CN1905967A - 铸造喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种固定在存储铝合金或镁合金的熔融金属的熔融金属容器上并将熔融金属送到可移动铸模中以进行连续铸造的铸造用喷嘴。喷嘴的顶端由具有0.2W/mK或更高导热率的高导热材料或具有5000MPa或更大弹性模量的高弹性材料所形成。因为喷嘴的顶端由高导热材料形成，所以降低了熔融金属固化的不均匀性，进而提高了熔融金属的表面特性。通过由具有良好弹性的高弹性材料形成喷嘴顶端并减少喷嘴外周边顶端与可移动铸模之间的间隙，实现了具有良好表面质量的铸造材料。

Description

铸造喷嘴
技术领域
本发明涉及一种适用于连续铸造铝合金或镁合金的铸造喷嘴(castingnozzle)，并涉及一种使用上述铸造喷嘴生产铸造合金的铸造方法。本发明还涉及由上述铸造方法制造的铸造合金。特别地，本发明涉及一种最适于制造具有良好表面特性的铸造合金的铸造喷嘴。
背景技术
在以往公知的连续铸造方法中，熔融金属被连续地送入到由辊、带等制成的可移动铸模中，并通过在可移动铸模中进行冷却来固化熔融金属以连续生产铸造合金。通过喷嘴为可移动铸模提供熔化金属。例如，在专利文献1-3中就描述了这样的喷嘴。专利文献1和2中所描述的喷嘴在接触可移动铸模的铸造喷嘴顶端处配有包含陶瓷纤维的毡垫。在专利文献3中，描述了钒土-石墨材料制成的喷嘴。
专利文献1：日本未决专利申请No.S63-101053
专利文献2：日本专利申请公报：No.H5-318040
专利文献3：日本专利申请公报：No.H11-5146
发明内容
本发明要解决的问题。
形成用于连续铸造的铸造喷嘴所用的材料为陶瓷，诸如硅石(氧化硅(SiO2))和钒土(氧化铝(Al2O3))，它们具有良好的耐热性和热保持性等。可是，利用包含上述陶瓷材料的喷嘴，很难进一步提高所要制造的铸造合金的表面质量。特别地，近来对镁合金产品的质量水平的要求，随着使用镁合金的应用领域的扩展，以及对提高产品外观质量以及减轻重量并增加抗辐射性的要求而变得越来越高。可是，利用上述的常规喷嘴，特别是对于产品外观的质量，很难充分满足上述要求。
因此，本发明的主要目的是提供一种最适于产生具有优良表面特性的铸造合金的铸造喷嘴。此外，本发明的另一目的是提供一种使用铸造喷嘴制造铸造合金的制造方法，以及提供由该制造方法制造的铸造合金。
用于解决上述待解决问题的手段
根据本发明人的调查结果，发现表面质量下降的原因是因为在铸造过程中材料在宽度方向上固化均匀性不足以及在喷嘴的外周边顶端与可移动铸模之间存在大的空隙。基于这些认识，本发明旨在通过规定喷嘴顶端的材料来提高表面质量。
更特别地，为了在材料宽度方向上均匀地实行熔融合金液体的固化，建议使用导热率良好的材料。也就是说，本发明的一个实施例是一种铸造喷嘴，其固定在用于存储熔融的铝合金液体或镁合金液体的中间包上并将熔融合金液体从中间包提供给可移动铸模以进行连续铸造。设置在可移动铸模一侧的喷嘴顶端具有高导热层，所述导热层由具有等于或大于0.2W/mK导热率的材料制成。
利用由耐热的陶瓷材料制成的喷嘴，根据承受连续铸造的金属的成份，熔融合金液体的温度在置于可移动铸模一侧上的喷嘴顶端的截面宽度方向上变化，并相应地改变了材料截面宽度方向上的固化，这种固化偶尔会导致纵向的裂缝。因此，获得的铸造合金必须经历诸如机加工的表面处理。所以，在铸造喷嘴由陶瓷材料制成的情况下，需要将金属成份的狭窄范围拓宽，以便能够实现铸造合金的优良表面质量。
相反，利用至少其中作为浇铸点的喷嘴顶端由具有良好导热性的材料所制成的铸造喷嘴，能够在喷嘴的截面宽度方向上均匀地实现对熔融合金液体的热传导。因此，因为由于喷嘴截面宽度方向温度变化较小而能够实现均匀固化，所以从喷嘴顶端提供给可移动铸模的熔融合金液体可形成铸造合金，其中减少了纵向裂缝的发生并且铸造合金具有良好的表面质量。因此，本发明规定在喷嘴顶端处设置高导热层。
同样，本发明意在使用强度和弹性形变较好的材料，以便减小可移动铸模和喷嘴的外周边顶端之间的间隙。也就是说，本发明的一个方面是一种铸造喷嘴，其固定在用于存储熔化了的铝合金或镁合金的熔融液体的中间包上，并将熔融合金液体从中间包提供到可移动铸模中以进行连续铸造。根据本发明的一个实施例，铸造喷嘴在设置于可移动铸模一侧上的顶端处具有高强度弹性层，所述弹性层由具有5000MPa或更大的弹性模量以及10MPa或更大的拉伸强度的材料制成。
