连续铸造中的断裂检测的制作方法

专利名称：连续铸造中的断裂检测的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属液的连续铸造，更具体地涉及连续铸造过程中的断裂的检测。
在连续铸造过程中，金属液被连续地引进一个垂直设置、有液体冷却、带上、下开口端的金属模顶部。金属通过该模下行，部分固化的金属连续地从该模具的底部排出。更详细地说，当金属液通过该模具下行时，与该冷却模的内表面相接触的金属受到急冷，形成一个围绕金属液内部的铸造金属壳，这个铸造金属壳一般是当它从该模具底部排出时金属的形状。铸造过程开始时，通常采取的措施是在该金属壳底部的金属液固化之前，将它保留在该模具之内。
在金属壳通过模具下行的过程中，它逐渐变厚。铸造过程中，在模具内金属液顶部表面稍下处的模具壁上产生一个热点，该金属液的顶部表面一般维持在模具上端附近。当铸造金属壳通过模具下行，在粘结或吊钩型断裂发生过程中热点以较慢的速率同样地下行，在下降的热点部位导致铸造金属壳发生裂缝或变薄。当该热点到达模具的底部开口端时，出现金属液的断裂。这些断裂是危险的并造成浪费。
存在二种主要的断裂形式吊钩型和粘结型。吊钩型断裂是由于金属液溢出模具顶部造成的。粘结型断裂是由于金属壳的上部，或某部分粘结在模具壁上，并从其余的下行金属壳上分离产生的。
热点和断裂的详细讨论以及与这两个内容有关的研究都记载在本发明人于1988年5月17日至19日在布鲁塞尔召开的关于连续铸造第四次国际会议上发表的题为“粘结和吊钩型断裂的研究”论文(AnInvestigationofStickerAndHangerBreakouts)中第668页至681页上，这些被揭示的内容在这里作为相关的参考资料。
在一般工业生产用的，垂直设置的连续铸模中，冷却液是通过模具侧壁中垂直设置的管道来循环的。另外，多个热电偶形式的温度传感器嵌入模具的侧壁内，它们沿垂直方向间隔放置，以便测量这些垂直间隔位置上每一处的温度。这些温度测量值表示出模具上各个垂直位置上模具内金属壳的对应温度。
现有技术中存在一种在连续铸造模的底部开口端预测金属液断裂可能性的方法。这种方法使用了上一段所描述的在模壁上配置热电偶的方法，由数个垂直间隔开的热电偶，例如三个热电偶测得连续的温度测量值，并将其在图上绘制出曲线，该图的纵座标是温度，水平座标是时间。将数个热电偶的温度与时间的关系曲线，绘制在同一张图上。在不存在断裂危险的正常的铸造过程中，读出的温度值随向下顺序的热电偶应该是逐渐减小的。当模具顶部附近的热电偶测量出一短暂的上升值，随后又随时间下降，并且当这种温度特性按向下的次序顺序地在每个较低的热电偶处重复出现时，它意味着存在一个下行的热点，并且存在断裂的危险，除非采取校正措施。典型的校正措施是要将从模具排出的连续铸造金属壳的速度减慢或停下来，这样就给予金属壳内的金属在热点的位置凝固和/或变粗的机会。
上述断裂预测方法的更详细说明记载在促尼奥卡(Tsuneoka)等人在1985年美国机械工程师协会举行的炼钢会议上发表的题为“连续铸造模具中固化的测量和控制系统”(MeasurementandCotrolSystemofSolidificationinContinuousCastingMold)的论文第3至10页中，尤其是在第3至5页。
依赖嵌入连续铸造模具模壁内的热电偶装置来预测断裂的缺点是这些热电偶要经受非常严酷的工作条件，并需要频繁地维修或更换。由于这种原因，不能总是依靠它们连续地提供模具内所有高度上的温度状态的准确读数。
建立在模具摩擦或模具总热传导率随时间变化的基础上的其它一些断裂预测装置和方法都不能充分可靠地预测断裂，因此不能用于这个目的。
本发明的方法和设备避免了先有技术中预测断裂方法的这些固有缺点和不足。
在最广义的方面，本发明包括这样一种方法和设备，在这种方法和设备中可以连续地进行下列测定(a)模具内金属液面位置(b)模具内温度峰值位置，上述两者都是相对于模具顶部而言的;(a)与(b)之间的垂直距离被记录下来;对这个距离进行连续地监控，以便检测该距离的任何增量。该距离有显著的增加表明如果不采取校正动作就会存在断裂的可能性。
在一个实施例中，温度峰值的位置可以通过在模具壁的上、下模端之间多个垂直间隔开的位置上设置的多个温度传感器来测定。在另一个实施例中，不需要在模壁中设置温度传感器。
在后一种实施例中，连续铸造没有使用用于冷却液循环的垂直方向布置的管道，而是在该模具的上、下模端之间多处位置上使用了多个在垂直方向间隔开、水平设置的冷却管道。冷却液通过这些管道进行循环。使用温度传感器来测量温度，但是没有一个温度传感器嵌入模具的侧壁内，因此消除了温度传感器嵌在连续铸造模的侧壁内时，所出现的使温度传感器暴露在严酷的工作条件下的情况。
