CN117412825A - 用于高性能连续铸造的鼻状尖端件设计 - Google Patents

用于高性能连续铸造的鼻状尖端件设计 Download PDF

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CN117412825A CN202280039843.5A CN202280039843A CN117412825A CN 117412825 A CN117412825 A CN 117412825A CN 202280039843 A CN202280039843 A CN 202280039843A CN 117412825 A CN117412825 A CN 117412825A
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Abstract

描述了用于连续铸造金属合金的鼻状尖端件。所述鼻状尖端件可包括第一部分，所述第一部分具有第一表面，所述第一表面平行于第二表面，所述第二表面与所述第一表面相反。所述鼻状尖端件可包括第二部分，所述第二部分具有第三表面，所述第三表面指向延伸的第一表面。所述延伸的第一表面可与所述第一表面处于共同平面中。所述鼻状尖端件可包括第三部分，所述第三部分具有弓形表面，所述弓形表面将所述第三表面连接到所述延伸的第一表面。所述弓形表面可包括位于距所述延伸的第一表面一定竖直距离处的曲率点。所述竖直距离可被配置为限制使用所述鼻状尖端件铸造的液态金属在所述鼻状尖端件与连续铸造表面之间的最大弯月面高度。还描述了以大于12m/min的铸造速度连续铸造金属合金的方法。

Description

用于高性能连续铸造的鼻状尖端件设计
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年6月2日提交的美国临时申请号63/195,731的权益和优先权，所述临时申请出于所有目的特此以引用方式全文并入。
技术领域
本公开整体涉及冶金学，并且更具体地涉及使用连续铸造装置连续铸造合金产品。
背景技术
用于制作金属带材制品(诸如金属带材、板坯或板)的技术可包括使用连续铸造设备。例如，铝合金带材产品可使用连续铸造来铸造。某些连续铸造装置(诸如带式铸造机)可用于在液态金属在连续铸造装置的移动冷却表面之间通过时使液态金属凝固。这些系统通常限制金属带材可在连续铸造的同时仍实现可接受表面质量的速度。
发明内容
术语实施方案和类似术语旨在广义地指代本公开和以下权利要求的所有主题。包含这些术语的陈述不应被理解为限制本文所述的主题，或限制以下权利要求的含义或范围。本文所涵盖的本公开的各实施方案由以下权利要求而非本发明内容来限定。本发明内容是本公开的各方面的高度概述，并且介绍了在以下具体实施方式章节中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或本质特征，也并不旨在单独用于确定所要求保护的主题的范围。应通过参考本公开的整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每项权利要求来理解所述主题。
在一个方面，描述了用于连续铸造金属合金的鼻状尖端件。如此方面所述的鼻状尖端件可包括第一部分，所述第一部分具有第一表面，所述第一表面平行于第二表面。所述第二表面可与所述第一表面相反。所述鼻状尖端件可包括第二部分，所述第二部分具有第三表面，所述第三表面指向延伸的第一表面。所述延伸的第一表面可与所述第一表面处于共同平面中。所述鼻状尖端件可包括第三部分，所述第三部分具有弓形表面，所述弓形表面将所述第三表面连接到所述延伸的第一表面。
在示例中，所述弓形表面可包括曲率点。所述曲率点可以是距所述延伸的第一表面的竖直距离。所述竖直距离可被配置为限制使用所述鼻状尖端件铸造的液态金属在所述鼻状尖端件与连续铸造表面之间的最大弯月面高度。
在示例中，所述鼻状尖端件的所述第三部分可包括湍流生成机构。所述湍流生成机构可以是选自以下中的至少一者：多个洼坑、多个肋部、多个墩部或者大于所述第一表面、所述第二表面或所述延伸的第一表面的表面粗糙度的表面粗糙度。
在示例中，所述鼻状尖端件可包括耐火材料。在一些情况下，所述鼻状尖端件可包括用非润湿物质(诸如氮化硼(BN))涂覆的材料。
