專利名稱：連續(xù)鑄造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權利要求1及權利要求9所分別界定的各種金屬的連續(xù)鑄造方法，及用于此種連續(xù)鑄造方法的設備。其中，液態(tài)金屬作為冷卻液用來直接冷卻股索。
背景技術：
有幾份現(xiàn)有技術文件反映了此種方法第US 3430680A號美國專利公報揭示了一種冷卻方法，該冷卻方法設有一垂直導向的導管，冷卻液因重力而經(jīng)由導管流動。一噴嘴居中插入所述的導管之中，為避免液體與液體接觸面產(chǎn)生的任何剪切力或者其他干擾，待鑄造的金屬系呈液體狀態(tài)并以與冷卻液相同的速度通過該噴嘴。待鑄造的金屬自接觸面朝向股索的中央?yún)^(qū)域開始凝固，且最終硬化至足于自冷卻液中分離。除了要使成為液體流中的兩個組成部分的兩種單獨的液體以完全簿片狀態(tài)流動并且達到完全相同的速度而存在巨大的困難外，冷卻效果更確實因為此種原因而相當不佳。
第US 3874438A號美國專利公報揭示了一種液態(tài)金屬的冷卻槽，其中液態(tài)金屬的表面系位于(給定外形的)坩堝的出口之下。溫度的狀態(tài)是非常巧妙的，在進入冷卻槽之前不久，熔料在坩堝的出口區(qū)域達到其凝固點。該冷卻槽設成為圓柱體形狀并通過圓柱體周壁的熱傳遞而冷卻。專門的設備，亦即所附加的冷卻液收容器，被設置為用來將冷卻液表面保持在選擇的高度。在坩堝的出口區(qū)域保持凝固點的溫度是非常困難的，必須要考慮到股索在其橫截面的絕大部分之上仍然呈液體狀態(tài)，熱量因為凝固而自由地釋放，且順著股索的冷卻進程因為冷卻液溫度的越來越高在鑄造過程期間始終在發(fā)生變化。
第US 5344597A號美國專利公報揭示了一種從液體狀態(tài)制造簿片鋼板的相當復雜的方法。熔化鑄件簿層放置于由熔化的金屬(如鉛)組成的冷卻液的表面中，自冷卻液上漂移至輥軋床，并在輥軋床里被保持、導引以及被移開。冷卻液僅僅進入接觸到鑄件較低的一側。冷卻液從熔室的表面區(qū)域傳遞至冷卻器并通過水泵返回到熔室的底部區(qū)域。因為只有單面冷卻，冷卻液位于鑄件的下面，以及簿片鋼板相對于冷卻液的表面作平行移動，所以熱量傳輸及因此產(chǎn)生的冷卻是相當不佳與不均勻的，而導致產(chǎn)品的應力及扭曲。
第US 495430A號美國專利公報揭示了一種類似的方法，其主要的不同在于，液態(tài)的金屬(鋼水)是怎樣被引到鉛之上以及怎樣被輸出，該鑄造過程是與此相同的并且具有同樣的缺點。
第US 4510989A與第US 4751959A號美國專利公報分別揭示出兩種十分近似的設備與方法。其分別揭示表面具有簿固體層的熔化鑄件，被引入包含熔化金屬的冷卻室中并順著弓形軌道移動。該冷卻室的容量遠遠大于浸入其中的股索的體積，因而該方法需要大量的冷卻液。該冷卻液，在其最佳狀況下，被設置于容器底部上的循環(huán)水泵任意地攪動。重要的問題因冷卻液的巨大表面區(qū)域與產(chǎn)生于熔室內(nèi)不同程序的危險蒸汽及氣體而產(chǎn)生。另一個問題伴隨著下面這個事實而產(chǎn)生，即股索不得不成型為彎曲的形狀，然后再重新成為細長的形狀。如此將產(chǎn)生結構性的問題并在最終產(chǎn)品上導致品質(zhì)上的缺陷。
第US2363695A號美國專利公報提供了一種不錯的思路，熔化材料，大多數(shù)情形下即是鋼，通過絕熱的U型導管注入噴嘴之中，該噴嘴是朝上設在充滿作為冷卻液的液態(tài)鉛的容器之內(nèi)，然后垂直朝上流出。冷卻液沒有被攪動地保持于容器內(nèi)，因而僅僅隨著股索運動以及因為溫度的差異而產(chǎn)生的對流運動，這即意味著并沒有激烈地運動。此種情況，與股索的伴同移動，以及鉛因變熱而產(chǎn)生的上升，產(chǎn)生均衡冷卻與長時間循環(huán)運行的問題。