如果以喷嘴的外周边顶端接触可移动铸模的方式设置专利文献1和2中描述的由陶瓷纤维制成的喷嘴，则在一些情况中，尽管喷嘴耐热性好，但由于喷嘴的强度相对较低，在铸造过程中喷嘴会发生磨损，并在顶端和可移动铸模之间产生缝隙，并由此使得熔融合金液体从缝隙泄漏：即偶尔会发生俗称的熔融液体泄漏。因此，在铸造之前，进行使可移动铸模和喷嘴的外周边顶端之间的空隙尽可能变得最窄的设置。可是，为了防止熔融液体泄漏，期望在铸造之前进行这样的设置，使得喷嘴的外周边顶端尽可能地与可移动铸模相接触。
此外，在专利文献1和2所述的技术中，利用包含一个辊的可移动铸模。在上述单辊类型的可移动铸模中，不存在铸造过程中辊的位置由于辊受到被铸造材料的力而发生变化的情况。因此，很少发生在铸造之前确定的可移动铸模和喷嘴外周边顶端之间空隙在铸造过程中发生变化的情况。另一方面，在包含一对辊的可移动铸模中，即使在铸造之前进行调节使得辊之间的间隙，尤其是两个辊最接近时的间隙(即最小间隙)保持恒定，也会存在辊之间的间隙由于固化的材料在铸造过程中承受辊之间拉伸时的反作用力而张开的情况。因此，即使在铸造之前设置喷嘴使得可移动铸模和喷嘴外周边顶端之间的空隙变得尽可能的小，但因为辊之间的间隙会由于上述反作用力而张开，故所述间隙在铸造过程中会变大。更特别地，在一些情况中间隙变为0.8mm或更大，进而引起熔融液体的泄漏。
考虑到上述情况，特别是以往使用包含一对辊的可移动铸模的情况，试图通过将铸造速度增至给定速度或更快，或通过调节熔融合金液体流速，使得弯液面(区域内形成的熔融合金液体表面，所述区域对应从喷嘴顶端流出的熔融合金液体首先接触可移动铸模的部分)变得更大，防止熔融液体通过可移动铸模和喷嘴外周边顶端之间的空隙泄漏。可是，因为增加了铸造速度，很容易产生纵向裂缝，或者由于增大的弯液面使得波痕的大小倾向于变得更大，这些将会引起表面质量的下降。
相反，至少其中用作浇铸点的喷嘴顶端由具有良好强度的材料所制成的喷嘴，即使是以这样的方式设置喷嘴，使得喷嘴顶端在铸造之前接触可移动铸模的方式设置喷嘴，在铸造过程中也不易磨损。并且，至少其中用作浇铸点的喷嘴顶端由具有良好弹性形变的材料所制成的喷嘴可以以在铸造之前将喷嘴顶端压在可移动铸模上的方式设置。此外，即使可移动铸模移动而使得辊之间的间隙扩大等，喷嘴也能跟随上述移动，进而长时间地维持铸造前的设置条件。因此，可以在铸造之前，以可移动铸模和喷嘴外周边顶端之间的空隙尽可能最小的方式，设置由具有高强度和良好弹性形变的材料所制成的喷嘴，并且特别是喷嘴可以设置成接触可移动铸模。也就是说，能够基本消除喷嘴外周边缘顶端和可移动铸模之间的空隙。
此外，甚至在可移动铸模包含一对辊的情况中，也能够借助弹性形变在一定程度上跟随辊的移动，并因此喷嘴的外周边顶端与可移动铸模之间的空隙在铸造过程中不会轻易扩大。因此，即使铸造速度比以前的慢，或将弯液面形成得更小，也能在减小铸造速度和弯液面的同时防止熔融液体泄漏。因此，可以通过抑制纵向裂缝的产生以及波痕的扩大，获得具有良好表面质量的铸造合金，进而减小表面质量的下降。因此，本发明规定了在喷嘴顶端处设置高强度弹性层。
以下，详细描述本发明。
将具有良好导热性材料的导热率设定为等于或大于0.2W/mK，以便将熔融合金液体在喷嘴的截面宽度方向上的温度变化抑制为较小的量。对于小于0.2W/mK的导热率，仅在喷嘴的截面宽度方向上均匀地存在小的导热效应。更特别地，导热率为5W/mK或更大。特别地，设置在可移动铸模一侧上的喷嘴顶端至少配有由上述具有良好导热性的材料所制成的高导热层，以便在熔融合金液体接触可移动铸模时能够抑制熔融合金液体在截面宽度方向上的温度变化。特别地，优选地在接触熔融合金液体的内圆周上设置高导热层。整个喷嘴可由具有良好导热性的材料制成。具有上述良好导热性材料的实例包括碳系材料，诸如碳、或碳-碳复合材料(C/C复合材料：由用作基质的碳以及用作增强材料的碳纤维制成的合成材料)，以及金属材料，诸如铁、镍、钛、钨、钼以及包含质量占50％或更多的这些金属的合金。例如包含铁的合金可以是钢、不锈钢等。此外，包含上述材料的高导热层具有上述热特性，即使该高导热层是小于3.0mm的薄层。实际上，适合的厚度等于或大于0.1mm。
