用於連續鑄造金屬的鑄模和用於製造這樣鑄模的方法
2023-05-12 01:34:36
專利名稱：用於連續鑄造金屬的鑄模和用於製造這樣鑄模的方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分的用於連續鑄造金屬的鑄模，以及一 種製造這種鑄模的方法。例如，從EP1245310B1中已知一種這樣的鑄模。
背景技術：
在此涉及用於垂直地連續鑄造的熱頂鑄模。已知的熱頂鑄模包括多個軸向且同心 地設置的環，所述環共同形成鑄模的流動通道。鑄模的進口通過熱頂或保溫帽限定邊界，所 述熱頂包括由耐火材料組成的內環以及徑向向外環繞內環的外環。外環在其澆鑄方向上的 後端上形成凸緣，所述凸緣與鑄模殼連接。保溫帽的耐火的內環通過固定在鑄模進口側上 的卡環軸向夾緊。為此卡環搭接內環和外環，其中外環在縱向方向上比內環略短地構成，使 得內環通過卡環的合適的旋擰與外環軸向地固定。沿流動方向在熱頂的下遊設置有環系 統，所述環系統用於提供脫模劑並且具有功能環以脫模劑分配器。功能環形成鑄模工作面 的一部分，所述鑄模工作面通過冷卻系統冷卻。鑄模的進口側與澆鑄罐連接，並且出口側與連鑄裝置連接。通常用於水平地連續鑄造的鑄模類似地構成。與設計用於垂直的連續鑄造的鑄模 不同，用於水平的連續鑄造的鑄模具有噴嘴板，所述噴嘴板設置成垂直於流動方向或鑄坯 拉出方向。噴嘴板由耐火的材料製成，並且具有噴嘴口，通過所述噴嘴口，金屬熔液可進入 鑄模內。配備有供油的工作面沿流動方向或鑄坯拉出方向設置在噴嘴板的下遊，所述工作 面被冷卻。尤其在注入時，在保溫帽或噴嘴板的區域內出現極端的溫度梯度，所述溫度梯度 導致噴嘴板或保溫帽的熱誘導的尺寸改變。基於噴嘴板或保溫帽的熱膨脹，在材料中產生 會導致裂紋或導致裂紋的內應力。在最壞的情況下，出現熔液穿透(滲漏)並且鑄模不起 作用。
發明內容
本發明的目的是，在鑄模的可靠的且無故障的工作方面改進一種開頭所述種類的 鑄模。根據本發明，該目的通過具有權利要求1的特徵的鑄模得以實現。本發明的重點在於，提供一種用於連續鑄造金屬的鑄模，所述鑄模具有可冷卻的 工作面和包括耐火材料的用於金屬熔液的導向機構，所述導向機構沿流動方向設置在工作 面的上遊。根據本發明，導向機構徑向地預加應力。通過導向機構的徑向預應力，減少並且完全消除在耐火材料中的由於熱膨脹而出 現的拉應力的形成。因此減少裂紋形成的危險。如果仍然在導向機構中出現裂紋，那麼通 過徑向預應力達到，限制裂紋擴展和避免裂紋的變大。因此提供附加的安全裝置，所述安全 裝置減少由於熔液穿透而導致鑄模故障的危險。本發明包括垂直鑄造鑄模和水平鑄造鑄模。
在優選的實施例中，導向元件與保持元件，尤其是保持環壓配合。因此以簡單的方式實現導向元件的徑向預應力。在此，導向元件的外圓周面和保持元件的內圓周面能夠分 別構成錐形或圓柱形。在構成錐形的情況下為錐形壓連接，並且在構成圓柱形的情況下為 收縮配合。可替代的是，在導向元件的外圓周上能夠設置有徑向地張緊的套筒，因此同樣實 現徑向預應力。導向元件最好包括基本上垂直於流動方向或鑄坯拉出方向設置的噴嘴板。該實施 形式適合於水平地連續鑄造。可替代的是，導向機構能夠包括形成軸向的流動通道的保溫 帽。該實施形式用於垂直的連續鑄造。在本發明的優選的實施形式中，保持元件，尤其是保持環構成為兩部分，使得保持 元件的兩個部分，尤其是保持環的兩個部分能夠承擔不同的功能。