用于立式半連續(xù)鑄造模具的雙噴射冷卻設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的主題是一種用于立式半連續(xù)軋制板料或擠壓坯料(3)的鑄造模具的直接冷卻設(shè)備，通過(guò)雙噴射(4和5)進(jìn)行漸進(jìn)淬火，第一個(gè)噴射具有大致32°的角度，第二個(gè)噴射大致具有22°的角度，從單獨(dú)一個(gè)液體腔體(2)中以大致相等的流速和速度同時(shí)進(jìn)行噴射。本發(fā)明的另一個(gè)主題是一種使用所述的設(shè)備的方法，所述設(shè)備的工作面上可以具有或不具有石墨嵌入層(1)，并且與多種假底結(jié)構(gòu)相聯(lián)系。
【專利說(shuō)明】用于立式半連續(xù)鑄造模具的雙噴射冷卻設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過(guò)立式半連續(xù)鑄造制造半成品，如鋁合金制成的軋制板料(plaquede laminage)和擠壓還料(billette de filage)的領(lǐng)域。
[0002]更具體地講，本發(fā)明涉及一種直接冷卻設(shè)備及其方法，該設(shè)備具有雙排噴嘴并為產(chǎn)品在凝固期間，尤其是在鑄造開(kāi)始階段，提供漸進(jìn)的和連續(xù)的淬火，從而控制并最小化弓形彎曲(cambrure)現(xiàn)象，并允許后續(xù)熱軋或擠壓而無(wú)需提前鋸掉鑄件腳部，且不會(huì)發(fā)生疲勞或開(kāi)裂。
[0003]該錠模(IingotiSre)可包含或不包含在其工作表面上用于持久機(jī)制下改善表面狀態(tài)的石墨嵌入層。
[0004]產(chǎn)品能夠用于任何板材、帶材、型材或通過(guò)擠壓得到的鍛造零件形式的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0005]軋制板料和擠壓坯料通常通過(guò)在位于鑄坑或鑄井上方的鑄造臺(tái)上的立式模具或錠模中進(jìn)行鑄造而被制造。
[0006]用于板料的模具具有矩形橫截面，用于坯料的模具具有圓形橫截面，它們具有開(kāi)放的端部，除了底端在鑄造起始時(shí)被假底(faux fond)封閉，所述假底借助于一個(gè)升降系統(tǒng)在板料或坯料鑄造過(guò)程中向下運(yùn)動(dòng)，并且上端用于金屬給料。
[0007]模具和假底界定了用于鑄造金屬的型腔。
[0008]在鑄造過(guò)程的開(kāi)始，假底被置于其所能達(dá)到的模具內(nèi)的最高位置。隨著金屬被澆鑄和冷卻，一般采用水冷卻，該假底以預(yù)先設(shè)定的速度下降。凝固的金屬隨后經(jīng)由模具底部被抽出并因此形成板料或坯料。
[0009]從模具中抽出的金屬通過(guò)冷卻液的作用被直接冷卻，這種類型的鑄造被稱為直接冷卻半連續(xù)鑄造，通常是直接冷卻立式半連續(xù)鑄造。
[0010]在半連續(xù)鑄造中，其困難在于從產(chǎn)品成型開(kāi)始時(shí)的零速度到持久機(jī)制下的速度的成功轉(zhuǎn)變。這一轉(zhuǎn)變導(dǎo)致板料腳部的變形，本領(lǐng)域技術(shù)人員已了解且術(shù)語(yǔ)稱為弓形彎曲。當(dāng)腳部被過(guò)于劇烈地冷卻時(shí)，將發(fā)生過(guò)于顯著的弓形彎曲現(xiàn)象，該弓形彎曲現(xiàn)象可引起本領(lǐng)域技術(shù)人員稱作的“流出(Pissure) ”情況，這一情況有時(shí)可能進(jìn)一步惡化為“懸料”，即板料在模具內(nèi)的一個(gè)卡子。該弓形彎曲現(xiàn)象與不適宜的冷卻機(jī)制相關(guān)，可輕度毀滅性地導(dǎo)致腳部斷裂或腳部中的裂紋。這些斷裂或裂紋是完全不利的，因?yàn)樗鼈儠?huì)以持久機(jī)制蔓延并因而導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，此外，若不鋸掉腳部以修復(fù)產(chǎn)品的完整，它們至少將妨礙板料的熱軋。最后，未引起鑄件報(bào)廢的弓形彎曲現(xiàn)象，若不鋸掉板料腳部，仍會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品橫截面的變化，將妨礙產(chǎn)品的軋制。
