专利名称：金属连铸用的液冷结晶器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分所述特征的金属连铸用的液冷结晶器。
背景技术：
由DE19581604T1已知一种金属连铸模，其中铜或铜材制的厚度均匀的结晶器板借助多个螺栓与钢制的支承板连接。由于浇注作业时结晶器板因热引起膨胀，尤其当螺栓较短时导致螺栓不可忽略的弯曲和拉伸应力。根据螺栓在结晶器板上的固定方式，对于焊接的螺栓这可能导致破坏焊接接头，或对于旋入的螺栓这可能导致螺纹过载。为避免发生这种情况，在DE19581604T1中规定，结晶器板与支承板按滑动式结构互相用螺栓连接，从而使结晶器板可相对于支承板三维运动。这一点通过使用滑动的固定装置以及通过在支承板内通孔的过尺寸达到。允许进行螺栓并因而结晶器板侧向或二维的运动。除了这些措施外还建议采用圆片状弹性环，优选地按堆叠的方式，以便即使在高温下也能保持螺栓的预紧。在这里，从传动技术方面的观点看，这些弹性环起有一个自由度的铰接装置的作用，亦即起滑配合的作用。
这种方案存在的缺点是，当采用钢制的弹性环时在弹性元件之间产生不可谓不大的静摩擦。由于在弹性环之间以及在支承板与结晶器板之间多个接触面使静摩擦力叠加，从而不可能是结晶器板无应力的相对移动。
发明内容
由此出发，本发明的目的是改善金属连铸用的液冷结晶器，减小支承板与结晶器板之间的静摩擦以及允许结晶器板相对于支承板实施均匀的膨胀。
本发明为达到此目的通过权利要求1的特征。
本发明的要点是，在螺栓头与支承板后侧之间设包括铰接元件的铰接装置，铰接元件分属于上述构件，在这里铰接元件有互相面对的滑动面，在这些滑动面之间不会丢失地加入一滑动件。
在本发明的范围内铰接装置指的是这样的支承装置，它们允许螺栓在支承板的一个设计为大于螺栓直径的通孔内侧向运动，并因而允许结晶器板与支承板之间基本上平行的相对运动。在本发明的范围内滑动件指的是任何适合于降低滑动面之间静摩擦和/或滑动摩擦的元件。
固定地至少间接地为支承板配设滑动面或铰接元件，而对应的滑动面或对应的铰接元件执行优选地横向于螺栓纵轴线延伸的相对运动。滑动件尤其设计成环形并被螺栓穿过，由此不会丢失地保持在铰接元件之间。滑动件可作为单独的构件装在铰接元件之间。
按权利要求2的特征，滑动件设计为滑动层，它不可拆地配属于至少滑动面之一。也就是说，滑动面之一或两个滑动面可以设一滑动层。滑动层适用于降低铰接元件之间的静摩擦系数和/或滑动摩擦系数，并因而便于螺栓相对于支承板相对运动。
认为特别恰当的是滑动层含有聚四氟乙烯(PTFE)。通过采用PTFE，与类似的金属滑动面相比，可以显著减小静摩擦系数和滑动摩擦系数。
认为有利的是滑动面之间的静摩擦系数小于0.1。尤其在采用含PTFE的滑动层时，在本发明的范围内还有可能达到滑动面之间的静摩擦系数小于0.04。所说明的静摩擦系数总是涉及滑动面之间的干摩擦。当然，在本发明的范围内也可以在滑动面之间附加地采用润滑剂，以便以此方式减小摩擦。尤其还可考虑使用固体润滑剂。在这方面可理解为具有层状晶格结构的化合物，如石墨、硫化钼、二硫属元素化物(Dichalcogenide)、金属卤化物、石墨氟化物、六角形的氮化硼(hexagonales Bornitrit)。此外属于固体润滑剂的还有过渡和碱土金属的氧化物和氟化物，还有软金属如铅，以及聚合物尤其含氟的塑料如PTFE。
除了可拆或不可拆地为铰接面配设形式上为固体润滑剂的滑动件外，其中滑动面互相平行地定向，也可以采用滑动面互相不平行的机械滑动件，借助它们允许相对运动。为此，按权利要求6的特征规定，铰接元件的滑动面设计成凹的并分别与有球罩状表面的摆动圆片啮合。在这里，摆动圆片起滑动面之间的滑动件的作用。摆动圆片设计成环形以及有面朝滑动面的球罩状表面。在铰接元件相对运动时，可在凹的滑动面内部自由运动的摆动圆片实施角位移。
