專(zhuān)利名稱(chēng)：用于鋼的連鑄、特別是扁錠的連鑄的改進(jìn)型模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于鋼的連鑄、特別是適用于連鑄厚度最好小于70mm扁錠的改進(jìn)型模具。
大家知道，即使在鑄造厚度≥240mm和普通鋼錠時(shí)，一般容許表皮的形成有一定的不均勻性，但在鑄造上述扁錠時(shí)，由于主要在這些扁錠被直接送到軋制工段時(shí)的鑄造速度很高(普通鋼錠的最高鑄造速度為1.5m/min，而扁錠的鑄造速度為3—6m/min)，就會(huì)發(fā)生一系列問(wèn)題，不均勻冷卻導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降，由于溫度差別而形成各種顏色的縱向條條，從而使扁錠厚度不勻，主要在更高鑄造速度下出現(xiàn)的另一個(gè)最嚴(yán)重的問(wèn)題是在固化時(shí)表皮可能“開(kāi)裂”，從而不可避免地危及整個(gè)鑄造機(jī)。
DE—A—4031691公開(kāi)了一種鑄造扁錠的模具，它有兩塊具有中凹面的相對(duì)的內(nèi)板和外板，這些板的第一長(zhǎng)度大致垂直，它起自于該模具的進(jìn)口區(qū)、終止于板高的一半處，然后在模具出口的最后部分呈曲線形，內(nèi)板(拱腹板)的彎曲半徑與外板(拱背板)的彎曲半徑基本相同，也可小于一個(gè)扁錠的厚度。
其內(nèi)外板按DE—A—4031691所述特征制造的模具雖然比現(xiàn)有模具具有不可否認(rèn)的優(yōu)點(diǎn)，特別就具有更好地冷卻均勻性而言，而這對(duì)鑄件不經(jīng)中間工藝而直接送到軋制工段來(lái)說(shuō)是極端重要的，但并沒(méi)有解決鑄件在彎度突然發(fā)生變動(dòng)區(qū)域可能脫離模具壁的問(wèn)題。這會(huì)造成縱向不連續(xù)性，從而不僅造成冷卻不均勻，而且會(huì)造成局部機(jī)械應(yīng)力(分別在拱腹板和拱背板上造成壓縮和拉伸應(yīng)力)，從而可能在應(yīng)力最大區(qū)發(fā)生裂縫并最終造成鋼水流出。
因此本發(fā)明旨在通過(guò)改進(jìn)模具內(nèi)外板本身的形狀而使模具更好地工作，使鑄件盡可能貼近模具壁，從而使鑄件的散熱最大并盡可能均勻，而彎度的變動(dòng)從具有垂直切線的進(jìn)口處向下直到最終的弧形部盡可能連續(xù)。因此對(duì)模具的拱腹板和拱背板的基本表面的縱向剖面線型部作了改進(jìn)。
這些目的用具有權(quán)利要求1所述特征的，模具實(shí)現(xiàn)。
應(yīng)該看到，按權(quán)利要求1基本特征所述的在一垂直平面中由若干互成圓角的曲線形成的模具縱剖線型或按權(quán)利要求2所述的橢圓形縱剖線型可用在上文DE—A—4031691中已提及的在上部區(qū)域具有中凹面的模具中，但也可用在沒(méi)有這種中凹面、其較寬兩邊或相對(duì)內(nèi)外板(拱腹板和拱背板)在上部進(jìn)口邊緣處大致平行的模具中。
從下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一非限制性優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中可更清楚看出本發(fā)明模具的上述和其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。附圖中