第US 863161A號美國專利公報揭示出通過兩個步驟的導管鑄造技術第一步，水冷式模具用來在股索的表面產(chǎn)生固體金屬簿層；第二步，股索順著彎曲的軌道經(jīng)由直接與液態(tài)金屬接觸而進一步冷卻。該液態(tài)金屬保持在圍著鑄件的環(huán)狀裂口里且通過水間接地冷卻。除了模具環(huán)形而產(chǎn)生的問題，還同時存在著因復雜的熱傳遞而產(chǎn)生的均勻性問題，即熱量從熔化的中心通過固態(tài)的表面區(qū)域到達作為冷卻液的液態(tài)金屬，進而進入模具的周壁及在周壁的管道中循環(huán)的水中。而通過這種設置達到明確規(guī)定及均勻冷卻的計劃幾乎是不可能的。
第US 3128513A號美國專利公報揭示了一種以熔鹽作以為冷卻液的鑄造方法。為此，股索相較于冷卻液具有更高的密度以沉入容器的底部。股索內(nèi)部的液體壓力系用來形成股索的橫截面。但如此也將產(chǎn)生許多的問題甚至是極大的危險，如熔化金屬的突然爆發(fā)等等。冷卻液通常沒有任何攪動地保持在容器的底部，在某些具體的實施方式中，關于股索的可移動模具會被使用，此時股索的表面與冷卻液的接觸是受到妨礙的。
第JP 62101353A號日本專利公報揭示出一種管道鑄造的傳統(tǒng)方法。為正確及平滑地形成內(nèi)表面，中空的型芯插入到噴嘴。為了防止水與熔化金屬的直接接觸萬一發(fā)生意外時發(fā)生任何危險(涌流爆發(fā))，中空的型芯于其內(nèi)部通過熔化金屬代替水來進行冷卻，因而股索與液態(tài)金屬之間并沒有直接的接觸。
通常來講，連續(xù)鑄造技術的引進是一種非常有效的半成品的生產(chǎn)方法。產(chǎn)品是輥軋錠鐵、擠壓鋼坯、條板與電線，有時也可以是管道，更進而是鍛造原料，極少情況下也可能是預觸變材料。鑄造材料則是鋁、銅、鎂、鎳以及他們的合金如同鋼一樣。大量影響鑄造程序的參數(shù)已導致許多的不同模具設計的發(fā)展。
通常，鑄造熔料間接地通過模具冷卻，直至其凝固成足以承受模具出口產(chǎn)生的壓力及足以抵抗液態(tài)鑄造熔料的爆發(fā)的殼體。股索于模具出口后的很短距離直接通過水進行冷卻，被理解為正如簿膜冷卻或噴淋冷卻或者具有水與氣體的兩階段冷卻。直接冷卻階段是確保股索液態(tài)型芯的凝固。有時候第二冷卻階段后還有第三冷卻階段，即浸入水容器中或者通過流動氣體溫和地冷卻。
該方法不同于在模具中的間接冷卻階段及其接下來的通過水或水與氣的直接冷卻階段，是現(xiàn)有技術。但是此種冷卻思路的缺點在于，模具與股索之間的摩擦力會造成新成型表面的損害。而且，因為凝固收縮的結果而在模具與股索之間產(chǎn)生的氣隙，進而導致股索殼體的重復加熱，也是不利的。這兩種情況將導致產(chǎn)生對連續(xù)鑄造股索的表面下層有重要影響的缺陷，例如表面縫隙，比如摩擦力過高的情況下，隔離與凹室的大小不同，殼體彎曲度等。無論如何，股索的表面下層與其中心非常不同，因而不得不特別地從輥軋錠鐵分離開來加工。這意味著有必要附加一個工藝步驟，從而導致成本的增加。一種降低表面下層厚度的方法是采用潤滑劑。許多不但采用潤滑劑而且采用潤滑劑/氣體混合物以降低模具中的摩擦力與熱散發(fā)的不同的潤滑系統(tǒng)已經(jīng)設計出來，但是完全消除表面下層是不可能的。另一種方法是減小模具的長度以便減小股索表面下層的厚度，但這將需要一個更好的并且因而成本更高的工藝控制系統(tǒng)。
