CN105033201A - 铸造金属板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例涉及用于连续铸造金属板的方法和装置。该方法包括将熔融金属连续引入被限定在前进铸造表面之间的铸造腔的进口中、冷却腔中的金属以形成金属板、以及通过出口将板从腔排出。对于与进口和出口二者间隔开并且横向于铸造方向延伸的腔的区域中的铸造表面中的至少一个铸造表面而言，铸造表面具有从金属去除热的能力但是该能力降低，因此减少热通量。该降低的去除热的能力相对于腔的紧邻的上游区域和下游区域中的铸造表面的这种能力。该装置可以是被改型成执行该方法的双带铸造机或者其它形式的连续铸造机。

Description

铸造金属板的方法

本申请是2014年2月28日提交的、名称为“用于铸造金属板的方法和装置”、申请号为201380002887.1的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于铸造金属以形成金属板的方法和装置。更具体地，本发明涉及连续铸造的方法和装置，其中金属在形成于间隔开的面对铸造表面之间的铸造腔中被铸造，所述间隔开的面对铸造表面在铸造腔的进口与出口之间沿铸造方向前进。

背景技术

细长的相对较薄的金属板（有时也被称为铸条或铸带）可以在例如双带铸造机、旋转块铸造机、双辊铸造机等的设备中通过连续铸造技术生产。具有中等或相对较低的熔化温度的金属（例如铝、镁、锌以及将这些元素作为主要成分的合金）尤其适于该类铸造，但是有时其它的金属也可以在这种设备中被铸造。热由且穿过铸造表面从铸造腔中的金属回收，使得金属冷却并且产生固体板，该固体板的厚度与铸造表面之间的空间相似。侧面坝形部通常设置于铸造表面的极外侧边缘处，以防止金属的损失并且限定铸造腔的侧边缘。熔融金属喷射器或洗槽用于通过进口将熔融金属连续引入铸造腔中并且通过铸造表面的移动经由出口将固化板从铸造腔连续抽出。铸造表面从出口到进口在铸造腔的外部连续再循环，使得其能够连续使用。

铸造表面被通常主动冷却，使得其能够从铸造腔中的金属回收热。例如，这能够通过将冷却剂（例如冷却液体或者可能是气体）施布于铸造表面形成于其上的再循环元件来完成，所述元件通常具有良好的热传导性能，使得热通过所述元件从金属通向冷却剂。例如，在双带铸造机的情况下，冷却液体（通常是含有适当添加剂的水）在带彼此面对以形成铸造腔的区域中被施布于再循环铸造带的后表面，使得热通过铸造表面和带从铸造腔被传导并且通过冷却剂被去除。此类双带铸造机的例子在1977年12月6日授予Sivilotti等人的美国专利4,061,178、1980年3月18日授予Thorburn等人的美国专利4,193,440、和2010年12月9日以Ito等人的名义公布的美国专利公布No.2010/0307713中有所描述。这些专利的公开内容通过引用具体结合到本文中。

当操作此类装置时，通常保持在铸造方向上沿铸造腔在所有位置处对铸造表面的均匀冷却并且在所有这种位置处保持铸造表面与熔融或固化金属的牢固接触，以便保持铸造表面从经历铸造的金属回收热的能力。由于金属可能在其通过铸造腔的过程中冷却和固化时略微收缩，因此铸造表面可能被制造成在从进口至出口的方向上朝向彼此略微汇合，使得在整个铸造腔保持与金属的牢固接触。然而，当通过该方式铸造金属时，从金属回收热的比率（即通过铸造表面的热通量）由于经历铸造的熔融金属与经过冷却的铸造表面之间的巨大的温度差异并且由于熔融金属与铸造表面之间的良好的共形接触而在最初是高的。随着铸造继续进行，坯金属板的外表面比金属板的中心部分冷却得更快，原因是金属内的温度均衡需要时间。随着板外表面冷却，通过铸造表面的热通量减少，原因是铸造表面与相邻金属之间的温度差减小。最终，即使中心部分可能仍然是熔融的，金属的外表面也会开始固化。需要保证铸造腔具有充足长度（沿铸造方向的进口与出口之间的距离），以允许通过出口排出铸造板之前充分的热回收。在实践中，铸造腔必须具有这样的长度：该长度使得板的离开温度（大体如在外表面处测量得到的）低到板足以承受进一步操纵和处理而不造成变形或损坏的程度。当然，铸造腔所需的长度还与金属的吞吐率相关联，在于对于给定的金属或合金而言，较慢的金属吞吐率将允许热回收的时间更多并且将因此允许铸造腔被制造成比金属吞吐率更高的情况下短。具体而言，双辊铸造机采用非常短的铸造腔，该铸造腔基本由辊之间的咬合部（nip）形成。

对于缓慢金属吞吐率和/或长铸造腔的需要造成设备和生产成本比当速率能够增大并且/或者铸造腔变短的情况下高。较长的铸造时间和腔长度还可能需要采用更大量的冷却剂。因此，期望以铸造率能够进一步增大并且/或者铸造腔变短的方式来设计和操作此类铸造装置。

