專利名稱：用于連鑄矩形或正方形截面金屬坯的錠模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于熔融金屬的連鑄、尤其用于形成矩形或正方形截面的金屬坯的錠模。
金屬坯或者金屬錠可通過在一管形模具(錠模)中連鑄熔融金屬、接著立即進行軋制(被稱為“鑄造及直接軋制”技術(shù))由熔融金屬、尤其是鋼制成。雖然該技術(shù)能實現(xiàn)相當(dāng)高的產(chǎn)出速度以及質(zhì)量較佳的產(chǎn)品，但該技術(shù)目前仍存在若干缺陷-這主要由于熔融金屬在模具中冷卻并固化的過程-它限制了可獲得的最大產(chǎn)出速度以及可用同一模具進行制造的產(chǎn)品的范圍。
即，已知在有熔融材料通過其冷卻并開始固化的連續(xù)錠模中過快地進行鑄造會在成品中形成瑕疵。具體地說，只有在材料與諸壁持續(xù)接觸的情況下，由熔融材料向模具壁輸出熱量所發(fā)生的冷卻才充分有效，以便形成固化金屬的表面層(被稱為“表皮”)，并當(dāng)材料穿過模具時逐步增加該表面層。然而，當(dāng)材料固化時，該材料接觸模具壁、尤其是模具內(nèi)棱邊，并同該壁、尤其是內(nèi)棱邊分離，從而在金屬表皮與模具壁之間形成氣囊，由此減少所釋放的熱量，并減慢固化過程。因此，除了在熱量減少不足的拐角處，金屬表皮(固化層)繼續(xù)生成，從而引起熔融金屬的僅僅局部固化，并在成品上形成瑕疵。
由于當(dāng)將金屬從模具壁取出時，在金屬表皮上存在著不想要的應(yīng)力，因此這還增加了在棱邊處形成裂紋的可能性。
簡而言之，所形成的金屬坯的抗扭強度較差，這極有可能沿著棱邊形成縱向裂紋；該所形成的金屬坯具有極不均勻的表皮溫度，所有的這一切在其后的軋制階段中會產(chǎn)生眾多問題，并勢必降低成品質(zhì)量。
為了克服這些缺陷，保持相對較低的鑄造速度以盡可能均勻地冷卻材料。另外，減小模具內(nèi)部拐角的曲率半徑已知可減少氣囊生成，同樣，提供的鑄造速度不太高。
當(dāng)僅僅鑄造一種類型的材料時，通過改善模具的幾何形狀、例如使用近似錐形的模具可減少金屬表皮同模具壁的分離。然而，該解決方案不能應(yīng)用于制造不同特性的材料的模具中(例如，不同類型的鋼)。
最后，某些已知的模具具有一種特殊的、例如凹形壁的截面用于熔融金屬的通行。然而，雖然減小了分離問題，但此類模具還是無法增加鑄造速度并超越某些限制。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種用于金屬材料的連鑄、用以克服與已知模具典型相關(guān)的上述缺陷的錠模。具體地說，本發(fā)明的目的在于提供一種能沿著模具的整個長度、在所有的點上有效冷卻熔融金屬以防止金屬同模具壁、甚至同棱邊分離，并對能立即軋制的高質(zhì)量產(chǎn)品進行高速鑄造。
根據(jù)本發(fā)明，它提供了一種用于熔融金屬的連鑄、尤其用于形成矩形或正方形截面的金屬坯的錠模，該錠模包括一縱向延伸的鑄管，該熔融金屬通過該鑄管流動并冷卻；該鑄管具有大致為矩形的橫截面，并由大致平行且并排設(shè)置的第一對壁和第二對壁所限定；該第一對壁和第二對壁大致相互垂直，并限定四條內(nèi)棱邊；其中，該鑄管包括具有圓形內(nèi)棱邊和自相應(yīng)的第一縱向端向與第一縱向端相對的相應(yīng)的第二縱向端逐步變化的內(nèi)部截面的至少一第一部分，該熔融金屬在該第一縱向端處送入；該至少第一部分的截面變化是由圓形內(nèi)棱邊的曲率半徑中相應(yīng)的連續(xù)且逐步的變化所確定的；該曲率半徑自第一端處的最大值遞減至第二端處的最小值。
