專利名稱：用于熔融金屬的連鑄裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于熔融金屬的連鑄裝置，特別涉及一種在連鑄過程中能使熔融金屬的液面穩(wěn)定、能夠提高連鑄板坯的表面性能以及能夠提高澆注速度的連鑄裝置。
在用于熔融金屬的連鑄技術(shù)中，為了使熔融金屬的液面穩(wěn)定、使連鑄板坯光滑以及提高澆注速度，人們最近已提出了各種連鑄裝置和連鑄方法。在日本未經(jīng)審查的專利公開(Kokai)No.5-15949(日本專利No.2611559)中所披露的連鑄裝置裝有一個由金屬制成的冷卻結(jié)晶器和一個導(dǎo)電線圈，所述冷卻結(jié)晶器具有一個內(nèi)裝的水冷結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電線圈纏繞在所述結(jié)晶器的多個區(qū)段的周圍，所述導(dǎo)電線圈中通一個高頻電流以便利用所述導(dǎo)電線圈使熔融金屬的彎月面部分顯著地彎曲。該連鑄裝置的結(jié)晶器包括多個區(qū)段，所述多個區(qū)段具有多個縫隙，這些縫隙將結(jié)晶器分開并貫穿或不貫穿結(jié)晶器的頂端；所述多個區(qū)段的下端與結(jié)晶器是一體的。另外，一個用于水冷的通道貫穿每一個區(qū)段的內(nèi)部。
在日本未經(jīng)審查的專利公開(Kokai)No.7-204787中披露了一種用于金屬的連鑄裝置，該連鑄裝置裝有一個由金屬制成的冷卻結(jié)晶器和一個導(dǎo)電線圈，所述冷卻結(jié)晶器具有一個內(nèi)裝的水冷結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電線圈纏繞在所述結(jié)晶器的周圍，所述導(dǎo)電線圈中通一個高頻電流以便利用所述導(dǎo)電線圈使熔融金屬的彎月面部分顯著地彎曲。另外，在日本未經(jīng)審查的專利公開(Kokai)No.10-156489中披露了一種內(nèi)部水冷型結(jié)晶器，其中，所述結(jié)晶器的頂端被沿著澆注方向延伸的多個縫隙分開，所述結(jié)晶器的下端與結(jié)晶器是一體的，并且內(nèi)部能夠被冷卻的多個區(qū)段在所述結(jié)晶器的上側(cè)。通過在所述結(jié)晶器的上部設(shè)置一個法蘭以防止裝有一個高頻導(dǎo)電線圈的結(jié)晶器變形。在日本未經(jīng)審查的專利公開(Kokai)No.4-178247中披露了一種利用結(jié)晶器進(jìn)行連鑄的方法，在所述結(jié)晶器的壁上以給定的間距設(shè)有多個縫隙，并且一個電磁線圈纏繞在結(jié)晶器的周圍以形成一個電磁場。在日本未經(jīng)審查的專利公開(Kokai)No.6-277803中披露了一種利用結(jié)晶器進(jìn)行連鑄的方法，所述結(jié)晶器裝有一個高頻導(dǎo)電線圈，所述線圈纏繞在結(jié)晶器的周邊，所述結(jié)晶器的周邊具有多個縫隙，所述結(jié)晶器還裝有一個磁體，所述磁體用于以直角在橫穿澆注方向上提供一個穩(wěn)定磁場。在日本未經(jīng)審查的專利公開(Kokai)No.52-134817中披露了一種鑄造方法，該方法包括以一個脈沖的形式將大約50至600高斯的電磁力施加到熔融金屬中。另外，在日本未經(jīng)審查的專利公開(Kokai)No.2-274351中披露了一種施加低頻振蕩的方法，而在日本未經(jīng)審查的專利公開(Kokai)No.5-285598中披露了一種施加高頻電磁振蕩的方法。在日本未經(jīng)審查的專利公開(Kokai)No.7-148554中披露了一種連鑄裝置，所述連鑄裝置設(shè)有一個電磁線圈，所述電磁線圈纏繞在被分開的多個結(jié)晶器區(qū)段周圍，所述多個結(jié)晶器區(qū)段形成有向著澆注方向傾斜的多個縫隙。
圖1是本發(fā)明所涉及的用于熔融金屬的一種連鑄裝置的截面圖。
圖2是本發(fā)明所涉及的一種連鑄裝置的一個裝配示意圖。
圖3是本發(fā)明所涉及的一種連鑄裝置的另一個裝配示意圖。
圖4涉及本發(fā)明的一種連鑄裝置，是沿著圖1中的A-A線所得到的一個截面圖。
圖5涉及本發(fā)明的一種連鑄裝置，圖5(A)是沿著圖1中的A-A線所得到的一個截面圖，圖5(B)是該連鑄裝置的一個側(cè)視圖。
圖6涉及本發(fā)明的一種連鑄裝置，是沿著圖1中的A-A線所得到的一個截面圖，并且示出了被分開的第二冷卻銅板和被分開的第二支承板的一個實(shí)施例。
圖7涉及本發(fā)明的一種連鑄裝置，是沿著圖1中的A-A線所得到的一個截面圖，并且示出了被分開的第一和第二冷卻銅板以及被分開的第一和第二支承板的一個實(shí)施例。
圖8示出了本發(fā)明所涉及的一個結(jié)晶器的第一和第二冷卻部分的緊固部分，以及被分開的第一和第二冷卻銅板與被分開的第一和第二支承板的緊固部分。