在此，当使用金属材料时，导热性就可理解为导电性。也就是说，取代于具有良好导热性的材料，也可以使用具有良好导电率的材料。在这种情况中，根据国际退火铜标准(IACS)，适合的导电率为5％或更多。特别地，10％的IACS或更多是适合的。具有上述良好导电率的金属材料的实例包括铁、镍、钛、钨、钼和包含质量占50％或更多的上述金属的合金。
将强度和弹性较好的材料设计成即使其接触可移动铸模也具有足以防止磨损的强度，并具有10MPa或更大的拉伸强度以及5000MPa或更大的弹性模量，使其能够具有足以能够与可移动铸模紧密接触并跟随可移动铸模移动的形变。至少设置在可移动铸模一侧的喷嘴配有由具有上述良好弹性和高强度的材料所制成的高强度弹性层。整个喷嘴可由上述具有高强度和高弹性的材料所形成。进而，由于喷嘴具有良好的弹性，所以能够在铸造之前将喷嘴设置成使喷嘴压靠可移动铸模的状态，进而使其在形变范围内发生形变，从而使其与可移动铸模紧密接触。同样，由于喷嘴的弹性比较优良，所以其在铸造过程中能够跟随可移动铸模的移动：例如，当可移动铸模包括一对辊时，铸模能够随着辊之间的间隙扩大，跟随上述移动。因此，在不对喷嘴添加力，例如外部压力以维持喷嘴外周边顶端和可移动铸模之间小的间隙的情况下，能够长时间地维持窄的间隙。更特别地，上述间隙可维持在0.8mm或更少。
此外，如上所述，即使在铸造之前将喷嘴设置成与可移动铸模紧密接触，但由于其良好的强度喷嘴不会轻易磨损，并因此能长时间保持喷嘴外周边顶端和可移动铸模之间小的空隙。此外，因为喷嘴的良好强度，所以能够实现喷嘴的小型化及其厚度的减小。更特别地，喷嘴顶端的厚度可被设计成小于3.0mm。通过将喷嘴顶端形成为上述厚度，在喷嘴的外周边缘顶端接触可移动铸模时，能够减小喷嘴顶端、喷嘴内周边缘顶端的延长部分以及可移动铸模所围绕的区域。因此，能够使得在熔融合金液体被提供至可移动铸模时所形成的弯液面较小。所以能够限制波痕的扩大。喷嘴顶端的厚度越薄，通过减少上述区域能够将弯液面形成得更小，从实际应用来看，适合的厚度大约为0.5-2.0mm。
在拉伸强度小于10MPa的情况下，当以喷嘴顶端与可移动铸模紧密接触的方式设置喷嘴时，喷嘴由于其弱的强度而易受磨损，并很难减少喷嘴的尺寸或缩减其厚度。另外，如果弹性模量小于5000MPa，即使以喷嘴顶端压在可移动铸模上的方式设置喷嘴顶端，也很难实现弹性形变，并且很难使其与可移动铸模紧密接触并在铸造过程中跟随可移动铸模的移动。更优选地，拉伸强度等于或大于20MPa，而弹性模量等于或大于7000MPa。
具有上述良好强度和弹性的材料的实例包括碳系材料，如碳、C/C复合物等，以及金属材料，如铁、镍、钛、钨、钼和包含质量占50％或更多的上述材料的合金，如不锈钢。如果至少喷嘴顶端由上述材料制成，则能够使熔融合金液体在喷嘴的截面宽度方向上具有均匀的温度并维持喷嘴外周边顶端与可移动铸模之间的狭小空隙。因此，能够稳定地获得具有良好表面质量的铸造合金。这些材料中包含的氧密度低于诸如氧化铝和氧化硅的氧化材料。由此，特别地，当通过连续铸造形成镁合金时，能够减少镁与氧结合而引起的表面质量下降。因为镁是非常活跃的金属，所以作为熔融合金液体中主要成份的镁偶尔也会与上述氧化材料中的氧结合并在铸造过程中还原材料。在此情况中，因为喷嘴中的氧被镁剥夺了，所以可能损坏喷嘴，进而降低了熔融合金液体的热保持特性，而这将会导致材料截面宽度方向上的固化不规则。此外，通过与氧结合形成的氧化镁，因为氧化镁不再溶解，所以在其混入熔融合金液体时会引起不规则的固化。上述不规则的固化降低了铸造合金的表面质量。可是，通过利用包含上述少量氧的材料，能够减少由于镁和氧的结合所引起的表面质量下降。
此外，根据本发明的喷嘴顶端可以具有高密度层，该高密度层由具有0.7g/cm3或更大的容积密度的材料制成。当材料具有0.7g/cm3或更小的容积密度时，导热性变差而且由于高的空隙比而降低了强度，并且喷嘴顶端由于截面宽度方向上的自重而发生变形，进而在喷嘴顶端和可移动铸模之间产生间隙，而这正是熔融液体泄漏的原因。因此，通过提供容积密度超过0.7g/cm3的高密度层的喷嘴顶端，能够提高导热性和强度。更优选地，容积密度等于或大于1.0g/cm3。上述材料的实例包括碳系材料，如碳、C/C复合物等，以及金属材料，如铁、镍、钛、钨、钼和包含质量占50％或更多的上述金属的合金，如不锈钢。也就是说，包含这些材料的层在导热性和弹性形变方面比较优良，并具有高密度和高强度。