另一方面，描述了连续铸造金属合金的方法。如此方面所述的方法可包括：提供弓形鼻状尖端件。所述弓形鼻状尖端件可包括：第一部分，所述第一部分具有第一表面，所述第一表面平行于第二表面，所述第二表面与所述第一表面相反；第二部分，所述第二部分具有第三表面，所述第三表面指向延伸的第一表面，所述延伸的第一表面与所述第一表面处于共同平面中；以及第三部分，所述第三部分具有弓形表面，所述弓形表面将所述第三表面连接到所述延伸的第一表面。所述方法可包括：使液态金属流动通过所述弓形鼻状尖端件到达铸造腔以形成铸造产品。
在示例中，所述方法可包括：流动通过所述弓形鼻状尖端件的所述液态金属的弯月面长度至多等于从曲率点到部分限定所述铸造腔的铸造表面的距离。在一些示例中，所述弯月面长度可为0.5mm至2.0mm。
在示例中，所述弓形鼻状尖端件的所述第三部分还可包括湍流生成机构。所述湍流生成机构可以是选自以下中的至少一者：表面粗糙度、多个洼坑、多个肋部、多个墩部以及它们的组合。
在示例中，所述方法还可包括：使用磁振荡技术在所述弓形表面处的所述液态金属中生成湍流。
在所述方法的示例中，所述鼻状尖端件可包括耐火材料。
在示例中，所述铸造产品的表面粗糙度可为至多10μm。例如，所述表面粗糙度可通过3D图像分析来测量。所述铸造产品的表面附近的组成与参考常规铸造标准相比在铸造表面处减少了Fe和Mn。所述组成可通过辉光放电光发射光谱法来表征。所述铸造产品的渗出物频率可为至多30个渗出物/cm2。例如，渗出物频率可通过3D图像分析来确定。
在示例中，所公开的方法可用于以大于12m/min的速度铸造。
其他目的和优点将从以下非限制性示例的详细描述中变得显而易见。
附图说明
说明书参考了以下附图，其中在不同附图中使用相同的附图标记旨在示出相同或相似的部件。
图1提供了用于连续铸造配置的具有液态金属弯月面和前部的示例性鼻状尖端件的示意图。
图2提供了具有修改的鼻状尖端件的带式铸造装置的示意图。
图3提供了图2的修改的鼻状尖端件的详细示意图。
图4A提供了平滑对象表面的层流的示意图。
图4B提供了具有湍流机构(诸如洼坑)的对象的湍流的示意图。
图5提供了包括湍流生成机构的修改的鼻状尖端件的示意图。
图6提供了包括切口的修改的鼻状尖端件的示意图。
具体实施方式
本文描述的是用于连续铸造的鼻状尖端件。鼻状尖端件包括弓形表面和任选的湍流机构。本文还描述了使用鼻状尖端件铸造的方法以及由使用鼻状尖端件铸造的铝合金形成的产品。所公开的鼻状尖端件在本文中也可互换地称为弓形鼻状尖端件。所公开的鼻状尖端件包括具有曲率点的弓形表面，所述曲率点限定弯月面可延伸的最大高度或距带的距离。所公开的鼻状尖端件(诸如图1以局部示意性剖视图示出的包括具有切口的前部的鼻状尖端件100)改进了鼻状尖端件。所公开的弓形鼻状尖端件降低了弯月面高度，从而增加了液态铝流的稳定性。通过增加流稳定性，因此减少铸造产品中的表面缺陷并且可实现更高的铸造速度。可减小在铸造期间发生的弯月面振荡的振幅以提供改进的排热。更好的排热一致性导致更少的表面缺陷。通过限制表面缺陷而不会形成不稳定弯月面振荡状态，提供提高的铸造速度。
如图1所示，用于连续铸造机的示例性鼻状尖端件100包括前部120。液态金属152在形成气/液界面弯月面150的前部处与鼻状尖端件100分离。前部120包括相对于垂直于带B的竖直线L成角度的切口，以确保弯月面以例行间隔振荡并且不间歇性地附着到鼻状尖端件100的面，这会导致鼻状尖端件材料/氧化物反应以及不均匀的表面外观。切口提供了单个接触点，并且弯月面高度一直延伸到前部尖端。液态金属弯月面150在铸造期间形成，延伸到前部的高度H。方向D指示逸出分解脱模剂的方向，所述分解脱模剂在鼻状尖端件100与带B之间穿过。
常规的连续铸造装置可能难以生产铸造金属制品的期望表面。表面缺陷可能导致浪费(例如，在铸造金属制品无法使用的情况下)或附加下游处理的需要(例如，以纠正或减轻任何可纠正的表面缺陷)。常规的配置还导致铸造速率限制。例如，常规的铸造速率被限制为至多12m/min。12m/min的铸造速度是指每分钟铸造产品在铸造方向上以12m的速率离开铸造装置。本公开的鼻状尖端件可通过减小弯月面高度来增加铸造期间的稳定性，以提供具有更少缺陷、更均匀排热、更高铸造速度和更大生产吞吐量的金属制品。
定义和描述
如本文所用，术语“发明”、“本发明”、“该发明”和“本发明”旨在泛指本专利申请和以下权利要求的所有主题。包含这些术语的陈述应被理解为不限制本文所述的主题或不限制以下专利权利要求的含义或范围。
如本文所用，术语“顶部”和“底部”可与连续铸造装置在水平方向上铸造时的竖直位置相关联。然而，在一些情况下，连续铸造装置可在非水平方向上使用，在这种情况下，术语“顶部”和“底部”可以是指平面中垂直于连续铸造装置的铸造方向的位置。