保持元件不予限於兩部 分的形式，而是也能夠通常構成為多部分。保持元件，尤其是保持環最好包括緊固機構和夾緊機構，其中緊固機構和夾緊機 構沿鑄模的軸向方向預加應力，尤其是彼此相對地預加應力。通過緊固機構，保持元件， 尤其是保持環例如能夠固定在鑄模的外殼上，其中導向機構的徑向預應力通過夾緊機構施 力口。為此，緊固機構和夾緊機構沿鑄模方向，尤其是彼此相對地預加應力。具有的優點是， 達到緊湊且牢固的結構，其中導向機構的徑向預應力能夠精確地且可再現地調節。在此，使 夾緊機構適應為，使得在夾緊機構和緊固機構之間的沿鑄模的軸向方向作用的預應力在導 向機構的區域內具有徑向的分力，以致導向機構能夠被加載有徑向的預應力。根據本發明的用於製造鑄模的方法基於如下思想，包括耐火的材料的用於金屬熔 液的導向機構和可冷卻的工作面連接，其中導向機構徑向地預加應力。導向機構與保持元 件，尤其是保持環連接，所述保持環包括緊固機構和夾緊機構。緊固機構和夾緊機構沿鑄模 的軸向方向預加應力，尤其是彼此相對地預加應力。該方法提供的優點是，通過夾緊機構加載有規定的軸向預應力，有針對性地調節 導向機構的徑向的預應力。此外，為了裝配，導向機構因此通過夾緊機構定心。
下面藉助基於與所附示意圖相關的實施例的其它細節更詳細地說明本發明。在附圖中示出圖1示出如根據本發明的實施例的鑄模的進口側(左圖)和出口側(右圖)的俯 視圖；圖2示出通過根據圖1的鑄模的縱向剖視圖；以及圖3示出圖2中的細節圖；圖4示出根據另一個實施例的鑄模的縱向剖視圖；圖5示出根據圖4的細節圖；圖6a至6h示出用於裝配根據圖4的鑄模的裝配步驟的順序；以及圖7a至7c示出用於裝配根據另一個實施例的鑄模的可替代的裝配步驟的順序。
具體實施例方式圖1至5示出用於金屬的水平的連續鑄造的鑄模。本發明可也用於垂直地連續鑄 造的鑄模。在圖1至3中示出的鑄模如下構成。
鑄模10包括用於金屬熔液導向機構12，所述導向機構例如在水平的鑄造鑄模的 情況下構成為噴嘴板12a。噴嘴板12a設置成基本上垂直於流動方向或鑄坯拉出方向，並 且在噴嘴板12a的底部區域內具有腎狀的噴嘴口 12b。噴嘴口 12在工作時由金屬熔液流 過，所述金屬熔液填充鑄模或通道的沿流動方向或鑄坯拉出方向設置在噴嘴板12a的下遊 的空腔。此外，鑄模10具有工作面11，所述工作面沿鑄坯拉出方向S設置在噴嘴板12a的 下遊。工作面11包括本身已知的冷卻系統19，所述冷卻系統使該工作面冷卻至目標溫度。 緊接著噴嘴板12a設置有潤滑油供給系統20，所述潤滑油供給系統例如能夠具有多個分布 在工作面11的圓周上的石墨銷釘17。石墨銷釘17分別設有用於供油的孔18，通過所述孔， 油可壓入石墨銷釘17內，所述油在工作面11上流出並且用於鑄坯的潤滑(圖3)。噴嘴板12a安裝在保持元件13內，所述保持元件與鑄模的外殼IOa固定地連接， 例如旋擰。在此，保持元件13構成為保持環。如尤其清楚地在圖3中可看出，在橫截面中 圓形地構成的噴嘴板12a具有外圓周面14，所述外圓周面形成錐形。在此，外圓周面14沿 鑄坯拉出方向S相反的方向逐漸變窄。保持元件13的內表面15構成為與噴嘴板12a的外 圓周面14互補的錐形，並且在安裝狀態下緊靠在該外表面上。在此，噴嘴板12a和保持元 件13形成錐形壓配合。因此，噴嘴板12的外圓周面14加載有徑向的力，所述力導致在噴 嘴板12內的壓應力。此外，噴嘴板12a和保持元件13的相應的接觸面的錐形的構造允許 噴嘴板12a的軸向的安裝，從而總體上達到鑄模的緊湊且牢固的設計。