[0011]為了制約弓形彎曲現(xiàn)象，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知有必要在鑄造開(kāi)始階段從產(chǎn)品中抽取少于持久機(jī)制的熱量。對(duì)此發(fā)展了多種技術(shù)(間斷法、CO2向起始水中的注入、V形錠模和彎曲假底的使用)。最有效的技術(shù)包括在開(kāi)始階段充分降低冷卻流速以獲得穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰機(jī)制(r6gime cal6faction),其抽取的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于核心沸騰機(jī)制或流動(dòng)機(jī)制。另外，已知弓形彎曲比率是啟動(dòng)速度的正相關(guān)函數(shù)，其導(dǎo)致以一個(gè)總體低于持久機(jī)制下的鑄造速度的速度開(kāi)始鑄造。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知最重要的參數(shù)為填料速度和鑄造溫度，使用足夠少的、具有與其質(zhì)量相關(guān)的適宜的熱效率的水在啟動(dòng)階段的起點(diǎn)進(jìn)行少量的熱量抽取，參照水的初始流速進(jìn)行啟動(dòng)速度的合理選擇，以及最后，在啟動(dòng)階段的終點(diǎn)，選擇鑄造速度的增加坡度和冷卻水流速的上升坡度。所述坡度使速度和冷卻參數(shù)與鑄造的穩(wěn)定機(jī)制相適應(yīng)，同時(shí)保證腳部的良好狀態(tài)及最小化弓形彎曲現(xiàn)象。
[0012]通過(guò)被稱為“水孔(Waterhole) ”的錠模(有孔模具(moule ? trous))能達(dá)到上述條件，該水孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和孔徑能夠在保證非常好的沿模具的流速均勻性的同時(shí)，達(dá)到非常低的流速。
[0013]這些模具包含水平的一排孔或兩排孔，其中的一排位于另一排上方。
[0014]申請(qǐng)?zhí)枮閃O 2005/092540 Al的申請(qǐng)和序列號(hào)分別為US 7，007, 739B2, US5，518，063，US 5，582，230 和 US 5，685，359 的 Wagstaff Inc.的美國(guó)專利公開(kāi)了一種順序噴射系統(tǒng)，首先采用第一排孔以22°的入射角噴射，其在啟動(dòng)期間提供膜態(tài)沸騰機(jī)制，然后在其上方加入第二排噴射以45°由孔噴出，其終止膜態(tài)沸騰并提供持久機(jī)制下的足夠的冷卻。Wagstaff Inc.明確公開(kāi)了采用一排噴嘴以低入射角噴射的機(jī)制與通過(guò)兩排噴嘴噴射、其中一排具有高入射角的機(jī)制之間的高度區(qū)別。
[0015]這兩個(gè)系統(tǒng)(如上述的采用一排或兩排)中的每一個(gè)具有不足:
[0016]-采用一排孔的“水孔”型模具使有效地達(dá)到在每單位長(zhǎng)度模具低流速下的膜態(tài)沸騰機(jī)制，但是它們對(duì)水的質(zhì)量非常敏感。這是由于，首先，使用單排孔的每單位長(zhǎng)度的最小流速不如當(dāng)只有一半的孔噴射產(chǎn)品時(shí)的流速低，如在Wagstaff Inc.的被命名為“Epsilon?”或“LHC?”(后者的工作表面具有石墨嵌入層)的市售模具中。因此，通過(guò)構(gòu)造，這些具有一排孔的模具的工作點(diǎn)更接近向核心沸騰的轉(zhuǎn)移，例如本領(lǐng)域技術(shù)人員了解的所謂的Nukiyama曲線上的Leidenfrost點(diǎn)，也就是說(shuō)沿著模具的流速的水溫或水質(zhì)量的一個(gè)小的改變可輕易使膜態(tài)沸騰工作點(diǎn)向核心沸騰傾斜。這是當(dāng)水過(guò)冷或當(dāng)水的質(zhì)量受制于季節(jié)變化時(shí)這些模具不能被正確使用的原因。
[0017]-順序冷卻模具(WagstaffInc.中的“Epsilon?”和“LHC?”)本身對(duì)水的質(zhì)量非常不敏感，這是由于當(dāng)只有一半的孔以低入射角度噴射該產(chǎn)品時(shí)，啟動(dòng)水流速度非常低，因而該模具的工作點(diǎn)離Leidenfrost點(diǎn)非常遠(yuǎn)。然而,這一技術(shù)具有幾點(diǎn)不足:
[0018]-該技術(shù)一這一技術(shù)明確公開(kāi)了第一和第二噴射機(jī)制之間的區(qū)別一的第一個(gè)不足是雙弓形彎曲現(xiàn)象。這是因?yàn)榈谝还螐澢F(xiàn)象發(fā)生在以22°入射角噴射的第一排噴嘴啟動(dòng)時(shí)。然后，第二弓形彎曲現(xiàn)象發(fā)生在噴嘴在45°下啟動(dòng)時(shí)。應(yīng)了解該弓形彎曲的機(jī)械現(xiàn)象不會(huì)突然停止，而是在鑄造期間繼續(xù)，直到其影響被發(fā)現(xiàn)時(shí)為時(shí)已晚，也就是說(shuō)Im的鑄造長(zhǎng)度或更長(zhǎng)。這種順序噴射系統(tǒng)有助于顯著延長(zhǎng)這一弓形彎曲的瞬間機(jī)械機(jī)制。在板料隨后熱軋期間，這會(huì)導(dǎo)致第一和第二弓形彎曲之間斷裂的風(fēng)險(xiǎn)并由此導(dǎo)致軋制次品。因此，現(xiàn)有技術(shù)的模具在專有的鑄造復(fù)原標(biāo)準(zhǔn)方面已被優(yōu)化，但在由此形成的板料腳部在軋制下的行為方面則未優(yōu)化。