圖1為構(gòu)成本模具較寬兩邊的兩板的縱向剖面圖；圖2和圖3分別例示出拱背板和拱腹板的基本表面的縱剖線的彎曲半徑R—R4的變動(dòng)情況；以及圖4簡(jiǎn)示出通過(guò)一點(diǎn)B在該點(diǎn)與一半徑為R的圓周線相切、在B點(diǎn)的彎曲半徑為R的橢圓，而圖4a為圖4的放大詳圖，以便看得更清楚。
參看圖1，本發(fā)明連鑄模具由作為其較寬兩邊的分別為拱背板和拱腹板的銅板1和1a構(gòu)成，也即這兩板相對(duì)垂直線稍稍彎曲，從而連續(xù)地通向一特別適用于生產(chǎn)扁錠的連鑄設(shè)備的下方弧形路徑(未畫(huà)出)。
如前所述，現(xiàn)有板中只在下部區(qū)域，即在約一半高度形成這一彎度，其余部分大致垂直。
兩相對(duì)的板1、1a由任意已知類(lèi)型水箱2、2a中的流體介質(zhì)冷卻。如上所述，模具的上部區(qū)域可有一中凹面，從而兩板在橫剖面中只在模具較小兩邊的端部處互相平行。事實(shí)上，兩板在中部相距一更大距離，以便為浸沒(méi)的噴嘴留出更多空間，從而確保鋼水在板和噴嘴之間有足夠?qū)挼臒岱€(wěn)定表面，從而有利于面上粉末的熔化而獲得最佳潤(rùn)滑。無(wú)論如何，下文要說(shuō)明的特征只著重于兩板的縱剖線的彎曲而與有否中凹面無(wú)關(guān)，因而所述縱剖線或是板的內(nèi)表面在不管哪一個(gè)縱剖面中的真正縱剖線，或是一理想的、所謂“基本”表面的縱剖線，上部表面在中部區(qū)域離開(kāi)該表面而形成上述中凹面。仍就所述“基本表面”來(lái)說(shuō)，它可以是具的中凹面的模具中的上述理想表面，或是兩板的真正內(nèi)表面。
為更清楚表示拱背板和拱腹板的基本表面的幾何特征，可參看圖2和圖3，圖中表示出圖1所示模具板一實(shí)施例的內(nèi)表面與一垂直平面相交而成的縱剖線的例子。在該兩圖中，0表示模具的位于該縱剖線約一半高度處的水平線上的振動(dòng)中心，該振動(dòng)中心與該縱剖線在模具出口處的最終部分的彎曲中心重合。按照現(xiàn)有技術(shù)，該縱剖線的彎曲中心與模具振動(dòng)中心重合的這一最終部分沿著板的高度的約一半伸展而構(gòu)成該基本表面的縱剖線的僅有曲線區(qū)，而其余基本為直線。
按照本發(fā)明，基本表面在垂直平面中的該縱剖線全部為曲線，它由互成連續(xù)圓角的具有不同半徑的若干彎曲部分構(gòu)成，換言之，相鄰曲線之間的連接點(diǎn)處有共同切線而不形成拐角，直到該模具出口處的最終部分，該最終部分由其圓心與模具振動(dòng)點(diǎn)重合的一段圓弧構(gòu)成，從而兩板的該圓弧具有預(yù)定半徑，比方說(shuō)在5000與5500mm之間(在圖2中外板或拱背板的該圓弧的半徑為5200mm)，而內(nèi)板(拱腹板)的該半徑相對(duì)于拱背板的半徑小于扁錠的厚度。
按照本發(fā)明第一實(shí)施例，該縱剖線分成若干具有相同圓心角α的圓弧(在圖2和圖3中為5段圓弧)，而各圓弧的圓心位于通過(guò)上方相鄰圓弧的端點(diǎn)也即下方圓弧起點(diǎn)的徑向線上。事實(shí)上，點(diǎn)OIV位于模具進(jìn)口水平邊緣線上距其開(kāi)口一段距離R4處。頂部點(diǎn)F、E之間的第一圓弧段因此以R4為圓弧半徑向下轉(zhuǎn)過(guò)一角度α而到達(dá)E點(diǎn)，而第二圓弧E—D的圓心OIII即在點(diǎn)E與圓心OIV的連線上，如此等等。這樣在點(diǎn)E處圓弧E—F的切線就與圓弧E—D的切線重合，該曲線就完全是圓弧形而不產(chǎn)生拐角。這一點(diǎn)同樣適用于兩兩相鄰的圓弧之間的所有點(diǎn)，直到圓弧C—B與最后圓弧A—B之間的點(diǎn)B，圓弧A—B的圓心也就是模具的振動(dòng)中心。