发明内容

本发明的一个示例性实施例提供一种通过以下步骤连续铸造金属板的方法：(a)将熔融金属连续引入在沿铸造方向前进的间隔开的面对铸造表面之间限定的铸造腔的进口中；(b)为铸造表面提供从铸造腔中的熔融金属去除热的能力，以使熔融金属固化并且由此在铸造腔内形成完全固体或部分固体的金属板；(c)通过铸造腔的出口从铸造腔连续排出金属板；以及(d)在与进口和出口二者间隔开并且横向于铸造方向延伸的腔的区域中，降低铸造表面中的至少一个铸造表面从金属去除热的能力，该能力相对于至少一个铸造表面的从铸造腔的紧邻的上游区域和下游区域去除热的能力降低。

术语“降低铸造表面去除热的能力”的意思是表面对腔中的金属的冷却作用从最大或正常水平降低，该最大或正常水平是否则在该特定铸造设备和环境下将具有的，但要用于降低。在铸造腔中的任何点处通过铸造表面的热通量都通过这样的因素来确定，例如表面在其上形成的铸造构件的导热率、施加于构件的主动冷却（例如通过应用于构件的相对侧的液体冷却剂）、主动冷却装置与腔中的金属之间的温度差异等。随着金属在任何连续铸造操作中前进通过铸造腔，通过铸造表面的热通量发生变化（即通常以非线性方式减少）。这是由于金属随着前进通过铸造腔而冷却。然而，铸造表面从铸造腔的任何区域去除热的能力都能够降低，使得在该区域中比其它情况下较少的热流出腔。例如，这能够通过在特定区域允许铸造表面比腔的其它区域（特别是当相比沿上游方向和下游方向的紧邻区域时）略微移动离开铸造腔的中心平面（即定位在铸造表面之间并且与铸造表面大体平行地延伸的腔的中点处的平面）来完成。当这在金属具有固体外壳的区域中完成时，铸造表面略微移动离开金属表面并且因此产生金属与表面之间的隔离空间，该隔离空间使表面去除热的能力降低并且因此使通过表面的热通量减少。降低表面去除热的能力的其它方式包括使用于冷却感兴趣区域的铸造表面的冷却剂流体的温度升高、使冷却剂的流量降低、或者提供表面与冷却剂的部分隔离（例如通过将气体引入液体冷却剂中或者引入液体冷却剂与感兴趣的区域中的表面之间）。这种措施不在紧邻区域中执行，因此那些其它区域中的表面（多个表面）的能力保持不受影响并且为那些区域中的铸造设备和条件产生“正常”或“最大”的热通量。

铸造表面通常被提供成一对相面对的但是沿铸造方向纵排移动的分开的表面。这些铸造表面中的一个或两个铸造表面可以设置有这样的区域：在该区域中，降低表面（多个表面）去除热的能力。当通过该方式对两个表面进行改进时，能力降低的区域对于两个表面而言是一致的（使得区域跨过腔相互面对）或者可以不同，例如对于顶部表面而言能力降低的区域沿腔比底部表面的区域更大，或者反之亦然。同样地，所述区域沿铸造方向可以具有相同长度，或者具有不同长度。这取决于期望产生的效果，记住一种期望的效果是比其它情况更高效地降低板温度（即在较短的铸造距离内或以较高的铸造速度）。这是基于意想不到的发现，即通过使铸造表面中的至少一个铸造表面去除铸造腔的中间区域中的热的能力暂时降低，可以改进热回收的总体效率。不期望将本发明的范围限制于任何理论，据信这可能是由于铸造表面在一个区域中去除热的能力的降低允许板的外部的温度升高（例如当由较热的内部加热时），并且该温度使得更有效的热去除能够沿铸造表面具有正常的去除热的能力的铸造腔更多地发生。

另一个示例性实施例提供一种用于由熔融金属连续铸造金属板的铸造装置，该装置具有(a)间隔开的面对铸造表面，所述间隔开的面对铸造表面在其间形成铸造腔并且适于从铸造腔的进口至出口沿铸造方向前进；(b)熔融金属进给装置，该熔融金属进给装置用于通过所述进口将熔融金属引入所述铸造腔中；以及(c)冷却设备，该冷却设备用于冷却铸造表面，从而使得表面从所述铸造腔回收热，由此使熔融金属固化并且在腔内形成完全固体或部分固体的金属板。该铸造腔具有其横向于铸造方向延伸并且与铸造腔的紧邻的上游区域与下游区域之间的进口和出口间隔开的区域，其中提供装置以使所述铸造表面中的至少一个铸造表面在区域中从熔融金属或金属板回收热的能力比所述至少一个铸造表面在其紧邻的上游区域和下游区域内从所述铸造腔回收热的能力降低。

