CN102470426B - 铸模 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由铜材料构成的铸模，具有一个面向金属熔体的浇铸面(2)，其中，在浇铸面(2)中设置至少一个膨胀缝(3)，其中膨胀缝(3)具有如此之小的宽度(B)，以致在浇铸过程期间没有金属熔体渗入膨胀缝(3)中。

Description

铸模

技术领域

本发明涉及一种铸模。

背景技术

在铸造特别是金属特别是钢的连续铸造中，由铜材料构成的铸模遭受显著的热负荷，热负荷特别在浇铸液液面的区域内和特别在以明显大于2m/min的浇铸速度的快速浇铸的连续铸造设备中是很高的。这种热负荷导致在铜材料中的材料变化或还导致裂纹，因此大大降低了铸模的寿命。

在快速浇铸的连续铸造设备例如在薄板坯轧制设备中，如今几乎只采用一种CuAg合金作为铜材料。特别在新的结晶器板的首次使用时必须在较短的时间之后将其从制造过程中取出和替换，因为在浇铸或液面区域内出现鼓起。通过鼓起可能导致处在后面的材料的流动，从而鼓起始终是持久的并且必须修整相应的铸模。

基于一种CuCrZr合金、一种CuCoBe合金或一种CuNiBe合金的铜材料显示出不大强烈的鼓起，但它们在热交变应力下相比CuAg基的铜材料更早地导致裂纹形成。因此特别在板坯的快速连续铸造过程中只在特殊情况下使用CuCrZr基、CuCoBe基或CuNiBe基的铜材料。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种铸模，在这种铸模中不仅可以避免鼓起而且还可以避免在液面区域内的裂纹形成，由此可以延长铸模的使用时间并且其中在快速浇铸时可以使用特别是由CuCrZr合金、CuCoBe合金或CuNiBe合金构成的铜材料。

通过一种铸模实现本发明，其具有一个面向金属熔体的浇铸面，其中，在浇铸面中设置至少一个膨胀缝，其中，膨胀缝在其缝口侧通过再熔法封闭并具有如此之小的宽度，以致在浇铸过程期间没有金属熔体渗入膨胀缝中。

重要的是，在浇铸面中设置至少一个膨胀缝，其中膨胀缝具有如此之小的宽度，以致在浇铸过程期间没有金属熔体渗入膨胀缝中。通过膨胀缝能够实现铜材料按照热负荷可以沿多个方向自由膨胀。由此避免铸模的单侧鼓起。可以减小或完全避免有害的内应力。并且铸模的一种快速冷却而无裂纹形成是可能的。

一种特别的特征是，将膨胀缝的宽度选择成很小的，亦即如此之小，以致金属熔体由于其表面张力不能进入膨胀缝中。利用按照本发明的铸模，可以浇铸不同的金属熔体，但特别是钢合金、铝合金或铜合金。

膨胀缝的功能是，补偿处在各膨胀缝之间的各材料区域的热膨胀并且阻止在快速冷却时的裂纹形成。按标准，结晶器在其相对金属熔体的接触侧构成为平面的或具有很简单的表面结构，其中总体上总是仍存在一个差不多平面的表面。这样的结构对金属熔体的液面中的情况具有比较小的影响。一个膨胀缝不能被理解为表面结构而是原则上具有一个显著大于宽度的深度。在宽度和深度之间的比例优选为至少10:1，特别是20:1至50:1。膨胀缝优选应该具有一个很小的宽度，该宽度处在0.1至最大0.4mm的范围内。缝口侧的宽度在浇铸过程期间亦即在铸模的最大热负荷时应该不大于0.4mm。优选在室温下宽度已不大于0.4mm。

膨胀缝的宽度不仅取决于金属熔体的表面张力，而且还取决于各膨胀缝的间距。首要的是，必须确保没有金属熔体渗入各膨胀缝中。但另一方面，膨胀缝还必须足够宽，以便能够补偿邻接各材料区域的热膨胀。被看作有利的是，宽度至少在膨胀缝的缝口的区域内亦即在浇铸面附近的区域内在浇铸过程期间相比在室温下测量的宽度缩小至少90%。