本发明的喷嘴具有这样的结构，其中顶端形成为多层结构，该多层结构包括由不同材料构成的多个层，所述材料使用上述具有良好导热性的材料、具有高强度和高弹性的材料以及具有高密度的材料。例如，其可以具有包含碳层和钼层的双层结构。在此情况中，碳层和钼层都起到良好的导热层、高强度层、高弹性层以及高密度层的作用。此外，除包括上述具有各种优良特性材料的层外，喷嘴还可配有包括低导热材料，如陶瓷纤维板的层。例如，喷嘴可在接触熔融合金液体的内周一侧处配有上述由具有低导热性的材料制成的层。通过设置上述高导热层和上述低导热层，能够获得喷嘴截面宽度方向上均匀导热的效果。
当由具有良好导热性的材料所制成的喷嘴顶端接触辊时，熔融合金液体的热量偶尔会通过喷嘴传导至辊，并且熔融合金在熔融合金液体接触辊之前固化。为了减少上述缺点，优选在辊和熔融合金液体之间设置至少一个低导热层，如陶瓷纤维板。
本发明的上述铸造喷嘴适用于诸如铝合金和镁合金的金属的连续铸造。更特别地，喷嘴用作从连续铸造系统的中间包向可移动铸模提供熔融合金液体的部件。连续铸造系统的构成的实例包括用于将金属溶解成熔融合金液体的熔炉，用于临时存储熔炉提供的熔融合金液体的中间包，设置在熔炉和中间包之间的传送槽，以及用于铸造所述中间包提供的熔融合金液体的可移动铸模。本发明的喷嘴可按照喷嘴的一端固定在中间包上，而另一端(顶端)与可移动铸模紧密接触设置的方式进行设置。此外，为了更有效地防止熔融合金液体从喷嘴外周边顶端与可移动铸模之间的空隙泄漏，可在喷嘴顶端附近处设置熔融液体挡板(侧挡板)。
熔炉具有包括例如用于存储熔融合金液体的坩埚以及设置在坩埚外并用于溶解金属的加热装置的结构。优选地，用于维持熔融合金液体温度的加热装置设置在传送槽和喷嘴的外周边上。可移动铸模包括例如(1)代表双辊工艺(双辊方法)的一对辊，(2)代表双带工艺(双带方法)的一对带，或(3)代表轮-带方法(带和轮的方法)的多个辊(轮)和带的组合。
在这些使用辊和带的可移动铸模中，因为能够很容易地维持铸模温度恒定并且连续出现接触熔融合金液体的表面，所以能够很容易地维持铸造合金表面的平滑和平坦条件。特别地，因为以高精度制成上述铸模并且还能很容易地维持铸模表面(接触熔融合金液体的表面)的恒定位置，所以其中按照彼此相反的方向旋转的一对辊设置在相对位置的可移动铸模是优选的，即上述结构(1)是优选的。同样的，因为铸模被构造成使得接触熔融合金液体的表面根据辊的旋转而连续出现，所以能够在曾经用于铸造的表面再次接触熔融合金液体的期间内，施加脱模剂或有效地移除粘结物质，并且还能简化用于实行上述涂覆和移除工作的装备。
本发明中限定的术语“铝合金”，不仅包括含有铝和杂质的纯铝合金，还包括含有铝和合金元素的合金(即，含有铝、合金元素和杂质的合金)。例如，含有合金元素的铝可选自JIS1000系-7000系；也就是说，本发明可用于铸造5000系、6000系等的铝。此外，本发明中限定的镁合金包括含有镁和杂质的纯镁合金以及含有镁和合金元素的合金(含有合金元素、镁和杂质的合金)。本发明可用于含有合金元素，诸如ASTM标准的AZ系、AS系、AM系或ZK系的镁的连续铸造。此外，本发明可用于包含铝合金和碳化物的合成材料、包含铝合金和氧化物的合成材料、包含镁合金和碳化物的合成材料、包含镁合金和氧化物的合成材料的连续铸造。
通过利用本发明的喷嘴进行连续铸造，能够获得几乎是无限长的铸造合金。特别地，利用本发明的喷嘴能够有效地防止熔融液体泄漏并获得表面质量优良的铸造合金。
本发明的有益效果
如上所述，在利用本发明的铸造喷嘴进行连续铸造时，能够获得表面质量优良的铸造合金，特别是因为设置在可移动铸模一侧的喷嘴顶端具有良好的导热性，这减小了截面宽度方向上熔融合金液体的温度偏差，进而能够实现均匀固化。同样，当利用本发明的铸造喷嘴进行连续铸造时，特别是因为设置在可移动铸模一侧的喷嘴顶端具有高强度和良好弹性形变，喷嘴顶端可设置成在铸造之前接触可移动铸模或与其紧密接触，进而减少了喷嘴外周边顶端和可移动铸模之间的空隙。因此，即使可移动铸模在铸造过程中移动，也能够跟随上述移动而将喷嘴外周边缘的顶端和可移动铸模之间的空隙维持得较小。因此，可以防止熔融液体泄漏的发生，并使得铸造速度相对地慢，以防止纵向裂缝的轻易产生；进而通过减少弯液面的尺寸并限制波痕扩大，能够减少表面质量的下降。因此，通过在连续铸造中使用本发明的铸造喷嘴能够获得具有良好表面特性的铸造合金。
