CN105828977A - 用于浇铸钢水的铸模 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将钢水(M)浇铸成连续抽出的条带(S)的铸模，其中，在至少一个朝向待浇铸的钢水(M)的铸模(7)的内表面(13)上成型有表面纹理(22)，该表面纹理至少在铸模(7)的区域(A3)上延伸，该区域在浇铸过程中通过漂浮在浇铸到铸模(7)中的钢水(M)上的熔渣(K)润湿。按照本发明的铸模实现了，通过简单的措施确保了在铸模关于裂纹形成危险方面关键的区域中理想的固化特性。这按照本发明由此得以实现，即，表面纹理(22)作为具有隔离限定的、随机分布的凹口(23)的封闭的结构而形成。

Description

用于浇铸钢水的铸模

技术领域

本发明涉及一种用于将钢水浇铸成连续抽出的条带的铸模，其中，在至少一个朝向待浇铸的钢水的铸模的内表面上成型有表面纹理，该表面纹理至少在铸模的区域上延伸，该区域在浇铸过程中通过漂浮在浇铸到铸模中的钢水上的熔渣润湿。

背景技术

在连铸过程中，钢水由盛钢桶灌入设置作为缓冲器并且在必要时用于将熔体分配成多个条带的分配器(也称为中间包)中，并且由此经过汲取管到达各个铸模中。浇铸方向在此对应于重力方向。

条带在铸模中成型。在此，在与铸模冷却的内表面接触时发生熔体的固化，从而如上所述沿垂直方向离开铸模的条带在其外侧面上具有由已固化的钢构成的薄壳，该薄壳包绕条带内部仍为液态的熔体。

在离开铸模之后，条带在所谓的“铸造弯曲部(Gieβbogen)”中辅助地通过辊子转入水平的输送方向。在此，在铸造弯曲部的区域中进行有针对性受控制的冷却，从而促使条带受控制地固化。由在水平方向上输送的并且完全固化的条带随后分成扁坯，这些扁坯提供给后续加工。

在铸模中，为了形成熔渣而将铸造粉撒在熔体的开放的表面上。熔渣覆盖该熔体并且防止在所谓的“浇铸液面(Gieβspiegel)”的区域中导致熔体与周围大气的反应。熔渣同时结合在熔体中增加的杂质并且用作钢条带的待固化的壳与铸模之间的润滑剂。替代性的还存在这样的铸造方法，其中预熔化地加入铸造粉或者该铸造方法使用所谓的“铸造油”(即液态的铸造介质)代替铸造粉末。后者的技术特别是在钢坯连铸或圆形连铸中使用。通常铸模以振荡的形式运动，从而避免钢粘连在铸模冷却的壁上并且促使待形成的条带从铸模中运出。

连铸模可以由铸模板组成或者作为单独的一块形成。连铸模的内侧通常由铜构成。为了改善其耐磨损性可以使其与钢水并且与待形成的条带接触的内表面覆有镍层(EP0125509Bl)。但是镍层会导致散热的显著降低。因此通常首先以相对于朝向连铸设备的分配器的铸模上边缘以一定间距而涂覆镍层。

与铸模在其内表面上是否设置镍层无关，钢水在连铸过程中首先在铸造液面的区域内特别快地冷却。在一些敏感的钢品牌中这可能导致，由于在冷却过程中产生的内应力而产生表面缺陷。

该问题已经在EP1099496Bl中进行了描述。在此，出版物“denZusammenhangzwischenAnfangserstarrungundBeschaffenheitderbeiperitektischerstarrenden”(科研论文，M.M.Wolf,Forch2002,61–64页)已提及，根据该出版物特别是通过铸模壁进入其熔池液面区域的热流对于条带壳的无裂纹起到了决定性的作用。相应地，过大的散热伴随着增加的裂纹危险。围绕待形成的条带壳和铸模内表面之间的热流，EP1099496Bl中提出，通过使铸模表面粗糙来降低在铸造液面的区域中的热通过阻力。以这种方式，在铸模中形成的条带壳应更长时间的保持较薄并且通过随着升高熔池液面的钢水静压力而增加的间距均匀地挤压在连铸模的铜板上。铸模表面的粗糙化在此可以这样实施，即，铸模内表面的粗糙度的加工深度沿铸造方向减小，从而从铸模的粗糙的部分到平整的部分实现了平缓的过渡并因此也实现了从节流的热量到未节流的热量的平衡的过渡。在此优点在于，铸模内表面的宏观结构通过已知的方法实现，比如喷丸毛化(ShotBlastTexturing，SBT)、电火花毛化(ElectricDischargeTexturing,EDT)，电子束毛化(ElectronBeamTexturing,EBT)，激光毛化(LaserTexturing,LT)或多孔纹理(GLT)或者其他方法。