[0019]-第二個(gè)不足與所謂的腳部隆起(bomb6)有關(guān)，該腳部隆起由于在第一鑄造啟動(dòng)階段的非常低的噴射速度而被延長(zhǎng)。[0020]-第三個(gè)不足是這一技術(shù)與所謂的硬質(zhì)合金的鑄造的不相容。這是因?yàn)檫@些通常具有以下特征:一方面對(duì)熱開(kāi)裂的高敏感性，及在冷卻期間其內(nèi)部快速出現(xiàn)非常高的應(yīng)力。需要限制全部的可導(dǎo)致局部非常高的內(nèi)部應(yīng)力的局部溫度梯度。然而，首先，在非常低的速度下的噴射階段利于熱開(kāi)裂的發(fā)生，原因有兩個(gè):危險(xiǎn)的凝固部分區(qū)域(弱化的殘余液體部分的存在)中在處于非常低的22°噴嘴的作用之間前表面金屬消耗的過(guò)多的時(shí)間，以及該22°噴嘴之間過(guò)大的間距，所述間距產(chǎn)生的局部熱梯度利于裂紋的萌生，第二，在低角度入射角機(jī)制后突然應(yīng)用高入射角的第二噴射恰好創(chuàng)造了非常高的局部熱梯度和相伴而生的應(yīng)力的產(chǎn)生條件。
[0021]存在的問(wèn)是頁(yè)
[0022]本發(fā)明目的在于提供一種用于解決，尤其對(duì)于硬質(zhì)合金，板料腳部雙弓形彎曲和板料腳部質(zhì)量問(wèn)題的方案，而不具有尤其是已被指出的先有方案的不足。
[0023]其目的在于不僅在啟動(dòng)期間的復(fù)原標(biāo)準(zhǔn)方面而且在對(duì)于后續(xù)的熱軋轉(zhuǎn)變的適用標(biāo)準(zhǔn)方面優(yōu)化鑄造啟動(dòng)。
[0024]其目的也在于擴(kuò)展所有種類的鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0025]關(guān)于此發(fā)明應(yīng)當(dāng)指出的是，本發(fā)明下文中涉及的所有的鋁合金除非特別指出，否則均遵從定期發(fā)布的注冊(cè)記錄叢書(shū)(Registration Record Series)中的由招業(yè)協(xié)會(huì)(Aluminum Association)命名的名稱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0026]本發(fā)明的主題是一種用于立式半連續(xù)直接冷卻軋制板料或擠壓坯料(3)的鑄造模具的冷卻設(shè)備，該設(shè)備包含兩排孔，所述孔位于整個(gè)模具模腔內(nèi)周、在其下部的板料或坯料(3)出口的位置，每一排孔都被安置為靠近垂直于所述模具縱軸的平面，其特征在于:
[0027]a)兩排孔連接于單獨(dú)一個(gè)冷卻液腔體(2)，該冷卻液腔體在所述模具體內(nèi)部，
[0028]b)第一排所述的孔，即立式模具中最高或相對(duì)于液體分布而言的最上游，借助于管道連接于所述的腔體(2)，所述管道使得所述冷卻液向所述板料或坯料(3)的噴射(4)以相對(duì)于模具縱軸成32° +13° /-5°、理想地±5°的入射角進(jìn)行，
[0029]c)第二排所述的孔，即立式模具中最低或相對(duì)于液體分布而言的最下游，借助于管道連接于所述的腔體(2)，所述管道使得所述冷卻液向所述板料或坯料(3)的噴射(5)以相對(duì)于模具縱軸成22° ±5°的入射角進(jìn)行，
[0030]d)第二排——最低或相對(duì)于液體分布而言的最下游——中的孔，被大致地安置在第一排——即最高或最上游——中的兩個(gè)孔之間的空隙的二分之一處，相對(duì)于模具的縱軸。
[0031]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，兩排孔和所述的管道相對(duì)于冷卻液腔體(2)被構(gòu)建，以在啟動(dòng)階段和持久鑄造機(jī)制下均能夠同時(shí)以大致相等的流速和速度通過(guò)兩排孔噴射所述的液體。這通過(guò)使用在同一排中和兩排中直徑均大致相等的孔獲得。
[0032]理想地，所述的冷卻設(shè)備的兩排孔相對(duì)于彼此被安置，從而產(chǎn)生噴射(4和5)，所述噴射——若其是直的——在鑄造的任何時(shí)刻，在啟動(dòng)和持久機(jī)制期間，均形成對(duì)大致垂直的包含模具工作面的表面的沖擊，所述沖擊在垂直方向上彼此相距10至40mm的距離。
[0033]同樣理想地，所述的每一排中的每個(gè)孔的直徑為3±lmm。
[0034]有利地，同一排中的兩個(gè)相鄰的孔的間距在10和30mm之間。[0035]本發(fā)明的另一個(gè)主題是一種使用所述的如前面描述的冷卻設(shè)備用于立式半連續(xù)直接冷卻軋制板料或擠壓坯料(3)的鑄造的方法，并且使得兩排中的所有孔的冷卻水的總流速，即流出冷卻液腔體(2)的流速，在瞬間鑄造啟動(dòng)階段的起點(diǎn)，在0.3和0.8L/min每厘米模具周長(zhǎng)之間，所述瞬間鑄造啟動(dòng)階段即在該階段中冷卻液的流速與鑄造速度還未達(dá)到持久機(jī)制值，例如在“【背景技術(shù)】”部分描述的值；并隨后被提高到持久鑄造機(jī)制所要求的流速，一般為lL/cm/min或更高。
