連鑄方法和設備的製作方法
2023-04-25 06:20:21 1
專利名稱：連鑄方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種連鑄方法和設備，尤其是指一種將熔化金屬連續地供入冷卻的圓柱形鑄模、在鑄模內熔化金屬在其表面以下固化而形成鑄坯、隨後將形成的鑄坯從鑄模中抽出的連鑄方法和設備。
本發明的方法和設備適用於連鑄碳鋼、不鏽鋼和其他金屬的坯料和其他形狀的型材。
水平連鑄是一種已知的工藝，這種工藝使連續供入低於熔化金屬表面的冷卻圓柱形鑄模內的熔化金屬固化。在水平連鑄中，一設置在鑄模進口處的對金屬固化的開始起穩定作用的斷開環有一圓周臺階伸入內徑大於臺階直徑的鑄模內。為保持斷開環與鑄模緊密接觸，例如，可將它們的配合表面製成圓錐形的並相互壓配在一起。
鑄模內熔化金屬的固化是從靠近斷開環的前端圓周處開始(處於金屬流的下遊)，固化了的殼連續生長同時被通過鑄模的出口間歇地抽出。
用上述方法，鑄造的鑄坯其表面下往往形成氣泡，這有幾個原因。例如，即使如上所述將斷開環與鑄模壓配在一起，由於熱膨脹或其他原因會產生間隙。由於在固化起始的斷開環處的熔化金屬的鐵水靜壓力高於大氣壓，因此空氣不會靠近使金屬在熔化金屬表面以下開始固化的斷開環。但是當固化形成的殼被從斷開環的前端抽出和分離掉時，雖然只是很短時間，一個幾乎是抽空的間隙就在斷開環的前端和固化殼的後端(面對斷開環的前端)之間形成。於是空氣從斷開環外面通過，經過斷開環和鑄模的配合表面之間的通路進入上述間隙，進而進入熔化金屬而形成氣泡。有時，從鑄模的出口端進入的空氣經過斷開環和鑄模之間的通路進入上述間隙，再進入熔化金屬而形成氣泡。
氣泡在鑄坯表面下2至3毫米處形成。在隨後軋制時，鑄坯內的氣泡會形成多種表面缺陷，諸如縫隙和縱向裂紋。這些缺陷對於不鏽鋼和其他必須嚴格符合表面質量要求的其他產品尤其嚴重。所以，必須通過燒剝或其他表面處理方法去除氣泡，但是這就提高了生產成本且降低了產量。
1989年申請號為No.38136的日本實用新型專利中揭示了一種安裝斷開環以阻止空氣滲入的技術。該技術是用一由耐熱材料製成的密封圈密封斷開環和熔化金屬冷卻段(一鑄模)的連接處。但密封圈在受熱時會很快損壞，例如從鑄模來的熱量超過它能承受的溫度。損壞的密封圈失去其密封作用，結果空氣還是滲入鑄模，並在固化殼內形成氣泡。
美國專利No.4，817，701揭示了一種用不與熔化金屬起反應的惰性氣體密封熔化金屬供入噴嘴和鑄模進口的連鑄技術。該技術的目的是徹底阻止大氣的滲入，從而防止其氧化熔化金屬的表面。但這一技術也不能排除在鑄坯中形成氣泡的危險。
通過分析所形成的氣泡中的氣體以確定氣泡形成的原因，本發明人發現氣泡中的氣體主要是由氬氣組成，且氣泡周圍的金屬的含氮量比別處高。從這一發現可以推定，空氣中的氮氣可溶解在熔化金屬中，而不溶於金屬的氬氣就形成了氣泡。為證實這一推斷，作了一個連鑄試驗，作法是將惰性氬氣供入圍繞著斷開環外周的一屏蔽裝置中，如同上述美國專利的技術一樣。在該試驗中，鑄坯表面以下區域內形成的氣泡要比普通的無氬連鑄多。當用溶解於熔化金屬的氮氣代替不溶的氬氣供入時，則沒有氣泡形成。本發明就是基於上述發現。
1986年，日本專利公開號71157揭示了一種水平連鑄技術，它採用一圓柱形鑄模，用氮氣供入鑄模中的一角落構件，該角落構件包括一從圓柱形鑄模的內表面向內突出、且位於圓柱形鑄模軸線以下的耐熱板。該技術通過移動熔化金屬和鑄模下部內表面接觸的下遊點而均勻冷卻固化殼的整個表面。氮氣只引入到角落構件的下部。然而，這種技術也不能阻止空氣通過斷開環和鑄模內表面接合處的整個圓周滲入鑄模。
本發明的目的是提供一種連鑄質量改進的鑄坯的方法和設備，通過避免將熔化金屬暴露於大氣而阻止氬氣或其他不溶於熔化金屬的氣體滲入和鑄坯內氣泡的形成。
本發明的方法和裝置是通過向空氣可能滲入鑄模處供入溶於熔化金屬的密封氣體來避免熔化金屬暴露於大氣。密封氣體溶於熔化金屬中就不會留在鑄坯內形成氣泡。這就消除了從鑄坯內去除氣泡的必要，從而可以確保以低成本進行表面無缺陷的高質量軋制產品的生產。
本發明的方法和裝置包括以下操作步驟(a)從一澆口盤至少通過一個斷開環向有一進口和一出口的冷卻鑄模連續供給熔化金屬;(b)通過連續冷卻鑄模內的熔化金屬以使金屬在熔化金屬表面以下開始固化而形成鑄坯;(c)從鑄模的出口相對於鑄模間歇地抽出鑄坯;和(d)以高於大氣壓的壓力不斷供入溶於熔化金屬的密封氣體，以從鑄模進口的外側充滿鑄模和斷開環的配合表面之間的整個間隙和/或從鑄模出口的外側充滿鑄模和鑄坯之間的整個間隙。
鑄模進口附近可設置一由直徑大於鑄模和斷開環的配合表面的最大直徑的封閉曲線圍成的隔離空間。向這一隔離空間內不斷供入壓力高於大氣壓的溶於熔化金屬的密封氣體，以阻止空氣通過配合表面之間的間隙進入鑄模。隔離空間可分成內外兩個完全分隔的空間，外隔離空間供入密封氣體，而內隔離空間保持其壓力低於大氣壓。另外，在鑄模出口側還可設置另一隔離空間，向其中以高於大氣壓的壓力供入同樣的溶於熔化金屬的密封氣體。在鑄模的進口和出口端可以各設一隔離空間，其中在進口端的空間保持壓力低於大氣壓，而在出口端的空間供入溶於熔化金屬的密封氣體。
圖1為實施本發明之原理的水平連鑄機的垂向剖視圖;
圖2為位於圖1所示之鑄模的進口端的密封裝置的垂向剖視圖;
