CN105828979A - 上引式连续铸造装置和上引式连续铸造方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个方面的上引式连续铸造装置包括保持熔融金属(M1)的保持炉(101)和设置在保持炉(101)中保持的熔融金属M1的熔融金属表面上方的形状限定构件(102)，所述形状限定构件(102)配置为随着熔融金属(M2)穿过形成在形状限定构件(102)中的开口而限定待铸造的铸造金属制品(M3)的截面形状。所述开口(103)以使得形状限定构件(102)的顶面上的开口尺寸大于形状限定构件(102)的底面上的开口尺寸的方式形成。采用这种配置，即便当沿倾斜方向向上牵引熔融金属时也可产生具有优异的表面品质的铸造金属制品。

Description

上引式连续铸造装置和上引式连续铸造方法

技术领域

本发明涉及一种上引式连续铸造装置和一种上引式连续铸造方法。

背景技术

专利文献1提出了自由铸造方法作为不需要任何模具的革命性上引式连续铸造方法。如专利文献1中所示，在引锭被浸没在熔化的金属(熔融金属)的表面(即，熔融金属表面)下后，引锭被上引，使得一些熔融金属跟随引锭并通过熔融金属的表面膜和/或表面张力由引锭向上牵引。注意可以经由设置在熔融金属表面附近的形状限定构件通过牵引熔融金属并且冷却所牵引的熔融金属来连续地铸造具有所需截面形状的铸造金属制品。

在普通的连续铸造方法中，纵向上的形状以及截面上的形状由模具限定。在连续铸造方法中，特别地，由于凝固的金属(即，铸造金属制品)需要通过模具的内部，因而铸造金属制品具有这样的形状：其在纵向上以直线形状延伸。

与此相反，自由铸造方法中使用的形状限定构件仅限定铸造金属制品的截面形状，而其不限定纵向上的形状。结果，可通过沿水平方向移动引锭的同时上引引锭(或形状限定构件)来产生在纵向上具有各种形状的铸造金属制品。例如，专利文献1公开了一种在纵向上具有之字形或螺旋形而不是直线形的空心铸造金属制品(即，管)。

引文列表

专利文献

PTL1：日本未审查专利申请公开号2012-61518

发明内容

技术问题

本发明人已发现以下问题。

在如上所述专利文献1中公开的自由铸造方法中，通过沿水平方向移动引锭的同时上引引锭，可沿倾斜方向而不是沿竖直方向向上牵引熔融金属。应指出，如果上引速度恒定，则通过沿倾斜方向向上牵引熔融金属所形成的铸造金属的厚度将在几何学上薄于通过沿竖直方向向上牵引熔融金属所形成的铸造金属的厚度。因此，为使这些厚度彼此相等，当沿倾斜方向向上牵引熔融金属时应减小上引速度并且凝固界面由此下降。然而，如果由于凝固界面的下降造成形状限定构件干扰凝固界面，则将形成凝固片，从而导致铸造金属制品的表面品质变差的问题。也就是说，存在通过沿倾斜方向向上牵引熔融金属所形成的铸造金属往往具有劣化的表面品质的问题。

本发明鉴于上述问题而作出，其目的在于提供一种即便当沿倾斜方向向上牵引熔融金属时也能够产生具有优异的表面品质的铸造金属制品的上引式连续铸造装置和上引式连续铸造方法。

问题的解决方案

根据本发明的一个方面的上引式连续铸造装置包括：

保持熔融金属的保持炉；和

设置在保持于保持炉中的所述熔融金属的熔融金属表面上方的形状限定构件，所述形状限定构件配置为随着熔融金属穿过形成在形状限定构件中的开口而限定待铸造的铸造金属制品的截面形状，其中

所述开口以使得形状限定构件的顶面上的开口尺寸大于形状限定构件的底面上的开口尺寸的方式形成。

在根据本发明的此方面的上引式连续铸造装置中，形状限定构件中的开口以使得形状限定构件的顶面上的开口尺寸大于形状限定构件的底面上的开口尺寸的方式形成。结果，即便当沿倾斜方向向上牵引熔融金属并且凝固界面由此下降时，所述开口的端面也不会干扰凝固界面。