附图说明
图1为示出了其中借助熔融合金液体的自重将其提供给可移动铸模的连续铸造系统结构的示意图。
图2A为示出了喷嘴的顶端部分的结构的示意图，其中喷嘴顶端在铸造之前与可移动铸模接触设置。
图2B为示出了喷嘴的顶端部分结构的示意图，其示出了铸造过程中辊已经移动了的状态。
图3A为示出了本发明的铸造喷嘴中顶端部分的局部放大截面图，并且图3A示出了检验实例2中使用的实例。
图3B为示出了本发明的铸造喷嘴中顶端部分的局部放大截面图，并且图3B示出了检验实例3中使用的实例。
图3C为示出了本发明的铸造喷嘴中顶端部分的局部放大截面图，并且图3C示出了检验实例4中使用的实例。
具体实施方式
以下，参照附图解释本发明的优选实施例。在附图的说明中，相同的标记表示相同的元件，并省略重复的说明。附图的尺寸比例不总是对应说明书的比例。
图1为示出了连续铸造系统结构的示意图，在所述系统中借助自重将熔融合金溶液提供给可移动铸模。该设备配有用于熔化金属，如铝合金或镁合金以形成熔融合金液体1的熔炉10，用于临时存储熔炉10供给的熔融合金液体1的中间包12，设置在熔炉10和中间包12之间用以将熔融合金液体1从熔炉10传送到中间包12的传送槽11，用于将熔融合金液体1从中间包12送入到一对辊14之间的空间内的喷嘴13，用于将供给的熔融合金液体1铸造成铸造合金2的一对辊14。
熔炉10配有用于熔化金属并存储熔融合金液体1的坩埚10a，设置在坩埚10a外周用于将熔融液体1维持在恒定温度的加热器10b，以及用于容纳坩埚10a和加热器10b的外壳10c。熔炉还配有测温装置(图中未示出)以及控温单元(图中未示出)，以便借助它们控制熔融合金液体1的温度。另外，坩埚10a配有用于引入气体的管道10d、排出管道10e以及气体控制单元(图中未示出)，以便通过引入包含诸如氩气的惰性气体以及诸如SF6的阻燃气体的气氛空气对气氛进行控制。坩埚10a还配有用于搅动熔融合金液体1的翼片(fin)(图中未示出)。
传送槽11构造成使其一端置于熔融合金液体1中而另一端与中间包12相连，并且加热器11a置于传送槽外周附近，使得熔融合金液体1的温度在传送过程中不会下降。
中间包12配有置于其外周的加热器12a、测温装置(图中未示出)以及控温单元(图中未示出)。加热器12a主要用于在操作开始时加热中间包12，使得从熔炉10传送来的熔融合金液体1的温度高于熔融合金液体1不会固化的温度。在稳定操作期间，通过查看熔炉10传送来的熔融合金液体1的输入温度与中间包12所释放的排放温度之间的平衡，能够适当地使用加热器12a。同样，与坩埚10a一样，中间包12也配有用于引入气体的管道12b、排出管道12c和气体控制单元(图中未示出)，以便利用上述气体控制气氛。此外，中间包12还可构造得与坩埚10a一样，以便借助用于搅动熔融合金液体1的翼片(未示出)进行搅动。
一端固定于中间包12上的喷嘴13，从设置于辊14一侧的位置上的顶端将熔融合金液体1送入到辊14之间的空间内。温度测量装置(图中未示出)设置在喷嘴13的顶端附近，以便控制提供给顶端部分的熔融合金液体1的温度。测温装置以熔融合金液体1的流动不会被阻断的方式设置。中间包12、喷嘴13以及辊14设置成使得辊14之间间隙的中心线20是水平的，以便熔融合金液体1借助熔融合金液体1的自重从喷嘴13的顶端进入辊14之间的空间内，并且将熔融合金液体从中间包12通过顶端水平地送至辊14之间的空间内进而允许在水平方向上形成铸造合金2。喷嘴13的位置被设计得低于中间包12中熔融合金液体1的表面。特别地，设置用于检测中间包12中熔融合金液体1的表面标高的传感器15，以便进行调节而将高度h维持与辊之间间隙的中心线20相距给定标高的位置处。传感器15与控制单元(未示出)相连，以便根据传感器15的结果通过控制阀11b调节熔融合金液体1的流速，进而在熔融合金液体1从喷嘴顶端送入辊14之间的空间时调节其压力。