更準(zhǔn)確地說，該鑄管的至少第一部分的截面變化為再現(xiàn)當(dāng)熔融金屬穿過該至少第一部分時該熔融金屬的熱收縮。
本發(fā)明錠模的特殊設(shè)計用于在所有表面點、甚至在內(nèi)棱邊處，并沿著模具的整個長度有效冷卻熔融金屬。事實上，由于截面變化部分的特殊內(nèi)部截面，因此使材料在所有時間內(nèi)保持與模具壁、甚至與棱邊接觸，實際上再現(xiàn)了當(dāng)材料冷卻并固化時該材料的冷卻模式。
于是，防止金屬同模具壁、甚至同棱邊分離，而不必保持過低的鑄造速度。由于材料具有所需特性(具體地說，在棱邊處沒有內(nèi)應(yīng)力，以及均勻的表皮溫度)，因此，可在本發(fā)明模具的內(nèi)部進行有效冷卻，以便能立即軋制從鑄管所獲得的產(chǎn)品，而不需要任何中間處理工序。此外，對于不同材料、例如用于生產(chǎn)不同類型的鋼可使用同一模具，同時還能確保高質(zhì)量的產(chǎn)品并保持高的產(chǎn)出速度。
現(xiàn)參照附圖以舉例的方式描述本發(fā)明的一非限制性實施例，其中

圖1示出了本發(fā)明的一種用于熔融金屬的連鑄的錠模的立體圖；圖2示出了圖1所示模具的熔融金屬入口截面的俯視示意圖。
在圖1和圖2中，詳細(xì)示出的諸部分是大大超出比例的，這是為了突出本發(fā)明的主要特征，標(biāo)號1表示整個的用于以矩形截面的金屬坯形式進行熔融金屬、例如鋼的連鑄的錠模。
模具1包括有熔融金屬流過其中的一縱向延伸的鑄管2；該管2具有大致為矩形的橫截面，并由大致平行且并排設(shè)置的具有預(yù)定尺寸的第一對壁3和第二對壁4所限定；諸對壁3和4相互垂直并限定四條棱邊5。
在圖1所示的該非限制性實例中，管2由于壁3是平的而壁4具有預(yù)定曲率而彎曲，但可明顯地呈除上述之外的縱向形狀、例如該管可呈直線狀。無論哪種情況，該管2大致沿平行于該對平壁3的一預(yù)定方向延伸。
根據(jù)本發(fā)明，管2包括具有變化的內(nèi)部截面、并終止于相應(yīng)的送入熔融金屬的第一縱向端7的第一部分8；以及具有固定的內(nèi)部截面、并終止于送出熔融金屬的該管2的第二端10的相鄰的第二部分9。第一部分8縱向延伸一段預(yù)定長度直到由管2的中間截面所限定的相應(yīng)的第二端11，熔融金屬在中間截面處立即由第一部分8送出并被送入第二部分9。
由諸對壁3和4限定的棱邊5整體沿著管2的整個長度是圓形的；棱邊5的曲率半徑沿著第一部分8逐步變化，從端7處的最大值R1連續(xù)遞減至相對端11處的最小值R2，并沿著第二部分9的整個長度保持固定值R2；所選擇的棱邊5的曲率半徑的最小值R2對其后軋制從鑄管2所獲得的金屬而言是最佳值。
棱邊5的曲率半徑沿著第一部分8的逐步變化相應(yīng)地引起了部分8截面的逐步變化。具體地說，上述截面變化是借助部分8的四條棱邊5上相應(yīng)的漏斗狀部分12所獲得的四個漏斗狀部分12橫向伸出于壁3和4之外、從部分8的端7縱向延伸至其端11、并朝著部分8的端11錐削，雖然部分8由諸對平行壁3和4所限定，但如上所述，其具有縱向變化并且其面積自端7向端11遞減的內(nèi)部截面。
部分8在端11處具有沒有凸起且與第二部分9的固定截面相重合的矩形橫截面。
第一部分8的截面變化是為了再現(xiàn)當(dāng)金屬沿著部分8送入并冷卻時，該金屬的熱收縮。為達(dá)此目的，在本發(fā)明的一較佳實施例中，第一部分8的截面變化以及相應(yīng)的內(nèi)部棱邊5的曲率半徑變化不是線性變化的。