根据本发明的一个方面的上引式连续铸造方法包括：

在保持于保持炉中的熔融金属的熔融金属表面上方设置形状限定构件，所述形状限定构件配置为限定待铸造的铸造金属制品的截面形状；和

在使熔融金属穿过形状限定构件中形成的开口的同时上引熔融金属，其中

所述开口以使得形状限定构件的顶面上的开口尺寸大于形状限定构件的底面上的开口尺寸的方式形成。

在根据本发明的此方面的上引式连续铸造方法中，形状限定构件中的开口以使得形状限定构件的顶面上的开口尺寸大于形状限定构件的底面上的开口尺寸的方式形成。结果，即便当沿倾斜方向向上牵引熔融金属并且凝固界面由此下降时，所述开口的端面也不会干扰凝固界面。因此，所产生的铸造金属制品具有优异的表面品质。

根据本发明的另一个方面的上引式连续铸造方法包括：

在保持于保持炉中的熔融金属的熔融金属表面上方设置形状限定构件，所述形状限定构件配置为限定待铸造的铸造金属制品的截面形状；和

在使熔融金属穿过形状限定构件的同时上引熔融金属，其中

当沿倾斜方向上引熔融金属时，与当沿竖直方向上引熔融金属时相比增大形状限定构件在熔融金属表面下的浸没程度。

在根据本发明的此方面的上引式连续铸造方法中，当沿倾斜方向上引熔融金属时比当沿竖直方向上引熔融金属时增大形状限定构件在熔融金属表面下的浸没程度。结果，即便当沿倾斜方向向上牵引熔融金属并且凝固界面由此下降时，形状限定构件中的开口的端面也不会干扰凝固界面。因此，所产生的铸造金属制品具有优异的表面品质。

发明的有益效果

根据本发明，可以提供一种即便当沿倾斜方向向上牵引熔融金属时也能够产生具有优异的表面品质的铸造金属制品的上引式连续铸造装置和上引式连续铸造方法。

附图说明

[图1]

图1为根据第一示例性实施方案的自由铸造装置的示意性截面；

[图2]

图2为根据第一示例性实施方案的形状限定构件102的平面视图；

[图3]

图3为根据第一示例性实施方案的自由铸造装置中提供的铸造控制系统的框图；

[图4]

图4示出了靠近凝固界面的三个实例图像；

[图5]

图5为示意性地示出了根据一个对比例的形状限定构件2的放大截面；

[图6]

图6为通过使用根据对比例的形状限定构件2通过沿倾斜方向上引其而形成的铸造金属制品的宏观照片；

[图7]

图7为示意性地示出了根据第一示例性实施方案的形状限定构件102的放大截面；

[图8]

图8为通过使用根据第一示例性实施方案的形状限定构件102通过沿倾斜方向上引其而形成的铸造金属制品的宏观照片；

[图9]

图9为示意性地示出了根据第一示例性实施方案的修改实例的形状限定构件102的放大截面；

[图10]

图10为说明根据第一示例性实施方案的铸造控制方法的流程图；

[图11]

图11为根据第二示例性实施方案的自由铸造装置的示意性截面；

[图12]

图12为根据第二示例性实施方案的自由铸造装置中提供的铸造控制系统的框图；

[图13]

图13为根据第二示例性实施方案的修改实例的形状限定构件202的平面视图；和

[图14]

图14为根据第二示例性实施方案的修改实例的形状限定构件202的侧视图。

具体实施方式

下文将结合附图详细说明本发明所适用的具体示例性实施方案。然而，本发明不限于下面示出的示例性实施方案。此外，下面的描述和附图视情况被适当简化以使说明变得清楚。

(第一示例性实施方案)

首先结合图1说明根据第一示例性实施方案的自由铸造装置(上引式连续铸造装置)。图1为根据第一示例性实施方案的自由铸造装置的示意性截面。如图1中所示，根据第一示例性实施方案的自由铸造装置包括熔融金属保持炉101、形状限定构件102、支承杆104、执行机构105、冷却气体喷嘴106、冷却气体供给单元107、上引机108和摄像单元(照相机)109。

注意不用说的是，图1中示出的右手xyz-坐标系是为了方便起见示意的，特别是为了说明部件之间的位置关系。在图1中，xy-平面形成水平面，而z-轴方向为竖直方向。更具体而言，z-轴上的正方向为竖直向上方向。

