CN102740996B - 具有金属温度补偿的复合锭铸造 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直接冷铸复合金属锭的方法。该方法涉及通过向直接冷铸设备的铸模内的两个或更多铸造室供应熔融金属流来顺序地铸造两个或更多金属层以形成复合锭。在邻近于铸造室的进口的位置处监视熔融金属流中的一个或多个的进口温度，所述铸造室被供给所述流，并将该进口温度与所述流的预定设定温度相比较以确定是否存在任何差异。然后基于所比较的温度的差异以一定的量来调整影响进入铸造室或在铸造室内的熔融金属温度的铸造变量（例如铸造速度）以消除由进口温度和设定温度的差异引起的不利铸造效果。优选地，选择促使监视到的温度接近于设定温度的调整。另一示例性实施例提供用于操作该方法的设备。

Description

具有金属温度补偿的复合锭铸造

技术领域

本发明涉及通过顺序直接冷铸进行的复合金属锭的铸造。更特别地，本发明涉及这样的铸造，其中，对所铸造的熔融金属的输入温度的变化进行补偿。

背景技术

出于许多目的而期望铸造由两个或更多金属层制成的金属锭。例如，由此类锭产生的轧制产品可以在芯层的一侧或两侧形成有金属涂层以便提供可以与金属产品的整体性质不同的特定表面性质。在以Anderson等人为发明人的国际专利出版物no. WO 2004/112992中公开了可以用来铸造此类复合锭的各种期望方式。此公开公开了用于一次铸造两个或更多金属层以形成复合锭的直接冷（DC）铸的方法和设备。为了金属层之间的更好粘附，期望的是保证顺序地形成各层（尽管所述层在单个设备中一起铸造），使得一层的熔融金属接触另一层的先铸造的半固体金属，从而允许有跨金属间界面的一定程度的金属共扩散。该铸造布置还可以防止金属层之间的界面处的过度氧化物形成，再次地改善了各层的相互粘附。

在本文中提到的发明人已经发现被用于各种层的铸造的熔融金属的温度能够影响铸造方法和设备的操作。如果金属流中的一个或多个过热，则随着锭被形成，可能发生金属间界面的破裂或其它种类的破坏，其中，金属首先进行接触。另一方面，如果金属流中的一个或多个太冷，可能由于金属在用于将金属传送至铸模的流管或分配槽中的部分或完全凝固而妨碍熔融金属到铸模中的流动。另外，在这种情况下，先固化的材料可能被传送至铸模本身，这不利地影响铸造产品。虽然该设备大体上最适合于以期望的温度将金属传送至模具（称为用于特定金属的“设定点”），但由于环境因素和非预期的操作变化，实际上要保持期望的温度并不总是容易的。因此，期望的是提供消除此类温度变化的不利影响或使其最小化的方式。

虽然Anderson等人的上述国际专利出版物公开了用于共同铸造多个层以形成复合锭的基本过程，但并未讨论和公开由输入温度的变化引起的问题，并且未讨论解决方案。

1998年11月24日颁发的授予Roder等人的美国专利5,839,500公开了用于通过连续过程来铸造金属板条的方法和设备，所述连续过程涉及双带式铸造机、移动块铸造机等的使用。该专利提出了改善金属铸件的质量的方式，涉及测量诸如金属温度的东西并控制某些过程参数。然而，该专利未涉及铸造复合锭且未涉及两个或更多金属流到铸造设备的供应。

因此，需要有效地解决上述问题中的某些或全部的方法。

发明内容

本发明的一个示例性实施例提供了一种直接冷铸复合金属锭的方法，其涉及：通过顺序地向直接冷铸设备的铸模内的至少两个铸造室供应熔融金属流来顺序地铸造至少两个金属层以形成复合锭；在邻近于铸造室的进口的位置处监视熔融金属流中的一个或多个的进口温度，所述铸造室被供给所述流，并将监视到的温度与所述流的预定设定温度相比较以检测与设定温度的温度差；以及基于检测到的温度差中的一个或多个以一定的量来调整影响进入铸造室或在铸造室内的熔融金属温度的铸造变量，以使由所述一个或多个温度差引起的不利铸造效果最小化。

优选地，以促使流中的一个或多个的监视到的进口温度接近于或返回用于流中的一个或多个的预定设定温度的方式来执行铸造变量的调整。换言之，当检测到与设定温度的温度差时，调整铸造变量，使得该温度差趋向于被最小化或消除，并且监视到的温度接近于或返回至设定温度。

可以在铸造的某些阶段停止铸造变量的调整，例如当不认为温度差对铸造操作有害时（即，不引起不利的铸造效果），或者当铸造变量的调整本身引起不期望的不利铸造效果时。此外，可以使调整局限于落在预定范围内的温度差，使得不对落在预定范围之外的温度差进行调整。

另一示例性实施例提供了用于铸造复合金属锭的设备，该设备包括：直接冷铸设备，其具有带有用于铸造复合锭的至少两个室的铸模；槽，其用于向所述至少两个铸造室供应熔融金属流；至少一个温度传感器，其用于在邻近于铸造室的进口的位置处监视熔融金属流中的一个或多个的进口温度，所述铸造室被供给所述流；装置，其用于将来自所述至少一个温度传感器的监视到的温度与所述一个或多个流的预定设定温度相比较以检测所述流的温度差；以及控制器，其用于基于针对所述流中的至少一个检测的温度差以一定的量来调整影响进入铸造室或在铸造室内的熔融金属温度的铸造变量。

