專利名稱：用于帶式連鑄金屬帶材的帶式冷卻和導向裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在金屬帶材連鑄機且尤其是被用來鑄造鋁合金和類似金屬的雙帶式連鑄機中的鑄造帶的冷卻和導向。本發(fā)明也涉及帶有這種冷卻和導向裝置的帶式連鑄機。
例如，在1977年2月22日授予Sivilotti等人的US 4008750、1977年12月6日授予Sivilotti等人的US 4061178、1977年12月6日授予Sivilotti等人的US 4061177以及1980年3月18日授予Thorburn等人的US 4193440中，公開了這種雙帶式連鑄機。在這里，作為參考地明確加入這些專利的教導?！?40專利公開了帶式冷卻和導向裝置的布置結(jié)構(gòu)，該帶式冷卻和導向裝置包括鑄造帶的由一排彈簧加載的冷卻噴嘴組成的平面支座，冷卻噴嘴具有有帶中心噴孔的六邊形面，使從所述中心噴孔中噴出冷卻液，以使冷卻液在這些鑄造帶經(jīng)過連鑄結(jié)晶器時在壓力下流動接觸到鑄造帶背面。這些噴嘴的六邊形意味著它們可以被彼此緊鄰設(shè)置而形成一個實際上連續(xù)的表面并由此提供良好的支承及均勻的冷卻作用。但是，這些噴嘴不是非常連續(xù)，以至仍然留有耗用冷卻液可以流過的小縫隙。
在1974年3月26日授予Institut De Recherches De La SiderurgieFrancaise的US 3799239公開了一種牽涉到在四條循環(huán)帶之間形成的結(jié)晶器的立式連鑄法。這些鑄造帶的內(nèi)延面被冷卻液冷卻，其中讓冷卻液進入在內(nèi)展面的整個寬度和長度范圍內(nèi)分布的且彼此相鄰的窄腔室的頂端并且在其底端被排出。這些腔室的入口和出口由保證冷卻液無明顯紊流地進入及離開這些腔室的弧形面來限定。
在1962年7月3日授予Haze1ett Strip-Casting Corporation的US 3041686公開了一種提供適合從如被用來鑄造金屬液的表面中散發(fā)走大量熱的冷卻液快速移動層的方法及裝置。該方法涉及噴射出許多平行的冷卻液束，以微小角度使這些射流束沖擊一個與鑄造帶表面間隔開的并在鑄造帶面附近延伸的導向面，使射流束橫向散布在導向面上并由此形成一覆蓋導向面并沿導向面移動的冷卻液初始層，并且作為經(jīng)過在導向面與鑄造帶之間距離的自由移動冷卻液薄層地，冷卻液初始層從導向面上被排出，并以微小角度使自由移動冷卻液薄層沖擊鑄造帶表面，從而產(chǎn)生沿鑄造帶表面移動的快速移動的冷卻液層。
盡管至少一些上述裝置和方法被證實是非常有效，但尤其是當這種裝置被用來制造比傳統(tǒng)產(chǎn)品(如與10mm-30mm的傳統(tǒng)鑄件相比，厚度為4mm-10mm的產(chǎn)品)和/或那些由具有較大凝固區(qū)的合金制成的產(chǎn)品(如與等于20℃的較小凝固區(qū)的合金相比，那些凝固區(qū)達40℃-50℃的產(chǎn)品)更薄的帶材產(chǎn)品時，出現(xiàn)了困難。凝固區(qū)大的合金必須被比凝固區(qū)小的合金更快速和均勻地冷卻，以實現(xiàn)優(yōu)良的表面和內(nèi)部質(zhì)量及在結(jié)晶器內(nèi)的凝固。汽車工業(yè)對這種更薄的帶材產(chǎn)品及由凝固區(qū)大的合金制成的產(chǎn)品很感興趣。但這些合金的鑄造及厚度要求比由現(xiàn)有鑄造冷卻系統(tǒng)可提供的更多的控制鑄造條件。
因而，人們希望改進帶式冷卻和導向裝置及其方法，從而可以在使用帶式連鑄機時避免這些問題。
本發(fā)明的一個目的是改進傳統(tǒng)的帶式連鑄裝置，從而可以避免或盡可能減小鑄造帶材產(chǎn)品的內(nèi)部和表面的不規(guī)則及鑄造帶變形，尤其是在鑄造薄帶材產(chǎn)品或有較大凝固區(qū)的合金時。
本發(fā)明的另一目的是在鑄造帶的橫向上使帶式連鑄機的鑄造帶的冷卻更均勻。
本發(fā)明的另一目的是提高冷卻速度(熱通量)，這可以在不造成鑄造帶材產(chǎn)品的內(nèi)部及表面的不規(guī)則的情況下在帶式連鑄機中實現(xiàn)并且同時避免了鑄造帶變形。
本發(fā)明的另一目的是提供與帶式連鑄機聯(lián)合使用的改進型帶式冷卻和導向裝置。
本發(fā)明至少在其主要方面基于以下發(fā)現(xiàn)，即當用雙帶式連鑄方式制造薄金屬帶材產(chǎn)品或有大凝固區(qū)的合金產(chǎn)品時，尤其是當液態(tài)鑄造帶涂料被涂在鑄造面上時，在與連鑄結(jié)晶器入口相鄰的且金屬液先開始接觸到移動鑄造面的區(qū)域中，在鑄造帶橫向上需要非常均勻的冷卻。這種均勻程度高于用上述類型傳統(tǒng)裝置獲得的均勻程度。當使用液體分離層(液態(tài)鑄造帶涂料)時，在金屬液先被送入結(jié)晶器的區(qū)域中，所有或部分的液態(tài)鑄造帶涂料將揮發(fā)并形成一個主要影響到熱量從金屬傳給鑄造帶的傳熱的絕緣氣體層。揮發(fā)均勻性及絕緣氣體層取決于鑄造帶溫度的均勻性并進而取決于鑄造帶冷卻的均勻性。