细长铸造构件可以由直接或通过冷却剂的膜接合其相对侧的表面的多个支承件来支承，并且可以通过使支承件相对于其它区域中的支承件的位置沿离开铸造构件的相对侧的方向向后移动来使在所述区域内铸造表面（多个铸造表面）去除热的能力降低。在此类传统铸造中，支承件可以具有与铸造构件的相对侧表面相接合的大体平坦的支承表面，并且各个支承件的平坦的支承表面沿铸造腔的整个长度大体共面。在本发明的一个示例性实施例中，用于铸造构件中的一个铸造构件的支承件的平坦支承表面如上所述是共面的，除了对于在铸造表面去除热的能力降低的铸造腔的所述一个区域中的那些。在这个区域中，支承件的平坦表面相对于其它支承件的公共平面偏置（由此使其与铸造腔的中心片面的间距增大）离开铸造构件的相对侧特定距离，由此造成该区域中的铸造表面较不牢固地按压金属板或者略微移动而与金属脱离接触并且进一步离开铸造腔的中心平面。在所表示区域中的支承件的平坦表面可以全部彼此共面或者沿铸造方向考虑的话可以采用首先离开铸造构件的相对侧表面且随后朝向铸造构件的相对侧表面成台阶形的轮廓。

如上所述，示例性实施例中的铸造腔具有进口和出口。该进口被认为处于铸造表面最初变得大体平行的位置、或者熔融金属首先接触铸造表面的点中在铸造操作中首先发生的任何一个处。出口被大体认为处于铸造表面永久移动成与铸造金属脱离接触的位置处，或者被制造成与金属板显著分开。

如上所述，在属于本发明可能应用于的类型的传统铸造操作中，随着被铸造的金属从铸造腔的进口通向出口，通过铸造表面提取热，在其期间金属从熔融液体变为铸件固体。随着金属由于热去除而冷却，通过铸造表面的热通量倾向于减少，原因是邻近铸造表面的金属与用于通过表面提取热的冷却剂或其它装置的温度之间的温度差减小。在这种铸造操作中，因此存在随着从铸造腔的进口到出口的距离增大而热通量的“天然”或传统的减少以及金属温度的“天然”降低。这种降低的分布曲线很少是线性的。在本发明的实施例中，通过影响铸造表面中的一个或两个铸造表面从铸造腔的特定区域去除热的天然或传统的能力对热通量和/或金属的该“天然”减少进行改型。在一个示例性实施例中，通过直接或间接应用于铸造表面的冷却程度或冷却率来确定铸造表面去除热的正常或传统的能力，并且该冷却（例如呈通过铸造元件（例如铸造带）施布于铸造表面的液体冷却剂的形式）通常是沿铸造腔的长度是恒定的（例如，每单元时间相同体积的冷却剂在整个铸造腔上与铸造元件反向地施加）。然而，还通过铸造表面与被铸造的金属之间的接触效率来确定铸造表面去除热的能力并且如果被铸造的金属在一定时间之后移离与铸造表面的接触（例如由于金属的固化和收缩）的话该效率显著降低。存在铸造表面去除热的能力在铸造期间天然或传统地受限的方式。通常，采取步骤以保持铸造腔的整个长度上的冷却和接触效率相同，例如通过保证铸造表面优选地成平面并且如果需要的话，使铸造表面略微朝向铸造腔的出口汇合，使得随着金属板冷却和收缩而保持接触压力。与这种传统的铸造技术以及对铸造表面从金属去除热的能力的天然或传统的限制相反，本发明的实施例通过提供与进口和出口二者间隔开的区域来寻求沿铸造腔的热去除的传统模式的改变，其中铸造表面（多个铸造表面）去除热的能力进一步降低。例如，这能够通过影响冷却或接触效率的传统模式来完成。换句话说，沿铸造腔的热提取率大体倾向于在沿腔的任何点处处于最大值，即使该速率可能由于温度差和接触效率的天然改变而根据点的不同发生变化。当在相同的铸造条件下在相同的铸造设备中执行铸造时，本发明的实施例提供了热通量与该区域能获得的最大热通量相比减少的区域，但不受到本发明的影响。这样的优点是从被铸造的金属去除热的总体效率的意想不到的提高。

如上所述，可以为一个或两个铸造表面提供热提取减少的区域。如果为两个铸造表面提供这种区域，则区域可以具有相同尺寸（沿铸造方向）并且沿铸造腔定位在相同距离处，但这不是必需的。实际上，如果板温度关于其水平中心平面不对称（在给定重力保持金属与底部带的优选接触的趋势下通常是这种情况），则没有理由使减少的热提取关于相同平面对称。相反，可能更期望使顶部带上热通量减少的区域的长度或位置与底部带不同，例如企图使铸件板的两侧上的这种热通量减少的作用均衡。

热通量减少的区域（多个区域）可以跨过铸造腔的宽度、或者仅跨过一部分完全延伸该区域。理论上，热提取率应该跨过铸造机的整个宽度是相同的，但是实际上不是这样，如不均匀的板离开温度分布曲线的存在所显示的。但是，为了操作简单起见，跨过铸造机的整个宽度均匀减小热通量是优选的。