圖3為位於圖1所示之鑄模的出口端的密封裝置的垂向剖視圖;
圖4為位於圖1所示之鑄模的進口端的另一密封裝置的垂向剖視圖;
圖5為實施本發明之原理的另一水平連鑄機的垂向剖視圖;
圖6為位於圖5所示之鑄模的進口端的密封裝置的垂向剖視圖;
圖7為位於圖5所示之兩相鄰鑄模之間的密封裝置的垂向剖視圖;
圖8為位於圖5所示之兩相鄰鑄模之間的另一密封裝置的垂向剖視圖;
圖9為表示實施本發明之原理的方坯連鑄機的第一鑄模及其周圍裝置的剖視圖;
圖10為緊接在圖1所示之第一鑄模後面的第二鑄模的前視圖;
圖11為表示實施本發明之原理的另一方坯連鑄機的第一鑄模及其周圍裝置的剖視圖;
圖12為位於澆口盤和鑄模之間的部分改型的密封裝置的剖視圖;
圖13為位於澆口盤和鑄模之間的另一部分改型的密封裝置的垂向剖視圖;
圖14為部分地覆蓋有密封材料的中間環的垂向剖視圖;
圖15為一覆蓋有密封材料的中間環的垂向剖視圖;
圖16為垂直連鑄機的另一部分地改型的密封裝置的垂向剖視圖。
水平連鑄機是一種使熔化金屬在低於熔化金屬表面的鑄模內開始固化而形成一固化殼、並將鑄成的鑄坯從鑄模內抽出的連鑄機。
圖1表示一種圓坯水平連鑄機。如圖所示，位於澆口盤10的底部的澆口盤噴嘴12和鑄模24通過一中間環18和一斷開環22互相連通。一可澆鑄的耐火材料13設在澆口盤噴嘴12和中間環18之間。澆口盤10、澆口盤噴嘴12和中間環18都是由普通的鋯或鋁耐火材料製成的。當斷開環22被壓入鑄模24的進口處時，中間環18由一金屬緊固件20固定於鑄模24。斷開環22由含有氮化硼、氮化矽等的耐熱陶瓷製成。鑄模24由銅製成，並由一固定環28固定在箱體27上。箱體27接有一冷卻水進水管29和一冷卻水出水管30，冷卻水流經箱體27冷卻鑄模24。箱體27的前後端各有一用以容納密封圈32的環槽31。密封圈32防止冷卻水從鑄模24和箱體27之間洩漏。中間環18、斷開環22、鑄模24和箱體27可與澆口盤10連接成一體，也可拆開。
熔化金屬M從澆口盤10通過澆口盤噴嘴12、中間環18和斷開環22進入鑄模24。受到鑄模24內表面的冷卻作用，熔化金屬M形成一固化殼S。固化殼S的形成在斷開環22處開始。斷開環22阻止固化殼S向相反方向或者說向中間環18延伸。由熔化金屬M的固化而得到的鑄坯C由間歇旋轉的夾輥56從鑄模24的出口間歇地抽出。鑄坯C相對於鑄模的間歇抽出在斷開環22和固化殼S之間產生一間隙。熔化金屬M流入此間隙，形成一新的固化殼S。鑄坯C相對於鑄模24的間歇抽出也可通過在連續轉動夾輥56的同時在抽出方向上振動鑄模24來實現。
如前所述，空氣會從斷開環22的外部通過斷開環22和鑄模的配合表面之間的間隙和從鑄模出口的外面通過鑄坯C和鑄模24之間的間隙進入斷開環和固化殼之間產生的空隙，形成截留在熔化金屬M內的氣泡。為避免空氣的進入，所敘述的最佳實施例有圖1至3所示的密封裝置。
如圖1和2所示，鑄模24的進口端面上開有一環形密封圈槽33以容納一矽橡膠密封圈34(可以承受250℃)。密封圈34夾在中間環18的法蘭端面和鑄模24的進口端面之間，在斷開環22外表面的外面形成一環形隔離空間。另一個密封圈35夾在中間環18的外圓周和固定環28的內表面之間，以加倍密封斷開環22的外面。這種多重密封提供了一種緊密的密封。
一密封氣體供入通道38設置在鑄模24的法蘭25內，開口在環形密封圈槽33處，密封氣體供入通道38與隔離空間36連通。密封氣體供入通道38的進口連接有密封氣體供入管39。供氣管39又通過一壓力調節閥41與一氮氣瓶40相連接。
如圖1和3所示，一環形密封箱44連接在鑄模24的出口端。此密封箱有一內側襯有石墨46的套筒45，鑄坯C穿過套筒45。一環形密封圈槽48開設在密封箱44的面對鑄模24出口端面的法蘭47的表面上。一密封圈49裝在環形密封圈槽48內，在法蘭47的內側形成一環繞鑄坯C的環形密封圈隔離空間51。一密封氣體供入通道53設置在法蘭47內。開口在環形密封圈槽48的內側，這樣密封氣體供入通道53與隔離空間51連通。密封氣體供入通道53的進口與一密封氣體供入管54相連，供氣管54通過一壓力調節閥55與氮氣瓶40相連。
在上述密封裝置中，壓力調節閥41和55在將氮氣壓力降低到高於外界大氣壓約5至6千克力/平方釐米後，從氮氣瓶40向中間環18和鑄模24之間的隔離空間36以及密封箱44內的隔離空間51供給氮氣。如上所述雖然氮氣的初始壓力高於大氣壓，但其壓力由於在通道內遇到的阻力而在其到達鑄模24內的斷開環22時大大降低。氮氣的初始壓力應這樣設定，即要使鑄模內斷開環22附近的氮氣壓力不超過熔化金屬M的鐵水靜壓力。由於氮氣以高於大氣壓力的壓力保持在隔離空間36和51內，大氣中的氬氣就不會進入鑄模24。另外，由於鑄模24內斷開環22附近的氮氣壓力保持低於熔化金屬M的鐵水靜壓力，氮氣也不會向後流而從澆口盤10中噴出。氮氣在熔化金屬M內溶解後就不會形成氣泡留在鑄坯C內。即使有一些氮氣溢入鑄模24、套筒45或大氣，隔離空間36和51總是充滿由氮氣瓶40自動補給的氮氣。
儘管氮氣是可溶在熔化金屬中的最好的密封氣體，但也可從一氧化碳、二氧化碳、氫氣、甲烷、丙烷和氨氣中選擇一種或幾種氣體作為密封氣體。