连续铸造机或连续铸造装置可包括在其间形成铸造腔的一对相对的冷却组件。在一些情况下，附加特征(诸如侧封板)可进一步限定铸造腔的范围。每个冷却组件可包括用于从铸造腔内的液态金属提取热量的至少一个冷却表面，以及与冷却表面或冷却组件的操作相关的附加装备(例如，冷却垫、电机、冷却剂管道、传感器和其他此类装备)。
一些连续铸造机(诸如带式铸造机)可包括两个反向旋转的带(例如，相对的冷却表面)，它们与侧挡板一起形成可将液态金属馈送到其中的铸造腔。带可以是水冷的(例如，用去离子水冷却)或者可使用其他流体冷却。在铸造腔的入口处进入铸造腔的液态金属可在其朝向铸造腔的出口朝远侧移动时通过经由冷却带的热提取来凝固，在所述铸造腔的出口处，所述液态金属作为凝固的金属(例如，连续铸造制品)离开。金属可以与带的移动速率大致相同的移动速率移动通过铸造装置，由此最小化或消除正在凝固的金属与带之间的剪切力。冷却垫可用于控制铸造。冷却垫可包括沿着冷却垫的表面定位并且以图案(诸如六边形或其他图案)布置的多个喷嘴。在一些情况下，冷却垫可包括跨冷却垫的宽度和/或基本上或完全跨铸造腔的宽度延伸的至少一个线性喷嘴。
在本说明书中，参考了由AA编号和其他相关名称(诸如“系列”或“7xxx”)标识的合金。要了解最常用于命名和标识铝及其合金的编号名称系统，参见“International AlloyDesignations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and WroughtAluminum Alloys”或“Registration Record of Aluminum Association AlloyDesignations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the FormofCastings and Ingot”，这两篇皆由铝业协会发布。
如本文所用，板的厚度通常大于约15mm。例如，板可以是指厚度大于约15mm、大于约20mm、大于约25mm、大于约30mm、大于约35mm、大于约40mm、大于约45mm、大于约50mm或大于约100mm的铝产品。
如本文所用，沙特板(也称为片材板)的厚度通常为约4mm至约15mm。例如，沙特板的厚度可为约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约11mm、约12mm、约13mm、约14mm或约15mm。
如本文所用，片材通常是指厚度小于约4mm的铝产品。例如，片材的厚度可小于约4mm、小于约3mm、小于约2mm、小于约1mm、小于约0.5mm或小于约0.3mm(例如，约0.2mm)。
如本文所用，诸如“铸造铝合金产品”、“铸造产品”、“铸造铝合金产品”、“铸造制品”等的术语是可互换的，并且可以是指通过直接冷硬铸造(包括直接冷硬共铸造)或半连续铸造、连续铸造、电磁铸造、热顶铸造或任何其他铸造方法生产的产品，但是本文具体是指通过连续铸造(包括例如通过使用双带式铸造机、双辊式铸造机、块式铸造机或任何其他连续铸造机)生产的那些产品。本文所述的铸造制品可通过本领域普通技术人员已知的任何方式进行处理。此类处理步骤包括但不限于均匀化、热轧、冷轧、固溶热处理和任选的预时效步骤。
使用采用本文所述的弓形鼻状尖端件的连续铸造机制造的铝合金产品(包括带材、板坯、片材、沙特板或板)可用于汽车应用和其他运输应用，包括飞机和铁路应用。例如，所公开的铝合金产品可用于制备汽车结构件和成型件，诸如保险杠、侧梁、顶梁、横梁、支柱加强件(例如，A柱、B柱和C柱)、内面板、外面板、侧面板、内罩、外罩或行李箱盖板。本文所述的铝合金产品和方法还可用于飞机或铁路车辆应用中，以制备例如外部面板和内部面板。
本文所述的铝合金产品和方法还可用于电子应用中。例如，本文所述的铝合金产品和方法可用于制备电子装置(包括移动电话和平板计算机)的外壳。在一些示例中，铝合金产品可用于制备移动电话(例如，智能电话)、平板底架和其他便携式电子器件的外套的外壳。
本文所述的铝合金产品和方法可用于任何其他期望应用中。
本文所公开的所有范围将被理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。例如，指定范围“1至10”应被视为包括最小值1与最大值10之间(并且包括端点)的任何和所有子范围；也就是说，所有子范围均以最小值1或更大值(例如，1至6.1)开始并且以最大值10或更小值(例如，5.5至10)结束。除非另有说明，否则当提及元素的组成量时，表述“高达”意味着该元素是任选的并且包括该特定元素的百分之零组成。除非另有说明，否则所有组成百分比均是重量百分比(重量％)。