术语“铸造变量”意指可以在铸造期间被操作员（或在计算机或可编程逻辑控制器内操作的控制算法）改变的铸造操作的特征。多个铸造变量可以影响进入模具或在其内部的金属温度。例如，此类铸造变量包括锭铸造速度、模具内的金属层的冷却速率、从模具出来的复合锭的冷却速率以及模具内的金属的表面高度。铸造速度的变化是优选变量，因为其正常地是最容易调整的一个。下面更详细地解释铸造速度变化的影响。

可以通过调整被用来将模具的各室分离的被冷冻分隔壁的冷却来改变模具内的金属流的冷却速率（即增加的冷却或减小的冷却）。通常，分隔壁由导热金属制成，其被流过管的水冷却，所述管被保持与分隔壁物理接触。调整冷却水的流动速率（和/或其温度）增加或减少了从分隔壁提取的热量，并且因此增加或减少从与分隔壁接触的熔融金属提取的热量以及熔融金属的温度。因此，与分隔壁接触的熔融金属的温度在模具本身内被调整。与分隔壁接触的金属最后形成相邻金属层之间的金属界面的一部分，因此金属所接收到的冷却量直接影响界面处的金属的物理性质（即在界面处由熔融金属形成的半固体金属壳的温度和厚度）。增加通过被附接于分隔壁的管的水的流动速率因此增加与分隔壁接触的熔融金属的冷却速率，并因此随着熔融金属进入模具而不畅在预定温度（设定点）之上的熔融金属的温度。相反，冷却水的流动速率的减小补偿在设定点之下的熔融金属的温度。

同样地，向从模具出来的锭的外面施加冷却水的速率可以增加或降低模具内的金属的温度，因为热量被沿着锭从模具内的金属传导至一位置，在该位置，热量被所施加的外部冷却水收回。因此，增加冷却水的流量（和/或其温度）对模具内的熔融金属产生增加的冷却效果（因此补偿设定点之上的温度），并且减小冷却水的流量产生冷却的相对减少（补偿在设定点之下的温度）。

模具室内的金属池的表面高度的调整具有改变其中金属相互接触的界面处的金属温度的效果，因为铸造室内的较大金属深度增加其间熔融金属与冷模具壁的接触的时间，并且较浅的金属深度减少冷却时间。可以通过改变熔融金属被引入模具室的速率来调整金属高度，例如通过在金属供应设备内的移动阀或“节流器”（通常为耐高温杆）。因此，增加的金属深度补偿设定点之上的温度，并且减小的金属深度补偿在设定点之下的温度。

调整铸造变量的一个目标是防止其中铸造层的金属首次相遇的界面的破裂、坍塌或其它破坏。在顺序铸造中，采用由半固体金属制成的新形成的金属表面作为在其上面铸造并冷却用于相邻层的熔融金属的支撑体。半固体金属层被形成为仍为熔融金属的芯的周围的壳，因此该壳应足够厚以避免与来自其它铸造层的熔融金属接触时的破裂或坍塌。壳的厚度取决于期间金属层特别地被分隔壁冷却的时间。此外，半固体层的温度应使得其在与其它层的熔融金属接触时不升高至熔融温度范围，否则界面可能再次经受破裂或坍塌。因此，可维持的铸造界面的产生非常取决于在铸造金属首次相遇并完全固化的点处的将要被铸造的第一金属的冷却时间和最低温度。因此目标是对影响此冷却时间和温度的铸造变量进行调整以补偿熔融金属的进口温度在预定设定点周围的波动。调整铸造变量的另一目的是补偿由被引入金属的过度冷却而引起的固体或半固体金属加工品到铸造室中的引入或不良金属流动。如从以下描述将显见的，可以将诸如铸造速度的变量用于此类补偿。

示例性实施例的特定特征是通过调整影响所有金属层的仅一个铸造变量（例如铸造速度）来补偿至少两个金属流的进口温度的变化。本发明人已经发现在从用于金属流的设定温度开始的预定变化范围内，跨金属间界面发生一定程度的热传递，以均衡各种金属流的温度差的影响或使其最小化。例如，如果包层金属很热，高于芯金属一定的量但仍在预定范围内，则基于芯金属的温度的铸造速度降低将会使金属间界面稳定，因为包覆层的过热将被部分地传递至芯层并将因此而不具有否则被预期的不利影响。因此不要求包层金属的附加冷却。还可以基于两个或所有熔融金属流的过高进口温度的总和或平均值来调整铸造变量。

在特别优选示例性实施例中，提供了一种直接冷铸复合金属锭的方法，其涉及：通过向直接冷铸设备内的至少两个铸造室供应熔融金属流来顺序地铸造至少两个金属层以形成复合层；在邻近于铸造室中的一个的位置处监视熔融金属流的每一个的温度，所述铸造室被供给所述流；并基于进口温度中的至少一个来调整预定铸造速度或铸造速度的预定变化速率，以补偿与针对每个熔融金属流确定的设定温度的检测到的温度偏差，其中，采用增加的铸造速度来提高进口温度并采用减小的速度来降低进口温度。