熔融金属保持炉101含有熔融金属M1如铝或其合金，并保持熔融金属M1于熔融金属M1具有流动性的预定温度下。在图1中示出的实例中，由于熔融金属保持炉101在铸造工艺过程中不被补给以熔融金属，因而熔融金属M1的表面(即，熔融金属表面)将随铸造工艺的推进而下降。或者，熔融金属保持炉101可根据需要在铸造工艺过程中补给以熔融金属使得熔融金属表面保持在固定的水平。注意凝固界面SIF的位置可通过提高熔融金属保持炉101的设置温度来升高并且可通过降低熔融金属保持炉101的设置温度来使凝固界面SIF下降。不用说，熔融金属M1可为铝和其合金之外的金属。

形状限定构件102由例如陶瓷或不锈钢制成并设置在熔融金属M1上方。形状限定构件102限定待铸造的铸造金属M3的截面形状。图1中示出的铸造金属M3为板或在水平截面(下文称为“横向截面”)上具有矩形形状的实心铸造金属制品。注意不用说的是，对铸造金属M3的截面形状没有特别的限制。铸造金属M3可为空心铸造金属制品如圆形管和矩形管。

在图1中示出的实例中，形状限定构件102设置为使得其底侧主表面(底面)与熔融金属表面接触。因此，可以防止在熔融金属M1的表面上形成的氧化物膜和熔融金属M1的表面上漂浮的杂质进入铸造金属M3。

图2为根据第一示例性实施方案的形状限定构件102的平面视图。注意，图1中所示形状限定构件102的截面对应于图2中沿线I-I所取的截面。如图2中所示，形状限定构件102具有例如矩形形状，如从上面看，并且在其中心处具有厚度为t1且宽度为w1的矩形开口(熔融金属穿过部103)。此外，图2中示出的xyz-坐标系对应于图1中示出的。

应指出，作为开口的熔融金属穿过部103以使得其在形状限定构件102的顶面上的尺寸大于其在形状限定构件102的底面上的尺寸的方式形成。结果，即便在使凝固界面SIF下降以便可沿倾斜方向向上牵引熔融金属时熔融金属穿过部103的端面也不会干扰凝固界面SIF。因此，可防止铸造金属M3的表面品质变差。如图1和2中所示，在根据第一示例性实施方案的形状限定构件102中，在熔融金属穿过部103的周缘上于其顶面上形成切口102a。注意对此切口102a的唯一要求在于切口102a应至少在向上牵引方向所倾斜于的侧上。即，切口102a不一定必须形成在熔融金属穿过部103的整个周边上。其详细机制和有益效果将在后文描述。

如图1中所示，熔融金属M1跟随铸造金属M3并通过其表面膜和/或表面张力由铸造金属M3上引。此外，熔融金属M1穿过形状限定构件102的熔融金属穿过部103。即，随着熔融金属M1穿过形状限定构件102的熔融金属穿过部103，一个或多个外力由形状限定构件102施加到熔融金属M1并由此限定铸造金属M3的截面形状。注意，跟随铸造金属M3并通过熔融金属的表面膜和/或表面张力从熔融金属表面上引的熔融金属被称为“被保持的熔融金属M2”。此外，铸造金属M3与被保持的熔融金属M2之间的边界为凝固界面SIF。

支承杆104支承形状限定构件102。支承杆104连接到执行机构105。通过执行机构105，形状限定构件102可在上/下方向(竖直方向，即，z-轴方向)上移动穿过支承杆104。采用这种配置，可以例如随着熔融金属表面因铸造工艺的推进而下降来向下移动形状限定构件102。

冷却气体喷嘴(冷却部)106为用于向铸造金属M3上喷射自冷却气体供给单元107供给的冷却气体(例如，空气、氮气或氩气)并由此冷却铸造金属M3的冷却措施。可通过增大冷却气体的流速来使凝固界面SIF的位置下降并可通过减小冷却气体的流速来使凝固界面SIF的位置升高。注意，冷却气体喷嘴106也可在上/下方向(竖直方向，即z-轴方向)和水平方向(x-轴方向和/或y-轴方向)上移动。因此，例如，随着熔融金属表面因铸造工艺的推进而下降，可以与形状限定构件102的移动一致地向下移动冷却气体喷嘴106。或者，可使冷却气体喷嘴106与上引机108的水平移动一致地沿水平方向移动。