此外，截面變化的第一部分8的縱向延伸量(extension)較佳地大致等同于截面固定的第二部分的縱向延伸量。根據(jù)一較佳實施例，第一部分8的縱向延伸量短于、例如第二部分9的縱向延伸量的95％。
在一典型實施例中，純粹借助一非限制性實例，第一部分8和第二部分9具有相應(yīng)的長度L1＝450毫米以及L2＝600毫米；這些長度與所有下面所表示的其它距離一樣，是沿著平行于平壁3的一條軸線進行測量的(與管2的縱向軸線相對，如上所述，可如圖1所示的那樣彎曲)。
因此，熔融金屬輸入端7處的棱邊5的曲率半徑為R1＝11毫米；部分8的中間截面13(圖1)處、距離端7為L3＝240毫米處(仍然是沿著平行于平壁3的軸線進行測量的)的曲率半徑假定為一中間值10.4毫米；以及，部分8的端11處(即，距離端7為L1＝450毫米處、或者距離中間截面13為L4＝210毫米處)的曲率半徑等于最小值R2＝10毫米，然后沿著第二部分9的整個長度保持該最小值直到管2的輸出端10。因此，曲率半徑中的變化與距離部分8的熔融金屬輸入端7的距離中的變化之間的比值沿著部分8是不固定的，但隨著與端7的距離增加而遞減在所示實例中，中間截面13將部分8分割成不同長度的第一部分14和第二部分15，沿著長度L3＝240毫米的部分14的比值大約為0.0025(此時曲率半徑從11毫米減至10.4毫米)，而沿著長度L4＝210毫米的部分15的比值大約為0.002(此時曲率半徑從10.4毫米減至10毫米)。
在該實施例中，棱邊5的曲率半徑變化與距離管2的熔融金屬輸入端7的距離的線性函數(shù)相對，顯然這樣以致再現(xiàn)當(dāng)熔融金屬冷卻時其截面中的變化(因此作為金屬熱收縮的函數(shù))。
很明顯，可選擇諸對壁3和4的尺寸以獲得預(yù)定尺寸的成品。具體地說，為了形成正方形金屬坯，平壁3的寬度與曲壁4的寬度之間的比值較佳地為1∶1.01。
然而，清楚的是，在不脫離所附權(quán)利要求范圍的情況下，可對上述錠模進行多種變化。
權(quán)利要求
1.一種用于熔融金屬的連鑄、尤其用于形成矩形或正方形截面的金屬坯的錠模(1)，包括一縱向延伸的鑄管(2)，所述熔融金屬通過所述鑄管流動并冷卻；所述鑄管(2)具有大致矩形的橫截面，并由大致平行且并排設(shè)置的第一對壁(3)和第二對壁(4)所限定；所述第一對壁(3)和第二對壁(4)大致相互垂直，并限定四條內(nèi)棱邊(5)；其中，所述鑄管(2)包括具有圓形內(nèi)棱邊(5)和自相應(yīng)的第一縱向端(7)向與所述第一縱向端相對的相應(yīng)的第二縱向端(11)逐步變化的內(nèi)部截面的至少一第一部分(8)，所述熔融金屬在所述第一縱向端(7)處送入；所述至少第一部分(8)的所述截面變化是由所述圓形內(nèi)棱邊(5)的曲率半徑中相應(yīng)的連續(xù)且逐步的變化所確定的；所述曲率半徑自所述第一端(7)處的最大值(R1)遞減至所述第二端(11)處的最小值(R2)。
2.如權(quán)利要求1所述的錠模，其特征在于，所述鑄管(2)的所述至少第一部分(8)的所述截面變化為再現(xiàn)當(dāng)所述熔融金屬穿過所述至少第一部分(8)并在其中局部固化時所述熔融金屬的熱收縮。
3.如權(quán)利要求1或2所述的錠模，其特征在于，所述至少第一部分(8)的所述截面變化與所述圓形內(nèi)棱邊(5)所述相應(yīng)的曲率半徑變化是與所述至少第一部分(8)的所述第一端(7)的距離的非線性函數(shù)。