显而易见的是，所述区域中铸造表面的能力的降低使热通量减少的区域中的板的表面温度的升高，并且理论上该温度升高驱动热通量的增大沿铸造方向在腔中进一步向下。至少，表面温度可以仅仅不像其它情况一样下降得那样快（不对热通量改型），同样造成沿着腔进一步详细的热通量的增加。

在双带铸造机的情况下，能够通过在期望区域中使带支承冷却喷嘴从铸造腔的中心平面偏置来产生铸造表面（多个铸造表面）的热通量降低的区域。喷嘴的有效偏置可能小至0.5mm，并且优选地为大约1mm（±25%）。在实践中，有效范围取决于喷嘴与带之间的物理关系。如果喷嘴偏置过远，则喷嘴可能最终失去其在带上拉动并且改变其路径的能力，并且因此不在热通量减少方向施加进一步的影响。此外，带移动的稳定性可能受到不利影响，原因是缺少有效的支承。喷嘴偏置的量通常产生带表面离开中心平面的较小移动，例如喷嘴中1mm的偏置可能产生带表面仅0.4-0.5mm的移动。总体而言，喷嘴的偏置应当是有效的，以产生通过带表面的期望的热通量减少，但是这只是实现该作用必需的。这可以根据铸造机/喷嘴设计的不同发生变化并且能够通过简单的试验和实验来确定。

附图说明

下文参照附图对本发明的示例性实施例进行更详细地的描述，在附图中：

图1是本发明的示例性实施例可能被采用的双带铸造机的示意性侧视图；

图2是图1的装置的下部铸造带的局部俯视平面图，其中铸造带被部分撕开地示出以露出带下方的支承件和冷却剂喷嘴；

图3A是图2中所示的类型的单个支承件和冷却喷嘴的侧视图，并且图3B是其俯视平面图；

图4是根据本发明的一个实施例的图1中所示的类型的铸造腔的简化局部侧视图，其中包括如图3A和图3B中所示的铸造带支承件和冷却喷嘴；

图5是铸造腔的简化图，其中示出了从腔中的金属铸件提取热的能力降低的区域的优选位置；

图6是曲线图，其中示出了在下文的标题为例子的段落中解释的测试条件下跨过从铸造腔出现的铸件板的各位置处的离开温度；

图7A是曲线图，其中示出了在沿着用于铸造过程(runs)的铸造腔的各个距离处的双带铸造机的顶部带的热通量结果，其中用于铸造带的支承件的位置在铸造腔的不同区域中发生变化，并且图7B是类似的曲线图，其中示出了在下文标题为例子的段落中解释的条件下通过相同铸造过程的底部带的热通量。

具体实施方式

参照附图，图1中示出了双带铸造机的简化侧视图作为本发明的实施例可能涉及的装置的例子。应当牢记，提供以下对双带铸造机的描述仅作为例子并且本发明的实施例可能涉及其它类型的铸造机，例如旋转块铸造机、双辊铸造机等。

图1中所示的双带铸造机包括一对弹性柔性的导热金属带，从而形成均分别具有外铸造表面10a和11a并且分别具有内表面或后表面10b和11b的上部环形铸造带10和下部环形铸造带11。这些带沿由箭头A和B所示的方向在环形路径中旋转，使得在横越铸造表面定位成紧靠在一起（即形成紧密间隔开的面对部段）的区域的过程中，带的铸造表面10a和11a在其间限定了从熔融金属进口13延伸至固体板排出出口14的铸造腔12。铸造腔12在从进口13至出口14的整个方向上具有均匀高度或者在从进口13至出口14的方向上略微变窄。通过大型驱动辊15和16，带10和11被分别驱动并且旋转离开彼此，仅仅为了在通过弯曲轴承结构（分别示于17和18处）周围之后在进口13处接近彼此。为相应的带10和11提供支承托架结构19和20，而驱动辊15和16被适当地承载和连接至合适的马达驱动器（都通过众所周知的装置）。

熔融金属22通过任何合适的装置（例如从被连续供给来自炉的熔融金属的槽或流槽21）或者通过熔融金属喷射器（例如属于2004年4月27日授予Desrosiers等人的美国专利6,725,904（该专利的公开内容通过引用特别结合到本文中）的类型）经由进口13被进给至铸造腔12。随着铸造腔12中的熔融金属与带一起移动，熔融金属由于其与带的面对铸造表面10a和11a相接触而从外侧至内侧被连续地冷却和固化，使得不定长度的固体铸件板23从铸造腔的出口14被连续抽出和排出。提供进一步的装置（除了支承夹送辊24之外均未示出）以用于通过传统方式进一步对板进行处理。

