面形状，用来浇铸相应横截面形状的铸件(2)，所述形状，在适用时，以长轴约3-50mm和短轴约2-10mm为特征。
14.权利要求8、9、10、11、12或13所述的装置，其特征在于，该装置包括冷却床(11)，铸件(2)在冷却床上移动，并藉助冷装置(12)使之与冷却介质(13)接触。
全文摘要
一种直接浇铸金属，例如钢，以生产延伸体(2)的方法，该方法主要形成横截面较精密地等于欲制产品横截面的坯料，该方法的特征在于，使金属熔体(1′)与熔点大致同熔融金属相同的金属体(5)一起从浇口出来，该金属体通过浇口(3)插入熔融金属中，并随之移动，同时以此将熔融金属(1′)逐渐冷却，在所谓的边界层中以大致与金属体(5)相同的速度夹带熔融金属。
文档编号B22D11/00GK1044057SQ89100758
公开日1990年7月25日 申请日期1989年1月10日 优先权日1989年1月10日
发明者斯文·托尔伯约恩·埃克罗特 申请人:斯文·托尔伯约恩·埃克罗特