4.如上述權(quán)利要求1至3中的任一項權(quán)利要求所述的錠模，其特征在于，所述至少第一部分(8)的所述截面變化是籍以提供所述至少第一部分(8)的、橫向伸出并設(shè)置在由所述諸對壁(3，4)所限定的所述四條棱邊(5)處的四個漏斗狀部分(12)而獲得的；所述漏斗狀部分(12)具有等于大約十分之一所述壁(3，4)的寬度的橫向延伸量，并從所述至少第一部分(8)的所述第一端(7)縱向延伸至所述第二端(11)；所述漏斗狀部分(12)朝著所述第二端(11)錐削，所述至少第一部分(8)在所述第二端(11)處具有沒有凸起的大致為矩形的橫截面。
5.如上述權(quán)利要求中的任一項權(quán)利要求所述的錠模，其特征在于，所述曲率半徑的所述最小值(R2)是用于其后軋制從所述鑄管(2)所獲得的被固化的金屬的最優(yōu)值。
6.如上述權(quán)利要求3至5中的任一項權(quán)利要求所述的錠模，其特征在于，介于所述至少第一部分(8)的兩個預(yù)定截面之間的所述棱邊(5)的所述曲率半徑變化與所述兩個預(yù)定截面之間的距離之間的比值沿著所述至少第一部分(8)的第一部分(14)為大約0.0025，而沿著所述至少第一部分(8)的第二部分(15)為大約0.002，所述第二部分沿著所述熔融金屬在所述鑄管(2)中的流動方向與所述第一部分(14)相鄰；所述第二部分(15)的縱向延伸量比所述第一部分(14)的縱向延伸量短大約12％。
7.如上述權(quán)利要求中的任一項權(quán)利要求所述的錠模。其特征在于，所述鑄管(2)還包括具有固定面積的大致為矩形的內(nèi)部截面、并由所述諸對壁(3，4)相應(yīng)的垂直延伸量所限定的第二部分(9)；所述第二部分(9)與所述至少第一部分(8)相鄰，并具有與所述至少第一部分(8)的熔融金屬輸出截面一致的熔融金屬輸入截面(11)；所述第二部分(9)具有圓形內(nèi)棱邊(5)，所述其圓形內(nèi)棱邊的曲率半徑沿著所述第二部分(9)的整個縱向延伸量是固定的，并等于曲率半徑的所述最小值(R2)。
8.如權(quán)利要求7所述的錠模，其特征在于，所述至少第一部分(8)具有大致等同于所述第二部分(9)的縱向延伸量的縱向延伸量。
9.如權(quán)利要求8所述的錠模，其特征在于，所述至少第一部分(8)具有短于所述第二部分(9)的縱向延伸量的縱向延伸量。
10.如上述權(quán)利要求中的任一項權(quán)利要求所述的錠模，其特征在于，所述鑄管(2)是彎曲的；所述大致平行且并排設(shè)置的第一對壁(3)是平的；所述大致平行且并排設(shè)置的第二對壁(4)具有預(yù)定的曲率。
11.如權(quán)利要求10所述的錠模，其特征在于，所述第一對壁(3)中的所述平壁的寬度與所述第二對壁(4)中的所述曲壁的寬度之間的比值為1∶1.01。
全文摘要
一種用于熔融金屬的連鑄的錠模的大致為矩形的截面的鑄管被分割成兩部分;第一部分由于具有其曲率半徑沿著該管在熔融金屬的流動方向內(nèi)逐步遞減的圓形內(nèi)棱邊而具有變化的內(nèi)部截面;第二部分與第一部分相鄰并具有固定的內(nèi)部截面,其中圓形內(nèi)棱邊具有用于其后軋制工序的預(yù)定的最優(yōu)曲率半徑。鑄管第一部分的設(shè)計防止金屬在其通過鑄管冷卻并收縮時同諸壁、尤其同模具的棱邊分離,由此在不降低產(chǎn)品質(zhì)量的情況下增加鑄造速度。
文檔編號B22D11/04GK1272411SQ99106419
公開日2000年11月8日 申請日期1999年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月30日
發(fā)明者G·馬爾泰盧西 申請人:歐羅巴金屬股份公司