用于立式半连续铸造模具的双喷射冷却设备制造技术

本发明专利技术的主题是一种用于立式半连续轧制板料或挤压坯料(3)的铸造模具的直接冷却设备，通过双喷射(4和5)进行渐进淬火，第一个喷射具有大致32°的角度，第二个喷射大致具有22°的角度，从单独一个液体腔体(2)中以大致相等的流速和速度同时进行喷射。本发明专利技术的另一个主题是一种使用所述的设备的方法，所述设备的工作面上可以具有或不具有石墨嵌入层(1)，并且与多种假底结构相联系。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于立式半连续铸造模具的双喷射冷却设备
本专利技术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(plaquedelaminage)和挤压坯料(billettedefilage)的领域。更具体地讲，本专利技术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。
技术介绍
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(fauxfond)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(régimecaléfaction)，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(mouleàtrous))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WO2005/092540A1的申请和序列号分别为US7,007,739B2，US5,518,063,US5,582,230和US5,685,359的WagstaffInc.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。WagstaffInc.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：-采用一排孔的“水孔”型模具使有效地达到在每单位长度模具低流速下的膜态沸腾机制，但是它们对水的质量非常敏感。这是由于，首先，使用单排孔的每单位长度的最小流速不如当只有一半的孔喷射产品时的流速低，如在WagstaffInc.的被命名为“EpsilonTM”或“LHCTM”(后者的工作表面具有石墨嵌入层)的市售模具中。因此，通过构造，这些具有一排孔的模具的工作点更接近向核心沸腾的转移，例如本领域技术人员了解的所谓的Nukiyama曲线上的Leidenfrost点，也就是说沿着模具的流速的水温或水质量的一个小的改变可轻易使膜态沸腾工作点向核心沸腾倾斜。这是当水过冷或当水的质量受制于季节变化时这些模具不能被正确使用的原因。-顺序冷却模具(WagstaffInc.中的“EpsilonTM”和“LHCTM”)本身对水的质量非常不敏感，这是由于当只有一半的孔以低入射角度喷射该产品时，启动水流速度非常低，因而该模具的工作点离Leidenfrost点非常远。然而，这一技术具有几点不足：-该技术——这一技术明确公开了第一和第二喷射机制之间的区别——的第一个不足是双弓形弯曲现象。这是因为第一弓形弯曲现象发生在以22°入射角喷射的第一排喷嘴启动时。然后，第二弓形弯曲现象发生在喷嘴在45°下启动时。应了解该弓形弯曲的机械现象不会突然停止，而是在铸造期间继续，直到其影响被发现时为时已晚，也就是说1m的铸造长度或更长。这种顺序喷射系统有助于显著延长这一弓形弯曲的瞬间机械机制。在板料随后热轧期间，这会导致第一和第二弓形弯曲之间断裂的风险并由此导致轧制次品。因此，现有技术的模具在专有的铸造复原标准方面已被优化，但在由此形成的板料脚部在轧制下的行为方面则未优化。-第二个不足与所谓的脚部隆起(bombé)有关，该脚部隆起由于在第一铸造启动阶段的非常低的喷射速度而被延长。-第三个不足是这一技术与所谓的硬质合金的铸造的不相容。这是因为这些通常具有以下特征：一方面对热开裂的高敏感性，及在冷却期间其内部快速出现非常高的应力。需要限制全部的可导致局部非常高的内部应力的局部温度梯度。然而，首先，在非常低的速度下的喷射阶段利于热开裂的发生，原因有两个：危险的凝固部分区域(弱化的残余液体部分的存在)中在处于非常低的22°喷嘴的作用之间前表面金属消耗的过多的时间，以及该22°喷嘴之间过大的间距，所述间距产生的局部热梯度利于裂纹的萌生，第二，在低角度入射角机制后突然应用高入射角的第二喷射恰好创造了非常高的局部热梯度和相伴而生的应力的产生条件。存在的问题本专利技术目的在于提供一种用于解决，尤其对于硬质合金，板料脚部双弓形弯曲和板料脚部质量问题的方案，而不具有尤其是已被指出的先有方案的不足。其目的在于不仅在启动期间的复原标准方面而且在对于后续的热轧转变的适用标准方面优化铸造启动。其目的也在于扩展所有种类的铝合金的应用领域。关于此专利技术应当指出的是，本专利技术下文中涉及的所有的铝合金除非特别指出，否则均遵从定期发布的注册记录丛书(Registrat本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于立式半连续直接冷却轧制板料或挤压坯料(3)的铸造模具的设备，由两排孔构成，所述孔位于整个模具模腔内周、在其下部的板料或坯料(3)出口的位置，每一排孔都被安置为靠近垂直于所述模具纵轴的平面，其特征在于：a)两排孔连接于单独一个冷却液腔体(2)，该冷却液腔体在所述模具体内部，b)第一排所述的孔，即立式模具中最高或相对于液体分布而言的最上游，借助于管道连接于所述的腔体(2)，所述管道使得所述冷却液向所述板料或坯料(3)的喷射(4)以相对于模具纵轴成32°+13°/‑5°、理想地±5°的入射角进行，c)第二排所述的孔，即立式模具中最低或相对于液体分布而言的最下游，借助于管道连接于所述的腔体(2)，所述管道使得所述冷却液向所述板料或坯料(3)的喷射(5)以相对于模具纵轴成22°±5°的入射角进行，d)第二排——最低或相对于液体分布而言的最下游——中的孔，被大致地安置在第一排——即最高或最上游——中的两个孔之间的空隙的二分之一处，相对于模具的纵轴。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.10 FR 12000721.用于立式半连续直接冷却轧制板料或挤压坯料(3)的铸造模具的设备，由两排孔构成，所述孔位于整个模具模腔内周、在其下部的板料或坯料(3)出口的位置，每一排孔都被安置为靠近垂直于所述模具纵轴的平面，其特征在于：a)两排孔连接于单独一个冷却液腔体(2)，该冷却液腔体在所述模具体内部，b)第一排所述的孔，即立式模具中最高或相对于液体分布而言的最上游，借助于管道连接于所述的腔体(2)，所述管道使得所述冷却液向所述板料或坯料(3)的喷射(4)以相对于模具纵轴成32°±5°的入射角进行，c)第二排所述的孔，即立式模具中最低或相对于液体分布而言的最下游，借助于管道连接于所述的腔体(2)，所述管道使得所述冷却液向所述板料或坯料(3)的喷射(5)以相对于模具纵轴成22°±5°的入射角进行，d)第二排——最低或相对于液体分布而言的最下游——中的孔，被大致地安置在第一排——即最高或最上游——中的两个孔之间的空隙的二分之一处，相对于模具的纵轴。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于在同一排中和两排中孔的直径均大致相等以在启动阶段和持久铸造机制下均能够同时以大致相等的流速和速度通过两排孔喷射所述的液体。3.根据权利要求1或2所述的冷却设备，其特征在于两排孔相对于彼此被安置，从而产生喷射(4和5)，所述喷射——若其是直的——在铸造的任何时刻，在启动和持久机制期间，均形成对大致垂直的包含模具工作面的表面的冲击，所述冲击在垂直方向上彼此相距10至40mm的距离。4.根据权利要求1或2所述的冷却设备，其特征在于每一排中的每个孔的直径为3±1mm。5.根据权利要求1或2所述的冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·雅里，O·里布德，皮埃尔伊夫·蒙奈特，L·朱厄特帕斯特，E·瓦兹，A·马里奥克斯，
申请(专利权)人：法国肯联铝业，
类型：发明
国别省市：法国;FR