还应解释的是在本文中用来描述金属层的术语“外”和“内”被相当宽松地使用。例如，在双层结构中，严格地说可以不存在外层或内层，但外层是通常意图在被制造成最终产品时暴露于大气、天气或眼睛的那一层。并且，“外”层常常比“内”层薄，通常薄得多，并且因此被提供为下面的“内”层或芯锭上的薄涂层。在意图用于热和/或冷轧以形成片材制品的锭的情况下，常常期望的是对锭的两个主（轧制）面进行涂敷，在这种情况下，确实存在可识别的“内”和“外”层。在这种情况下，常常将内层称为“芯”或“芯锭”，并将外层称为“包层”或“包覆层”。

本说明还通过其铝业协会“AA”号规范来参考某些合金。可以从美国1525 Wilson Boulevard，Arlington VA 22209的Aluminum Association公司出版的2009年2月修订的“International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys”获得这些规范（该出版物的公开内容被具体地通过引用结合到本文中）。

附图说明

在以下说明中参考附图更详细地描述了本发明的示例性实施例，在附图中：

图1是可以用于本发明的示例性实施例的一种现有技术铸造设备的竖直截面图，其中，示出了所谓的“高包层”铸造布置；

图2是可以用于本发明的示例性实施例的一种现有技术铸造设备的竖直截面图，其中，示出了所谓的“低包层”铸造布置；

图3是图2的截面图的放大图，另外示出了用于冷却铸锭的半固体区域和分隔壁的设备；

图4是包含两个铸造设备的铸造台的顶视平面图，并且其示出根据本发明的示例性实施例的金属供应槽中的温度传感器；

图5是类似于图1的视图，不过示出了根据本发明的示例性实施例的设备；以及

图6和7是曲线图，示出了在用“高包层”铸造布置（图6）和“低包层”铸造布置（图7）执行的铸造操作期间的温度和铸造速度变化。

具体实施方式

提供附图中的图1、2和3是为了解释一般背景的示例，在该一般背景内本发明的示例性实施例可以进行操作。附图是例如在授予Anderson等人的在2005年1月20日公布的美国专利出版物US 2005/0011630 A1中公开的类型的复合直接冷铸（冷硬铸造）设备的竖直截面图（其公开内容被具体地通过该引用结合到本文中）。本发明还扩展了在授予Wagstaff的美国专利No. 6,260,602中公开的技术（其公开内容也被通过该引用结合到本文中）。虽然以下说明采用铸造速度作为影响界面完整性的铸造变量，但应记住的是可以替代地采用其它铸造变量，诸如上文所述的那些铸造变量。

附图的图1示出了复合顺序铸造设备10的所谓“高包层”（逆冷硬）操作，其中，与形成中心芯层12的金属池相比，形成包覆层11的金属池具有在模具中被保持在较高水平的表面。作为对比，图2和3示出了所谓的“低包层”（正常冷硬）操作，其中，将包覆层11的金属池表面布置在模具中的比芯层12的表面更低的水平处。设备是用“高包层”还是“低包层”布置操作主要取决于所铸造的金属的特性（例如，相对液相线和固相线温度等）。当考虑图1、2和3时，应注意的是示例性实施例不一定相关的复合锭具有如所示的三个层，并且可以仅由芯层12和在芯层的一侧的一个包覆层11组成。

更详细地，图1示出了被用于在矩形内层或芯锭12的两个主表面（轧制面）上铸造外层（包覆层或“包层”）的Anderson等人设备的型式10。将注意的是在设备的此型式中，包覆层在铸造期间被首先固化（至少部分地），并且然后铸造与包覆层接触的芯层12。当铸造具有比包层合金相对低的液相线和固相线温度的芯合金时，此布置是典型的（例如，如当芯合金是具有高Mg含量的铝基合金且包层合金是具有低Mg含量或根本不具有Mg的铝基合金时）。该设备包括矩形铸模组件13，其具有形成水套15的一部分的模具壁14，冷却水的流或射流16被从水套15分配到出现的锭17上。以这种方式铸造的锭一般地具有矩形截面，并且具有达到216cm（85英寸）乘89cm（35英寸）的尺寸，不过不断改进的技术允许铸造甚至更大的锭。这样形成的铸锭通常被用于用常规热和冷轧程序在辊轧机中轧制成包层片材，例如铜焊片材。