實(shí)際上，為了按照本發(fā)明方法構(gòu)作該縱剖線，可以其幾何特征已獲得規(guī)定的圓弧A—B作為起點(diǎn)，然后在通過(guò)與鄰接圓弧B—C的接觸點(diǎn)B的直線O—B的延長(zhǎng)線上確定圓弧B—C的圓心OI，如此等等。圓弧B—C以及其后直到點(diǎn)F的各圓弧的長(zhǎng)度可通過(guò)簡(jiǎn)單的幾何和三角計(jì)算任選，最好采用計(jì)算簡(jiǎn)便的確定條件，例如在確定長(zhǎng)度B—F的圓弧劃分?jǐn)?shù)時(shí)或考慮點(diǎn)O’…OIV在通過(guò)O的水平線上的投影點(diǎn)S’…SIV時(shí)采用同樣的圓心角。均分各圓弧和各圓心角可便于計(jì)算和簡(jiǎn)化板的設(shè)計(jì)，但在本發(fā)明看來(lái)并非非如此做不可，而是圓弧的長(zhǎng)度以及對(duì)應(yīng)的圓心角可連續(xù)增大。
按照所示實(shí)施例，圓心O位于模具的約一半高度上，更確切說(shuō)位于彎度變動(dòng)的長(zhǎng)度的中部，該長(zhǎng)度在頂部終止于一圓弧，該圓弧在與模具近口區(qū)重合的頂點(diǎn)F處的切線垂直，而其圓心OIV位于通過(guò)同一點(diǎn)F的水平線上。應(yīng)該看到，兩板的基本表面的縱剖線可劃分成數(shù)量與所示實(shí)施例不同的圓弧段，最好大于5，從而獲得連續(xù)性更佳的曲線。顯然，若該縱剖線劃分成的圓弧數(shù)趨于無(wú)窮大，則該曲線變成彎度連續(xù)變動(dòng)的單振曲線。模具振動(dòng)時(shí)，兩板的具有較大彎度的下部區(qū)域?yàn)榭v剖線與振動(dòng)路徑差別不大的區(qū)域，而該差別在模具上部或進(jìn)口區(qū)最大，但由于基本半徑R很大，因此幾乎覺(jué)察不到由振動(dòng)引起的橫向移動(dòng)。因此，即使在該區(qū)域、在拱背和拱腹板的內(nèi)表面中心部位不形成凹面，振動(dòng)時(shí)兩板的內(nèi)壁也無(wú)碰到浸沒(méi)的噴嘴的危險(xiǎn)。
按照本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，兩模板的內(nèi)表面在空間中的位置從頂點(diǎn)處的垂直切線方向連續(xù)地變動(dòng)到底端處圓弧形所形成的連續(xù)變動(dòng)曲線為橢圓形。在圖2、3的點(diǎn)F與點(diǎn)B之間的橢圓形圓弧所必須滿足的條件有在頂端的切線垂直；在底端的切線與在圖2、3的點(diǎn)B處與該橢圓鄰接的最終圓弧的切線重合；在該位置上的彎曲半徑ρ等于該圓弧的半徑R。
圖4及其最有意義部分的放大圖4a中，示出了一例橢圓，其第四象限可確定所需要的圖2、3的點(diǎn)F與點(diǎn)B之間的該橢圓圓弧，為構(gòu)作該橢圓，只須記住上述條件并應(yīng)用不多的簡(jiǎn)單幾何規(guī)則即可。