為單晶體產(chǎn)品制造的目的，一種熱模具被用于所謂的Ohno連續(xù)鑄造制程(OCC)中。為防止晶核在模具周壁上形成并且確保軸向的凝固，模具的溫度遠遠高于鑄造材料的熔點。關于該制程必要的熱傳遞是通過在距模具出口明確界定距離之唯一位置的直接冷卻而實現(xiàn)的。經(jīng)由該制程制造出來的股索通常是具有光滑表面的單晶體。但是，單晶體的制造并非通常連續(xù)鑄造制程的目標，因為制造出來的股索應當經(jīng)由輥軋、擠壓或鍛造或其他具有各向同性特性的冷加工或熱加工制程而得到。
在這兩種方法之間(即通過冷模具鑄造與通過熱模具鑄造)，存在與絕熱模具共同作用及僅僅通過直接冷卻方式進行冷卻的可能性。當在正確的制程參數(shù)情形下運行時，這也有希望得到一個光滑的、沒有表面下層的股索。但是因為活動的模具的長度非常短，該方法要求一個相當迅速、精確的制程控制系統(tǒng)。
大多數(shù)描述的方法具有一個共同的特性，即利用水作為冷卻液，基于表面溫度與冷卻水的供應量，將導致于冷卻的表面產(chǎn)生或多或少的蒸汽膜。這將導致在直接冷卻階段產(chǎn)生非常強的可變化的熱傳遞系數(shù)。依賴于致冷的理念，鑄造材料的特性、股索表面的粗糙度、水供應量與水的周轉(zhuǎn)率，以及水的溫度，均是決定性的。但是這些參數(shù)將影響熱撕裂、表面縫隙的發(fā)展以及可能的鑄件等級。因為參數(shù)在鑄造過程中是可能變化的，產(chǎn)品的質(zhì)量也可能改變。
第EP 063832號歐洲專利公報揭示了一種關于探針“鑄造”的概念，系于模具中凝固因而實際上沒有真正的鑄造程序，甚至不能算是連續(xù)鑄造方法。
第DE 4127792號德國專利公報揭示了一種將有疑問的探針置入具有特定幾何特性的預加熱模具中，此時將形成一特別的凝固形狀。這確為一種鑄造方法，然而卻與連續(xù)鑄造方法無任何關系。
正如人們可能看見，一種能避免所提到的諸多缺點卻沒有失去已知方法的各種優(yōu)點的，簡單、可信賴的連續(xù)鑄造方法及其設備存在著巨大的利益。

發(fā)明內(nèi)容
為達成本發(fā)明之目的，本發(fā)明打算利用一個或多個液態(tài)的金屬或離子的噴射流或液體流作為一種劇烈流動的冷卻媒介以及一種具有優(yōu)越性的絕熱模具。這樣將確保沒有水蒸汽膜存在于股索的表面。并且冷卻液在被以既定的方式處理后，將以既定的模式擊打股索，如此保證了冷卻的性能與特性可以被很好的事先限定并且可以控制。
離子液體或者被標識的液體是一種鹽集合物，這種鹽集合物由有機陽離子與構成其大部分的無機陰離子構成，具有低于100攝氏度的熔點。他們很可能被用在本發(fā)明中，只要它們在本發(fā)明制程的最高工作溫度時不分解或者在給定的環(huán)境中不與股索產(chǎn)生反應。以下的描述在大多數(shù)情況下并不明確提及它們，但是當使用“熔化金屬”或“冷卻液”或類似用語時，則總是包括它們在內(nèi)。
模具中更適宜包含一種絕熱模具，這樣能夠使股索的殼體在模具出口的幾乎鄰近區(qū)域凝固。如此將有能力防止許多的表面缺點及不希望產(chǎn)生的表面下層。凝固是在直接冷卻的影響下形成。直接冷卻是利用在鑄造金屬或合金的凝固溫度以下呈液態(tài)狀的液態(tài)金屬，例如鉛、錫、鉍、鎵、銦或他們的合金以及其他液態(tài)金屬或液態(tài)合金。
