[发明专利]连续铸造金属的方法和装置

说明书

本发明涉及连续铸造金属的方法和装置，特别是指金属带材的铸造。

已应用的连续的薄金属带材的铸造仅获得有限的成就。一般来说，用于连续铸造金属带材的现有工序被限制用于少数合金和产品。已发现当各种金属的合金成份增加时，铸造表面质量将变坏。这就导致许多合金必须以金属锭方法制造。

在用铝的情况下，相对纯的铝产品，诸如金属薄片，能在大批生产的基础上被连续地以带材铸造。同样，建筑产品能被连续地以带材铸造，因为基本上这种建筑产品表面质量的要求比其它铝产品(诸如罐头材料)来说比较不苛刻。然而，当铝的合金含量增大时，会出现表面质量问题，带材铸造一般地是不适合于用于制造许多铝合金产品的。

在现有技术中已提出许多带材铸造机，一种传统的装置是双环带带材铸造机，但这种机器没有达到在许多金属的铸造中被普遍地接受，特别是凝固范围宽的金属合金。在这种双环带带材铸造设备中，设置两条移动的环带以便，在其之间界定用来浇铸金属的移动模。在与熔化金属接触的侧面的环带之相对侧面上用流体接触来冷却一般可有效地冷却环带。因此，例如，环带在与熔化金属接触的一侧和用冷却水接触的环带的另一侧之间承受极高的热梯度，热梯度的动态不稳定产生了环带的变形，继之而来的是环带的上下都不平整。如下面描述的那样，产品就产生离折和疏松的区域。

在里昂(Leone)的“铝生产工艺，用于平展的滚辗产品的锭和连续浇铸工艺技术研究”(II卷1989年5月10日)中提出，如果环带的稳定而合理的热流不能达到，严重的问题就会扩大。首先，在熔化金属固化之后，环带任何区域开始变形并且带材的壳皮被粘接抓取，这就导致环带和带材之间的间隙增大而使得在带材的变形区域带材壳皮被再加热，或者，至少会局部地降低壳皮的生成速率。这又依次形成在带材中形成的反向偏离增大，该带材表面产生枝状晶间的共晶渗出物。在用介质和大凝固范围的合金的严峻情况下，液态金属被从变形部位抽取而进给到邻近带材快速固化的部分，这就跟着使带材表面形成和折叠成在带材中的收缩多孔的粗大的区域。这就可能在连续滚辗时而裂开，在滚辗表面上产生严重的表面条纹。

因此，在表面应用苛刻的合金铸造中。双环带浇铸过程未曾一般地被接受，诸如罐头材料的制造。在现有技术中已提出各种改进，包括预热环带(描述在美国专利3,937,270和4,002,197中)，连续地施加并移去部分垫片(描述在美国专利3,795,269中)，移动的环形侧堤(描述在美国专利4,586,559中)，改善环带的冷却(描述在美国专利4,061,177和4,193,440中)。这些技术没有一个被普遍接受。

美国专利4,561,487也公开了一种双环带装置，当这种装置要求融化金属在抵达其中一个环带表面后立即凝固。在实践中也不是非常实用。

在现有技术中已提出另一连续铸造工序，这就是众知的模块铸造，在此技术中，许多激冷模块相互邻近地安装在一对相对的经道上。每组激冷模块以相对方向转动而在它们之间形成浇铸腔，诸如铝合金的熔化金属被引导进入该腔。熔化金属与激冷模块接触而被冷却并由于激冷模块自身的热容量而使金属固化。模块铸造在原则和实践两方面都是不同于连续环带铸造的。模块铸造是基于由激冷模块有效执行的热传输。在设备的铸造区段内热是被从熔化金属传输到激冷模块，然后在返回回路中被排出。模块铸造要求精确的尺寸控制以防止由于模块之间小的间隙而使之产生毛边(也即横向金属毛刺)。这种毛边在热滚辗时产生碎料片损伤。因此难以保持好的表面质量。这种模块铸造工序的例子描述在美国专利4,235,646和4,238,248中。

在连续带材铸造中已提出的另一种技术是单鼓铸造机。在单鼓铸造机中，熔化金属被输送到转动鼓的表面，转动鼓用水内部冷却，并且熔化金属是被拖曳到鼓的表面以形成薄的金属带材，该金属接触鼓的表面而被冷却。对于多种应用带材常常是很薄的，由于冷却慢和微小的收缩裂纹自由表面的质量很差。在这种鼓形铸造机中各种改进已提出，例如，美国专利4,793,400和4,945,974中建议用带槽的鼓以改善表面质量；在美国专利4,934,443中推荐在鼓的表面作金属氧化以改善表面质量。各种其它技术提出在美国专利4,979,557；4,828,012；4,940,077和4,955,429中。