圖9示出了本發(fā)明所涉及的一個結(jié)晶器的第一和第二冷卻部分的緊固部分，以及第一冷卻銅板和被分開的第二冷卻銅板與第二支承板的緊固部分。
圖10示出了被分開的冷卻銅板結(jié)合的一個局部視圖，所述冷卻銅板的結(jié)合表面具有陶瓷板以使被分開的冷卻銅板在結(jié)合表面處被相互隔開。
圖11示出了被分開的冷卻銅板結(jié)合的一個局部視圖，所述冷卻銅板的結(jié)合表面被以火焰噴涂的方式鍍覆陶瓷以使被分開的冷卻銅板在結(jié)合表面處被相互隔開。
圖12示出了一個結(jié)晶器的一部分，其中，利用HIP(熱均衡加壓處理；1500個大氣壓×950℃×2小時)以擴(kuò)散粘結(jié)的方式使每一個冷卻銅板和相應(yīng)的非磁性不銹鋼支承板的結(jié)合表面被粘結(jié)。
在一個連鑄裝置中，利用一個高頻交流電使一個電磁場被施加到熔融金屬中，由于當(dāng)頻率增大時，渦流(感應(yīng)電流)形成在高頻線圈所圍繞的結(jié)晶器的表面上，因此傳遞到整個熔融金屬中的所述磁場的衰減程度增大。對于一個能夠形成一個連鑄板坯的光滑表面(是一種表面性能)的結(jié)晶器結(jié)構(gòu)，在利用上述現(xiàn)有技術(shù)中所涉及的高頻電流時，在結(jié)晶器中設(shè)置多個縫隙是必不可少的以防止磁場的衰減。因此，現(xiàn)有技術(shù)中所涉及的每一種結(jié)晶器中都具有間距在大約30至75毫米之間的縫隙，這些結(jié)晶器被分成多個區(qū)段。另外，為了防止結(jié)晶器的受熱變形，每一個縫隙不是沿著整個長度上分開結(jié)晶器，而是形成一個部分縫隙結(jié)構(gòu)。填充在所述縫隙部分中的材料是耐火材料以及絕緣材料，并且難于使它們稠密。因此，當(dāng)熔融金屬澆注到結(jié)晶器中時，由于填充材料的去除、熔融金屬浸入縫隙或類似原因，所述結(jié)晶器中的縫隙有時不可能形成。當(dāng)使用一個高頻電流時，為了防止磁場的衰減，上述在日本未經(jīng)審查的專利公開(Kokai)No.5-15949中所披露的連鑄裝置的結(jié)晶器必須具有這樣一個結(jié)構(gòu)，即，所述結(jié)晶器中的多個縫隙不能將結(jié)晶器完全分開。另外，當(dāng)所述縫隙達(dá)到結(jié)晶器的頂端時，為了使結(jié)晶器能夠抵抗受熱變形，在結(jié)晶器內(nèi)需要一個梁將相互面對的每一對結(jié)晶器部分橫向連接在一起，所述結(jié)晶器的一個中央平面夾在所述每一對結(jié)晶器部分之間。另外，在日本未經(jīng)審查的專利公開(Kokai)No.5-15949中所披露的連鑄裝置中，一個能夠使結(jié)晶器內(nèi)部冷卻的平板狀金屬法蘭必須以機(jī)械方式結(jié)合在所述結(jié)晶器的多個區(qū)段的頂端以防止結(jié)晶器的上部受熱變形。另外，上述現(xiàn)有技術(shù)中都具有上述的同樣問題。進(jìn)而，具有縫隙結(jié)構(gòu)的結(jié)晶器不能利用支承板進(jìn)行加強(qiáng)等等，以防止磁場衰減，因此結(jié)晶器的剛度較差。因而，結(jié)晶器受熱變形，并且不能用于澆注一種橫截面積大的材料，諸如一種板坯。結(jié)晶器包含許多區(qū)段，每一個區(qū)段具有一種內(nèi)裝冷卻通道的結(jié)構(gòu)，結(jié)晶器的一個問題是生產(chǎn)成本提高。
上述需要解決的問題是使熔融金屬的液面穩(wěn)定、一個連鑄板坯的表面性能的提高并且高速澆注。下面將進(jìn)行描述的本發(fā)明所涉及的一種用于熔融金屬的連鑄裝置可解決上述問題。
本發(fā)明提供一種用于熔融金屬的連鑄裝置，其中，沿著一個垂直于一個連鑄結(jié)晶器2的內(nèi)壁的方向在結(jié)晶器內(nèi)的熔融金屬12的彎月面的初始凝固部分21附近施加一個電磁力，所述連鑄裝置1包括，圍繞所述結(jié)晶器的周邊的一個電磁線圈10，以連續(xù)或間歇的方式為所述電磁線圈10施加一個頻率為幾十赫茲至幾百赫茲的低頻交流電，所述結(jié)晶器包括一對第一冷卻銅板4和用于與所述銅板結(jié)合的第一非磁性不銹鋼支承板6、一對第二冷卻銅板5和用于與所述銅板結(jié)合的第二非磁性不銹鋼支承板7以及多個含有絕緣材料18的分開冷卻部分3，每一個所述第一冷卻銅板和第二冷卻銅板在與一個澆注表面23相對側(cè)上都具有至少一個溝槽8，
每一個第一支承板和第二支承板靠近和固定所述具有相應(yīng)第一冷卻銅板或第二冷卻銅板的至少一個溝槽的所述表面?zhèn)?，結(jié)果使所述溝槽形成了冷卻通道8，利用絕緣材料18使所述第一冷卻銅板和第二冷卻銅板相互絕緣，以及所述第一支承板和第二支承板被相互隔開并被緊固在一起，同時使它們相互之間保持一種絕緣狀態(tài)。
