铸造金属板的方法
【专利说明】
[0001] 本申请是2014年2月28日提交的、名称为"用于铸造金属板的方法和装置"、申请 号为201380002887. 1的中国专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及用于铸造金属以形成金属板的方法和装置。更具体地，本发明涉及连 续铸造的方法和装置，其中金属在形成于间隔开的面对铸造表面之间的铸造腔中被铸造， 所述间隔开的面对铸造表面在铸造腔的进口与出口之间沿铸造方向前进。
【背景技术】
[0003] 细长的相对较薄的金属板(有时也被称为铸条或铸带）可以在例如双带铸造机、旋 转块铸造机、双辊铸造机等的设备中通过连续铸造技术生产。具有中等或相对较低的熔化 温度的金属(例如铝、镁、锌以及将这些元素作为主要成分的合金）尤其适于该类铸造，但是 有时其它的金属也可以在这种设备中被铸造。热由且穿过铸造表面从铸造腔中的金属回 收，使得金属冷却并且产生固体板，该固体板的厚度与铸造表面之间的空间相似。侧面坝形 部通常设置于铸造表面的极外侧边缘处，以防止金属的损失并且限定铸造腔的侧边缘。熔 融金属喷射器或洗槽用于通过进口将熔融金属连续引入铸造腔中并且通过铸造表面的移 动经由出口将固化板从铸造腔连续抽出。铸造表面从出口到进口在铸造腔的外部连续再循 环，使得其能够连续使用。
[0004] 铸造表面被通常主动冷却，使得其能够从铸造腔中的金属回收热。例如，这能够通 过将冷却剂(例如冷却液体或者可能是气体）施布于铸造表面形成于其上的再循环元件来 完成，所述元件通常具有良好的热传导性能，使得热通过所述元件从金属通向冷却剂。例 如，在双带铸造机的情况下，冷却液体(通常是含有适当添加剂的水）在带彼此面对以形成 铸造腔的区域中被施布于再循环铸造带的后表面，使得热通过铸造表面和带从铸造腔被传 导并且通过冷却剂被去除。此类双带铸造机的例子在1977年12月6日授予Sivilotti等 人的美国专利4, 061，178、1980年3月18日授予Thorburn等人的美国专利4, 193, 440、和 2010年12月9日以Ito等人的名义公布的美国专利公布No. 2010/0307713中有所描述。 这些专利的公开内容通过引用具体结合到本文中。
[0005] 当操作此类装置时，通常保持在铸造方向上沿铸造腔在所有位置处对铸造表面的 均匀冷却并且在所有这种位置处保持铸造表面与熔融或固化金属的牢固接触，以便保持铸 造表面从经历铸造的金属回收热的能力。由于金属可能在其通过铸造腔的过程中冷却和固 化时略微收缩，因此铸造表面可能被制造成在从进口至出口的方向上朝向彼此略微汇合， 使得在整个铸造腔保持与金属的牢固接触。然而，当通过该方式铸造金属时，从金属回收热 的比率（即通过铸造表面的热通量）由于经历铸造的熔融金属与经过冷却的铸造表面之间 的巨大的温度差异并且由于熔融金属与铸造表面之间的良好的共形接触而在最初是高的。 随着铸造继续进行，坯金属板的外表面比金属板的中心部分冷却得更快，原因是金属内的 温度均衡需要时间。随着板外表面冷却，通过铸造表面的热通量减少，原因是铸造表面与相 邻金属之间的温度差减小。最终，即使中心部分可能仍然是熔融的，金属的外表面也会开始 固化。需要保证铸造腔具有充足长度(沿铸造方向的进口与出口之间的距离)，以允许通过 出口排出铸造板之前充分的热回收。在实践中，铸造腔必须具有这样的长度：该长度使得板 的离开温度(大体如在外表面处测量得到的）低到板足以承受进一步操纵和处理而不造成 变形或损坏的程度。当然，铸造腔所需的长度还与金属的吞吐率相关联，在于对于给定的金 属或合金而言，较慢的金属吞吐率将允许热回收的时间更多并且将因此允许铸造腔被制造 成比金属吞吐率更高的情况下短。具体而言，双辊铸造机采用非常短的铸造腔，该铸造腔基 本由辊之间的咬合部（nip)形成。
[0006] 对于缓慢金属吞吐率和/或长铸造腔的需要造成设备和生产成本比当速率能够 增大并且/或者铸造腔变短的情况下高。较长的铸造时间和腔长度还可能需要采用更大量 的冷却剂。因此，期望以铸造率能够进一步增大并且/或者铸造腔变短的方式来设计和操 作此类铸造装置。
【发明内容】
[0007] 本发明的一个示例性实施例提供一种通过以下步骤连续铸造金属板的方法：(a) 将熔融金属连续引入在沿铸造方向前进的间隔开的面对铸造表面之间限定的铸造腔的进 口中；(b)为铸造表面提供从铸造腔中的熔融金属去除热的能力，以使熔融金属固化并且 由此在铸造腔内形成完全固体或部分固体的金属板；(C)通过铸造腔的出口从铸造腔连续 排出金属板；以及（d)在与进口和出口二者间隔开并且横向于铸造方向延伸的腔的区域 中，降低铸造表面中的至少一个铸造表面从金属去除热的能力，该能力相对于至少一个铸 造表面的从铸造腔的紧邻的上游区域和下游区域去除热的能力降低。
