改进的连续铸造模具系统以及相关的方法技术方案

一种改进的连续铸造模具和方法，这种改进模具和方法涉及采用既是非金属又是热导体并且比常规材料更耐剥蚀的材料（如金刚石）制成的模具表面以及用在模具表面上的涂层。在一个实施方案中，所述非金属材料粘接在常规的模具衬层上。在第二个实施方案中，采用所述非金属材料制成完整的模具壁。本发明专利技术的另一方面，由于象金刚石那样的材料在红外波段是透明的，所以可以在不干扰铸造过程的情况下透过所述非金属材料监视铸件外层的温度，并且可以把这种信息用于控制一个或多个铸造变量。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的
这项专利技术涉及采用连续铸造工艺制造和加工金属的
更具体地说，这项专利技术涉及改进用于连续铸造机的模具表面，以及适合在机器运行时通过实际监视模具表面的铸件温度来控制铸造过程的系统和方法。本专利技术的现有技术自从大约30年前大规模引进连续铸造技术以来，利用它生产的金属已日渐增长，现在它已在钢以及其它金属的生产中占有相当大的百分比。众所周知，连续铸造装置包括具有两个基本上平行对置的宽壁和两个基本上平行对置的窄壁，后者与宽壁合作定义横截面为矩形的铸造通道。熔融金属被源源不断地供应到铸造通道的顶端中，并且模具是为冷却而设计的，以致在这样形成的扁锭或长锭(strand)铸造通道底部伸出之前形成外层铸皮。为了使熔融金属有效地散热，模具的铸造表面通常用铜做衬或者具有铜合金的表面层，并且包含许多流水的通道，以便在模塑成型过程中进行快速热交换。在某些情况下，模具是通过对着模具衬层的冷却器一侧直接喷水冷却的。长锭在它离开模具继续移动时通过喷淋进一步得到冷却，直到它完全变成固体为止。然后，可以进一步把它加工成中间产品或终产品，例如通过传统技术(如轧制)使它变成钢板、薄钢板或盘圆钢材。模具的铸造表面(也称为模具的“灼热面”)长期暴露在高温的钢液和腐蚀性的模内流动下。铜是非常有效的热导体，但是它比较软并因此对早期的磨耗和其它类型的剥蚀是敏感的。在正常的铸造条件下，模具的灼热面经历比较快的剥蚀，如磨耗、龟裂以及液流和化学腐蚀。这种作用在力图在更高的温度下运行的高速模具中更为严重，其中铜材开始进一步软化。这项专利技术的受让人(A.G.Industries股份有限公司)是北美最大的连续铸造装置的制造和维修服务供应商，它十分精通在铸造期间在模具面上发生的剥蚀和磨耗。为了尽可能长地延长模具表面的寿命，通常是用耐磨蚀材料预先涂敷铜模具。保护模具壁表面的其它技术已被提出和/或已经进入工业应用。例如，美国专利第5,499,672号揭示了一种保护铜模具表面的方法，其方法是将金属碳化物防护材料涂在模具表面上。另一种防护涂层技术涉及用热喷镀法将镍铬合金镀在铜模具面上。这种方法是在Nippon Steel Corporation and MishimaCo.有限公司1989年5月的出版物“连续铸造模具窄面的镍铬合金热喷镀(Ni-Cr Alloy Thermal Spraying of the Narrow face ofContinuous Casting modl)”中介绍的。尽管迄今已经研制的涂层能够在某种程度上降低模具的磨耗速率和严重性，但是模具面必须定期清除和更换或维修在连续铸造工业中仍然是活生生的事实。为了这样做必须使模具与衬层分离，这意味着必须支付给钢铁工人相当高的费用，或许多达每小时1万5千美金。长锭或扁锭在模具中开始形成时具有非常薄的铸皮。这层铸皮的破裂无论如何必须避免，因为它能引起被称为“跑火”的情况，即熔融金属通过铸皮逸出到模具的下方。严重的跑火能够将在其路径中的机器零部件包埋在熔融金属中，使那些零部件报废因此必须更换和修理。在确定是否会跑火时一个重要因素是在铸件通过模具移动时铸皮是否有一定的厚度。从理论上说，铸皮厚度可以在铸造期间通过监视扁锭的红外辐射就地测量，但是实际上这是不可行的，因为整个扁锭被模具包围着，因此不可能进行测量。一些系统试图通过在模具衬层中选定的位置进行温度采样，借此将铸件厚度模型化，但是这些系统可能不够精确，因为在传感器和铸件表面之间铜材厚度是变化的。在连续铸造工业中需要一种与常规的模具面相比较少受铸造期间的磨耗和剥蚀伤害的模具面。因此，需要一种连续铸造模具，这种模具可以更好地监视通过模具移动的铸件，因此可以防止跑火和其它有害情况。