[0036]更理想地,所述的在瞬間鑄造啟動(dòng)階段起點(diǎn)的水的流速在0.4和0.6L/cm/min之間。
[0037]有利地，在鑄造啟動(dòng)階段，冷卻液被同時(shí)送入兩排中的所有孔，從而該弓形彎曲現(xiàn)象以蔓延的連續(xù)的方式逐漸發(fā)生，并同時(shí)由于所述液體的流速而被最小化。
[0038]根據(jù)一個(gè)【具體實(shí)施方式】，該使用所述的冷卻設(shè)備用于軋制板料(3)的立式半連續(xù)鑄造的方法，采用一個(gè)具有平的假底的鑄造模具，所述假底的邊緣位于一個(gè)大體水平的平面內(nèi)。
[0039]根據(jù)一個(gè)更有利的實(shí)施方式，采用一個(gè)具有彎曲的假底的鑄造模具，或具有平的假底和彎曲的假底邊緣的鑄造模具，從而，在兩種情況下，在鑄造啟動(dòng)階段，產(chǎn)品軋制面的中間被冷卻液直接冷卻，而軋制面上離該面的中間最遠(yuǎn)的區(qū)域還未離開(kāi)模具。
[0040]最后，所述的使用所述冷卻設(shè)備用于立式半連續(xù)直接冷卻軋制板料或擠壓坯料
(3)的鑄造的方法，可使用這樣一種鑄造模具，所述模具在其工作面上具有石墨嵌入層⑴。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0041]圖1示出了實(shí)例I中得到的三種模具的以毫米為單位的膜態(tài)沸騰長(zhǎng)度，作為鑄造啟動(dòng)時(shí)以L/cm/min為單位的每單位長(zhǎng)度初始流速的函數(shù)，三種模具具有相同的規(guī)格2600X350mm:
[0042]一個(gè)模具具有30°入射角的噴射角度的單排孔(標(biāo)記為30，方形符號(hào))，
[0043]一個(gè)模具具有分別為45°和22°入射角度的同時(shí)啟動(dòng)的雙排孔(標(biāo)記為45/22，圓形符號(hào))，
[0044]—個(gè)根據(jù)本發(fā)明的模具具有分別為32°和22°入射角度的雙排孔(標(biāo)記為32/22，星號(hào))，
[0045]圖2示出了實(shí)例I中的板料的表面溫度——在模具的出口的大致中間寬度測(cè)量，以。C為單位一作為相同流速的函數(shù)的變化，相同的模具采用與之前同樣的方法標(biāo)記。
[0046]能夠看到其上的三個(gè)區(qū)域:區(qū)域I無(wú)膜態(tài)沸騰，區(qū)域II有穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰和良好的鑄件腳部，區(qū)域III具有膜態(tài)沸騰但也有腳部的熱開(kāi)裂。
[0047]圖3示出了實(shí)例I的情況下得到的以毫米為單位的弓形彎曲作為鑄造啟動(dòng)時(shí)以L/cm/min為單位的每單位長(zhǎng)度初始流速的函數(shù)的變化，三種相同的模具以與之前相同的方式
T 己 O
[0048]圖4示出了凝固單元的尺寸(以ym為單位)作為到鑄造表皮距離(以mm為單位)的函數(shù)，在實(shí)例2的板料上的持久機(jī)制中得到。星號(hào)標(biāo)志與根據(jù)本發(fā)明的具有分別為32°和22°入射角度的兩排孔和石墨嵌入層的模具有關(guān)，圓形符號(hào)用于具有分別為45°和22°入射角度的兩排孔的Wagastaff LHC?模具。
[0049]圖5示出了通過(guò)板料腳部(只畫(huà)出了一半的寬度)的熱軋得到的一般形式的帶材，左邊來(lái)自采用根據(jù)本發(fā)明的模具鑄造的板料，右邊來(lái)自在腳部成形開(kāi)始階段采用順序冷卻的 Wagastaff 45/22 LHC? 模具。
[0050]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的模具的截面圖，其在工作面具有石墨嵌入層1，單一水腔體位于2，橫截面的底部左端示出了整體著以灰色的鑄造板料3，具有兩個(gè)32°和22°的冷卻液入射流，分別為4和5。
[0051]在這一實(shí)施方式中，腔體包含一個(gè)分割壁或隔板6，具有至少一個(gè)孔口 7以使輸送的液體流均勻。
【具體實(shí)施方式】
[0052]為了使該產(chǎn)品首先以一個(gè)非常低的速度被噴射，采用具有兩排噴嘴的系統(tǒng)。
[0053]然而，本 申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)劃分兩排同時(shí)啟動(dòng)的噴嘴之間的流體，就足以得到要求的膜態(tài)沸騰效應(yīng)。不需要兩排噴嘴(4和5)的順序啟動(dòng)。它們因此被同時(shí)啟動(dòng)以避免順序噴射出現(xiàn)的缺陷，即過(guò)于強(qiáng)烈的雙弓形彎曲現(xiàn)象和引起延長(zhǎng)的所謂腳部隆起的瞬間機(jī)械啟動(dòng)機(jī)制的過(guò)度延長(zhǎng)。
