CN85107674A - 连续铸造结晶带材之方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供从铸造容器的出口端(26)将熔融金属直接铸造到运行中的铸造表面(20)，以形成连续结晶金属带材(15)。由出口端(26)流出的熔融金属的表面张力形成带材(15)的上表面、侧边及底面，从而获得表面质量、侧边及结构良好的带材。也提供包括着具有熔融金属接受端(22)及出口端(26)的铸造容器(18)的装置。由该出口端(26)充分展开的均匀的熔融金属流离开U型结构而流到运行中的铸造表面(20)上。并提供直接铸造的带材产品。

Description

本发明涉及将熔融金属直接铸成连续的金属合金之铸造带材的方法和装置。尤其是涉及将熔融金属供入一个敞口的铸造容器中，经铸造容器之出口供到一个运行的铸造表面上，使熔融的金属固化成厚度符合要求的连续的带材。

在一般的金属带材的生产中，为了生产出厚度和质量令人满意的铸造带材，上述方法应包括以下步骤，先将熔融金属铸成锭坯、坯段或板坯之形式，然后包括一次或多次的典型的热轧和冷轧，以及在每一个不同的加工步骤中所进行的酸洗和退火处理。通过取消一般方法中之某些加工步骤，可以降低生产连续的铸造带材之成本，尤其是铸出厚度范围在0.010英寸至0.100英寸（0.0254至0.254厘米）之间的铸造带材。铸出之带材，通常可以用冷轧，酸洗以及热处理的方法，加工成最后厚度为0.002-0.040英寸（0.0508至1.016毫米）。

直接铸造成条的生产方法和装置，已知有好多种。其中典型的方法包括，使熔融金属从一计量的小孔喷射，穿过一道间隙，射至迅速运行的一个淬火表面，例如一个车轮或者是连续的带子;将一个转动的淬火表面部分地浸在熔融金属池中的一些方法;用水平的连接带作为淬火底物，使熔融之金属在其上流动和固化之一些方法;以及用成对的铸辊，而辊间有一个熔融金属池之一些铸造方法。

很久以前，早已试图将从一个小孔将金属直接铸造的方法用于商业上的质量和结构都好的带材的生产。美国专利112，054，在1871年2月21日公布一种使熔融金属穿过一个小孔，并且直达一个转动的铸造表面而制成扁平的低温焊丝之方法。同样地，在1908年12月1日所公布的美国专利905，758号，公开了一种方法从容器较低端之出口，将熔融金属拉至一铸造表面。1910年10月24日，美国专利24，320号公布将熔融金属制成片状或带状之方法，其方法是使熔融的金属流经一个管槽，使其至少有一边与运行中的铸造表面接触。比较近的有代表性的系统是在1970年8月4日的颁布的美国专利第3，522，836一特大号，公布维持一个凸弯月面的一种方法，可将材料从一管口投射，并移动一个表面，使其越过该喷管之小孔出口，将材料不断地拉出并固化成一种连续的产品。在出口处之熔融材料，维持在静态平衡，并且由于重力的影响，连续地保持与运行的表面接触。美国专利第4，221，257号一纳拉西姆汉，公布于1980年9月9日，叙述了在压力下，使熔融之金属穿过一个开缝的喷管，流到一个运行中之淬火物体之表面。

小孔式铸造系统通常限制薄板材料之铸造厚度，通常规定约小于0.010吋（0.0254cm）。看来该系统似乎是受到尺寸的限制，由于淬火表面的运行，使材料受到限制，应使材料可从喷孔传送运走，并能固化。该系统相当于一个熔融金属泵，将过量的处于熔融状态的熔融金属自孔隙传送至淬火表面，并提供比其所能提取之热量，形成一种适用的带材。通过降低金属的传送速率和/或通过提高淬火表面之运行速度，可以克服上述情况，然而会降低尺寸之规格。

