专利名称：连铸模及用于连铸模的密封件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于密封连铸模振动浇注管和静止外罩组件间环形间隙的密封件。本发明还涉及具有至少一个此种密封件的连铸模。
在钢线材连铸工艺中，铸模在浇注方向上振动，以防止钢材粘结在浇注管的冷却内壁上。通常振动频率为例如几赫兹、振幅大于10mm、振动质量为数吨。因此振动需要消耗大量能量。基于这一原因，需要使振动质量尽量小。
现有的振动器包括一个振动台，其上安装一个整体的连铸模，国际专利申请号WO 95／03904描述了一种安装了具有一个集成振动连杆的静止外罩的铸模。浇注管通过该振动连杆支承于该铸模内，并通过两个可弹性变形的环形密封膜连接至一个外部静止外罩上，以使其可在外罩内沿浇注轴向振动。在该浇注管周围，环形密封膜密封一个环形的冷却剂压力室。在这例铸模中，振动部件的质量大大减小，所以能量消耗也大大降低。
专利申请WO 95／03904提出了环形金属膜和弹性膜两种方案。这些环形膜经受非常复杂的机械应力。首先，它们必须承受至少5bar的冷却水压，在环形膜内将产生一个很大的拉应力。其次，它们必须承受一个每分钟几百次的振动应力，浇注管的垂直振动将在环形膜内产生很大的峰值应力。另外，线材将在浇注管中施加一个水平拉力，从而使环形膜受到应力作用。在这种复杂应力作用下，环形膜将很快发生疲劳损坏。
本发明的主要目的是用一种柔性材料制造一种改进的密封件，用以密封连铸模的振动浇注管和静止外罩之间的环形间隙。
这一目的是这样实现的，在密封件上形成一个周围凸起，其凸出侧在该密封件安装以后位于压力侧。
根据本发明形成的密封件，就其结构设计而言，比现在的扁平密封件更适合于吸收连铸模内非常复杂的机械应力。它减缓了疲劳特征的产生，从而延长了寿命。这一技术进步大概可以解释如下。当浇注管相对于静止外罩组件作轴向运动时，密封件产生一个主要包括凸起压平的变形。结果，根据本发明形成的密封件比现有的扁平环形膜伸长量小得多，因此遭受很低的拉应力。其次，压力作用于密封件圆周凸起的凸出侧，将在密封件内产生压应力，而不是拉应力。
本发明的密封件优选设计为环形膜，水平安装在连铸模内。由于本发明提供了凸起，在浇注管轴向运动过程中，环形膜材料无论在径向还是周向都不会存在太强的拉伸。本发明的密封件还可以设计为一个管联接件，与浇注方向同轴安装在连铸模内。但是在管联接件的实施例中，密封件的材料在凸起部位周向上经受轻微的拉伸。
本发明的密封件优选由一种弹性材料如弹性塑料或橡胶制成。它还优选包括加强丝，例如织物纤维丝。在管联接件实施例中，这些织物纤维丝在圆周方向上应该是断开的，以允许周向上的膨胀。
本发明还涉及一种连铸模，该连铸模包括一个振动浇注管、一个静止外罩和至少一个用于密封振动浇注管和静止外罩之间的环形冷却剂压力室的柔性密封件。该柔性密封件如上所述形成一个圆周凸起，其凸出侧朝向环形压力室。
一个这样的模优选包括一个振动器和一个静止支承结构，该支承结构支承上述振动器而振动器支承上述浇注管。这样，浇注管的重量由振动器承受，而密封件不再受浇注管重量的作用应力。上述外罩和浇注管之间不需要放置另外的支承件。设计一个小型的振动器，使其具有一个振动杆，该振动杆以一个活动联接(活节)方式安装在支承结构内，并以一个活动联接(活节)方式联接于浇注管上。该振动器优选包括一个液压缸作为致动器。另一种可以替代的方式是，上述浇注管可以通过一个弹簧件弹性悬浮于其外罩内，从而使振动器不执行支承功能，而只向浇注管传送振动能量。
本发明提出了几种把本发明的密封件优选安装在一个连铸模内的方法。