如本文所使用，除非上下文另有明确指示，否则“一个”、“一种”和“所述”的含义包括单数和复数个提及物。
用于连续铸造的鼻状尖端件
这些说明性示例被给出以向读者介绍本文讨论的一般主题，并且不旨在限制所公开概念的范围。以下章节参考附图描述了各种附加特征和示例，在附图中，相同的数字指示相同的元件，并且方向性描述用于描述说明性实施方案，但与说明性实施方案一样，不应用于限制本公开。本文图示中所包括的元件可能未按比例绘制。具体地，出于说明的目的，本文所示的攻角已被放大。
本文描述了用于连续铸造的鼻状尖端件，诸如弓形鼻状尖端件。图2是描绘根据本公开的某些方面的连续铸造装置200的示意性剖视或侧视图。连续铸造装置200包括顶部带组件202和底部带组件204，铸造腔250位于所述顶部带组件与所述底部带组件之间。顶部带组件202和底部带组件204中的每一者可包括冷却带208、近侧支撑件210和远侧支撑件212。在一些情况下，近侧支撑件210可以是用于从冷却带208提取热量的近侧冷却垫。在一些情况下，远侧支撑件212可以是用于从冷却带208提取热量的远侧冷却垫。在近侧支撑件210和/或远侧支撑件212不是冷却垫的情况下，从冷却带208提取热量可使用其他冷却元件(诸如冷却剂喷嘴、喷杆或任何其他合适的冷却元件)来实现。如本文所用，相对于冷却垫、支撑件等的术语“近侧”可以是指定位在铸造腔250的入口(诸如液态金属进入铸造腔250的位置)处或其附近的结构。如本文所用，相对于冷却垫、支撑件等的术语“远侧”可以是指定位在铸造腔250的出口(诸如凝固的金属离开铸造腔250的位置)处或其附近的结构。
虽然图2描绘了用于顶部带组件202和底部带组件204中的每一者的单个近侧支撑件210和单个远侧支撑件212，但是也可使用其他数量的支撑件或冷却垫。在一些情况下，近侧支撑件210和/或远侧支撑件212可各自包括可被配置为实现两级会聚轮廓的多个支撑件和/或冷却垫。在一些情况下，附加支撑件(例如，附加冷却垫)可定位在近侧支撑件210与远侧支撑件212之间，以向会聚轮廓提供附加级，诸如以实现三级或更多级会聚轮廓。
带208可由任何合适的导热材料(诸如铜、钢或铝)制成。顶部带组件202和底部带组件204的带208可彼此在相反的方向上旋转，使得带208的与铸造腔250中的液态金属252接触的表面在下游方向254上移动。顶部带组件202和底部带组件204根据需要还可包括附加装备，诸如电机和其他装备。
液态金属252可经由喷嘴214进入铸造腔250。在铸造腔250内，液态金属252可在经由顶部带组件202和底部带组件204的带208提取热量时凝固。液态金属252和正在凝固的液态金属在铸造腔250内在方向254上移动。在已提取足够的热量之后，液态金属252将变成固态并且可作为连续铸造制品206离开铸造腔250。连续铸造制品206将以出口温度离开连续铸造装置200。喷嘴214可以是跨冷却垫的宽度和/或基本上或完全跨铸造腔250的宽度延伸的至少一个线性喷嘴。喷嘴214可包括鼻状尖端件，诸如弓形鼻状尖端件，如本文所述。
铸造腔250由入口(例如，在喷嘴214处)、出口(例如，连续铸造制品206离开铸造腔250的位置)、侧封板、顶部带组件202和底部带组件204界定。更具体地，因为顶部带组件202和底部带组件204的带208处于运动中，所以铸造腔250的顶部和底部由带208的在任何具体时间点位于铸造腔250的入口与出口之间的外部表面256界定。这些外部表面256的路径可诸如通过从顶部带组件202和底部带组件204内(例如，从铸造腔250中的相对的带208)推压外部表面来调整。如图2所描绘，近侧支撑件210和远侧支撑件212位于顶部带组件202和底部带组件204中的每一者内。近侧支撑件210和远侧支撑件212可物理地接触带208以限定带208的路径，并且因此限定带208的外部表面256的路径。顶部带组件202和底部带组件204的带208的外部表面256的路径限定铸造腔250的会聚轮廓。
图3描绘了用于将液态金属352分配到铸造腔中(例如图2的从喷嘴214分配到腔250中)的示例性弓形鼻状尖端件300的局部剖视图。液态金属352可离开鼻状尖端件300并且开始填充铸造腔，从而接触带B的外部表面308。弯月面大气354填充鼻状尖端件300下方和带B上方的空间。弯月面350在鼻状尖端件300与带B的外部表面308之间的液态金属352中形成。在液态金属352冷却时，它开始凝固，直到它变成固态连续铸造制品(例如，金属带材)。在液态金属352首先接触带B的位置与液态金属352已完全凝固或已充分凝固的位置之间存在凝固距离(未示出)，使得此后将很少或不发生凝固收缩。