使用小孔式铸造系统时，如果试图用高速来制造结晶带材，则通常会使质量更差。因为当熔融金属喷射在高速运行的淬火表面或者是宽宽地流满于水平带上时，其局部仍处于熔融状态的时候，已迅速地离开了供源。这种情况是造成品质降低的原因，因为当此带材从淬火表面之一边迅速固化时，会发生皱缩，只能用新鲜供应的熔融金属来调节。缺乏上述新鲜供应的熔融金属，裂缝迅速在带材之结构内部扩大，并且大大地降低其物理性能。为了克服用小孔式铸造法所出现的问题，如1981年6月23日所公布的美国专利第4，274，473号以及1981年9月22日所公布的美国专利第4，290，476号都曾努力去改进喷嘴之几何图形。这种小孔式铸造的缺点是该小孔在回流管中之液压调节，节流出相当量的熔融金属，事实上，因此确定了带材的尺寸规格。此外，为了将足够之熔融金属供至小孔处所用的压头较高，同时，铸轮对于围堵熔融金属之投射距离相对地比较小，同样限制了带材之厚度。

较厚的带材可以用一个简单的淬火表面来生产，例如将一个缓慢转动的淬火轮浸进一种固定供应之熔融金属中，使用固化成厚得多的带材。熔融金属在此轮表面上固化，并且按可预料的速度继续加厚，直到其从熔融金属池中露出或离开浴池表面为止。新鲜供应的熔融金属可避免一般的因铸层有限的固化而引起的裂纹，例如在孔式铸造中出现的裂纹。另外，熔融池和固化面之间的极合理之温度梯度，同样直接使内部结构更加均匀，使上表面之质量优良。该浸渍系统的缺点是，难于阻止稍微浸渍的淬火轮边缘的熔融金属的固化，同时有铸成一种槽式结构的倾向。此外，当其进入熔融池时，增加了确保固化中之带材与淬火轮表面之均匀接触的困难，并且使带材之铸边表面的质量差。上述困难造成带材在尺寸方面的许多局限，在那里生成厚度较薄的带材时，会使接触的紧密程度降低或失去。

曾经建议用别的直接铸造的方法，但尚未发展成商业上的方法。例如，将熔融的金属注在运行中的铸轮的顶部，制成尺度不均匀的带材，缺乏棱边，质量不合格。1911年5月30日，美国专利第993，904号公布一种装置，该装置包括一个带自流式出口之熔融金属的主要容器，开口通往另一个盘式的容器之低部，而盘式容器位于其中之熔融金属水平面之下面。熔融金属以溢流之方式通过并离开第二个容器，将熔融金属输至铸轮上。1968年5月7日发表的美国专利第3，381，739号，公开了利用流动的液体来构成片状或带状材料的方法，该流体围绕一个被弄湿的表面，并跨越此距离流至运行的铸面，并在此铸面上固化。

所需要的是，在商业生产中可直接铸成带材的一种有用的方法，使所铸成的带材之表面质量与一般方法制得的带材不相上下或者是比较好。直接浇注的方法和装置应生产出此小孔式铸造以及其他已知的直接铸造的方法，包括浸铸系统，水平连续带淬火系统和双铸造辊等所铸成的带材优良的带材。目的是利用本方法和装置来克服已知的直接浇铸方法中的缺点。另外，需要一种方法和装置，使直接浇铸成的带材厚度，相对地由大于0.010英寸（0.0254cm）提高到大约为0.100英寸（0.254cm）或更厚。为了改进带材的结构和表面质量，希望将造成直接铸成的带材皱缩和裂缝的因素或至最小或消除。除此之外，希能有一种适合于商业上制造带材之方法和装置，可以降低经费，同时可简化新合金的生产。这种直接铸成的带材，具有良好的表面质量，边缘和结构，同时其性能至少与一般的带材一样好。