從過(guò)點(diǎn)F的切線必須垂直這一要求，可導(dǎo)出橢圓的圓心O1應(yīng)該在通過(guò)點(diǎn)F的水平線上。這樣就可畫(huà)出一笛卡兒坐標(biāo)系，其原點(diǎn)為O’，橫軸X與橢圓的短軸b即O’F重合。因此有待確定的首批未知量為短軸b和與縱軸y重合的垂直通過(guò)O’的長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度。設(shè)O即模具的振動(dòng)中心在以O(shè)’為原點(diǎn)的x、y軸系中的坐標(biāo)分別為m和n，則作為橢圓上點(diǎn)B的坐標(biāo)分別為XB＝bcost；yB＝asint，其中t為軸x與點(diǎn)O’與點(diǎn)H的連線的夾角，而H為以a為半徑的圓周線與通過(guò)B的水平線的交點(diǎn)，該連線還通過(guò)一通過(guò)點(diǎn)B的垂直線上的點(diǎn)K。若把B作為以O(shè)為圓心，以R為半徑的圓上m一點(diǎn)，則在該坐標(biāo)系中可得下列方程X＝Rcosξ＋m；yB＝Rsinξ＋n，其中，角ξ為過(guò)O的水平線與點(diǎn)O與B的連線之間的夾角。使該兩組坐標(biāo)值相等，計(jì)算點(diǎn)B處作為這些坐標(biāo)的函數(shù)的彎度半徑ρ，而該ρ必須等于已知的半徑R(即距離OB)，通過(guò)一系列并非簡(jiǎn)單但用三角可獲得解決的計(jì)算，可得下列方程(I)a=Rsinξ+nsint]]>(II)ab=tgξ(Rsinξ+n)2tgt·sin2t]]>(III)cos4t=R2tgξ(Rsnξ+n)2(tgξ+1)3]]>
點(diǎn)O的縱坐標(biāo)n盡管在前面作為未知數(shù)，但作為振動(dòng)中心它位于相對(duì)于模具上端的下部，因此O點(diǎn)的縱坐標(biāo)n可任意確定。因此，該縱坐標(biāo)n在零(此時(shí)不存在橢圓而只存在一段圓弧AF)和yB(此時(shí)必須有BΞF，由于圓弧在B點(diǎn)的切線應(yīng)垂直，從而橢圓的弧縮減成這一點(diǎn))之間。在圖2中n(在拱背板上)的值為400mm。在通過(guò)比方說(shuō)在B點(diǎn)的切線的傾角(等于90°＋ξ)而確定角ξ后，并考慮到R當(dāng)然是已知量(在圖2中對(duì)拱背板來(lái)說(shuō)為5200mm)，即可從方程III求出值t。把該值代入方程I可求出a，再?gòu)姆匠蘄I立即可求出b。這樣，橢圓的長(zhǎng)短軸已確定，必須確定其圓心O在軸x上的位置即可確定該橢圓，這只須求出m，即O’的橫坐標(biāo)，而m可從下式求出m＝bcost—Rcosξ。
實(shí)際上，為確定內(nèi)外兩板的縱剖線，只須計(jì)算在拱腹板和拱背板的兩縱剖線中間的一理想橢圓上的一系列點(diǎn)M的坐標(biāo)xM和yM，點(diǎn)的個(gè)數(shù)可任意多。若用Δ表示兩板之間的距離的一半(例如Δ＝30mm)，則拱腹板(內(nèi)板)上一點(diǎn)P的坐標(biāo)為xP＝xM－Δcosδ和yP＝y(tǒng)M－ΔSinδ，而在拱背板上對(duì)應(yīng)點(diǎn)P’的坐標(biāo)為xP’＝xM＋Δcosδ和yP’＝Y(jié)M＋ΔSinδ，其中，δ為對(duì)于每一點(diǎn)M來(lái)說(shuō)與角ξ對(duì)應(yīng)的角，而ξ在上面討論點(diǎn)B時(shí)已予定義。