在本發(fā)明中，為實現(xiàn)所需的高度橫向溫度均勻性及所需的高速冷卻，冷卻液最好在此區(qū)域內(nèi)以連續(xù)液膜的形式被供給鑄造帶背面，所述液膜當在鑄造帶橫向上看時具有均勻的厚度和流速。借助有橫向設(shè)置的連續(xù)冷卻槽縫的冷卻噴嘴，而不是借助許多有一個或多個不連續(xù)供應孔的單個小噴嘴，或者甚至是有大量位于這些鑄造帶橫向上的小供應口的半線性噴嘴，可以產(chǎn)生這樣的液膜。最優(yōu)選的是，設(shè)有在連續(xù)槽縫下游和或許也在至少第一槽縫的上游排出冷卻液的手段。一個真空裝置理想地與冷卻液排出裝置相連，以使該真空裝置不僅排出耗用冷卻液，而且給鑄造帶提供穩(wěn)定力，以便相對冷卻噴嘴的支承面來穩(wěn)定其位置。噴射水壓及由真空裝置產(chǎn)生的力在相反方向上作用于鑄造帶并且達到這樣的平橫，即鑄造帶與這些冷卻噴嘴的支承面保持所需距離，從而產(chǎn)生壓緊鑄造帶的效果并且穩(wěn)定其位置。保持所需距離也有助于保持厚度均勻性以及冷卻液膜或液層的流速。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供用于雙帶式連鑄機的鑄造帶的帶式冷卻和導向裝置，所述雙帶式連鑄機配備有一對旋轉(zhuǎn)支承的循環(huán)鑄造帶、一個在鑄造帶的相對的且大致成平面的部分的移動鑄造面之間形成的連鑄結(jié)晶器，其中所述部分具有與所述鑄造面相反的背面，該連鑄結(jié)晶器在一端有一金屬液入口并在另一相反端有一凝固薄板產(chǎn)品出口，還設(shè)有一個在連鑄結(jié)晶器的入口處把金屬液導入連鑄結(jié)晶器中的鑄造噴管；該冷卻和導向裝置包括至少一個具有一面向該鑄造帶背面的支承面的細長噴嘴、一個在基本上完全橫穿過鑄造帶的支承面內(nèi)的并用來把冷卻液以連續(xù)液膜的形式傳輸給該鑄造帶的背面的連續(xù)槽縫，當從鑄造帶的橫向上看時，所述液膜具有基本一致的厚度和流速，還設(shè)有一個在一與所述連續(xù)槽縫間隔開的位置上排出冷卻液的排流口以及一個與該排流口有關(guān)的且對排流口施加抽吸作用的真空裝置。細長槽縫在其整個長度方向上是不間斷的，所以槽縫沒有阻礙冷卻液流動。
該裝置可以被制成加入現(xiàn)有設(shè)備的鑄造帶下面的插入件的形式，或者可以作為整體件地被嵌入帶式連鑄機中。
本發(fā)明也涉及具有至少一條且最好是兩條鑄造帶的上述類型的雙帶式連鑄機，它具有位于且作用于鑄造帶背面的冷卻和導向裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供用于帶式冷卻和導向裝置的噴嘴，它包括一個支承鑄造帶背面的且其長度相當于所述帶的寬度的支承面、一個在該支承面中的且長度基本上與支承面的長度相同的細長連續(xù)槽縫，該連續(xù)槽縫用于以連續(xù)液膜的形式輸送冷卻液，該連續(xù)液膜沿該槽縫具有均勻的厚度和流速，還設(shè)有一個與該連續(xù)槽縫間隔開的冷卻液排流口。
仍然根據(jù)本發(fā)明的另一方面，冷卻被用來鑄造金屬的雙帶式連鑄機的鑄造帶的方法，它包括當該鑄造帶在一支承面上方經(jīng)過一連鑄結(jié)晶器時把冷卻液供應給鑄造帶背面，并且在所述冷卻液供應后，從該背面附近排出冷卻液，其中，在鑄造帶先進入連鑄結(jié)晶器的區(qū)域中，該鑄造帶被保持在一個相對該支承面的理想位置上并且冷卻液以連續(xù)液膜的形式來供應，所述液膜當在鑄造帶橫向上看時具有均勻的厚度和流速。
最好通過一完全橫穿過該鑄造帶的連續(xù)槽縫來供應冷卻液，并且最好通過抽真空并通過在鑄造帶橫向上設(shè)置的并與該槽縫間隔的細長排流口而從背面附近排走冷卻液。最好也在鑄造帶進入該結(jié)晶器之前把液態(tài)鑄造帶涂料涂到其鑄造面上。
在此所用的術(shù)語“連續(xù)槽縫”是指在噴嘴支承面上的從噴嘴一橫向端(相對該鑄造帶)到另一端的不間斷的細長噴孔。通常，槽縫在內(nèi)側(cè)(冷卻液入口)通向一個位于該噴嘴內(nèi)的形成一經(jīng)入口通道接收冷卻液的集管的腔室，腔室的寬度等于槽縫長度并且其體積足以在壓力下使冷卻液通過這些入口管被送入腔室中并且以相等壓力被傳輸給開口側(cè)槽縫中并且在沿槽縫長度的所有點上流動。