按照本发明，提供一种方法，可直接将熔融的金属铸成连续的结晶带材。此方法包括，将熔融的金属供入一个具一个接受端和一个出口端的铸造容器中，出口端靠近铸造表面，并具有与铸造面平行的边缘，该铸造表面通常向上移动，越过出口端。熔融金属是从接受端输至出口端，使提供一池充分均匀流动的熔融金属，而且在出口端中，其上表面可自由移动。熔融金属从出口端流到铸造表面，要横过铸造容器之出口端之宽度，使充分均匀流动的熔融金属出现在铸造表面上。流动金属之表面张力构成铸造带材之整个表面。熔融金属池自由面上的表面张力构成铸造带材之顶面，而熔融金属离开出口端的侧边之表面张力构成带材之边缘。熔融金属离开出口端的底部之表面张力使出口端底部之内表面和铸面之间维持一个弯目面，构成带材之底面。为了维持表面张力，应控制熔融金属在出口端的高度以及此容器与铸造表面之间的距离。将铸出之带材从铸造表面上移走。

有一种装置，同样可将熔融金属直接铸成连续的结晶带材，其组成包括一个可移动的铸造表面，一个铸造容器以及一些将熔融的金属供到铸造容器中的方法。此铸造容器有一个接受端，一个出口端，该出口端在靠近铸造表面附近，通常有一个U-型的结构，而且有边缘，大体上与铸造表面平行，而且其中间的截面便于使充分均匀流动的熔融金属从接受端流向出口端。出口端之U型结构，有一个底壁，其内部的侧壁表面向上扩张，使内表面之间的宽度与欲铸之带材之宽度大体相同。出口端，沿着底壁之内表面之间有一个固定的宽度而且在一一定长度上有一个均匀的横截面积，足以从此出口端提供一种充分均匀流动的熔融金属。铸造表面是可移动的，通常可向上移动，使其超过铸造容器出口端之距离在0.005至0.060吋（0.013至0.152cm）之间，从此以每分钟20至500呎（即6.1-15.4米/分）之速度铸造。

本发明同样提供一种按照本发明之方法所制成的带材。

本发明将参照附图，给以更详细的叙述，其中：一

图1为本发明之带材铸造装置示意图，

图2是本发明之装置之铸造容器之正视断面图，

图2a是图2之正视详图，

图2b是图2之另一个正视详图，

图3是图2中之铸造容器之上视图，

图3a是图3中之铸造容器之侧视图，

图4是本发明的装置中，所推荐的具体的铸造容器之正视断面图，

图5是图4中所推荐的，具体的铸造容器之上视图，

图6是本发明之装置中，所推荐的，具体的铸造容器之出口端之放大的正视图，

图7是本发明所铸成的标准的304型合金带材的显微照相，而

图8是一般的热轧带材所制成的标准的304型合金的显微照相。

图1概话地说明铸造装置10包括传送容器12和供料的耐火材料槽14，将熔融的金属供到铸造容器18，然后由容器18直接将熔融金属铸到铸造表面20之上，制成连续的带状或片状的产品15。将熔融金属19从容器12供到耐火材料槽14，再送到铸造容器18，采用一般的普通的方法。止杆16或其他适用的工具可控制熔融金属流向铸造容器18，例如通过喂料口17。所示之铸造容器18，基本上是水平的，有一个接受端和一个与铸造表面20位置接近的出口端。

由铸造容器18供应的熔融金属的供应，可采用任一种适合的一般的方法和一些容器装置来完成，例如，一些耐火材料槽或熔融金属泵。容器12和供料的耐火材料槽14可以根据已知的设计，而且应适于将适量的熔融金属供到铸造容器18中，使带材在铸造表面形成。

铸造表面20也可以是一般的，而且可采用一种连续的带子的形式或者是一个铸造轮。使用铸造轮较好。铸造表面的结构不能出现批评本发明的现象，尽管某些表面比其他的表面可提供更好的结果。本发明之方法和装置，曾经用过用铜、碳钢和不锈钢制的铸造表面。重要的是，该铸造表面可按控制的速度移动而超过铸造容器，而且，可提供满意的淬火率，可抽取足够的热量，使熔融金属固化成带状。铸造表面20可超过铸造容器18而移动，其移动速度的范围为20呎/分至500呎/分（6.1米/分至152.4米/分），较好是50-300呎/分（FPM）（15.24-91.44米/分），此速度适合于商业上的晶质材料的生产。为了为熔融金属之淬火创造条件，可从熔融金属抽取热量，使熔融金属固化成结晶带材，应将铸造表面20充分冷却。装置10之铸造表面20所提供的淬火率小于10，000℃/秒而较好的标准是小于2000℃/秒。