可移动铸模包括一对辊14。辊14以之间具有间隙的方式设置在彼此相对的位置处，并且辊14构造成使其能够借助驱动机构(未示出)沿着彼此相反的方向旋转(例如一个辊沿着顺时针方向旋转，而另一个辊沿着逆时针方向旋转)。特别地，设置辊14使得辊之间间隙的中心线20为水平的。当每个辊14都旋转时，由于接触辊14的熔融合金液体1的固化，所以从喷嘴顶端送入到辊14之间空间内的熔融合金液体1作为铸造合金2被排出。在该实例中，铸造的方向变成水平方向。
本发明的特征在于具有良好导热性的材料或高强度、高弹性材料用作形成喷嘴13顶端的材料。图2A和2B为示出了喷嘴顶端部分结构的示意图：图2A示出了喷嘴顶端在铸造之前与可移动铸模接触设置的状态，而图2B示出了辊在铸造过程中移动的状态。在图2A和2B中，沿横截面示出了喷嘴。
在该实例中，喷嘴的整个顶端由各向同性的高密度石墨制成，该石墨的导热性、强度和弹性都较好。利用上述喷嘴，能够以喷嘴13的外周边的顶端P1在铸造之前与辊14相接触的方式进行设置，如图2A所示。特别地，在该实例中，由于喷嘴的顶端由具有良好弹性形变能力的材料制成，所以能够将顶端P1设置在其压靠辊14的状态，从而通过将其压在辊14上而使顶端在弹性形变范围内发生形变。通过进行上述设置，减小了辊14和喷嘴13的顶端P1之间的空隙。在该实例中，基本消除了上述空隙。因此，即使在上述设置情况下进行长时间的连续铸造，辊14和喷嘴顶端之间的间隙也能够长时间地维持狭窄，因为顶端的喷嘴具有高强度而不会轻易磨损。同样，因为喷嘴13能够在弹性形变范围内发生形变，所以即使由于在铸造过程中承受辊14之间的拉伸的固化材料所引起的反作用力而使辊14发生从虚线指示的位置到实线指示的位置移动，也能够将顶端和辊14之间的空隙I维持得小，如图2B所示。更特别地，空隙I可被维持在等于或小于0.8mm的间隔范围内。空隙I可被限定为从喷嘴13的顶端P1到交叉点P2的间隔，在所述交叉点处辊14与延伸在从顶端P1朝向辊14中心Cr的方向(即，辊14的半径方向)上的直线相交。
同样，因为喷嘴的顶端P1与辊14之间的空隙如上所述较小，所以能够减少弯液面M的大小。
此外，由于顶端由具有良好导热性的材料制成，所以能够几乎消除熔融合金液体1在喷嘴13顶端的截面宽度方向上的温度变化，并实现从顶端送入到辊14之间空间内的熔融合金液体1的均匀固化。
已经固化的部分根据对铸造速度的调节被可移动铸模挤压，使得固化完成点E可能出现在顶端和通过辊14的中心轴(称作“铸模中心C”)的平面之间的区域(称作“偏移O”)内。通过这种挤压，能够消除或减少固化部分中的空隙。同样，因为在完成固化后辊14施加的拉伸较小，所以在整个铸造过程中几乎不出现或根本不出现由于辊14的拉伸而引起的诸如破裂的缺陷。此外，由于在最后固化后，固化部分仍保持在辊14之间，所以当固化部分置于辊14所限定的封闭区域内时热量能够通过辊而散失。因此，铸造合金2的表面温度在固化部分通过辊14的彼此最接近的周围区域后被排放的时候已经被充分地冷却，使得辊14之间的间隙变得最小(最小间隙G0或G1区域)。因此，不会因为快速氧化等而引起铸造合金的表面质量下降。
以下为对使用喷嘴的连续铸造所产生的铸造合金表面质量的检验进行的描述，所述喷嘴的顶端由具有表格I中所示特性的各种材料所制成，并且该喷嘴安装在图1所示的连续铸造系统中。
表格I
  材料   各向同性石墨   C/C复合物   钼   SUS316   陶瓷纤维板
  容积密度g/cm3   1.8   1.5   10.2   7.9   0.7
  拉伸强度MPa   25.5   90   2000   400   0.3
  弹性模量MPa   9,800   110,000   327,000   200,000   1,500
  导热率(宽度方向)W/mK   120   25   142   16.7   0.13
  厚度mm   0.9   0.5   0.2   0.3   0.5
(检测实例1)
将纯铝用作要被熔化的金属来实行连续铸造。在该实例中，0.9mm厚×100mm宽的石墨单板被用作形成喷嘴顶端的材料，并且喷嘴外周边的顶端具有7mm的大小(图2中所示的W0)。喷嘴顶端的厚度(图2中所示的t0)为0.9mm。辊之间的最小间隙(图2A中所示的G0)为4mmt。因此，喷嘴被固定在中间包上，使得喷嘴的顶端适于辊之间间隙为6mm(图2A中所示的W1)的位置。也就是说，在铸造之前，辊和喷嘴外周边顶端之间的空隙基本为零(0)。在最好的情况下测得的实际空隙等于和小于0.3mm。在这样的条件下，通过铸造750℃的用作熔融合金液体的30kg纯铝，能够制造100mm宽度的铸造合金。
