CN104785736B - 用于铸造薄板块的铸造设备 - Google Patents
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Abstract
用于半连续直接冷铸DC铸造不同尺寸的薄板块或者厚平板的设备，尤其用于轧制目的，包括具有一对相面对的长侧壁(3)和一对相面对的短端壁(4)的模具框架(2)。模具的壁限定了用于供应金属的向上打开的入口和在可移动支承件上设有起动器块(5)的面向下的出口，起动器块(5)在每次铸造之前关闭开口。该设备包括用于改变模具尺寸的装置，其中至少一个端壁可以移位以能够铸造具有不同大小的板块，并且该设备进一步包括在铸造期间用于间接和直接冷却金属的装置。除了用于改变模具尺寸的装置外，该设备还包括用于使模具的长侧壁(3)弯曲的装置，因此能够向内或者向外调节所述长侧壁(3)的挠性中部以适应所需的薄板块大小、所需的铸造速度和/或合金成分。
Description
本发明是国际申请日为2009年9月7日、国际申请号为PCT/NO2009/000309、中国国家申请号为200980146215.1、发明名称为“用于铸造薄板块的铸造设备”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于半连续直接冷铸(Direct Chill,DC)铸造不同尺寸的薄板块(sheet ingot)或者厚平板(slab)、尤其是用于轧制薄片的板块或者厚平板的设备，该设备包括具有一对相面对的侧壁和一对相面对的端壁的模具框架，所述各壁限定了具有用于供应金属的向上打开的入口和在可移动支承件上设有起动器块(starter block)的面向下的出口的模具，起动器块在每次铸造之前关闭面向下的开口，并且其中至少一个侧壁和/或一个端壁能够被移位以能够铸造具有不同尺寸的板块，该设备进一步包括用于冷却金属的装置。
背景技术
当铸造用于生产轧制产品的大型矩形剖面板块时，习惯上对模具的长侧壁给予小量的凸状弯曲以消解较大的金属收缩(向里收)的作用，与板块的窄端面附近的位置相比，凝固期间金属收缩发生在板块的宽侧面的中部附近。在铸造条件稳定之后，金属的收缩(向里收)与板块中未凝固金属的膨胀成正比。在大型板块铸造期间，根据板块的尺寸的不同，沿着板块的纵向(蓄贮槽深度)熔融金属的膨胀可以高达0.8米或者更大。
影响湿软部(marsh)的膨胀的主要是铸造速度，因为是材料的热传导性限制了板块中部内的冷却速度。喷射到模具下侧上的板块表面上的水量代表一种超出通过热传导传递到该表面的热量的冷却能力。
关于冶金术和生产率两者，期望应用尽可能最高的铸造速度。当铸造速度太高时，铸造速度通常受制于在被铸造板块中形成热裂缝的趋势。
在铸造操作的初始阶段中，冷却将是慢的，并且将存在由于在熔融金属与凝固金属之间的比重之差、以及热膨胀系数引起的被铸造板块中的紧缩。最初已经凝固的金属将是与铸造模具的几何形状相关的略微缩小的形状。因为铸造模具的最宽面的上述曲率的缘故，在铸造操作的初始阶段中被铸造板块将呈现为一种凸形状。凸度将逐渐减小直至与被铸造板块中的蓄贮槽深度相关的稳定条件得到稳定。
轧钢厂的操作指南规定轧制表面应该是直的(在轧制表面中没有任何凹度和凸度)。为了满足这个要求，铸造模具必须设计有与被铸造板块的估计的收缩/紧缩相应的侧壁的曲率(弯曲)。
申请人拥有的EP 0 796 683 B1涉及一种用于铸造上述类型的薄板块的设备，其中侧壁适于弯曲并且在其中部区域进一步设有加强部件(stiffening part)以针对铸造速度而言获得受控的硬度并因而获得模具壁的最优挠曲(optimal flexure)。然而，该已知的解决方案并非设计用于铸造具有不同尺寸(大小)的板块。