对于铸造表面和铸造容器有两个重要的要求，即，铸造表面的运动方向，一般是向上超过容器18之出口端，而容器18之出口端26的熔融金属池中有一个自由的表面。出口端之熔融金属池中的自由的表面，对于改进带材之质量，使其有良好的上表面是很重要的。“自由”的意思即是说上表面不受结构之限制，即不与容器之结构接触，同时可自由寻找它自己的，在接受部分22和出口端26之间的水平面。一般来讲，其轨迹的方向是金属流动的方向与水平面成θ角（图2a）之方位，角θ约为0°至135°，这是根据出口端之熔融金属自由表面之金属的流动方向与铸造容器18之出口端的自由表面之运动方向之间的方位而测定的。对于一个铸造轮，铸造表面之轨迹是与容器18之出口端中的自由表面相切。与水平线成0°或45°的角较好。使用铸造轮时，建议使容器位于靠近铸轮上部的四分之一园周的位置，当熔融金属之自由表面接近铸造轮之顶冠时，此角约为0°。

铸造容器18对本发明之方法及装置10是很重要的，更好地用图2，容器18之正视图来解释。铸造容器18被配置在铸造表面20之附近，基本上是水平的，而且是用如下所述之热绝缘和耐火材料所构成的。为了将所需要的均匀的而且完全改进了流动的熔融金属供到铸造表面20上，这种布置是很必要的。容器18包括在后部的一个接受端22以及一个出口端26。建议，接受端22和出口端26有基本上相同的横截面积或者是出口端26之横截面积比与金属自接受端22流向出口端26的流动方向垂直的横截面积大。参照图示，接受端22是比出口端26深，便于接受熔融金属19，例如从喂料口17接受熔融金属，以及为了提高熔融金属流向出口端26之速度。

容器18之出口端26，通常有一个由底壁部分28和侧壁30所表示的U型结构，如图3所示。侧壁30可以有垂直的内表面31，但建议，为了使金属便于流动U型结构之侧壁30之内表面31应向上扩张。此小小的坡度，有助于改进金属自出口端的流动，但如果坡度太大则可能会失去表面张力的控制，而使熔融金属溢洗。规定每边的坡度小于10°，而1°-5°较好。

出口端26包括通常内部为平面的底壁28，其长度足以使熔融金属可充分均匀地从出口端流动。建议，按照金属流动的方向所测得的平面壁部分的长度应至少等于将容在出口端26中的熔融金属池的深度。最好是长度与深度之比率至少为1∶1或更大。建议，出口端26，在内表面为平面之底壁28的整个长度中，应有固定的或均匀的宽度和高度，从而在出口端26可限定一个均匀的横截面积。根据沿着熔融金属池之自由表面所测得的侧壁30之内表面31之间的距离，作为出口端之宽度，此宽度大体上与欲铸之带材的宽度相同。建议，将出口端26置在靠近铸造表面20的位置，使侧壁30和底壁28所形成的U型结构之未端或边缘大体上与铸造表面平行。

为了减少接受部分22和出口端26之间之不稳流动，应在接受端22和出口端26之间设置一个中间的部分24，使在出口端26有一个充分均匀的流动。建议，中间部分24，在其从接受部分22至出口端26之整个长度上保持充分均匀的横截面积。图3所示之中间部分24，其宽度从接受端22往出口端26逐渐增大，而如图2所示，其深度逐渐减小，使其整个长度上的横截面积充分地保持均匀中间部分24可规定用一个倾斜的底壁32，使容器18之深度从接受端22往出口端26逐渐减小。同样地为了从较窄的接受端22往较宽的出口端26，备置一个逐渐增加的宽度，中间部分24中可至少有一个侧壁34向外展开。图3是铸造容器18之上视图，说明中间部分24之侧壁34之加宽。