在铸造腔12的区域中，铸造带的内表面10b和11b（即铸造表面的相对侧表面）通过与冷却剂相接触而受到冷却，使得来自金属的热可以通过铸造表面10a和11a被回收。用于同时支承和冷却带的内表面的方便的装置可以呈包含用于冷却剂（例如水）的通路的一系列冷却“垫”的形式，所述用于冷却剂的通路在压力下通向多个出口喷嘴，所述多个出口喷嘴被布置成以便覆盖面向每一个带的内表面的每一个冷却剂垫的区域。冷却剂垫与带的相邻内表面之间由于冷却剂在压力下从喷嘴流出而具有微小间隔。因此，液体冷却剂流在喷嘴面与内带表面之间流动以产生充分的冷却动作。冷却剂随后通过适当的排出装置被带走。适于该目的的喷嘴的例子如例如1980年3月18授予Thorburn等人的美国专利4,193,440（该专利的公开内容通过引用特别结合到本文中）中所描述的具有六角形轮廓的大体平坦的带支承面。

此类的合适装置示于图2中，图2是进口13的区域中在图1的上部铸造带10处从下向上看的局部平面图（为了清楚起见从该视图省略了下部带11）。带10被示为部分撕开以露出上述结构。在进口13处，两个细长冷却和支承喷嘴25设置于带10上方。这些喷嘴被布置成横向于装置的铸造方向26并且均设置有中心狭缝27，冷却水在压力下通过该中心狭缝27排出，以为覆盖的带11提供冷却、支承和润滑。喷嘴25彼此略微间隔开，以形成狭窄间隙28，冷却水可以在清洁喷嘴表面时流过该狭窄间隙28。六角形喷嘴30的阵列沿铸造方向紧随横向喷嘴25，该六角形喷嘴30的阵列以蜂窝状布置紧密包装在一起但是彼此略微间隔开以提供去除冷却剂所需的狭窄间隙31。该喷嘴阵列形成用于带10的冷却和支承垫。单个的六角形喷嘴30的例子与紧邻的周围结构一起更详细地示于图3A的侧视图和图3B的平面图中。尽管这些视图示出了用于支承和冷却下部铸造带11的喷嘴，但是除了下文所描述的之外用于上部带10的喷嘴是相同的。如图3B中所示，喷嘴30具有水平六角形面32，该水平六角形面32设置有略微圆形的凹入部33，该凹入部33朝向中心开口34向内凹陷，从而形成内部轴向孔35的外端，提供该内部轴向孔35以用于在压力下向六边形面32输送冷却剂。面32形成头部结构36的上表面，该头部结构36通过位于柄的头部处的整体轴环29向整体柄37向内逐渐变细。放大围绕止动环38设置于轴环的下方，以接合在固定于相邻的支承托架结构20的部件的止动板39下方。这限制了喷嘴30朝向覆盖铸造带11的移动程度。柄37以能够竖直滑动和旋转的方式被接收在设置于结构20中的通道40内。柄37具有围绕凹槽41，以用于接收邻近柄的下端的弹性体O形环42。支承螺旋弹簧43定位在柄37下方，使得喷嘴30可以略微向内移动，以避免在操作期间经受来自带11的异常力时受到损坏，同时通常相对于止动板39被牢固地保持并且因此被保持成离开带固定距离。在合适的压力下从狭窄延伸部45向通道40进给冷却剂液体，并且冷却剂在压力下通过喷嘴中的孔35流向六边形面32。铸造带的内表面11b因此被喷嘴30以及在喷嘴的外面32之上流动的冷却剂液体的狭窄膜支承和冷却。

图4是采用图2的支承和冷却设备的图1的铸造腔和铸造带的中间区域的横截面的局部侧视图，该横截面在沿铸造方向26定向的竖直平面中被截取。该附图被略微简化，在于其示出了喷嘴30在相同的竖直平面（即纸平面）中全部对准，而如从图2中显而易见的，相邻的喷嘴实际上朝向和离开该视图的观察者略微交错并且被示为略微重叠。图2通过阴影的方式突出了铸造腔的区域50中的两个相邻的横向行的喷嘴46和47。如图4中所示，在铸造带10上方形成这些行46和47的喷嘴30所具有的轴环29比铸造带10上方和铸造带11下方的其它行的喷嘴短得多。较短的轴环造成这些喷嘴的六边形面32定位成比其它喷嘴的六边形面离开铸造带10的传统平面更远。随着带10横穿这两行，带10被拉向该区域中的喷嘴并且因此较不牢固地按压铸造腔12中的金属22，并且根据带的柔性和其它因素可以如附图中所示地（以夸张方式）暂时移离金属。再次通过沿铸造方向位于行46和47的下游侧上的喷嘴来提供对带的完全支承和与金属的接触，如图所示。因此，喷嘴的六边形面32与中心平面49铸造腔略微偏置的区域50定位在分别位于铸造腔的上游（更靠近进口13）和下游（更靠近出口14）的两个区域51与52之间，在所述两个区域中喷嘴的面32全部大体共面并且定位成与带的内表面10b牢固接触（除了在压力下通过喷嘴表面上方的冷却剂所产生的间隔之外）。