圖4表示在鑄模進口端的密封裝置的一個較簡單的例子，其與圖2所示裝置的不同之處在於沒有隔離空間。在斷開環22和固定環28之間形成一環狀空間37，但不用密封圈或其他結構密封。固定環28內設有一徑向延伸的密封氣體供入通道38，其進口端與密封氣體供入管39相連。由於環形空間37不是完全與大氣隔開，供入其中的氮氣壓力約高於大氣壓力6至10千克力/平方釐米，高於如圖2所示的密封裝置中的壓力。
在鑄模的出口側也可以設置成一類似的充滿高壓氮氣而不完全封閉的環狀空間。
圖5至7表示本發明的另一個最佳實施例。在下面的敘述中，以類似的指引編號表示與圖1所示的最佳實施例中相同的構件，且其詳細說明予以省略。
圖5所示的水平連鑄機有一第一鑄模57和一第二鑄模61。一澆口盤噴嘴12通過一滑動門15、一中間環84和一斷開環22與第一鑄模57相通。滑動門15與澆口盤10等一樣，是由普通的鋯或鋁耐火材料製成的。第一鑄模57與上述第一最佳實施例中的鑄模24一樣。第二鑄模61是一由周向分成四個相同的弓形塊62組成的可調整鑄模，每個鑄模塊的內側都襯有石墨63。支撐框架66、連杆構機68和導動套筒71連接在第一鑄模57的出口端。每個鑄模塊62的前端與連杆機構68相連，連杆68由導動套筒71導動。一彈簧杆73穿過支撐框架66的後部。彈簧杆73的一端通過銷子74與各鑄模塊62相連，而一調整螺母76旋在彈簧杆73的另一端。圓柱彈簧78裝在支撐框架66和調整螺母76之間。四個液壓缸80設在支撐框架66內，半球形支承頭82設在活塞杆81的頂端。活塞杆81上的支承頭82與各鑄模塊62上的淺的球面凹窩64相配合。當向液壓缸80供給加壓流體時，就有一個力使各鑄模塊62繞連杆機構68的銷子70傾轉以抵抗彈簧78加在鑄模塊62上的力。鑄模塊62的傾斜可根據冷卻鑄坯C的收縮程度自動調整。
下面敘述密封裝置。
首先敘述位於第一鑄模57進口端的密封裝置。如圖5和6所示，一鋼質空心冷卻環88套裝在中間環84上，並用混凝土粘結在一起，空心冷卻環88為環形，具有一梯形橫截面。空心冷卻環88的內部由多個隔板(未示)分開。為增加密封圈94和98及其附近的冷卻效果，空心冷卻環88的較寬面(前面)面對第一鑄模57的進口端，中間環的夾持環85握住空心冷卻環88的後部。冷卻空氣供入管89和冷卻空氣排出管90連接於空心冷卻環88。冷卻空氣供入管89和冷卻空氣排出管90密封地穿過一環形雙層壁107(下面將敘述)。一由壓氣機、冷卻器和去溼機等構成的冷卻裝置連接於冷卻空氣供入管89。從冷卻空氣供入管89供入的冷卻空氣通過基本上環繞空心冷卻環88的流動而使其冷卻，然後通過冷卻空氣排出管90排入大氣。
一環形密封圈槽93開設在第一鑄模57的進口端面上，以容納一矽橡膠製成的密封圈94。密封圈94裝在空心冷卻環88的前端和第一鑄模57的進口端面之間，在斷開環22的圓周之外形成第一環形隔離空間「a」95。一密封圈98裝在空心冷卻環88的外表面和固定環28的內表面之間，在密封圈94和密封圈98之間形成另一個第一環形隔離空間「b」100。
一吸氣孔102設在第一鑄模57的法蘭58內。吸氣孔口102開向環形密封圈槽93，並與第一隔離空間「a」95連通。吸氣孔102的進口與一連接於真空泵104的吸氣管103相連。一密封氣體供入孔105設在第一鑄模57的法蘭58內。密封氣體供入孔105開向第一隔離空間「b」100。密封氣體供入孔105的進口與密封氣體供入管39相連，供氣管39密封地穿過下面將要敘述的環形雙層壁107。一氮氣瓶40通過壓力調節閥41連接於密封氣體供入管39。
一環繞壁106焊接於滑動門15之框架16的前端面。鋼板製成的環形雙層壁107焊接於第一鑄模57的箱體27，面對滑動門15的框架16，形成一密封圈槽108。一高嶺土毛氈纖維製成的密封圈109裝在密封圈槽108內。環繞壁106和環形雙層壁107的內部形成第二環狀隔離空間111。一氮氣進氣管112垂直通過環繞壁106。氮氣進氣管112通過一壓力調節閥114與氮氣瓶40相連。
當如上所述的第一鑄模57的進口端密封裝置內的中間環84和第一鑄模57互相連通時，就有所需要的密封表面壓力作用在密封圈94上，它被壓縮在第一鑄模57的進口端面和空心冷卻環88的前端之間。由於一液壓缸(未示)向前驅動，澆口盤10通過滑動門15和中間環84連接於鑄模57和61。當環繞壁106的前端接觸到密封圈109時，第二隔離空間111的內部自動封閉。這就省去了對滑動門15和第一鑄模57之間的空間進行密封的必要。
操作時，真空泵104從第一隔離空間「a」95內抽出殘餘空氣，使其內部壓力保持低於大氣壓。壓縮氮氣從氮氣瓶40供入第一隔離空間「b」100和第二隔離空間111。在供氣之前，用壓力調節閥41和114將來自氮氣瓶40的高壓氮氣的壓力減小到大約高於大氣壓5千克力/平方釐米。由於氮氣的壓力高於大氣壓，不會有空氣進入滑動門15、中間環84和第一鑄模57的內部。因溶解在鑄坯C中形成固溶體或流入滑動門15或其他地方而消耗的氮氣由氮氣瓶40自動補充。
密封圈94的一個密封表面與空心冷卻環88接觸，而其另一密封表面與水冷第一鑄模57的進口端面接觸。這樣，密封圈94的溫度可保持低於其可承受的溫度極限。因此，密封圈94可保持有抵抗受熱退化的能力並保持其原有的密封性能。當時測得了空心冷卻環88的實際溫度，密封圈附近的最高溫度約為200℃，遠遠低於矽橡膠製成的密封圈所能承受的極限溫度230℃。