图2还说明在铸造容器18中可使用溢流堰或溢流板36，例如设在中间部分24中或靠近24之汇入出口端26中，进一步提高流动的均匀性。溢流板36应用耐火的或耐热的材料制造，还应对熔融金属有抗蚀性。用稀的胶态硅石的悬浮液处理过的Kaowool耐火材料板，已经证明是令人满意的。溢流堰36可延长至横过铸造容器18之整个宽度或者是一部分宽度。如图2所示，建议，在铸造容器18之接受端22中的熔融金属的水平面大致与在出口端26之熔融金属的水平面相同。为了便于提高充分形成流动的均匀性，并限制熔融金属表面上的氧化物和熔渣的流动，溢流堰36是很有用的，可起阻碍或缓冲的作用。

图2a和2b说明，利用流动的熔融金属之表面张力构成所铸之带材表面。图2a是靠近铸造表面20之出口端26之一部分详细的正视断面图。熔融金属从出口端26流动时，U型结构之底壁28之内表面和铸造表面之间形成并维持一个弯月面35。构成弯月面35之表面张力，构成所铸带材之底面。当熔融金属形成带材时，出口端26中之熔融金属池之自由表面的表面张力，在U型结构之熔融金属之顶部形成一个曲线部分39。

图2b表示从出口端26下面所看到的在靠近铸造表面20之出口端26与铸造表面20之间的正在固化的金属19。熔融金属19之表面张力，使出口端26在底壁28附近的侧壁30之内表面31与铸造表面20之间形成一个凸形的弯月面37。

铸造容器18的较好体现，分别用正视图图4和上视图图5来表示。如图所示，容器18有一个外部的金属支架38，耐火绝缘体40以及表示铸造器18之内表面的衬里42，铸造期间，该衬里与熔融金属接触。容器18应用耐火材料做成，应该是热绝缘的，并且能防止熔融金属的腐蚀。铸造容器可安全地支在某些适用的台上，或者意味着将铸造容器定位于适合于轮式铸造表面20的位置。铸造容器18之出口端，应有前部表面或侧壁30之边缘33，和底壁28确定并构成U型的结构，与铸造表面处于等高线。可简单地使用60或100-粗砂的碳化硅砂纸来辅助铸造表面与容器之间的装配，同时用砂纸来磨容器18，使其边缘与轮平行。然后可将铸造容器18之前部表面33用氧化锆水泥刷涂，并在铸造之前让其干燥。

图4和图5说明本发明之铸造容器之较好体现，可用来铸造4吋（10.16cm）的带材其宽度约为13吋（33.02cm），甚至可用来铸48吋（121.92cm）宽的带材。金属支架38使用与否，可根据绝缘层40所用的材料类型来决定。绝缘层40可以是一种泡沫状的陶瓷泥绝缘体，则需要一种外部的支撑物，例如金属支架38。换句话说，如果用一种标准的耐火砖或耐火物块，而且可用水泥粘合成所要求的形状，然后又可以将其内部和外部刻成所要求的尺寸，则不需要外部支架38。容器18也可以由可铸的陶瓷材料铸成一个整体的形状。容器18之内表面上的衬里42也同样由一种绝缘的耐熔融金属腐蚀的耐火材料所做成。已经发现，可用一种高氧化铝纤维硅酸盐所制成的保温毡，例如亚麻牌（Fibezfrax    brand）材料，曾用稀胶态硅石的悬浮液处理至饱和，并在铸造容器18之内仿形，然后使其在真实使用前干燥。

图4和图5同样显示后部的溢流部件44，有一个自铸造容器18之内表面向容器18之外壁向后倾斜的表面。溢流部件44的高度，确定接受端22可容纳的熔融金属之最高深度，同时相应地确定了铸造容器18之出口端26中的熔融金属的深度。溢流部件44便于控制铸造容器18中的熔融金属之水平面，对于控制带材之尺寸规格和质量是很重要的。