另外，本發(fā)明還提供一種用于熔融金屬的連鑄裝置，其中，沿著一個垂直于一個連鑄結(jié)晶器2的內(nèi)壁的方向在結(jié)晶器內(nèi)的熔融金屬12的彎月面的初始凝固部分21附近施加一個電磁力，所述連鑄裝置1包括，圍繞所述結(jié)晶器的周邊的一個電磁線圈10，以連續(xù)或間歇的方式為所述電磁線圈10施加一個頻率為幾十赫茲至幾百赫茲的低頻交流電，所述結(jié)晶器包括一對第一冷卻銅板4和用于與所述銅板結(jié)合的第一非磁性不銹鋼支承板6、一對第二冷卻銅板5和用于與所述銅板結(jié)合的第二非磁性不銹鋼支承板7以及多個含有絕緣材料18的分開冷卻部分3，每一個所述第一冷卻銅板和第二冷卻銅板在與一個澆注表面23相對側(cè)上都具有至少一個溝槽8，每一個所述第二冷卻銅板沿著澆注方向X在其整個長度上被分成至少兩個部分，利用絕緣材料18使每一個所述第一冷卻銅板與相鄰的被分開的第二冷卻銅板絕緣，每一個第一支承板靠近和固定所述具有相應(yīng)第一冷卻銅板的至少一個溝槽的所述表面?zhèn)?，結(jié)果使所述溝槽形成了冷卻通道8，絕緣材料18被插入在每一個所述第二支承板和相應(yīng)的被分開的第二冷卻銅板之間，并且每一個所述第二支承板隔開、靠近和固定具有相應(yīng)第二冷卻銅板的溝槽的表面?zhèn)龋瑥亩媒^緣材料和形成冷卻通道8的第二冷卻銅板的溝槽使所述第二冷卻銅板相互之間被隔開，以及所述第一支承板和第二支承板被相互隔開并被緊固在一起，同時使它們相互之間保持一種絕緣狀態(tài)。
另外，本發(fā)明還提供一種連鑄裝置，其中，每一個所述第二支承板沿著澆注方向在其整個長度上被分成至少兩個部分，所述第二支承板和各自相應(yīng)的第二冷卻銅板相互之間以電的方式接觸或絕緣，每一個處于被分成至少兩個部分的所述第二支承板被隔開和緊固在一起，同時使它們相互之間保持一種絕緣狀態(tài)，以及所述結(jié)晶器的第一支承板和第二支承板的周邊被一個支承框架24緊固并被固定到一個外部框架25上。
另外，本發(fā)明還提供一種用于熔融金屬的連鑄裝置，其中，沿著一個垂直于一個連鑄結(jié)晶器2的內(nèi)壁的方向在結(jié)晶器內(nèi)的熔融金屬12的彎月面的初始凝固部分21附近施加一個電磁力，所述連鑄裝置1包括，圍繞所述結(jié)晶器的周邊的一個電磁線圈10，以連續(xù)或間歇的方式為所述電磁線圈10施加一個頻率為幾十赫茲至幾百赫茲的低頻交流電，所述結(jié)晶器包括一對第一冷卻銅板4和用于與所述銅板結(jié)合的第一非磁性不銹鋼支承板6、一對第二冷卻銅板5和用于與所述銅板結(jié)合的第二非磁性不銹鋼支承板7以及多個含有絕緣材料18的分開冷卻部分3，每一個所述第一冷卻銅板和第二冷卻銅板在與一個澆注表面23相對側(cè)上都具有至少一個溝槽8，每一個所述第一冷卻銅板和第二冷卻銅板沿著澆注方向X在它們的整個長度上都被分成至少兩個部分，利用絕緣材料18使所述被分開的第一冷卻銅板與被分開的第二冷卻銅板絕緣，絕緣材料18被插入在每一個所述第一支承板和相應(yīng)的被分開的第一冷卻銅板之間和在每一個所述第二支承板和相應(yīng)的被分開的第二冷卻銅板之間，并且每一個所述第一支承板隔開、靠近和固定具有相應(yīng)第一冷卻銅板的溝槽的表面?zhèn)?，每一個所述第二支承板隔開、靠近和固定具有相應(yīng)第二冷卻銅板的溝槽的表面?zhèn)龋瑥亩媒^緣材料和形成冷卻通道8的第一冷卻銅板和第二冷卻銅板的溝槽使所述第一冷卻銅板和第二冷卻銅板相互之間被隔開，以及所述第一支承板和第二支承板被相互隔開并被緊固在一起，同時使它們相互之間保持一種絕緣狀態(tài)。
另外，本發(fā)明還提供一種連鑄裝置，其中，每一個所述第一支承板和/或所述第二支承板沿著澆注方向在其整個長度上被分成至少兩個部分，所述被分開的第一支承板和各自相應(yīng)的第一冷卻銅板相互之間以電的方式接觸或絕緣，和/或所述被分開的第二支承板和各自相應(yīng)的第二冷卻銅板相互之間以電的方式接觸或絕緣，處于被分成至少兩個部分的所述支承板相互之間被隔開和緊固在一起，同時使它們相互之間保持一種絕緣狀態(tài)，以及所述結(jié)晶器的第一支承板和第二支承板的周邊被一個支承框架24緊固并被固定到一個外部框架25上。
另外，本發(fā)明還提供一種連鑄裝置，其中，每一個所述第一支承板和第二支承板都包括冷卻孔9，所述冷卻孔9部分地或完全地在每一個所述支承板中延伸。
另外，本發(fā)明還提供一種連鑄裝置，其中，為了使一個有效磁壓力系數(shù)A落入一個特定的范圍，確定所述結(jié)晶器的條件，所述有效磁壓力系數(shù)A用于沿著一個垂直于所述結(jié)晶器的內(nèi)壁的方向在熔融金屬的彎月面的初始凝固部分附近激勵一個電磁力，所述有效磁壓力系數(shù)A由下面的公式確定A=P×n/{L×(50t1+t2)×f}]]>其中，P是用于激勵電磁力的一個施加功率，n是結(jié)晶器被分成的部分的數(shù)量，L是結(jié)晶器的內(nèi)部周長，f是用于激勵電磁力的電源的頻率，t1是一個銅板的厚度，t2是一個支承板的厚度。