当为了轧制目的连续铸造具有矩形横截面的大金属块形状的板块或者厚平板时，通常为每个板块宽度和厚度采用专用模具。主要因为要求的精密(close)尺寸容差的缘故，生产连续铸造模具是复杂和昂贵的。由于要求许多不同的板块形式，因此有必要保持存储相应的大量模具，但这是不经济的。除此之外，用具有不同尺寸的另一个模具替换一种尺寸的一个模块是费事而又耗时的。
US专利No.5,931,216涉及用于连续制造不同尺寸的铸造板块的可调节连续铸造模具，其目的是提供一种可调节模具，该模具基于同一个模具对所需的板块横截面提供快速改变。该解决方案存在的一个重要缺点在于：模具的形状没有办法补偿铸造速度或者模具尺寸的改变，该改变转而对于板块几何形状具有坏影响。
发明内容
本发明提供一种模具，其中避免了利用上述已知解决方案的缺点，即，其中该模具的壁能够容易地从一种尺寸调节到另一种尺寸以便铸造具有不同尺寸的薄板块，并且同时壁能够弯曲以补偿不同的速度以及尺寸和合金成分。
本发明的特征在于如所附独立权利要求1中限定的特征。
本发明的优选实施例在所附从属权利要求2-7中被进一步限定。
附图说明
下面将借助于示例并参考附图对本发明进一步详细描述，其中：
图1以立体图形式从上面并沿纵向局部地示出根据本发明的铸造设备的示意图，
图2示出图1中示出设备的水平视图，
图3示出图1和2中示出设备的水平视图，所示的设备包括用于调节铸造设备的模具的机构，但是不包括用于使模具弯曲的机构，
图4以放大比例和立体图形式示出图3中用A表示的设备的局部，
图5示出图1和2中所示设备的水平视图，包括用于使模具弯曲的机构，但是不包括用于调节铸造设备的模具的机构，
图6以放大比例和立体图形式示出图5中用B表示的设备的局部，
图7a)、7b)、7c)在不同视图中同样以立体图的方式示出根据本发明具有加强装置的长侧壁，
图8示出与图7中相同的内容，但是包括根据本发明的调节梁。
具体实施方式
在开发本发明之前，已经同意的是：应该关于薄板块铸造设备的设计和性能限定某些最小要求：
-新技术解决方案不应增大铸造车间的爆炸危险或者HES情形的恶化，
-铸造板块上的最大尺寸偏差在150mm铸造时应当在±2mm的范围内，
-铸造速度可以改变而仍然将尺寸偏差保持在上述限制范围内，
-与利用传统设备使用具有不同尺寸的不同模具来改变尺寸相比，改变板块的尺寸不应该带来额外的工作量，
-模具应该具有低至4m3/h/m水量(建议的开始水量)的连续的水喷射冷却，
-应该可以实现不使水泄漏到模具腔中。
设计标准和上述要求将发明人引导到一种用于薄板块的模具技术解决方案，该解决方案对于同一模具结合了弯曲和尺寸调节两者。挠性(flexible)模具原则之所以被发明是为了获得对几何形状的要求，而可调节模具原则之所以同时被选择是为了减小每个尺寸的铸造成本。
用于轧制的薄板块的最常见尺寸是基于600mm标准厚度，其宽度从1550到1850mm以50mm步幅级进地变化。还可以使用其它尺寸，例如1950-2200mm并以50mm的步幅级进。
图1和2示出如上所述的设备1，用于半连续直接冷铸(DC)铸造不同尺寸的薄板块或者厚平板，尤其是用于轧制，该轧制要求具有上述类型的矩形横截面的大板块。如图1和2所示的设备包含两个模具7，这两个模具在模具框架2内平行设置，每个模具7包括一对相面对的侧壁3和一对相面对的端壁4。所述各壁限定了模具腔5，模具腔5具有用于供应金属的向上打开的入口和设有起动器块6的面向下的出口，起动器块6与可移动支承件(图中未示出)相连并且在每个铸造顺序之前关闭面向下的开口。该设备进一步包括用于冷却金属的装置，该装置包含供水装置和沿着模具7的外围布置在壁3、4的下部中的喷水嘴8(未进一步示出)。