在沒有遇到由不可避免在冷卻液中的顆粒引起的阻塞問題的情況下，最好使每個有槽縫的噴嘴的槽縫寬度(鑄造帶前進方向上)盡可能小。該寬度最好為0.125mm-0.15mm(0.005-0.006英寸)。最好在該冷卻液被傳輸?shù)絿娮熘皬氐讓λM行過濾，以便排除可能在槽縫中留下的顆粒，即大于0.125mm的顆粒。
如果使用了不只一個噴嘴，則最好噴嘴或第一個噴嘴緊靠該連鑄結(jié)晶器的入口。
術(shù)語“緊靠連鑄結(jié)晶器的入口”意味著，當這些鑄造帶向前經(jīng)過該連鑄結(jié)晶器的入口時，配備有這些橫向槽縫的冷卻噴嘴是用于鑄造帶的第一冷卻裝置，并且意味著，這些冷卻噴嘴在鑄造帶背面從一個恰在金屬液先接觸鑄造帶之前的位置延伸向在該位置后的一點，從而從該金屬液中回收的足夠熱量可以開始保證鑄造方法的正常操作。
最好為每條鑄造帶設(shè)置有至少2個且最好是2-4個這種槽縫的噴嘴，噴嘴前后安置并且從入口到出口地沿連鑄結(jié)晶器延伸了至少這樣一段距離，即該距離有效覆蓋了其中金屬液的凝固非常易受冷卻效果的橫向波動的影響的區(qū)域(首先，這種噴嘴最好緊靠連鑄結(jié)晶器的入口)。帶式連鑄機的此距離各不相同，并且對如金屬成分、鑄造厚度、鑄造速度、鑄造帶種類及鑄造帶涂料等的任何特殊的帶式連鑄機來說，在裝有至少兩個帶槽噴嘴的情況下，該距離經(jīng)常為6.6cm(2.6英寸)。必要時，通過沿連鑄結(jié)晶器長度方向并排設(shè)置的帶縫噴嘴，可以為每條鑄造帶提供全部的冷卻和導向，但這通常不是優(yōu)選的。一旦金屬向前經(jīng)過對冷卻波動極端敏感的區(qū)域，則可通過傳統(tǒng)的冷卻和導向裝置(如US 4193440所述類型)繼續(xù)進行冷卻，它們通常更易于彈性安裝，以便適應于腔室錐度，該錐度在金屬收縮時為金屬提供連續(xù)支承和冷卻。最好如此布置第一排這樣的傳統(tǒng)冷卻和導向裝置，即保證從這些帶縫噴嘴到那些傳統(tǒng)噴嘴的在冷卻和支承方面的平穩(wěn)過渡。
本發(fā)明的每個帶縫噴嘴的上下游邊緣最好與一個接收耗用冷卻液并在抽氣情況下從鑄造帶附近排出冷卻液的排流口(最好是一個在鑄造帶支承面中的橫槽)相鄰。各排流口(在鑄造帶前進方向上)要比更上游的噴嘴的槽縫寬(通常至少是10倍)，以便可以實現(xiàn)從鑄造帶背面充分快速回收耗用冷卻液。當然，各排流口的寬度不應太寬，以至熱量傳輸因冷卻液速度降低或因缺乏足夠支承而使鑄造帶下垂地橫跨阻斷排流口。通常，這些排流口的寬度最好為1.5mm-3mm。
本發(fā)明的帶縫噴嘴不僅冷卻鑄造帶，而且主要用于鑄造帶的導向。也就是說，這些噴嘴為這些鑄造帶提供了實體支承并且借助真空或抽氣來抵抗由機械或熱力引起的位置干擾地固定這些鑄造帶。因此，這些鑄造帶被拉向噴嘴支承面，以獲得允許上述液流冷卻類型的等同效果“偏離”(間隔)。此固定作用一部分是由裝置所施加的從該裝置中排出冷卻液的抽力造成，但一部分也是由冷卻液在帶縫噴嘴面上流動而產(chǎn)生的Bernoulli效應而產(chǎn)生的。這些噴嘴可以被設(shè)計成使該作用最佳化，如通過設(shè)計在槽縫區(qū)域中的噴嘴支承面的適當外形，或在上游和下游方向的支承面最邊緣的外形。
本發(fā)明裝置尤其適用于帶式連鑄機，其中液態(tài)鑄造帶涂料(如揮發(fā)性油)在鑄造帶的鑄造面接觸金屬液之前被涂到其上面。但是，可以在不使用這種液態(tài)鑄造帶涂料的情況下實現(xiàn)本發(fā)明。
甚至在鑄造薄合金或有大凝固區(qū)合金的情況下，本發(fā)明也可避免因缺乏均勻冷卻而引起的鑄造產(chǎn)品內(nèi)部和/或表面缺陷的形成。
借助類型已知的如在1997年10月30日授予Sulzer等人的US5671800所述的噴管21，可以把金屬液送入連鑄結(jié)晶器14中，在此作為參考而明確加入該發(fā)明的教導。當結(jié)晶器14中的金屬液隨鑄造帶移動時，這些鑄造帶被不斷冷卻而使金屬凝固，所以在出口16排出一個固體鑄造帶材產(chǎn)品(未示出)。為此設(shè)置當這些鑄造帶經(jīng)過該結(jié)晶器14時冷卻這些鑄造帶背面的手段。
在傳統(tǒng)裝置如US 4193440所述的裝置中，這些冷卻裝置可以由大量略與鑄造帶間隔開的且基本上成平面六邊形的噴嘴結(jié)構(gòu)組成，它們被設(shè)置成覆蓋面向每條鑄造帶背面的區(qū)域，即每條鑄造帶在結(jié)晶器14中與接觸并成型金屬液的鑄造面相反的表面的區(qū)域。這些噴嘴裝置給這些鑄造帶經(jīng)過該結(jié)晶器的部分提供支承和冷卻。每個噴嘴至少有一個冷卻液(如水或含水溶液)經(jīng)它垂直噴向一相鄰鑄造帶背面的噴孔，因此，冷卻液向外流過噴嘴支承面(平面)。在這種情況下，冷卻液以快速流動層形式留在鑄造帶與噴嘴面結(jié)構(gòu)之間，所以這些支承面可以永遠不直接接觸(金屬與金屬)鑄造帶背面。