另外，本發(fā)明還提供一種連鑄裝置，其中，被分開的第二冷卻銅板、或被分開的第一和的第二冷卻銅板、或被分開的冷卻銅板和被分開的支承板的分開間距為至少100毫米。
另外，本發(fā)明還提供一種連鑄裝置，其中，所述絕緣材料是一種絕緣陶瓷板。
另外，本發(fā)明還提供一種連鑄裝置，其中，不是利用絕緣材料，而是利用火焰噴涂的方式使任何一個冷卻銅板和其相鄰的冷卻銅板的結(jié)合表面、任何一個冷卻銅板和其相應(yīng)的支承板的結(jié)合表面、或任何一個支承板和其相鄰的支承板的結(jié)合表面鍍覆有絕緣陶瓷。
另外，本發(fā)明還提供一種連鑄裝置，其中，利用擴(kuò)散粘結(jié)的方法使每一個冷卻銅板的冷卻通道側(cè)和相應(yīng)的非磁性不銹鋼支承板的冷卻通道側(cè)靠近并固定。
在一個用于熔融金屬的連鑄裝置中，通過將一個低頻交流電施加到纏繞在結(jié)晶器周圍的一個線圈中，而不將一個高頻交流電施加到所述線圈中能夠使作用在熔融金屬中的一個磁場的衰減程度大大地降低。當(dāng)以連續(xù)或間歇的方式將一個低頻交流電施加到纏繞在本發(fā)明中的結(jié)晶器周圍的一個線圈上時，傳遞到熔融金屬中的磁場衰減程度被降低。因此，可大大地減少結(jié)晶器的被分開的冷卻部分的分開部分的數(shù)量。在本發(fā)明中已經(jīng)體現(xiàn)了這個優(yōu)點(diǎn)。利用一種非磁性不銹鋼支承板支承和固定每一個被分開的冷卻銅板能夠形成結(jié)晶器的每一個被分開的冷卻部分，從而增強(qiáng)了所組成的結(jié)晶器的剛度。結(jié)晶器的被分開冷卻部分的數(shù)量減少，即，被分開的冷卻部分的增大能夠增大冷卻區(qū)域。由于所述結(jié)晶器的被分開的冷卻部分具有一個利用下面的方法而形成的結(jié)構(gòu)，即，在使冷卻銅板和各自相應(yīng)的支承板靠近和固定之前準(zhǔn)備冷卻通道，然后再使冷卻銅板和各自相應(yīng)的支承板靠近和固定的方法，因此可降低生產(chǎn)成本。利用一種非磁性不銹鋼制作支承板可減少產(chǎn)生在所述支承板自身中的渦流，并進(jìn)一步地提高電磁線圈傳遞到熔融金屬的彎月面的初始能夠部分中的磁場效率。另外，將絕緣材料放入到冷卻銅板之間的間隙、支承板和各自相應(yīng)的冷卻銅板之間的間隙以及支承板之間的間隙中，并且冷卻銅板和支承板被緊固，因此，一個緊固在一起的結(jié)晶器結(jié)構(gòu)能使每一個分開的冷卻銅板的冷卻銅板和支承板相互絕緣。因此，低頻交流電可被進(jìn)一步降低。另外，即使在所述間隙中不放絕緣材料，也可通過保持這些間隙而使支承板相互之間保持絕緣。在這種情況下，可根據(jù)低頻交流電的功率任意選擇需要絕緣的情況。另外，以間隙的方式將低頻交流電提供給纏繞在結(jié)晶器周圍的電磁線圈能夠使熔融金屬的液面穩(wěn)定、使連鑄板坯的表面性能提高和提高澆注速度。
對于本發(fā)明中的一個連鑄裝置的結(jié)晶器，為了沿著一個垂直于所述結(jié)晶器的內(nèi)壁的方向在熔融金屬的彎月面的初始凝固部分附近激勵一個電磁力，確定所述結(jié)晶器的條件，使一個有效磁壓力系數(shù)A落入一個特定的范圍，所述有效磁壓力系數(shù)A用于，所述有效磁壓力系數(shù)A由下面的公式確定A=P×n/{L×(50t1+t2)×f}]]>其中，P是用于激勵電磁力的一個施加功率，n是結(jié)晶器被分成的部分的數(shù)量，L是結(jié)晶器的內(nèi)部周長，f是用于激勵電磁力的電源的頻率，t1是一個銅板的厚度，t2是一個支承板的厚度。
當(dāng)有效磁壓力系數(shù)A小于0.3時，沿著垂直于所述結(jié)晶器的內(nèi)壁的方向所產(chǎn)生的磁壓力不夠，提高連鑄板坯的表面性能是不能令人滿意的。當(dāng)有效磁壓力系數(shù)A大于1.5時，通過電磁線圈的低頻交流電過大，電磁線圈周圍的金屬過熱，將會阻礙熔融金屬形成一個凝固的型殼。
因此，有效磁壓力系數(shù)A最好在0.3至1.5的范圍之間。
通常利用螺栓使在分開的冷卻部分中的冷卻銅板和支承板的固定表面靠近和固定。為了使冷卻銅板和支承板的固定表面靠近和固定，O形圈被插入在冷卻銅板和支承板之間的冷卻通道周圍的固定表面之間。另外，根據(jù)低頻交流電的功率，可將絕緣材料插入在冷卻銅板和支承板的固定表面之間并使其固定。為了保證一個令人滿意的冷卻通道面積，防止從熔融金屬吸取的熱量不足并且避免出現(xiàn)最差的情況，結(jié)晶器的被分開冷卻部分的分開間距為至少100毫米。