在連續(xù)鑄造中利用液態(tài)金屬直接冷卻的特點保證了不斷的持續(xù)冷卻行為，在需要的情況下，可同時阻止新形成的股索表面的氧化，以及正如完全利用水作為冷卻液的結果一樣而消除爆發(fā)的危險。而且，熱撕裂或者冷撕裂可以通過選擇冷卻金屬以及在冷卻器入口與出口的冷卻金屬的溫度來予以消除。制造的股索實質(zhì)上不會產(chǎn)生在傳統(tǒng)連續(xù)鑄造方法中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的眾所周知的表面下層。而股索的顆粒結構能通過調(diào)整冷卻液的溫度來得到控制。
在某些情況下，常見的例子是在鑄造鋁或者其他金屬時，表面的氧化是非常危險的，因為對于冷卻液而言，關于其與股索之間的反應及相互作用給出了一個非常明確的界線。這些情況下，空氣或者氧氣可能被吸入到模具下游的尾部、模具的出口(貝殼狀容器)處，而不是噴射流打擊股索表面的上游位置。一種實現(xiàn)這種狀況的簡單方法是(當進行垂直鑄造時)，在貝殼狀容器與冷卻液分配機構之間設置一較小的環(huán)形狹槽，該狹槽與周圍的空氣接觸。如果需要，可以采用更多成熟的設備。
更進一步，將鑄造機械連接到輥軋機構是可能的，因為可以調(diào)整股索出口的溫度從而將保證重復加熱能量消耗的安全性。在這種類型的方法中使用潤滑劑并不是必要的，此將使得該方法更為簡單、便宜，但卻提高了制造的股索的質(zhì)量，因為已經(jīng)眾所周知的是，潤滑劑亦同樣與熱的股索表面相互作用及反應從而導致過多的氫元素與其他的表面缺陷。
作為冷卻液的液態(tài)金屬能夠以連續(xù)膜、噴射或者液滴的形式直接作用到熱的股索表面上。冷卻液分配裝置可以通過圍繞于股索周邊的連續(xù)狹槽而得到，而且可以包含角度與股索退出方向不同的開槽段。為提高熱消退，增加直接冷卻階段以保證更高的熱傳遞區(qū)域從而得到更高可能的鑄造效率是可能的。模具本身可以具有任何形狀的橫截面例如可能是圓柱形或是在鑄造方向變得更寬的圓錐形狀。對較低的鑄造效率而言，通過將冷卻液分配機構直接與熱的股索浸入液態(tài)冷卻金屬的容室中，以得到直接冷卻的步驟也是可能的。
一般而言，以利用液態(tài)金屬作為冷卻液的第一步驟間接冷卻與第二步驟直接冷卻的方式運行傳統(tǒng)的模具也是可能的，但是，為防止眾所周知的表面缺陷與不均勻同一的表面下層，冷模具的長度不得不非常之短。
利用本發(fā)明的連續(xù)鑄造方法進行垂直及水平(或其他設定角度)的連續(xù)鑄造是可能的。本發(fā)明已成功適用于造、鎂及鋁的鑄造情況顯示，如同鋼一樣，其也能夠適用于全部的有色金屬與合金。
本發(fā)明新的冷卻理念的優(yōu)點包括更容易的冷卻控制，因為相比較于利用水直接冷卻和利用不能明確限定的、浸入由液態(tài)金屬或鹽集合物組成的不流動的冷卻液里兩種方式，本發(fā)明的熱傳遞系數(shù)基本上是恒定的；如果希望的話，可以做到新形成的股索表面沒有氧化物；沒有表面缺陷的光滑面；沒有或者僅有基本上可以忽略的鑄造股索的表面下層(無機械去除的必要)；通過調(diào)整冷卻液的溫度可以控制顆粒結構；能夠通過調(diào)整與控制不同冷卻階段的冷卻液溫度和選擇不同的液態(tài)金屬(或合金)作為冷卻液來消除熱撕裂或者冷撕裂；可以達到直進式旋轉(zhuǎn)的鑄造股索以及重復加熱能量消耗的安全性；沒有必要使用潤滑劑；更為容易設計模具。


本發(fā)明將結合以下的圖示作進一步的詳細說明。其中圖1是本發(fā)明模具的垂直橫剖面圖。
圖2是本發(fā)明另一實施例的模具的類似剖面圖。
圖3是本發(fā)明第三實施例的模具的類似剖面圖。
圖4是本發(fā)明第四實施例的模具的類似剖面圖。
圖5是本發(fā)明第五實施例的模具的類似剖面圖。
圖6是本發(fā)明第六實施例的模的類似剖面圖。
圖7是本發(fā)明冷卻系統(tǒng)的主要示意圖。
圖8是本發(fā)明的股索冷卻器的主剖視圖。