在通过使用连接到引锭ST的上引机108上引铸造金属M3的同时通过冷却气体冷却铸造金属M3，位于凝固界面SIF附近的被保持的熔融金属M2自其上侧(z-轴方向上的正侧)朝向其下侧(z-轴方向上的负侧)相继凝固并形成铸造金属M3。凝固界面SIF的位置可通过增大上引机108的上引速度来升高且凝固界面SIF的位置可通过减小上引速度来下降。此外，可通过使上引机108在水平方向(x-轴方向和/或y-轴方向)上移动的同时用引锭ST上引熔融金属来沿倾斜方向向上牵引被保持的熔融金属M2。因此，可以随意改变铸造金属M3在纵向上的形状。注意，铸造金属M3在纵向上的形状可通过沿水平方向移动形状限定构件102代替沿水平方向移动上引机108来随意改变。

摄像单元109连续地监测靠近凝固界面SIF的区域，所述凝固界面SIF为铸造金属M3与被保持的熔融金属M2之间的边界。如下文将详细描述的，可以由摄像单元109所拍摄的图像确定凝固界面SIF。

接下来，结合图3说明根据第一示例性实施方案的自由铸造装置中提供的铸造控制系统。图3为根据第一示例性实施方案的自由铸造装置中提供的铸造控制系统的框图。提供此铸造控制系统以将凝固界面SIF的位置(高度)保持在预定的参考范围内。

如图3中所示，此铸造控制系统包括摄像单元109、图像分析单元110、铸造控制单元111、上引机108、熔融金属保持炉101和冷却气体供给单元107。注意，摄像单元109、上引机108、熔融金属保持炉101和冷却气体供给单元107已结合图1予以说明，因此这里略去其详细说明。

图像分析单元110自摄像单元109所拍摄的一个或多个图像检测被保持的熔融金属M2的表面上的波动。具体而言，图像分析单元110可通过相互比较多个相继拍摄的图像来检测被保持的熔融金属M2的表面上的波动。与此相反，在铸造金属M3的表面上无波动发生。因此，可以基于波动的存在/不存在来确定凝固界面。

下文将结合图4给出对上述内容的更详细说明。图4示出了靠近凝固界面的三个实例图像。图4从其顶部到底部示出了其中凝固界面的位置升高到其上限之上的情况的图像实例、其中凝固界面的位置在参考范围内的情况的图像实例和其中凝固界面的位置落到其下限之下的情况的图像实例。如图4中中间的图像实例中所示，例如，图像分析单元110以摄像单元109所拍摄的一个或多个图像确定其中检测到波动的区域(即，熔融金属)与其中未检测到波动的区域(即，铸造金属)之间的边界作为凝固界面。

铸造控制单元111包括存储凝固界面位置的参考范围(上限和下限)的存储单元(未示出)。然后，当图像分析单元110所确定的凝固界面高于上限时，铸造控制单元111减小上引机108的上引速度、降低熔融金属保持炉101的设置温度，或增大自冷却气体供给单元107供给的冷却气体的流速。另一方面，当图像分析单元110所确定的凝固界面低于下限时，铸造控制单元111增大上引机108的上引速度、升高熔融金属保持炉101的设置温度，或减小自冷却气体供给单元107供给的冷却气体的流速。在这三个条件的控制中，可同时改变两个或更多个条件。然而，优选仅改变一个条件，因为这使控制更容易。此外，可事先确定这三个条件的优先级顺序，并可以优先级递减的顺序改变条件。

凝固界面位置的上限和下限结合图4说明。如图4中顶部图像实例中所示，当凝固界面位置升高到其上限之上时，被保持的熔融金属M2中发生“颈缩”并且其将发展成“裂纹”。凝固界面位置的上限可通过检查在改变凝固界面高度的同时是否在被保持的熔融金属M2中发生“颈缩”来事先确定。

另一方面，当凝固界面位置在其下限之下时，如图4中底部图像实例中所示，铸造金属M3的表面上发生“不均匀性”，从而导致铸造金属M3的缺陷形状。凝固界面位置的下限可通过检查在改变凝固界面高度的同时是否在铸造金属M3的表面上发生“不均匀性”来事先确定。注意，据认为，此不均匀性由形状限定构件102内因过低的凝固界面位置而形成的凝固片所致。

此示例性实施方案的机制和有益效果结合图5至图8详细说明。图5为示意性地示出了根据一个对比例的形状限定构件2的放大截面。图6为通过使用根据对比例的形状限定构件2通过沿倾斜方向上引其而形成的铸造金属制品的宏观照片。图7为示意性地示出了根据第一示例性实施方案的形状限定构件102的放大截面。图8为通过使用根据第一示例性实施方案的形状限定构件102通过沿倾斜方向上引其而形成的铸造金属制品的宏观照片。注意，图5和图7中示出的xyz-坐标系也对应于图1中示出的。