图4中还显示，铸造容器18可任意包括一个罩件46，位于铸造容器18中的中间部分24的附近。罩46包括向下延伸的壁48和50，与底表面52相连。向下延伸之壁48和50与图2中所示之溢流板相似。罩46通常由一种绝缘的耐熔融金属之腐蚀的耐火材料所构成。罩46可包括衬里，耐火的绝缘层以及外部之金属壳，与铸造容器18之衬里42，耐火绝缘层40以及外部的金属壳38类似。罩46可以延伸至横过铸造容器之中间部分24附近的整个宽度或者一部分宽度。罩46的存在是很重要的，可用来维持制造容器18中熔融金属的热量，不接触接受端22和出口端26中的熔融金属，使出口端26中之熔融金属池维持自由的表面。此罩也可以延伸至部分或整个超过后部的接受部分22，相当于在其中隔绝大气。

图6说明另一个体现，其中，容器18之出口端26备有一种装置，可在一定的区域中提供一种非氧化氛。该区域限定在熔融金属之上部，横过靠近铸造表面20之出口端之U型结构，同时备有一种用来幅射冷却该区域之熔融金属的装置。这两种装置可以个别安装或者是安装在一起。

供应一种非氧化氛的装置，在出口端的U型结构中之熔融金属上面的区域中提供一种保护罩或者是惰性气体之覆盖层。这些气体尽量减小或防止熔渣和氧化物在熔融金属之上表面出现或形成，避免这些氧化物铸入带材中。此非氧化氛可以是静止的，或者是再循环入大气。建议，用一个不接触的盖子，将铸造容器18之出口端26之熔融金属池上的区域罩住，并且至少有一个气体喷管或者是一列喷管56，供应连续流动的惰性的或还原的气体，而该气体的流动方向与所铸铸条的方向相反。建议，使通入的气体在该区域中冲击液体池中的熔融金属之顶部，使带材在该处形成。具体体现于，可用一个保护罩来将熔融金属池上的区域封住，包括一种惰性气体之覆盖层或者是直接将还原气体以气流的形式通入，将所有氧化物从形成带材之熔融金属中推走。沿着带材之宽度安装一列狭窄的气体喷管56，使气流或喷射之气流或喷射之气流冲击带材从该液池中形成之区域。喷管56的导向与带材的方向相反且与形成带材之平面所夹之角约为20°-30°较好。为了尽量减少在铸造期间可能形成的氧化物，可选择用氢气、氩、氦和/或氮气作为气体覆盖层。从喷管56喷出的气速应相当慢，因为较高的气速会损伤熔融金属池之上表面，结果使带材受到损坏。

用来辐射冷却该区域之熔融金属的装置，可包括在该区域附近供应一种冷却剂，便于抽提熔融金属上表面的热量。可以通过位于熔融熔融液体上面的一组管道或导管54来供应冷却剂，除去熔融金属所造成的辐射热。可以用水或者是其它流体为冷却剂。建议，用耐火材料和水泥做成一个装有一系列冷却水管54之盖子，将铸造容器18之顶部密封住。当熔融金属由出口端26之U型结构流到铸造表面时对熔融金属之上表面所进行的辐射冷却，改进了从固化中的熔融金属之上表面抽提热量的方法，从而可通过控制带材中的枝晶结构的生长来改进铸出之带材之上表面的质量和结构。

建议，将供应一种非氧化氛的装置，与用作辐射冷却的装置联合使用。用来密封出口端26之熔融金属上面的区域的不接触的盖子，包括一个冷却装置，用以除去熔融金属之辐射热以及一个非氧化氛的装置。建议，此盖包括一列冷却水管54和一组气体喷管56。在此体现中的惰性气体被管54所冷却，更有利于除去辐射热。装有冷却管54之盖子将区域封住，降低了氧化物或熔渣的形成，从而避免其沉积在带材产品中。