更具体地说，在本发明的一个最佳实施例中，利用一个或多个温度传感器，在整个连续铸造过程中测量进入水平冷却管道中的冷却液温度。还使用了若干个温度传感器连续地测量这些冷却管道的每一个液体出口温度，对每一根管道进行单独测量，并且这些温度测量工作在整个铸造过程中进行。最好是在整个铸造过程中测量每一根冷却管道中冷却液的流速。所有这些测量都是在处于较好工作条件的模具外面进行的。
根据该管道冷却液的入口温度和出口温度计算每个水平管道的冷却液温度差。这个温度差连同该管道液体进入的流速一起可以用于计算在该管道处的模具的热传导率(MHTR)。温度和流速的连续测量使人们能连续计算出温度差和MHTR的瞬时值。
当实行控制，以保证相等体积的冷却液不断地引入每一根冷却管道时，每根管道中的流速测量是不必要的，在冷却液分成多股流，每股引进现有管道之前，测量它的流速就够了。在下面所描述的步骤中，通过每个冷却管道的冷却液流速是相同的，人们可以省去计算MHTR值，而采用每个管道的冷却液温度差来代替，然而，最好是使用MHTR值。
在所有的实施例中，在整个铸造过程中要连续地测定模具中金属液面相对模具顶部的位置。上面所述的所有数据一旦获得，下一步工作就是在图上绘制曲线，图中(a)一个座标是模具的壁温，或MHTR值，或冷却液温度差;(b)另一座标是离模具顶部的垂直距离。这种曲线描绘出模具的上、下端部之间，模具壁温，或MHTR值，或温度差沿模具垂直距离变化的曲线。在图中还描绘了金属液面相对于模具顶部的位置。
上一段描述的曲线是周期性变化的，反映出模具壁温，或MHTR值或温差的变化。同样，该图中金属液面位置的描述也是周期性变化的，反映出金属液面位置的相对模具顶部的变化，如果这种变化存在的话。
从该图所表示的数据，人们可以用合适的座标记录下在(a)模具壁温峰值的位置，或MHTR峰值的位置，或温差峰值的位置与(b)金属液面位置之间的垂直距离的关系曲线。在正常工作时，(a)温差峰值或MHTR峰值，或模具壁温峰值的位置是稍低于(b)金属液面的位置。换言之，两者之间的距离将是小的。该距离的任何增量可以检测出来。如果该距离逐渐地连续地增加，并且这个增量相当显著，则表明已形成一个热点，并且该热点正逐渐移向模具下方。这也表明，如果不采取校正动作，在连续铸造模的底部将会出现金属液断裂的可能性。当采取校正动作时，下行的热点就被消除，则(a)金属液面位置和(b)模具壁温，或MHTR值，或温差的峰值的位置之间的距离将及时地回到正常值，两者之间的距离相当小。
本发明的方法最好使用一台计算机和与它配套的显示设备(例如，一台阴极射线管屏幕)，用以完成适当的计算，绘制曲线和图象显示。当(a)金属液面位置和(b)模具壁温，或MHTR值，或温度差的峰值之间的距离增加到一预定的量时，可由该计算机促动一个适当的目视的或发声的警报器。
本发明的断裂预测方法和设备用于预测所谓的吊钩型和粘结型两种断裂型式。
其它一些特征和优点在要求保护和公开的方法和设备中是固有的，对本技术领域的专业人员来说，从下面结合附图的详细说明中将会更加清楚。


图1是用于本发明的一个实施例的连续铸模的立体图;
图2是图1所示模具的平面图;
图3是说明本发明一个实施例的示意图;
图4是说明本发明一个实施例的一部分的局部示意端视图;
图5是说明本发明方法的方框图;
图6是与图2相似的平面图，说明用于本发明模具的另一实施例;
图7是图1所示模具的局部剖视图;
图8是用以说明本发明的一个实施例所显示的一组曲线图;
图9是用以说明本发明的另一实施例所显示的一组曲线图;
图10是一组标绘模具壁温与离模具顶部的距离的关系的曲线图，它说明了断裂的发生和防止;
图11是一组标绘模具热传导率与离模具顶部距离的关系的曲线图，表示了断裂的发生和防止。
首先参考图1、图2和图7，一般以标号20所示的是根据本发明的一个实施方案设计的连续铸模。模具20一般由铜制成。它具有形成矩形水平横断面(图2)的两端壁33、33和两侧壁39、39，以及敞口的上端21和下端22。模具20包括多根在垂直方向间隔开，水平设置的位于模具上端21和下端22之间的内部冷却管道23、23。与每一根冷却管道23连通的是一个入口24和一个出口25。在图1所示的实施例中，入口24、24和出口25、25以交替的关系在垂直方向上层叠排列，以便在垂直方向上顺序交替地改变通过管道23、23的冷却液流动方向。
参考图3，每个入口24通过入口导管26与入口集液器28连接，该入口集液器28由主管道30连接至冷却液源32上(如，水箱、蓄水器或家用总水管)。参考图4，每个出口25通过导管27与出口集液器29连接，该出口集液器29由管路31例如转接至下水道或冷却液再循环系统，这两者都未示出。主管道30上的泵34使冷却液通过主管道30、入口集液器28、入口导管26、26、入口24、24、冷却管道23、23、出口25、25、出口导管27、27、出口集液器29以及出口管路31进行循环。