通過也擔任冷卻液傳輸?shù)募艿赖幕?，可以裝載冷卻裝置的噴嘴組件。例如，基座可以包括有容納噴嘴組件桿(內(nèi)端)的管道的重支承鋼板。通常也為了通過在噴嘴面結(jié)構(gòu)中的小縫隙從噴嘴面結(jié)構(gòu)中回收冷卻液而設(shè)置相關(guān)的設(shè)備。當模腔錐度被用來促使這些鑄造帶接觸連鑄結(jié)晶器內(nèi)的金屬時，這些噴嘴可被彈性地安裝在基座上，以允許鑄造帶在鑄造期間內(nèi)有限移動。
在本發(fā)明中，如圖2的一優(yōu)選實施例所示，至少一些冷卻液經(jīng)至少一個噴嘴30被送入，噴嘴30在相關(guān)鑄造帶12的橫向上是細長的并且配備有一吸長槽縫31。該圖示出兩個這樣的噴嘴30，但可以少至一個，而通常至少有2-4個，它們在鑄造帶12縱向(箭頭A所示)的橫向上并排放置并且基本上完全從鑄造帶的一側(cè)延伸到面向鑄造帶背面的另一側(cè)。槽縫31設(shè)置在這些噴嘴30的大致是平面的支承面32內(nèi)并且緊靠連鑄結(jié)晶器14的金屬液入口15(見

圖1)，以便在鑄造帶鑄造帶前進方向上經(jīng)過該連鑄結(jié)晶器時，經(jīng)這些槽縫導入的冷卻液是接觸鑄造帶12背面的第一冷卻液。相鄰噴嘴的支承面被擔任冷卻液排放槽的縫隙33(圖2中只顯示了一個這樣的縫隙)彼此隔開。
這些槽縫31最好是中心位于這些支承面內(nèi)，縫隙寬度最好在其整個長度范圍內(nèi)是(與鑄造帶垂直)不變的。通常，這些槽縫最好被設(shè)計得足夠窄，以便流經(jīng)縫隙的冷卻液可以和由穿過相同長度的傳統(tǒng)類型的點源噴嘴(即六邊形噴嘴)提供的冷卻液媲美。但是，本發(fā)明的這些槽縫被制得足夠?qū)挘灾量p隙幾乎可以讓所有可能存在于冷卻液中的碎屑顆粒通過，否則這些槽縫將被一定大小的固體顆粒阻塞，從而產(chǎn)生不均勻的液流，因而不均勻地冷卻鑄造帶橫向。實際上，這意味著這些槽縫一般小于0.125mm(0.005英寸)并且最好是寬度在0.125mm-0.15mm(0.005-0.006英寸)內(nèi)，這導致槽縫中的橫截面略大于根據(jù)傳統(tǒng)成行噴嘴的點入口的橫截面所預測的橫截面。
為防止尺寸大于0.005英寸的顆粒進入冷卻裝置，最好是在冷卻液進入冷卻裝置之前為冷卻液提供有效的過濾器(未示出)?？梢允褂萌魏芜m當類型的傳統(tǒng)過濾器。同樣需要在冷卻液中使用防銹劑等，以防止鐵銹顆粒形成在冷卻液供給及再循環(huán)裝置中。
可以使冷卻液的均勻從每條槽縫31中射出，從而在鑄造帶12的背面產(chǎn)生了冷卻液薄膜。這在整個鑄造帶橫向上產(chǎn)生非常均勻一致的冷卻效果，結(jié)果，在由連鑄結(jié)晶器14產(chǎn)生的鑄造帶材產(chǎn)品中，可以避免內(nèi)部和表面的不規(guī)則。通過槽縫和排流口的尺寸和間隔來控制鑄造帶前進方向的均勻性。
人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，高度的冷卻橫向均勻性是很重要(而不是只是優(yōu)選)的設(shè)備區(qū)域被限制在從一個金屬液首先接觸鑄造帶并可能發(fā)生液態(tài)鑄造帶涂料(如果使用的話)揮發(fā)的部位(鑄造帶前進方向)到一個均勻凝固對鑄造帶材表面和內(nèi)部質(zhì)量不再是關(guān)鍵的部位的連鑄結(jié)晶器前部處。當在結(jié)晶器前部的下游需要進一步冷卻時，在此下游區(qū)域中，可以采用傳統(tǒng)冷卻方式。因此，如圖2所示，在帶縫噴嘴30后，可以由許多彈性安裝的且如US 4193440所述類型的六邊形噴嘴34來提供鑄造帶的支承和冷卻，六邊形噴嘴34有噴射冷卻液的中心孔35并且有一個包括排水縫隙36和在六邊形支承面37下的排水管道(未示出)的冷卻液回收系統(tǒng)。而通常帶縫噴嘴本身沒有被彈性安裝(即剛性安裝)在鑄造裝置中，這主要是因為，在金屬只部分凝固的連鑄結(jié)晶器的入口部中，人們不再希望這種安裝。
圖3A、3B是本發(fā)明帶縫噴嘴的布置結(jié)構(gòu)的兩個簡化圖。圖3A是俯視圖，圖3B是對應的垂直縱截面圖。這些視圖表示兩個線性噴嘴30結(jié)構(gòu)并且示出了(借助圖3A中的箭頭C)在整個噴嘴支承面上的液體流動圖形，它們都相對由大箭頭B表示的鑄造帶前進方向取向。該布置結(jié)構(gòu)包括一基部40及一共同限定出兩個槽縫42(相等于圖2的槽縫31)的插入件41，冷卻液可從兩個槽縫42流入并與鑄造帶12的背面12A(反向于鑄造面12B)接觸。插入件41包含一個形成一收集冷卻液的排水縫隙的槽43(相等于圖2的縫隙33)。