模具的入口端部分18被直立分隔壁19（有时称为“冷硬部”或“冷硬壁”）分隔成三个供给室，锭结构的每个层具有一个供给室。借助于与分隔壁19接触的水冷冷却设备（如下文参考图3更详细地描述的）来保持冷的分隔壁19，分隔壁19常常由铜制成以获得良好导热性。因此，分隔壁使与其进行接触的熔融金属冷却和宁都，如水冷模具铸造壁14所做的那样。借助于单独的熔融金属输送喷嘴来对在由分隔壁19在模具中形成的三个室中的每一个供应熔融金属直至期望的水平。用附图标记20A来指示对芯层进行供给的喷嘴，并且用附图标记20B来指示对包覆层进行供给的喷嘴。喷嘴20A装配有根据其竖直位置来控制熔融金属的流量的可竖直调整节流器24。喷嘴20B不具有此类节流器，因为在金属输送的较早阶段控制熔融金属的流量，如根据以下描述将显见的。分别从熔融金属输送槽26和25向喷嘴20A和20B供应熔融金属，熔融金属输送槽26和25从金属熔融炉或其它熔融金属储器（未示出）输送用于芯和包覆层的熔融金属。稍后参考图4来更详细地描述此金属输送布置。如图1所示，被支撑在竖轴23上的可竖直运动的底块单元21最初封闭模具的开放底端22，并且然后在随着延长的复合锭17从模具出来而对其进行支撑的同时以受控速率在铸造期间降低（如箭头A所指示的）。图2的设备以本质上与图1的设备相同的方式工作，除芯和包覆层的各金属池的相对高度的颠倒之外，这意味着首先铸造芯层12并向芯层的部分固化表面上铸造包覆层11。

虽然并不是从图1和2完全显见，但图3示出了铸造设备被操作成使得芯层12和包覆层11之间的界面100处的金属首先进行相互接触，同时使金属中的一个完全熔化（即具有较低铸造池表面的金属层，在这种情况下为包覆层11）并且另一个处于半固体（或“糊状”）条件，或者通过与另一层的熔融金属的接触而提高至在半固体温度范围内的温度，使得跨越界面发生一定程度的金属扩散，从而在最后完全固体的锭中的各层之间形成良好的界面结合。随着每个金属冷却，其将状态从完全熔融变成半固体并然后变成完全固体。因此，包覆层具有完全熔融区11A、半固体区11B和完全固体区11C。同样地，芯层具有完全熔融区12A、半固体区12B和完全固体区12C。可以看到的是在分隔壁19的底端19A下面的芯层12具有围绕熔融金属区12A的半固体金属的壳12D，并且包覆层的熔融区域11A在上表面11D处接触此半固体壳。该壳最初是相当薄且相对易碎的，并且重要的是壳不应在铸造期间破裂或坍塌，或者将不会引起铸造破坏。因此，金属温度的谨慎控制是重要的，因为半固体区可以在相当短的温度范围内存在。图3还示出用于冷却分隔壁19的设备。这由在不与熔融金属接触的位置处接触分隔壁的金属管102组成。该管经由进口管道103被供应冷却液（通常为冷冻水）并经由出口管道104被去除冷却液，如箭头所示。由于分隔壁是由高导热率的金属（例如铜）制成，所以热量被通过分隔壁从熔融金属收回并被冷却水去除。邻近于分隔壁19的芯层12的熔融金属因此被冷却并变成如所示的半固体。

实际上，通常经由槽或流槽在与一个或多个金属熔融炉的显著距离内输送被用于芯层和包覆层的熔融金属，一般地包括如图1和2所示的水平槽25和26。由于所涉及的距离和控制来自熔炉的金属的温度和流量的困难，当熔融金属在铸造操作期间被输送到铸模的室时，可能发生从期望值开始的温度变化。

如附图的图4的顶视平面图所示，也通常向形成铸造台30的一部分的不止一个铸模10供应熔融金属，使得可以同时铸造不止一个复合锭。一般地，此类台中的每个模具的底部块21的下降速率在单个马达或发动机的控制下，使得形成铸造台的一部分的所有模具的铸造速度一定是相同的。经由槽27沿着箭头B的方向从熔融炉供应用于包覆层的熔融金属，并且其经由流管28被输送到横向槽25。一般地为流管28提供节流器（未示出，但类似于图1和2的节流器24）以控制用于包覆层的金属流量。从横向通道25开始，金属如所述地经由流管20B被供应到铸造设备10的包层室。由于流管28被节流，所以横向槽25中的喷口20B本身并未提供有节流器，如前所述。在本示例性实施例中，被用于锭的两个包覆层的金属是相同的，但是如果期望的话，可以通过提供一个或多个附加输送通道来供应不同的金属。沿着箭头C的方向经由槽26从熔融炉供应用于芯层的熔融金属。在这种情况下，金属经由在通道中提供的流管20A被直接供应给铸造设备10的芯室。在所示的实施例中，由于芯层12具有比包覆层11大得多的体积，所以通过通道26输送的熔融金属的量比通过通道27输送的大得多。

依照本发明的一个示例性实施例，分别在通道26和27内提供温度传感器40和41，其在每种情况下紧邻着距离熔炉最远的流管20B或28定位。传感器可以是任何适当类型的，诸如温度计、热电偶、热敏电阻器、光学高温计等。当前优选的温度传感器是可从加拿大魁北克省拉瓦勒市976 Bergar街道H7L 5A1的Omega Canada获得的铠装的K型热电偶。传感器浸没到槽中的熔融金属中，或者在光学高温计或其它远程传感器的情况下接近于金属定位但与之间隔开。信号线42和43向其它设备传送温度，如参考图5所述。虽然传感器应期望地尽可能接近于模具进口（流管）定位，但实际上，如果在从传感器至进口的行进期间不存在显著的温度损失，其可以远离进口一定距离间隔开。当参考邻近于模具进口的传感器时，应记住此类可容许间距。