[0054]噴嘴的入射角度是本發(fā)明的一個(gè)必要參數(shù)。
[0055]噴射產(chǎn)品的第一排噴嘴的入射角度是最正向的，然而，本 申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)此入射角度越正向，能使膜態(tài)沸騰機(jī)制穩(wěn)定的流速范圍越窄。噴射產(chǎn)品的第一排噴嘴(4)因此必須具有32° +13° /-5°左右的、理想地32° ±5°的入射角度，以使建立穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰機(jī)制。
[0056]第二排噴嘴(5)因此必須具有更小的入射角度，從而使兩排噴嘴之間的作用距離足以有時(shí)間建立膜態(tài)沸騰機(jī)制。過(guò)于靠近的兩排噴嘴事實(shí)上等同于單排噴嘴。第二排噴嘴
(5)—般具有22° ±5°左右的入射角，從而使來(lái)自每一排的噴嘴的作用之間的垂直距離在10和40mm之間。
[0057]因此，通過(guò)第一排噴嘴并隨后通過(guò)其下方約20_的第二排噴嘴進(jìn)行適度冷卻獲得空間梯度的淬火作用。通過(guò)采用彎曲的假底或具有彎曲邊緣的假底能夠橫向地提高淬火的空間梯度。
[0058]然而，本發(fā)明還包括通過(guò)逐漸并同時(shí)增加兩排噴嘴的水流，獲得隨時(shí)間逐漸變化的淬火作用，其避免順序噴射技術(shù)固有的特別顯著的雙弓形彎曲現(xiàn)象。
[0059]還能夠修復(fù)位于第一排噴嘴之間由于其間距而產(chǎn)生的熱開(kāi)裂的面對(duì)面脆弱點(diǎn)
(point de faiblesse vis-a-vis) 0通過(guò)大致位于第一排中的噴嘴之間的空隙-其能使
金屬表面漸變淬火——的二分之一處的具有低入射角度的第二組噴嘴，這些熱點(diǎn)被快速冷卻。
[0060] 申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)采用具有32°和22°入射角度的多排噴嘴，對(duì)于冷卻水(直至10°C)和顯著高于(直至0.6L/cm/min)現(xiàn)有技術(shù)的每單位長(zhǎng)度的流速，能夠得到穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰機(jī)制。獲得的啟動(dòng)機(jī)制因此非常穩(wěn)固，在鑄造方面保證了接近100%的恢復(fù)程度。另外，在未切鋸的板料熱軋期間，示出了末端和邊緣完全沒(méi)有裂紋的情況，這是由于板料腳部的完整性和與過(guò)大的雙弓形彎曲現(xiàn)象有關(guān)的橫截面干擾的消除。
[0061] 申請(qǐng)人:還發(fā)現(xiàn)，在硬質(zhì)合金鑄造期間，在具有單排噴嘴的模具的情況下觀察到的持久機(jī)制下的表面裂縫，在具有32°和22°入射角度的雙排噴嘴的模具中消失。
[0062]更詳細(xì)地，本發(fā)明將在以下實(shí)例的幫助下更好地理解，并且以下實(shí)例不具有限制性特點(diǎn)。
[0063]實(shí)例
[0064]實(shí)例 I
[0065]采用多種類型的具有水冷卻孔的模具(“水孔”)鑄造由AA7449型合金制成的規(guī)格為2600mmX350mm的軋制板料:
[0066]一個(gè)模具具有單一水平的具有3.2mm的直徑并以6mm的間距安置的孔，在模具出口處向板料噴射的冷卻水相對(duì)于縱軸的入射角度為30°。測(cè)得鑄造開(kāi)始時(shí)冷卻水每單位長(zhǎng)度的流速為0.45到0.51L/cm/min。隨后在持久機(jī)制時(shí)該流速被增加到lL/cm/min。
[0067]一個(gè)模具具有兩排水平孔，且其中一排位于另一排上方并同時(shí)啟動(dòng)，所有的孔具有3.2mm的直徑且每一排中的孔彼此相距12mm，從而使來(lái)自該兩排中的噴嘴的作用沿縱軸彼此相距18_，較低的一排中的每一個(gè)孔被大致安置在較高的一排中的兩個(gè)孔之間的空隙的二分之一處。
[0068]在模具出口處向板料同時(shí)噴射的冷卻水的入射角度相對(duì)于縱軸成45°和22°。
[0069]測(cè)得在鑄造開(kāi)始時(shí)的每單位長(zhǎng)度的冷卻水的總流速(也就是說(shuō)對(duì)于兩排中的所有孔)為0.55到0.60L/cm/min。隨后流速增加到在持久機(jī)制下的lL/cm/min。
[0070]—個(gè)根據(jù)本發(fā)明的模具具有水平的兩排孔，其中的一排位于另一排的上方，所有的孔具有3.2mm的直徑且每一排中的孔彼此相距12mm，較低的一排中的每一個(gè)孔被大致安置在較高的一排中的兩個(gè)孔之間的空隙的二分之一處。