关于本发明之铸造装置之操作方面，在带材的生产中，在将熔融的金属通入铸造容器18之前，应先将容器12，耐火材料槽14和铸造容器18预热至操作温度。任何一种一般的加热装置应适用，而且都可以用。在接受端22中设置一个空气-乙炔或空气-自然气的加热喷枪，同时，在铸造容器U型结构之前部边缘安装一个予热的前盖，该U型结构将置于靠近铸造表面20的位置。铸造熔融的不锈钢时，标准的预热温度为1900-2000°F（1038-1093℃）。预热至达到所要求之最低标准的温度之后，将加热喷枪移走，同时将容器18放在靠近铸造表面的一个预置支架上，与铸造表面的间距约约为5和20密耳（mils）（0.127和0.508mm）。

直接将熔融的金属铸造成连续的合金带材的方法，开始是利用一种大容积的输送桶或容器12，将熔融金属19供入一个进料的耐火材料槽14，然后再送到其定位大体上水平的铸造容器18中。熔融金属自进料的耐火材料槽14流向铸造容器18之流量，可以用阀门装置来控制和调节，例如，用止杆16，同时，熔融金属穿过喂料口17进到后部的进料部分或者是铸造容器18的接受端22中。当容器18开始注满熔融的金属时，熔融金属开始以向着容器之出口端的方向流动，同时流经一个中间的部分24以及出口端26，如图2所示。铸造容器18使熔融的金属可以流动，因此可将熔融的金属输送到容器18之出口端26中。铸造容器18中可包括溢流堰36，如图2中所示，对熔融金属19的流动起缓冲和调节的作用，目的是使出口端26中有一个充分改进了的均匀的流动。从接受端22至出口端26，熔融金属的流动的横截面积保持充分均匀较好。通常，出口端26比接受端22宽，而且U型结构之宽度大约等于欲铸带材之宽度。铸造容器18有一个铸造容器，该容积为具坡度并展开成扇状的中间部分。铸造容器18应设计成，正当熔融金属由出口端26横过出口端26中的U型结构之宽度形成均匀的紊流时，可避免熔融金属在容器中交叉地流动，上述充分改进了的流动，使从接受端22朝向出口端26的流动，有缓慢的流速。出口端26中的熔融金属的水平面大致与接受端22之水平面相同，虽然出口端26中熔融金属之深度变浅。熔融金属不断地从出口端26流到运动的铸造表面20之上，使横过出口端之U型结构之宽度至铸造表面20上，熔融金属有一个充分均匀的流动。在出口端26中之熔融金属有一个上表面张力，同时，离开开口的熔融金属具有棱边的表面张力，这些张力部分地分别构成带材15之顶面和边缘。底表面是由U型结构之底的内表面和铸造表面之间所构成的弯月面之表面张力所形成的。

虽然不想受到理论的限制，但看来，离开容器18之出口端的熔融金属的固化是在熔融金属离开容器18之出口端的U型开口之底部，未接触该铸造表面之前开始的。可利用设在容器18之出口端26附近的铸造表面，使带材从一池熔融金属中固化并形成一定的厚度，在这里，采用供应过量的熔融金属，使固化的带材不断地形成，直到铸造表面离开容器18之出口端26为止。相信，上述一池的熔融金属是构成带材厚度的重要部分，由于其接触该运行的铸造表面，只有一小部分的带材厚度是从固化的熔融金属产生的，由于将熔融金属自容器18中拉出来时，靠近上曲线表面产生表面张力部分39。

估计，70%以上或可能是80%以上的带材厚度是由靠近弯月面35之池中的熔融金属所提供的。熔融金属从容器18之出口端26中的U型结构之底部供到铸造表面，而熔融金属从熔融金属池之底部开始固化。

铸造表面20越过铸造容器18而运动，通常是从出口端26之U型开口之底部朝上越过开口之敞口。为了达到带材之质量及尺寸规格，容器18相对于铸造表面20之位置以及铸造表面的速度，都是一些预定的因素。如果铸造表面20是一个铸轮的话，则应将容器18置在铸造轮上部的四分之一的位置。

按照本发明的方法，有一个重要的对数个因数的控制，使本方法有能力去铸造表面质量、边缘和结构良好的，所要求的厚度范围为0.01至0.06吋（0.0254至0.1524cm）的金属带材。熔融金属流到铸造表面的控制，铸造表面的速度，从熔融金属池底部的固化，以及池中受控制的熔融金属的深度和为了保持熔融金属的表面张力，需控制的支架与铸造表面之间的距离，都是重要的相关因素。