按权利要求7，滑动面设计为锥形支座。球形支座可使摆动圆片更好地传力和导引，而锥形支座在任何情况下只在摆动圆片与铰接元件之间提供线状导引。线接触的优点是接触面较小以及在恰当地材料配对的情况下也有较小的摩擦力。
特别有利的是可采用分成两部分的摆动圆片，因为它们可涉及标准件。这类摆动圆片也称球面圆片并有球罩状表面和圆环形平的径向面。两个这样的球面圆片可用作摆动圆片的半个圆片，半个圆片以它们的径向面互相面对以及通过向外指的球罩状表面装在铰接元件之间(权利要求8)。当然，在本发明的范围内，摆动圆片也可以与分别向外指的球罩状表面设计成一体。
对于将结晶板可靠地连接在支承板上而言，重要的是螺栓有足够的夹紧力。在这里，必要的预紧力即使在温度激烈变动时也必须保持。除此以外还应考虑到，在使用摆动圆片时不仅实行相对于螺栓纵轴线的横向移动，而且根据摆动圆片的位置沿纵轴线方向也略有改变。也就是说，铰接元件的间距随摆动圆片的位置而变化。因此，为了螺栓连接的耐久性，在采用滑动层时恰当的是以及在采用摆动圆片时必要的是，在螺栓头与支承板后侧之间加入至少一个弹性件(权利要求9)。在这里作为弹性件既可以用弹性环也可以用弹性体，例如橡胶，它们不仅可以在螺栓头与第一铰接元件之间采用而且可以设在第二铰接元件与支承板之间。当然也可以采用多个按堆叠结构的弹性元件，以便能补偿因热引起的大的长度变化，以及保持螺栓连接的预紧力。
但除了在螺栓装置区域内的滑动面外，还在结晶器板后侧和支承板面朝结晶器板的侧面存在许多其他的接触面。取决于螺栓施加的法向力，应考虑到在结晶器板与支承板之间的接合处有巨大的摩擦力，针对这一情况按权利要求10的特征采取的措施是，在结晶器板与支承板互相平行运动的接触面之间加入滑动装置。尽管材料对钢-铜已经有较小的滑动摩擦系数，但可采取附加措施使其进一步减小。在这里作为滑动装置优选地考虑采用固体润滑剂，它们不可拆地与结晶器板和/或支承板各自的接触面连接。滑动装置优选地是涂层(权利要求11)。它可以是尤其以PTFE为基的聚合物涂层(权利要求12)，或也可以是扁平的滑动件(权利要求13)，如滑动圆片或滑环，借助它们可将接触面之间的静摩擦系数优选地从小于0.1的值起进一步下降(权利要求14)。
当然，在本发明的范围内只在结晶器的这些区域配备了降低摩擦系数的滑动装置或滑动件，即在那些也期望相对运动的地方。针对结晶器板规定的膨胀，恰当的可以是例如将结晶器板的中央区用螺栓与支承板固定连接，所以从此区域出发允许结晶器板实施无应力的均匀的热膨胀。
下面借助附图表示的实施例进一步说明本发明。其中图1通过螺栓与支承板连接的结晶器板局部剖面；图2图1的螺栓包括铰接装置在内的放大透视图；以及图3有另一种实施形式的铰接装置的螺栓透视图。
具体实施例方式
图1表示铜或铜合金制的结晶器板1连接区横截面，它在背面固定在支承板2上。支承板2不仅可以是一转接板，而且可以是图中未进一步表示的水箱的组成部分。
在本实施例中，在结晶器板1与支承板2之间构成流过冷却剂的冷却间隙3。它在互相隔开间距排列的平台4之间延伸，平台本身岛状地从结晶器板1的冷却剂侧5突起。在图示的平台4内，中央旋入一螺栓6。螺栓6啮合在平台4中的螺纹衬套7内。螺栓6有间隙地穿过支承板2中的通孔8。通孔8朝支承板2后侧9的方向直径扩展为一个圆柱形潜孔10。在潜孔10沿径向延伸的孔底11，通过装在潜孔10内的螺栓头12所施加的夹紧力，在加入一个铰接装置13的情况下作用在支承板2上。铰接装置是一种滑配合，它允许结晶器板1横向于螺栓6的纵轴线LA实施因热引起的位移。原则上只有在这种情况下才允许相对位移，即，通孔8和螺栓6的直径有不同的尺寸。除此之外，铰接装置还用于降低在一定程度上起固定支承作用的支承板2与起浮动支承作用的结晶器板1之间的静摩擦。相应地，铰接装置13有为螺栓头12配设的第一上部铰接元件14和为后侧9或后侧9内的孔底11配设的第二下部铰接元件15，后者起固定支承(图2)的作用。铰接元件14、15分别设计为环形圆片，中央被螺栓6穿过。在这里，起浮动支承作用的上部铰接元件14的直径D小于下部铰接元件15的外径D1。因此允许上部铰接元件14无侧向阻挡地实施横向移动。下部铰接元件15的直径D1与潜孔10的直径D2协调一致，所以除了通常的公差外，铰接元件15不能在潜孔10内部侧向位移。因此，铰接元件15满足其作为固定支承的功能。