在图5的竖直截面图中，温度传感器中的进一个（槽26中的传感器40）是可见的，但另一传感器存在于被槽26遮掩的槽27中。温度传感器40和41经由信号线42和43被连接到温度测量装置45，其将感测的温度转换成经由电缆47被供给到可编程逻辑控制器（PLC）或计算机46的数字信号。PLC或计算机46使用输入温度信息来计算适当的铸造速度或预定铸造速度的适当调整，其将进行操作以使与由传感器40和41感测的用于熔融金属的预定设定温度的偏离最小化。计算机46然后将对期望铸造速度或速度变化进行编码的信号输送到用于铸造速度致动器49的控制器48（控制器48因此在铸造期间调节底部块的向下移动的速度）。虽然在图5中仅以示意性方式示出了致动器49，但其通常将采用依赖于通过控制阀来自泵的液压流体的流量的液压致动汽缸。致动器49最初将底部块21提高至其封闭下模具开口的起始位置。然而，在铸造期间，液压压力被逐渐地解除且重力使底部块21向下移动。控制器48因此调节液压压力被解除时的速率以控制锭下降的速度。进而，这决定了金属流过铸造设备10的速率并因此决定了金属流过槽25、26和27的速率（假设节流器24及其它节流器未被调整）。因此，铸造速度的增加增加了熔融金属流入铸造设备的速率，并且铸造速度的减小减小了金属流入铸造设备的速率。一般地，金属流入铸造设备的速率的增加促使进入铸造设备的金属的温度增加，因为其具有较少的时间在输送槽和喷口内冷却。相反，金属流速的减小由于增加的输送时间和结果产生的冷却而引起进入铸造设备的金属的温度降低。另外，减慢铸造速度将由于多个原因而使界面100更加稳健，包括熔融金属与冷却模具壁14、分隔壁19和最后的水射流16的增加的接触时间，这增加界面100处的半固体金属的壳厚度。

在铸造台中存在不止一个铸模的那些情况中，即如图4所示，其中存在两个此类模具，但通常存在三个，以相同的方式来调整每个模具的铸造速度。假设如果在传感器40和41所在的通道26和27的末端处金属温度与优选设定点的偏离，则在通道中的邻近于通向每个其它铸模的流管的位置处将存在相应的温度变化。然而，应指出的是替代地（或者以及通过促使底部块以用相同的方式影响所有铸模的速率下降来控制铸造速度，可以促使铸造室中的金属液位的高度对于不同的铸造设备而言是不同的，以从而使用于被引入单独模具的熔融金属的特定温度的铸造条件最优化。

这种铸造操作正常地具有铸造速度不同的铸造阶段，即使没有示例性实施例的调整。例如，当铸造速度相当低且常常不改变时，正常地存在启动阶段。这后面是加速度阶段，其中，速度被逐渐地增加至优选铸造速度。然后存在正常铸造阶段，常常称为运行阶段或稳态阶段，其中，速度被保持在优选铸造速度，直至铸造了锭的块体。在运行阶段结束时，简单地终止熔融金属的供应。在这些不同的铸造阶段中，可以以不同的方式来使用示例性实施例的所感测金属温度。例如，从预定铸造速度（所谓的目标速度）开始的速度变化或调整的范围在不同的铸造阶段可以是不同的，并且在一个阶段中可以将所感测的包层金属的温度用于确定铸造速度变化，而在另一阶段中可以使用所感测的芯金属的温度，或者在某些阶段中可以使用这两者。此外，应注意的是可以与低包层布置不同地处理高包层布置，并且不同的金属组合可能要求与其它金属组合不同的处理。

其可以根据经验或通过计算机建模来确定，该处理对于各种不同布置中的每一个都适用（高包层、低包层、特定金属组合、铸造阶段等）。最好的处理是使由于金属间届满的温度相关破裂或破损而引起的铸造破坏最小化或将其消除的那个。然而，优选地使用根据示例性实施例的以下原理来确定使用所感测温度来改变铸造速度的方式：

1）可以基于先前所使用的铸造速度针对所有铸造阶段来确定目标铸造速度，或者可以根据经验来确定。

2）可以针对在到铸造设备的入口处的芯金属和包层金属中的每一个根据在先已知操作或根据经验来确定温度设定点，其为产生最优化包层金属锭的用于铸造的优选温度。温度设定点常常是从金属的液相线温度的已知或预定偏移。

3）可以通过铸造速度调整来控制从设定点开始的温度变化（朝着设定点向回移动），但是仅达到由目标铸造速度的已知或根据经验确定的可容许变化确定的某个最大值或最小值（确定温度补偿范围）。

4）温度控制在铸造的运行阶段期间是最重要的，但是还可以在启动阶段和加速度阶段中的一个或两个期间执行，并且优选地，存在通过铸造的所有阶段期间的铸造速度补偿实现的一定程度的温度控制。

5）如果可能遭遇的变化被确定为在铸造的一个或多个阶段中对铸锭是无害的，则在整个温度补偿范围内或仅一部分内，可以忽略所感测的温度变化。

6）可以使用芯金属的温度或包层金属的温度或两者来产生补偿性铸造速度变化，并且在铸造的不同阶段期间可以改变对包层金属温度、芯金属温度或两者的依赖性，据此，温度被视为金属界面对之最敏感的一个（即最有可能引起界面破坏的一个）。

