專利名稱：鑄模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有在權(quán)利要求1的前序部分中所述特征的鑄模。
背景技術(shù)：
在鑄造特別是金屬特別是鋼的連續(xù)鑄造中，由銅材料構(gòu)成的鑄模遭受顯著的熱負(fù)荷，熱負(fù)荷特別在澆鑄液液面的區(qū)域內(nèi)和特別在以明顯大于2m/min的澆鑄速度的快速澆鑄的連續(xù)鑄造設(shè)備中是很高的。這種熱負(fù)荷導(dǎo)致在銅材料中的材料變化或還導(dǎo)致裂紋，因此大大降低了鑄模的壽命。在快速澆鑄的連續(xù)鑄造設(shè)備例如在薄板坯軋制設(shè)備中，如今幾乎只采用一種CuAg 合金作為銅材料。特別在新的結(jié)晶器板的首次使用時必須在較短的時間之后將其從制造過程中取出和替換，因為在澆鑄或液面區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)鼓起。通過鼓起可能導(dǎo)致處在后面的材料的流動，從而鼓起始終是持久的并且必須修整相應(yīng)的鑄模。基于一種CuCrfr合金、一種CuCoBe合金或一種CuNiBe合金的銅材料顯示出不大強烈的鼓起，但它們在熱交變應(yīng)力下相比CuiVg基的銅材料更早地導(dǎo)致裂紋形成。因此特別在板坯的快速連續(xù)鑄造過程中只在特殊情況下使用CuCrfr基、CuCoBe基或CuNiBe基的銅材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種鑄模，在這種鑄模中不僅可以避免鼓起而且還可以避免在液面區(qū)域內(nèi)的裂紋形成，由此可以延長鑄模的使用時間并且其中在快速澆鑄時可以使用特別是由CuCrfr合金、CuCoBe合金或CuNiBe合金構(gòu)成的銅材料。通過一種具有權(quán)利要求1的特征的鑄模實現(xiàn)本發(fā)明。諸從屬權(quán)利要求涉及有利的進(jìn)一步構(gòu)成。重要的是，在澆鑄面中設(shè)置至少一個膨脹縫，其中膨脹縫具有如此之小的寬度，以致在澆鑄過程期間沒有金屬熔體滲入膨脹縫中。通過膨脹縫能夠?qū)崿F(xiàn)銅材料按照熱負(fù)荷可以沿多個方向自由膨脹。由此避免鑄模的單側(cè)鼓起。可以減小或完全避免有害的內(nèi)應(yīng)力。 并且鑄模的一種快速冷卻而無裂紋形成是可能的。一種特別的特征是，將膨脹縫的寬度選擇成很小的，亦即如此之小，以致金屬熔體由于其表面張力不能進(jìn)入膨脹縫中。利用按照本發(fā)明的鑄模，可以澆鑄不同的金屬熔體，但特別是鋼合金、鋁合金或銅合金。膨脹縫的功能是，補償處在各膨脹縫之間的各材料區(qū)域的熱膨脹并且阻止在快速冷卻時的裂紋形成。按標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)晶器在其相對金屬熔體的接觸側(cè)構(gòu)成為平面的或具有很簡單的表面結(jié)構(gòu)，其中總體上總是仍存在一個差不多平面的表面。這樣的結(jié)構(gòu)對金屬熔體的液面中的情況具有比較小的影響。一個膨脹縫不能被理解為表面結(jié)構(gòu)而是原則上具有一個顯著大于寬度的深度。在寬度和深度之間的比例優(yōu)選為至少10 1，特別是20 1至 50 1。