[0071]在模具出口處同時(shí)啟動(dòng)的向板料的冷卻水噴射的入射角度相對(duì)于縱軸成32°和22°，使得其作用沿垂直方向相距18mm。
[0072]測(cè)得在鑄造開(kāi)始時(shí)的每單位長(zhǎng)度的冷卻水的總流速(也就是說(shuō)對(duì)于兩排中的所有孔)為0.45到0.60L/cm/min。隨后流速增加到在持久機(jī)制下的lL/cm/min。
[0073]三種情況下的冷卻水的溫度為15° ±2°。
[0074]通過(guò)已知的術(shù)語(yǔ)為ISTM (錠料表面溫度測(cè)量，Ingot Surface TemperatureMeasurement)的方法測(cè)量了所有情況下在模具出口的膜態(tài)沸騰長(zhǎng)度，該方法包括通過(guò)在所述的較低冷卻噴射作用下的表面放置一個(gè)接觸式熱電偶來(lái)測(cè)量板料的表面溫度，記錄板料下降5_期間的溫度，以及隨后在貫穿整個(gè)瞬間鑄造啟動(dòng)階段內(nèi)重復(fù)該操作。
[0075]溫度曲線作為鑄造板料長(zhǎng)度的函數(shù)存在一個(gè)從起點(diǎn)開(kāi)始的水平階段，該水平階段的相對(duì)突然終止對(duì)應(yīng)于膜態(tài)沸騰的終止一對(duì)于對(duì)應(yīng)于輸入圖1中的Y軸的“膜態(tài)沸騰長(zhǎng)度”并作為每單位長(zhǎng)度啟動(dòng)流速的函數(shù)的長(zhǎng)度。
[0076]應(yīng)當(dāng)注意的是，對(duì)于具有30°入射角度的單排噴嘴的模具(標(biāo)記30)，僅對(duì)于每單位長(zhǎng)度小于或等于0.45L/cm/min的啟動(dòng)流速可得到膜態(tài)沸騰。在具有雙排噴嘴(標(biāo)記45/22和根據(jù)本發(fā)明的標(biāo)記32/22)的模具的情況下，對(duì)于每單位長(zhǎng)度最高達(dá)0.6L/cm/min的啟動(dòng)流速可得到膜態(tài)沸騰。
[0077]因此，對(duì)給定的水溫，對(duì)于高于單排噴嘴的模具的啟動(dòng)流速，具有雙排噴嘴(同時(shí)啟動(dòng))的模具能夠獲得穩(wěn)定膜態(tài)沸騰。入射角度對(duì)受啟動(dòng)期間的膜態(tài)沸騰機(jī)制影響的鑄造長(zhǎng)度沒(méi)有顯著影響。[0078]還通過(guò)已提到的已知術(shù)語(yǔ)為ISTM的方法測(cè)量了板料的表面溫度，大致在模具出口的中間寬度處。
[0079]其值被輸入Y軸上，仍作為每單位長(zhǎng)度啟動(dòng)流速的函數(shù)，且對(duì)于上述相同的模具，圖2中可見(jiàn)三個(gè)區(qū)域:區(qū)域I無(wú)膜態(tài)沸騰，區(qū)域II有穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰和良好的鑄件腳部，區(qū)域III具有膜態(tài)沸騰但也有腳部的熱開(kāi)裂。
[0080]應(yīng)該注意的是，這一溫度作為水的流速的函數(shù)，在根據(jù)本發(fā)明的具有32°和22°的入射角度的同時(shí)啟動(dòng)的雙排噴嘴的模具的情況下(標(biāo)記32/22)，比具有45°和22°入射角度的同時(shí)啟動(dòng)的雙排噴嘴的模具的情況穩(wěn)定得多(標(biāo)記45/22)，該情況會(huì)引起低流速(0.55L/cm/min)下腳部的熱開(kāi)裂，減小操作范圍至一個(gè)非常局限的領(lǐng)域，并且在具有30°入射角度的單排噴嘴的模具的情況下，對(duì)于這一水溫下的嚴(yán)格地大于0.45L/cm/min的水流速，不可能獲得穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰。
[0081] 申請(qǐng)人:分別將在每單位長(zhǎng)度啟動(dòng)流速下的這種對(duì)產(chǎn)品表面溫度的高敏感性歸因于45°噴射導(dǎo)致的沸騰膜的不穩(wěn)定和在具有30°入射角度的單排噴嘴的模具的情況下缺少冷卻的漸進(jìn)性。
[0082]因此，現(xiàn)有技術(shù)的具有45°和22°入射角度(標(biāo)記45/22)的雙排噴嘴的模具構(gòu)型不適用于硬質(zhì)合金的鑄造，即使沒(méi)有順序噴射。
[0083]相比之下，根據(jù)本發(fā)明的模具(標(biāo)記32/22)能夠用于每單位長(zhǎng)度流速在0.4和
0.6L/cm/min的情況，這是尤其有利的，因?yàn)檫@一寬范圍的流速尤其能夠補(bǔ)償水溫的任何變化。
[0084]總的來(lái)講，根據(jù)本發(fā)明的模具在最優(yōu)產(chǎn)品表面溫度范圍內(nèi)和啟動(dòng)流速的寬范圍內(nèi)能夠獲得穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰，而其他類型的現(xiàn)有技術(shù)的模具不能達(dá)到。