在上述密封裝置中，環繞壁106和雙層壁107可包繞滑動門15、中間環84和斷開環22，而不是中間環84和斷開環22。在這種設計中，環繞壁106固定於澆口盤10的鋼質殼11。同樣，環繞壁106也可固定於第一鑄模57的箱體27，而不是滑動門15的框架160。在這種設計中，密封圈108是連接於滑動門15的框架16。
現在來敘述第一鑄模57和第二鑄模61之間的密封裝置。如圖5和7所示，一環形密封圈槽116開設在第一鑄模57的出口端面上，一密封圈117裝在此槽內。同樣，一通向第二鑄模61的環形氮氣供入槽118開設在其進口槽。與密封圈117接觸的第二鑄模61的進口端面密封住氮氣供入槽118。一密封氣體供入孔119設在第二鑄模61的進口端附近。密封氣體供入孔119開向氮氣供入槽118。一密封氣體供入管120連接於密封氣體供入孔119的進口。密封氣體供入管120通過一壓力調節閥121連接於氮氣瓶40。
剛才所述的密封裝置中，氮氣從氮氣瓶40供至氮氣供入槽118，用壓力調節閥121將其壓力降低到約高於大氣壓5至6千克力/平方釐米。由於氮氣供入槽118中的氮氣壓力高於大氣壓，不會有空氣進入第一鑄模57和第二鑄模61。即使當氮氣流入鑄模57和61時，氮氣供入槽118也總是充滿由氮氣瓶40自動補給的氮氣。
圖8表示圖7所示的第一鑄模57和第二鑄模61之間的密封裝置的一種簡化變型。該簡化的密封裝置與圖7所示之裝置的不同之處在於它沒有隔離空間。雖然環形氮氣供入槽118設置在第二鑄模61的進口端面上，但環形空間122是形成在第一鑄模57和第二鑄模61之間122。環形空間122不用密封圈或其他材料密封。環形空間122與不用密封圈或其他材料密封。環形空間122與設置在鑄模塊62內的密封氣體供入孔119相通，以所述密封氣體供入管120連接於密封氣體供入孔119的進口。由於環形空間122不是與大氣完全隔開，供入其中的氮氣壓力比大氣壓約高6至10千克力/平方釐米，高於如圖7所示的密封裝置中的氣壓。
剛才敘述的第二最佳實施例是一圓坯連鑄機。下面將敘述方坯連鑄機。
如圖9所示，一矽橡膠製成的密封圈123以圍繞鑄坯C的方式裝在第一鑄模57的箱體和第二鑄模125之間。
如圖10所示，第二鑄模125由四塊側壁板126構成，每塊板夾持一石墨板127，兩相鄰的側壁塊126之間設有一角塊129。側壁塊126和角塊129都是用鋼製成的，並通過和第二最佳實施例中一樣的裝置固定到支撐框架上。冷卻水通道131設置在側壁塊126和角塊129內。每一角塊129有一與冷卻水通道131成直角通過的氮氣進入孔132。氮氣供入管133連接於氮氣進入孔132。氮氣供入管133通過一壓力調節閥135與一氮氣瓶134相連。用壓力調節閥135將從氮氣瓶134供至氮氣進入孔132的高壓氮氣的壓力降低到約高於大氣壓5-6千克力/平方釐米。
當壓縮氮氣從氮氣瓶134供至如上所述的組合鑄模密封裝置中的角塊129時，一部分氣體流入第一鑄模57，另一部分流入第二鑄模125，這樣，流入兩鑄模的內壁表面和固化殼S之間的間隙g內，由於氮氣的壓力高於大氣壓，不會有空氣進入空隙g。因溶解在鑄坯C內形成固溶體或流出第一鑄模57的進口或第二鑄模125的出口之外而消耗的氮氣由氮氣瓶134自動補充。
圖11表示圖9所示的在第一鑄模57和第二鑄模125之間的密封裝置的一種簡化變型。該簡化的密封裝置與圖9所示的裝置的不同之處在於它沒有隔離空間。即，第一鑄模57的出口端面和第二鑄模125的進口端面直接互相接觸，中間設有密封圈。一氮氣進入孔132設置在第二鑄模125的各角塊129內，氮氣供入管133連接於氮氣進入孔132的進口。由於第一鑄模57和第二鑄模125之間的接合處沒有完全與空氣隔絕，供入其中的氮氣壓力設定在比大氣壓高約6至10千克力/平方釐米，高於如圖9所示的密封裝置內的壓力。
下面將敘述設置在鑄模進口端的密封裝置的幾種局部變型。
在圖12所示的變型實施例中，兩密封圈139徑向雙重地裝在鑄模24的法蘭25上開出的環形密封圈槽138內。這種有兩個密封圈139的雙重密封裝置可更有效地阻止空氣的滲入。一與中間環141的內表面同軸的環繞槽142設置在其出口端面上。環繞槽142在密封圈槽138的內側。從與熔化金屬M接觸的中間環141的內側流向其外側的熱量繞流過環繞槽142。這就使密封圈139的溫升保持適中，從而避免過熱。
圖13為一密封圈148裝在澆口盤10和鑄模24之間的變型實施例，這一密封裝置是用於較小的連鑄機。澆口盤10和鑄模24僅連接與於一個澆口盤噴嘴12、斷開環22和耐熱密封圈144。密封圈148裝在澆口盤10和鑄模24之間，澆口盤10和鑄模24通過很少的連接件連接而不是分得很開。一環形凸緣145設在澆口盤10前部的鋼質外殼11上。一環形密封圈槽147設置在鑄模24的凸緣25的外圓周表面上，密封圈148裝在其內。密封圈148與環形凸緣145相配合。耐熱密封圈144點焊在澆口盤噴嘴12的前部，斷開環22是嵌在鑄模24的進口內。圖中表示的是在鑄造前鑄模24被安裝於澆口盤10的情況。在這種裝配中，環形凸緣145有助於鑄模24的定位(對準)。由於密封圈148裝在凸緣25的外圓周上，而不是安裝在鑄模24的端面上，所以在澆口盤10和鑄模24裝配完成之前密封圈148不會掉落。而且，這樣安裝的密封圈148可吸收各連接件的尺寸誤差和各配合尺寸的差異以及由於熱膨脹或其他原因引起的接觸表面壓力的變化。
