[其他]用于垂直浇铸中能调节液态金属自由表面与模壁接触高度的铸模

说明书

本发明是关于用于垂直浇铸中能调节液态金属自由表面与模壁接触高度的铸模。

用浇铸法生产黑色金属或有色金属诸如铝及铝合金等的半成品时，技术人员总是设法得到具有尽可能均匀的物理，化学性能的锭坯、条坯及板坯，以避免这些坯料进一步加工成板材或线材等产品时出现某些缺陷。

然而，目前在工业部门的大多数浇铸工艺中，亦即金属从液态凝固成固态的过程中，或多或少的非均匀性缺陷的形成基本上由铸坯各处不同的冷却条件所引起的。用铸模垂直浇铸时，金属连续穿过铸模且被间接冷却，接着当金属离开铸模后就被水流直接冷却，用这种工艺在坯件上能看到被称为“初外皮层”。外皮层的结构和成份不同于坯件中心部分的原因是由于金属与模壁接触产生间接冷却。对于合金，还会出现另一种不均匀性，虽然它不是很明显，但同样是很讨厌的，诸如“针状物”（Pocks）或小坑，它们是由于液态金属接触大气后形成的氧化物弥散在金属中引起的。

当然，技术人员在这些问题面前没有消极，他们采取了一些效果不一的解决办法，目的在消除或者至少减少非均匀性严重程度。

法国专利1509962就是这样的，建议使用电磁浇铸法，此技术目前已经成熟，其原理是依靠电磁力把液态金属约束住，这就可能取消铸模而避免外皮层的出现，因为在这工艺中已没有铸模的间接冷却作用了。

这样就提高了半成品坯料的均匀性。

然而，这种技术有下述几点不足之处：

-浇铸系统必须具备较复杂及昂贵的电气设备，这是，因为用来产生合适的约束磁场所用的电流不是工业频率50赫，而是高频500到4000赫;

-由于小坑的形成引起的非均匀性的危险理所当然地增加了，这一方面是由于不用锭模而使液态金属和空气接触产生氧化物的表面积增加了，另一方面是由于约束磁场对液态金属的搅动，致使氧化膜移动并弥散在金属中;

-在电磁浇铸起始时，常常难以产生合适的约束磁场;及

-当浇铸铝或铝合金时，人身安全也许会有问题，万一由于供电不足，液态金属不再被约束住漏出来直接和冷却水接触而导致爆炸。

另一种被建议的方法更简单些，是设法减少外皮层的厚度。例如法国专利1398526是用Frax环纤维（Fiberfrax）粘合到铸模上，以减少金属与锭模接触高度，以减弱间接冷却的作用。但是环的高度确定后不能适应不同的工况，因为它在极大程度上由浇铸速度所决定的。这样当浇铸过程的参数变动时，要末换铸模，或至少要改变环的高度，由于这一方案灵活性差，所以不能彻底解决问题而只是部分地消除了非均匀性。

在法国专利1496241中，用不冷却的石墨铸模来消除间接冷却的不利之点，然而，由于石墨是脆性材料，所以出现了维修和频繁更换铸模的问题。

另一种解决问题的方法是采用内表面有折皱的铸模，这样例如浇铸1050铝时外皮层厚度可减少30%，但是，使用这种铸模不但价钱很贵，而且由于折皱的存在、同一铸模不能用于不同的浇铸速度。

大家知道还有一种方法是“热顶（Hot    TOP）”浇铸法，然而由于周期性弯月形固化表面的扩展会在坯料表面形成小的皱纹，以及伴随着的难以起始浇铸，使得这一技术不宜被采用。

最后，近来法国专利2417357又提出一种方法，此方法是在铸模内壁放置一滑动套圈以控制模壁和金属接触的高度。此方法也有不足之处，如果金属有不定时的固化会导致滑套和铸模的粘连，这样当移动滑套时会损坏设备。

本技术方案的提出就是为了解决这些问题，以获得均匀的坯料：外皮层厚度为零，晶粒是精细的，表面没有小坑状。和以前的方案相比较，具优点如下：

-与传统的电磁浇铸法相比使用较简单的电气设备;

-从起始浇铸到稳定状态浇铸的过渡操作容易。

-便于适应不同的浇铸参数，当浇铸速度改变时不必作任何变动，如更换铸模;

-能适应各种类型的通常铸模;

-没有任何移动机构;

-与传统的电磁浇铸法相比，因液态金属泄漏引起爆炸的危险性小得多。

为了说明问题，申请者根据下述观察陈述以下：

-一方面，浇铸的起始时与铸模中液态金属面高时一样容易。实际上，当液态金属面低时，因为用于控制液面的玻璃布过滤器和供料口要靠近金属固化面。这样当坯料尺寸小时，就会由金属不定时的固化而出现卡住和丧失其功能的危险。同样，在大尺寸铸模中较明显的“弯月形”现象也限制了在液面低时起始浇铸过程。