在保持元件13和鑄模10之間能夠設置有例如氈墊的彈性元件12c，從而達到擠 壓力的均衡。也能夠省去氈墊，使得保持面13的內圓周面直接緊靠在噴嘴板12a的外圓周 面14上。在噴嘴板12的在鑄坯拉出方向S上的正端面上設有加工為密封面的凸起12d。 該凸起12d的緊靠在工作面Ila的徑向的外緣上，使得噴嘴板12a軸向地加固。在此，凸起 12d形成沿徑向方向突出於工作面11的外伸件16。外伸件16用於補償基於噴嘴板12a的 熱膨脹的直徑變化，使得在工作時不形成工作面11的反向於鑄坯拉出方向S的邊緣。如上所述，保持元件13構成為保持環，尤其是構成為具有徑向凸緣的錐形環，所 述錐形環固定在鑄模10的外殼上。對於噴嘴板12a的徑向的預應力而言，也能夠在噴嘴板12a和保持元件13之間使 用收縮配合，其中在這種情況下，接觸面構成圓柱形。用於施加徑向的預應力的另一個可能 性在於，在噴嘴板12a的外圓周上設置有套筒，所述套筒徑向地預加應力。也可能的是，多 個徑向設置的螺釘設置成分布在噴嘴板12a的外圓周上，所述螺釘朝著噴嘴板12a的外圓 周分別擠壓弓形的保持件。在圖4和5中示出本發明的另一個實施例，在所述實施例中，保持元件13，尤其是 保持環構成為兩部分。這意味著，保持元件13包括至少兩個為了裝配噴嘴板12a而連接在 一起的部件。保持元件也能夠由兩個以上的部件組成。根據圖4的實施例中的保持元件13 的安裝位置基本上相當於根據圖1的實施例中的保持元件13的安裝位置。與根據圖1的 實施例不同的是，根據圖4和5的保持元件13包括緊固機構13a和夾緊機構13b，其中緊固機構13a和夾緊機構13b沿鑄模的軸向方向，也就是說，沿鑄坯拉出方向S彼此相對地預 加應力。在此，緊固機構13a包括噴嘴壓緊環或裝配環。夾緊機構13b包括壓縮環。如在 圖5中所示，緊固機構13a或噴嘴壓緊環在安裝狀態下與鑄模的外殼IOa旋緊或者通常地 連接。為此，在緊固機構13a的外圓周上設有多個孔，所述孔與外殼IOa內的相應地設置在 螺紋孔對準。緊固機構13a藉助於緊固螺釘24與外殼IOa旋緊，其中緊固機構13a或噴嘴 壓緊環緊靠在外殼IOa的外表面IOb上，所述外表面基本上垂直於鑄坯拉出方向延伸。這 意味著，緊固機構13a或噴嘴壓緊環設置成基本上平面平行於噴嘴板12a或通常平面平行 於導向機構12。此外，緊固機構13a具有用於預張機構25的螺紋孔，尤其是用於螺紋銷23 的螺紋孔。預張機 構25設置為以均勻的距離分布在緊固機構13a的圓周上。如在圖6b中 所示，在與預張機構25或螺紋銷23相同的圓周上設有用於配合螺釘22的孔。這意味著， 緊固機構13a或噴嘴壓緊環具有用於配合螺釘22的孔和用於螺紋銷23的孔，其中例如能 夠設有四個用於配合螺釘22的孔和八個用於螺紋銷23的孔。其它數量的用於配合螺釘22 或螺紋銷23的孔也是可能的。配合螺釘22的功能首先涉及裝配，並且結合藉助於圖6a至 6h的裝配方法更詳細地闡述。如在圖5中進一步示出，夾緊機構13b與緊固機構13a相關聯。類似於根據圖1 至3的實施例，夾緊機構13b構成為錐形的保持環，尤其是壓縮環。與根據圖1的實施例不 同，夾緊機構13b不直接與外殼IOa連接。相反，夾緊機構13b或壓縮環與緊固機構13a或 噴嘴壓緊環連接。為此，夾緊機構13b或壓縮環具有多個在端面內構成的並且分布在圓周 上的孔，在所述孔中分別設置有壓縮彈簧21。這也可在圖6a中清楚地看出。