[发明专利]金属棒材的立式铸造设备和方法

说明书

本发明涉及一种用熔化金属生产金属棒材的普通立式铸造机。本发明还包括一种用熔化金属生产金属棒材的方法和一种相关的金属棒材产品。

金属棒材的连续铸造是一种已知的工艺过程。此过程的一个实例是用轮式铸造机浇铸铝棒。铝棒是生产铝杆和铝线的初始产品。连续铸造过程同常规的用大坯料(直径十五英寸)挤压成形生产铝杆和铝线的过程相比，其优点是连续铸造过程压缩了某些生产工序，从而导致省略某些设备和工序。这又极大地减少了资金、劳力、维护和能源的消耗。

现有的轮式棒材连续铸造机装有一个可转动的轮子，该轮子上加工出一条用来浇注铝水的梯形槽。当轮子和铸造铝水转动时，一条钢带或铜带把梯形槽盖住。梯形槽和带组成铸造铝棒的模子。铝水在槽中凝固，然后从铸造机的轮子中退出。凝固过程通过把冷却液引到带的背面和模子的侧面来完成。凝固后，铝棒被引入成形轧制机，在此被轧制成铝线材。接着将铝线材快速冷却，涂上油后绕到一个绕线架上。

象那些本领域技术人员所熟知的一样，连续铸造铝棒的质量主要依赖于凝固过程中的温度状况。为了阻止(i)表面熔析；(ii)凝固过程中残余应力的叠加，该叠加会引起侧面铝棒热裂以及铝棒在铸造中或后续加工中断裂；(iii)熔合构件的中心线分离(segregation)，必须控制排热率。尽管对轮式铸造机做了很多工艺改进，上述问题依然出现，特别是浇铸某些合金，例如2XXX，5XXX，6XXX和7XXX铝合金。

表面熔析由介于正在凝固的铝棒和引起铝棒表皮再熔化的模子之间的空气间隙的形成而产生。这个问题可通过在整个铸造过程中始终保持模子和凝固铝棒的接触来解决。然而，由于轮式铸造机的三侧面上装有一个刚性模子，如果有可能，在整个凝固过程中保持模子与铝棒的接触很困难。另外，模子和带会产生不可预测的变形，这样也使保持模子和铝棒接触变得困难。因此，迫切需求一种能使模子和棒材良好接触的棒材铸造工艺和设备，从而阻止表面熔析并能提高铸件的普通表面质量。

部分凝固的铝棒在圆形轮状模子中的弯曲引起侧面铝棒热裂和在铸造与轧制过程中铝棒折断。不同合金对于残余应力的叠加显示不同倾向。这个问题与凝固区全长上的热传导率有关，并且可以通过仔细操纵在铸造过程中的关键工段上的冷却液来控制。这要求有一种灵活的铸造过程以适应凝固区上的热传导率变化，从而连续铸造不同的合金。尽管在轮式铸造机中在控制冷却液添加方面已经有所改进，但还需要一种能在凝固区全长上提供灵活适应热传导率变化的棒材铸造工艺和设备。

另外，对于较长冷凝范围的合金(例如，2XXX，4XXX，6XXX和7XXX)，为了快速从凝固金属中排出热量，必须有一种非常有效的冷却液添加装置。轮式铸造机没有提供有效凝固铸造棒材所需的高冷却率方式。低效率冷却引起熔合构件中心线分离这样一个常见的非理想结果。因此，为了形成高质量的铝棒，还需要一种具有冷却系统的棒材铸造机，该冷却系统能从铸造熔化金属中有效地排除热量。

本发明涉及的棒材铸造机满足了上面提到的以及其它一些需求。把熔化金属铸造成金属棒的普通立式铸造机包括一副相对布置的可移动带，每条带有一个铸造表面和一个与之相对的冷却表面，还包括一对相对布置的可移动挡块(damblock)装置。挡块装置包含许多挡块，每个挡块具有一个固定在轨道支座中的端部和与固定端部相对的一个铸造表面。挡块铸造表面限定了一个把熔化金属凝固成金属棒材的棒材铸造区。铸造机还包括当金属带通过棒材铸造区时用来冷却带的冷却棒材装置。

本发明还提供了一种把熔化金属铸成金属棒材的方法。该方法包括提供一台如上所述的普通立式铸造机，它具有一副可移动的带，一对挡块装置和用来冷却带的冷却棒材装置。该方法还包括在一个由带的铸造表面和挡块的铸造表面限定的棒材铸造区内，把熔化金属凝固，从而形成金属棒材的步骤。

本发明还提供了一种用本发明的方法制造的金属棒材。

通过阅读对下面相关附图中优选实施例的描述，可获得对本发明的充分理解，这些附图包括：

图1是一种具体体现本发明的普通立式棒材铸造机的透视图。

图2是沿图中的线2-2截取的视图。

图3是沿图1中的线3-3截取的视图。

图4是沿图3中的线4-4截取的视图。

图5是沿图4中的线5-5截取的横截面视图。

图6是通过棒材铸造区的水平截面视图。

图7是一个棒材铸造区的局部图解垂直截面视图，图中画出两条带和一根正在凝固的金属棒。

图7A是沿图7中的线7A-7A截取的横截面视图。

图7B是沿图7中的线7B-7B截取的横截面视图。