如图3所示，温度传感器35和流速测量装置36沿主管道30配置。装置35和36都是普通的装置，易于从设备供应商买到。参考图4，每个出口导管27、27上设有温度传感器37，同主管道30上使用的传感器35一样。参考图3和图4，用于测定模具20内金属液面高度的装置38设置在模具20的上敞口端21上方。装置38是一件普通的装置，易于从设备供应商买到。
装置36可以连续测量进入管道23，以及管道23的上游端的各种流道其中包括入口24、入口导管26、入口集液器28和主管道30中的冷却液流速。温度测量装置35能连续测量进入冷却管道23，以及管道23的上游端各种流道的冷却液温度。温度测量装置37、37能连续地分别对每个管道的排出管道23的液体温度进行测量。装置38能连续测定模具20内金属的液面高度。
在图3和图4所示出的实施例中，从入口集液器28流入入口导管26的冷却液的体积，在任何时间内对每根导管26来说总是相等的，由此保证以相等的流速通过各个管道。在这种情况下，对所有的管道，只需要一个例如在主管道30上安置的流速测量装置。在其它实施例中，可以对每个管道分别测量流速，如在每个入口导管26上用各自的装置36进行测量。同样，可以不在一个入口位置，如在主管道30上测量冷却液入口温度，而是对每个冷却管道23分别测量入口温度，例如，在每个入口导管26处用各自的温度传感器35进行测量。可以使用一个以上的入口集液器28，每个这种集液器与一个或多个入口导管26连接，在这种情况下可能至少每个集液器需要一个流速测量装置36。
在连续铸造过程中，在图1和图7中用标号40表示的金属液由模具20的上敞口端21引入，并且基本上注满该模具，随后金属通过该模具的下敞口端22连续地排出。该模具由通过冷却管道23循环的冷却液(例如，处于室温或低于室温的水)来冷却。当金属液40通过模具下行时，与冷却模内表面接触的金属受到急冷，形成一围绕着内部金属液43的铸造金属壳42，金属壳42一般是从模具20的下敞口端22排出的金属的形状。如图7所示，金属壳42在通过冷却模下行过程中变厚。金属液40的顶部表面41通常保持在模具上敞口端21附近。
铸造时，图7中用标号44所指的点划线表示一热点，它在模具侧壁上形成。热点44，一般是在稍低于模具中金属液顶部表面处生成。在许多产生吊钩型或粘结型断裂的条件下，出现下列情况。随着铸造金属壳42通过模具20下行，热点44同样以较缓慢的速率下行，通常是金属壳42下行速度的二分之一，在下行的热点位置引起铸造金属壳42的凹入或减薄。热点通过模具连续下行，直到该热点到达下敞口端22处，这时出现金属液的断开。
如热点能尽早检测出来的话，可以防止断裂的发生。根据本发明，防止断裂的应急办法，包括减慢铸造金属壳从模具排出的速率，或提高模具20内金属液40的液面或顶部表面41。
根据本发明的一个实施例，使用上面描述的结构和设施用以检测热点的位置和预测出现断裂的可能性。为了这个目的，也使用了另外的如下所述应急手段。
本发明的另一实施例，在模具20的侧壁内，模具的上、下端21和22之间的垂直方向间隔开的位置上设置了多个温度传感器，如热电偶62(见图7)。例如，这些热电偶可以设置在冷却管道23之间，或在使用垂直冷却管道的实施例中设置在模具冷却管道23的位置。竖排热电偶可以设置在模具侧壁39内(图7)，或端壁33内，二排或多排的竖排热电偶可以设置在二个或多个模壁内。
图5是说明本发明方法各实施例的方框图。利用装置38测量金属液面高度的测量值表示在方框48中。用温度测量装置35和37，以及流速测量装置36进行的温度和流速测量值表示在方框49中。用热电偶62测量的模具壁温测量值也包括在用方框49表示的测量值中。所有这些测量值48、49分别通过普通电路50、52送到一台普通的计算机51中。将模具20的预置垂直高度尺寸靠人工输入计算机中，这些数据用图表示在方框53中。
计算机51是具有常规特性的，并包括能编程的常规电路，用以完成下述各个功能。计算机根据输入计算机51的温度和流速测量值49计算各个管道23的热传导率(MHTR)。计算机MHTR值的公式如下MHTR＝ (F/R×B×Td×D)/(A)
MHTR值是以千瓦/米2/秒表示。
F/R是单个冷却管道23中冷却液的体积流速，F/R的是以升/秒表示。
B是冷却液(如水)的热容量，B是以千焦尔/K°/克表示。
Td是单个管道23中冷却液的温度差。该温度差是管道的入口温度，如在35处测量的，和管道的出口温度，如在37处的测量值之间的差值。Td是以K°表示。