在一个第一实施例中，铸模包括本发明的一个上密封件和一个下密封件，它们围绕整个浇注管限定了一个环形冷却剂压力室。该环形压力室优选被一个具有弹性环形膜的内密封装置分隔成下、上两个环形集流器，它们分别联接至冷却剂进流管和回流管。优选在浇注管周围安装一个通水套管并使其沿浇注管形成一个环形间隙，该间隙一端通向下集流管而另一端通向上集流管。
在一个第二实施例中，铸模包括分别围绕浇注管下端和上端的一个下柔性环形集流器和一个上柔性环形集流器，这些柔性环形集流器各自包括两个正对的本发明的密封件，并且它们以这样一种方式安排，以使其间形成一个环形冷却剂压力室。与第一实施例相比，第二实施例中铸模冷却水的容量降低了。此外，还可以在下、上柔性环形集流器之间于冷却水之外安排一个电磁搅拌装置。
另外，在该第二实施例的铸模中，还可以按照这样的方式安装一个通水套管，即使其沿浇注管形成一个环形间隙，该间隙一端通向下部柔性环形集流器，而另一端通向上部柔性环形集流器。该通水套管设计为上述环形集流器之间的一个压力套管。
在所有铸模中，为了吸收作用于浇注管上的水平方向的力，在振动浇注管和静止外罩之间以这样一种方式安装至少一个导向件，即使其能够限制上述浇注管在至少一个第一方向上的侧向偏移。该导向件优选通过至少一个旋转活节联接到上述振动浇注管或静止外罩上。为了防止该导向件内产生拉应力，上述旋转活节譬如可以具有一定程度的水平游动，以允许该导向件在一个相对于上述第一方向的第二方向上水平移动。另一种可以替代的方式是，该导向件可以由至少一个旋转活节支承于一个可弹性压缩的套筒内或者为抽拉式设计。也可以以这样一种可能的方式提供一个导向件，即大体水平地安装一个叶簧，并使其一端固定。
下面将参照附图，对本发明的一些实施例进行描述。其中
图1为本发明的具有两个密封件的铸模的纵剖面简图；图2为本发明的具有四个密封件的铸模的纵剖面简图；图3为图1中本发明的密封件和一个导向件的剖面的放大细节；图4-6显示了本发明的一个密封件的可能的安装的结构；图7-9显示了用于一个导向件的旋转活节的可能的结构；图10显示了一个导向件的一个可替代的设计的平面图。
图1示出了一个连铸机的铸模的一个第一实施例。该铸模包括一个用于形成一个钢水浇注通道12的浇注管10。该浇注管10包括譬如一段由纯铜或铜合金制成的铜管12，在其下端提供一个下法兰16，而在其上端提供一个上法兰18。垂直支撑20连接法兰16和18，并进一步增加上述浇注管的刚性。还应该指出，上述浇注管10当然也可以包括一些单个的模板，以代替上述整段的铜管12。这些模板由一个框架固定在一起，形成浇注管。上述铸模当然可以设计成可以浇注各种各样的产品，例如，方坯、梁坯、厚板、薄板，等等。
上述浇注管10由一个外冷却箱22包围，该箱22具有一个下框架24和一个上框架26。该冷却箱22由一个图1所示的静止支承结构例如工字梁28支承。浇注管10由一个振动连杆30支承，该振动杆通过一个圆柱形旋转活节32连接至静止冷却箱22。一个第二圆柱形旋转活节34把浇注管10连接至振动杆30的自由端。振动杆30的另一端譬如连接至一个能产生振幅为几毫米、频率为几赫兹的振动的液压缸上。该振动由连杆30传送到浇注管10上。
上述浇注管10的下法兰16通过一个本发明的第一柔性密封件36连接至冷却箱22的下框架24。而浇注管10的上法兰18通过一个本发明的第二密封件38连接至冷却箱22的上框架26。因此，两个围绕浇注管10的本发明的密封件36、38在轴向上密封了一个环形室，浇注管10能够在冷却箱22内沿浇注轴向自由振动。