通过由于区域50中的喷嘴30相比相邻区域51和52中的喷嘴30的偏置而造成的按压作用的减少来使带的铸造表面10a从金属22去除热的能力降低。已发现对铸造表面10a从铸造腔中的金属提取热的能力的影响随着与腔的中心平面49的偏置的增加而快速降低，但是超出某个偏置距离的话，可以获得的热提取的进一步减少则很少或没有。据推理，一旦带从金属移动某个距离，铸造带的冷却影响不再明显。总体而言，已发现通过离开相邻区域中的喷嘴面的平面1mm（0.040英寸）、并且更优选地0.5mm（0.020英寸）这样小的距离就足以使喷嘴30移位。最小位移也是有利的，原因是如果喷嘴移位较大的量的话，铸造带的移动可能变得不稳定。总体而言，对于上部铸造带和下部铸造带而言，即使上部边界和下部边界可能被制造成沿下游方向略微汇合以补偿金属22在冷却和固化时的收缩，喷嘴面的剩余部分仍然全部在尽可能的程度下保持共面，使得铸造腔12的上部边界和下部边界均在腔的全部其它区域中成基本平面。

行46、47中的喷嘴面32的位移使在区域50内铸造表面10a从相邻金属22回收热的能力降低，即通过带10的热通量相对于否则在喷嘴面已被保持在与其它喷嘴的那些喷嘴面相同的平面中的情况下该区域中已经具有的热通量减小。据推理，该铸造表面10a从金属去除热的能力的暂时降低造成该区域以及紧随区域中的金属22的相邻外表面的温度增大，原因是热可能从铸造金属的中心转移向表面而不使热立即被铸造表面10a回收。因此，当该部分金属向下游移向相邻区域52时（在该相邻区域52处，铸造带与金属表面牢固接触），金属表面与铸造表面10a之间的温度差比其它情况下大。该较大的温度差造成在铸造腔的下游区域52中比其它情况下更高效地提取热。令人意外地，与在铸造腔的任何区域中的喷嘴面都不具有偏置的情况下执行的等效铸造过程相比，热提取率（即热通量）的这种降低以及随后的增大导致该铸造过程的总体效率的显著改进。金属板因此在比等效的传统铸造过程中较低的温度下离开铸造腔，从而意味着铸造腔的总体长度可以减小并且/或者铸造速度可以增大，以将金属板的离开温度恢复成与等效的传统过程中相等的值。这能够产生经济的设备制造、铸造时间和可能的冷却剂使用。

通过增加或减少偏置增大的喷嘴行的数量，区域50的尺寸（即沿铸造方向延伸的距离）能够发生变化。类似地，通过改变设置有偏置的特定行的选择，区域50沿铸造腔的位置能够改变。此外，通过选择邻近顶部带10（如图所示）和/或底部带11的偏置喷嘴，通过铸造金属板的顶部表面和/或底部表面的热通量能够发生变化。已发现总体而言，偏置区域的尺寸（沿铸造方向的距离）可以有效地是从铸造腔的总体长度（从进口至出口的距离）的10%至50%，并且优选地是从腔长度的10%至20%。至于区域50的定位，优选地，开始不应当太靠近腔进口使得形成在金属外表面上的固化金属“壳”在来自内部的热的影响下再熔化，原因是这可能造成不期望的波纹图案形成在金属板的表面上。另一方面，如果区域50定位成太靠近腔出口，则来自板内部的再加热影响可以过小从而无法将板的表面再加热至期望程度，原因是内部的金属可能随后非常冷。总体而言，该区域定位在腔的中间1/2处，更优选腔的中间1/5处。这示于图5中，从而示出了具有长度“L”的铸造腔12的视图，其中中点“C”在铸造方向上沿腔位于中路。具有偏置喷嘴的区域50优选地在中点“C”上居中并且可以延伸“L”的五分之一至“L”的一半，如图所示。

如上所述，可以仅为铸造带中的一个或为铸造带中的两个提供偏置喷嘴的区域50。当两个带的喷嘴已偏置时，所述喷嘴可以沿铸造腔定位在相同的距离处并且具有相同长度，或者其可以具有不同的位置和/或长度。如果板温度关于其水平中心平面49不对称（考虑到重力趋于保持金属与底部带的更牢固的接触并且因此热通量更大的情况，通常是这种情况），那么不存在使热通量变化关于该平面对称的充分理由。相反，为了在板的每一侧上实现相同的热通量率改进，改变顶部带和底部带的偏置区域50的位置和长度可能更好。此外，偏置喷嘴的区域50可以完全延伸跨过铸造腔的宽度（横向于铸造方向的方向）或者仅跨过一半。在实践中，热提取率跨过铸造腔的宽度发生变化，因此区域50可以被制造成仅延伸跨过铸造腔的一半并且定位成使跨过板的热通量尽可能地均衡。然而，为了易于实施，该区域优选地被制造成完全延伸跨过铸造腔的宽度。

在铸造装置中，喷嘴可以在区域50中永久偏置或者一些（例如中心区域中的那些）或全部喷嘴都可以是可调的，使得一些喷嘴能够根据特定的铸造条件或被铸造的金属在期望时并且以期望的量相对于其它喷嘴偏置。通过提供具有长度不同的轴环29的喷嘴30来实现永久偏置。例如，可以通过为一些喷嘴提供长度可调的伸缩轴环并且为这种喷嘴提供用于在期望时调节这种轴环的长度的机械或液压装置来实现可调偏置。