借助螺釘45在通常的間距下把基部40連接到一下冷卻液供應室(未全部示出)的頂面44上，螺釘頭埋頭于基部的沉孔中。同樣借助螺釘47，把插入件41固定到基部上，螺釘頭裝在槽43中。
緊接于各槽縫42之后的是一個與槽縫平行地延伸槽縫長度的且間歇地通過與一下冷卻液供應室(未示出)相連的管道48來接納冷卻液的集管49。管道48的出現(xiàn)率與集管的尺寸是這樣的，即槽縫42充滿均勻的冷卻液壓。
在本發(fā)明中，各槽縫42的長度隨有關(guān)鑄造帶寬度而定，但對于多數(shù)本發(fā)明可用的這種帶式連鑄裝置來說，它最好是至少500mm且最佳是1000mm。
在該冷卻液供應室下面的是一個工作于真空狀態(tài)下的冷卻液排放室(同樣未示出)。離開該噴嘴支承面46消耗的冷卻液被收集在該排放槽43和噴嘴組件附近的間隔中并且被經(jīng)過該供應室的管道50、51傳送到該排放室。
冷卻液供應室和排放室可以有任何適當?shù)脑O(shè)計結(jié)構(gòu)，但為了方便起見，它們被設(shè)計成如上述US 4061177所述。
對于圖3A、3B所示的裝置，由基部40和插入件41的精密機加工公差來保證噴嘴30支承面46的高度及縫隙42寬度的精度。設(shè)有一可更換插入件，這便于否則就不能被除去的碎屑槽縫的清潔并且在必要時允許改變縫隙寬度。
圖3A、3B表示一個由兩個線性噴嘴組成的裝置件，可從圖中清楚看到，如由圖3B的點劃局部外輪廓52所示，可在第一部件附近增加其它組件?；蛘撸呅螄娮?4(如圖2所示或US 4193440的那些或其它類型的冷卻液噴嘴)可設(shè)置在圖3A、3B所示裝置(下游)附近。
在圖3A、3B所示的線性噴嘴的實施例中，槽縫42如圖所示是直的且側(cè)邊平行并且明顯垂直地與噴嘴支承面46相交。在取代實施例中，槽縫側(cè)面可以是彎曲、收斂或分叉的混合并且與頂面成小斜角或?qū)Ы堑叵嘟?。為方便起見，所有這些實施例可以被稱為“平頂結(jié)構(gòu)”。
圖4中顯示了一個取代實施例的垂直截面，其中這些槽縫42分別終止在這些噴嘴30頂面內(nèi)的一槽60中。這個被示為有(但不局限于)矩形截面的槽60在槽縫42的全長上沿噴嘴頂面連續(xù)延伸。該槽的目的是使磨損最小并且降低由鑄造帶12在噴嘴上降至最低點而引起槽縫切斷或損壞或其它偶然損壞的危險。人們也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種有槽縫的結(jié)構(gòu)在使連續(xù)冷卻液膜保持在該鑄造帶與這些噴嘴之間的同時允許鑄造帶有利地從這些噴嘴移動更遠的距離。這允許比用其它可行設(shè)計方案更靈活地根據(jù)距離變化來操作。
圖5表示另一個實施例，其中槽縫以與圖3中相同的方式結(jié)束，但噴嘴支承面46被向下傾斜一段靠近噴嘴各側(cè)的冷卻液排放縫隙43的距離，如70處所示。圖中放大表示傾斜情況，該傾斜最好是從噴嘴的外邊緣水平向內(nèi)延伸2.5mm-3.5mm(0.1-0.15英寸)。所述傾斜最好向下延伸約0.125mm(0.005英寸)。傾斜的目的是創(chuàng)造條件以便冷卻液在水平方向上流過在鑄造帶與噴嘴面之間延伸的縫隙，從而產(chǎn)生一有助于鑄造帶穩(wěn)定的附加局部真空，如下面要更充分說明的。
應該注意的是，任何描述圖3A和3B的槽縫的變化方案可以與傾斜結(jié)構(gòu)一同使用，并且槽縫(圖4)以及傾斜結(jié)構(gòu)也可以一同使用。
圖6A、6B表示一個由單一線性噴嘴組成的本發(fā)明取代實施例。噴嘴支承面具有與圖3A、3B所示相同的平頂結(jié)構(gòu)，但也可采用任何其它的槽縫和表面的變型方案。噴嘴30被螺釘81固定在冷卻液供應室(未全部示出)頂面的基部80及一由兩個頂件82構(gòu)成的頂部上。這兩個頂件和基部被貫穿螺釘83固定在一起。這些頂件被精加工成能與基部緊密配合并產(chǎn)生所需平面，在可用螺釘83進一步調(diào)節(jié)的頂件的相鄰面之間，設(shè)有一縫隙84。從冷卻液供應室中經(jīng)螺釘81中的通道，冷卻液被供應給該噴嘴，或者通過單獨供應口進入一個由基部80和頂件82形成的集管84中，所述集管延伸于槽縫84的整個長度范圍內(nèi)。流出噴嘴的冷卻液經(jīng)與圖3A、3B的噴嘴裝置邊緣的那些通道類似的通道85而被排走。