鼻状尖端件300可具有第一部分322，所述第一部分具有第一表面321，所述第一表面平行于或基本上平行于第二表面323。第二表面323与第一表面321相反。鼻状尖端件300具有第二部分326，所述第二部分具有指向延伸的第一表面325的第三表面327，延伸的第一表面325与第一表面321处于共同平面中。如图3所示，第三表面327在朝向延伸的第一表面325的方向上成角度。第三表面327可以是成角度的、倾斜的、弯曲的、弯折的、渐缩的或以其他方式指向延伸的第一表面，而第三表面327不与延伸的第一表面325接触。鼻状尖端件300具有第三部分330，所述第三部分具有弓形表面329，所述弓形表面将第三表面327连接到延伸的第一表面325。
弓形表面329包括曲率点p。液态金属352将从此曲率点p朝向带B行进。线L从点p延伸到带外部表面308。曲率点p是沿着线L距带B的距离h。距离h被配置为弯月面350的最大高度，并且是要与鼻状尖端件300和带B接触的液态金属的高度。
在一些示例中，本公开的弓形鼻状尖端件包括湍流生成机构。湍流生成机构在本文中通常被限定为在弯曲主体周围提供湍流的任何机构。图4A描绘了具有平滑表面的球形主体的示意图，而图4B描绘了具有洼坑状表面的球形主体的示意图。对于洼坑状表面球形主体，由于湍流旋涡的存在，湍流边界层可以比类似的层流边界层陡得多的角度保持附着。此效应导致图4B的球形主体周围的流陷入湍流。因此，流保持附着经过球形主体上的顶部中心点并且仅在球形主体的相反侧上分离。因此，相较于图4A中的具有平滑表面的比较球形主体，在图4B的球形主体上存在更小的压力阻力。
湍流旋涡对球形主体的影响的这种概念被应用于本公开的弓形鼻状尖端件。在一些示例中，弓形鼻状尖端件具有第三部分，所述第三部分包括湍流生成机构。图5描绘了包括湍流生成机构520的修改的鼻状尖端件500。这种增加的湍流致使气流在鼻状尖端件出口上(例如，在曲率点p处)附着更长的时间，这然后降低了所形成的弯月面的总体高度。这种减小的弯月面高度由于弯月面振荡振幅的减小而导致表面光洁度的改进。除了减小铸态表面上的弯月面标记的间隔之外，这还导致新凝固的铸造表面中相邻层内的热梯度减小。表面缺陷(诸如渗出物或气泡)通常沿着弯月面标记形成，这归因于相邻区域的凝固速率的微小差异。通过减小弯月面标记之间的距离，减小了相邻区域的凝固速率的差异，并且预期形成更少的缺陷。因为弯月面在更大的铸造速度范围内保持稳定，所以还实现了铸造速度的提高。常规的连续铸造装置由于弯月面振荡引起的表面缺陷而在铸造速度上受到限制。
在一些示例中，湍流生成机构520包括但不限于选自以下中的至少一者：表面粗糙度、多个洼坑、多个肋部、多个墩部或类似结构以及它们的组合。附加地或替代地，在一些示例中，湍流生成机构包括磁振荡，诸如其中可控电磁体用于在图5所描绘的湍流生成机构520的位置处与液态金属相互作用。通过将弓形鼻状尖端件与湍流生成机构组合，液态金属流将保持附着到鼻状尖端件，直到形成更陡的角度，从而减少弯月面长度并且提高较高铸造速度下的稳定性。
图5描绘了用于将液态金属552分配到铸造腔中的弓形鼻状尖端件500的局部剖视图，鼻状尖端件500包括弓形表面529并且还包括诸如在鼻状尖端件500的表面中的湍流生成机构520。弯月面550形成在喷嘴的鼻状尖端件500与带B的外部表面508之间的液态金属552中。弯月面大气554填充鼻状尖端件500下方与带B上方的空间。在液态金属552冷却时，它开始凝固，直到它变成固态连续铸造制品(例如，金属带材)。鼻状尖端件500包括第一部分522，所述第一部分具有第一表面521，所述第一表面平行于第二表面523，其中第二表面523与第一表面521相反。鼻状尖端件500具有第二部分526，所述第二部分具有第三表面527，所述第三表面指向延伸的第一表面525，延伸的第一表面525与第一表面521处于共同平面中。如图5所示，第三表面527在朝向延伸的第一表面525的方向上成角度。第三表面527可以是成角度的、倾斜的、弯曲的、弯折的、渐缩的或以其他方式指向延伸的第一表面525，而第三表面527不与延伸的第一表面525接触。鼻状尖端件500具有第三部分530，所述第三部分具有弓形表面529，所述弓形表面将第三表面527连接到延伸的第一表面525。弓形表面529包括曲率点p。曲率点p是沿着线L距带B的距离h。距离h被配置为弯月面550的最大高度，并且是与鼻状尖端件500和带接触的液态金属的高度。根据湍流生成机构520的形式，与图3中描绘的弯月面350的形状或长度相比，弯月面550的形状或长度可改变。在一个示例中，湍流生成机构520包括多个洼坑，但是其他湍流生成机构也在考虑之中并且可至少部分地包括在弓形表面中。湍流生成机构520的示例包括但不限于表面粗糙度、多个肋部、多个墩部和其他此类结构以及它们的组合。