本专利技术的概述因此，本专利技术的一个目的是提供一种适合连续铸造的模具面设计，这种设计与常规的模具面相比较，少受铸造期间的磨耗和剥蚀伤害。本专利技术的另一个目的是提供一种连续铸造模具，该模具可以更好地监视通过模具移动的铸件，因此可以防止跑火和其它有害情况。为了实现本专利技术的上述和其它目的，按照本专利技术的第一方面适合在连续铸造装置中使用的改进的模具壁组件包括结构和布局适合在运行期间将热量从模具衬层中传导出去的内层部分，以及形成模具的铸造表面的外表面，其中外表面包括具有高导热性的耐剥蚀的非金属材料，借此使模具衬层在连续铸造装置运行期间呈现良好的耐磨耗和热转移特征。按照本专利技术的第二方面，制作连续铸造材料的方法包括下述步骤(A)将熔融金属引入模具，该模具包括许多模具表面，其中至少一个模具表面具有包括具有高导热性的耐剥蚀非金属材料的外涂层；(B)通过热传导使热量通过外涂层从熔融金属中散发出去冷却熔融金属，同时将铸件移出该铸模。本专利技术的第三方面涉及一种用于连续铸造装置的改进的模具组件，该组件包括许多模具壁，每个模具壁至少有一个模具表面，这些模具表面一起定义一个有上开口和下开口的铸造空间；其中至少一个模具表面是用具有高导热性的耐剥蚀的非金属材料制造的，借此使该模具组件在连续铸造装置运行期间呈现高级的耐磨耗和热转移特征。。本专利技术的第四方面涉及制作连续铸造材料的方法，该方法包括如下步骤将熔融金属引入包括许多模具表面的模具；借助传导型热转移使热量通过外涂层从熔融金属中散发出去使熔融金属得到冷却；以及借助通过至少一个所述模具表面发生的辐射型热转移使模具内的熔融金属得到进一步的冷却。按照本专利技术的第五方面，适合在连续铸造装置中使用的改进的模具组件包括一个形成模具的铸造表面的表面，该表面至少对红外波段内的辐射是部分透明的，借此该模具能够借助通过该表面发生的辐射型热转移冷却模具内的熔融金属。在权利要求书中具体地指出这些和其它描述本专利技术特征的优点以及新颖性特征。但是，为了更好地理解本专利技术、它的优点、以及通过它的应用所获得的效果应当进一步参照构成这份说明书的一部分的本专利技术的优选实施方案的附图以及这些附图的文字说明。附图简要说明附图说明图1是按照本专利技术的优选实施方案用于连续铸造装置的模具壁组件的不完整的水平截面图；图2是通过图1所示组件的一个零部件截取的垂直截面图；图3是图1和图2所示组件中的优选特征的示意图；图4是描述用于图1至图3所示组件的优选的控制系统的示意图；图5是按照本专利技术的第二优选实施方案构成的用于连续铸造装置的模具壁组件的不完整的水平截面图；图6是按照本专利技术的第三优选实施方案构成的用于连续铸造装置的模具壁组件的不完整的垂直截面图。本专利技术的详细叙述现在参照附图，其中相同的参考数字在这些附图中始终指的是相应的结构。具体地参照图1，用于连续铸造装置10的改进的模具壁组件12包括许多模具壁，其中包括对置的一对窄面壁14、16和对置的一对宽面壁18、20。每个模具壁14、16、18和20都具有至少一个模具表面，这些模具表面一起定义具有上开口和下开口的铸造空间26。这个模具壁组件12是象常规组件那样设计的，以致熔融金属源源不断地供应到铸造空间26的顶端中并且在这样形成的扁锭或长锭从铸造通道的底部伸出之前金属经过冷却形成外层铸皮。象常规模具那样，冷却剂供应管22、24是为了把水冷剂分别提供给窄面壁14、16和宽面壁18、20而提供的。现在参照图2，该图是通过图1所示宽面壁之一20截取的垂直截面图，从中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在连续铸造设备中使用的改进的模具壁组件，包括：内层部分，该部分的结构和布局适合在操作期间将热量通过热传导排出模具衬层；以及外表面，该表面形成模具的铸造表面，所述外表面包括具有高导热性的耐剥蚀的非金属材料，借此在连续铸造设备中模具 衬层在其操作期间将呈现高级良好的耐剥蚀和热转移特征。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉姆斯B肖尔斯，约翰L诺布尔，
申请(专利权)人：AG工业公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]