在上述的示例性实施例中，通过使支承和冷却喷嘴的位置偏置来为区域50中的铸造表面提供降低的从铸造腔中的金属提取热的能力，但是可以通过备选的方式来实现提取热的能力的降低。例如，相比其它区域，通过受影响的区域50中的喷嘴的冷却剂流可以减少，或者甚至终止。尽管冷却剂流的完全终止是可能的，但这不是大体期望的，原因是随后可能发生的带与喷嘴面之间的增大的摩擦。此外，冷却剂的供给压力或者装置的内部压力的改变可能影响铸造带从受影响的喷嘴的支承表面的升高程度。另一个方式是使受影响区域中的冷却剂温度比其它区域中的冷却剂温度升高。进一步的备选方式是例如通过在铸造带与冷却剂之间引入缝隙来使铸造带与冷却剂隔离。

提供以下的例子以进一步说明本发明。然而，所述例子不应当被认为以任何方式对本发明的总体范围构成限制。

例子1

在实验室规模的双带铸造机（被称为“TB2”）上进行实验。该铸造机具有大体如图1和图2中所示的设计，并且具有铸造腔，该铸造腔具有与商用规模的双带铸造机类似的长度，然而，铸造带的宽度比商用铸造机小。该铸造机设置有喷嘴，所述喷嘴具有允许调节全部冷却喷嘴以改变其与铸造腔的偏置间距的特殊设计，使得能够评估增大不同区域中的偏置的影响或者对不同区域尺寸的影响。使用跨过出现在铸造腔的出口附近的板的底部间隔开的五个接触热电偶板来测量板的离开温度。使用冷却水热电偶的阵列来监测铸造机中的热通量。

在喷嘴在上部带托架上的铸造机的中心区域中偏置1mm（即紧随线性喷嘴的第二行和第三行喷嘴）的情况下来进行实验。每一行六角形喷嘴都大约3.3cm长（沿铸造方向）。允许行由于紧密包装而交错，受影响的铸造机的区域是自熔融金属喷射的点下游的大约16.2至21.6cm的带。为了比较，还执行铸造腔的最后三行喷嘴在上部带托架和下部带托架上均偏置1mm的实验，从而具有使铸造腔缩短大约10cm的作用，进而留下长度为大约50cm的平行（正常）的铸造部段。

所有实验都使用10mm计（gauge），实验中的合金铸件具有0.68wt.%Si、0.58wt.%Fe、0.21wt.%Cu和0.77wt.%Mn、平衡Al的标称成分。铸造带具有喷丸表面。

以下的表1以其完成顺序列出了实验铸件以及相应的喷嘴构造。

表1

铸件号	凹入喷嘴位置	前端指示热通量(MW/m2)	3m/min的离开温度1范围(°C)
				921	基准	6/7	410–475
922	基准	5.5/7	455–480
				923	最后三行，底部托架	4.0/3.1	445–500
924	最后三行，顶部托架	8.4/4.5	420–470
				925	基准	3.4/3.0	410–460
926	基准	6.1/4.5	390–440
				927	基准	6.7/5.5	425–480
928	最后三行，底部托架	6.7/4.9	455–485
				929	线性之后的两行，顶部托架	4.4/3.9	285–350

¹底部表面，夹送辊之前。

图6是曲线图，其中示出了在每一种情况下跨过板的宽度测量得到的离开温度。在附图中，“OS”的意思是（铸造机）的操作者侧，“CL”的意思是中心线并且“DL”的意思是驱动器（铸造机侧）。此外，“TC”的意思是热电偶，并且“TC#1”、“TC#2”……等指的是从“OS”至“DS”跨过出现的板排列的热电偶。

如能够从表1和图6看到，对于铸造腔的中心部分中的行凹入的实验的离开温度范围（运行929）令人惊奇地比其它实验中的任何实验都低得多，包括基准运行过程（没有任何喷嘴的凹入部）以及离开喷嘴被凹入的运行过程。后一种改型对离开温度似乎不具有太大的影响。

附图的图7A（顶部带）和图7B（底部带）是曲线图，其中示出了铸造机的中心的全部长度以下的顶部带热通量分布曲线和底部带热通量分布曲线，包括期间最前面的两行六边形喷嘴（大约为沿铸造机腔的距离的三分之一）在上部托架中凹入的铸造过程。如所期望的，顶部带热通量在上部带托架的偏离喷嘴将铸造带拉离正交带平面的区域中减小。令人惊奇的是，在喷嘴凹入的区域之后的区域中的热通量在上部带和下部带二者中都显著增大。图7A示出了偏置喷嘴区域中的热回收的大约60%的减少导致紧随区域中的热回收的大约三倍增大。这是非常令人惊奇的结果。使铸造腔的端部处的喷嘴偏置的影响具有较小的显著影响。