7）可以存在用于任何设备的铸造速度的最大变化速率，其在任何铸造阶段中优选地不应被超过。

8）优选地应在金属进入铸模的点处或接近于该点处测量温度（但是可以允许有与温度变化无关的距离）。

9）如果存在被通过公共通道来供给金属的不止一个铸模，则优选地应在金属进入距离熔融金属的源最远的模具的点处或接近于该点（最优选地刚好在该点的上游）处测量温度。

10）一般地，将所感测温度的变化线性地链接至铸造速度的补偿变化，但是可以使用所感测温度中的一个来产生比另一个更大（或更小）的铸造速度的补偿变化。

（11）铸造速度变化常常可以在±10mm/分钟且更优选地±6mm/分钟范围内。然而，对于某些合金组合或铸造设备类型而言，可以构想更高的铸造速度变化。

（12）可以通过铸造速度调整来补偿的温度变化可以高达在设定点周围±60℃，更一般地±35℃。然而，在许多情况下，温度变化低得多，例如在设定点周围±10℃或者甚至±6℃或更小（例如±3℃）。

根据以下示例和附图中的相应图5和6，这些原理和使用它们的方式将变得更加明显。

示例

在图6和7中示出了能够用来调整铸造速度的方式的示例，并且关联计算计算法基于该方式，其中，图6示出用于高包层铸造布置的情况且图7示出用于低包层铸造布置的情况。图6涉及包含按重量计约6%的Mg的专有AA5000系列铝基合金的芯的铸造，具有包含按重量计约1%的Mg的另一专有AA5000系列铝基合金的两个包覆层。图7涉及AA3000系列铝基合金的芯和专有AA4000系列铝基合金的两个包覆层的铸造，其导致稍后被轧制以产生铜焊片材产品的锭。虽然在这些图中未示出测量到的温度和经调整的铸造速度，但它们在所指示的极限内变化。也就是说，由进口温度的从设定点开始的变化导致的铸造速度的调整促使进口温度朝着设定点返回。

图6是曲线图，在横坐标上示出了来自模具出口的铸锭的长度（铸造长度），在左手侧纵坐标上示出了铸造速度（铸造速度）（底部块的移动速度）并在右手侧纵坐标上示出了温度（温度设定点）。虽然纵坐标上的铸造长度在450mm处结束，但铸锭的全长更长（例如3至5m），但铸造条件不会变化超过450mm极限，因此图表在这里终止。被示为实线的曲线50表示“目标铸造速度”，其是根据本发明的示例性实施例的不存在任何速度补偿的情况下的预定或基础铸造速度。目标铸造速度是根据用于特定铸造设备和金属组合的在先经验已知的。如此类铸造操作典型的那样，存在不同的铸造阶段，并且在不同的阶段使得目标铸造速度不同。当开始铸造时（在锭长0mm处），存在用括号X示出的启动阶段，在此期间，底部块21从模具出口向下移动。用于此类移动的目标速度恒定于每分钟31mm。在一定时间之后（例如小于约4分钟，在约110mm的锭长处），铸造操作进入第二阶段（用括号Y所示的加速度阶段），在此期间，目标铸造速度被逐渐地增加，直至其在刚好在350mm之上的锭长处达到约43mm/分钟的最高速度（用于下一个阶段的目标铸造速度）。在第三铸造阶段中（用括号Z所指示的运行阶段，遍及铸造操作的其余部分，目标速度被保持相同（处于43mm/分钟）。

针对任何目标铸造速度，最大安全速度调整是预定的，即在不引起对铸锭的损害的情况下可以采用的目标铸造速度的增加或减小。超过最大安全速度调整（增加或减小），经验显示存在可能引起某些有害或不期望的效果的风险，例如如果目标铸造速度被增加过多，则矩形锭的大的面（所谓的轧制面）可能变得过度凹陷，并且相反，如果目标铸造速度被减小过多，则大的面可能变得过度凸出。这些最大值表示在示例性实施例中采用的目标速度调整或补偿的极限，即其表示用于任何铸造阶段的最大已补偿速度和最小已补偿速度，并且其可以由有技术的操作员根据经验或根据被认为合理的范围来确定。

在图6中，用虚线51示出最大已补偿速度，并用虚线52示出最小已补偿速度。这些线之间的距离被视为有效安全速度补偿范围，并且将看到的是此范围从铸造开始时的零点开始增加至竖线53处的最大值。超过线53，速度补偿范围不会显著地改变，虽然目标铸造速度在加速度阶段Y中改变。

在提供图6的结果的铸造设备中，存在与铸锭的表面成不同角度地布置且可单独操作的两组水冷却射流16（参见图1）。与锭表面成22°取向的第一组射流以低流速从铸造开始时开始操作以减少所谓的“卷边”（由于热应力而引起的锭的底端的变形）。流量随着铸造速度在加速度阶段增加而增加。在某个点处，在第二组射流上开关的阀与锭表面成45°取向。竖线53表示在第二组射流的阀开口之前25mm的生长锭上的位置，竖线54表示阀开口端之后25mm的位置且竖线55表示阀开口端之后75mm的位置。这些被视为此操作的铸造序列中的重要位置。