在現(xiàn)有技術(shù)中，對于一個具有貫穿結(jié)晶器上部的縫隙的結(jié)晶器，諸如無機(jī)粘結(jié)劑的物質(zhì)必須被埋入其中。但是，這些物質(zhì)在澆注過程中容易脫落，這是因?yàn)槭惯@些物質(zhì)稠密是困難的并且這些物質(zhì)不能很好地與結(jié)晶器的基部材料粘結(jié)在一起，因此長時間使用結(jié)晶器是不可能的。因而，在本發(fā)明中，一個結(jié)晶器在澆注方向上在整個長度上被分開，因此，可以高精度的方式單獨(dú)對分開的冷卻銅板的結(jié)合表面進(jìn)行加工。因此，絕緣陶瓷板可被粘結(jié)在每一個冷卻銅板和其相鄰的冷卻銅板的結(jié)合表面上，以及利用火焰噴涂的方式在所述結(jié)合表面上鍍覆絕緣陶瓷。在每一個冷卻銅板和其相鄰的冷卻銅板的結(jié)合表面上粘結(jié)性能得到提高，并且提高了結(jié)晶器耐熱性能，可使結(jié)晶器被長時間使用。
在本發(fā)明中，可利用螺栓使在結(jié)晶器的每一個被分開冷卻部分中的冷卻銅板和相應(yīng)支承板的固定表面靠近和固定。另外，可利用擴(kuò)散粘結(jié)所述冷卻銅板和支承板的固定表面來使冷卻銅板和支承板被結(jié)合和固定。這種工藝方法的優(yōu)點(diǎn)是無需使用一種O形圈；增大了冷卻區(qū)域；提高了耐熱性能；以及筒化結(jié)晶器的機(jī)加工。
現(xiàn)將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的描述。圖1是本發(fā)明所涉及的一個用于熔融金屬的連鑄裝置的截面圖。如圖1中所示，一個用于熔融金屬的連鑄裝置1裝有一個電磁線圈10，所述電磁線圈10設(shè)置在一個結(jié)晶器2的外表面的周圍，以連續(xù)或間歇的方式為所述電磁線圈10提供一種頻率范圍在幾十赫茲至幾百赫茲之間的低頻交流電以使電磁力沿著一個與結(jié)晶器2的內(nèi)壁垂直的方向作用在結(jié)晶器2的熔融金屬12的彎月面的一個初始凝固部分21中。
圖2和圖3是本發(fā)明所涉及的一個連鑄裝置1的裝配示意圖。本發(fā)明所涉及的連鑄裝置1裝有一個結(jié)晶器2、一個電磁線圈10、一個支承框架24和一個外部框架25。另外，所述結(jié)晶器2具有第一冷卻銅板4和第一支承板(一種常規(guī)結(jié)晶器的較長側(cè))以及第二冷卻銅板5和第二支承板(一種常規(guī)結(jié)晶器的較短側(cè))。根據(jù)鑄造條件，所述結(jié)晶器2的每一個部分是可分開的，并且可任意具有溝槽(冷卻通道)8、冷卻通道9、冷卻水輸入部分26和冷卻水輸出部分。本發(fā)明所涉及的結(jié)晶器2包括分開的冷卻部分3，結(jié)晶器2以絕緣的方式與所述支承框架24緊固在一起并被固定到所述外部框架25上。所述支承框架可增強(qiáng)結(jié)晶器的剛度。
如圖4中所示，當(dāng)結(jié)晶器2中磁場衰減程度輕微增大時(當(dāng)輕微地產(chǎn)生渦流時)，僅形成有第一冷卻銅板4和各自相應(yīng)的第一支承板6(即，一種常規(guī)結(jié)晶器的較長側(cè))的所述冷卻部分3以及形成有第二冷卻銅板5和各自相應(yīng)的第二支承板7(一種常規(guī)結(jié)晶器的較短側(cè))的冷卻部分3的四個結(jié)合表面17被以絕緣的方式相互地緊固。另外，當(dāng)磁場衰減程度過大時，在每一個第二冷卻銅板5和相應(yīng)的第二支承板7之間插入絕緣材料，并且利用絕緣的緊固螺栓15以絕緣的方式緊固所述銅板和支承板。
另外，圖8示出了在所述冷卻銅板4、5和支承板6、7被相互分開并且相對表面被絕緣的情況下的一個緊固部分。在分開的冷卻部分3中，在所述冷卻銅板4、5和支承板6、7的結(jié)合表面之間插入絕緣材料18，并且所述冷卻銅板和各自相應(yīng)的支承板被以絕緣的方式被緊固。當(dāng)在保證所述結(jié)晶器的剛度的同時使磁場衰減程度增大一些時。僅所述冷卻銅板可被分開。圖5是本發(fā)明的一個結(jié)晶器的截面圖，其中僅第二冷卻銅板5被分開。形成有第一冷卻銅板4和第一支承板6的所述分開的冷卻部分3以及形成有第二冷卻銅板5和第二支承板7的所述分開的冷卻部分3形成有多個冷卻銅板4、5以及非磁性不銹鋼支承板6、7，在所述冷卻銅板4、5的熔融金屬12一側(cè)上設(shè)置冷卻通道8，所述每一個非磁性不銹鋼支承板位于各自相應(yīng)的冷卻銅板的外側(cè)，絕緣材料插入在銅板之間以及每一個銅板和相應(yīng)的支承板之間。也可用常規(guī)的連接螺栓14固定所述第一冷卻銅板4和第一支承板6，這是因?yàn)椋^緣材料18使所述第一冷卻銅板4與第二冷卻銅板5絕緣并且絕緣連接螺栓15使第一支承板6與第二支承板7絕緣。換言之，所述分開的冷卻部分3是這樣形成的，即，利用冷卻通道8和絕緣材料使非磁性不銹鋼支承板6、7分別與冷卻銅板4、5相對并利用絕緣緊固螺栓(如圖9中所示)使支承板6、7和銅板4、5靠近和固定。另外，為了提高結(jié)晶器的冷卻效果，每一個所述支承板6、7最好都設(shè)有多個冷卻通道。為了防止冷卻水從冷卻銅板4、5以及支承板6、7所形成的冷卻通道8中泄露，可在每一個冷卻通道8的周邊設(shè)置一個溝槽，諸如O形圈的密封件可被插入到所述溝槽中。另外，所述分開的冷卻部分3相互絕緣并且被緊固和固定以形成一個結(jié)晶器。