膨脹縫優(yōu)選應(yīng)該具有一個很小的寬度，該寬度處在0.1至最大0.4mm的范圍內(nèi)?？p口側(cè)的寬度在澆鑄過程期間亦即在鑄模的最大熱負(fù)荷時應(yīng)該不大于0. 4mm。優(yōu)選在室溫下寬度已不大于0. 4mm。膨脹縫的寬度不僅取決于金屬熔體的表面張力，而且還取決于各膨脹縫的間距。 首要的是，必須確保沒有金屬熔體滲入各膨脹縫中。但另一方面，膨脹縫還必須足夠?qū)挘员隳軌蜓a償鄰接各材料區(qū)域的熱膨脹。被看作有利的是，寬度至少在膨脹縫的縫口的區(qū)域內(nèi)亦即在澆鑄面附近的區(qū)域內(nèi)在澆鑄過程期間相比在室溫下測量的寬度縮小至少90%。優(yōu)選的是，各膨脹縫彼此隔開一個間距設(shè)置，該間距這樣選擇以致各膨脹縫在澆鑄過程期間通過熱膨脹在縫口側(cè)以最大程度閉合。也就是，各膨脹縫在室溫下是敞開的，但這樣安排和設(shè)置，以致它們通過熱膨脹大部分地或完全地閉合。各膨脹縫可以平行于和/或橫向于澆鑄方向設(shè)置。各膨脹縫也可以按確定的圖案例如以蜂窩形式或菱形形式設(shè)置。各膨脹縫在其走向方面可以構(gòu)成為筆直的或彎曲的。各膨脹縫不必全部具有相同的橫截面或相同的長度。各膨脹縫的構(gòu)型和設(shè)置取決于具體的應(yīng)用情況。按照各膨脹縫的位置，它們可以彼此隔開不同的間距設(shè)置。但原則上力求達(dá)到，這樣設(shè)置各膨脹縫，以致它們在澆鑄過程期間在縫口側(cè)閉合。由于制造技術(shù)原因，各膨脹縫的各側(cè)壁在室溫下可以相互平行延伸。原則上還可以將各膨脹縫構(gòu)成為側(cè)凹或具有朝縫口側(cè)那邊稍大于朝其縫底那邊的寬度?？p幾何形狀的選擇取決于在鑄模的相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)的溫度梯度。各膨脹縫應(yīng)該有助于在鑄模內(nèi)無應(yīng)力。因此各膨脹縫的縫底可以或是與各膨脹縫的各側(cè)壁存在一個角度，亦即是有角的，或是還是成圓形的，以避免應(yīng)力集中。對于應(yīng)力補償?shù)墓δ苤匾氖牵髋蛎浛p具有確定的最小深度。特別是各膨脹縫的深度應(yīng)該這樣確定，以致各膨脹縫的最深處亦即最深的點通過冷卻盡可能無熱應(yīng)力。鑄?；旧媳焕鋮s。為此在鑄模的背面上設(shè)置冷卻槽或冷卻孔形式的冷卻通道。各膨脹縫應(yīng)該一直延伸到鑄模的一個在澆鑄過程期間通過背面冷卻沒有出現(xiàn)因溫度引起的且導(dǎo)致鑄模鼓起的應(yīng)力的深度。為此目的，膨脹縫在其最深部位可以具有一個至少8mm的深度。各膨脹縫的深度可以朝下面那邊亦即沿澆鑄方向逐漸減小，因為熱負(fù)荷隨著距液面的間距逐漸增大而連續(xù)地逐漸減小。將膨脹縫構(gòu)成為如此之長，以致縫底總是保持充分無應(yīng)力。因此縫底可以從上向下隨著深度逐漸減小而以一個平緩的角度直地朝澆鑄面延伸。為了消應(yīng)力的延伸特別設(shè)定，各膨脹縫的深度朝膨脹縫的端部那邊逐漸減小。縫底在縱剖面中可以弧形地延伸。這特別適用于從較大的深度向鑄模的澆鑄面的過渡。在有利的進(jìn)一步構(gòu)成中，為了澆鑄開始，各膨脹縫可以暫時封閉。為此可以設(shè)置一種填料，它在澆鑄過程期間脫離各膨脹縫。按這種方式有可能設(shè)置較大寬度的膨脹縫，它們只在提高的溫度時才閉合或在寬度方面如此程度地減小，以致沒有金屬熔體可以滲入膨脹縫中。