[发明专利]对运动带连续冷却的方法和装置

说明书

本发明涉及一种对运动的带(web)连续冷却的方法和装置，特别涉及金属带材铸造的设备和方法，在此，对环形带冷却的方式的改进使金属铸造的质量得以改善。

薄金属带材连铸的方法并不完善，一般来讲，用于金属带材连铸的现有工艺只适用于相对少数的合金与产品。出现的问题是，随着各种金属的合金成分增加，产品铸面质量变差。结果，许多合金必须使用模铸方法来生产。

就铝而言，相对纯净的铝产品(如铝箔)可以在工业上进行连铸。同样，建筑用材能够被进行连续的带材铸造，这主要是因为对这种产品的表面的要求不高，不像对制罐头用的铝片有那么高的要求。但是，随着铝合金成分的增加，表面质量问题显现出来，总之，这种带材铸造不能适应许多种铝合金产品的制造。

现有技术已出现了许多带材铸造机。一种惯用的设备是双带式带材铸造机，但它不适用于许多种金属的铸造，特别不适用于具有宽凝固温度范围的合金的铸造。在这种双带式带材铸造机中，设置了两条运动的带，在其之间确定了一个用于欲被铸造金属的一个移动铸模，带的冷却是这样进行的，即把冷却液与带的一侧相接触，该侧是和与熔融金属接触的一侧相反的那一侧。

结果，该带承受了很高的热梯度，在一侧上熔融的金属与带接触，而在另一侧用冷却剂如水与带接触，这种动态的不稳定的热梯度会引起带的变形，使其上下部分变得不平。由此生产的产品具有成片的如下面所述的隔层或孔隙，这种冷却模式见美国专利4679611。

里诺(Leone)在“Proceedingsof The Aluminum Association，Ingot and Continuous Casting Process Technology Seminar For Flat Rolled Products”第二卷(1989年5月10日)中称：如果不能获得带的稳定性及合理的热流动的话，将会出现严重的问题。首先，如果当熔融金属固体后，带的任何一部分出现变形，并出现带材外层的内聚现象时，都将增大变形处的带材与带之间的间隙，这将导致带材外层被重新加热，或至少局部地减小外层的生长率。上述情况将进一步导致带材的反向分离，该分离在表面上产生树枝状晶间的低共溶点渗出物。此外，在具有介质和宽凝固范围合金的情况下，液体金属将从变形处流到带材邻近的、固化较快的部位。这又将导致带材表面被破坏，在其上形成多处收缩孔。上述破坏和收缩孔会在其后的辊轧工艺中断裂或在辊轧过的表面上产生严重的表面条纹。

结果，上述双带式的铸造工艺不适用于对表面精度有一定要求的合金铸造，例如制罐头用的带材的制造。现有技术中提出了各种改进方法，例如在美国专利3937270和4002197中提到的对带进行预热。美国专利3795269中提到的连续施压并除去分离层；美国专利4586559中提到的除去无端侧的突起；及美国专利4061177、4061178和4193440中提到的改进的带冷却方式。然而上述技术都没有取得满意的效果。

其它的现有技术中提出的连续铸造工艺是公知的模铸。在此技术中，一定数量的冷模邻接安置在一对相对的轨道上。每套冷模在相对方向转动，在其中形成一个铸造腔，腔中引入诸如铝合金这样的熔融金属。接触到冷模的液态金属被冷却并凝固。模铸在概念上和实施方式上都不同于连续带式铸造。模铸依赖冷模本身的热传导。热从熔融金属上被传导到设备的铸造部位的冷模上，然后在返回路线上被取出。模铸器要求精确的尺寸控制以防止溢料(即横向的金属毛刺)，这种溢料由模间的小间隙产生。当金属条在热辊轧时，这样的溢料会产生毛刺的缺陷，从而难以得到高质量的表面。美国专利4235646和4238248中对这种模铸工艺给出了说明。

另一种在连续的带材铸造中被提出的技术是单筒铸造设备。在该设备中，熔融金属注入后被送到一个转动筒的表面，该筒从内部被水冷却，熔融金属被拉到筒表面上，在其上冷却并形成一片薄金属带材。该金属带材一般由于太薄而用途不广，并且其自由表面由于慢冷却和微收缩裂痕而质量较差。现也提出了这种筒铸造设备的各种改进。如美国专利4793400和4945974中提出在筒体上开槽以改善表面质量；美国专利493443推荐在筒表面上使用一种金属氧化物来改善表面质量；美国专利4979557、4828012及4940077和4955429中还提出了其它的改进技术。