[0085]最后，用攝像機(jī)測(cè)量并記錄了板料上得到的弓形彎曲。其數(shù)值，也就是說(shuō)板料邊緣升高的長(zhǎng)度，被輸入圖3的Y軸上，對(duì)于前述的相同的模具仍然作為每單位長(zhǎng)度啟動(dòng)流速的函數(shù)。
[0086]已指出，對(duì)于小于0.6L/cm/min的啟動(dòng)流速，根據(jù)本發(fā)明的模具(標(biāo)記32/22)得到的弓形彎曲顯著小于采用其他模具得到的弓形彎曲，這展示了采用這種使用兩個(gè)具有優(yōu)化的入射角度的噴嘴的同時(shí)噴射技術(shù)得到的漸進(jìn)淬火的優(yōu)勢(shì)。
[0087]實(shí)例2
[0088]采用兩種類型的模具以55mm/min的速度鑄造由AA3104型合金制成的規(guī)格為18IOmmX 510mm的軋制板料:
[0089]一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的模具具有兩排水平孔，且其中一排位于另一排上方并同時(shí)啟動(dòng)(32°和22°的入射角度)，所有的孔具有3.2mm的直徑且每一排中的孔彼此相距12mm，在產(chǎn)品上產(chǎn)生的作用縱向大致相距18mm，較低的一排中的每一個(gè)孔被安置在較高的一排中的兩個(gè)孔之間的空隙的二分之一處。
[0090]模具的每一個(gè)工作表面均被提供石墨嵌入層。
[0091]一個(gè)模具為Wagastaff LHC?,其噴射作用同樣縱向相距18mm。
[0092]冷卻水的溫度為15° ±2°C。
[0093]在對(duì)應(yīng)于持久鑄造機(jī)制的板料部分，通過(guò)圖形分析算法P*的方法在離鑄造表皮不同的距離測(cè)量了凝固單元的尺寸。[0094]在Ph.Jarry, M.Boehm 和 S.Antoine 的出版物 “Quantificat1n of spatialdistribut1n of as-cast microstructural features.，，，Light Metals2001,New Orleans,TMS.中完整闡述了這種算法P*。并由J L Anj ier,以及Ph.Jarry和A.Johansen在“Characterisat1n by the p*method of eutectic aggregates spatial distribut1nin 5xxx and 3xxx aluminium alloys cast in wedge moulds and comparison withsdas measurements，，，Solidificat1n of Aluminum Alloys Symposium, Light Metal2004, Charlotte, TMS.中進(jìn)一步修訂，由 Men G.Chu, Douglas A.Granger 和 Quingyou Han進(jìn)一步修訂。
[0095]圖4中闡述了該結(jié)果，展示了以μ m為單位的凝固單元的尺寸，作為以mm為單位的到鑄造表皮距離的函數(shù)，星號(hào)標(biāo)記與根據(jù)本發(fā)明的模具有關(guān)，圓形標(biāo)記與WagastaffLHC?模具有關(guān)。
[0096]注意到，根據(jù)本發(fā)明的模具能夠獲得具有與那些采用LHC?模具相當(dāng)?shù)膯卧叽?2μπι之內(nèi))和相似的小于1mm的表面區(qū)域厚度的鑄造結(jié)構(gòu)(在板料外圍)。得到的冶金學(xué)響應(yīng)因此與LHC?模具提供的大體一致。
[0097]實(shí)例3
[0098]采用與實(shí)例2中相同的模具結(jié)構(gòu)鑄造由ΑΑ5182型合金制成的規(guī)格為1670mm X 61 Omm 和 1810mm X 510mm 的乳制板料:
[0099]該板料隨后被熱軋而未鋸斷鑄件腳部。
[0100]圖5中以一半寬度示出了獲得的一般帶材形狀，左邊為采用根據(jù)本發(fā)明(通過(guò)采用兩個(gè)同時(shí)啟動(dòng)的噴嘴以優(yōu)化的32° /22°的入射角度噴射進(jìn)行冷卻，且所有工作表面均具有石墨嵌入層)的模具鑄造的板料的情況，右邊采用WagastafT LHC?模具用于以先22°后45°進(jìn)行順序冷卻的啟動(dòng)階段。
[0101]觀察到邊緣裂紋產(chǎn)生于第二種情況下，這是由于與兩次產(chǎn)生的弓形彎曲有關(guān)的產(chǎn)品橫截面的變化，即第一種情況下以22°的入射角進(jìn)行的第一次噴射，和第二種情況下以45°的入射角進(jìn)行的第二次噴射的疊加。由根據(jù)本發(fā)明的模具生產(chǎn)的板料具有簡(jiǎn)單的分散的弓形彎曲，因此不會(huì)引起熱軋期間的開(kāi)裂。
【權(quán)利要求】