圖1所示的中間環18，由於是由鋯或其他耐火材料製成，具有高度的滲透性。同時，當鑄坯被如前所述那樣抽出時，鑄模24內的壓力為負的或者說低於大氣壓。這樣，會把空氣通過中間環18內的透氣孔吸入到其內部。
圖14表示通過復蓋中間環18的一部分而阻止空氣進入鑄模24的結構。用一環形不鏽鐵薄片151粘結在中間環18的鑄模側端面18a上，且在密封圈150之內。不鏽鋼薄片151的厚度為50μm。為防止從不鏽鋼薄片151傳來的熱量使密封圈150過熱，環形不鏽鋼薄片151的外徑小於密封圈150的內徑。這種密封結構適用於通過外周表面18c的空氣滲入被滑動門15和中間環18的澆口盤側端面18b之間的高度氣密接合所限制、並且中間環18有適當厚度的場合。環形不鏽鋼薄片151可阻止空氣從中間環18本身的較薄部分滲入到由密封圈150密封的隔離空間51內。
圖15表示通過覆蓋中間環18的外表面而阻止空氣滲入鑄模24的另一實施例。中間環18的鑄模側端面18a、澆口盤側端面18b和外周面18c均覆蓋有一不鏽鋼薄片153。這種密封結構適用於中間環18本身有很高的滲透性並且密封圈150不暴露於超過其可承受極限的溫度的場合。當密封圈150是密封在中間環18的法蘭19的外周上時，中間環18的澆口盤側端面18b和外周面18c可覆蓋上不鏽鋼薄片153。
儘管如此所敘述的所有實施例中的鑄模都是水平放置的，但圖16中表示了一種垂直放置的鑄模。中間環158的外框架161的內表面與法蘭159的外表面緊密貼合，中間環158外框架161的底面與鑄模166的進口端面也要緊密貼合。一個不用密封圈等密封的環狀空間168設置在中間環158的法蘭159和鑄模166的進口端面之間。一設置在中間環158外框架161內的氮氣供入孔162與環狀空間168連通。如同前述的最佳實施例，壓力控制在約為6至10千克力/平方釐米的氮氣供入環狀空間168以阻止空氣滲入到鑄模166內。圖16表示由於鑄坯的間歇抽出固化殼S剛從斷開環164的端面上分離下來的情況。
表1給出了在圖5所示的水平連鑄機上的各種鑄造條件下鑄造直徑為170毫米的各種圓形鋼坯的結果。鑄坯每隔0.5秒間歇抽出，振幅為15毫米，平均抽出速度為1.8米/分。
從表1可清楚地看出，由本發明的連鑄方法形成的鑄造氣泡數不到3，6%，大大低於傳統方法的氣泡數量。本發明的連鑄方法在每500平方釐米的表面內形成的氣泡不會多於10個。這樣少的氣泡不必從鑄坯中除去。
權利要求
1.一種包括以下步驟的連鑄方法從一澆口盤10至少通過一個與鑄模24之進口接觸的斷開環22連續地向有一進口和一出口的冷卻鑄模24供給熔化金屬，通過連續冷卻鑄模24內的熔化金屬M使熔化金屬在其表面以下開始固化而形成鑄坯C，通過鑄模24的出口相對於鑄模間歇地抽出鑄坯C，其特徵在於，用壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體從鑄模24的進口不斷地供入鑄模24和斷開環22的整個接觸區域。
2.一種包括以下步驟的連鑄方法從一澆口盤10至少通過一個與鑄模24之進口接觸的斷開環22連續地向有一進口和一出口的冷卻鑄模24供給熔化金屬，通過連續冷卻鑄模24內的熔化金屬M使熔化金屬在其表面以下開始固化而形成鑄坯C，通過鑄模24的出口相對於鑄模間歇地抽出鑄坯C，其特徵在於，通過靠近鑄模24的進口設置一由直徑大於鑄模24和斷開環22之接觸區域的最大直徑的封閉曲線圍成的隔離空間36來阻止空氣通過所述接觸區域滲入鑄模24;和用壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體不斷供入隔離空間36內。
3.一種包括以下步驟的連鑄方法從一澆口盤10至少通過一個與鑄模24之進口接觸的斷開環22連續地向有一進口和一出口的冷卻鑄模24供給熔化金屬，通過連續冷卻鑄模24內的熔化金屬M使熔化金屬在其表面以下開始固化而形成鑄坯C，通過鑄模24的出口相對於鑄模24間歇地抽出鑄坯C，其特徵在於，通過靠近鑄模24的進口設置一由直徑大於鑄模24和斷開環22之接觸區域的最大直徑的封閉曲線圍成的第一隔離空間95和一將與其分隔的第一隔離空間95包含在其內的第二隔離空間111，來阻止空氣通過所述鑄模24和斷開環22之接觸區域滲入鑄模24;第一隔離空間95內的壓力保持為低於大氣壓;和將壓力高於大氣且溶於熔化金屬M的密封氣體不斷供入第二隔離空間111。
4.一種包括以下步驟的連鑄方法從一澆口盤10至少通過一個與鑄模24之進口接觸的斷開環22連續地向有一進口和一出口的冷卻鑄模24供給熔化金屬，通過連續冷卻鑄模24內的熔化金屬M使熔化金屬在其表面以下開始固化而形成鑄坯C，通過鑄模24的出口相對於鑄模24間歇地抽出鑄坯C，其特徵在於，從鑄模24的出口將壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體不斷供入鑄模24的內表面和鑄坯C的外表面之間的整個空間。
5.一種包括以下步驟的連鑄方法從一澆口盤10至少通過一個與鑄模24之進口接觸的斷開環22連續地向有一進口和一出口的冷卻鑄模24供給熔化金屬，通過連續的冷卻鑄模24內的熔化金屬M使熔化金屬在其表面以下開始固化而形成鑄坯C，通過鑄模24的出口相對於鑄模24間歇地抽出鑄坯C，其特徵在於，通過靠近鑄模24的出口設置一由直徑大於鑄模24之內徑的封閉曲線圍繞的隔離空間36來阻止空氣滲入鑄模24;和將壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體不斷供入隔離空間36。