为了减小静摩擦和滑动摩擦，铰接元件14、15互相面对的滑动面16、17按下列方式互相协调，即，使静摩擦系数小于0.1。为此，在图2所示的实施例中，上部铰接元件14在其滑动面16上设PTFE层，它因而作为滑动件18被螺栓6穿过以及不会丢失地保持在滑动面16、17之间。下部铰接元件的滑动面17与PTFE层按下列方式协调，即，使其表面有小的粗糙度。因此作为铰接元件15可考虑采用具有抛光、淬火或磨光表面的金属环形圆片。
在铰接元件14上面设一同样直径的支承圆片19，它处于整体式设计在螺栓头12上的一个直径较小的径向凸缘20下方。支承圆片19可按选择插入螺栓头12下面，以便使螺栓连接的夹紧力最佳地传给在它下方的铰接装置13。支承圆片19也可以与螺栓头12设计成整体。螺栓头12本身既可与螺栓6设计为一体，亦即是一螺钉头，或也可以作为螺母装在制有螺纹的支撑螺栓上。螺栓6本身可以材料封闭或形封闭地与结晶器板1连接。
朝潜孔10孔底11的方向，在下部铰接元件15的下面连接一弹性件21。它可以例如是一个弹性材料例如橡胶制的环形圆片。它可以按堆叠的结构采用多个弹性元件21。
作为降低结晶器板1与支承板2之间摩擦的附加措施，规定，在结晶器板1之间的接触面22、23设滑动装置。在此实施例中，接触面22、23处于平台4的区域内。在这里例如可加入一种扁平的固体润滑剂。因此，支承板相对于结晶器板在连接区内仅仅通过滑动件和滑动装置接触，从而有效地减小那里存在的静摩擦系数。
图3表示铰接装置另一种实施形式。在这里，设计为螺钉23的螺栓6′仍在中央穿过铰接装置24。按铰接装置从下到上的结构，在螺栓头12′下面首先设一个环形的第一弹性元件21′，接着它的是环形的第二弹性元件21＂。与之相接的是作为上部铰接元件25的一个优选地淬火的钢圆片，它有在图纸平面内向下开口的加工的锥面。此铰接元件25在一定程度上起锥形支承面的作用。下部铰接元件26按相反的构型设有一个朝螺栓头12′方向指的锥形窝。这意味着，铰接元件25、26在图3的视图中未能详细看到的滑动面设计成截锥形外套。在铰接元件25、26之间装摆动圆片27，它的面朝铰接元件25、26方向的表面28、29设计为球罩状以及与铰接元件25、26的锥形支承面线接触。
在此实施例中，摆动圆片27由一个上半部圆片29和一个下半部圆片30组成。半部圆片29、30设计成一致以及以其平的径向面彼此倒置。通过将此摆动圆片27可自由运动地装在铰接元件25、26的锥形支承面内，上部铰接元件25并因而螺栓6′可以实施相对于起固定支承作用的下部铰接元件26的相对运动。在这里，相对运动不仅在于补偿铰接元件25、26之间可能的角度偏移，而且尤其还在于横向于螺栓6′纵轴线的侧向位移。但在纯侧向位移的情况下，由于给定的几何结构，需要进行在铰接装置24内部的高度补偿。不过上部铰接元件25相对于下部铰接元件26的高度偏移只有侧向位移的一小部分。业已证明，侧向位移约3mm时，高度偏移约为0.1mm。高度偏移可以通过弹性元件21′、21＂在保持预紧力的情况下得到补偿。
附图标记一览表1-结晶器板2-支承板3-1和2之间的冷却间隙4-1的平台5-1的冷却剂侧6-螺栓6′-螺栓7-4内的螺纹衬套8-2内的通孔9-2的后侧10-9内的潜孔11-10的孔底12-6的螺栓头12′- 6′的螺栓头13-铰接装置14-13的铰接元件15-13的铰接元件16-14的滑动面17-15的滑动面18-16上的滑动件19-20下面的支承圆片20-12上的径向凸缘21-弹性件21′-弹性元件21＂-弹性元件22-2的接触面23-1的接触面24-铰接装置
