[发明专利]用于对金属进行连铸的模具

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对金属进行连铸的模具。

背景技术

在相关领域中已经多次描述了用于对钢或者具有高熔点的其它金属的部分进行连铸的铜或铜合金模具。理想地，由连铸钢制造的铸坯应当具有其铸造模具的形状，所述铸坯由于正被铸造的金属收缩而略微小于模具。有时，没有形成这样的形状并且这常常导致在实心部分中出现裂纹和裂缝。当铸钢的碳含量处于0.2-0.4质量百分比之间时这个问题变得更糟糕。在这种碳含量范围内，对于正方形或者矩形构造来说存在变成菱形的明显趋势。已经表明的是，随着铸坯的菱形构造增加以及矩形特征减弱，内部裂缝的程度大到导致铸坯的质量下降并且在极端情况中使得其必须被作为废料处理掉。当使用高速连铸设备时这种问题变得愈发重要。

已经提出了多种方法来解决该问题，诸如：改变模具腔的几何形状以更接近正被铸造的金属的收缩率；改变模制坯的冷却；或者改变钢成分。尽管改变用于高速连铸的钢合金的化学成分可能看起来很有效，但是负面影响是钢的成本增加。因此，迄今为止，通常采用的方法是针对修改模具腔，以使得尽可能均匀地固化铸坯。因为铸坯的不均匀固化会导致出现理想矩形铸坯的菱形构造，所以应当尽可能地进行铸坯的坯壳生长(即，从外侧至内侧的固化)。已经提出拥有相当复杂的几何形状的模具腔；然而，这使得整个制造过程更为复杂并且导致当因磨损必须整修模具时增加维护成本(US 2007/0125511 A1)。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于对金属进行连铸的模具，所述模具具有模具腔，所述模具腔能够使得铸坯在不需要改变铸坯的金属合金成分的前提下获得明显更好的形状精度。

通过本发明所提出的模具来实现所述目的。

根据本发明，提出了一种用于对金属进行连铸的模具，所述模具有模具腔，所述模具腔设置有用于液体金属的浇注口和用于明显固化的铸坯的排出口。这种模具具有由与铸坯的基本形状对应的基本形状限定的横截面。根据本发明，所述横截面至少部分地具有沿着铸造方向延伸的轮廓部(profiling)。

轮廓部构造成为褶皱，所述褶皱包括以大体平行关系延伸的多个槽(沟)。这些槽在模具腔的有效长度上延伸。重要的是已经在液体金属与模具腔相接触的区域中设置槽。因此，槽不必延伸直到浇注口的上边沿，而是可以与浇注口相距一段距离，只要槽从所谓的弯液面上方开始即可。弯液面表示由液体金属填充的模具腔的铸造液位。模具的有效长度应当长到足以使得能够从液体金属消散掉足够的热量并且因此使得能够形成足够牢固的铸坯壳，使得其能够支撑所包含的在内侧的液体钢。因此，理论的铸造液位位于模具腔的长度的毗邻浇注口的上三分之一处，具体是在长度的上20％处的区域中。

已经表明非常有利的是，在模具腔的内圆周与各个槽的宽度的比值大于30时，其中，各个槽的宽度处于1.5mm至30mm的范围内。

增加分布在模具腔的内圆周上的槽的数量可基本确保提高形状的稳定性或者减小形成菱形形状的趋势。然而，测试结果显示：因为各个槽的宽度随后会变得太小，所以槽的数量必须不能过多。为了使得槽有效，槽的宽度的下限为大约1.5mm。优选地，槽的宽度超过2mm并且特别地超过4.5mm。

相反地，槽也不应当太宽，这是因为宽度的增加将导致槽数量减小，从而对铸坯的引导造成不利影响。已经表明，宽度不应当超过30mm。优选地，槽制得明显更窄并且宽度高达15mm，尤其高达13mm。

各个槽的精确数量、几何形状和布置取决于多种因素并且可以因应用而有所变化。因素包括模具腔的几何形状、模具腔的内圆周、正被铸造的金属的温度控制和冷却方式、模具的润滑和振动激发。然而，对于所有应用所共有的是成褶皱形式的轮廓部叠加模具的基础几何形状，以便生产出最终产品，具有一表面的铸坯，所述表面因轮廓部获得独特轮廓并且因槽模式或者模具腔的褶皱而具有一几何形状的纵向脊部。

连铸模具典型地具有响应于冷却而遵循铸坯收缩的几何形状。结果，模具腔的在排出口处的内圆周小于在弯液面区域中的内圆周。根据本发明，轮廓部适于模具腔的几何形状。换言之，轮廓部的槽的数量保持恒定，尽管槽之间的相互距离对应于模具沿着铸造方向的几何形状而略微变化。结果，各个槽没有完全相互平行地延伸，而是对应于模具的几何形状相互以非常小的锐角延伸。模具的几何形状沿着铸造方向可发生变化并且还在模具腔的内圆周上发生变化；其甚至每米减小至0％。换言之，槽在每米0％锥度的条件下在长度区域中以平行关系延伸，而同时对应于几何形状在其它长度区域中仅仅以基本平行关系延伸。而且，模具可具有弯曲构造，在所述弯曲构造中，当然槽同时遵循曲率和几何形状。