圖中1.熔料，2.漏斗，3.模具，4.股索，5.冷卻器，6.冷卻液分配裝置，6‘.第二冷卻液分配裝置，7.清潔機構，8.冷卻液，9.冷卻液收集裝置，10.噴射裝置，11.間隙室，12.導管，13.冷卻箱，14.冷卻液膜，15.冷卻或收集箱，16.存儲油箱，17.加熱裝置，18.油泵，19.熱交換器，20.惰性氣體，21.溫度感應器，22.溫度感應器，23.流速感應器 24.壓力感應器，25.退出裝置，26.懸空鋸。
具體實施例方式
圖1顯示的是一種垂直退出方向的股索4。利用一個完全充滿的股索冷卻器5，冷卻是以一種完全全新的方式進行。在某些方面，該冷卻器5的運轉(zhuǎn)與化學產(chǎn)業(yè)的熱交換器相似。熔料1從漏斗2(該漏斗可被加熱)注入到模具3中，由于股索4被設置在冷卻裝置全部長度上的液態(tài)金屬冷卻液8冷卻，溶料1在模具出口處凝固。冷卻液8填滿位于股索4表面與導管12內(nèi)表面之間的整個間隙室11，而導管12則是環(huán)繞著股索4。股索4的溫度在其通過股索冷卻裝置5的過程中降低，直到到達移動末端。股索清洗裝置7保證冷卻液8從股索4上滑落。
與一般的熱交換器不同的是，冷的冷卻液8注入到股索冷卻器5中，同時由冷卻液分配裝置6分送到鑄件形狀所需要的地方。冷卻液8或者通過指向股索4表面的環(huán)狀縫隙(其形狀依賴于股索的形狀)，或者通過亦指向股索4表面的順著封閉路線設置的若干開口或者噴嘴，而離開冷卻液分配機構6?？p隙的變化形成了流動冷卻液8封閉的、呈圓錐狀的壁體，而開口的變化則形成了冷卻液8的若干噴射機構10。在此兩種情形下，當冷卻液8離開冷卻液分配裝置6時，其速度應足夠高以形成激烈的流動(湍流)是十分重要的。原因在于，相較于層流而言，湍流在法向(遠離股索)到流動方向上具有大得多的熱傳遞能力。
如圖1所示情形顯示在距冷卻液分配裝置6的某段距離外，在壁體或者噴射裝置10在他們的媒介中移動的情形下，被下面將述及的油泵推動而做循環(huán)運動所造成的股索4的移動與冷卻液8的移動相互結合，克服了噴射裝置10或壁體以及在冷卻液8中因它們而引起的流動模式。
自模具出口到冷卻液收集裝置9，冷卻液8自熱的股索4中吸取熱量因而變熱。冷卻液收集機構9保證了所要求的冷卻液順著股索4的周邊分配。此種程序類型可以得到最高的冷卻效率，但在冷卻液注入時需要精確的壓力控制。
為闡釋層流與湍流之間的區(qū)別，請參閱圖8所示，在兩個同心的、圓形壁體之間具有一個圓形的縫隙，內(nèi)部的圓柱直徑為“d”，外部中空的圓柱的直徑為“D”，縫隙的液壓直徑為“DH”可通過以下方式計算得到DH＝D-d環(huán)形管道與非環(huán)形管道的液壓直徑“DH”，等于具有相同橫截面積的圓形的直徑。不同橫截面形狀的液壓直徑被例示在羅伯特H.佩里(Robert H.Perry(Ed.))的“佩里化學工程師手冊”(1984年第六版)里，請結合參閱該出版物的第5-25頁與第5-26頁。如果液體媒介以液壓直徑“DH”(單位為米)從垂直方向通過縫隙流向圖示的平面，其具有的運動粘度γ(單位為m2/s)與平均速度v(單位為m/s)，則所謂的雷諾數(shù)效應Re可通過以下程式計算得到Re＝(DH.·v)/γ層流轉(zhuǎn)換成湍流位置，不僅依賴管道的橫截面而且也同時依賴橫截面區(qū)域的形狀。因為雷諾數(shù)效應(通過定義而非量度)在環(huán)形縫隙的管道的情況下大約超過12000時，流動通常是很激烈的。根據(jù)本發(fā)明，在“壁體噴射”情況下，雷諾數(shù)效應將達到至少15000且更適宜超過25000。還需要提到的是，設在冷卻液分配裝置6上的縫隙并非圓柱形狀而是呈圓錐形狀，但是兩者的差異小到足于可以忽略。