作為填料例如列舉石墨膏。不同于朝澆鑄面那邊敞開的膨脹縫，在另一種實施形式中設(shè)定，各膨脹縫在其縫口側(cè)是閉合的。這在澆鑄開始時可以同樣有效，如同用石墨膏填滿那樣。各膨脹縫的封閉可以例如這樣產(chǎn)生，即鑄模設(shè)有一個減小磨損的涂層，該涂層在鑄模的累進(jìn)使用時間內(nèi)可以被去除。但在縫口側(cè)閉合的膨脹縫與涂覆的涂層無關(guān)地還導(dǎo)致減小或阻止鼓起以及在快速冷卻時導(dǎo)致減少或阻止裂紋形成。因此原則上還有可能在縫口側(cè)通過一種再熔法例如通過摩擦接觸焊接封閉各膨脹縫。按照本發(fā)明的鑄?？梢陨婕耙环N結(jié)晶器板、一種管式結(jié)晶器、一種澆鋼輪、一種鑄造輥或一種坩堝。按照本發(fā)明的構(gòu)想，各膨脹縫構(gòu)成有一個如此之小的寬度，以致即使在去除縫口側(cè)的涂層時也沒有金屬熔體能夠滲入膨脹縫中，原則上適用于所有類型的與一種金屬熔體進(jìn)入接觸且不限于確定的鑄模的幾何形狀的鑄模。各膨脹縫設(shè)置在澆鑄時最高熱負(fù)荷的區(qū)域內(nèi)。有可能是，各膨脹縫開始于澆鑄液面上方或各膨脹縫的上端部處在澆鑄液面上方。也可設(shè)想，各膨脹縫完全設(shè)置在澆鑄液面下方。按照本發(fā)明的鑄模的一種特別的優(yōu)點是，由于幾何的構(gòu)型也可以使用基于一種 CuCrZr合金、CuCoBe合金或一種CuNiBe合金的銅材料。已表明，在以CuAg合金作為銅材料用于鑄模進(jìn)行澆鑄時特別在快速澆鑄時，不可能阻止結(jié)晶器板的在液面區(qū)域內(nèi)的表面附近的涂層被加熱到350°C以上的溫度，由此銅材料的再結(jié)晶開始。因此銅材料變成粗晶粒的和軟的并且喪失對腐蝕和其他的侵蝕的抵抗能力。在CuiVg材料中確認(rèn)一種特別的影響是在首次使用時強烈地鼓起。在液面區(qū)域內(nèi)的局部鼓起阻止在澆鑄期間結(jié)晶器窄側(cè)的調(diào)整。 在重新開始澆鑄時，在鼓起附近可能在窄側(cè)與寬側(cè)之間形成大的間隙。CuCrZr基、CuCoBe基和CuNiBe基的銅材料在澆鑄期間存在的溫度下不改變或只很緩慢地改變其材料特性。但這些銅材料由于在澆鑄過程期間輸入的熱量還遭受內(nèi)部的熱應(yīng)力。突然產(chǎn)生的溫度波動通過液面高度的突然改變或在澆鑄過程結(jié)束時在這些最后所述的銅合金中很快導(dǎo)致裂紋，它們不符合要求地限制這種銅合金的使用范圍。但利用本發(fā)明有可能，針對快速的澆鑄過程特別在連續(xù)澆鑄結(jié)晶器中也可以使用特別是具有0. 65%鉻含量和0. 的鋯含量的CuCr^ 合金以及具有1.0%鈷含量和0. 鈹含量的CuCoBe合金以及具有1. 5重量％鎳含量和0. 2重量％鈹含量的CuNiBe合金。各膨脹縫由于其微小的寬度特別可以切削加工制造，例如通過使用很薄的鋸片。 也有可能用一個激光器燒制各膨脹縫或用適合的腐蝕法制造各膨脹縫。并不排除其他的加工形式以及示例性所述的各制造方法的組合。


下面借助在附圖中所示的各實施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。其中圖1在室溫下一個鑄模的一個局部區(qū)域的橫剖面圖；圖2圖1在澆鑄過程期間的橫剖面圖；圖3 —個在澆鑄面上具有涂層的鑄模的另一種實施形式；圖4 一個具有膨脹縫的鑄模的另一實施形式，這些膨脹縫通過再熔法被封閉；圖5沿圖4的線V-V截取的縱剖面圖；圖6a_c —個具有不同取向膨脹縫的鑄模的澆鑄面的俯視圖。