本发明的独特的并且创造性的特征是用于调节模具框架的一个或多个短端壁的装置与提供面向模具腔的长侧壁的弯曲的装置的结合，从而能够铸造具有不同尺寸的薄板块。
图3示出图1和2中所示的设备的水平视图(从上面看)，而图4示出该设备的局部(在图3中用A表示)，所示的该局部具有用于调节端壁以调节模具腔5的大小并因而调节铸造板块的大小的机构(用于弯曲的机构从该图中被排除)。每个长侧壁3在每个端部处经由托架9可释放地固定于框架2，而短端壁4设置在可移动梁10上，可移动梁10在每个端部处与支架11相连，该支架11沿着框架2上的导轨12可移动地设置。可以借助于经由齿轮29(未进一步示出)设置在模具每侧上的电动马达13对具有短端壁4的梁10进行调节(在如图中表示为x的方向上移动)，齿轮29具有蜗杆驱动装置14、15。马达13优选由计算机控制，并因此根据如上所述以(例如)50mm尺寸步幅级进的预设尺寸方案对短端壁4进行调节，或者将短端壁4自由地操作到所需尺寸。在调节到所需尺寸之后，借助于设置在可移动梁10上的定位装置16，将各短端壁保持在各长侧壁3之间的位置上。定位装置16可以是机械装置或者活塞/缸体装置，优选为如图4所示的气压千斤顶装置16，其沿着从如图所示的箭头Fy方向从外侧用预设力压住长侧壁3。
图5所示为在图1和2中示出的设备的水平视图，所示的设备包括用于使模具弯曲的机构(装置)，但是出于清晰性的原因，去掉了如图3所示的用于调节铸造设备的模具的大小的机构(装置)。图6以放大比例和立体图形式示出图5中用B表示的设备的局部。
用于每个模具7的每个长侧壁3在如上所述的其各个端部处借助于托架9固定到框架2上，但是在其中部处附连到与所述侧壁3平行布置的调节梁17。长侧壁3经由可调节加强装置33(下面进一步解释)附连到梁。调节梁17的长度比长侧壁3更长并且每个调节梁17都在其各个端部处经由摩擦夹紧装置或类似物20(未进一步示出)形式的连接器与拉杆18/推杆19相连。拉杆/推杆设置成与短端壁平行、并适于借助于致动机构22通过具有滑动轴承(同样未示出)的支架21进行轴向运动。致动机构包括两个杠杆臂，一个杠杆臂23可转动地设置在框架2的左手侧上(如图所示)，而另一个杠杆臂24可转动地设置在框架的右手侧上、并且这两个杠杆臂通过链接臂25相互链接，并且与杠杆臂24相连的例如缸体/活塞装置26的致动器设置成经由链接臂25使杠杆臂24以及杠杆臂23转动。
杠杆臂24经由链接件27与致动器26直接连接，并且经由杠杆臂23、24通过拉杆/推杆18、19、25的各自的轴向运动、通过借助于致动器从模具7的中心向外移动调节梁17或者朝向模具7的中心向内移动调节梁17来获得模具的长侧壁3的弯曲。因而，长侧壁3的挠性的中部被向内或者向外地加以调节，以适应所需的薄板块。致动机构的传动比以及因此侧壁的弯曲度由杠杆23、24的臂长度限定。
如上所述，致动器26可以适当地呈现为具有内部活塞传感器的液压活塞/缸体装置的形式，其中可以在预定的弯曲图形的基础上经由伺服阀(或者比例阀)借助于PLC(可编程逻辑控制器)来控制活塞，所述弯曲图形取决于要被铸造薄板块的尺寸、合金成分和铸造速度。