最初在铸造序列中，只有由用于包覆层的熔融金属的温度传感器41感测的温度被用于产生速度补偿。用于包覆层的熔融金属的温度具有被称为包层温度设定点的优选温度，如在图6中的56处所示。这是用于包层金属提供良好金属间界面及其它期望特性的最期望温度。此温度设定点对于特定铸造设备和金属组合而言是已知的，但可以是根据经验的确定的。图6示出用在设定点线56之上的虚线57所指示的用于包层金属的最高有效温度和用在设定点线56之下的虚线58所指示的用于包层金属的最低有效温度。这些线之间的距离表示有效包层温度调整范围。最高有效温度是能够通过在已补偿速度范围内调整（在这种情况下减慢）铸造速度来促使其减小的最高温度，并且最低有效温度是能够通过在已补偿温度范围内调整（在这种情况下增加）铸造速度来促使其增加的最低温度。超过此温度范围，可能必须采用其它措施以使包层金属温度朝着包层温度设定点返回移动。例如，可以开启或关掉槽加热器（如果存在的话），可以提高或降低绝缘槽盖（如果存在的话）。等。此类措施一般地不能实现根据示例性实施例能够通过铸造变量补偿来实现的细微的温度控制，因此，将其预留给不能用那些方法来控制的大的温度变化。

在本示例性实施例中，虽然在铸造序列的此早期部分期间仅依赖于包层金属温度测量，但计算机46在此所感测温度下降至低于设定点56时加速铸造并在所感测温度上升至设定点56之上时减慢铸造速度。与温度变化相比的速度变化一般地是线性函数，使得速度变化随着温度变化达到其最小值或最大值而达到其最大值或最小值。例如，对于产生图6的结果的那些设备而言，包层温度从设定点开始的变化引起每摄氏度（℃）每分钟0.5mm的速率的铸造速度补偿。在从铸造开始直至线53的区域中，最大补偿范围从0增加至线53处的±3mm/分钟（在阀开口之前25mm）。在线53和54之间的区域中，最大补偿范围在±3mm/分钟处保持恒定。然而，对于大多数铸造设备而言，速度变化不应超过某个最大值，使得从温度设定点至最小值或最大值的瞬时变化将不会产生从目标至最大值或最小值的铸造速度的瞬时变化。替代地，速度应更缓慢地变化，直至达到最大值或最小值。提供在温度变化之后的速度补偿的此滞后是为了防止急剧的速度变化。产生图5的结果的设备的最大速度变化是0.2mm/秒。

如从图6可以看到的，对包层温度的依赖性仅持续至锭的长度达到线55，并且然后不再使用该包层温度来产生速度补偿。替代地，超过线55，仅仅依赖于由传感器40测量的芯温度进行速度补偿。如包层金属的情况一样，芯金属具有优选温度（设定温度）60和在设定温度60周围的最大和最小温度（分别用虚线61和62示出），在该最大和最小温度内，可以通过铸造速度变化来使温度朝着设定温度返回。在此区域中，芯温度引起0.5mm每℃每分钟的铸造速度变化，最大补偿是±3mm/分钟。

从图6显见的是在竖线54和55之间存在来自两个传感器的温度设定点的重叠区域，其中，包层温度和芯温度两者被用来产生铸造速度的补偿。在此区域中，补偿从基于100%包层/基于0%芯线性地过渡成基于0%包层/基于100%芯（完成此操作是为了保证从仅基于包层至仅基于芯补偿的平稳过渡）。因此，在此区域半途中，针对包层计算的补偿的50%被与针对芯金属计算的补偿的50%相加。

图7示出用于以低包层水平操作的铸模的有效方案。在此铸造示例中，与图6的不同，从铸造开始时开始打开两个水射流，其适合于正在铸造的金属的类型。再次地，目标铸造速度70不同于启动时的低但恒定的速度（括号X）、在加速度阶段的增加的速度（括号Y）以及在正常铸造运行阶段期间的恒定但较高的速度（括号Z）。如图6的示例的情况一样，锭的长度最终大于所示的300mm，但是铸造条件不会改变超过此点，因此图表在这里终止。用虚线71示出了最小铸造补偿速度，并且其在铸造开始时从负6mm/分钟（从目标）开始减小至启动阶段X（竖线72）结束时的负3mm/分钟。该最小值然后在其余铸造阶段内在-3mm/分钟保持恒定。不同于图6，在启动阶段X和加速度Y期间不存在从目标铸造速度70开始的允许速度补偿增加。在运行阶段Z中，在竖线73处开始，补偿的最大增加是如虚线74所示的+3mm/分钟。

包层金属具有由实线75所指示的包层金属温度设定点。芯金属具有由实线76所指示的芯金属设定点。在本示例中，芯金属设定点高于包层金属设定点，如所示。芯金属具有最大温度，直至该最大温度，可以通过对铸造速度的补偿来控制芯温度的增加，如虚线77所示。用虚线70示出了最小芯金属温度，但其仅在铸造操作的运行阶段Z中。这意味着在启动和加速度阶段中的在芯温度设定点之下的芯温度减小未被铸造速度的变化所补偿，并且这对应于这些阶段中的铸造速度的正补偿的缺乏（如上所述）。这是因为速度增加被认为在铸造操作中的早期对此合金组合太过有害。

