CN1291122A - 用于冶金产品的热顶连续铸造的多角铸模 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铸模,沿着抽出铸造的金属产品的方向包括:一个由非冷却的耐火材料制的冒口(5),起到要浇注的熔融金属容器的作用,和一个用于凝固金属的、标准的冷却的管形金属元件(6)。在冒口(5)和金属元件(6)之间设有用以喷出剪切气体(如氩)的缝(18)以便出射在锭模的内周边。喷射缝包括减少沿锭模各角度的气体流的装置(17),优选地由阻挡元件构成。本发明可减少、甚至消除在凝固的铸造产品边缘的缺陷。

Description

用于冶金产品的热顶连续铸造的多角铸模

本发明涉及如大方坯、钢坯段或板坯的冶金产品的热顶连续铸造的铸模的头部。

在冶金产品连续铸造的情形下，熔融金属浇入处于直立放置的铸模的头部或上部，从该铸模的底部抽出一个周边凝固的产品。

这一方法称为“热顶连续铸造”，事实上构成一般的连续铸造方法的改进，该方法如此使用，即弯月面(铸造金属的自由表面)转到在铸模头部内金属的凝固开始高度的上游。为了实施热顶连续铸造方法，通常的由内循环的冷却水冷却的铸模的铜管形元件被绝热耐火材料制的非冷却的冒口很好地邻接地盖着，冒口作为被放在其上方不远处的浇包的浇注流供入的熔融金属的容器。借助这种新颖的铸模头部的结构，在浇注周期中，液态金属弯月面建立在该处在耐火冒口里面，而金属的凝固开始在与冷却金属管元件齐平的位置，如在普通连续铸造中那样，该冷却的金属管元件校准铸造产品的形状及尺寸。因此，在冒口内浇注流对液态金属的搅拌受限制。在设在下面的铜管元件限定的凝固空间中，浇注流被保持在比较平静的液体动力学状态下，因此可以特别地平整与绕着铸模内周边的冷却铜壁接触的钢的凝固形状。但是，为了成功地使用这种方法，必须避免铸造金属在冒口中过早地凝固，以便确定在更下面位置，精确地说在与冷却铜壁接触处开始凝固。

为此，已有建议在耐火冒口和铜管元件之间留出很小宽度(小于1mm和一般约0．2mm)的间隙，和通过该缝隙喷出流体，一般是氩气等惰性气体，绕着铸模内周边喷入铸模中。为了保证缝隙中任意点的气流，通过一包着缝隙的分配室对缝隙供以加压的气体。

喷出气体的效果是对着耐火冒口的内壁剪切可形成在上方的不均匀的附加的凝固薄膜，使刚位于其下方的冷却的铜元件中的凝固有陡的和均衡的开始。

在非圆形铸模的条件下，或者说在设有四边形冷却管元件(用于浇注例如方形横截面的扁坯、大方坯或钢坯段)或更一般的为多角形的冷却管元件(用于浇注有要求的最终产品的形状的铸坯)的情形下，已经观察到，在完全凝固后浇注产品上，沿着边缘有凝固缺陷，如纵向裂纹、分层等缺陷，其来源于在凝固壳形成时，在铸模上这些点缺乏凝固金属。

本发明的目的是提供一个方案可减少或完全消除在得到的铸造产品中的凝固缺陷。

为了这一目的，本发明提供了一种热顶连续铸造熔融金属的铸模，包括具有限定铸造产品的形状及尺寸的多角形的冷却的金属管形元件，在其中与冷却的内金属壁接触时熔融金属凝固，所述的冷却的管形元件被一个非冷却的冒口覆盖着，该冒口由绝热耐火材料制成限定要凝固的熔融金属的容器，用于绕铸模的内周边喷出剪切流体的缝设在所述的冷却的金属管形元件和所述的冒口之间，其特征在于在角部设有减少剪切流体流的装置。

优选地，这些装置包括阻挡喷射缝中气体流的元件，所述的元件设在缝的角部。

本发明是出于下面的考虑。为了使冒口底部喷出的气体流有满意的剪切作用，沿着缝必须维持气流速率使得没有死区，在死区会有不希望的凝固碎片。但是，即使从周边的压力气体歧管对缝供以气体，确保压头损失相等，因此在缝的整个长度上有稳定的流率的线性出射流，但是也不能使铸造产品周边各点的喷入气流速率相等。因为在铸模的角部有较大的气体流速，因为缝具有与铸模同样的矩形，在铸模角部区从两方向供入气体。在角部的大的气体流速导致在缝的区域，特别是其下面冷却的铜元件的上部，会有过压，该过压会在铸造产品的边缘把凝固壳局部从冷却的铜壁上分离下来。由于在角部对产品冷却的效果破坏，该分离导致“缺少凝固金属”的凝固分布现象，该现象在得到的铸造产品上放大为沿边缘在角部处的凝固缺陷。