D是冷却液的密度，D是以克/米3表示。
A是由单个冷却管道23冷却的模具内表面面积，A是以米2表示。
在上述公式中，B、D和A都是常数，因此，如果F/R对每个冷却管道是相同的，则Td也可用来代替MHTR。B、D和A一般是靠人工输入计算机的，它们被表示在图5的方框53中。
根据输入计算机的数据所计算出的数据包括金属液面相对模具顶部的位置，在图5中用方框57表示，图5中方框56表示下列数据对应每个冷却管道23的MHTR值，或对应各个管道23的温度差(Td)，或模具壁温(对应于每个热电偶62的Tm)，上述各项值都是相对于距模具顶部的距离。
连接至计算机51上，并与其配合工作的是一台常规的显示装置54，例如一台普通的阴极射线管屏幕。计算机51和显示装置54合作，显示一种其中一个座标是MHTR值，或模具壁温，另一座标是距该模具顶部的垂直距离(图8和图9)的曲线图。在适合于替换的情况下，可以用冷却液的温差来代替MHTR作为一个座标。
在上段所述的曲线图上，计算机51和显示器相配合绘制一条用以表示MHTR值或模具壁温沿模具上端21和下端22之间的垂直尺寸变化的曲线(图8和图9)。计算机51还和显示装置54相配合在该图上描绘出金属液面相对于模具顶部的位置57(在图10和图11中以“液面”表示)。
给计算机编程序使绘制在该图上的曲线周期性地变化，以反映MHTR值或模具壁温的变化。同样，给该计算机编程序，以便周期性地变化图上所标绘出的金属液面位置的曲线，以反映金属液面相对模具20的顶部位置的变化。给计算机51编程序，从曲线上表示的数据记录下(a)MHTR的峰值(图8中的58)或模具壁温的峰值(图9中的68)与(b)金属液面57之间的垂直距离。该计算机包括按程序检测上述距离的任何增加的电路。
根据本发明的一个实施例，金属液在模具下端22处出现断裂的可能性可以预测出来，其方法包括下述的几个步骤。在铸造过程中，冷却液连续地通过管道23、23进行循环。在整个铸造过程中，对进入每根管道23、23的冷却液的流速连续地测量。在整个铸造过程中，对进入每根管道23、23的冷却液的温度也连续地进行测量。在整个铸造过程中，还要分别对每个管道23在它各自的温度测量装置27处连续地测量流出每根管道23、23的冷却液温度。利用计算机51从上述各步骤测量的数据连续地计算每根管道23处的模具热传导率(MHTR)。
该方法还包括在整个铸造过程中用装置38连续地测定模具20中金属液面的高度。参考图8，该方法包括在以Y座标为MHTR值，以X座标为离模具20顶部的垂直距离的图中绘制一条用以表示MHTR值随模具上端和下端之间的垂直距离变化的曲线56。该方法还包括在该图上绘制金属液面相对模具顶部的位置57。对曲线56进行周期性变化以反映MHTR值的变化。对金属液面57进行周期性变化，则反映金属液相对模具顶部的位置可能发生的任何变化。
从图8中可以看出，曲线56上有一个MHTR峰值58。从该图上显示的数据，可以记录下(a)MHTR峰值58的位置与(b)金属液面位置57之间的垂直距离(即图8中沿X座标的距离)，该距离的任何增加可以检测出来。
在正常的工作条件下，如没有热点，则MHTR峰值58的位置与金属液面位置57之间的垂直距离是相当小的，例如，在3/4英寸和2英寸(1.8-5.0厘米)之间。如果MHTR峰值58的位置与金属液面位置之间的垂直距离逐渐连续增大，而且增大是显著的，则表示有热点形成，并且它正逐渐地向模具下方移动。这也表明如果不采取校正动作金属液在模具的下端22处有断开的可能性。
MHTR峰值58的位置与金属液面位置57之间的垂直距离显著地增大，是指约大于3英寸(7.6厘米)的增量，它取决于模具的垂直尺寸大小。一般地说，如果57和58之间的垂直距离大于模具垂直尺寸的15%，人们可以断定，已存在显著的增量，应该采取校正动作以防止断裂。
计算机可以进行编程序，以便在MHTR峰值58的位置与金属液面位置57之间的垂直距离显著增大时，驱动一个报警器60(图5)。该报警器可以是一种音频信号报警器或是目视报警器，例如，在显示装置54的屏幕上出现背景颜色的变化。在一个最佳实施例中，屏幕上的背景颜色变化以两个不同的阶段出现，在第一报警阶段(例如，黄色)，向观察者报警可能发生危险情况，第二阶段报警是变成第二种颜色(如，红色)，表明如果不采取校正动作则即将出现断裂情况。
图8至图11中示出的数据是从一台小型的连续铸造设备获得的，该设备生产正方形、水平横截面上测量每边为8.3厘米的金属坯料。熔炼量是136kg。该模具的垂直尺寸是45.7厘米。该模具由无氧铜制成，并有一直的无锥度的内表面。该模具的内表面用连续铸造中通常使用的润滑油润滑。铸造时，金属液面离模具顶部的设定距离是7.5厘米(3英寸)。