[0008] 术语"降低铸造表面去除热的能力"的意思是表面对腔中的金属的冷却作用从最 大或正常水平降低，该最大或正常水平是否则在该特定铸造设备和环境下将具有的，但要 用于降低。在铸造腔中的任何点处通过铸造表面的热通量都通过这样的因素来确定，例如 表面在其上形成的铸造构件的导热率、施加于构件的主动冷却(例如通过应用于构件的相 对侧的液体冷却剂)、主动冷却装置与腔中的金属之间的温度差异等。随着金属在任何连 续铸造操作中前进通过铸造腔，通过铸造表面的热通量发生变化（即通常以非线性方式减 少)。这是由于金属随着前进通过铸造腔而冷却。然而，铸造表面从铸造腔的任何区域去除 热的能力都能够降低，使得在该区域中比其它情况下较少的热流出腔。例如，这能够通过在 特定区域允许铸造表面比腔的其它区域(特别是当相比沿上游方向和下游方向的紧邻区域 时）略微移动离开铸造腔的中心平面（即定位在铸造表面之间并且与铸造表面大体平行地 延伸的腔的中点处的平面）来完成。当这在金属具有固体外壳的区域中完成时，铸造表面 略微移动离开金属表面并且因此产生金属与表面之间的隔离空间，该隔离空间使表面去除 热的能力降低并且因此使通过表面的热通量减少。降低表面去除热的能力的其它方式包括 使用于冷却感兴趣区域的铸造表面的冷却剂流体的温度升高、使冷却剂的流量降低、或者 提供表面与冷却剂的部分隔离(例如通过将气体引入液体冷却剂中或者引入液体冷却剂与 感兴趣的区域中的表面之间)。这种措施不在紧邻区域中执行，因此那些其它区域中的表面 (多个表面）的能力保持不受影响并且为那些区域中的铸造设备和条件产生"正常"或"最 大"的热通量。
[0009] 铸造表面通常被提供成一对相面对的但是沿铸造方向纵排移动的分开的表面。这 些铸造表面中的一个或两个铸造表面可以设置有这样的区域：在该区域中，降低表面(多个 表面)去除热的能力。当通过该方式对两个表面进行改进时，能力降低的区域对于两个表面 而言是一致的(使得区域跨过腔相互面对）或者可以不同，例如对于顶部表面而言能力降低 的区域沿腔比底部表面的区域更大，或者反之亦然。同样地，所述区域沿铸造方向可以具有 相同长度，或者具有不同长度。这取决于期望产生的效果，记住一种期望的效果是比其它情 况更高效地降低板温度（即在较短的铸造距离内或以较高的铸造速度)。这是基于意想不到 的发现，即通过使铸造表面中的至少一个铸造表面去除铸造腔的中间区域中的热的能力暂 时降低，可以改进热回收的总体效率。不期望将本发明的范围限制于任何理论，据信这可能 是由于铸造表面在一个区域中去除热的能力的降低允许板的外部的温度升高(例如当由较 热的内部加热时)，并且该温度使得更有效的热去除能够沿铸造表面具有正常的去除热的 能力的铸造腔更多地发生。
[0010] 另一个示例性实施例提供一种用于由熔融金属连续铸造金属板的铸造装置，该装 置具有（a)间隔开的面对铸造表面，所述间隔开的面对铸造表面在其间形成铸造腔并且适 于从铸造腔的进口至出口沿铸造方向前进；(b)熔融金属进给装置，该熔融金属进给装置 用于通过所述进口将熔融金属引入所述铸造腔中；以及（C)冷却设备，该冷却设备用于冷 却铸造表面，从而使得表面从所述铸造腔回收热，由此使熔融金属固化并且在腔内形成完 全固体或部分固体的金属板。该铸造腔具有其横向于铸造方向延伸并且与铸造腔的紧邻的 上游区域与下游区域之间的进口和出口间隔开的区域，其中提供装置以使所述铸造表面中 的至少一个铸造表面在区域中从熔融金属或金属板回收热的能力比所述至少一个铸造表 面在其紧邻的上游区域和下游区域内从所述铸造腔回收热的能力降低。
[0011] 细长铸造构件可以由直接或通过冷却剂的膜接合其相对侧的表面的多个支承件 来支承，并且可以通过使支承件相对于其它区域中的支承件的位置沿离开铸造构件的相对 侧的方向向后移动来使在所述区域内铸造表面(多个铸造表面)去除热的能力降低。在此类 传统铸造中，支承件可以具有与铸造构件的相对侧表面相接合的大体平坦的支承表面，并 且各个支承件的平坦的支承表面沿铸造腔的整个长度大体共面。在本发明的一个示例性实 施例中，用于铸造构件中的一个铸造构件的支承件的平坦支承表面如上所述是共面的，除 了对于在铸造表面去除热的能力降低的铸造腔的所述一个区域中的那些。在这个区域中， 支承件的平坦表面相对于其它支承件的公共平面偏置（由此使其与铸造腔的中心片面的间 距增大）离开铸造构件的相对侧特定距离，由此造成该区域中的铸