包层金属对于所有阶段而言具有在设定点之上的最大温度，如虚线79所示。可以用铸造速度的相应减小来控制达到此最大值的温度增加。如所示，此最大值从铸造开始时的高值减小至启动阶段X结束时的较低值，并且然后通过加速度和运行阶段保持在恒定值。然而，对于所有铸造阶段而言，存在用交叉影线区域80示出的“死区”，其直接在包层金属设定点75之上，延伸至在最大包层温度79之下的温度。此死区80表示其中从包层设定点开始的温度增加未被用来产生铸造速度的补偿性变化的区域。因此，只有在此死区80之上但在最大值79之下的包层金属温度被用来产生铸造速度变化。这是因为包层金属温度的小的增加（落在死区80内的那些）不会不利地影响铸锭，因此在没有铸造速度补偿的情况可以被容忍。

应注意的是包层金属在任何铸造阶段中均没有在设定点75之下示出的最小温度范围。这是因为速度增加在铸造操作早期对于此合金组合而言被认为非常有害（再次地，这对应于至少在前两个阶段X和Y中缺乏增加的铸造速度补偿）。

在本实施例中，遍及铸造的所有阶段，将芯和包层金属两者的温度用于铸造速度调整（虽然某些温度变化被忽略，如上文所指示的）。在启动和加速度阶段X和Y中，通过0.5mm每℃每分钟的速率的铸造速度的下降来补偿芯温度的增加。以0.25mm每℃每分钟的速率来补偿包层温度增加（在死区80之上）。这些速率被视为加的（或减的，如果它们具有不同的符号，即速度增加被速度减小抵消，并且反之亦然）。在运行阶段期间，使用芯金属温度和包层金属温度两者来产生铸造速度补偿，但是只采用在死区80之上的包层金属的温度上升（忽略包层金属温度下降），而芯金属的温度上升和温度下降二者被用于铸造速度补偿。芯金属温度增加和下降引起0.5mm每℃每分钟的速率的补偿。在死区之上的芯金属温度增加引起0.25mm每℃每分钟的速率的铸造速度补偿。根据温度变化相对于设定点而言是正的还是负的，加上或减去该变化。

在产生图7所示的结果的设备中，铸造速度的最大允许变化速率是0.2mm/分钟每秒。

本技术领域的技术人员将认识到的是在不脱离所附权利要求的范围的情况下可以进行上述细节的各种修改和变更以补偿不同的条件、设备和金属的组合。

Claims (15)

1.一种直接冷铸复合金属锭的方法，其包括：

通过向直接冷铸设备的铸模内的至少两个铸造室供应熔融金属流来顺序地铸造至少两个金属层以形成复合锭；

在邻近于铸造室的进口的位置处监视所述熔融金属流中的至少两个流的进口温度，所述铸造室被供给所述至少两个流，并将所述监视到的温度与所述至少两个流的预定设定温度相比较以检测与所述至少两个流的每一个的设定温度的温度差；以及

以一定的量来调整影响进入铸造室或在铸造室内的熔融金属温度的铸造变量，以使由所述一个或多个温度差引起的不利铸造效果最小化，并且所述铸造变量的所述调整是基于所述检测到的温度差的组合以产生被用于调整所述铸造变量的单个值。

2.如权利要求1所述的方法，其中，以促使所述至少两个流的所述监视到的进口温度接近于所述至少两个流的每一个的所述预定设定温度的方式来执行所述铸造变量的所述调整。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述铸造变量选自由锭铸造速度、所述模具内的所述流的冷却速率、从所述模具出来的所述复合锭的冷却速率以及所述熔融金属中的至少一个在所述模具内的表面高度组成的组。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述铸造变量是锭铸造速度。

5.如权利要求4所述的方法，其中，仅采用所述铸造速度的调整，将所述铸造速度调整到被确定为避免铸造缺陷的预定极限内。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述顺序铸造具有由铸造速度的差限定的至少两个铸造阶段，并且其中，在所述阶段中的至少一个中执行所述铸造变量的所述调整。

7.如权利要求6所述的方法，其中，在所述阶段中的至少两个中执行所述铸造变量的所述调整。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述铸模是被布置在铸造台内的至少两个铸模中的一个，并且其中，被供应到所述一个铸模的所述至少两个熔融金属流的所述监视到的进口温度被用作用于调整所有所述模具的所述铸造变量的基础。

9.如权利要求1所述的方法，其中，只有当所述温度差落在所述设定温度的±60℃的范围内时，才将所述至少两个流的所述温度差用于调整所述铸造变量。

10.如权利要求1所述的方法，其中，只有当所述温度差落在所述设定温度的±10℃的范围内时，才将所述至少两个流的所述温度差用于调整所述铸造变量。

11.如权利要求1所述的方法，其中，只有当所述温度差落在所述设定温度的±6℃的范围内时，才将所述至少两个流的所述温度差用于调整所述铸造变量。

12.如权利要求1所述的方法，其中，被供应给所述金属层的金属是铝基合金。

13.如权利要求1所述的方法，其中，通过槽来供应所述熔融金属流，并且其中，在所述槽内监视所述温度。

14.如权利要求1所述的方法，其中，所述单个值通过将所述温度差取总和获得。

15.如权利要求1所述的方法，其中，所述单个值通过将所述温度差取平均获得。