上述两个本发明的密封件36和38由一种柔性材料制成，优选由一种具有织物丝的弹性塑料制成。密封件36、38各形成一个环形膜，其外缘分别由冷却箱22的上下框架26、24夹持，而其内缘分别由浇注管10的上下法兰18、16夹持。下密封膜36将参照图3进行描述，以代表其他所有的密封膜。膜36形成一个圆周形凸起，其凸出侧朝向环形压力室一侧。在这个圆周形凸起40的两边分别无间隙地联接着大体上扁平的环形件42、44。上述膜的厚度和加强丝是这样设计的，即使给环形压力实施压以后，圆形凸起40仍能使其凸出侧朝向压力室一侧。如果浇注管10向下移动一个+y(实际上通常约为5～10mm)(如箭头所示)，膜36的形状将如虚线所示。显然膜的变形主要包括凸起40的变平，即曲率并径的变化。应该注意，当浇注管10轴向移动时，膜36的材料在径向或周向上都不会有很大的伸长，因此振动不会在膜上产生很大的拉应力。其次，环形压力室的压力施加于密封件36的圆周形凸起40的凸出侧，并且在该密封件36上主要产生一个压应力。密封件36的这一预应力作用相对于密封件振动载荷具有正面效应，因为它反作用于在振动过程中产生的残余应力，并且因而减小了密封件内的峰值拉伸应力水平。
从图3和图5中可以清楚地看到，膜36的内外缘各有一个环形圈42和圆截面的环形圈44。该环形圈42和44分别由固定法兰16′和24′夹持安装于浇注管法兰16的一个环形槽内和冷却箱22的框架24的一个环形槽内。图4中的环形圈44′的截面基本上为矩形，周向上有两个凹陷与框架24的环形圈和固定法兰24′啮合。参考标号48代表一个用于在环形圈44′内放一螺栓的通孔。图4中的环形圈44′的外形相对扁平，而图6中的环形圈44′其高度大大超过宽度。
如图3所示，膜36优选由至少一个导向件50压紧。该导向件50把线材作用于浇注管10上的水平的力通过底框架24从浇注管10传送到支承结构28上(见图1)。在图3中，导向件50分别通过圆柱或球形活节51和52与法兰16和框架24联接。从图7更容易看出，活节52不仅允许导向件50绕活节轴“O”转动，还允许导向件50向右移动一个位移“X”，其中X≥L-(L2-Ymax2)0．5L=导向件50长度Ymax=最大振幅(正或负)因此导向件50对浇注管10的垂直振动没有任何明显的阻力。换句话说，浇注管10的振动在导向件50内不产生拉应力或弯曲应力。当导向件50从浇注管向框架24传送水平力时，它只在箭头54的方向上运行并经受压缩应力。因此，图3中的导向件50防止浇注管10在箭头54所示的方向上移动。在浇注管10另一侧的一个第二导向件56(见图1)防止浇注管10在箭头54所示的相对的方向上移动。此外，其导向件也可以安装在譬如垂直于简图的一个平面。
图8所示的活节结构与图7所示的活节结构相似，只是它还为导向件50的圆柱旋转销60提供了一个滑动轴瓦。图9涉及一个导向件50的活节的另一种可替换结构。在这一结构中，两个侧向轴承轴颈60各装一个由例如橡胶制成的可弹性压缩的轴套62，并且各自安装在一个固定托架64的一个轴承孔内。可弹性压缩的轴套62确保导向件50′对浇注管10的垂直振动不产生任何明显的阻力。与图7和图8所示的导向件50不同，图9所示的导向件50′即能传送压缩应力也能传送拉伸应力。导向件50也可以设计为一个弹簧件(例如一个片簧)。在本例中，弹簧件的一端应刚性夹持而另一端应由图7、8或9所示的一个活节支承。在这种结构中，浇注管10的振动产生在弹簧件中弯曲应力而不产生拉伸应力。导向件50也可以设计为一个可伸缩杆，由止推块装置限制伸缩杆轴向叠推在一起。尽管能够由连杆30在铸模的上端确保优良的导向，但是导向件当然还可以安排在上法兰18和上框架26之间。
图10示出了一个导向件的另一种设计。该导向件50″设计为一个具有径向楔形孔150的弹性金属环形膜。换句话说，导向件50″具有外环缘152和一个内环缘154，它们通过弹性辐156联接在一起。上述外环缘152夹持在框架24内，内环缘154夹持在浇注管10的法兰16内。