模具有27根连续的、均匀间隔开的水平设置的冷却液管道23、23，这些管道围绕着模腔的整个周边设置。冷却液绕模具周边流动的方向在模具的顶部和底部之间改变了15次，以防止模具变形。冷却液通道的直径是11毫米，并设置在离模具热的内表面4.83毫米处。冷却液进、出口的温度在适当的位置，使用普通的电阻或温度测量装置进行测量，冷却液流动速率在适当的位置，用普通的电子流量计进行连续地监控。
铸造时，模具壁温用16个在垂直方向间隔开、离模具热的内表面3毫米处设置的热电偶进行连续地测量。这样做以便在(1)绘制的MHTR与离模具顶部距离的关系曲线和(2)绘制的模具壁温与离模具顶部距离的关系曲线之间进行比较，以表明描述热点的发生和发展的第一种图象与第二种图象一样精确。第一种类型的曲线图即MHTR与离模具顶部距离的关系曲线表示在图8中。第二种类型的曲线图，即模具壁温与离模具顶部距离的关系曲线表示在图9中。在图8中，Y轴上对应MHTR值的刻度，每一时序是0-2400千瓦/米2/秒。在图9中，Y轴对应于模具温度的刻度每一时序是0-240℃。模具壁温测量值被送入用于计算MHTR测量值的同一台计算机中。
图8和图9都示出屏幕上所显示的铸造过程中五个不同时序的曲线。在图8和图9中示出的每一时序之间的时间间隔在6秒至13秒之间变化。尽管根据在一给定的时间所使用的工艺和设备参数可以采用最大至10秒的间隔。但实际上，屏幕上的显示是以更频繁的间隔变化的，例如，以少于5秒的间隔变化。1秒钟那样短的时间间隔也可以使用。反映两个连续时间间隔的数据的曲线最好是同时在屏幕上显示，以便于在两个时间段的数据之间进行比较，并且便于检查MHTR值峰值与金属液面的位置之间的距离的任何变化。
人们通过图8和图9的比较可以看到，在这两个图中的曲线彼此间非常紧密地跟踪一致。
当铸造过程开始时，一般情况是多达并包括32秒钟才进入铸造过程。换言之，MHTR峰值58(图8)和模具壁温68峰值(图9)都位于离开金属液面位置57一个很小的垂直距离处。在34秒时，热点(两曲线图上的峰值)开始沿模具长度向下发展，而金属液面57基本上保持在相同的位置。在图8和图9中描述的铸造过程中，没有采取校正动作，使热点得以继续发展，在模具的下端处断裂。
图10和图11示出其热点不允许发展到断裂，采取了必要的校正动作的一组连续的显示图象。在图10中，Y座标表示模具壁温，而X座标表示离开模具顶部的距离，Y座标上的温度刻度对每一时间间隔来说，是在25℃和275℃之间。在图11中，绘出MHTR与离开模具顶部距离的关系曲线，在Y座标上的刻度(MHTR)是400-2500千瓦/米2/秒/。随着连续铸造过程的进行，在正常情况下，在到达77秒左右并包括77秒在内就进入铸造过程。在该时间段，MHTR峰值58(图11)和模具壁温峰值68(图10)的位置都仅仅离开金属液面位置57约2厘米。热点的是在进入铸造过程约79秒时开始下行，该热点沿着铸造模具连续地向下面蔓延，直到进入连续铸造约110秒为止。当从模具排出金属的速度大大地减慢时，约在107秒时，开始进行校正动作。在107秒采取校正动作之后，模具壁温的峰值68和MHTR的峰值58随时间的增加而减小，它表示从不正常的热点情况恢复到正常情况。最后，在铸造过程进入127秒时，回到正常情况，此时模具壁温的峰值68和MHTR的峰值58都位于离金属液面位置57一个很短距离处。
如上所述，图8和图11绘制了MHTR离模具顶部距离的关系曲线，如果在适于用温差代替MHTR值的条件下(上面所述的)人们想绘制冷却液温差与距模具顶部距离的关系曲线，则会出现形状相同的关系曲线。
为了预测断裂的可能性，绘制MHTR值或模具壁温与离模具顶部距离的关系曲线是重要的。模具摩擦与时间的关系，或者模具总体MHTR值与时间的关系曲线除反映热点之外还反映热点以外的各种情况。因此，后面二种曲线不能可靠地标志断裂的可能性。在绘制MHTR值与离模具顶部距离的关系曲线，或模具壁温与离模具顶部距离的关系曲线的图中，MHTR峰值位置，或模具壁温峰值位置移开金属液面一段较大的距离，表明有断裂的可能性，而不是其它的问题。除发生断裂的可能性外，其它的情况都不会使用MHTR峰值的位置，或模具壁温峰值位置远离(b)金属液面位置。
图8至图11表明，模具MHTR值与离模具顶部距离的关系曲线象模具壁温与离模具顶部距离的关系曲线一样，是预测断裂可能性的好方法，而且消除了热电偶放入模具侧壁内所带来的缺点。与此相反，MHTR可以使用流速仪和设置在冷却液管道进、出口处的温度传感器在模具外面进行测量。