优选的是，各膨胀缝彼此隔开一个间距设置，该间距这样选择以致各膨胀缝在浇铸过程期间通过热膨胀在缝口侧以最大程度闭合。也就是，各膨胀缝在室温下是敞开的，但这样安排和设置，以致它们通过热膨胀大部分地或完全地闭合。

各膨胀缝可以平行于和/或横向于浇铸方向设置。各膨胀缝也可以按确定的图案例如以蜂窝形式或菱形形式设置。各膨胀缝在其走向方面可以构成为笔直的或弯曲的。各膨胀缝不必全部具有相同的横截面或相同的长度。各膨胀缝的构型和设置取决于具体的应用情况。

按照各膨胀缝的位置，它们可以彼此隔开不同的间距设置。但原则上力求达到，这样设置各膨胀缝，以致它们在浇铸过程期间在缝口侧闭合。

由于制造技术原因，各膨胀缝的各侧壁在室温下可以相互平行延伸。原则上还可以将各膨胀缝构成为侧凹或具有朝缝口侧那边稍大于朝其缝底那边的宽度。缝几何形状的选择取决于在铸模的相应的区域内的温度梯度。

各膨胀缝应该有助于在铸模内无应力。因此各膨胀缝的缝底可以或是与各膨胀缝的各侧壁存在一个角度，亦即是有角的，或是还是成圆形的，以避免应力集中。

对于应力补偿的功能重要的是，各膨胀缝具有确定的最小深度。特别是各膨胀缝的深度应该这样确定，以致各膨胀缝的最深处亦即最深的点通过冷却尽可能无热应力。铸模基本上被冷却。为此在铸模的背面上设置冷却槽或冷却孔形式的冷却通道。各膨胀缝应该一直延伸到铸模的一个在浇铸过程期间通过背面冷却没有出现因温度引起的且导致铸模鼓起的应力的深度。为此目的，膨胀缝在其最深部位可以具有一个至少8mm的深度。

各膨胀缝的深度可以朝下面那边亦即沿浇铸方向逐渐减小，因为热负荷随着距液面的间距逐渐增大而连续地逐渐减小。将膨胀缝构成为如此之长，以致缝底总是保持充分无应力。因此缝底可以从上向下随着深度逐渐减小而以一个平缓的角度直地朝浇铸面延伸。

为了消应力的延伸特别设定，各膨胀缝的深度朝膨胀缝的端部那边逐渐减小。缝底在纵剖面中可以弧形地延伸。这特别适用于从较大的深度向铸模的浇铸面的过渡。

在有利的进一步构成中，为了浇铸开始，各膨胀缝可以暂时封闭。为此可以设置一种填料，它在浇铸过程期间脱离各膨胀缝。按这种方式有可能设置较大宽度的膨胀缝，它们只在提高的温度时才闭合或在宽度方面如此程度地减小，以致没有金属熔体可以渗入膨胀缝中。作为填料例如列举石墨膏。

不同于朝浇铸面那边敞开的膨胀缝，在另一种实施形式中设定，各膨胀缝在其缝口侧是闭合的。这在浇铸开始时可以同样有效，如同用石墨膏填满那样。各膨胀缝的封闭可以例如这样产生，即铸模设有一个减小磨损的涂层，该涂层在铸模的累进使用时间内可以被去除。但在缝口侧闭合的膨胀缝与涂覆的涂层无关地还导致减小或阻止鼓起以及在快速冷却时导致减少或阻止裂纹形成。因此原则上还有可能在缝口侧通过一种再熔法例如通过摩擦接触焊接封闭各膨胀缝。

按照本发明的铸模可以涉及一种结晶器板、一种管式结晶器、一种浇钢轮、一种铸造辊或一种坩埚。按照本发明的构想，各膨胀缝构成有一个如此之小的宽度，以致即使在去除缝口侧的涂层时也没有金属熔体能够渗入膨胀缝中，原则上适用于所有类型的与一种金属熔体进入接触且不限于确定的铸模的几何形状的铸模。