与弯曲的长侧壁3协同的加强装置33代表本发明的一个重要特征并且使得能够与被铸造板块尺寸的大小相关地调节长侧壁中部的硬度。因此，如果板块的尺寸增大，则需要使长壁中部的硬度的增大在长壁的更大部分上实现。在适当算法的基础上计算硬度，对于算法，本文不作进一步解释。然而，这样(设计)的加强装置33在图7和8中进一步详细示出。在此，图7a)示出具有一体化的加强部件32的弯曲的长侧壁3。加强部件32在长侧壁3的壁外侧(相对于模具腔而言)上的中部的一段长度上延伸，并且从其端部朝向中间呈上升形状(三角形状)。如图7b)所示，加强型中间板28适于配合加强部件28并且借助于贯穿螺栓30与长侧壁和加强部件32相连，如图7c)和图8进一步示出的那样。除了长侧壁3和加强装置33之外，图8还示出调节梁17(上面描述过)，而调节梁17借助于连接螺栓31与加强板28相连。可以借助于螺栓30增大或减小长侧壁中部的硬度。如果使用两个中间螺栓，则硬度减小。另一方面，如果使用外部螺栓(在每一侧上使用一个外部螺栓)，则在长侧3的中部的更大长度上硬度增大。
Claims (8)
1.用于半连续直接冷铸(DC)铸造不同尺寸的薄板块或者厚平板的设备，所述设备包括具有一对相面对的长侧壁(3)和一对相面对的短端壁(4)的模具框架(2)，所述长侧壁(3)和短端壁(4)限定了用于供应金属的向上打开的入口和在可移动支承件上设有起动器块(5)的面向下的出口，所述起动器块在每次铸造之前关闭开口，所述设备还包括用于改变模具尺寸的装置，其中至少一个短端壁能被移位以便能够铸造具有不同大小的板块，所述设备进一步包括在铸造期间用于间接和直接冷却所述金属的装置，
其中，
除了所述用于改变模具尺寸的装置外，所述设备还包括用于使所述模具的所述长侧壁(3)弯曲的装置，从而能够向内或者向外地调节所述长侧壁(3)的挠性中部以适应所需的薄板块大小、所需的铸造速度和/或合金成分，其中，与弯曲的长侧壁(3)协同地设有加强装置(33)，使得能够根据要被铸造板块尺寸的大小而调节所述长侧壁的中部的硬度，从而使得所述中部的硬度能够被增大或减小，其中，所述一对长侧壁(3)中的每一个长侧壁(3)都设有一体化的加强部件(32)，所述加强部件在所述长侧壁(3)的外侧上沿着所述长侧壁(3)的中部的一段长度延伸，并且从其端部朝向中间呈上升形状，其中，所述设备还包括加强型中间板(28)，所述加强型中间板(28)适于配合所述加强部件(32)并且借助于贯穿螺栓(30)而与所述长侧壁以及所述加强部件(32)相连，使得能够借助于所述贯穿螺栓(30)而增大或减小所述长侧壁的所述中部的硬度。
2.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于，
每个所述短端壁(4)都可移动地设置在所述长侧壁(3)之间，所述长侧壁设置在梁(10)上。
3.根据权利要求2所述的设备，
其特征在于，
每个梁(10)借助于驱动装置(13，16)沿着引导件(12)可移动地设置在所述框架(2)上。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的设备，
其特征在于，
铸造期间用于每个模具尺寸的所述短端壁(4)借助于定位装置(16)保持在所述长侧壁(3)之间的位置上。
5.根据权利要求4所述的设备，
其特征在于，
所述定位装置(16)是从外侧并朝向所述短端壁(4)的端部压住所述长侧壁(3)的活塞/缸体装置。
6.根据权利要求5所述的设备，
其特征在于，
所述活塞/缸体装置是气动装置。
7.根据权利要求4所述的设备，
其特征在于，
所述定位装置(16)设置在所述梁(10)上并且能够与所述梁一起移动。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的设备，
其特征在于，
所述设备用于轧制目的。
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