在較佳的實施例中，為了改變冷卻分配裝置6中圓錐狀縫隙的寬度，冷卻液分配裝置6包括若干單獨的部件，這些部件能夠適宜地通過螺絲予以相互調(diào)整。如此將使得操作者甚至在運行的期間也可以容易地改變縫隙的寬度從而改變雷諾數(shù)效應。
在具有自由直徑d(單位為米)的微小開口或噴嘴的情況下，雷諾數(shù)效應通過以下程式界定Re＝(d·v)/γ基于明確第二順序效果的困難，層流到湍流的轉(zhuǎn)換發(fā)生在這樣的幾何狀態(tài)下，即在2600≤Re≤4000區(qū)間內(nèi)的一點產(chǎn)生。在這種單獨的噴射的情形下，雷諾數(shù)效應將達到至少5000，且更適宜超過7500。
對所有適合使用的冷卻液金屬液體和離子液體而言，運動粘度可以在數(shù)據(jù)表或者化學或冶金學的教科書中被發(fā)現(xiàn)，速度則通過眾所周知的縫隙的橫截面積(單位以平方米計)與每秒鐘通過的冷卻液的容量(單位以立方米計)而給定?？p隙的寬度(為液壓直徑的一半)則可以通過這些構造獲得。因而，在已經(jīng)獲得這些數(shù)據(jù)后，對本領域熟練的技術人士而言，獲得本發(fā)明所使用的湍流量并不存在什么問題。
相較于圖1所示的方法而言，圖2顯示的鑄造股索4可以被更溫和地冷卻。鑄造熔料1自漏斗2(該漏斗可被加熱)注入模具3，且因通過與鑄造股索4直接接觸的冷卻液散熱，而在模具的出口處凝固。代替導管12的冷卻箱13，被設置在股索4在移動過程中凝固的區(qū)域中。冷卻箱13是用來收集熱的冷卻液。在冷卻箱13的底部設置有股索清潔裝置7，該清潔裝置7保證了沒有冷卻液(從技術意義而言)殘存在股索的表面上?！袄洹钡睦鋮s液通過冷卻液分配裝置6順著由鑄造股索4的形狀而決定的股索的周邊進行分配。當與股索4接觸之后，當前熱的冷卻液向下流到冷卻箱13的底部然后通過冷卻液出口流出。
圖3分別顯示一種是根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的連續(xù)鑄造方法及其模具，其具有實質(zhì)上高于前述圖2所示之連續(xù)鑄造方法的熱散發(fā)效率。由于兩個連續(xù)的冷卻步驟，可以得到較高的從股索4到冷卻液8的熱散發(fā)效率，因而在每一個冷卻的步驟中設置各自的冷卻液注入。漏斗2(該漏斗可被加熱)中的鑄造熔料1注入模具3并在模具的出口處凝固。在第一個冷卻步驟中，股索4上的軸向熱傳遞與圖2所示的方法相類似，但通過增加的冷卻單元的第二次冷卻階段而得到提高，這與圖1所示的冷卻裝置相類似。
第一冷卻階段所用的設備包括冷卻液分配器6，該冷卻液分配器6產(chǎn)生冷卻液膜14。第二冷卻階段所用的設備包括冷卻液分配裝置6‘及一個附接的導管12，該導管12作為熱交換管，這樣就保證了較第一冷卻階段更高的熱傳遞。股索4通過清潔機構7而將其表面殘存的冷卻液8去除干凈(技術清潔)。一個冷卻或者收集箱15將整個冷卻裝置密封其中。
圖4、5、6分別揭示了與圖1、2、3所示相類似的設備，除了股索的退出方式為水平退出。水平退出的連續(xù)鑄造技術在該技術領域內(nèi)已經(jīng)眾所周知，對該領域的技術人員而言，在這種鑄造方法中使用本發(fā)明并不存在任何問題。需要提到的唯一不同是，液態(tài)金屬相較在現(xiàn)有技術中大多采用的水具有更高的密度。因而，圖5所示的設備和圖6所示的第一冷卻階段中所自由采用的冷卻液必須被不同地施壓至股索4的頂側與底側。