各膨胀缝设置在浇铸时最高热负荷的区域内。有可能是，各膨胀缝开始于浇铸液面上方或各膨胀缝的上端部处在浇铸液面上方。也可设想，各膨胀缝完全设置在浇铸液面下方。

按照本发明的铸模的一种特别的优点是，由于几何的构型也可以使用基于一种CuCrZr合金、CuCoBe合金或一种CuNiBe合金的铜材料。已表明，在以CuAg合金作为铜材料用于铸模进行浇铸时特别在快速浇铸时，不可能阻止结晶器板的在液面区域内的表面附近的涂层被加热到350℃以上的温度，由此铜材料的再结晶开始。因此铜材料变成粗晶粒的和软的并且丧失对腐蚀和其他的侵蚀的抵抗能力。在CuAg材料中确认一种特别的影响是在首次使用时强烈地鼓起。在液面区域内的局部鼓起阻止在浇铸期间结晶器窄侧的调整。在重新开始浇铸时，在鼓起附近可能在窄侧与宽侧之间形成大的间隙。

CuCrZr基、CuCoBe基和CuNiBe基的铜材料在浇铸期间存在的温度下不改变或只很缓慢地改变其材料特性。但这些铜材料由于在浇铸过程期间输入的热量还遭受内部的热应力。突然产生的温度波动通过液面高度的突然改变或在浇铸过程结束时在这些最后所述的铜合金中很快导致裂纹，它们不符合要求地限制这种铜合金的使用范围。但利用本发明有可能，针对快速的浇铸过程特别在连续浇铸结晶器中也可以使用特别是具有0.65%铬含量和0.1%的锆含量的CuCrZr合金以及具有1.0%钴含量和0.1%铍含量的CuCoBe合金以及具有1.5重量%镍含量和0.2重量%铍含量的CuNiBe合金。

各膨胀缝由于其微小的宽度特别可以切削加工制造，例如通过使用很薄的锯片。也有可能用一个激光器烧制各膨胀缝或用适合的腐蚀法制造各膨胀缝。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组合。

附图说明

下面借助在附图中所示的各实施例更详细地说明本发明。其中：

图1在室温下一个铸模的一个局部区域的横剖面图；

图2图1在浇铸过程期间的横剖面图；

图3一个在浇铸面上具有涂层的铸模的另一种实施形式；

图4一个具有膨胀缝的铸模的另一实施形式，这些膨胀缝通过再熔法被封闭；

图5沿图4的线V-V截取的纵剖面图；

图6a-c一个具有不同取向膨胀缝的铸模的浇铸面的俯视图。

具体实施方式

图1示出一个特别是连铸结晶器的结晶器板形式的由铜材料构成的铸模的一个小的部分。

图1示出一个成结晶器板状的铸模的一个局部区域的横剖面图。铸模1具有一个面向未更详细示出的金属熔体的浇铸面2。在浇铸面2中设置多个膨胀缝3，它们相互平行延伸并且垂直于浇铸面2。各膨胀缝3相同地构成并且具有如此之小的宽度B，以致在浇铸过程期间没有金属熔体渗入膨胀缝3中。在该实施例中，宽度B为0.4mm。各膨胀缝3用一种石墨膏形式的填料4填满。在浇铸过程期间，该填料4脱离膨胀缝3，在浇铸开始时，它阻止金属熔体进入膨胀缝3中。

所示的各膨胀缝3在其缝口侧5是敞开的。它们具有一个深度T，该深度显著大于宽度B并且优选至少为8mm。各膨胀缝3一直延伸到铸模1的一个处在冷却凹槽6附近的深度区域，所述冷却凹槽从所示的铸模1的背面7突进铸模1中。各冷却凹槽6被冷却水流过。各膨胀缝3的深度T这样确定，以致各膨胀缝3的最深处通过在冷却凹槽6的区域内的冷却是无热应力的。不过不可避免的是，铸模1的铜材料在接近浇铸面2的区域内热膨胀，如在图2中可看出的那样。由于温度在浇铸面2的区域内是最高的，所以各膨胀缝3的缝口8在浇铸过程期间闭合，从而金属熔体不能渗入膨胀缝3中。因此各膨胀缝3在浇铸过程期间具有一个从槽底向上锥形变窄的横截面。