如图5中所示，在根据对比例的形状限定构件2的熔融金属穿过部3中未形成切口。因此，当沿倾斜方向向上牵引熔融金属并且如由图5中的虚线圆所示凝固界面SIF由此下降时，熔融金属穿过部3的端面干扰凝固界面SIF。据认为，结果，铸造金属M3的表面变粗糙并且表面品质因此变差。如图6中“倾斜上引部”中所示，当通过使用根据对比例的形状限定构件2沿倾斜方向上引熔融金属时，在铸造金属制品中观察到粗糙化的表面。

与此相反，如图7中所示，在根据第一示例性实施方案的形状限定构件102的熔融金属穿过部103的顶侧上形成切口102a。即，作为开口的熔融金属穿过部103以使得其在形状限定构件102的顶面上的尺寸大于其在形状限定构件102的底面上的尺寸的方式形成。结果，如图7中所示，即便当沿倾斜方向向上牵引熔融金属并且凝固界面SIF由此下降以使得铸造金属M3的厚度t均匀时，熔融金属穿过部103的端面也不会干扰凝固界面SIF。因此，铸造金属M3的表面不变粗糙，并且表面品质的变差得以防止。如图8中“倾斜上引部”中所示，当通过使用根据第一示例性实施方案的形状限定构件102沿倾斜方向上引熔融金属时，在铸造金属制品中未观察到粗糙化的表面。

接下来，结合图7说明确定切口102a的高度h1和宽度a的方法。如图7中所示，假定熔融金属表面与上引方向之间的角为上引角θ(0°＜θ＜90°)，如图7中所示。此外，凝固界面SIF的中心处的高度与凝固界面SIF的最低点的高度之间的差异由Δh(＞0)表示。如图7中所示，此差异Δh可以几何方式计算。即，通过使用铸造金属M3的厚度t，差异Δh可表达为“Δh＝t/2×sin(90-θ)”。注意，假定凝固界面SIF的中心处的高度等于沿竖直方向上引铸造金属M3时凝固界面SIF的高度，则当沿倾斜方向上引铸造金属M3时凝固界面SIF下降的量正好与上述差异“Δh＝t/2×sin(90-θ)”相同。

因此，切口102a的高度h1优选设置为使得表达式“h1＞Δh＝t/2×sin(90-θmin)”成立，其中θmin为当以最倾斜状态上引铸造金属M3时的最小上引角。其中沿竖直方向上引铸造金属M3的状态中的凝固界面SIF可通过使用根据第一示例性实施方案的铸造控制系统(特别地，通过使用摄像单元109和图像分析单元110)实验确定。此外，基于几何关系，切口102a的宽度a优选设置为使得表达式“a＞h1/tan(θmin)”成立。通过这样做，可以更有效地防止凝固界面SIF与熔融金属穿过部103之间的干扰。

图9为示意性地示出了根据第一示例性实施方案的修改实例的形状限定构件102的放大截面。在根据第一示例性实施方案的修改实例的形状限定构件102中，形成倾斜部102b代替图7(图1)中示出的切口102a。结果，即便在使凝固界面SIF下降以便可沿倾斜方向向上牵引熔融金属时熔融金属穿过部103的端面也不干扰凝固界面SIF。因此，铸造金属M3的表面不变粗糙，并且表面品质的变差得以防止。注意，倾斜部102b未必一定具有平整表面。即，倾斜部102b可具有凹形表面。

与切口102a的高度h1类似，倾斜部102b的高度h2优选设置为使得表达式“h2＞Δh＝t/2×sin(90-θmin)”成立。此外，倾斜部102b的倾角α优选设置为小于最小上引角θmin。通过这样做，可以更有效地防止凝固界面SIF与熔融金属穿过部103之间的干扰。

