[发明专利]控制金属模膨胀方法及其金属连铸机

说明书

本发明涉及一种控制金属模膨胀的方法及其金属连续铸造机，尤其是那种用喷射冷却液来冷却模子及控制模子在使用时的膨胀和收缩的系统。

在传统的连续金属铸造机中，熔化的金属被送入铸模以凝固成预定的形状。当熔化的金属进入铸模时，形成了外壳并硬化。在许多机器中，铸模是垂直放置的，当金属带继续固化时，它就弯成90°，也即作水平方向移动，它随后被切成独立的段。在水平连续铸造机的场合，带不弯成90°角，只是水平地存在于铸模中。不管在垂直和水平的机器中，带被切成段或预定的长度。

熔化的钢的温度典型地是1565.56℃，虽然某些规格的温度也有低到1426.66℃的。一般来说，虽然这里大多数的参考例讲的是铸钢，本发明考虑到任何金属或合金的铸造，只要它们的液化温度超过1426.66℃。

形成钢带的铸模包含着液态钢并提供它的初期固化，即，外壳的硬化。固化中的带被连续地从模底引出，其速度和从顶部加入的液态钢相同，生产率是由外壳变成足够硬的时间所决定的，此时带的外壳包容着液态钢的内心，从模子中出来。目前几乎所有的铸造机中液态钢的冷却是由一个供水系统将冷却水流绕着铸模循环。水进入围绕铸模的压密容器的底部，逆着液态钢移动的方向向上流动。逆流的水流被发现在连续铸造机中适合于传递热量。这种冷却系统包括一个紧绕着铸模的隔套，形成一个环形空间，冷却水在其中流动。

使用中发现当铸模直接接触到被铸造的熔化金属而被加热膨胀时，它会减小处于模子和隔套之间冷却水循环用的环形空间。这就减少了吸热效率，使铸模进一步受热膨胀，因此进一步减小环形空间以及循环冷却用的冷却水量。这种情况继续下去，在极端的事例中能终究会导致模壁和隔套内表面相接触。当发生这种接触时，会导致整个铸模的熔化，但在任何事例中，冷却作用被急剧减小，带的质量变坏。

为了想控制和维持模壁和隔套的相对位置，连续铸造机设计师有时在隔套内表面上焊上小的撑杆或销。这个办法是相对地不成功的，然而，因为铸模在撑杆之间的区域膨胀，这进一步增加了铸模的变形。况且，这种模子变形会造成带外形的菱形鼓起和其他的变形。如果模子膨胀超过1.9177mm，在铸模中产生的应力会超过模子铜材的屈服强度而造成铸模的永久变形，进一步使带的质量恶化和损坏铸模。

在申请人的先有的美国专利第4，494，594号中公开了一种喷射冷却系统，它改善了上述系统中发现的许多问题。在这个专利中所述的喷射冷却系统能比上述先有技术的系统更有效地冷却铸模和控制它的膨胀。结果是，当使用专利4，494，594号所述的喷射冷却系统时，能得到高质量的铸钢带。

然而，不论是隔套设计，还是申请人的先有的美国专利4，494，594中的先有的喷射冷却系统都没有考虑到在一个连续铸造机中发现的不同的膨胀区域（弯液面，中部和下部），而且先有的装置缺乏任何手段以持久地监控铸模在一些区域中的膨胀和调节冷却率以维持在预先决定的最大膨胀率之内。由于传统的铸模冷却系统不可能控制铸模子的膨胀，逼得连续铸造机的操作者或研究者去接受不可控铸模膨胀在铸件结构上产生的不利影响，以及接着而来的工艺操作中产生的不利影响，以及由此得到的成品质量。

本发明的目的在于提供一种控制金属铸模膨胀的方法及其金属连续造机，它可以更有效地冷却金属铸模和控制其膨胀量。

按照本发明，提供一种连续金属铸造机，它的喷射冷却系统的一个或多个参数被形成和建立以维持所需的铸模外形，并能检测和纠正铸模的变形。

申请人发现通过利用某种条件以及通过改进另外一些在先有的美国专利4，494，594中讲到的工作条件，就能正确地控制铸模的膨胀以及接着控制铸模中连续铸出的带的质量。特别是，申请人发现通过小心地调节冷却液朝向位于一个范围中的区域，该范围自弯液面上方大约63.5mm延伸到液面下大约63.5mm，这能最有效地控制铸模的变形。在大多数用来生产短锭、扁锭和其他形状的连续铸造机中，这区域位于大致在模顶下面50.8至355.6mm的地点。在此弯液面区域，应该把熔化的金属的大约70%的热量抽出以便使熔化的金属开始快速和均匀的固化。申请人也确定了最大的模子膨胀允许量是沿着垂直于模子纵轴方向大约是1.9177mm，在液面区域最好在0.0550英寸之内，这是在铸造时根据铸带的表面和下表面定出来的。膨胀超过1.397mm如果是在中部和下部区域也是可容忍的，因为不会对铸带造成损坏。如果超过这些最大允差，会使铸带发生：纵向和横向的表面开裂;表面以下0.635至31.75mm的下表面开裂;菱形鼓起和其他的外形畸变;和过度的振痕深度（从0.1778至2.54mm）。此外，会产生铸模的过度磨损。