为了更清楚地理解本发明，下面参照附图及非限制性实例详细说明按照本发明的热顶连续铸造方形钢坯段的铸模，附图中：

图1是沿图3中1-1线剖切的铸模的上部一半的示意的轴向剖面图；

图2是沿图3中2-2线剖切的铸模的上部一半的示意的轴向剖面图；

图3是沿图1、2中3-3线剖切的铸模的下部的顶视图。

图1及图2示出热顶连续铸造的铸模的上部1，其包括一个冷却的铜管元件6，向上延伸和完全邻接着一个非冷却的耐火材料制的冒口5，以便防止熔融金属的渗透。

冷却金属元件6和耐火冒口5的内部限定一个内浇注空间3，熔融金属4(如钢)浇入其中并在其中凝固。如图3可见，内浇注空间3的截面形状为带有圆角的正方形，圆角的半径扩大地放大了以便更清楚地示出制成本发明的特征元件(下面要说明)。

应该注意冷却的铜管元件6形成铸模的主元件。正是这个被内循环的水(在元件6和包着元件6并隔一些距离的金属套8之间如左方所示的空间2中)激烈冷却，其通常作为结晶器，熔融金属7对着该结晶器的内壁11凝固，当钢首先与冷的铜壁11接触，首先形成了一个第一壳7’。接着，当铸造产品沿着铸模沿箭头F的方向逐渐向下，在铜元件激烈冷却的强烈的热泵作用下，壳逐步加厚。这样铸造产品的凝固从周边逐渐扩展到中心轴直到完全凝固，一般在铸模下十米处发生，为此跟随铸模设置喷水，以便立即喷到要冷却的铸造产品的表面上。

关于热顶浇注的一个专门元件，冒口5，其作用是用作熔融金属的容器4。从铸模上方不远处的一个中间包14中浇出的金属流12通过中间包的注孔上装的浇注嘴13浇出。容器4构成一个阻尼块，它在液体动力学上起的主要作用是允许由于金属流12的大的动量造成液体金属的激烈搅动在那里自由发展和受到阻尼。因此，为了在结晶器6中凝固随后进入结晶器6的液体钢水成更平静的状态，重要的是远离弯月面15，弯曲面的搅拌常是在普通连续铸模中在最外的壳中凝固不均匀性的原因。在容器4的下面，熔融金属流近似“活塞”型流，也就是在穿过剖面的速度矢量中没有明显的梯度的流，它对合适地进行凝固过程很有利。

作为总的规则，但是图中未示出，耐火材料制的冒口5具有由考虑绝热性能选出的纤维耐火材料制的主上部，以便把容器4中的熔融金属保持在液态，耐火材料例如可用KAPYROK公司出的A120K材料，冒口5还有一个选自由致密耐火材料(如SiAION^)制的下环形插块，以便保证凝固开始造成的在冷却的铜元件6的周围有最好的机械整体性。

可以看出冒口借助对准销(未示出)和带有拉杆9’的装配法兰9固紧在相对管形元件6对齐的位置，该法兰支承在罩住耐火材料零件的金属板5a上。由钢板制的箱10优选地设置用于穿过拉杆和使组件增强。

不管用于冒口5的耐火材料的绝热性如何，在冒口的内壁或多或少形成附加的铸造金属的凝固薄膜16。尽管位于周边上，它们会影响在结晶器6中的正确凝固，因为这些薄膜16会到达在凝固开始处的冷却元件6的边缘。为了在该阶段前破碎掉在冒口周边形成的不希望有的凝固薄膜，在冒口的底部，沿周边喷入一束剪切流体。在这方面，优选地使用气体，更优选地使用相对铸造金属是化学惰性的气体、如氩气。

为此，在冒口5和冷却铜元件6之间设例如宽度为约0．2mm的窄缝18。该窄缝向着铸模内部自由开口，而另一头引出在设在冒口内的一个密封的环形室19中。沿着缝18延伸的室19用来合适分布必须从缝中发出的线性的气体流，该室通过导管20与外压力气体源21连接。该缝18具有类似于铸模的多边形的环形，也就是类似于一当壳在铜元件6内凝固时的铸造产品的形状。特别，它具有带四个角部的外形，如图3所示，其中如上述的原因，角部的倒圆部分已故意地放大了。

由于靠近铸模的角部3a、3b、3c、3d，导入浇注空间3的剪切气体从缝18的两侧以直角从两方向供入，在浇注空间3的角部区域收敛式地供入意味着更多的气体被吹进这些区域，就有在铜壁11的上边缘、在最外的壳形成处从铜壁11上局部分离铸造金属的危险，因此在铜元件6中凝固时在铸造金属的这些边缘区与周边的其它部分相比凝固金属不够，因为在这些地方没有有效地冷却产品。