圖7表示三種噴嘴結(jié)構(gòu)的典型負荷/偏距曲線并且與一個六邊形噴嘴的典型曲線進行了對比。這些曲線表示作用在鑄造帶上的負荷對噴嘴與作為“偏距”提及的鑄造帶之間最小縫隙(水層)厚度。鑄造帶上的主要負荷通常由冷卻液排放室中的真空產(chǎn)生并趨于把該鑄造帶壓向噴嘴到一正常距離或“工作距離”。來自其它地方的負荷可以作用于鑄造帶，如由經(jīng)鑄造帶的溫度梯度引起的彎曲或該鑄造帶離開氣墊軸承(或其它導向裝置)引起的彎曲并試圖擾亂它離開工作點，加強真空的負荷對應較小距離，減弱真空的負荷對應較大的距離。鑄造帶對偏距變化的抵抗力由在工作點的負荷/偏距曲線的斜率表示；斜率越大，在某個干擾力下出現(xiàn)的偏距變化越小。較大斜率是噴嘴非常需要的特征，因為它趨于穩(wěn)定鑄造帶的位置及冷卻液的流動，從而穩(wěn)定熱量傳輸。
如果這些干擾力在減若真空的方向上變得非常大，則存在著重要的負荷/偏距關(guān)系的附加特征。首先，有盡可能大的抵制鑄造帶離開噴嘴的阻力。如果通過鑄造帶與噴嘴面之間產(chǎn)生的任何Bernoulli效應來增大真空負荷，則可以增強上述阻力。其次，在移動冷卻液的完全填滿縫隙停頓并且冷卻變得更能代表沖擊表面的射流的特征之前，能夠盡可能遠地偏離地使冷卻液膜保持完整。
一加入真空的干擾力趨于縮短距離，在過大時，它可使鑄造帶降低到噴嘴上并切斷冷卻液流。這可以通過使用彈性噴嘴來限制。
在圖7中，六邊形噴嘴(如US 4193449中所述)的負荷/偏距特征由曲線90表示，有槽縫結(jié)構(gòu)(圖4)的由曲線92表示，而有傾斜結(jié)構(gòu)(圖5)的由曲線93表示。從這些曲線中可以看出，表示鑄造帶位置干擾阻力的曲線在工作點的范圍傾斜結(jié)構(gòu)最大，六邊形噴嘴次之，平頂結(jié)構(gòu)的更次之，而有槽縫結(jié)構(gòu)的最小。但是，這些曲線也顯示出大距離的公差及高水平冷卻的保持是有槽縫、平頂和有傾斜結(jié)構(gòu)的這樣的相反順序。六邊形噴嘴不完全按照此反向且有與平預結(jié)構(gòu)類似的公差。因此，對于線性噴嘴來說，需要制定輪流制度；優(yōu)選地傾向于具有允許高冷卻速度的最佳鑄造帶穩(wěn)定性的設(shè)計。
與傳統(tǒng)六邊形噴嘴(如US 4193440中所述)相比地，圖8在這樣三個位置上示出了圖4所示類型的線性噴嘴的鑄造帶對冷卻液傳熱系數(shù)(HTC)的相對變化在冷卻液出口上方的噴嘴中心、在噴嘴面的排流邊緣及介于之間近一半處。它示出傳統(tǒng)六邊形噴嘴從冷卻液噴射點到排出點的HTC變化基本上大于本發(fā)明的線性(有槽縫)噴嘴。因此，即使線性噴嘴顯示出與六邊形噴嘴類似的負荷/偏距曲線，HTC的減小變化也提供了整體出色的性能。因此，綜合考慮，為了整體性能而通常優(yōu)選有斜邊的線性噴嘴，雖然帶縫噴嘴(圖4)在必須保持大縫隙或距離如緊鄰氣墊軸承上的鑄造帶彎曲時是有優(yōu)勢的。
權(quán)利要求
1.用于雙帶式連鑄機的鑄造帶的帶式冷卻和導向裝置，所述雙帶式連鑄機配備有一對旋轉(zhuǎn)支承的循環(huán)鑄造帶、一個在鑄造帶的相對的且大致成平面的部分的移動鑄造面之間形成的連鑄結(jié)晶器，其中所述部分具有與所述鑄造面相反的背面，該連鑄結(jié)晶器在一端有一金屬液入口并在另一相反端有一凝固薄板產(chǎn)品出口，還設(shè)有一個在連鑄結(jié)晶器的入口處把金屬液導入連鑄結(jié)晶器中的鑄造噴管；該冷卻和導向裝置包括至少一個具有一面向該鑄造帶背面的支承面的細長噴嘴、一個在基本上完全橫穿過鑄造帶的支承面內(nèi)的并用來把冷卻液以連續(xù)液膜的形式傳輸給該鑄造帶的背面的連續(xù)槽縫，當從鑄造帶的橫向上看時，所述液膜具有基本一致的厚度和流速，還設(shè)有一個在一與所述連續(xù)槽縫間隔開的位置上排出冷卻液的排流口以及一個與該排流口有關(guān)的且對排流口施加抽吸作用的真空裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述至少一個噴嘴中的、在該鑄造帶經(jīng)過所述連鑄機的前進方向上看是第一個的噴嘴緊靠著該連鑄結(jié)晶器的入口。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述排流口是一個在基本上完全橫穿過該鑄造帶的支承面內(nèi)的細長縫。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述槽縫的寬度在其整個長度范圍內(nèi)是不變的。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述槽縫在所述前進方向上具有大于約0.125mm的寬度。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述槽縫在所述前進方向上具有0.125mm-0.15mm的寬度。