在图1中，参考标号70代表一个密封装置，它把浇注管10和冷却箱22之间的环形室分为一个上集流器72和一个下集流器74，同时保持浇注管10在冷却箱22内轴向运动的自由度。该密封装置70优选包括一个贴靠于浇注管10的内环板76和贴靠于冷却箱22的外环板78，它们由一个环形弹性密封膜80联接在一起。在该柔性密封膜80上优选形成一个圆周凸起，并使其凸出侧朝向压力最高的集流器(在图1中，为下集流器74)。下集流器74由一个进水管82提供冷却水。冷却水通过一个环形进水口84流入由围绕浇注管14的一个通水套88形成的一个环形间隙86内。上述冷却水又通过一个环形出水口90流入上集流器46，并最终通过一个回水管92流出铸模。
具有喷嘴的环形总管116和118在铸模之外且分别位于环形膜36之下和38之上。该喷嘴分别向上述环形膜36和38背向压力室的一面喷射冷却剂。通过这种方法，即可使相对较厚的、导热性差的环形膜36和38达到相对均匀的内外面冷却，从而防止其过早老化失效。
图2显示了本发明的具有四个环形密封膜100、102、104和106的一个连铸模的实施例。该实施例与图1所示的实施例的不同主要在于，图2中的柔性环形集流器72′、74′与图1中的上、下集流器72、74相比，它们各由两个叠加的环形膜100、102和104、106形成。这些环形膜100、102、和104、106按前述方法设计和安装。
图2的铸模中，实际上省去了冷却水箱22。浇注管10由一个支承结构108简单围绕并悬浮于其中，该支承结构108带有两对用于连接环形膜100、102和104、106的环形板110、112和114、116。每对环形板110、112和114、116各自通过一个外部压力套111和115联接在一起。环形板对110、112和压力套111形成下部环形集流器74′的外固定边界，而环形板对114、116和压力套115形成上部环形集流器72′的外部固定边界。支柱118把上部环形集流器72′的外固定边界和下部环形集流器74′的外固定边界联接在一起，并在其间提供一个轴向的空间，用于安装电磁搅拌装置200。还应该指出，环形集流器72′和74′之间的通水套88′当然形成一个压力套，因为在这种情况下，它必须承受冷却水压力。同图1相似，环形膜100和106由导向件固定，而具有喷嘴的环形总管120、122、124和126安排在环形膜100、102、104、106之上和之下。
权利要求
1．由柔性材料制成的用于密封一个连铸模的一个振动浇注管(10)和一个静止外罩件(22)之间的一个环形间隙的密封件，其特征在于，以这样一种方式形成一个圆周凸起(40)，即当密封件(36、38、80、100、102、104、106)安装以后，其凸出侧位于压力侧。
2．如权利要求1所述的密封件，其特征在于，该密封件设计为一个圆环形膜。
3．如权利要求1所述的密封件，其特征在于，该密封件设计为一个管连接件。
4．如权利要求1至3中之一所述的密封件，其特征在于，该密封件主要是由弹性材料制成的。
5．具有一个振动浇注管(10)、一个静止外罩(22)和至少一个用于密封该振动浇注管和静止外罩之间的环形冷却剂压力室的柔性密封件的连铸模，其特征在于，该柔性密封件(36、38、80、100、102、104、106)如权利要求1至4之一所述，并且其圆周凸起(40)的凸出侧朝向上述环形压力室。
6．如权利要求5所述的连铸模，其特征在于，它具有一个振动器和一个支承结构(22)，该支承结构支承振动器，而该振动器支承浇注管。
7．如权利要求6所述的连铸模，其特征在于，上述振动器包括一个振动杆(30)，该振动杆以活联接方式安装在上述支承结构(22)中，并和浇注管(10)联接。