另外，如圖5(A)和圖5(B)中所示，結(jié)晶器2中靠近彎月面的初始凝固部分的部分被電磁線圈10包圍，電磁力沿著一個與結(jié)晶器的內(nèi)壁垂直的方向作用在熔融金屬中。
當(dāng)結(jié)晶器的較長側(cè)(第二冷卻部分)的寬度大從而使磁場衰減過大時，如圖6中所示，第二冷卻銅板5和第二支承板7最好被分開。另外，為了提高結(jié)晶器的冷卻效果，每一個所述支承板6、7最好都設(shè)有多個冷卻通道。當(dāng)結(jié)晶器的較短側(cè)(第一冷卻部分)的寬度大從而使磁場衰減過大時，如圖7中所示，第一冷卻銅板4和第一支承板6最好被分開。在這種情況下，為了提高結(jié)晶器的冷卻效果，同樣每一個所述支承板6、7最好都設(shè)有多個冷卻通道。
圖10是結(jié)合的冷卻銅板4、5的一個局部視圖，其中，所述冷卻銅板4、5的結(jié)合表面17設(shè)有陶瓷板19以使冷卻銅板4、5相互絕緣。所述絕緣陶瓷是一種純度極高(純度為99.5％)的三氧化二鋁陶瓷板。長100毫米和寬14毫米(寬度等于冷卻銅板的最終厚度)的陶瓷板在燒結(jié)后被磨削以具有一個為1.0毫米的厚度，所得到的陶瓷板被粘結(jié)在冷卻銅板4、5的結(jié)合表面17上。
下列絕緣材料18也可被省略圖6中的在第二冷卻銅板5和第二支承板7之間的絕緣材料18；圖7和圖8中的在第一冷卻銅板4和第一支承板6之間的絕緣材料18以及在第二冷卻銅板5和第二支承板7之間的絕緣材料18。換言之，即使當(dāng)每一對冷卻銅板和支承板相互之間是電的方式接觸的，由于絕緣材料18存在于分開的第一銅板和/或分開的第二銅板中，因此使分開的冷卻部分相互之間被絕緣，這樣也可達(dá)到本發(fā)明的效果。
在本發(fā)明中，也可不使用陶瓷板，而是在冷卻銅板4和冷卻銅板5之間的結(jié)合表面17被以火焰噴涂的方式鍍覆陶瓷而使冷卻銅板4、5相互絕緣。圖11是結(jié)合的冷卻銅板的一個局部視圖，其中，結(jié)合表面17被以火焰噴涂的方式鍍覆陶瓷20而使冷卻銅板4、5相互絕緣。絕緣的火焰噴涂陶瓷是利用將氧化鋯以火焰噴涂的方式鍍覆在冷卻銅板4和冷卻銅板5的結(jié)合表面17上而形成的，將所述陶瓷拋光到0.5毫米的厚度。
在本發(fā)明上述的內(nèi)容中，使冷卻銅板4、5分別與非磁性不銹鋼支承板6、7相對，并且利用連接螺栓14使它們靠近并固定以形成結(jié)晶器2的分開的冷卻部分3。但是，在每一個冷卻銅板4、5和相應(yīng)的非磁性不銹鋼支承板6、7之間的相對表面可被擴(kuò)散粘結(jié)，而不是利用連接螺栓14使它們靠近和固定。圖12是一個利用HIP(1500個大氣壓×950℃×2小時)粘
<p>表2
本發(fā)明的連鑄結(jié)晶器裝有一個電磁線圈，用于沿著一個垂直于結(jié)晶器內(nèi)壁的方向在熔融金屬彎月面的初始凝固部分附近施加一個電磁力。表3列出了使用電磁線圈的條件。
表3
在上述條件下，以在表4中所示的方式使所述結(jié)晶器的較短側(cè)冷卻部分(形成有第一冷卻銅板和第一支承板)和所述結(jié)晶器的較長側(cè)冷卻部分(形成有第二冷卻銅板和第二支承板)分開。
表4
利用例1至例3中的結(jié)晶器和對比例1至對比例2，制備具有表1中所示尺寸的板坯。表5示出了每一種板坯的平均表面粗糙度(微米)。
表5
注釋CE為對比例實(shí)施例4至9利用本發(fā)明所涉及的連鑄裝置和現(xiàn)有技術(shù)中的裝置，澆注中碳鋼(S12C，C＝0.10至0.12)。表6示出了澆注條件和澆注結(jié)果。下面內(nèi)容可從表6中的澆注結(jié)果中清楚地得到。在實(shí)施例4中，所得到的表面粗糙度是相當(dāng)令人滿意的，并且其有效磁壓力系數(shù)是0.55；在對比例3中，所得到的表面光潔度不是令人滿意的，并且其有效磁壓力系數(shù)是0.11；在在對比例4中，其有效磁壓力系數(shù)是1.77，所述板坯表面上形成有裂縫。
表6
注釋*1分成三部分(較長側(cè)銅板+相應(yīng)的支承板)(支承板和相應(yīng)的冷卻銅板之間沒有絕緣材料)*2分成兩部分(較長側(cè)銅板+相應(yīng)的支承板)；分成兩部分(較短側(cè)銅板+相應(yīng)的支承板)*3形成漏鋼CE為對比例其它澆注條件如下澆注速度為1.2米/分；電流的間歇性施加(0.075秒通-0.075秒斷)。
在本發(fā)明所涉及的用于熔融金屬的連鑄裝置中，由于所施加的是低頻交流電，因此能夠減少用于形成結(jié)晶器的分開冷卻部分的冷卻銅板和支承板的分開數(shù)量，利用各自相應(yīng)的非磁性支承板支承和固定結(jié)晶器的每一個冷卻銅板，從而增強(qiáng)了結(jié)晶器的剛度，增大冷卻區(qū)域以及降低生產(chǎn)成本。因此，能夠使熔融金屬的液面穩(wěn)定，使板坯表面光滑并且能夠提高澆注速度。