在根据第一示例性实施方案的自由铸造装置中，熔融金属穿过部(开口)103以使得其在形状限定构件102的顶面上的尺寸大于其在形状限定构件102的底面上的尺寸的方式形成在形状限定构件102中。结果，即便当沿倾斜方向向上牵引熔融金属并且凝固界面SIF由此下降以使得铸造金属M3的厚度t均匀时，熔融金属穿过部103的端面也不干扰凝固界面SIF。因此，铸造金属M3的表面品质的变差可得以防止。此外，所述自由铸造装置包括摄像单元、图像分析单元和铸造控制单元，所述摄像单元拍摄靠近凝固界面的区域的一个或多个图像，所述图像分析单元自所述一个或多个图像检测熔融金属表面上的波动并确定凝固界面，所述铸造控制单元在凝固界面不在参考范围内时改变铸造条件。因此，所述自由铸造装置可实现反馈控制以保持凝固界面在预定的参考范围内，并由此改善铸造金属制品的尺寸精度和表面品质。此外，可以获得关于特定铸造速度下凝固界面的位置的信息并在设计形状限定构件102的切口102a(图7)或倾斜部102b(图9)时(即，在设计熔融金属穿过部103时)使用这样的信息。

接下来，结合图1说明根据第一示例性实施方案的自由铸造方法。

首先，引锭ST由上引机108下降并使得穿过形状限定构件102的熔融金属穿过部103，并且引锭ST的末梢浸没到熔融金属M1中。

接下来，开始以预定的速度上引引锭ST。注意，即便在引锭ST被引离熔融金属表面时，熔融金属M1也会跟随引锭ST并通过表面膜和/或表面张力自熔融金属表面上引。即，形成被保持的熔融金属M2。如图1中所示，被保持的熔融金属M2形成在形状限定构件102的熔融金属穿过部103中。即，被保持的熔融金属M2通过形状限定构件102成型为给定形状。

接下来，由于引锭ST或铸造金属M3被冷却气体冷却，因而被保持的熔融金属M2间接冷却并自其上侧朝向其下侧相继凝固。结果，铸造金属M3生长。以此方式，可以连续地铸造铸造金属M3。

在根据第一示例性实施方案的自由铸造方法中，控制自由铸造装置使得凝固界面保持在预定的参考范围内。铸造控制方法在下文结合图10说明。图10为说明根据第一示例性实施方案的铸造控制方法的流程图。

首先，由摄像单元109拍摄靠近凝固界面的一个或多个区域的一个或多个图像(步骤ST1)。

接下来，图像分析单元110分析摄像单元109所拍摄的一个或多个图像(步骤ST2)。具体而言，通过相互比较多个相继拍摄的图像来检测被保持的熔融金属M2的表面上的波动。然后，图像分析单元110以摄像单元109所拍摄的图像确定其中检测到波动的区域与其中未检测到波动的区域之间的边界作为凝固界面。

接下来，铸造控制单元111确定图像分析单元110所确定的凝固界面的位置是否在参考范围内(步骤ST3)。当凝固界面位置不在参考范围内(步骤ST3处“否”)时，铸造控制单元111改变冷却气体流速、铸造速度和保持炉设置温度中之一(步骤ST4)。之后，铸造控制单元111确定铸造是否完成(步骤ST5)。

具体而言，在步骤ST4中，当图像分析单元110所确定的凝固界面高于上限时，铸造控制单元111减小上引机108的上引速度、降低熔融金属保持炉101的设置温度，或增大自冷却气体供给单元107供给的冷却气体的流速。另一方面，当图像分析单元110所确定的凝固界面低于下限时，铸造控制单元111增大上引机108的上引速度、升高熔融金属保持炉101的设置温度，或减小自冷却气体供给单元107供给的冷却气体的流速。

当凝固界面位置在参考范围内(步骤ST3处“是”)时，凝固界面控制行进到步骤ST5而不改变铸造条件。

当铸造尚未完成(步骤ST5处“否”)时，凝固界面控制返回到步骤ST1。另一方面，当铸造已完成(步骤ST5处“是”)时，凝固界面控制结束。

(第二示例性实施方案)

接下来，结合图11说明根据第二示例性实施方案的自由铸造装置。图11为根据第二示例性实施方案的自由铸造装置的示意性截面。在根据第二示例性实施方案的形状限定构件202中既不形成根据第一示例性实施方案的切口102a(参见图7)也不形成根据第一示例性实施方案的倾斜部102b(参见图9)。即，根据第二示例性实施方案的形状限定构件202具有与根据图5中所示对比例的形状限定构件2类似的形状。然而，在根据第二示例性实施方案的自由铸造装置中，当沿倾斜方向向上牵引熔融金属时，增大形状限定构件202浸没到熔融金属M1中的程度。图11示出了其中形状限定构件202浸没到熔融金属M1中的程度增大的状态。结果，即便当沿倾斜方向向上牵引熔融金属并且凝固界面SIF由此下降以使得铸造金属M3的厚度t均匀时，熔融金属穿过部103的端面也不干扰凝固界面SIF。因此，铸造金属M3的表面品质的变差可得以防止。