在夾緊機構 13b中的具有壓縮彈簧21的孔在安裝位置上與用於螺紋銷23或預張機構25的孔對準，使 得螺紋銷23接合在夾緊機構13b的具有壓縮彈簧21的孔內。在此，壓縮彈簧21被壓縮， 使得緊固機構13a和夾緊機構13b沿鑄模的軸向方向彼此相對地預加應力。這意味著，夾 緊機構13b和緊固機構13a通過彈簧力相互壓開。夾緊機構13b尤其是通過錐形的內表面 15適應為，使得在緊固機構13a和夾緊機構13b之間的軸向的預應力在內表面15的區域內 具有徑向的分力，所述分力被引導至噴嘴板12a內。因此，在保持元件13，尤其是保持元件13的夾緊機構13b和導向機構12，尤其是噴 嘴板12a之間形成壓配合，通過所述壓配合，導向機構12或噴嘴板12a加載有徑向的預應力。藉助於圖6a至6h說明用於製造如根據圖4、5的實施例的鑄模的方法。在此，彈 簧，尤其是壓縮彈簧21首先插入夾緊機構13b或壓縮環內(圖6a)。然後，緊固機構13a或 噴嘴壓緊環和夾緊機構13b或壓縮環由配合螺釘22連接(圖6b)。在這個狀態下，螺紋銷 23旋入為其設有的孔內，所述孔與夾緊機構13b中的孔對準，在所述孔內設置有壓縮彈簧 21。因此壓縮彈簧張緊，使得緊固機構13a和夾緊機構13b彼此相對地預加應力。在插入保持元件I3之前，噴嘴板I2a和過渡件12e在中心對準(圖6d)。接著將 由緊固機構13a和夾緊機構13b組成的構造或者將由噴嘴壓緊環和壓縮環組成的構造插入 鑄模內。緊固機構13a通過緊固螺釘24與外殼IOa牢固地旋緊(圖6e)。然後，去除配合 螺釘22，其中有利的是，配合螺釘22逐步地並且通過交叉形式旋擰出。因此夾緊機構13b設置為可相對於緊固機構13a移動。為此在噴嘴板12a和外殼 IOa之間的間隙具有足夠大的尺寸。因此，基於在夾緊機構13b和緊固機構13a之間的軸向 的預應力，夾緊機構13b自動地安裝在噴嘴板12a的錐面上，也就是說，在噴嘴板12a的外圓周面14上(圖6g)。接著，螺紋銷23隻是旋擰至螺紋銷23的止擋可觸及到夾緊元件13b上。因此達到，噴嘴環的徑向的預應力基本上施加在壓縮彈簧21上，所述預應力相應地均勻分布在噴 嘴板12a的圓周上。在圖7a至7c中說明了本發明的另一個實施例，所述實施例基於與根據圖4和圖 5的實施例相同的原理。根據圖7a至7c的實施例基於沿軸向方向作用在夾緊機構13b和緊固機構13a之 間的預應力。為此，保持元件13與根據圖4和5的保持元件13類似地構成，並且相應地包 括緊固機構13a以及與其相關聯的夾緊機構13b，所述緊固機構和夾緊機構能夠分別構成 為噴嘴壓緊環和壓縮環。與根據圖4和5的實施例不同，在根據圖7a至7c的實施例中，在 夾緊機構13b中不設有壓縮彈簧。在此，在夾緊機構13b和緊固機構13a之間的軸向的預 應力只是通過螺紋銷23導致，所述螺紋銷在安裝位置(圖7c)上緊靠在夾緊機構13b的端 面上，也就是說，緊靠在夾緊機構13b或壓縮環的垂直於鑄模的軸向方向設置的正面上。通 過旋入螺紋銷23，夾緊機構13b擠壓在噴嘴板12a的錐形的外圓周面14上並且在其上加載 徑向的預應力。根據圖7a至7c的實施例允許非常簡單的結構類型，在所述結構類型中，通過以恆 定的扭轉力矩擰緊螺紋銷23來達到均勻地施加噴嘴板12a的徑向的預應力。能夠使用其 它的預張機構25來替代螺紋銷23，通過所述預張機構，夾緊機構13b加載有彈簧力。