在本發(fā)明中，一個結(jié)晶器在整個長度上被沿著澆注方向被分開，因此每一個冷卻銅板與其相鄰的冷卻銅板的結(jié)合表面可被以高精度的方式被加工。從而，絕緣陶瓷板可被粘結(jié)在所述結(jié)合表面上，所述結(jié)合表面可被以火焰噴涂的方式鍍覆絕緣陶瓷；提高了結(jié)晶器的每一個冷卻銅板與其相鄰的冷卻銅板之間的結(jié)合表面的粘結(jié)能力；提高了結(jié)晶器的耐熱能力，這可使結(jié)晶器被長時間的使用。
在本發(fā)明中，可利用螺栓使在結(jié)晶器的分開冷卻部分中的冷卻銅板的固定表面和一個相應(yīng)支承板的固定表面靠近并固定。另外，還可利用擴(kuò)散粘結(jié)所述固定表面使冷卻銅板和支承板被結(jié)合和固定。這種工藝方法的優(yōu)點(diǎn)是無需使用一種O形圈；增大了冷卻區(qū)域；提高了耐熱性能；以及簡化結(jié)晶器的機(jī)加工。
權(quán)利要求
1.一種用于熔融金屬的連鑄裝置，其中，沿著一個垂直于一個連鑄結(jié)晶器(2)的內(nèi)壁的方向在結(jié)晶器內(nèi)的熔融金屬(12)的彎月面的初始凝固部分(21)附近施加一個電磁力，所述連鑄裝置(1)包括，圍繞所述結(jié)晶器的周邊的一個電磁線圈(10)，以連續(xù)或間歇的方式為所述電磁線圈(10)施加一個頻率為幾十赫茲至幾百赫茲的低頻交流電，所述結(jié)晶器包括一對第一冷卻銅板(4)和用于與所述銅板結(jié)合的第一非磁性不銹鋼支承板(6)、一對第二冷卻銅板(5)和用于與所述銅板結(jié)合的第二非磁性不銹鋼支承板(7)以及多個含有絕緣材料(18)的分開冷卻部分(3)，每一個所述第一冷卻銅板和第二冷卻銅板在與一個澆注表面(23)相對側(cè)上都具有至少一個溝槽(8)，每一個第一支承板和第二支承板靠近和固定所述具有相應(yīng)第一冷卻銅板或第二冷卻銅板的至少一個溝槽的所述表面?zhèn)?，結(jié)果使所述溝槽形成了冷卻通道(8)，利用絕緣材料(18)使所述第一冷卻銅板和第二冷卻銅板相互絕緣，以及所述第一支承板和第二支承板被相互隔開并被緊固在一起，同時使它們相互之間保持一種絕緣狀態(tài)。
2.一種用于熔融金屬的連鑄裝置，其中，沿著一個垂直于一個連鑄結(jié)晶器(2)的內(nèi)壁的方向在結(jié)晶器內(nèi)的熔融金屬(12)的彎月面的初始凝固部分(21)附近施加一個電磁力，所述連鑄裝置(1)包括，圍繞所述結(jié)晶器的周邊的一個電磁線圈(10)，以連續(xù)或間歇的方式為所述電磁線圈(10)施加一個頻率為幾十赫茲至幾百赫茲的低頻交流電，所述結(jié)晶器包括一對第一冷卻銅板(4)和用于與所述銅板結(jié)合的第一非磁性不銹鋼支承板(6)、一對第二冷卻銅板(5)和用于與所述銅板結(jié)合的第二非磁性不銹鋼支承板(7)以及多個含有絕緣材料(18)的分開冷卻部分(3)，每一個所述第一冷卻銅板和第二冷卻銅板在與一個澆注表面(23)相對側(cè)上都具有至少一個溝槽(8)，每一個所述第二冷卻銅板沿著澆注方向(X)在其整個長度上被分成至少兩個部分，利用絕緣材料(18)使每一個所述第一冷卻銅板與相鄰的被分開的第二冷卻銅板絕緣，每一個第一支承板靠近和固定所述具有相應(yīng)第一冷卻銅板的至少一個溝槽的所述表面?zhèn)?，結(jié)果使所述溝槽形成了冷卻通道(8)，絕緣材料(18)被插入在每一個所述第二支承板和相應(yīng)的被分開的第二冷卻銅板之間，并且每一個所述第二支承板隔開、靠近和固定具有相應(yīng)第二冷卻銅板的溝槽的表面?zhèn)?，從而利用絕緣材料和形成冷卻通道(8)的第二冷卻銅板的溝槽使所述第二冷卻銅板相互之間被隔開，以及所述第一支承板和第二支承板被相互隔開并被緊固在一起，同時使它們相互之間保持一種絕緣狀態(tài)。
3.按照權(quán)利要求2的連鑄裝置，其中，每一個所述第二支承板沿著澆注方向在其整個長度上被分成至少兩個部分，所述第二支承板和各自相應(yīng)的第二冷卻銅板相互之間以電的方式接觸或絕緣，每一個處于被分成至少兩個部分的所述第二支承板被隔開和緊固在一起，同時使它們相互之間保持一種絕緣狀態(tài)，以及所述結(jié)晶器的第一支承板和第二支承板的周邊被一個支承框架(24)緊固并被固定到一個外部框架(25)上。
