专利名称：用于热顶垂直连续金属浇铸的宽截面模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及对金属具体说是钢进行热顶连续浇铸。具体地说，本发明涉及对诸如板坯、薄板坯等之类有细长形状的半成品金属作热顶(hot-top)浇铸，在称为“宽截面”模具的模具内对所述金属进行浇铸。
我们记得，宽截面模具首先是一无底的金属管，它垂直地设置，铸钢在该金属管内靠与因水的剧烈循环而被有效冷却的内壁相接触从而固化。这种管状部件通常由铜制成或更具体地说由铜合金制成，具有约一米的普通高度。但是，这种部件主要因下列原因而不同于其它类型的连续铸模它不是单体的而是由按直角连在一起的四块板构成的，这四块板是一对大型板和一对小型侧板，所述一对大型板彼此对向并用于构成扁钢锭的大型表面，该表面一般在宽度上要远大于一米，所述一对小型侧板安装成与上述大型板的端部相对齐，以便为浇铸的熔融金属提供密封。通常，为简化词汇的缘故，将所说的板称为大型或小型“壁面”或者从扁钢锭来类推称为大型或小型“表面”。
而且，就发展的现状而言，从技术上讲，可将所谓的金属“热顶”连续浇铸看作是通常连续浇铸法的一种改进形式，这种改进形式沿浇铸高度将金属在通常连续浇铸法的模具中从上方开始固化的位置移至与模具的壁面相接触的液态金属的表面(“新月面”)的位置。
如所周知的那样，第一次固化因非常敏感的物理装置而发生，同时，第一次固化还体现了所获得的产品质量中的关键因素。通过沿高度方向将这两个在通常的连续浇铸中是一致的或几乎是一致的高度分隔开来，会在从流向动力学上说是平静的位置处产生固化，上述位置远离总是被扰动的区域，该区域是新月区。具体地说，可通过使模具的冷却后的铜制主体上安装有附属进料口而将上述两个高度分离开，所述进料口不一定是被冷却的，它由具高绝热属性的难熔材料制成、在内部与模具充分对齐，在整个浇铸操作期间，铸工会使所述进料口内保持有铸钢的新月形液面，而铸钢则倾倒自位于上述进料口上方的漏斗。
这种类型的热顶连续浇铸尽管依照原理已周知很久了、例如在EP-A-0620062号中有所说明且目前也为本申请人所了解，但它仍然无工业上的实用性。然而，最近本申请人对这一主题所进行的研究(例如见FR-A-2747061和FR-A-2747062)业已表明，在绝热难熔进料口的底部处提供一由极难熔材料制成的插入件有着极大的优点，该插入件是机械强度远大于通常的绝热难熔体的插入件。这种插入件事实上必须同时是良好的绝热体以便能像进料口那样保持所包含的液态的熔融钢且具有良好的机械强度性质，以便具体在绕铸金属开始固化的位置处尽可能地保持它所贴靠的铜壁的上部边缘的几何形状。周知的是，诸如SiAlON(R)之类的材料能很好地满足这种相反的要求。但是，这种类型的材料特别是在要被加工成一与模具的内部边缘相匹配的环状件时是昂贵的。同宽截面的模具一样，对长的插入件来说，成本成为了阻碍因素。
而且，本发明人的研究还已证实，对成功的浇铸操作而言，使SiAlON插入件在非常狭窄的约为一mm的1／10的容隙边缘内与模具的位于插入件下方的大型表面严格对齐是非常重要的。这种要求很难满足，因为，与熔融金属相接触的部件的不可避免的热差膨胀现象是无法对齐的主要原因。此外，应该注意，模具的尺寸越大，这种现象就越显著，在浇铸钢板(宽度通常会达到甚至超过2m)时情况会特别是这样。
目前的宽截面模具技术不能很好地满足热顶连续浇铸所专有的这种对齐要求。目前的模具技术大致遵循加强后挡板的原理。各个大型铜板均贴靠在一加强后挡板上，后挡板则与铜板相匹配，从而借助横向连接件通过组装与铜板相连，所述横向连接件锚在铜板上并按约有20cm的连接件间距在铜板高度和宽度上分布。这种组件的牢固性是不容怀疑的。但是，在浇铸期间，换句话说，在“加热”时，会导致各连接件之间的铜板有波浪式的变形。毫无疑问，这种至多为一mm的十分之几的变形在通常的连续浇铸中没什么关系，但在热顶连续绕铸中则是完全不能令人接受的，因为这种变形会导致铜板与难熔进料口之间的啮合面内具体说是在形成固化的浇铸金属的第一外壳的位置处产生不对齐。