具體實施例方式圖1示出一個特別是連鑄結(jié)晶器的結(jié)晶器板形式的由銅材料構(gòu)成的鑄模的一個小的部分。
圖1示出一個成結(jié)晶器板狀的鑄模的一個局部區(qū)域的橫剖面圖。鑄模1具有一個面向未更詳細(xì)示出的金屬熔體的澆鑄面2。在澆鑄面2中設(shè)置多個膨脹縫3，它們相互平行延伸并且垂直于澆鑄面2。各膨脹縫3相同地構(gòu)成并且具有如此之小的寬度B，以致在澆鑄過程期間沒有金屬熔體滲入膨脹縫3中。在該實施例中，寬度B為0.4mm。各膨脹縫3用一種石墨膏形式的填料4填滿。在澆鑄過程期間，該填料4脫離膨脹縫3，在澆鑄開始時，它阻止金屬熔體進(jìn)入膨脹縫3中。所示的各膨脹縫3在其縫口側(cè)5是敞開的。它們具有一個深度T，該深度顯著大于寬度B并且優(yōu)選至少為8mm。各膨脹縫3 —直延伸到鑄模1的一個處在冷卻凹槽6附近的深度區(qū)域，所述冷卻凹槽從所示的鑄模1的背面7突進(jìn)鑄模1中。各冷卻凹槽6被冷卻水流過。各膨脹縫3的深度T這樣確定，以致各膨脹縫3的最深處通過在冷卻凹槽6的區(qū)域內(nèi)的冷卻是無熱應(yīng)力的。不過不可避免的是，鑄模1的銅材料在接近澆鑄面2的區(qū)域內(nèi)熱膨脹，如在圖2中可看出的那樣。由于溫度在澆鑄面2的區(qū)域內(nèi)是最高的，所以各膨脹縫3 的縫口 8在澆鑄過程期間閉合，從而金屬熔體不能滲入膨脹縫3中。因此各膨脹縫3在澆鑄過程期間具有一個從槽底向上錐形變窄的橫截面。理想的是，各膨脹縫3彼此間隔開一個間距A設(shè)置，該間距這樣確定，以致該間距 A，在室溫下測量，另加寬度B，在室溫下測量，符合在澆鑄過程期間各膨脹縫的縫口 8的間距C。換言之適用條件A+B = C。在該狀態(tài)下，在縫口 8的區(qū)域內(nèi)沒有導(dǎo)致熱應(yīng)力并且因此沒有導(dǎo)致鑄模1朝金屬熔體方向的鼓起。在冷卻時，各縫口 8的間距C重新逐漸減小到室溫時的間距A。各膨脹縫3在縫口側(cè)重新敞開，從而在澆鑄面2或鑄模1內(nèi)不導(dǎo)致裂紋形成。膨脹縫3的各側(cè)壁9于是重新相互平行延伸，如在圖1中所示的那樣，并且相互不再存在如圖2所示的角度。圖3示出一種變化方案，其中膨脹縫3的縫口側(cè)5通過一個減小磨損的涂層10封閉。各膨脹縫3在該變化方案中還阻止銅材料的裂紋形成或有助于避免鼓起。就是在涂層 10通過鑄模1的累進(jìn)磨損被去除時，這特別也起作用。要附加地對圖3的實施形式進(jìn)行說明，縫底11示例性地針對所有其他的實施形式成圓形地構(gòu)成?？p底11也可以是有角的，如在圖1和2的實施例中可看出的那樣。圖4的實施形式與圖3的實施形式的區(qū)別在于，各膨脹縫3在縫口側(cè)不通過一個涂層10封閉，而通過一種再熔法，例如摩擦接觸焊接封閉。圖5示出沿圖4的線V-V截取的剖視圖?？梢钥闯?，膨脹縫3的深度T朝其端部 12那邊逐漸減小。特別是縫底11幾乎沿膨脹縫3的縱向方向是成圓形的。因此從膨脹縫 3的最深處到澆鑄面2的過渡不是跳躍式的，而是連續(xù)的。圖6a_c示出各膨脹縫3的可能的走向的三個不同的實施例。分別涉及一個鑄模 1的澆鑄面2的前視圖。