25-24的铰接元件26-24的铰接元件27-24的摆动圆片28-27的表面29-27的上半部圆片30-27的下半部圆片D-14的直径D1-15的直径D2-10的直径LA-6的纵轴线
权利要求
1.金属连铸用的液冷结晶器，包括铜或铜合金的结晶器板(1)，它借助多个螺栓(6、6′)在后面固定在支承板(2)上，其中螺栓(6、6′)有设在支承板(2)背对结晶器板(1)的后侧(9)区域内的螺栓头(12、12′)，以及在螺栓头(12、12′)与后侧(9、11)之间加入允许结晶器板(1)与支承板(2)之间相对运动的铰接装置(13、24)，其特征为铰接装置(13、24)分别包括一个为螺栓头(12、12′)配设的第一铰接元件(14、25)和一个为支承板(2)的后侧(9、11)配设的第二铰接元件(25、26)，它们有互相面对的滑动面(16、17)，以及，在铰接元件(14、15；25、26)的滑动面(16、17)之间不会丢失地加入一个滑动件(18；27)。
2.按照权利要求1所述的液冷结晶器，其特征为滑动件(18)是一个不可拆地与至少滑动面之一(16)连接的滑动层。
3.按照权利要求2所述的液冷结晶器，其特征为滑动层的组成部分是聚四氟乙烯(PTFE)。
4.按照权利要求2或3所述的液冷结晶器，其特征为滑动面之间的静摩擦系数(μ0)小于或等于0.1。
5.按照权利要求4所述的液冷结晶器，其特征为滑动面之间的静摩擦系数(μ0)小于或等于0.04。
6.按照权利要求1至5所述的液冷结晶器，其特征为铰接元件(25、26)的滑动面设计成凹的并分别与有球罩状表面(28)的摆动圆片(27)啮合。
7.按照权利要求6所述的液冷结晶器，其特征为凹的滑动面设计成锥形支座。
8.按照权利要求6或7所述的液冷结晶器，其特征为摆动圆片(27)分成上半部圆片(29)和下半部圆片(30)，它们各有单侧的球罩形表面(28)。
9.按照权利要求6至8之一所述的液冷结晶器，其特征为在螺栓头(12、12′)与支承板(2)后侧(9、11)之间加入至少一个弹性件(21、21′、21＂)。
10.按照权利要求1至9之一所述的液冷结晶器，其特征为在结晶器板(1)与支承板(2)互相平行运动的接触面(22、23)之间加入滑动装置。
11.按照权利要求10所述的液冷结晶器，其特征为滑动装置是一个不可拆地与结晶器板(1)和/或支承板(2)各自的接触面(22、23)连接的层。
12.按照权利要求11所述的液冷结晶器，其特征为滑动层的组成部分是聚四氟乙烯(PTFE)。
13.按照权利要求10至12之一所述的液冷结晶器，其特征为在结晶器板(1)与支承板(2)互相平行运动的接触面(22、23)之间设扁平的滑动件。
14.按照权利要求10至13之一所述的液冷结晶器，其特征为接触面(22、23)之间的静摩擦系数(μ0)小于或等于0.1。
全文摘要
本发明涉及一种金属连铸用的液冷结晶器，包括铜或铜合金的结晶器板(1)，它借助多个螺栓(6)在后面固定在支承板(2)上。螺栓(6)在支承板(2)背对结晶器板(1)后侧(9)的区域内有螺栓头(12)。在螺栓头(12)与支承板之间加入允许结晶器板(1)与支承板(2)之间相对运动的铰接装置，铰接装置包括两个铰接元件(14、15)，在铰接元件之间不会丢失地嵌入一滑动件(18)。
文档编号B22D11/059GK1483530SQ0312787
公开日2004年3月24日 申请日期2003年8月13日 优先权日2002年8月16日
发明者格哈德·胡根许特, 托马斯·罗尔夫, 迪特马尔·科尔贝克, 汉斯-京特·沃布克, ┨亍の植伎, 罗尔夫, 尔 科尔贝克, 格哈德 胡根许特 申请人:Km欧洲钢铁股份有限公司