本发明的目的是提供一种简单、可靠且经济的方案，它能解决对宽截面制品进行热顶连续浇铸时所遇到的上述困难。
为此，本发明的主题是一种宽截面模具，它可用于对金属特别是铜进行热顶垂直连续浇铸，所述模具包括一管状主体，它由一组铜或铜合金板构成的，该管状主体因制冷剂的循环而被冷却，被冷却的金属管状主体的顶上带有一进料口，它由绝热的难熔材料制成并在内部与管状主体相对齐，而且，在构成管状主体的板中有大型板，每个板均借助于分布的横向连接件连接于强化后挡板，所述模具的特征在于，所述每个大型板的上部均有一突肩，它相对大型板的平面回缩，以便能与细长形状的夹持件的夹爪相接合，因此，所述夹持件能通过经过相关后挡板的顶部并提供分布在大将板的宽度上的连续抓持力将大型板的上部固定在相关后挡板上，所述难熔进料口的基体贴靠于突肩的夹持件的夹爪的绕过的部分，夹持件的另一个夹爪上设置有这样的装置，它用于通过贴靠于相关后挡板而调节夹持力。
正如所清楚地认识到的那样，所述模具的上部的连接件可由一夹持件所代替，该夹持件的夹爪及支承面可按需沿大型板的上部边缘延伸或者连续地延伸，以便完全消除大型铜板的上部边缘变形的可能性，如上所述，模具中这一点在成功地进行热顶浇铸时是很敏感的。所述夹持件在各大型板的顶部及其相关后挡板上经过。相对大型板的上部边缘回缩的阶梯因此被设计成能使夹持件的夹爪定位在设置于模具顶部处的突肩上以便贴靠于铜板的底部并以刚性的方式逆着夹持件的另一个夹爪所作用的基板夹持住突肩。对本发明的大型板的上部的形状的这种改进会使人联想起“股骨头”处的形状，但是，偏移的头不是在包容穹顶内作枢轴运动，而是用作一要与后挡板相接合的锁定夹持件。
由于有意地使所述阶梯的尺寸大于它包容的夹持件的夹爪，故夹爪前面的突肩上的空间会构成一对齐外罩，它能很容易地使难熔进料口定位。
因此，能比迄今为止都更容易地用硬的“SiAlON”难熔体来制成设置在进料口的基体处的插入件。因此，依照本发明的第二主题，通过由并置部件构成的组件(FR-A-2764533)可用难熔材料的部件实现上述结构，所述并置部件彼此间的对齐是整个组件的必要的平直性的保证，所述难熔材料的部件中的每一个部件都被热夹持在一金属壳内，该金属壳能使所述部件有预定的机械强度，并且，所述部件在一刚性导向杆上安装成一条，直至获得了预定的长度(它至多等于大型板的宽度)，并且，所述部件的端部处设置有导向杆弹性夹持装置，以使所述部件被夹持到一起。
本发明在任何情况下都能很清楚地理解，从以下的作为一个示意性实例给出的说明中并参照附图可更清楚地看出其它方面和优点，附图中
图1以垂直剖面的形式示出了从侧面来看的用于对板坯进行连续浇铸的机器的上部，所述机器配备有本发明的模具；图2示出了从上方来看(图2a)和从前面来看(图2b)的难熔的硬插入件，它设置在进料口的基体处并由连续的组装部件构成。
参照图1，可以看出，用于对扁钢锭作垂直热顶连续浇铸的机器的顶部以周知的方式沿设置在浇铸轴线A上的箭头F所给出的抽取浇铸金属的方向(即在附图中自顶向下)带有一漏斗1，它包含有熔融金属2，漏斗均通过每个模具上的一个暗喷嘴4以及用于金属的侧面出口5将熔融金属传至设置在下方一定距离处的模具3(或一般地说是几个模具3)，所述出口位于模具中液态金属的自由表面6的下方约10cm处。所述模具大致包括两个叠置的工作台7和8，它们有相应的独立但互补的功能。
下部工作台7构成了模具的主要部分--结晶器--该部分的热活动部件9具有这样基本的作用即按铸皮的机械强度足以能阻止在下游出现烧穿的方式给浇铸金属以一定的形状。部件9即由铜或更一般地说由铜合金制成的管能因水在纵向通道10(示于附图的背景内)内的循环而被充分地冷却，所述通道的外表面11内是被挖空的，并且，所述通道通过其非常平滑的内表面限定了用于浇铸金属的内部通路12。