6.一種包括以下步驟的連鑄方法從一澆口盤10至少通過一個與鑄模24之進口接觸的斷開環22連續地向有一進口和一出口的冷卻鑄模24供給熔化金屬，通過連續冷卻鑄模24內的熔化金屬M使熔化金屬在其表面以下開始固化而形成鑄坯C，通過鑄模24的出口相對於鑄模24間歇地抽出鑄坯C，其特徵在於，將壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體不斷地從鑄模24的進口供入鑄模24和斷開環22的整個接觸區域並且不斷地從鑄模24的出口供入鑄模24的內表面和鑄坯C的外表面之間的整個空間。
7.一種包括以下步驟的連鑄方法從一澆口盤10至少通過一個與鑄模24之進口接觸的斷開環22連續地向有一進口和一出口的冷卻鑄模24供給熔化金屬，通過連續冷卻鑄模24內的熔化金屬M使熔化金屬在其表面以下開始固化而形成鑄坯C，通過鑄模24的出口相對於鑄模間歇地抽出鑄坯C，其特徵在於，通過緊靠鑄模24的進口設置一由直徑大於鑄模24和斷開環22之接觸區域的最大直徑的封閉曲線圍成的隔離空間36來阻止空氣通過所述接觸區域滲入鑄模24;通過緊靠鑄模24的出口設置一由直徑大於鑄模24之內徑的封閉曲線圍成的隔離空間36來阻止空氣從鑄模24的出口滲入鑄模24;和將壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體不斷供入位於鑄模24的進口和出口端的隔離空間36。
8.一種包括以下步驟的連鑄方法從一澆口盤10至少通過一個與鑄模24進口接觸的斷開環22連續地向有一進口和一出口的冷卻鑄模24供給熔化金屬，通過連續冷卻鑄模24內的熔化金屬M使熔化金屬在其表面以下開始固化而形成鑄坯C，通過鑄模24的出口相對於鑄模24間歇地抽出鑄坯C，其特徵在於，通過緊靠鑄模24的進口設置一由直徑大於鑄模24和斷開環22的接觸區域的最大直徑的封閉曲線圍成的隔離空間36來阻止空氣通過所述接觸區域滲入鑄模24;通過緊靠鑄模24的出口設置一由直徑大於鑄模24之內徑的封閉曲線圍成的隔離空 來阻止空氣從鑄模24的出口滲入鑄模24;和在鑄模24進口端處的隔離空間36內的壓力保持低於大氣壓，而將壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體不斷供入在鑄模24出口端的隔離空間36。
9.一種包括以下步驟的連鑄方法從一澆口盤10至少通過一個與鑄模24之進口接觸的斷開環22連續地向有一進口和一出口的冷卻鑄模24供給熔化金屬，通過連續冷卻鑄模24內的熔化金屬M使熔化金屬在其表面以下開始固化而形成鑄坯C，通過鑄模24的出口相對於鑄模24間歇地抽出鑄坯C，其特徵在於，通過緊靠鑄模24的進口設置一由直徑大於鑄模24和斷開環22之接觸區域的最大直徑的封閉曲線圍成的第一隔離空間95和一將與其分隔的第一隔離空間95包含在其內的第二隔離空間111，來阻止空氣通過所述鑄模24和開環22之接觸區域滲入鑄模24;第一隔離空間95內的壓力保持為低於大氣壓;和將壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體不斷供入第二隔離空間111。通過緊靠鑄模24的出口設置一由直徑大於鑄模24之內徑的封閉曲線圍成的隔離空間36來阻止空氣從鑄模24的出口滲入鑄模24;和將壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體不斷地供入位於鑄模24的出口端的隔離空間36。
10.如權利要求1至9中之任一項所述的連鑄方法，其特徵在於所用的密封氣體為氮氣。
11.一種連鑄裝置，它包括一有一進口和一出口的冷卻鑄模24，該鑄模24至少通過一個與鑄模24之進口接觸的斷開環22連接於一澆口盤10，熔化金屬M在鑄模24內被連續冷卻並在熔化金屬M的表面以下開始固化而形成鑄坯C;還包括一通過鑄模24的出口相對於鑄模24間歇地抽出鑄坯C的裝置56，其特徵在於包括從鑄模24的進口不斷地向鑄模24和斷開環22的整個接觸區域供入壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體的裝置40。
12.一種連鑄裝置，它包括一有一進口和一出口的冷卻鑄模24，該鑄模24至少通過一個與鑄模24之進口接觸的斷開環22連接於一澆口盤10，熔化金屬M在鑄模24內被連續冷卻並在熔化金屬M的表面以下開始固化而形成一鑄坯C;還包括一通過鑄模24的出口相對於鑄模24間歇地抽出鑄坯C的裝置56，其特徵在於包括直徑大於鑄模24和斷開環22之接觸區域的最大直徑且設置在鑄模24之進口端的環形密封裝置，該環形密封裝置在鑄模24的進口處形成一阻止空氣通過所述接觸區域滲入鑄模24的隔離空間36;和不斷向隔離空間36供入壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體的裝置40。