圖7所顯示的是整個鑄造程序的流程圖，作為冷卻液的液態(tài)金屬存儲于油箱16中，該油箱需要在鑄造程序開始前通過加熱機構17加熱。液態(tài)冷卻液被油泵18抽取到冷卻裝置5。冷卻液于冷卻裝置5中從熱的股索4中吸取熱量，然后熱的冷卻液離開冷卻裝置5并在熱交換器19中散發(fā)熱量，再此后，冷的冷卻液流回到油箱16中。熱交換器19中的熱撤退同時具有其他的功能，無論如何，其可以協(xié)助保證工廠中能量消耗的安全。冷卻油箱16以及整個冷卻系統(tǒng)需要與空氣尤其是氧氣相互隔離，此將通過利用惰性氣體20沖刷油箱16與冷卻裝置5而得到保證。在技術領域中已知的全部惰性氣體20均是可用的，因為惰性氣體20在給出的溫度下與冷卻液及股索材料接觸時，保持不活動的狀態(tài)。當然，在存儲油箱16與冷卻裝置5中使用同樣的惰性氣體也是有利的。整個的鑄造程序可進一步包括股索退出裝置25與用來切斷股索4為既定長度的懸空鋸26。
為了在冷卻機構5中得到確定的及可重復的條件，至少在靠近冷卻裝置5中的冷卻液的入口處，最好設有溫度感應器(TIC)21、22，流速感應器(FIC)23以及壓力感應器(PIC)24。在該整個系統(tǒng)內(nèi)進一步設有其他的測量點當然也是有益的。
本發(fā)明技術內(nèi)容并不僅僅局限于圖示及所描述的具體實施例。
冷卻液可以是熔點低于或者鑄造材料熔點60％溫度的液態(tài)金屬如鉛、錫、鉍、鎵、銦或其合金以及其他金屬或合金。而且，利用非金屬性的液體，即任何液體媒介，也是可能的，只要該液體在有關溫度下不與股索材料反應并且在冷卻過程中所涉及的全部溫度下均保持液體狀態(tài)。這些液體材料可以是一些有機復合物，尤其是對于低熔點的合金股索而言。
將存儲油箱16設置在低于模具3的位置是不必要的，但是基于安全的理由，最好采用這種設置方式。如果采用另一種設置方式，則油泵18與其他的電樞裝備則不得不移置到其他的位置，但是這對該技術領域內(nèi)的熟練技術人士而言，并不存在任何問題。
本發(fā)明所揭示的導管12，油泵18，電樞裝備，感應器21、22、23、24，冷卻裝置5，管道式熱交換器以及用于冷卻液的其他設備，對于鑄造技術領域內(nèi)的熟練技術人士而言是非常容易采用的，無論其是否是黑色金屬。
本發(fā)明其他的附加特征及優(yōu)點包括鑄造程序能采用一個或者更多的直接冷卻步驟。如果希望的話，利用液態(tài)金屬作為冷卻液可以防止股索表面氧化層的形成。調(diào)整冷卻液注入的溫度以及冷卻液的流率，可以獲得冷卻率的更好控制及因而控制顆粒結構的形成。利用絕緣模具，或者更準確地說是模具中具有較低的熱傳遞，防止表面缺陷以及不均勻表面層的形成。區(qū)別于傳統(tǒng)方法中利用水作為冷卻液，在連續(xù)鑄造中利用液態(tài)金屬進行直接冷卻，消除了發(fā)生爆發(fā)的危險，從而巨大地提高了鑄造車間的安全性。在這種連續(xù)鑄造的方法中，使用潤滑劑是不必要的。在平行的連續(xù)鑄造中采用以上所述的任何一種方法均能夠使鑄造錠鐵進行直進式旋轉(zhuǎn)，以保證錠鐵重復加熱能量消耗的安全性。本發(fā)明的方法當其在最優(yōu)的制程參數(shù)(冷卻機構不同階段下的冷卻液溫度)下運行時，消除了熱撕裂與冷撕裂。本發(fā)明方法對鑄造股索的形狀以及并行的鑄造股索的數(shù)量沒有任何限制。
現(xiàn)時的工廠可以十分容易地采用本發(fā)明，目前利用水冷卻的冷卻系統(tǒng)可以除去而被這個系統(tǒng)所取代。模具本身幾乎也不需要作任何適應性的改動。在模具的尾部設置冷卻區(qū)域是唯一必要的，因而，絕熱模具或者非常短的冷?？梢员蛔詈玫厥褂?。
權利要求
1.一種連續(xù)鑄造方法，其中液體金屬或離子液體作為冷卻液用以直接冷卻股索(4)，其特征在于，冷卻液(8)以湍流方式通過至少一個噴射機構(10)用力噴射到股索(4)上。