发明内容

在上述现有技术的背景下，本发明的目的在于创造一种铸模，其中，通过简单的措施确保了在铸模关于裂纹形成危险方面关键的区域中理想的固化特性。

该目的按照本发明通过一种根据权利要求1设计的铸模得以实现。

本发明的有利设计在从属权利要求中给出并且随后如一般的发明构思一样详细地说明。

在按照本发明的、用于将钢水浇铸成连续抽出的条带的铸模中，与开头所述的现有技术一致的是，在至少一个朝向待浇铸的钢水的铸模的内表面上成型有表面纹理。在此该表面纹理至少在铸模的一个区域上延伸，该区域在浇铸过程中通过漂浮在浇铸到铸模中的钢水上的熔渣润湿。

按照本发明，该表面纹理作为封闭的结构形成，该封闭的结构具有隔离限定的、随机分布的凹口。

通过按照本发明作为表面纹理设置的、由各个完全被环绕的凹口形成的结构使铸模和液态的熔体之间的热传递下降。在此，可固化的熔渣的一部分占据随机的表面结构的凹口并与开放的表面结构形式不同地在此处粘附。粘附在铸模内表面上的熔渣以这种方式作为防止熔体与内表面直接接触的隔热体。熔渣层的隔热的作用导致在铸模宽度上均匀且较小的在铸造液面区域的散热。由于减小且均匀的散热，与常规的铸模表面相比，在使用按照本发明的表面结构化的铸模表面条件下的冷却过程中在条带壳中产生了更低的内应力。形成表面缺陷的危险也因此降低。如果使用铸造油，那么铸造油润湿此处描述的表面纹理。于是粘附在凹口中的油层同样起到隔热的作用。

由EP1099496Bl中的例子说明的方法或通过喷丸处理或类似方法而引入的开放的表面和粗糙结构通过铸模材料的移动而在材料中产生的突起获得其粗糙度，在粗糙结构中，各个凹口相互重叠并且不是相应地彼此相对的限定，而是过渡至彼此。相反地，按照本发明设置的表面结构的特征是不连续的凹口和空腔。已表明，在封闭的且按照本发明随机分布的凹口中确保了更好的熔渣粘附并且防止了熔渣流失。

除了这样产生的形貌外观之外，为了表示该表面结构的特征，平均粗糙度值Ra和平均粗糙深度Rz也具有重要意义。在此平均粗糙度值Ra和平均粗糙深度Rz均根据DINENISO4287确定。在按照本发明的表面结构中理想的是，平均粗糙度值Ra为10-50μm和平均粗糙深度Rz为80-250μm。在这些数值范围内的平均粗糙度值和平均粗糙深度的条件下，得到了表面缺陷的最大程度的减少以及稳定的过程可靠性。这在这样特殊的大小内也是适用的，即，平均粗糙度值Ra为10-50μm、特别是15-50μm。

当表面纹理的凹口的最大深度为500μm时，得到了熔渣在表面纹理上最理想的粘附。凹口的深度至少应为5μm，从而可靠地实现所追求的粗糙度。

此处谈及类型的铸模通常由非铁金属合金组成，该非铁金属合金通常在远离熔体的一侧上冷却。铸模横截面可以是有棱角的或者修圆的。为了在使用矩形或者正方形铸模的情况下能够制造不同宽度的条带，在此可以使至少一个限定铸模开口的窄边的板能够在宽度方向上移动(EP0985471A1)。

按照本发明设置的表面结构至少设置在限定了铸模开口的一个内表面上。这当然还包括这样的可能性，即，相应的表面结构在所有的或者至少彼此相对的铸模的内表面上成型。在宽度可调的铸模中，按照本发明结构化的表面纹理也可以存在于至少一个内表面上。在调整此处相对于该内表面运动的铸模的侧面时所经过的区域在此可以不具有按照本发明的表面结构，这在角区域的密封方面是有益的，限定铸模开口的表面在角区域上彼此对接。相应地，在通过推动至少一个铸模的侧面而厚度可调或宽度可调的铸模中，当调整到铸模的最小厚度或最小宽度时，表面纹理延伸经过这样的设有表面纹理的内表面的宽度，在该宽度上内表面与待浇铸的熔体接触。