4.一種用于熔融金屬的連鑄裝置，其中，沿著一個垂直于一個連鑄結(jié)晶器(2)的內(nèi)壁的方向在結(jié)晶器內(nèi)的熔融金屬(12)的彎月面的初始凝固部分(21)附近施加一個電磁力，所述連鑄裝置(1)包括，圍繞所述結(jié)晶器的周邊的一個電磁線圈(10)，以連續(xù)或間歇的方式為所述電磁線圈(10)施加一個頻率為幾十赫茲至幾百赫茲的低頻交流電，所述結(jié)晶器包括一對第一冷卻銅板(4)和用于與所述銅板結(jié)合的第一非磁性不銹鋼支承板(6)、一對第二冷卻銅板(5)和用于與所述銅板結(jié)合的第二非磁性不銹鋼支承板(7)以及多個含有絕緣材料(18)的分開冷卻部分(3)，每一個所述第一冷卻銅板和第二冷卻銅板在與一個澆注表面(23)相對側(cè)上都具有至少一個溝槽(8)，每一個所述第一冷卻銅板和第二冷卻銅板沿著澆注方向(X)在它們的整個長度上都被分成至少兩個部分，利用絕緣材料(18)使所述被分開的第一冷卻銅板與被分開的第二冷卻銅板絕緣，絕緣材料(18)被插入在每一個所述第一支承板和相應(yīng)的被分開的第一冷卻銅板之間和在每一個所述第二支承板和相應(yīng)的被分開的第二冷卻銅板之間，并且每一個所述第一支承板隔開、靠近和固定具有相應(yīng)第一冷卻銅板的溝槽的表面?zhèn)?，每一個所述第二支承板隔開、靠近和固定具有相應(yīng)第二冷卻銅板的溝槽的表面?zhèn)?，從而利用絕緣材料和形成冷卻通道(8)的第一冷卻銅板和第二冷卻銅板的溝槽使所述第一冷卻銅板和第二冷卻銅板相互之間被隔開，以及所述第一支承板和第二支承板被相互隔開并被緊固在一起，同時使它們相互之間保持一種絕緣狀態(tài)。
5.按照權(quán)利要求4的連鑄裝置，其中，每一個所述第一支承板和/或所述第二支承板沿著澆注方向在其整個長度上被分成至少兩個部分，所述被分開的第一支承板和各自相應(yīng)的第一冷卻銅板相互之間以電的方式接觸或絕緣，和/或所述被分開的第二支承板和各自相應(yīng)的第二支承板相互之間以電的方式接觸或絕緣，處于被分成至少兩個部分的所述支承板相互之間被隔開和緊固在一起，同時使它們相互之間保持一種絕緣狀態(tài)，以及所述結(jié)晶器的第一支承板和第二支承板的周邊被一個支承框架(24)緊固并被固定到一個外部框架(25)上。
6.按照權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)的連鑄裝置，其中，每一個所述第一支承板和第二支承板都包括冷卻孔(9)，所述冷卻孔(9)部分地或完全地在每一個所述支承板中延伸。
7.按照權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)的連鑄裝置，其中，為了使一個有效磁壓力系數(shù)A落入一個特定的范圍，確定所述結(jié)晶器的條件，所述有效磁壓力系數(shù)A用于沿著一個垂直于所述結(jié)晶器的內(nèi)壁的方向在熔融金屬的彎月面的初始凝固部分附近激勵一個電磁力，所述有效磁壓力系數(shù)A由下面的公式確定A=P×n/{L×(50t1+t2)×f}]]>其中，P是用于激勵電磁力的一個電源的施加功率，n是結(jié)晶器被分成的部分的數(shù)量，L是結(jié)晶器的內(nèi)部周長，f是用于激勵電磁力的電源的頻率，t1是一個銅板的厚度，t2是一個支承板的厚度。
8.按照權(quán)利要求2至5中任何一項(xiàng)的連鑄裝置，其中，被分開的第二冷卻銅板、或被分開的第一和第二冷卻銅板、或被分開的冷卻銅板和被分開的支承板的分開間距為至少100毫米。
9.按照權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)的連鑄裝置，其中，所述絕緣材料是一種絕緣陶瓷板。
10.按照權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)的連鑄裝置，其中，不是利用絕緣材料，而是利用火焰噴涂的方式使任何一個冷卻銅板和其相鄰的冷卻銅板的結(jié)合表面、任何一個冷卻銅板和其相應(yīng)的支承板的結(jié)合表面、或任何一個支承板和其相鄰的支承板的結(jié)合表面鍍覆有絕緣陶瓷。
11.按照權(quán)利要求1、3或5中任何一項(xiàng)的連鑄裝置，其中，利用擴(kuò)散粘結(jié)的方法使每一個冷卻銅板的冷卻通道側(cè)和相應(yīng)的非磁性不銹鋼支承板的冷卻通道側(cè)靠近并固定。
全文摘要
連鑄裝置裝有一個結(jié)晶器,結(jié)晶器具有一個電磁線圈,電磁線圈將一個低頻交流電傳遞到彎月面的初始凝固部分,結(jié)晶器形成有多個被分開的冷卻部分,被分開的冷卻部分形成有多個冷卻銅板,每一個冷卻銅板具有冷卻通道和支承板,被分開的冷卻部分是這樣形成的,使每一個分開的冷卻銅板的冷卻通道側(cè)與相應(yīng)的非磁性不銹鋼支承板的冷卻通道側(cè)相對,并且通過將絕緣材料粘結(jié)到冷卻銅板的結(jié)合表面使冷卻銅板之間相互絕緣。
文檔編號B22D11/055GK1265945SQ00103830
公開日2000年9月13日 申請日期2000年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月3日
發(fā)明者鈴木規(guī)之, 竹內(nèi)榮一, 川畑輝夫, 管野力哉 申請人:新日本制鐵株式會社