理想的是，各膨胀缝3彼此间隔开一个间距A设置，该间距这样确定，以致该间距A，在室温下测量，另加宽度B，在室温下测量，符合在浇铸过程期间各膨胀缝的缝口8的间距C。换言之适用条件A+B=C。在该状态下，在缝口8的区域内没有导致热应力并且因此没有导致铸模1朝金属熔体方向的鼓起。在冷却时，各缝口8的间距C重新逐渐减小到室温时的间距A。各膨胀缝3在缝口侧重新敞开，从而在浇铸面2或铸模1内不导致裂纹形成。膨胀缝3的各侧壁9于是重新相互平行延伸，如在图1中所示的那样，并且相互不再存在如图2所示的角度。

图3示出一种变化方案，其中膨胀缝3的缝口侧5通过一个减小磨损的涂层10封闭。各膨胀缝3在该变化方案中还阻止铜材料的裂纹形成或有助于避免鼓起。就是在涂层10通过铸模1的累进磨损被去除时，这特别也起作用。

要附加地对图3的实施形式进行说明，缝底11示例性地针对所有其他的实施形式成圆形地构成。缝底11也可以是有角的，如在图1和2的实施例中可看出的那样。

图4的实施形式与图3的实施形式的区别在于，各膨胀缝3在缝口侧不通过一个涂层10封闭，而通过一种再熔法，例如摩擦接触焊接封闭。

图5示出沿图4的线V-V截取的剖视图。可以看出，膨胀缝3的深度T朝其端部12那边逐渐减小。特别是缝底11几乎沿膨胀缝3的纵向方向是成圆形的。因此从膨胀缝3的最深处到浇铸面2的过渡不是跳跃式的，而是连续的。

图6a-c示出各膨胀缝3的可能的走向的三个不同的实施例。分别涉及一个铸模1的浇铸面2的前视图。在按图6a的变化方案中，各膨胀缝3以相互平行的间距沿金属熔体的浇铸方向G延伸，金属熔体在图平面内从上向下从铸模旁边流过。按图2的备选的实施形式示出横向于浇铸方向G取向的各膨胀缝3。按图6c的变化方案示出各相交的膨胀缝3，从而形成一个棋盘状的或蜂窝形的图案。各膨胀缝3的任何其他的取向都是可能的。各膨胀缝的走向不是强制性地直线笔直的，而可以是弯曲的。如同各膨胀缝的走向可以变化那样，各膨胀缝3的深度、宽度和间距也可以变化。

附图标记清单

1  铸模

2  浇铸面

3  膨胀缝

4  填料

5  缝口侧

6  冷却凹槽

7  背面

8  缝口

9  侧壁

10 涂层

11 缝底

12 端部

A  间距

B  宽度

C  间距

G  浇铸方向

T  深度

Claims (8)

1.由铜材料构成的铸模，具有一个面向金属熔体的浇铸面（2），其中，在浇铸面（2）中设置至少一个膨胀缝（3），其特征在于，膨胀缝（3）在其缝口侧通过再熔法封闭并具有如此之小的宽度（B），以致在浇铸过程期间没有金属熔体渗入膨胀缝（3）中。

2.按照权利要求1所述的铸模，其特征在于，膨胀缝（3）的宽度（B）处在0.1至0.4mm的范围内。

3.按照权利要求1或2所述的铸模，其特征在于，膨胀缝（3）的深度（T）朝膨胀缝（3）的端部（12）那边逐渐减小。

4.按照权利要求1或2所述的铸模，其特征在于，膨胀缝（3）的侧壁（9）在室温下相互平行或以一定角度延伸。

5.按照权利要求1或2所述的铸模，其特征在于，铸模（1）涉及一种结晶器板、一种管式结晶器、一种浇钢轮、一种铸造辊或一种坩埚。

6.按照权利要求1或2所述的铸模，其特征在于，膨胀缝（3）设置在铸模（1）的最高热负荷的区域内。

7.按照权利要求1或2所述的铸模，其特征在于，铜材料是一种CuCrZr合金、一种CuCoBe合金或一种CuNiBe合金。

8.按照权利要求1或2所述的铸模，其特征在于，缝底设有一个过渡半径。

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