图6描绘了用于将液态金属652分配到铸造腔中的另一个鼻状尖端件600的局部剖视图，鼻状尖端件600包括弓形表面629和切口631。弯月面650形成在喷嘴的鼻状尖端件600与带B的外部表面608之间的液态金属652中。在液态金属652冷却时，它开始凝固，直到它变成固态连续铸造制品(例如，金属带材)。鼻状尖端件600包括第一部分622，所述第一部分具有第一表面621，所述第一表面平行于第二表面623，其中第二表面623与第一表面621相反。鼻状尖端件600具有第二部分626，所述第二部分具有第三表面627，所述第三表面指向延伸的第一表面625，延伸的第一表面625与第一表面621处于共同平面中。如图6所示，第三表面627在朝向延伸的第一表面625的方向上成角度。第三表面627可以是成角度的、倾斜的、弯曲的、弯折的、渐缩的或以其他方式指向延伸的第一表面625，而第三表面627不与延伸的第一表面625接触。鼻状尖端件600具有第三部分630，所述第三部分具有弓形表面629，所述弓形表面将第三表面627连接到切口631。如图所示，相对于垂直于带B的线L约15度的角度限定切口631。切口631延伸到延伸的第一表面625，所述延伸的第一表面延伸到部分630中。弓形表面629包括曲率点p，所述曲率点p在切口631的一个端部处与切口631与延伸的第一表面625相交的另一个端部重合。曲率点p是沿着线L距带B的距离h。距离h被配置为弯月面650的最大高度，并且是与鼻状尖端件600和带接触的液态金属的高度。
任选地，部分630可包括如先前所述的湍流生成机构620。与图3所描绘的弯月面350或图5所描绘的弯月面550的形状或长度相比，弯月面650的形状或长度可改变。在一个示例中，任选的湍流生成机构620包括多个洼坑，但是其他湍流生成机构也在考虑之中并且可至少部分地包括在弓形表面中。湍流生成机构620的示例包括但不限于表面粗糙度、多个肋部、多个墩部和其他此类结构以及它们的组合。
本公开的鼻状尖端件(诸如图3的鼻状尖端件300、图5的鼻状尖端件500、图6的鼻状尖端件600)可由能够耐受被铸造的液态金属的温度的任何耐火材料制成。在一些示例中，耐火材料具有高表面能以获得良好非润湿性质。鼻状尖端件和/或湍流生成机构的弓形形状可使用本领域已知的技术来制造。耐火材料不应太薄或太易碎以致容易损坏例如开裂或有凹陷，因为此类损坏可影响铸造表面。在其他示例中，鼻状尖端件(诸如图3的鼻状尖端件300、图5的鼻状尖端件500、图6的鼻状尖端件600)可由耐火或非耐火材料制成，然后用具有高表面能以获得良好非润湿性质的材料涂覆。在非限制性示例中，氮化硼(BN)可用作鼻状尖端件的涂层。
制作所公开的铝合金和铝合金产品的方法
本文所述的铝合金和铝合金产品可使用本领域普通技术人员已知的任何合适的连续铸造方法使用本文所述的鼻状尖端件(诸如分别为图3的弓形鼻状尖端件300、图5的弓形鼻状尖端件500和图6的弓形鼻状尖端件600)来连续铸造。在一些示例中，所述鼻状尖端件包括：第一部分，所述第一部分具有第一表面，所述第一表面平行于第二表面，所述第二表面与所述第一表面相反；第二部分，所述第二部分具有第三表面，所述第三表面指向延伸的第二表面，所述延伸的第二表面与所述第二表面处于共同平面中；以及第三部分，所述第三部分具有弯曲的表面，所述弯曲的表面将所述第三表面连接到所述延伸的第二表面，所述第三部分包括曲率点。所述方法还包括：利用所述弓形鼻状尖端件来铸造液态金属，所述弓形鼻状尖端件被配置为提供至多等于从所述曲率点到所述带的距离的弯月面长度。在一些示例中，弯月面长度的范围为约0.5mm至约2mm，诸如0.5mm至1.0mm、0.5mm至1.5mm、1.0mm至1.5mm、1.0mm至2.0mm或1.5mm至2.0mm。
本文所述的铝合金的连续铸造可提供表面粗糙度或Ra值小于使用常规鼻状尖端件的铸造产品的表面粗糙度的铸造产品。表面粗糙度测可例如通过图像分析替代地测量为包括缺陷大小和分布的缺陷计数。因为Ra值是在相对较小的区上测量的，所以由于较大的采样面积，缺陷计数可为铸造产品的表面粗糙度提供更好的表示。因此，如果缺陷在表面上分布不均匀，则Ra从一个测量位置到另一测量位置可能存在很大变化。在一些示例中，本公开的铸造产品的表面表现出很少的表面缺陷并且提供至多10μm、至多5.0μm、至多3.5μm、至多2.5μm、至多2.0μm或至多1.5μm的Ra值。