图1和图2中示出的模具20的实施例，在每个水平面上使用了一个冷却液入口24和一个冷却液出口25。在图6示出的模具120的实施例中，模具120在其每个壁上有一个分立的冷却液入口124和冷却液出口125。此外，模具120在每个侧壁121、122和每个端壁127、128上有一分立的冷却管道123。与使用图1和图2所示出的结构形式时人们可以施加的控制相比，图6中示出的结构形式使人们能够更精确地控制连续铸模每个壁的温度。
上面的详细说明仅是为了理解清楚起见，并不是用来不必要地限制本发明，对熟悉本技术的人来说能做出各种变型是显而易见的。
权利要求
1.一种在形成铸造金属壳的连续铸造过程中预测在模具的下端部金属液与所述的金属壳断裂可能性的方法，在连续铸造过程中金属液通过垂直设置、有液体冷却的模具下行并排出，该模具具有模壁，敞口的上端部和下端部，并有预定的垂直尺寸，其特征在于所述的方法包括下列步骤连续地测定该模具内金属液面相对于模具顶部的位置；连续地测定模具内温度峰值相对于模具顶部的位置；记录下(a)所述温度峰值位置与(b)所述金属液面位置之间的垂直距离；连续地监控所述垂直距离，以检测该距离的任何增量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述测定温度峰值位置的步骤包括在模具的上端和下端之间多个在垂直间隔开的位置中的每一处测量模具的壁温。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于它包括在模具的上端和下端之间向模具提供多个在垂直方向间隔开的水平设置的冷却管道;将冷却液通过上述每根管道进行循环。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于将所述冷却液以相同的流速通过上述各管道进行循环;所述温度峰值位置是通过测定每根管道的冷却液进、出口温度差确定的。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述温度峰值位置是通过在每根管道上测定模具的热传导率来确定的。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于它还包括根据在上述距离上检测出的显著的增量来驱动一报警装置。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于它还包括当所述距离大于约3英寸(7.6厘米)时，驱动一报警装置。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于它还包括当所述的距离大于所述模具的垂直尺寸的15%时，驱动一报警装置。
9.与权利要求1所述的方法相结合的步骤，其特征在于，它包括根据在上述距离上检测出的显著的增量起动一个用以防止断开的校正动作。
10.与权利要求9相结合的校正动作，其特征在于至少包括下列步骤之一(a)降低所述金属壳从所述模具排出的速率，(b)提高所述模具中的金属液面高度。
11.与权利要求10相结合的校正动作，其特征在于它包括以下步骤提高所述模具中金属液面的高度。
12.一种在形成铸造金属壳的连续铸造过程中预测在模具的下端部金属液与上述金属壳断裂可能性的方法，在连续铸造中，金属液通过垂直设置、有液体冷却的模具下行，该模具具有敞口的上端和下端部以及预定的垂直尺寸，其特征在于所述的方法包括下列步骤在模具的所述上端部和下端部之间向所述的模具提供多个在垂直方向间隔开的、水平设置的冷却管道;将冷却液通过所述的管道进行循环;在整个铸造过程中，连续地测量冷却液进入每个管道的流速;在整个铸造过程中，连续地测量每个冷却液管道进口的温度;在整个铸造过程中，分别对所述的各管道连续地测量冷却液出口温度;由上述三个步骤所得的测量值连续地计算上述各管道处的模具热传导率(MHTR值);在整个铸造过程中，连续地测定模具内金属液面位置;在图上绘制MHTR值沿模具上端部和下端部之间的垂直尺寸变化的曲线，该图的一个座标是所述的MHTR值，另一座标是离模具顶部的垂直距离;在上述图中绘制出金属液面相对模具顶部位置的曲线;周期性地变化所述曲线，以反映上述MHTR值的变化;周期性地变化图中绘制出的所述金属液面位置，以反映金属液面相对模具顶部位置的变化;从所述的曲线中记录下MHTR峰值相对模具顶部的位置;从所述图上显示的数据记录下在(a)所述MHTR峰值位置与(b)所述金属液面位置之间的垂直距离;连续地监控上述垂直距离，以检测该距离的任何增量。