为了防止气体过分地喷入角部区域，按照本发明，在缝18的角部设置阻挡气体流动的元件，可参见图2和3。

放在缝18角部的阻挡元件17包括多个柔性的耐火材料纤维束，在冒口已夹对着金属元件6的顶部，通过压扁，这些纤维束可局部挡住从铸模外朝向铸模内的通道。在向内限定阻挡元件的浇注空间的圆角部3a(或3b、3c、3d)的相应端，各阻挡元件17优选地朝外邻接分配室19的内周边，朝里邻接浇注空间3的角部，侧面邻接朝铸造空间3收敛的两个直的侧面，该两侧面与浇注空间的平的内表面的垂线成α角。

如果铸模浇注空间的圆角部半径为约6．5mm，阻挡元件17在其最窄的区域的宽度，在邻近浇注空间的角部处最好为4-6．5mm。如果该宽度小于4mm，局部的过分的喷入角部的气体流没有被适当地除去。如果该宽度大于6．5mm，在靠近角部区没有线性的喷入的气体流。

另外，在阻挡元件的直的侧面与浇注空间的内表面的夹角α优选地为0-45°。在阻挡元件17的侧面的倾斜超出上述值，线性的喷入气体流，也就是说铸模与缝18齐平的内周边的每单位长度的气体流在靠近角部区变为零。

已经发现约为20°的角α值，在浇注矩形或正方形产品的情形下，在铸模的内周边可以得到稳定的线性流。在某些情形下，取决于浇注产品的形状是否或多或少复杂，在角部的端部，阻挡元件的直的侧面与内浇注空间3的平的内表面的垂直线夹角为不同的角α和α’。

使用具有上述几何形状和尺寸特点的阻挡缝18的元件，可以在缝18得到非常稳定的进入内浇注空间的线性的惰性气体流。这样在铸造产品凝固时消除了沿着浇注产品边缘的凝固缺陷。

本发明不限于上述实施例。例如，作为阻挡缝18的角部区域的元件可用耐火材料纤维外的其它材料。这些元件完全不透气体，或有稍些空隙。

也可以在内浇注空间3和分配室19之间，使在延伸过缝18的宽度的角部区冒口5稍微增厚一些。该附加的厚度可用机加工得到，例如对冒口5靠近元件6的下表面进行铣削。相反地，可以在元件6上制得角部的增厚的厚度，为此目的加工元件6面向冒口5的上表面。优选地，附加厚度的区域的形状类似于图3所示的阻挡元件的形状。附加的厚度优选地约为0．2mm。

也可以在靠近分配室的角部部分阻挡分配室19，以便限制或消除喷入缝18的角部区的气流。可以例如在分配室的角部区引入塞，塞贯穿着沿着分配室中气体流的方向的通道，或引入具有一定孔隙度的塞，来阻挡分配室。

本发明可用于浇注冶金产品，如形状与最终产品(梁、轨、各种剖面等)接近的钢坯段、大方坯、板坯、或坯料等的热顶连续浇注的各种多角铸模头部，只要该铸模头部满足下面权利要求书的限定。另外，可用于连续铸钢或连续铸造非铁金属。

Claims (6)

1．一种热顶连续铸造熔融金属的铸模，包括具有限定铸造产品的形状及尺寸的多角形的冷却的金属管形元件(6)，在其中与冷却的内金属壁(11)接触时熔融金属凝固，所述的冷却的管形元件被一个非冷却的冒口(5)覆盖着，该冒口由绝热耐火材料制成限定要凝固的熔融金属的容器，用于绕铸模的内周边喷出剪切流体的缝(18)设在所述的冷却的金属管形元件(6)和所述的冒口(5)之间，其特征在于在角部设有减少剪切流体流的装置(17)。

2．按照权利要求1的铸模，其特征在于所述的减少剪切流体流的装置包括局部阻挡缝(18)中的气流的元件(17)。

3．按照权利要求2的铸模，其特征在于所述的阻挡元件(17)各包括一束压缩的耐火材料纤维束，设在所述的冒口(5)和冷却的管形元件(6)之间和各放在缝(18)的角部(3a…3d)。

4．按照权利要求2或3的铸模，其特征在于用于阻挡所述的缝(18)的角部的元件(17)在分配室(19)和内浇注空间(3)的内表面之间有两个直的侧表面向着浇注空间(3)收敛，并且各在邻近浇注空间(3)的表面的角部(3a、3b、3c、3d)处与内浇注表面的垂直线夹一个0°-45°的角。

5．按照权利要求2-4中任一项的铸模，其特征在于铸模的圆角半径为6．5mm，所述的阻挡元件(17)面向浇注空间(3)的面的宽度为4-6．5mm。

6．按照权利要求1的铸模，其特征在于所述的减少气体流的装置包括部分挡住喷射缝(18)的角部的元件。

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