上部工作台8是由进料口13构成的，进料口13由末冷却的难熔材料构成，其内壁与结晶器的部件9的内壁相对齐。
就浇铸过程而言，“顶上有绝热难熔进料口8的冷却金属管9”结构限定了用于浇铸金属的校准通路，该通路位于进料口内的上部部分构成了一缓冲区，它用于限制因熔融金属经由喷嘴4的出口5流进模具而导致的流体动力学上的波动，并且，所进通路的向下延伸的部分是这样的区域，浇铸金属在该区域内固化。
正如所看到的那样，一旦铸钢首先与结晶器7的冷的金属壁相接触即刚好到达铜部件9的上部边缘15，所述固化就会开始并向下游继续，从而形成了固体壳13，该外壳的厚度随浇铸产品下降进模具而从边缘朝向中心逐渐增加。在离开模具时，厚度为一至两厘米的外壳13足够坚固，从而能抗住静止液态核心的铁水静压力，然后，固化继续向中心进行，直至浇铸产品因未示出的喷水轨道的作用完全固化，所述轨道位于前述机器的底部一半处。一旦所获得的产品完全固化，就将其切割成预定长度的部分(板坯)，这些板坯可用于随后的成型操作(轧制等)。
就本文所例举的对板坯作连续浇铸的情况而言，管状部件9通常由按直角连到一起的四个板(或壁)构成，这四个板是两个彼此对向的大型板(附图中只示出了其中的一个14)以及两个在附图中是不可见的小型端板，它们用于横向地封住浇铸空间12。上述铜板具有约一厘米的有效厚度，以便能从浇铸金属中抽出上述固化过程所需的最大热量。但是，这一厚度面对铁水静压力和组装好的部件9所经受的多种应力和力不足以阻止提供完全安全状态下所需的机械强度。所以，每个大型板14均与一厚钢后档板16相连，它们以刚性的方式相连。通常，可用横向连接件17来进行这种连接，横向连接件的自由端可拧进插入件15，该插入件被设置进埋头孔，埋头孔为此目的设置在大型板14的纵向肋上，这些纵向肋限定了水循环通道。
正如所看出的那样，难熔进料口8还由两个叠置的独立部件构成一上部衬套18，它由低密度难熔材料制成，这种材料是因其绝热性质而被选中的，因为，所述衬套的功能是保持以液态方式出现在进料口内的浇铸金属的量。例如可选定Kapyrok的A120K名下的纤维状难熔固体材料。如果需要的话，也可以包括抗热部件；以及一下部部件19，它称为“插入件”，是由硬难熔材料制成的，这种材料是因其良好的机械完整性因此是一种密集材料而被选中的。在整个组件经受成功进行浇铸操作所需的通常垂直振荡运动并经受在热循环中进行操作的机器的由浇铸过程本身的必然性质所施加的热力学应力时，下部部件的作用事实上是通过固体外壳13的上端沿铜的边缘20在靠近结晶器7的位置处抗住机械腐蚀。最好涂有氮化硼的诸如SiAlON(Sialon(R))之类的材料是最适当的。
抵消这种有所增加的机械强度的方法是，下部插入件19必须比上部衬套18有更小的绝热性。所以，存在有这样的危险即可能会与其下壁相接触的位置处形成有一层不希望有的过早固化的浇铸金属，而所述下壁则是与铜部件9的下壁相对齐的。这就是为什么要最好依照在其它文件(EP-A0620062)中已知的热顶浇铸的一种实现形式将气体注入进料8的基体以便阻止可能在插入件19的上方形成有一层不希望有的固化层并使金属固化层规则且确定的起点与铜部件9相接触的原因。
在给出了与先有技术有关的提示之后，将详细说明本发明专用的装置。