1.用于立式半連續(xù)直接冷卻軋制板料或擠壓坯料(3)的鑄造模具的設(shè)備，由兩排孔構(gòu)成，所述孔位于整個(gè)模具模腔內(nèi)周、在其下部的板料或坯料(3)出口的位置，每一排孔都被安置為靠近垂直于所述模具縱軸的平面，其特征在于: a)兩排孔連接于單獨(dú)一個(gè)冷卻液腔體(2)，該冷卻液腔體在所述模具體內(nèi)部， b)第一排所述的孔，即立式模具中最高或相對(duì)于液體分布而言的最上游，借助于管道連接于所述的腔體(2)，所述管道使得所述冷卻液向所述板料或坯料(3)的噴射(4)以相對(duì)于模具縱軸成32° +13° /-5°、理想地±5°的入射角進(jìn)行， c)第二排所述的孔，即立式模具中最低或相對(duì)于液體分布而言的最下游，借助于管道連接于所述的腔體(2)，所述管道使得所述冷卻液向所述板料或坯料(3)的噴射(5)以相對(duì)于模具縱軸成22° ±5°的入射角進(jìn)行， d)第二排——最低或相對(duì)于液體分布而言的最下游——中的孔，被大致地安置在第一排——即最高或最上游——中的兩個(gè)孔之間的空隙的二分之一處，相對(duì)于模具的縱軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述兩排孔和所述管道相對(duì)于冷卻液的腔體(2)被構(gòu)建以在啟動(dòng)階段和持久鑄造機(jī)制下均能夠同時(shí)以大致相等的流速和速度通過(guò)兩排孔噴射所述的液體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的冷卻設(shè)備，其特征在于兩排孔相對(duì)于彼此被安置，從而產(chǎn)生噴射(4和5)，所述噴射——若其是直的——在鑄造的任何時(shí)刻，在啟動(dòng)和持久機(jī)制期間，均形成對(duì)大致垂直的包含模具工作面的表面的沖擊，所述沖擊在垂直方向上彼此相距10至40臟的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的冷卻設(shè)備，其特征在于每一排中的每個(gè)孔的直徑為3 土 1mnin
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4之一所述的冷卻設(shè)備，其特征在于同一排中的兩個(gè)相鄰的孔的間距在10和30mm之間。
6.使用根據(jù)權(quán)利要求1到5之一所述的冷卻設(shè)備用于立式半連續(xù)直接冷卻軋制板料或擠壓坯料(3)的鑄造的方法，其特征在于兩排中的所有孔的冷卻水的總流速，即流出冷卻液腔體(2)的流速，在瞬間鑄造啟動(dòng)階段的起點(diǎn)，在0.3和0.8L/min每厘米模具周長(zhǎng)之間，所述瞬間鑄造啟動(dòng)階段即在該階段內(nèi)冷卻液流速與鑄造速度還未達(dá)到它們的持久機(jī)制值；并隨后被提高到持久鑄造機(jī)制所要求的流速。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述的在瞬間鑄造啟動(dòng)階段起點(diǎn)的水的流速在0.4和0.6L/cm/min之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于在鑄造啟動(dòng)階段，冷卻液被同時(shí)送入兩排中的所有孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求6到8之一所述的使用所述冷卻設(shè)備的方法，用于軋制板料(3)的立式半連續(xù)鑄造，其特征在于采用一個(gè)具有平的假底的鑄造模具，所述假底的邊緣位于一個(gè)大體水平的平面內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6到8之一所述的使用所述冷卻設(shè)備的方法，用于軋制板料(3)的立式半連續(xù)鑄造，其特征在于采用一個(gè)具有彎曲的假底的鑄造模具，從而在鑄造啟動(dòng)階段，產(chǎn)品軋制面的中間被冷卻液直接冷卻，而軋制面上離該面的中間最遠(yuǎn)的區(qū)域還未離開(kāi)模具。
11.根據(jù)權(quán)利要求6到8之一所述的方法，用于軋制板料(3)的立式半連續(xù)鑄造，其特征在于采用一個(gè)具有平的假底和彎曲的假底邊緣的鑄造模具，從而在鑄造啟動(dòng)階段，產(chǎn)品軋制面的中間被冷卻液直接冷卻，而軋制面上離該面的中間最遠(yuǎn)的區(qū)域還未離開(kāi)模具。
12.根據(jù)權(quán)利要求6到11之一所述的使用所述冷卻設(shè)備用于立式半連續(xù)直接冷卻軋制板料或擠壓坯料(3)的鑄造的方法，其特征在于使用一種鑄造模具，所述模具在其工作面上具有石墨嵌入層 (I)。
【文檔編號(hào)】B22D11/20GK104039478SQ201380005159
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月10日
【發(fā)明者】P·雅里, O·里布德, 皮埃爾-伊夫·蒙奈特, L·朱厄特帕斯特, E·瓦茲, A·馬里奧克斯 申請(qǐng)人:法國(guó)肯聯(lián)鋁業(yè)