這樣就可使用例如某類(lèi)表和合適的計(jì)算程序逐點(diǎn)確定兩個(gè)相對(duì)的橢圓形表面。如上所述，在相對(duì)于兩“基本”縱剖線制造兩板的實(shí)際內(nèi)表面時(shí)，如此確定的差別可用來(lái)界定可能有的中凹面，而中凹面不管在橫截面還是縱截面中的形式可按照與本發(fā)明無(wú)關(guān)的方式任選。
無(wú)論如何下面一點(diǎn)是顯然的，由于彎度從頂端接近無(wú)窮大的一值(從而對(duì)于由振動(dòng)引起的橫向移動(dòng)來(lái)說(shuō)這最適合于安裝浸沒(méi)的噴嘴)到在底端圓弧區(qū)適用于扁錠的2500—6000mm之間的一預(yù)定值連續(xù)變動(dòng)，因此其優(yōu)點(diǎn)是避免了鑄件在這一危險(xiǎn)的初始工段中發(fā)生急轉(zhuǎn)彎，而在這一初始工段中鑄件尚未固化，其中心仍為鋼水。事實(shí)上，這些急轉(zhuǎn)彎不僅可能使鑄件表皮離開(kāi)模具壁而降低冷卻效果和冷卻均勻性，而且集中在某一部位的變形應(yīng)力會(huì)引起表皮開(kāi)裂而使內(nèi)部鋼水流出，從而嚴(yán)重?fù)p壞鑄造設(shè)備，這不僅造成材料損耗，而且造成設(shè)備停工而浪費(fèi)工時(shí)。
應(yīng)該看到，本發(fā)明并不限于用上述計(jì)算方法求得確定橢圓曲線所需結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)連鑄扁錠的模具，它的兩相對(duì)較寬邊由分別為水冷的拱背板和拱腹板的銅板(1，1’)構(gòu)成，對(duì)每一板來(lái)說(shuō)都可這樣界定與板的內(nèi)壁符合的一基本表面，從而就該基本表面而言，在可能存在一中凹面的情況下，與該內(nèi)壁可以有一偏差，其中，所述基本表面的縱剖線在下部為一圓弧形彎部(A—B)，其彎曲中心與模具的振動(dòng)中心重合，半徑為(R)，其特征在于，基本表面的所述縱剖線由若干互成圓角的曲線構(gòu)成，從該下部圓弧開(kāi)始，所述各曲線的彎曲半徑隨著離開(kāi)該下部圓弧的距離增大而減小，兩兩相鄰曲線之間的連接點(diǎn)都沒(méi)有拐角和不連接性，直到在相對(duì)頂端(F)處該半徑幾乎為無(wú)窮大，從而此處曲線的切線大致垂直，所述點(diǎn)(O)的高度位于縱剖線兩端點(diǎn)即底端(A)與頂端(F)之間。
2.按權(quán)利要求1所述的模具，其特征在于，在一所述的各曲線構(gòu)成在模板基本平面的一個(gè)垂直平面中的縱剖線這些曲線為圓弧，其彎曲中心為連接該弧端點(diǎn)與相鄰圓弧彎曲中心的連線的交點(diǎn)，直到所述最后圓弧(A—B)的彎曲中心與該模具的振動(dòng)中心(O)重合，各圓弧的圓心角(α)都相等，從所述點(diǎn)(F)開(kāi)始的上部第一圓弧的彎曲中心(OIV)于通過(guò)該點(diǎn)(F)的水平線上。
3.按權(quán)利要求2所述的模具，其特征在于，所述圓弧的個(gè)數(shù)趨于無(wú)窮大，從而形成一橢圓形曲線，其彎曲半徑向下漸減，直到連續(xù)變動(dòng)的彎曲半徑(ρ)在(B)點(diǎn)與所述最后圓弧形部分(A—B)鄰接時(shí)達(dá)到相應(yīng)所述預(yù)定半徑(R)的最小值。