参照图1，可以看出，通常位于底板16的上部的横向连接件17就其紧固功能而言由夹持件22所代替。该夹持件在底板16的顶部及相匹配的铜制表面9上经过，铜制表面9的形状在这一位置处已经过修整，从而能很容易地嵌进夹持件的夹爪。正如所看出的那样，对铜制表面9的形状修整包括使所说的上部错位以形成一突肩23，它相对铜板9的平面是回缩的，从而一方面能接合于夹持件22的被动夹爪24另一方面能提供一基体25，难熔进料口8可贴靠在该基体上。就底板16而言，形状的修整更为普通在“热的”一侧(朝向模具内部的一侧)，有一埋头孔26，它与铜板9的突肩23相互作用，而在另一侧，则有一修磨削减部27，以便能通过使主动夹爪28配备有一支承表面而接合于夹持件22。
正如能看出的那样，夹爪28称为主动夹爪28，因为，该夹爪上配备有能很容易使用的夹持装置，该装置位于模具的“冷的”一侧并在所述实例中包括一螺栓29，它嵌在穿过夹爪28的螺纹衬套30内，上述螺栓的自由端压在底板16上，以便利用被动夹爪对位于所述间隙内的底板／铜板组件提供预定的夹紧作用。
用于使夹持件固定于底板并用于从底板上拆除夹持件的螺栓31设置在顶部，从而能与椭圆形通孔32相互作用，以便在夹持住侧面螺栓时允许有必要的运动。
依照本发明的关键特征，夹持件22不是局部地而是在模具的各大型板的整个长度上或至少在模具的大部分上施加其夹持作用。夹持功能必须在实际上必须以充分分布的方式起作用，因此，可以消除通常技术中会遇到的模具壁面局部“热”变形的问题。为此，夹持件22是一细长的部件，其夹爪24和28在整个长度上均处于连续接合状态，主动夹爪28配备有一组在长度上分布的夹持螺栓29。因此，沿模具的大型表面的宽度可以有一个接一个地并置的三或四个夹持件，或者有在同样距离上延伸的单个夹持件。
这种结构还能提供一外罩，它用于容纳难熔进料口8。进料口8的底部被切割成对应于被动夹爪24的“L”形，从而，该底部能在被放置到夹持件上时自动地位于预定的位置并与铜制壁面9充分地对齐。在进料口的基体的硬难熔插入件19处重复这一优点。最好由SiA1ON制成的插入件19不是位于大型板14的整个宽度上的单体部件而是由通过夹持而保持相邻的并置部件构成的。因此，可生产出有预定长度的SiAlON条，它远比市售的等价单体条更廉价且更坚固。
嵌进上述插入件的夹持装置如图2所示。在所述附图中，以局部图的方式仅示出了一个条33，所说的条在出现一个模具的大型表面的每一个上时就构成了上述插入件。当然，插入件19环绕模具的内缘。一旦安装了插入件，插入件就会呈矩形框架的形式，其大型和小型侧面由形状如图所示的平直条33构成，每个条的长度均等于包容该条的模具的壁面的宽度。正如所看到的那样，条33由一组并置的相邻连接杆34构成，而所述连接杆则被最好是嵌进所说的条本身内的夹持装置以刚性的方式夹持在一起。在所述实例中，夹持装置是一夹钳，它由一增强框架构成，所述增强框架有两个滑动臂44、44′，它们与垂直穿过各连接杆的连接件35相连。所述连接件使锁定螺母36拧在其端部上，从而通过框架的相应的臂44挤压一叠支承在两端连接杆34的自由侧面上的Belleville垫圈43。为了能在尺寸上调节用于支承各个条33的框架，该框架的两个臂44、44′可通过两个支承表面46、46′在中心区内彼此滑动，所述支承表面46、46′配备有椭圆形狭缝，以使锁定螺栓47穿过，一旦用螺母36夹持住连接杆33，就固定住锁定螺栓47。
最佳的是，连接件35处于朝向条33的“冷”的后表面偏移的位置，从而远离要与熔融金属相接触的因而会受更大热应力的“热”表面37。
所述夹持装置称为“全面作用的”夹持装置。与夹钳相类似，夹持装置通过仅作用于位于所说的条的端部处的那些连接杆而挤压所有的连接杆34。当然，可借助连接件35使每个连接杆均分别预受应力。为此，所需的全部工作是使连接件在其整个长度上均有螺纹并在两个连续的连接件之间交汇处增加中间的螺母。
依照本发明的一种具体结构，每个连接件34实际上均有两个难熔部分位于钢箱39内的“热”卷曲体38以及一头部40，它通过在钢箱39的两侧上延伸而在插入件的“热”表面一侧37上膨胀。侧面突出部41、41′很平滑，从而能从一个连接杆34到下一个连接杆彼此严密地贴靠并且不存在太宽的且铸熔融金属会渗入其中的接头42。而且，如图2a所述，最佳的是将连接杆34的相邻前表面整形成“镶榫”43的形式，以便于它们之间相互锁定，从而使它们相对齐并封住交汇区域以防液态金属的可能渗入。