本文所述的方法可导致铸造产品的表面处或其附近的表面缺陷较少。缺陷可包括渗出物。渗出物是由于正在凝固的铸造板坯的近表面区域在所述板坯收缩离开冷却表面时再次加热而产生的表面缺陷。渗出物的密度可能取决于合金，其中6xxx合金更容易渗出。根据合金，渗出物的直径可为约50μm或更小。在一些示例中，铸造铝合金的渗出物频率为至多30个渗出物/cm2，如由图像分析所测量的。渗出物高度的范围为约5μm至约100μm。粗糙度可通过3D成像(Keyence)测量缺陷(渗出物)高度来测量。
本文所述的方法可提供大于12m/min、大于14m/min、大于16m/min或大于18m/min的铸造速度。与被限制为高达12m/min的使用常规鼻状尖端件的铸造速度相比，铸造速度可提高高达百分之五十或更高。
根据本公开的铸造产品可提供在表面附近具有更少缺陷和杂质的组成。近表面组成可通过辉光放电光发射光谱(GDOES)进行分析以获得作为深度的函数的元素浓度的量度。近表面组成可通过GDOES来表征，以例如用于期望深度(诸如高达1μm、高达2μm、高达5μm、高达10μm、高达15μm或者高达更大或更小深度)的元素分析。常规的连续铸造产品可包括在具有次表面剥蚀区的连续铸造最终规格产品表面上存在Fe和Mn，这与标准的直接铸造加工产品形成对比。这可能是由于连续铸造产生的含铁和/或锰的表面金属间化合物的存在而造成的。铸造产品的表面附近的组成与参考常规铸造标准相比减少了Fe和Mn。
在一些示例中，近表面组成中包括渗出物的表面缺陷的数量较少，从而降低了铸造表面处的Fe和Mn含量。
说明性方面
如以下所用，对一系列方面(例如，“方面1至4”)或一组未枚举方面(例如，“任一先前或后续方面”)的任何引用应被理解为对那些方面中的每一者的分开引用(例如，“方面1至4”应被理解为“方面1、方面2、方面3或方面4”)。
方面1是一种用于连续铸造金属合金的鼻状尖端件，所述鼻状尖端件包括：第一部分，所述第一部分具有第一表面，所述第一表面平行于第二表面，所述第二表面与所述第一表面相反；第二部分，所述第二部分具有第三表面，所述第三表面指向延伸的第一表面，所述延伸的第一表面与所述第一表面处于共同平面中；以及第三部分，所述第三部分具有弓形表面，所述弓形表面将所述第三表面连接到所述延伸的第一表面。
方面2是如任一先前或后续方面所述的鼻状尖端件，其中所述弓形表面包括曲率点。
方面3是如任一先前或后续方面所述的鼻状尖端件，其中所述曲率点是距所述延伸的第一表面的竖直距离，所述竖直距离被配置为限制使用所述鼻状尖端件铸造的液态金属在所述鼻状尖端件与连续铸造表面之间的最大弯月面高度。
方面4是如任一先前或后续方面所述的鼻状尖端件，其中所述第三部分包括位于所述曲率点与所述延伸的第一表面之间的切口。
方面5是如任一先前或后续方面所述的鼻状尖端件，其中所述第三部分包括湍流生成机构。
方面6是如任一先前或后续方面所述的鼻状尖端件，其中所述湍流生成机构是选自以下中的至少一者：多个洼坑、多个肋部、多个墩部或者大于所述第一表面、所述第二表面或所述延伸的第一表面的表面粗糙度的表面粗糙度。
方面7是如任一先前或后续方面所述的鼻状尖端件，其中所述鼻状尖端件包括耐火材料。
方面8是一种连续铸造金属合金的方法，所述方法包括：提供弓形鼻状尖端件，所述弓形鼻状尖端件包括：第一部分，所述第一部分具有第一表面，所述第一表面平行于第二表面，所述第二表面与所述第一表面相反；第二部分，所述第二部分具有第三表面，所述第三表面指向延伸的第一表面，所述延伸的第一表面与所述第一表面处于共同平面中；以及第三部分，所述第三部分具有弓形表面，所述弓形表面将所述第三表面连接到所述延伸的第一表面；以及使液态金属流动通过所述弓形鼻状尖端件到达铸造腔以形成铸造产品。
方面9是如任一先前或后续方面所述的方法，其中流动通过所述弓形鼻状尖端件的所述液态金属的弯月面长度至多等于从曲率点到部分限定所述铸造腔的铸造表面的距离。
方面10是如任一先前或后续方面所述的方法，其中所述弯月面长度为0.5mm至2.0mm。
方面11是如任一先前或后续方面所述的方法，其中所述弓形鼻状尖端件的所述第三部分还包括湍流生成机构。
方面12是如任一先前或后续方面所述的方法，其中所述湍流生成机构是选自以下中的至少一者：表面粗糙度、多个洼坑、多个肋部、多个墩部以及它们的组合。
方面13是如任一先前或后续方面所述的方法，所述方法还包括：使用磁振荡技术在所述弓形表面处的所述液态金属中生成湍流。
方面14是如任一先前或后续方面所述的方法，其中所述鼻状尖端件是耐火材料。
方面15是如任一先前或后续方面所述的方法，其中所述铸造产品的表面粗糙度为至多10μm。