2.如權利要求1所述的連續(xù)鑄造方法，其特征在于，冷卻液(8)可以是鉛、錫、鉍、鎵、銦或其合金。
3.如權利要求1或2所述的連續(xù)鑄造方法，其特征在于，在攝氏溫度下，冷卻液(8)的熔點低于或者等于鑄造材料熔點60％的溫度。
4.如前述任何之一權利要求所述的連續(xù)鑄造方法，其特征在于，至少一個噴射機構(10)涌入冷卻液(8)填滿位于股索(4)表面與環(huán)繞股索(4)之導管(12)內(nèi)表面之間的全部的間隙室(11)。
5.如前述任何之一權利要求所述的連續(xù)鑄造方法，其特征在于，冷卻液(8)沿著股索(4)的移動方向流動。
6.如前述任何之一權利要求所述的連續(xù)鑄造方法，其特征在于，噴射機構(10)具有圓錐形的噴射形狀，這樣其雷諾數(shù)效應總計達到至少15000，且更適宜超過25000。
7.如前述權利要求1至5任何之一所述的連續(xù)鑄造方法，其特征在于，噴射機構(10)包括若干個獨立的具有圓形橫截面的噴口，這樣其雷諾數(shù)效應總計達到至少5000。
8.如前述任何之一權利要求所述的連續(xù)鑄造方法，其特征在于，提供氧氣或包含氧氣的氣體，最好是空氣，到噴射沖擊的股索的向上的位置。
9.一種用于前述權利要求1至8任何之一所述的金屬連續(xù)鑄造方法的設備，包括用以冷卻媒介的存儲油箱(16)，加熱元件(17)及油泵(18)，導管將存儲油箱(16)與用于股索(4)的冷卻設備(5)連接起來，以及設于導管內(nèi)部的熱交換器(19)以將冷卻液從冷卻設備(5)運送到存儲油箱(16)，其特征在于，冷卻設備(5)包括至少一個噴嘴，以及一個冷卻液收集機構(9、13、15)，該噴嘴促使冷卻液體直接噴射到股索上，最好噴射在接近模具出口的位置上。
10.如權利要求9所述的設備，其特征在于，冷卻設備(5)包括分別設在股索(4)周邊或其軌道上的導管，并形成環(huán)繞股索(4)的充滿冷卻液的間隙室。
11.如權利要求9或10所述的設備，其特征在于，在接近模具出口處的位置設有至少一冷卻液分配機構(6)，其與導管(12)結合，該導管(12)設置在沿著股索(4)的移動方向上距至少一個冷卻液分配機構(6)一定距離處，且在導管(12)的末端的向上處設有第二冷卻液分配機構(6‘)。
12.如權利要求9到12任何之一所述的設備，其特征于，設有用以清潔股索(4)的清潔機構(7)，且更適宜設在冷卻設備(5)的外部。
13.如權利要求9至13任何之一所述的設備，其特征在于，模具(3)為絕緣模具。
14.如權利要求9至13任何之一所述的設備，其特征在于，噴嘴設有圍繞股索(4)的環(huán)狀縫隙。
15.如權利要求9至13任何之一所述的設備，其特征在于，沿著圍繞股索(4)的環(huán)狀線設有若干噴嘴。
16.如權利要求9至14任何之一所述的設備，其特征在于，在模具出口與冷卻液噴嘴之間，設有氣體入口，該氣體是氧氣或者包含氧氣在內(nèi)的氣體，最好是空氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種各類金屬的連續(xù)鑄造技術，其系利用液態(tài)金屬或離子液體作為冷卻液，而直接冷卻股索(4)。根據(jù)本發(fā)明，冷卻液通過至少一個噴射機構(10)直接貫注到股索(4)，且冷卻液在該噴射機構內(nèi)以湍流方式流動。
文檔編號B22D11/124GK1753743SQ200480005192
公開日2006年3月29日 申請日期2004年2月24日 優(yōu)先權日2003年2月28日
發(fā)明者胡波特·莎莫浩夫, 彼得·莎莫浩夫 申請人:邵和邵莎莫浩夫公司