[发明专利]用于立式半连续铸造模具的双喷射冷却设备

说明书

技术领域

本发明涉及通过立式半连续铸造制造半成品，如铝合金制成的轧制板料(plaque de laminage)和挤压坯料(billette de filage)的领域。

更具体地讲，本发明涉及一种直接冷却设备及其方法，该设备具有双排喷嘴并为产品在凝固期间，尤其是在铸造开始阶段，提供渐进的和连续的淬火，从而控制并最小化弓形弯曲(cambrure)现象，并允许后续热轧或挤压而无需提前锯掉铸件脚部，且不会发生疲劳或开裂。

该锭模(lingotière)可包含或不包含在其工作表面上用于持久机制下改善表面状态的石墨嵌入层。

产品能够用于任何板材、带材、型材或通过挤压得到的锻造零件形式的应用。

背景技术

轧制板料和挤压坯料通常通过在位于铸坑或铸井上方的铸造台上的立式模具或锭模中进行铸造而被制造。

用于板料的模具具有矩形横截面，用于坯料的模具具有圆形横截面，它们具有开放的端部，除了底端在铸造起始时被假底(faux fond)封闭，所述假底借助于一个升降系统在板料或坯料铸造过程中向下运动，并且上端用于金属给料。

模具和假底界定了用于铸造金属的型腔。

在铸造过程的开始，假底被置于其所能达到的模具内的最高位置。随着金属被浇铸和冷却，一般采用水冷却，该假底以预先设定的速度下降。凝固的金属随后经由模具底部被抽出并因此形成板料或坯料。

从模具中抽出的金属通过冷却液的作用被直接冷却，这种类型的铸造被称为直接冷却半连续铸造，通常是直接冷却立式半连续铸造。

在半连续铸造中，其困难在于从产品成型开始时的零速度到持久机制下的速度的成功转变。这一转变导致板料脚部的变形，本领域技术人员已了解且术语称为弓形弯曲。当脚部被过于剧烈地冷却时，将发生过于显著的弓形弯曲现象，该弓形弯曲现象可引起本领域技术人员称作的“流出(pissure)”情况，这一情况有时可能进一步恶化为“悬料”，即板料在模具内的一个卡子。该弓形弯曲现象与不适宜的冷却机制相关，可轻度毁灭性地导致脚部断裂或脚部中的裂纹。这些断裂或裂纹是完全不利的，因为它们会以持久机制蔓延并因而导致产品报废，此外，若不锯掉脚部以修复产品的完整，它们至少将妨碍板料的热轧。最后，未引起铸件报废的弓形弯曲现象，若不锯掉板料脚部，仍会导致产品横截面的变化，将妨碍产品的轧制。

为了制约弓形弯曲现象，本领域技术人员已知有必要在铸造开始阶段从产品中抽取少于持久机制的热量。对此发展了多种技术(间断法、CO₂向起始水中的注入、V形锭模和弯曲假底的使用)。最有效的技术包括在开始阶段充分降低冷却流速以获得稳定的膜态沸腾机制(régime caléfaction)，其抽取的热量远远小于核心沸腾机制或流动机制。另外，已知弓形弯曲比率是启动速度的正相关函数，其导致以一个总体低于持久机制下的铸造速度的速度开始铸造。因此，本领域技术人员已知最重要的参数为填料速度和铸造温度，使用足够少的、具有与其质量相关的适宜的热效率的水在启动阶段的起点进行少量的热量抽取，参照水的初始流速进行启动速度的合理选择，以及最后，在启动阶段的终点，选择铸造速度的增加坡度和冷却水流速的上升坡度。所述坡度使速度和冷却参数与铸造的稳定机制相适应，同时保证脚部的良好状态及最小化弓形弯曲现象。

通过被称为“水孔(Waterhole)”的锭模(有孔模具(moule à trous))能达到上述条件，该水孔的内部结构和孔径能够在保证非常好的沿模具的流速均匀性的同时，达到非常低的流速。

这些模具包含水平的一排孔或两排孔，其中的一排位于另一排上方。

申请号为WO 2005/092540 A1的申请和序列号分别为US 7,007,739B2，US 5,518,063,US 5,582,230和US 5,685,359的Wagstaff Inc.的美国专利公开了一种顺序喷射系统，首先采用第一排孔以22°的入射角喷射，其在启动期间提供膜态沸腾机制，然后在其上方加入第二排喷射以45°由孔喷出，其终止膜态沸腾并提供持久机制下的足够的冷却。Wagstaff Inc.明确公开了采用一排喷嘴以低入射角喷射的机制与通过两排喷嘴喷射、其中一排具有高入射角的机制之间的高度区别。

这两个系统(如上述的采用一排或两排)中的每一个具有不足：