方面16是如任一先前或后续方面所述的方法，其中所述表面粗糙度是通过3D图像分析来测量。
方面17是如任一先前或后续方面所述的方法，其中所述铸造产品的表面附近的组成与参考常规铸造标准相比在铸造表面处减少了Fe和Mn。
方面18是如任一先前或后续方面所述的方法，其中所述组成通过辉光放电光发射光谱法来表征。
方面19是如任一先前或后续方面所述的方法，其中所述铸造产品具有至多30个渗出物/cm2的渗出物频率。
方面20是如任一先前或后续方面所述的方法，其中所述渗出物频率通过3D图像分析来确定。
方面21是如任一先前方面所述的方法，其中所述方法提供大于12m/min的铸造速度。
方面22是如任一先前方面所述的方法，其中所述弓形鼻状尖端件是如任一先前方面所述的鼻状尖端件。
以上引用的所有专利、出版物和摘要以引用方式全文并入本文。包括所示实施方案的实施方案的前述描述仅出于说明和描述的目的而呈现，并且不旨在是详尽的或限制于所公开的精确形式。对于本领域技术人员来说，本发明的许多修改、变动和用途将是显而易见的。

Claims (20)

1.一种用于连续铸造金属合金的鼻状尖端件，所述鼻状尖端件包括：
第一部分，所述第一部分具有第一表面，所述第一表面平行于第二表面，所述第二表面与所述第一表面相反；
第二部分，所述第二部分具有第三表面，所述第三表面指向延伸的第一表面，所述延伸的第一表面与所述第一表面处于共同平面中；以及
第三部分，所述第三部分具有弓形表面，所述弓形表面将所述第三表面连接到所述延伸的第一表面。
2.如权利要求1所述的鼻状尖端件，其中所述弓形表面包括曲率点。
3.如权利要求2所述的鼻状尖端件，其中所述曲率点是距所述延伸的第一表面的竖直距离，所述竖直距离被配置为限制使用所述鼻状尖端件铸造的液态金属在所述鼻状尖端件与连续铸造表面之间的最大弯月面高度。
4.如权利要求2所述的鼻状尖端件，其中所述第三部分包括位于所述曲率点与所述延伸的第一表面之间的切口。
5.如权利要求1所述的鼻状尖端件，其中所述第三部分包括湍流生成机构。
6.如权利要求5所述的鼻状尖端件，其中所述湍流生成机构是选自以下中的至少一者：多个洼坑、多个肋部、多个墩部或者大于所述第一表面、所述第二表面或所述延伸的第一表面的表面粗糙度的表面粗糙度。
7.如权利要求1所述的鼻状尖端件，其中所述鼻状尖端件包括耐火材料。
8.一种连续铸造金属合金的方法，所述方法包括：
提供弓形鼻状尖端件，所述弓形鼻状尖端件包括：
第一部分，所述第一部分具有第一表面，所述第一表面平行于第二表面，所述第二表面与所述第一表面相反；
第二部分，所述第二部分具有第三表面，所述第三表面指向延伸的第一表面，所述延伸的第一表面与所述第一表面处于共同平面中；以及
第三部分，所述第三部分具有弓形表面，所述弓形表面将所述第三表面连接到所述延伸的第一表面；以及
使液态金属流动通过所述弓形鼻状尖端件到达铸造腔以形成铸造产品。
9.如权利要求8所述的方法，其中流动通过所述弓形鼻状尖端件的所述液态金属的弯月面长度至多等于从曲率点到部分限定所述铸造腔的铸造表面的距离。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述弯月面长度为0.5mm至2.0mm。
11.如权利要求8所述的方法，其中所述弓形鼻状尖端件的所述第三部分还包括湍流生成机构。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述湍流生成机构是选自以下中的至少一者：表面粗糙度、多个洼坑、多个肋部、多个墩部以及它们的组合。
13.如权利要求8所述的方法，所述方法还包括：使用磁振荡技术在所述弓形表面处的所述液态金属中生成湍流。
14.如权利要求8所述的方法，其中所述鼻状尖端件是耐火材料。
15.如权利要求8所述的方法，其中所述铸造产品的表面粗糙度为至多10μm。
16.如权利要求8所述的方法，其中所述铸造产品的表面附近的组成与参考常规铸造标准相比在铸造表面处减少了Fe和Mn。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述组成通过辉光放电光发射光谱法来表征。
18.如权利要求8所述的方法，其中所述铸造产品的渗出物频率为至多30个渗出物/cm2。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述渗出物频率通过3D图像分析来确定。
20.如权利要求8所述的方法，其中所述方法提供大于12m/min的铸造速度。
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