13.一種連鑄裝置，它包括一有一進口和一出口的冷卻鑄模24，該鑄模24至少通過一個與鑄模24之進口接觸的斷開環22連接於一澆口盤10，熔化金屬M在鑄模24內被連續冷卻並在熔化金屬M的表面以下開始固化而形成鑄坯C;還包括一通過鑄模24的出口相對於鑄模24間歇地抽出鑄坯C的裝置56，其特徵在於包括直徑大於鑄模24和斷開環22之接觸區域的最大直徑且設置在鑄模24之進口端的第一環形密封裝置，該第一環形密封裝置在鑄模24的進口處形成一阻止空氣通過所述接觸區域進入鑄模24的第一隔離空間95;設置在鑄模24的進口處，且包含第一隔離空間95的第二環形密封裝置，該第二密封裝置形成一與第一隔離空間95分隔開的第二隔離空間111;用以保持第一隔離空間95內的壓力低於大氣壓的裝置;和用以不斷向第二隔離空間111內供入壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體的裝置40。
14.一種連鑄裝置，它包括一有一進口和一出口的冷卻鑄模24，該鑄模24至少通過一個與鑄模24之進口接觸的斷開環22連接於一澆口盤10，熔化金屬M在鑄模24內被連續冷卻並在熔化金屬M的表面以下開始固化而形成鑄坯C;還包括一通過鑄模24的出口相對於鑄模24間歇地抽出鑄坯C的裝置56，其特徵在於包括從鑄模24的出口不斷向鑄模24的內表面與鑄坯C的外表面之間的整個空間供入壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體的裝置40。
15.一種連鑄裝置，它包括一有一進口和一出口的冷卻鑄模24，該鑄模24至少通過一個與鑄模24之進口接觸的斷開環22連接於一澆口盤10，熔化金屬M在鑄模24內被連續冷卻並在熔化金屬M的表面以下開始固化而形成一鑄坯C;還包括一通過鑄模24的出口相對於鑄模24間歇地抽出鑄坯C的裝置56，其特徵在於包括直徑大於鑄模24的內徑且設置在鑄模24之出口端的環形出口端密封裝置44，出口端密封裝置44在鑄模24的出口處形成一阻止空氣從鑄模24之出口滲入鑄模24的出口端隔離空間51;和用以不斷地向鑄模出口處的隔離空間51供入壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體的裝置40。
16.一種連鑄裝置，它包括一有一進口和一出口的冷卻鑄模24，該鑄模24至少通過一個與鑄模24之進口接觸的斷開環22連接於一個澆口盤10，熔化金屬M在鑄模24內被連續冷卻並在熔化金屬M的表面以下開始固化而形成鑄坯C;還包括一通過鑄模24的出口相對於鑄模24間歇地抽出鑄坯C的裝置56，其特徵在於包括從鑄模24的進口不斷地向鑄模24和斷開環22的整個接觸區域供入壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體的裝置40;和從鑄模24的出口不斷向鑄模24的內表面與鑄坯C的外表面之間的整個空間供入壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體的裝置40。
17.一種連鑄裝置，它包括一有一進口和一出口的冷卻鑄模57，該鑄模57至少通過一個與鑄模57之進口接觸的斷開環22連接於一澆口盤10，熔化金屬M在鑄模57內被連續冷卻並在熔化金屬M的表面以下開始固化而形成鑄坯C;還包括一通過鑄模57的出口相對於鑄模57間歇地抽出鑄坯C的裝置56，其特徵在於包括直徑大於鑄模57和斷開環22之接觸區域的最大直徑且設置在鑄模57之進口端的環形進口端密封裝置34，該密封裝置34在鑄模57的進口處形成一阻止空氣通過所述接觸區域滲入鑄模57的進口端隔離空間36;不斷向在鑄模57的進口處的隔離空間36內供入壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體的裝置40;直徑大於鑄模57的內徑且設置在鑄模57之出口端的環形出口端密封裝置44，密封裝置44在鑄模57的出口處形成一阻止空氣從鑄模57的出口滲入鑄模57的出口端隔離空間51;和用以不斷地向鑄模57的出口處的隔離空間51供入壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體的裝置40。
18.一種連鑄裝置，它包括一有一進口和一出口的冷卻鑄模57，該鑄模57至少通過一個與鑄模57之進口接觸的斷開環22連接於一澆口盤10，熔化金屬M在鑄模57內被連續冷卻並在熔化金屬M的表面以下開始固化而形成鑄坯C;還包括一通過鑄模57的出口相對於鑄模57間歇地抽出鑄坯C的裝置56，其特徵在於包括直徑大於鑄模57和斷開環22之接觸區域的最大直徑且設置在鑄模57之進口端的環形進口端密封裝置94，該密封裝置94在鑄模57的進口處形成一阻止空氣通過所述接觸區域滲入鑄模57的進口端隔離空間95;用以保持進口隔離空間95內的壓力低於大氣壓的裝置104。直徑大於鑄模57的內徑且設置在鑄模57之出口端的環形出口端密封裝置116，密封裝置116在鑄模57的出口處形成一阻止空氣從鑄模57的出口滲入鑄模57的出口端隔離空間;和用以不斷地向鑄模57的出口處的隔離空間供入壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體的裝置40。