13.一种在形成铸造金属壳的连续铸造过程中预测在模具的下端部金属液与上述金属壳断开可能性的方法，在连续铸造中金属液通过垂直设置、有液体冷却的模具下行，该模具有敞口的上端部和下端部，以及预定的垂直尺寸，其特征在于该方法包括下列步骤在所述模具的上端部和下端部之间，向该模具提供多个在垂直方向间隔开、水平设置的冷却管道;将冷却液以相同的流速通过每一根管道进行循环;在整个铸造过程中，连续地测量每个管道冷却液进口处的温度;在整个铸造过程中，分别对上述每个管道连续地测量冷却液出口处的温度;对上述各管道连续地计算通过该管道进行循环的冷却液温度差;在整个铸造过程中，连续地测定上述模具中金属液面的位置;在图上绘制表示温度差沿所述模具上端部和下端部之间的垂直尺寸变化的曲线，图中一个座标是离模具顶部的垂直距离;在图中绘制出上述金属液面相对于模具顶部的位置曲线;周期性地变化上述曲线，以反映上述温度差的变化;周期性地变化所绘制的上述金属液面位置的曲线，以反映该金属液面相对模具顶部的位置变化;从上述曲线中记录下温度差峰值相对模具顶部的位置;从所述图上显示的数据，记录下在(a)所述温度差峰值位置与(b)所述金属液面位置之间的垂直距离;连续地监控所述垂直距离，以检测该距离的任何增量。
14.如权利要求12和13中任一项所述的方法，其特征在于所述曲线的周期性变化发生的时间间隔小于10秒。
15.如权利14所述的方法，其特征在于所述的绘制金属液面位置的曲线周期性变化发生的时间间隔小于10秒。
16.如权利要求14和15中任一项所述的方法，其特征在于所述的时间间隔小于约5秒。
17.一种在形成铸造金属壳的连续铸造过程中预测在模具的下端部金属液与所述的金属壳断裂可能性的方法，在连续铸造中金属液通过垂直设置、有液体冷却的模具下行，该模具有敞口的上端部和下端部，以及预定的垂直尺寸，其特征在于所述的的方法包括下步骤在模具所述的上端部和下端部之间多个垂直方向间隔开的位置上的每一处连续地测量模具的壁温;在整个铸造过程中，连续地测定上述模具内金属液面位置;在图上绘制表示模具壁温沿所述模具的上端部和下端部之间垂直尺寸变化的曲线，该图中的一个座标是上述模具的壁温，另一个座标是离模具顶部的垂直距离;在图中绘制出上述金属液面相对模具顶部位置的曲线;周期性地变化上述曲线，以反映该模具壁温的变化;周期性地变化绘制在图中的上述金属液面位置曲线，以反映所述金属液面相对模具顶部位置的变化;从所述曲线中记录下模具壁温峰值相对模具顶部的位置;从所述图上显示的数据中记录下在(a)所述模具壁温峰值位置与(b)所述金属液面位置之间的垂直距离;连续地监控上述垂直距离，以检测该距离的任何增量。
18.一种在由金属液形成铸造金属壳的连续铸造设备中，用于预测在模具的所述下端金属液与所述金属壳断裂可能性的装置，该铸造设备包括垂直设置的模具，该模具有模壁、敞口的上端部和下端部，以及预定的垂直尺寸，其特征在于所述的设备包括连续地测定所述模具内金属液面相对模具顶部的位置的装置;连续地测定上述模具内温度峰值相对模具顶部的位置的装置;用于记录(a)所述温度峰位置与(b)所述金属液面位置之间的垂直距离的装置;连续监控上述垂直距离，以检测该距离的任何增量的装置。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于所述的测定温度峰值位置的装置包括多个设置在模壁内、位于所述模具上端部和下端部之间在垂直方向间隔开的若干位置上的温度传感装置。
20.如权利要求18所述的装置，其特征在于它包括多根位于所述模具的上端部和下端部之间若干位置上的在垂直方向间隔开、水平设置的冷却管道;将冷却液通过所述的每根管道进行循环的装置。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于它包括将上述冷却液以相同的流速通过所述的每根管道进行循环的装置;所述用于测定温度峰值位置的装置包括测定冷却液在每个管道的进口和出口处温度差的装置。
22.如权利要求20所述的装置，其特征在于所述的测定温度峰值位置的装置包括对每根所述的管道测定模具热传导率(MHTR值)的装置。
23.如权利要求18所述的装置，其特征在于它包括用以根据在上述距离检测到的显著增量驱动警报器的装置。
24.如权利要求18所述的装置，其特征在于它包括当所述距离大于约3英寸(7.6厘米)时，驱动警报器的装置。
25.如权利要求18所述的装置，其特征在于它包括当所述的距离大于模具的垂直尺寸约15%时，驱动警报器的装置。