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，它包括一個在所述冷卻液經(jīng)過所述槽縫之前從冷卻液中過濾掉顆粒的過濾器。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該噴嘴包括一個基本上在所述槽縫的整個長度上與所述槽縫連通的細長腔室以及至少一個給該腔室供應所述冷卻液的通道。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，它包括至少一個配備有一支承面的附加細長噴嘴，該支承面具有一個基本上完全橫穿過該鑄造帶的并用來把冷卻液進一步傳輸給所述背面的細長連續(xù)槽縫。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，它有1-3個這樣的附加噴嘴，它們連續(xù)設(shè)置在該鑄造帶經(jīng)過該連鑄機的前進方向上。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該噴嘴在所述背面位于緊鄰所述連鑄結(jié)晶器的金屬液入口處。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該支承面包括一個基本上完全橫穿過其中一條鑄造帶的細長連續(xù)槽，所述槽的寬度大于所述槽縫，所述槽縫具有一個終止于所述槽的外端。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該支承面是平面的。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該支承面在該噴嘴的外邊緣處傾斜地離開所述背面。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述斜面從所述外邊緣向所述槽縫延伸2.5mm-3.5mm的距離。
16.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該噴嘴被剛性地安裝在所述背面的附近。
17.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，一列逐點冷卻噴嘴被設(shè)置在配備有所述槽縫的該噴嘴的下游。
18.雙帶式連鑄機，它包括一對旋轉(zhuǎn)支承的循環(huán)鑄造帶、一個在鑄造帶的相對的且大致成平面的部分的移動鑄造面之間形成的連鑄結(jié)晶器，所述部分具有與所述鑄造面相反的背面，該連鑄結(jié)晶器在一端有一金屬液入口并在另一相反端有一個凝固薄板產(chǎn)品出口以及一個在連鑄結(jié)晶器入口處把金屬液導入該連鑄結(jié)晶器的鑄造噴管；該連鑄機包括用于至少其中一條鑄造帶的冷卻和導向裝置，該冷卻和導向裝置包括至少一個有一面向該鑄造帶背面的支承面的細長噴嘴、一個在基本上完全橫穿過鑄造帶的支承面內(nèi)的并用來把冷卻液以連續(xù)液膜的形式傳輸給該鑄造帶的背面的連續(xù)槽縫，當從鑄造帶的橫向上看時，所述液膜具有基本一致的厚度和流速，還設(shè)有一個在一與所述連續(xù)槽縫間隔開的位置上排出冷卻液的排流口以及一個與該排流口有關(guān)的且對排流口施加抽吸作用的真空裝置。
19.如權(quán)利要求18所述的雙帶式連鑄機，其特征在于，所述至少一個噴嘴中的、在該鑄造帶經(jīng)過所述連鑄機的前進方向上看是第一個的噴嘴緊靠著該連鑄結(jié)晶器的入口。
20.如權(quán)利要求18所述的雙帶式連鑄機，其特征在于，所述排流口是一個在基本上完全橫穿過該鑄造帶的支承面內(nèi)的細長縫。
21.如權(quán)利要求18所述的雙帶式連鑄機，其特征在于，所述槽縫的寬度在其整個長度范圍內(nèi)是不變的。
22.如權(quán)利要求18所述的雙帶式連鑄機，其特征在于，所述槽縫在所述前進方向上具有大于約0.125mm的寬度。
23.如權(quán)利要求18所述的雙帶式連鑄機，其特征在于，所述槽縫在所述前進方向上具有0.125mm-0.15mm的寬度。
24.如權(quán)利要求18所述的雙帶式連鑄機，它包括一個在所述冷卻液經(jīng)過所述槽縫之前從冷卻液中過濾掉顆粒的過濾器。
25.如權(quán)利要求18所述的雙帶式連鑄機，其特征在于，該噴嘴包括一個基本上在所述槽縫的整個長度上與所述槽縫連通的細長腔室以及至少一個給該腔室供應所述冷卻液的通道。
26.如權(quán)利要求18所述的雙帶式連鑄機，它包括至少一個配備有一支承面的附加細長噴嘴，該支承面具有一個基本上完全橫穿過該鑄造帶的并用來把冷卻液進一步傳輸給所述背面的細長連續(xù)槽縫。
27.如權(quán)利要求26所述的雙帶式連鑄機，它有1-3個這樣的附加噴嘴，它們連續(xù)設(shè)置在該鑄造帶經(jīng)過該連鑄機的前進方向上。