凹入喷嘴对铸造机腔形状的影响

总体而言，据观察，在铸造机的中心附近安装凹入喷嘴（偏置1mm）使具有凹入喷嘴的区域中的两个铸造带之间的间隙增大大约0.4mm，且带在穿过具有凹入喷嘴的区域之后回到其正常高度。

在铸造机的离开端部处，凹入喷嘴的影响更显著。在凹入区域的前部边缘处，铸造带之间的间隙增大相同的0.4-0.5mm。然而，由于最末行的喷嘴定位在带路径的“断裂”之前（带通常显著分开的位置处），因此带之间的间隙的改变在这些喷嘴凹入处的部段下游更显著。总体作用是使铸造机腔的有效长度减小，就如铸造机带路径中的断裂已向前移动。

对顶部托架的出口处的凹入喷嘴的腔尺寸的影响与底部托架的出口处的凹入喷嘴相同。

例子2

通过由机械调节该区域中的喷嘴升高以去除带与被铸造的板的接触来调节铸造机的部件中的热通量而实现了例子1中所描述的结果。然而，具有实现相同或相似结构而不求助于机械装置的其它装置，如该预先的例子中所示的。

上文所描述的铸造机包括位于铸造带下方的多个冷却喷嘴，所述多个冷却喷嘴供给高压水以冷却和定位铸造带。冷却水的应用、其供给压力和分布以及铸造机内所保持的内部压力全部是确定冷却水跨过每一个铸造带的内表面并且因此确定带升高和热提取率的过程参数。传统上，这些参数都针对整个铸造机来控制，原因是并不认为改进现有的机器以使其以如下方式操作是经济可行的，即：通过喷嘴阵列的一部分能够在与机器的其余部分不同的压力/流动条件下进行操作。

然而，在该例子中，传统的铸造机被改进成提供铸造带中的至少一个铸造带的冷却喷嘴的分区，即提供上述参数都受到独立控制的不同区域。因此，该装置具有在降低的水压、水流和水速条件下连续操作的冷却阵列的中心部分，与以上例子中所描述的类似。调节这些参数提供局部降低热提取率并且对最终离开温度和板条件实现与例子1中移动喷嘴实现的相同的作用。对铸造机的内部压力的局部改变也将实现相同的结果。

Claims (11)

1.一种连续铸造金属板的方法，所述方法包括：

a.将熔融金属连续引入被限定在沿铸造方向前进的间隔开的面对铸造表面之间的铸造腔的进口中；

b.为所述铸造表面提供从所述铸造腔中的所述熔融金属去除热的能力，以导致所述熔融金属固化并且由此在所述铸造腔内形成完全固体或部分固体的金属板；

c.通过所述铸造腔的出口从所述铸造腔连续排出所述金属板；以及

d.在与所述进口和所述出口二者间隔开并且横向于所述铸造方向延伸的所述腔的区域内，降低所述铸造表面中的至少一个铸造表面从金属去除热的所述能力，所述能力相对于所述至少一个铸造表面从所述铸造腔的紧邻的上游区域和下游区域去除热的所述能力降低。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述铸造表面均形成导热构件的一侧，所述导热构件还具有相对侧，并且通过向所述导热冷却构件的所述相对侧供给液体冷却剂来提供所述铸造表面去除热的所述能力。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中通过使得所述铸造表面在所述区域中比在所述紧邻区域中从所述铸造腔的中心平面移动得更远来降低所述区域中所述至少一个铸造表面去除热的所述能力。

4.根据权利要求2所述的方法，其中每一个导热构件都由作用在所述相对侧上的支承件支承，并且其中通过使所述区域中的所述支承件相对于所述紧邻的上游区域和下游区域中的所述支承件偏置离开所述铸造腔的中心平面一定距离来降低所述至少一个铸造表面去除邻近所述铸造腔的所述区域的热的能力。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述区域中的所述支承件相对于所述紧邻的上游区域和下游区域中的所述支承件偏置至少0.5mm的量。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述区域中的所述支承件相对于所述紧邻的上游区域和下游区域中的所述支承件偏置1mm±25%的量。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述区域沿所述铸造方向的距离为从所述进口至所述出口的所述铸造腔的长度的五分之一至一半。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述区域在所述进口与所述出口之间所述铸造腔的中点上居中。

9.根据权利要求2所述的方法，其中通过使被供给至所述区域中的所述构件的所述相对表面的所述液体冷却剂的温度相比被供给至所述紧邻的上游区域和下游区域中的所述相对表面的液体冷却剂升高来降低所述铸造表面去除热的所述能力。

10.根据权利要求2所述的方法，其中通过使被供给至所述区域中的所述构件的所述相对表面的所述液体冷却剂的流量相比所述紧邻的上游区域和下游区域中的所述液体冷却剂的流量降低来降低所述铸造表面去除热的所述能力。

11.根据权利要求2所述的方法，其中通过使所述区域中所述构件的所述相对侧与所述液体冷却剂至少部分地隔离同时在所述紧邻的上游区域和下游区域中避免这种隔离来降低所述铸造表面去除热的所述能力。