19.一種連鑄裝置，它包括一有一進口和一出口的冷卻鑄模57，該鑄模57至少通過一個與鑄模57之進口接觸的斷開環22連接於一澆口盤10，熔化金屬M在鑄模57內被連續冷卻並在熔化金屬M的表面以下開始固化而形成鑄坯C;還包括一通過鑄模57的出口相對於鑄模57間歇地抽出鑄坯C的裝置56，其特徵在於包括直徑大於鑄模57和斷開環22之接觸區域的最大直徑且設置在鑄模57之進口端的第一環形密封裝置94，該第一環形密封裝置94在鑄模57的進口處形成一阻止空氣通過所述接觸區域滲入鑄模57的第一隔離空間95;設置在鑄模57的進口處，且包含第一隔離空間95的第二環形密封裝置106，109，該第二密封裝置106，109形成一與第一隔離空間95分隔開的第二隔離空間111;用以保持第一隔離空間95內的壓力低於大氣壓的裝置104;和用以不斷向第二隔離空間111內供入壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體的裝置40。直徑大於鑄模57的內徑且設置在鑄模57出口端的環形出口端密封裝置118，該出口端密封裝置118在鑄模57的出口處形成一阻止空氣從鑄模57的出口滲入鑄模57的出口端隔離空間;和用以不斷地向鑄模57的出口處的隔離空間供入壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體的裝置40。
20.如權利要求11至19中之任一項所述的連鑄裝置，其特徵在於，鑄模24、57、61設置成其軸線是水平的。
21.如權利要求11、12或13所述的連鑄裝置，其特徵在於，鑄模包括一第一鑄模57和一連接於第一鑄模57之出口的第二鑄模61，中間密封裝置116設置在第一鑄模57和第二鑄模61之間，中間密封裝置116在第一和第二鑄模57和61之間形成一阻止空氣通過兩鑄模滲入第一鑄模57的中間隔離空間，還包括用以不斷向中間隔離空間供入壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬M的密封氣體的裝置40。
22.如權利要求21所述的連鑄裝置，其特徵在於，第二鑄模61由多個在鑄模61的徑向可移動的鑄模塊62組成。
23.如權利要求11至19中之任一項所述的連鑄裝置，其特徵在於，用由矽橡膠製成的密封圈作為密封裝置34、94、109、116。
24.如權利要求11至19中之任一項所述的連鑄裝置，其特徵在於，用氮氣作為密封氣體。
25.如權利要求13、18或19所述的連鑄裝置，其特徵在於，所用的保持隔離空間95內的壓力低於大氣壓的裝置為一通過一管與隔離空間95連接的真空泵104。
26.如權利要求11至19中之任一項所述的連鑄裝置，其特徵在於，與斷開環22接觸的中間環18、84、141也都裝在互相連接的澆口盤10和鑄模24、57之間。
27.如權利要求26所述的連鑄裝置，其特徵在於，通過在中間環18和鑄模24的進口端面之間以環繞斷開環22的方式設置一環形密封圈34而形成隔離空間36。
28.如權利要求26所述的連鑄裝置，其特徵在於，它包括一設置在中間環84外周的空心冷卻環88、環繞著斷開環22裝在空心冷卻環88和鑄模57的進口端面之間且形成隔離空間95的密封圈94、以及用以向空心冷卻環88供給冷卻空氣的裝置91。
29.如權利要求27所述的連鑄裝置，其特徵在於，一與中間環141同心的環繞槽142設置在位於密封圈139之內側的中間環141的出口端面上，該環繞槽142阻止密封圈139的溫度升高。
30.如權利要求11至19中之任一項所述的連鑄裝置，其特徵在於，斷開環22通過一設置在斷開環22和澆口盤10之間的密封圈與位於澆口盤10的出口端的澆口盤10的噴嘴保持接觸，一與澆口盤10的噴嘴同心的環形凸緣145設在位於澆口盤10之出口端的鋼殼11上，一裝在設置在鑄模24的法蘭外周上的環形密封槽147內的密封圈148通過與所述環形凸緣145的內圓周表面接觸，形成一隔離空間。
31.如權利要求12、13、17、18和19中之任一項所述的連鑄裝置，其特徵在於，一環繞壁106設置在澆口盤10和鑄模57之間，一與之同心的雙層壁107與環繞壁106相對設置，一密封圈109嵌在由雙層壁107形成的環槽108內，並且由與密封圈109接觸的環繞壁106的頂端形成密封裝置，這樣，形成隔離空間36、95、111。
32.如權利要求31所述的連鑄裝置，其特徵在於，澆口盤10和鑄模24、57、61中有一個是緊固的，另一個可在鑄坯C的抽出方向上移動。
33.如權利要求27所述的連鑄裝置，其特徵在於，在中間環18的前端面處的密封圈150的內圈部分覆蓋有密封材料151。
34.如權利要求27所述的連鑄裝置，其特徵在於，至少在中間環18的外圈表面上覆蓋有密封材料153。
全文摘要
一種包括以下步驟的連鑄方法從一澆口盤至少通過一個與鑄模進口接觸的斷開環連續地向有一進口和一出口的冷卻鑄模供給熔化金屬，通過連續冷卻鑄模內的熔化金屬使熔化金屬在其表面以下開始固化而形成鑄坯，通過鑄模出口相對於鑄模間歇地抽出鑄坯，在連鑄過程中，用壓力高於大氣壓且溶於熔化金屬的密封氣體不斷供入鑄模和斷開環的整個接觸區域。
文檔編號B22D11/04GK1060421SQ9110562
公開日1992年4月22日 申請日期1991年8月9日 優先權日1990年8月9日
發明者大黑治男, 小管俊洋, 森本幸夫, 河本克彥, 阿尾陽司, 繁澤龍三, 藤井勉, 松村省吾, 金子英夫, 河合浩之, 神代初義, 中島啟之 申請人:新日本制鐵株式會社, 川崎重工株式會社