28.如權(quán)利要求18所述的雙帶式連鑄機，其特征在于，該噴嘴在所述背面位于緊鄰所述連鑄結(jié)晶器的金屬液入口處。
29.如權(quán)利要求18所述的雙帶式連鑄機，其特征在于，該支承面包括一個基本上完全橫穿過其中一條鑄造帶的連續(xù)細長槽，所述槽的寬度大于所述槽縫，并且所述槽縫有一個終止于所述槽的外端。
30.如權(quán)利要求18所述的雙帶式連鑄機，其特征在于，該支承面是平面的。
31.如權(quán)利要求18所述的雙帶式連鑄機，其特征在于，該支承面在該噴嘴的外邊緣處傾斜地離開所述背面。
32.如權(quán)利要求31所述的雙帶式連鑄機，其特征在于，所述斜面從所述外邊緣向所述槽縫延伸2.5mm-3.5mm的距離。
33.如權(quán)利要求18所述的雙帶式連鑄機，其特征在于，該噴嘴被剛性地安裝在所述背面的附近。
34.如權(quán)利要求18所述的雙帶式連鑄機，其特征在于，一列逐點冷卻噴嘴被設(shè)置在配備有所述槽縫的該噴嘴的下游。
35.用于帶式冷卻和導向裝置的噴嘴，它包括一個支承鑄造帶背面的且其長度相當于所述帶的寬度的支承面、一個在該支承面中的且長度基本上與支承面的長度相同的細長連續(xù)槽縫，該連續(xù)槽縫用于以連續(xù)液膜的形式輸送冷卻液，該連續(xù)液膜沿該槽縫具有均勻的厚度和流速，還設(shè)有一個與該連續(xù)槽縫間隔開的冷卻液排流口。
36.如權(quán)利要求35所述的噴嘴，其特征在于，所述排流口是一個在基本上完全橫穿過該鑄造帶的支承面內(nèi)的細長縫。
37.如權(quán)利要求35所述的噴嘴，其特征在于，所述槽縫的寬度在其整個長度范圍內(nèi)是不變的。
38.如權(quán)利要求35所述的噴嘴，其特征在于，所述槽縫的寬度大于約0.125mm。
39.如權(quán)利要求35所述的噴嘴，其特征在于，所述槽縫的寬度為0.125mm-0.15mm。
40.如權(quán)利要求35所述的噴嘴，它包括一個基本上在所述槽縫的整個長度上與所述槽縫連通的細長腔室以及至少一個給該腔室供應該冷卻液的通道。
41.如權(quán)利要求35所述的噴嘴，它包括至少一個附加支承面，該支承面具有一個把冷卻液進一步傳輸給所述背面的細長連續(xù)槽縫。
42.如權(quán)利要求35所述的噴嘴，其特征在于，該支承面包括一個基本上完全橫穿過其中一條鑄造帶的細長連續(xù)槽，所述槽的寬度大于所述槽縫，并且所述槽縫具有一終止于所述槽的外端。
43.如權(quán)利要求35所述的噴嘴，其特征在于，該支承面是平面的。
44.如權(quán)利要求35所述的噴嘴，其特征在于，該支承面在該噴嘴的外邊緣處傾斜地離開所述背面。
45.如權(quán)利要求35所述的噴嘴，其特征在于，所述斜面從所述外邊緣向所述槽縫延伸2.5mm-3.5mm的距離。
46.冷卻被用來鑄造金屬的雙帶式連鑄機的鑄造帶的方法，它包括當該鑄造帶在一支承面上方經(jīng)過一連鑄結(jié)晶器時把冷卻液供應給鑄造帶背面，并且在所述冷卻液供應后，從該背面附近排出冷卻液，其中，在鑄造帶先進入連鑄結(jié)晶器的區(qū)域中，該鑄造帶被保持在一個相對該支承面的理想位置上并且冷卻液以連續(xù)液膜的形式來供應，所述液膜當在鑄造帶橫向上看時具有均勻的厚度和流速。
47.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于，通過一道完全橫穿該鑄造帶的連續(xù)槽縫供應該冷卻液，通過抽真空而從所述背面附近并經(jīng)過一個沿在鑄造帶橫向設(shè)置的且與該槽縫間隔開的細長排流口排出冷卻液。
48.如權(quán)利要求46或47所述的方法，其特征在于，在該鑄造面進入該連鑄結(jié)晶器之前，把液態(tài)鑄造帶涂料涂覆到該鑄造帶的鑄造面上。
全文摘要
帶式冷卻和導向裝置及冷卻雙帶式連鑄機(10)的鑄造帶的方法。冷卻和導向裝置包括至少一個具有面向鑄造帶(11，12)背面的支承面(46)的噴嘴(30)，鑄造帶(11，12)在基本上完全橫穿鑄造帶的支承面內(nèi)配備有一連續(xù)槽縫(31，42，84)。該槽縫允許以連續(xù)液膜形式把冷卻液傳輸給鑄造帶背面，連續(xù)液膜在鑄造帶橫向上具有均勻的厚度和流速。這允許鑄造帶橫向上的均勻冷卻。
文檔編號B22D11/07GK1446133SQ01813833
公開日2003年10月1日 申請日期2001年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月7日
發(fā)明者O·G·西維洛蒂, J·G·蘇特蘭德, H·J·托爾博恩 申請人:艾爾坎國際有限公司