26.一种在由金属液形成铸造金属壳的连续铸造设备中，用于预测在模具的所述下端金属液与上述金属壳断裂可能性的装置，该铸造设备包括垂直设置的模具，该模具有敞口的上端部和下端部，以及预定的垂直尺寸，其特征在于该装置包括多个位于所述模具的上端部和下端部之间的在垂直方向间隔开、水平设置的冷却管道;将冷却液通过所述管道进行循环的装置;连续测量进入每根管道的冷却液流速的装置;连续测量进入每根管道的冷却液温度的装置;分别对每根管道连续地测量流出每根冷却管道的冷却液的温度的装置;连续地测定所述模具中金属液面位置的装置;计算机装置;将每个上述温度和流速测量值输入至计算机装置的装置;将金属液面测定值输入至上述计算机装置的装置;所述计算机装置包括下列(a)至(i)各元件中每一元件(a)根据输入至上述计算机装置的温度和流速测量值，计算在每根上述管道处模具热传导率(MHTR)值的装置;(b)用以显示其一个座标是上述MHTR值，另一座标是离模具顶部的垂直距离的曲线的图象显示装置;(c)在所述图上绘制表示MHTR值沿所述的模具上端和下端之间的垂直尺寸交化的关系曲线的装置;(d)在所述图上绘制所述金属液面相对模具顶部位置曲线的装置;(e)周期性变化所述曲线，以反映所述MHTR值变化的装置;(f)周期性地变化绘制在所述图上的上述金属液面位置，以反映所述金属液面相对模具顶部位置变化的装置;(g)记录下上述曲线上MHTR峰值相对模具顶部的位置的装置;(h)根据所述曲线上表示的数据记录下上述MHTR峰值位置与上述的金属液面的位置之间的垂直距离的装置;(i)连续监控上述垂直距离，以检测该距离的任何增量的装置。
27.一种在由金属液形成铸造金属壳的连续铸造设备中，用于预测在模具的所述下端金属液与所述金属壳断裂可能性的装置，所述铸造设备包括垂直设置的模具，该模具有敞口的上端部和下端部，以及预定的垂直尺寸，其特征在于该装置包括多个位于所述模具的上端和下端之间在垂直方向间隔开、水平设置的冷却管道;
将冷却液以相同的流速通过每根管道进行循环的装置;连续测量冷却液在各管道进口处的温度的装置;分别对每根管道连续地测量冷却液各管道出口处的温度的装置;连续测定所述模具中金属液面位置的装置;计算机装置;将所述的温度测量值输入至上述计算机装置的装置;将所述的金属液面测定值输入至上述计算机装置的装置;上述计算装置包括下列(a)至(i)元件中的每一元件(a)对每根冷却管道计算通过该管道进行循环的冷却液温度差的装置;(b)用以显示其上一个座标是上述的温度差，另一座标是离模具顶部的垂直距离的曲线的图象显示装置;(c)在所述图上绘制表示温度差沿模具上端和下端之间的垂直尺寸变化曲线的装置;(d)在所述图上绘制所述金属液面相对于模具顶部位置曲线的装置;(e)周期性地变化上述曲线，以反映上述温度差变化的装置;(f)周期性地变化绘制在图上的上述金属液面位置曲线，以反映上述金属液面相对于模具顶部位置变化的装置;(g)记录下上述曲线上温度差峰值相对于模具顶部位置的装置;(h)由上述曲线上表示的数据记录所述温度差峰值位置与所述金属液面位置之间的垂直距离的装置;(i)连续地监控上述垂直距离，以检测该距离的任何增量的装置。
28.一种在由金属液形成铸造金属壳的连续铸造设备中，用于预测在模具的所述下端金属液与所述金属壳断裂的可能性的装置，该铸造设备包括垂直设置的模具，该模具有模壁，敞口的上端部和下端部，以及预定的垂直尺寸，其特征在于该装置包括在模具的所述上端部和下端部之间多个垂直间隔开位置的每一处连续地测量模具壁温的装置;连续地测定所述模具内金属液面位置的装置;计算机装置;装所述的每个温度测量值输入至上述计算机装置的装置;将金属液面测定值输入至上述计算机装置的装置;所述的计算机装置包括下列(a)至(h)各元件中的每一元件(a)用于显示其上一个座标是所述模具的壁温，另一座标是离模具顶部的垂直距离的曲线的图象显示装置;(b)用以绘制表示上述模具壁温沿模具的所述上端和下端之间垂直尺寸变化的曲线的装置;(c)在所述图上绘制所述金属液面相对模具顶部位置曲线的装置;(d)周期性地变化所述曲线，以反映所述模具壁温变化的装置;(e)周期性地变化绘制在所述图上的金属液面位置，以反映所述金属液面相对模具顶部位置变化曲线的装置;(f)记录下所述曲线上模具壁温峰值相对模具顶部位置的装置;(g)根据上述曲线上表示的数据记录下上述模具壁温峰值位置与所述的金属液面位置之间的垂直距离的装置;(h)连续监控上述垂直距离，以检测该距离的任何增量的装置。
全文摘要
一种用于在垂直模具内的金属液连续铸造过程中预测断开可能性的方法和设备。连续地测定(a)模具内金属液面的位置，(b)模具内温度峰值位置，上述二者都是相对模具顶部而言。记录(a)和(b)之间的垂直距离，对该距离进行连续地监控，以检测该距离的任何增量。显著的增量表明如果不采取校正动作就会出现断开的可能性。
文档编号B22D11/16GK1045720SQ9010133
公开日1990年10月3日 申请日期1990年3月10日 优先权日1989年3月20日
发明者肯尼思·E·布莱泽克, 伊斯梅尔·G·萨切多 申请人:内陆钢铁公司