不用说，本发明并不局限于上述实施例，而是可以在重现后附权利要求中给出的关键特征的情况下扩展成多种变化形式或等价形式。
而且，应该认识到，尽管具体就浇铸板坯和其它细长形状的制品而言给出了本发明，但是，本发明完全可应用于浇铸所提供的有任何形状的制品，当然，可用热顶连续浇铸技术来浇铸这种制品。
同样，本发明不仅可用于连续浇铸钢而且可用于连续浇铸任何其它可连续浇铸的金属特别是诸如铝或铜之类熔点比钢低的金属。
权利要求
1.一种宽截面模具，它可用于对金属进行热顶垂直连续浇铸，所述模具包括一金属管状部件(9)，它因与之相接触的制冷剂的循环(10)而被冷却，并且顶上有一进料口(8)，该进料口由绝热的耐火材料制成，并在内部与管状部件相对齐，所述部件(9)由一组金属板构成，该组金属板限定了用于浇铸金属的校准(calibrating)通路(12)，所述金属板中称为“大型壁面”的某些金属板(14)贴靠于加强后挡板(16)，金属板(14)以刚性的方式与加强后挡板(16)相连，所述模具的特征在于，所述每个大型壁面(14)的上部均有一突肩(23)，它相对用于浇铸金属的内部通路(12)是回缩的，从而能与细长形状的夹持件(22)的夹爪之一(24)相接合，所述夹持件能提供分布在大型壁面(14)的宽度上的连续抓持力，并能经过大型壁面(14)和被关持在夹持件的另一个夹爪(28)上的相关后挡板(16)的顶部，用于调节将板(14)和后挡板(16)夹持到一起的夹持力的装置(29、30)设置在夹持件(22)上，所述突肩(23)提供一由夹持件(22)所绕过的空间，以包容住耐火进料口(8)。
2.如权利要求1的连续浇铸模具，其特征在于，所述耐火进料口(8)的底部呈“L”形，以便与夹持件(22)的顶部相互作用，所述进料口贴靠于上述顶部。
3.如权利要求1的连续浇铸模具，其特征在于，所述耐火进料口(8)的基体包括一由硬且平滑耐火材料制成的环(19)，该环与各大型壁面(14)相关的部分是一平直的条，它由一组相邻的基础连接杆(34)构成，所述连接杆一个接一个地对齐，并被所说的条所专用的夹持装置(35、36)夹持到一起。
4.如权利要求3的连续浇铸模具，其特征在于，构成上述耐火环(19)的平直条的各个结构上的基础连接杆(34)在“热”表面(37)上有一突出部(40)，它延伸超出限制该突出部的增强箱(39)的界限。
5.如权利要求1的连续浇铸模具，其特征在于，配备有用于调节上述夹持力的装置的夹持件(22)的主动夹爪是这样一种夹爪(28)，它夹持成贴靠于加强后挡板(16)。
6.如权利要求1的连续浇铸模具，其特征在于，用于将各个大型壁面(14)固定于相关加强后挡板(16)上并位于管状部件(9)的上部外侧的装置包括横向连接件(17)，它们在高度方向和宽度方向上分布于上述大型壁面(14)。
全文摘要
在这种类型的模具中,由绝热难熔材料制成的进料口安装有冷却的铜制结晶器)并且在内部与冷却的铜制部件相对齐,以便一道限定一用于浇铸金属的校准通路,所述铜制部件由一组板构成,其中称为“大型壁面”的某些板贴靠于增强后挡板。各大型壁面的上部均有一突肩,它相对上述通路回缩,从而能与夹持件的夹爪相接合,用于调节将所说的板与后挡板夹持到一起的夹持力的装置设置在夹持件上。突肩提供了一空间以便包容难熔进料口。
文档编号B22D11/04GK1294950SQ0013380
公开日2001年5月16日 申请日期2000年11月3日 优先权日1999年11月5日
发明者让－马克·若里韦, 罗杰·克莱默, 赫弗·莫兰德, 克斯莫·萨拉里斯, 雅克·巴伯 申请人:犹齐诺公司