按照本发明结构化的表面纹理应至少在铸模各个内表面的这样的区域上延伸，该区域在浇铸过程中由覆盖浇铸液面的熔渣润湿。在此，对于目前使用的铸模而言已经证实有利的是，表面纹理延伸经过一个区域，该区域在浇铸方向测量分别在铸模上边缘下方以至少10mm的间距开始并以最大为600mm的间距终止。

设置有表面结构的内表面在距铸模上边缘以一定间距开始的区段上设置有镍层，在这种情况下，当按照本发明形成的表面纹理与镍层朝向铸模上边缘的边缘区域重叠时，已证实在降低铸造条带的表面缺陷方面是特别有益的。在此该重叠区域在实际中证实有利的是，该重叠区域在铸造方向上测得为至少50mm。通过按照本发明的表面纹理与镍层的重叠避免了在由各个内表面的未涂层区段向镀镍区段的过渡中热传导性能的中断。

设置在各个铸模表面上的表面纹理的按照本发明的结构可以通过冲压(压印)或者通过对撞冲击或击打冲击，例如通过针，而引入表面中。该结构的引入通过铸模表面的变形而完成，而在此不会损失材料。由于在各个铸模内表面上的冲击负荷或压力负荷而造成的冷加固可以促进更高的铸模使用寿命。

如果使用冲压过程，则首先将待制结构的负片形成在基片、球体或轧辊上。通过该负片根据压力和工具表面而随后在铸模上形成表面结构。如果通过一种方法产生了基于对撞冲击或击打冲击的结构，通过以高冲击分别冲撞的工具产生按照本发明预设的结构。例如类似于在DE19907827A1中可以有针对性地产生表面粗糙度，所谓的“针(Nadeln)”适用于此。

附图说明

随后借助示出一个实施例的附图进一步说明本发明。附图中分别示意性地示出了：

图1一个连铸设备的侧视图；

图2在根据图1的连铸设备中使用的铸模的纵截面图；

图3按照本发明形成的表面纹理的一部分以7.5倍放大的立体视图。

具体实施方式

为了在图1示出的、以已知方式构造的连铸设备1中将钢水M浇铸成为条带S，将盛钢桶2中的钢水M运送至分配器3并且经过盛钢桶管4灌入分配器3中。在分配器3的底部出口上连接有另一个垂直取向的汲取管5，其可以通过塞子6封闭并可以控制。

在汲取管5打开的情况下，钢水M流入由冷却的板材8,9,10,11组成的铸模7，这些板材由非铁金属或非铁金属合金构成。优选使用铜或铜合金。铸模7具有在俯视图中基本上矩形的开口横截面，其宽边分别通过宽的铸模板8,9限定而其窄边分别通过窄的铸模板10,11限定。

铸模板8-11在其分别朝向铸模开口12的内表面13上通常涂覆有镍层14，该镍层适当地在钢水M的垂直的输送方向F上以相对于铸模7朝向分配器3的铸模上边缘15可变的间距起始。该间距A1在当前情况下为300nm，但是一般也可以以变化的方式设计。作为例子，此处矩形的铸模具有镍层。但是另外也能够考虑其他的具有不同涂层的铸模形状。

在铸模7中由钢水M形成的条带S沿垂直的输送方向F离开铸模7并且经过铸造弯曲部16沿水平的输送方向Fh引导。在铸造弯曲部16的区域中，条带S在辊子19,20上输送。同时进行强烈的冷却，从而使条带S在铸造弯曲部16的末端尽可能地完全凝固并且可以提供给后续加工。

在对应于铸模上边缘15的区段21中，在限定铸模开口12的铸模板8-11的内表面13上形成表面纹理22。在该实施例中，该表面纹理22在输送方向F上相对于铸模上边缘15以10mm的间距A2开始并且以400nm的间距A3远离铸模上边缘15结束。相应地，在沿输送方向F测得的100nm长的重叠区域中表面纹理22与镍层14重叠。一般该表面纹理也可以一直设置到从铸模上边缘15看600nm的间距A3。在由表面纹理22覆盖的区段中，在浇铸过程中漂浮在待浇铸钢水M的浇铸液面上的熔渣K润湿铜板8-11的内表面13。

表面纹理22通过多个凹口23形成，这些凹口分别完全地由隔片24围绕。每一个隔片24在此限定两个相邻设置的凹口23。这些凹口23在此可以形成作为具有基本上圆形的开口横截面的、单独的孔状的压痕或者由多个这样过渡到彼此的压痕形成，这些压痕又由包括在其中、围绕凹口23的隔片24限定。例如在喷丸处理过程中产生的材料突起在该结构中是不希望出现的，因为该突起会由坯壳磨损。在粗糙度特征值减小的条件下可能导致结构的退化。更确切地说，为了实现冷作硬化和获得表面结构而在铸模材料中引入凹口。在其宽边上限定铸模开口12的铸模板8,9中，表面纹理22的宽度B由窄区域限定，如果在其窄边上限定铸模开口12的铸模板10,11在宽度方向上移动，该窄区域不再由铜板10,11覆盖。