4.按權(quán)利要求3所述的模具，其特征在于，所述橢圓曲線伸展在所述基本縱剖線的所述頂點(diǎn)(F)與點(diǎn)(B)之間，該頂點(diǎn)(F)與模具的進(jìn)口邊對(duì)應(yīng)，此處的切線垂直，而在B點(diǎn)的切線與鄰接的底端圓弧(A—B)的切線重合并相對(duì)水平線傾斜一角度(90°＋ξ)，角(ξ)為負(fù)值，它是通過(guò)點(diǎn)(O)的水平線與(O)點(diǎn)與(B)點(diǎn)連線的夾角。
5.按權(quán)利要求4所述的模具，其特征在于，所述橢圓曲線(A—F)為一橢圓中的一段，該橢圓的圓心(O’)位于在點(diǎn)(O)同一邊穿過(guò)(F)的水平線上，該圓心(O’)可作為一笛卡兒從標(biāo)系的原點(diǎn)，其軸(x)在連線(O’—F)上，該連線(O’—F)的長(zhǎng)度等于所述橢圓的短軸(b)。
6.按權(quán)利要求5所述的模具，其特征在于，所述與模具振動(dòng)中心重合的點(diǎn)(O)的縱坐標(biāo)(n)為在零與所述點(diǎn)(B)的縱坐標(biāo)(yB)之間的一負(fù)值，而點(diǎn)(B)為圓弧(A—B)的起點(diǎn)，而該圓弧(A—B)具有相同的圓心(O)。
7.按權(quán)利要求6所述的模具，其特征在于，點(diǎn)(O)的所述縱坐標(biāo)(n)等于(YB/2)。
8.按權(quán)利要求6或7所述的模具，其特征在于，若模具的整個(gè)高度為約1m，則所述最終圓弧部(A—B)的高度約取100mm，而該高度可看作兩端點(diǎn)(A、B)在原點(diǎn)為(O’)的所述坐標(biāo)系中的縱坐標(biāo)之差。
9.按權(quán)利要求3至8中任一權(quán)利要求所述的模具，其特征在于，拱背板和拱腹板的兩基本縱剖線中的每一個(gè)可通過(guò)計(jì)算構(gòu)成一位于所述兩縱剖線之間的橢圓縱剖線的一系列任意數(shù)目的點(diǎn)(M)的坐標(biāo)(xM；yM)而加以確定，而所述兩縱剖線又可使用下述關(guān)系式通過(guò)拱腹板的點(diǎn)(P)和拱背板的點(diǎn)(P’)的坐標(biāo)加以界定yP＝y(tǒng)M－Δcosδ；yP＝xM－Δsinδ以及xP，＝xM＋Δcosδ；xP，＝y(tǒng)M＋Δsinδ，其中，Δ等于所述兩基本縱剖線之間的距離的一半，δ為其值隨所述中間橢圓的各點(diǎn)M而變動(dòng)、并等于所述點(diǎn)(B)處的所述角(ξ)的一角度。
全文摘要
一種特別適用于連鑄扁錠的改進(jìn)模具，它有兩較寬壁，壁在一垂直平面中的縱剖線由若干互成圓角的曲線、特別是這樣的圓弧構(gòu)成，這些圓弧的彎曲半徑從該縱剖線的切線為垂直的進(jìn)口處接近無(wú)窮大的一值向下漸減，直到模具出口處的一已知底端連續(xù)曲線。該曲線為一圓弧，其圓心與模具的振動(dòng)中心重合，且位于模具進(jìn)口和出口之間的某一高度上。該縱剖線最好為從具有垂直切線的進(jìn)口處直到所述底端圓弧的橢圓線，從而使該曲線連續(xù)變化。
文檔編號(hào)B22D11/043GK1123528SQ94192129
公開(kāi)日1996年5月29日 申請(qǐng)日期1994年5月16日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月17日
發(fā)明者喬維尼·阿維迪, 喬維尼·戈斯奧, 盧西亞諾·馬尼尼, 馬里奧·莫蘭多 申請(qǐng)人:喬維尼·阿維迪