接下来，结合图12说明根据第二示例性实施方案的自由铸造装置中提供的铸造控制系统。图12为根据第二示例性实施方案的自由铸造装置中提供的铸造控制系统的框图。此铸造控制系统将凝固界面SIF的位置(高度)保持在预定的参考范围内并根据上引角θ竖直地移动形状限定构件202。

如图12中所示，根据第二示例性实施方案的铸造控制系统通过根据铸造控制单元111自上引机108获得的上引角信息度数(其对应于上引角θ)控制执行机构105来竖直地移动形状限定构件202。具体而言，其中用引锭沿竖直方向(上引角θ＝90°)上引铸造金属的状态被定义为参考状态。然后，随着上引角θ减小而增大形状限定构件202在熔融金属M1的熔融金属表面下的浸没程度。即，与其中上引角θ为90°的情况相比增大浸没程度。浸没程度的增量可以与第一示例性实施方案中说明的切口102a的高度h1的确定类似的方式来确定。即，浸没程度的增量可基于例如针对差异的上述表达式“Δh＝t/2×sin(90-θ)”来确定。其余配置与第一示例性实施方案的那些类似并因此略去其说明。

(第二示例性实施方案的修改实例)

接下来，结合图13和图14说明根据第二示例性实施方案的修改实例的自由铸造装置。图13为根据第二示例性实施方案的修改实例的形状限定构件202的平面视图。图14为根据第二示例性实施方案的修改实例的形状限定构件202的侧视图。注意，图13和图14中示出的xyz-坐标系也对应于图1中示出的。

根据图11中所示第二示例性实施方案的形状限定构件202由一块板组成。因此，熔融金属穿过部203的厚度t1和宽度w1是固定的。与此相反，根据第二示例性实施方案的修改实例的形状限定构件202包括四个矩形形状限定板202a、202b、202c和202d，如图13中所示。即，根据第二示例性实施方案的修改实例的形状限定构件202被分成多个部分。采用这种配置，可以改变熔融金属穿过部203的厚度t1和宽度w1。此外，四个矩形形状限定板202a、202b、202c和202d可一致地沿z-轴方向移动。

如图13中所示，形状限定板202a和202b布置为在y-轴方向上彼此相对。此外，如图14中所示，形状限定板202a和202b在z-轴方向上设置在同一高度下。形状限定板202a和202b之间的间隙限定熔融金属穿过部203的宽度w1。此外，由于形状限定板202a和202b中的每一个可在y-轴方向上独立地移动，因而宽度w1可改变。注意，如图13和图14中所示，可分别在形状限定板202a和202b上提供激光位移计S1和激光反射板S2以测量熔融金属穿过部203的宽度w1。

此外，如图13中所示，形状限定板202c和202d布置为在x-轴方向上彼此相对。此外，形状限定板202c和202d在z-轴方向上设置在同一高度下。形状限定板202c和202d之间的间隙限定熔融金属穿过部203的厚度t1。此外，由于形状限定板202c和202d中的每一个可在x-轴方向上独立地移动，因而厚度t1可改变。

形状限定板202a和202b以使得它们与形状限定板202c和202d的顶侧接触的方式设置。

接下来，结合图13和图14说明形状限定板202a的驱动机制。如图13和图14中所示，形状限定板202a的驱动机制包括：滑动台T1和T2；线性导轨G11、G12、G21和G22；执行机构A1和A2；以及杆R1和R2。注意，虽然形状限定板202b、202c和202d中的每一者也如形状限定板202a的情况一样包括其驱动机制，但图13和图14中略去了它们的说明。

如图13和图14中所示，形状限定板202a布置并固定于滑动台T1上，滑动台T1可在y-轴方向上滑动。滑动台T1可滑动地布置在一对平行于y-轴方向延伸的线性导轨G11和G12上。此外，滑动台T1连接到自执行机构A1在y-轴方向上延伸的杆R1。采用上述配置，形状限定板202a可在y-轴方向上滑动。