不超过500μm深的凹口23借助于可购买到的、此处未示出的针装置通过针产生。针装置的针在此以较高的能量冲到内表面13上并且在形成各个凹口23的情况下由所接触的材料密封。并不发生材料损失。为了获得图3中示出的、由凹口23和隔片24组成的结构，对以下参数进行调整：

-针外壳与待加工表面之间的间距，

-进针速度和进针方向，

-针外壳/针装置的运动方式以及

-针作用在待加工的表面上的能量。

针对以这种方式制成的两种表面纹理，在内表面13的表面纹理22和镍层14的重叠区域的内部和外部测得平均粗糙深度Rz和平均粗糙度值Ra在表1中给出。

表1

附图标记列表

1连铸设备

2盛钢桶

3分配器

4盛钢桶管

5汲取管

6塞子

7铸模

8-11铜板

12铸模开口

13铸模7的内表面

14镍层

15铸模上边缘

16铸造弯曲部

19,20辊子

21内表面13的区段

22表面纹理

23凹口

24隔片

A1-A3在输送方向F上测得的间距

B内表面13设有表面纹理的区段的宽度

F钢水M在铸模7中的输送方向

Fh水平的输送方向

K熔渣

M钢水

S条带

重叠区域

Claims (12)

1.一种用于将钢水(M)浇铸成连续抽出的条带(S)的铸模，其中，在至少一个朝向待浇铸的钢水(M)的所述铸模(7)的内表面(13)上成型有表面纹理(22)，所述表面纹理至少在所述铸模(7)的区域(A3)上延伸，所述区域在浇铸过程中通过漂浮在浇铸到所述铸模(7)中的钢水(M)上的熔渣(K)润湿,其特征在于，所述表面纹理(22)作为封闭的结构形成，所述封闭的结构具有隔离限定的、随机分布的凹口(23)。

2.根据权利要求1所述的铸模，其特征在于，所述表面纹理(22)延伸经过一个区域，所述区域分别在浇铸方向(F)适当地在铸模上边缘(15)下方以至少10mm的间距(A2)开始并以最大为600mm的间距(A3)终止。

3.根据上述权利要求中任意一项所述的铸模，其特征在于，所述表面纹理(22)的所述凹口(23)的最大深度为500μm。

4.根据上述权利要求中任意一项所述的铸模，其特征在于，所述表面纹理(22)的平均粗糙度值Ra为10-50μm。

5.根据上述权利要求中任意一项所述的铸模，其特征在于，所述表面纹理(22)的平均粗糙深度Rz为80-250μm。

6.根据上述权利要求中任意一项所述的铸模，其特征在于，所述铸模(7)具有有棱角的或者修圆的开口横截面，而且所述表面纹理(22)至少在所述铸模(7)的一个内表面(13)上形成，所述内表面在所述开口横截面的宽边上限定所述开口横截面。

7.根据权利要求6所述的铸模，其特征在于，所述铸模(7)能够通过所述铸模(7)的至少一个窄边(10,11)的移动而调整宽度，而且所述表面纹理(22)延伸经过这样的设置有所述表面纹理(22)的内表面(13)的宽度(B)，即，当调整为所述铸模(7)的最小宽度(B)时，在所述宽度上所述内表面(13)与待浇铸的所述钢水(M)接触。

8.根据上述权利要求中任意一项所述的铸模，其特征在于，所述表面纹理(22)通过冲入式的加工而引入到所述铸模(7)的各个内表面(13)中。

9.根据权利要求8所述的铸模，其特征在于，所述表面纹理(22)通过针而引入到所述内表面(13)中。

10.根据上述权利要求中任意一项所述的铸模，其特征在于，将所述表面纹理(22)压印到所述铸模(7)的各个内表面(13)中。

11.根据上述权利要求中任意一项所述的铸模，其特征在于，设置有所述表面纹理(22)的内表面(13)在距离所述铸模上边缘(15)以间距(A1)开始的区段上覆有镍层(14)，而且所述表面纹理(22)与所述镍层(14)朝向所述铸模上边缘(15)的边缘区域重叠。

12.根据权利要求11所述的铸模，其特征在于，所述表面纹理(22)与所述镍层(14)以在浇铸方向(F)上测得的至少50mm重叠。