8．如权利要求5至7中之一所述的连铸模，其特征在于，上述浇注管的下上两端分别通过一个权利要求1至4中之一所述的柔性密封件(36、38)与静止外罩(22)联接，并因此限定了一个围绕浇注管(10)的用于容纳冷却剂的环形压力室(72，74)。
9．如权利要求8所述的连铸模，其特征在于，上述环形室被一个内部密封装置(70)分成下、上两个环形集流器(72和74)，该下、上环形集流器(72和74)分别与冷却剂进管(82)和冷却剂回管(92)联接。
10．如权利要求9所述的连铸模，其特征在于，上述内部密封装置(70)包括一个弹性圆环形膜(80)。
11．如权利要求9或10所述连铸模，其特征在于，以这样一种方式绕浇注管(10)安装一个通水套(88)，使其沿浇注管形成一个环形间隙，该间隙一端通向下集流器，而另一端通向上集流器。
12．如权利要求5至7之一所述的连铸模，其特征在于，它具有分别围绕浇注管(10)下端和上端的下、上两个柔性环形集流器(72′、74′)，这两个柔性环形集流器(72′、74′)各自包括两个正对的权利要求1至4之一所述的柔性密封件(100，102和104，106)，并在它们之间限定一个环形的冷却剂压力室。
13．如权利要求12所述的连铸模，其特征在于，围绕上述浇注管安装一个通水套(88′)，使其沿着浇注管(10)形成一个环形间隙(86′)，并且其一端通向下柔性环形集流器(74′)，而另一端通向上柔性环形集流器(72′)，该通水套(88′)设计为一个在环形集流器(72′、74′)之外的压力套。
14．如权利要求12所述的连铸模，其特征在于，在上述下、上柔性环形集流器(72′、74′)之间设置一个电磁搅拌装置(200)。
15．如权利要求5至13之一所述的连铸模，其特征在于，在上述的至少一个柔性密封件的离开压力室的一侧安装一个冷却水喷射装置，以使该柔性密封件的这一侧能被冷却水喷射。
16．如权利要求5至14之一所述的连铸模，其特征在于，在上述振动浇注管和静止外罩之间至少安装一个导向件，使其限制浇注管在至少一个第一方向上的侧向位移。
17．如权利要求15所述的连铸模，其特征在于，上述导向件通过至少一个旋转活节与上述振动浇注管或静止外罩联接。
18．如权利要求16所述的连铸模，其特征在于，上述导向件在至少一个旋转活节内具有一定程度的水平位移，以允许该导向件在与上述第一方向相对的一个第二方向上移动。
19．如权利要求16所述的连铸模，其特征在于，上述导向件支承于至少一个旋转活节内的一个可弹性压缩的套内。
20．如权利要求15或16所述的连铸模，其特征在于，上述导向件设计成可伸缩的。
21．如权利要求15、16或17所述的连铸模，其特征在于，上述导向件设计为基本上水平安装的一个片簧。
全文摘要
本发明涉及一种由一种柔性材料制成的用于密封一个连铸模的一个振动浇注管(10)和一个静止外罩组件(22)之间的一个环形间隙的密封件。该密封件具有一个圆周凸起(40),其凸出侧在该密封件(36、38、80、100、102、104、106)安装以后,位于压力侧。本发明还涉及一种具有一个振动浇注管(10)、不可动外罩(22)和至少一个用于密封上述振动浇注管和固定外罩之间的用于容纳冷却剂的一个环形压力室的柔性密封件。该密封件(36、38、80、100、102、104、106)为上述类型的密封件,其圆周凸起的凸出侧朝向上述环形压力室。
文档编号B22D11/04GK1205660SQ96199298
公开日1999年1月20日 申请日期1996年12月12日 优先权日1996年12月12日
发明者拉多米尔·安多诺夫, 埃米尔·罗纳迪, 鲁迪·佩特里, 哈伯特·斯托普, 诺伯特·凯尔, 盖伊·克莱珀 申请人:保尔·沃特公司