此外，如图13和图14中所示，线性导轨G11和G12及执行机构A1布置并固定于滑动台T2上，滑动台T2可在z-轴方向上滑动。滑动台T2可滑动地布置在一对平行于z-轴方向延伸的线性导轨G21和G22上。此外，滑动台T2连接到自执行机构A2在z-轴方向上延伸的杆R2。线性导轨G21和G22及执行机构A2固定在水平地板表面或水平底座(未示出)上。采用上述配置，形状限定板202a可在z-轴方向上滑动。注意，执行机构A1和A2的实例包括液压缸、气缸和马达。

注意，本发明不限于上述示例性实施方案，可以作各种改变而不偏离本发明的精神和范围。

例如，第二示例性实施方案的修改实例也可应用于第一示例性实施方案。

本申请基于并要求于2013年11月26日提交的日本专利申请号2013-244005的优先权权益，该申请的公开内容以引用方式全文并入本文。

附图标记列表

101熔融金属保持炉

102、202形状限定构件

102a切口

102b倾斜部

103、203熔融金属穿过部

104支承杆

105执行机构

106冷却气体喷嘴

107冷却气体供给单元

108上引机

109摄像单元

110图像分析单元

111铸造控制单元

202a-202d形状限定板

A1、A2执行机构

G11、G12、G21、G22线性导轨

M1熔融金属

M2被保持的熔融金属

M3铸造金属

R1、R2杆

S1激光位移计

S2激光反射板

SIF凝固界面

ST引锭

T1、T2滑动台

Claims (8)

1.一种上引式连续铸造装置，包括：

保持熔融金属的保持炉；和

设置在保持于所述保持炉中的所述熔融金属的熔融金属表面上方的形状限定构件，所述形状限定构件配置为随着所述熔融金属穿过形成在所述形状限定构件中的开口而限定待铸造的铸造金属制品的截面形状，其中

所述开口以使得所述形状限定构件的顶面上的开口尺寸大于所述形状限定构件的底面上的开口尺寸的方式形成。

2.根据权利要求1所述的上引式连续铸造装置，其中在所述形状限定构件的所述顶面上的所述开口的周缘上形成有切口或倾斜部。

3.根据权利要求1或2所述的上引式连续铸造装置，还包括：

摄像单元，所述摄像单元拍摄已穿过所述形状限定构件的熔融金属的图像；和

图像分析单元，所述图像分析单元从所述图像检测所述熔融金属上的波动并基于所述波动的存在/不存在来确定凝固界面，其中

所述开口的形状基于所述熔融金属的上引角和所述图像分析单元确定的所述凝固界面的位置来设计。

4.一种上引式连续铸造方法，包括：

在保持于保持炉中的熔融金属的熔融金属表面上方设置形状限定构件，所述形状限定构件配置为限定待铸造的铸造金属制品的截面形状；和

在使所述熔融金属穿过形成在所述形状限定构件中的开口的同时上引所述熔融金属，其中

所述开口以使得所述形状限定构件的顶面上的开口尺寸大于所述形状限定构件的底面上的开口尺寸的方式形成。

5.根据权利要求4所述的上引式连续铸造方法，其中在所述形状限定构件的所述顶面上的所述开口的周缘上形成切口或倾斜部。

6.根据权利要求4或5所述的上引式连续铸造方法，还包括：

拍摄已穿过所述形状限定构件的所述熔融金属的图像；和

从所述图像检测所述熔融金属上的波动并基于所述波动的存在/不存在来确定凝固界面，其中

所述开口的形状基于所述熔融金属的上引角和基于所述波动的存在/不存在所确定的所述凝固界面的位置来设计。

7.一种上引式连续铸造方法，包括：

在保持于所述保持炉中的熔融金属的熔融金属表面上方设置形状限定构件，所述形状限定构件配置为限定待铸造的铸造金属制品的截面形状；和

在使所述熔融金属穿过所述形状限定构件的同时上引所述熔融金属，其中

当沿倾斜方向上引所述熔融金属时，与当沿竖直方向上引所述熔融金属时相比增大所述形状限定构件在所述熔融金属表面下的浸没程度。

8.根据权利要求7所述的上引式连续铸造方法，还包括：

拍摄已穿过所述形状限定构件的所述熔融金属的图像；和

从所述图像检测所述熔融金属上的波动并基于所述波动的存在/不存在来确定凝固界面，其中

基于所述熔融金属的上引角和所确定的所述凝固界面的位置来确定所述浸没程度。