在按圖6a的變化方案中，各膨脹縫3以相互平行的間距沿金屬熔體的澆鑄方向G延伸，金屬熔體在圖平面內(nèi)從上向下從鑄模旁邊流過。按圖2的備選的實施形式示出橫向于澆鑄方向G取向的各膨脹縫3。按圖6c的變化方案示出各相交的膨脹縫 3，從而形成一個棋盤狀的或蜂窩形的圖案。各膨脹縫3的任何其他的取向都是可能的。各膨脹縫的走向不是強制性地直線筆直的，而可以是彎曲的。如同各膨脹縫的走向可以變化那樣，各膨脹縫3的深度、寬度和間距也可以變化。附圖標(biāo)記清單
1鑄模2澆鑄面3膨脹縫4填料5縫口側(cè)6冷卻凹槽7背面8縫口9側(cè)壁10涂層11縫底12端部A間距B寬度C間距G澆鑄方向T深度
權(quán)利要求
1.由銅材料構(gòu)成的鑄模，具有一個面向金屬熔體的澆鑄面O)，其特征在于，在澆鑄面(2)中設(shè)置至少一個膨脹縫(3)，其中膨脹縫C3)具有如此之小的寬度(B)，以致在澆鑄過程期間沒有金屬熔體滲入膨脹縫(3)中。
2.按照權(quán)利要求1所述的鑄模，其特征在于，寬度(B)處在0.1至0.4mm的范圍內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的鑄模，其特征在于，膨脹縫(3)的深度(T)這樣確定，以致膨脹縫(3)的最深處通過冷卻是無熱應(yīng)力的。
4.按照權(quán)利要求1至3之一所述的鑄模，其特征在于，膨脹縫(3)的深度(T)朝膨脹縫(3)的端部(12)那邊逐漸減小。
5.按照權(quán)利要求1至4之一所述的鑄模，其特征在于，膨脹縫(3)的側(cè)壁(9)在室溫下相互平行或以一定角度延伸。
6.按照權(quán)利要求1至5之一所述的鑄模，其特征在于，膨脹縫(3)在其寬度(B)方面這樣確定并且以彼此間距(A)設(shè)置，以致膨脹縫C3)在澆鑄過程期間通過熱膨脹在縫口側(cè)以最大程度閉合。
7.按照權(quán)利要求1至6之一所述的鑄模，其特征在于，鑄模(1)涉及一種結(jié)晶器板、一種管式結(jié)晶器、一種澆鋼輪、一種鑄造輥或一種坩堝。
8.按照權(quán)利要求1至7之一所述的鑄模，其特征在于，膨脹縫(3)設(shè)置在鑄模(1)的最高熱負(fù)荷的區(qū)域內(nèi)。
9.按照權(quán)利要求1至8之一所述的鑄模，其特征在于，銅材料是一種CuCrfr合金、一種 CuCoBe合金或一種CuNiBe合金。
10.按照權(quán)利要求1至9所述的鑄模，其特征在于，槽底設(shè)有一個過渡半徑。
11.按照權(quán)利要求1至10所述的鑄模，其特征在于，膨脹縫用一種填料填滿。
12.按照權(quán)利要求1至11所述的鑄模，其特征在于，膨脹縫相對于澆鑄方向沿水平方向變寬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由銅材料構(gòu)成的鑄模，具有一個面向金屬熔體的澆鑄面(2)，其中，在澆鑄面(2)中設(shè)置至少一個膨脹縫(3)，其中膨脹縫(3)具有如此之小的寬度(B)，以致在澆鑄過程期間沒有金屬熔體滲入膨脹縫(3)中。
文檔編號B22D11/06GK102470426SQ201080035397
公開日2012年5月23日 申請日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者L·施米茨 申請人:Kme德國股份及兩合公司