随后，在铸造过程中，辊之间的间隙(图2B)中示出的G1)由于反作用力等被加宽至4.8mmt。同样，由于辊的上述位置移动，改变了喷嘴外周边喷嘴的间隙大小(图2B中示出的W2)。可是，在铸造过程中，喷嘴外周边顶端和辊之间的空隙等于或小于0.3mm，并且喷嘴顶端跟随辊之间间隙的扩大。因此，能够确保没有熔融液体泄漏。同时，在铸造过程中，沿着喷嘴顶端的截面宽度方向测量熔融合金液体的温度。在该实例中，用测温装置测量截面宽度方向上的任选五点的温度。进而，确认温度几乎是均匀的：最小值为742℃，而最高值为743℃。因此，获得的铸造合金具有令人满意的质量，展现出平滑的表面而没有任何的波痕或裂痕。
(检测实例2)
将镁合金(ASTM标准范围内的AZ31合金)用作要被熔化的金属来实行连续铸造。在该实例中，0.5mm厚×150mm宽的C/C复合板、0.5mm厚×150mm宽的陶瓷纤维板以及0.6mm厚×150mm宽的石墨板用作形成喷嘴顶端的材料。如图3A所示，通过将石墨板30置于辊14一侧，C/C复合板32置于与熔融合金液体相接触的一侧并将陶瓷纤维板31夹在其中的层叠方式形成喷嘴的顶端(顶端的厚度：1.6mmt)。喷嘴的外周边的顶端的间隔大小为7mm。辊之间最小的间隙为3.5mmt。因此，喷嘴固定在中间包上，使得喷嘴的顶端置于辊之间间隙为6mm的位置处。也就是说，在铸造之前，辊和喷嘴外周边顶端之间的空隙基本为零。检测得到的实际空隙在最大情况下等于或小于0.1mm。在这些情况中，通过以705℃的温度铸造15kg的AZ31合金熔融液体，可制造300mm宽度的铸造合金。在该检测实例中，在喷嘴顶端的内表面上涂覆用作脱模剂的氮化硼等。
随后，在铸造过程中，由于反作用力等使得辊之间的间隙加宽至4.2mmt。可是，在铸造过程中，喷嘴外周边顶端与辊之间的空隙等于或小于0.3mm，并且喷嘴的顶端跟随辊之间间隙的扩大。因此，可确保没有熔融液体泄漏。同时，在铸造过程中，测量喷嘴顶端截面宽度方向上的熔融合金液体的温度。在该实例中，用测温装置测量截面宽度方向上的任选五点的温度。进而，确认温度几乎是均匀的：最小值为695℃，而最高值为698℃。因此，获得的铸造合金具有令人满意的质量，展现出平滑的表面而没有任何的波痕或裂痕。
(检测实例3)
将镁合金(ASTM标准范围内的AZ91合金)用作要被熔化的金属来实行连续铸造。在该实例中，0.2mm厚×150mm宽的钼板、0.5mm厚×150mm宽的陶瓷纤维板以及0.2mm厚×150mm宽的石墨板用作形成喷嘴顶端的材料。如图3B所示，通过将石墨板40置于辊14一侧，钼板42置于与熔融合金液体相接触的一侧并将陶瓷纤维板41夹在其中的层叠方式形成喷嘴的顶端(顶端的厚度：0.9mmt)。喷嘴的外周边顶端的间隔大小为7mm。辊之间最小的间隙为3.5mmt。因此，喷嘴固定在中间包上使得喷嘴的顶端可以置于辊之间间隙为6mm的位置处。也就是说，在铸造之前，辊和喷嘴外周边顶端之间的空隙基本为零。检测得到的实际空隙在最大情况下等于或小于0.2mm。在这样的条件下，通过以670℃的温度铸造15kg的AZ91合金熔融液体，可制造250mm宽度的铸造合金。
随后，在铸造过程中，由于反作用力等使得辊之间的间隙加宽至4.2mmt。可是，在铸造过程中，喷嘴外周边顶端与辊之间的空隙等于或小于0.3mm，并且喷嘴的顶端跟随辊之间间隙的扩大。因此，可确保没有熔融液体泄漏。同时，在铸造过程中，测量喷嘴顶端截面宽度方向上的熔融合金液体的温度。在该实例中，用测温装置测量截面宽度方向上的任选五点的温度。进而，确认温度几乎是均匀的：最小值为662℃，而最高值为666℃。因此，获得的铸造合金具有令人满意的质量，展现出平滑的表面而没有任何的波痕或裂痕。
(检测实例4)