在緊 固機構13a和外殼IOa之間的連接能夠藉助替代緊固螺釘24的其它元件來實現。這同樣 適用於配合螺釘22，所述配合螺釘能夠通過其它連接機構替換。本發明也可應用在垂直鑄造鑄模上，其中由耐火材料製成的保溫帽的內環替代噴 嘴板12a徑向地預加應力。基於保溫帽的內環的相對長的軸向延伸，徑向的預應力最好通 過設置在內環的外圓周上的緊環來實現。附圖標記清單10 鑄模IOa 夕卜殼IOb 夕卜表面11 工作面12 導向機構12a 噴嘴板12b 噴嘴口12c彈性的元件12d 凸起12e 過渡件13 保持元件13a緊固機構13b夾緊機構14 外圓周面15 內表面
16外伸件17石墨銷18孔19冷卻系統 20潤滑油供給系統21壓縮彈簧22配合螺釘23螺紋銷24 緊固螺釘25預張機構S鑄坯拉出方向
權利要求
一種用於連續鑄造金屬的鑄模(10)，其具有能夠冷卻的工作面(11)和用於金屬熔液的導向機構(12)，所述導向機構(12)包括耐火的材料，其中所述導向機構(12)沿流動方向設置在所述工作面(11)的上遊，其特徵在於，所述導向機構(12)被徑向地預加應力。
2.如權利要求1所述的鑄模，其特徵在於，所述導向機構(12)與保持元件(13)，尤其 是保持環壓配合。
3.如權利要求2所述的鑄模，其特徵在於，所述導向機構(12)的外圓周面(14)和所述 保持元件(13)的內圓周面(15)分別構成為錐形。
4.如權利要求2所述的鑄模，其特徵在於，所述導向機構(12)的外圓周面(14)和所述 保持元件(13)的內圓周面(15)分別構成為圓柱形。
5.如權利要求2所述的鑄模，其特徵在於，在所述導向機構(12)的所述外圓周上設置 有徑向張緊的套筒。
6.如權利要求1至5中至少一項所述的鑄模，其特徵在於，所述導向機構(12)包括噴 嘴板(12a)，所述噴嘴板(12a)設置成基本上垂直於所述流動方向。
7.如權利要求1至5中至少一項所述的鑄模，其特徵在於，所述導向機構(12)具有保 溫帽，所述保溫帽形成軸向的流動通道。
8.如權利要求2至7中至少一項所述的鑄模，其特徵在於，所述保持元件(13)，尤其是 保持環構成為兩部分。
9.如權利要求2至8中至少一項所述的鑄模，其特徵在於，所述保持元件，尤其是保持 環包括緊固機構(13a)和夾緊機構(13b)，其中所述緊固機構(13a)和所述夾緊機構(13b) 沿所述鑄模的軸向方向被預加應力，尤其是彼此相對地被預加應力。
10.一種用於製造鑄模的方法，在所述方法中，將包括耐火的材料的用於金屬熔液的所 述導向機構(12)與能夠冷卻的工作面(11)連接，其特徵在於，將所述導向機構(12)徑向 地預加應力，其中將所述導向機構(12)與保持元件(13)，尤其是保持環連接，所述保持環 包括緊固機構(13a)和夾緊機構(13b)，並且將所述緊固機構(13a)和所述夾緊機構(13b) 沿所述鑄模的軸向方向預加應力，尤其是彼此相對地預加應力。
全文摘要
本發明涉及一種用於連續鑄造金屬的鑄模(10)，其具有冷卻的工作面(11)和包括耐火的材料的用於金屬熔液的導向機構(12)，其中所述導向機構(12)沿流動方向設置在所述工作面(11)的上遊。本發明的特點在於，所述導向機構(12)徑向地預加應力。
文檔編號B22D11/047GK101842177SQ200880106716
公開日2010年9月22日 申請日期2008年8月28日 優先權日2007年9月12日
發明者奧利佛·莫斯, 魯道夫·博薩爾德 申請人:高奇工程有限公司