将铝合金(JIS5183合金)用作要被熔化的金属来实行连续铸造。在该实例中，分别0.3mm厚×40mm宽的SUS316板、0.5mm厚×409mm宽的陶瓷纤维板以及0.5mm厚×409mm宽的石墨板用作形成喷嘴顶端的材料。沿着宽度方向设置SUS316板使得相邻板之间的每个间隔都是1mm，并且如此设置的板的包括间隔的整个宽度被设定为409mm。这些SUS316板总体由陶瓷纤维板覆盖，而石墨板放置在接触辊的一侧上。这样，形成了喷嘴的顶端(顶端的厚度：1.8mmt)。也就是说，如图3(C)所示，石墨板50被设置在辊14一侧，并且覆盖SUS316板的陶瓷纤维板51设置成邻近石墨板50并与熔融合金液体相接触。喷嘴外周边的顶端的间隔大小为8mm。辊之间最小的间隙为3.5mmt。因此，喷嘴固定在中间包上使得喷嘴的顶端置于辊之间间隙为6mm的位置处。也就是说，在铸造之前，辊和喷嘴外周边顶端之间的空隙基本为零。检测得到的实际空隙在最大情况下等于或小于0.3mm。在这样的条件下，通过以720℃的温度铸造100kg的5183铝合金熔融液体，可制造300mm宽度的铸造合金。
随后，在铸造过程中，由于反作用力等使得辊之间的间隙加宽至4.7mmt。可是，在铸造过程中，喷嘴外周边顶端与辊之间的空隙等于或小于0.5mm，并且喷嘴的顶端跟随辊之间间隙的扩大。因此，可确保没有熔融液体泄漏。同时，在铸造过程中，测量喷嘴顶端截面宽度方向上的熔融合金液体的温度。在该实例中，用测温装置测量截面宽度方向上的任选五点的温度。进而，确认温度几乎是均匀的：最小值为705℃，而最高值为709℃。因此，获得的铸造合金具有令人满意的质量，展现出平滑的表面而没有任何的波痕或裂痕。
工业实用性
根据本发明的铸造喷嘴可用作在实行铝合金或镁合金的连续铸造时，将熔融合金液体从中间包送到可移动铸模的部件。同样，本发明用于制造铸造合金的方法最适于获得具有良好表面质量的铸造合金。此外，本发明的制造方法所生产的铸造合金可用作金属轧制等的辅助工作材料。

Claims (14)

1.一种用于将熔融合金液体从中间包提供给可移动铸模以进行连续铸造的铸造喷嘴，所述铸造喷嘴固定在用以存储铝合金或镁合金的熔融液体的中间包上，其中设置在可移动铸模一侧的铸造喷嘴顶端具有由导热率等于或大于0.2W/mK的材料制成的导热层。
2.一种用于将熔融合金液体从中间包提供给可移动铸模以进行连续铸造的铸造喷嘴，所述铸造喷嘴固定在用以存储铝合金或镁合金的熔融液体的中间包上，其中设置在所述可移动铸模一侧的铸造喷嘴顶端具有高强度弹性层，该高强度弹性层由具有5000MPa或更大的弹性模量以及10MPa或更大的拉伸强度的材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的铸造喷嘴，其中，设置在所述可移动铸模一侧的所述铸造喷嘴顶端具有由具有0.7g/cm3或更大容积密度的材料制成的高密度层。
4.根据权利要求1所述的铸造喷嘴，其中，设置在所述可移动铸模一侧的所述铸造喷嘴顶端具有由具有等于或大于10MPa的拉伸强度的材料制成的高强度层。
5.根据权利要求1所述的铸造喷嘴，其中，设置在所述可移动铸模一侧的所述铸造喷嘴顶端具有由具有等于或大于5000MPa的弹性模量的材料制成的高弹性层。
6.根据权利要求2所述的铸造喷嘴，其中，设置在所述可移动铸模一侧的所述铸造喷嘴顶端具有由导热率等于或大于0.2W/mK的材料制成的高导热层。
7.根据权利要求1或2所述的铸造喷嘴，其中，设置在所述可移动铸模一侧的所述铸造喷嘴顶端具有3.0mm或更小的厚度。
8.根据权利要求1所述的铸造喷嘴，其中，高导热层由包括由碳构成的材料的含碳材料制成。
9.根据权利要求1至8中任一所述的铸造喷嘴，其中，设置在所述可移动铸模一侧的所述铸造喷嘴顶端具有包括由多种不同材料制成的多个层的多层结构。
10.一种通过使用权利要求1所述的铸造喷嘴进行连续铸造来制造铝合金或镁合金的铸造合金的方法。
11.一种通过使用权利要求2中所述的铸造喷嘴进行连续铸造来制造铝合金或镁合金的铸造合金的方法。
12.根据权利要求11所述的制造铸造合金的方法，其中，所述可移动铸模和所述铸造喷嘴外周边顶端之间的空隙等于或小于0.8mm。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的制造铸造合金的方法，其中，所述可移动铸模由设置在彼此相对位置处以沿着彼此相反的方向旋转的一对辊构成。
14.一种通过权利要求10至13中任一项所述的制造方法生产的铸造合金。
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