为了更好地理解本发明，提供下列例子。

实例Ⅰ

一种铸造容器，其结构基本上与图2所示的结构相同，但只有一个溢流板36，设在出口端附近，是用硬化了的块状的Kaowool耐火材料所构成的，该耐火材料是一种组分为硅-铝氧化物的材料。曾经将其浸在一种胶状的硅石悬浮液中，在250°F（121℃）的温度中过夜干燥后，在空气中用火烘至2000°F（1093℃），再干燥一小时。方块被切割成型之后，涂上一层薄薄的Kaowool水泥。将容器做成与该轮之外形相符的形状，然后，将U型结构端涂上一层薄层的氧化锆水泥。使用相同组分的溢流板。然后，用空气-乙炔喷枪将该铸造容器加热。容器18中，从接受端22至出口端26之之长度约为8.75英寸（22.23cm），接受端22之宽度约为6.5英寸（16.5cm），而底壁28及出口端26的宽度约为4英寸（10.16cm）。在1580℃时，将304型合金的熔融金属放出，供入容器18内，并且使其在接受端22中的深度约维持在1.75英寸（4.45cm）的水平面，同时，使熔融金属在容器18之出口端26的U型结构中的深度约为0.75英寸（1.9cm）。铸造表面是一种铜制的铸轮，其宽度为7英寸（17.78cm），而其直径约为36英寸（91.44cm），该轮所提供的冷却率约小于2000℃/秒。该铸轮约以每分钟走205至300英尺（每分钟走76.2至91.44米）的速度，越过容器18之出口端而转动，铸轮与出口端的间隔约为40密耳（1.016mm），构成约为40°之θ角。该容器的U型结构向上张开，出口端26之侧壁30的内表面31向外扩张或者是有一个坡度。每一个内表面的坡度约为3°。按照本发明之方法，将大约为100磅（45.36kg）的25批号的熔融金属进行铸造，结果成功地制成宽度约为4英寸（10.16cm）而且厚度均匀，在16至18密耳（0.406至0.457mm）之间的具有平滑和均匀的上表面和下表面的带材，同时，其边缘平坦，没有出现高低不平或卷曲的迹象。

实例Ⅱ

一种铸造容器，其结构基本上如图4所示，其结构为，在金属壳38中，装了有Kaowool耐火材料和氧化铝泡状耐火材料的绝缘体40。衬里42是由纤维亚麻材料所制成的，每立方英尺八磅（128.14公斤/米³的厚度为0.5英寸（1.27cm），曾用稀的胶状硅石悬浮剂浸至饱和，然后，在使用之前干燥之。容器18之出口端的外部尺寸约为15英寸（38.1cm）长和18英寸（45.72cm）宽，而且，容器18往出口端26有一些稍微增加的横截面积。溢流板36的制作和安放位置与实例Ⅰ类似，同时用水泥将其与容器18之侧壁粘接。侧壁30之内表面31同样是倾斜的，或者是每一个表面大约偏斜3°。将铸造容器设在靠近铸造轮之顶冠的位置，其投射的距离约为35密耳（mils）（0.89mm），与熔融金属的自由表面约成0°的角。按照本发明，将500磅（226.8kg）的304型84-97批的熔融金属铸到一个属于无缝低碳钢管的铸造表面上，该钢管的外部直径为12.75英寸（32.39厘米），壁厚为0.375英寸（0.95厘米），48英寸（121.92厘米）宽，同时其内部用喷水冷却。开始铸造的时候，使该铸轮约以每分钟200英尺（FPM）（60.96米/分）的速度运转10-15秒，以便平贴初期的金属的流动，然后，使其减速至每分钟100英尺（30.48米/分），并按此速持续运转。熔融金属在出口端26及接受端22中的深度约维持在2英寸（5.08厘米）及2.75英寸（6.98厘米）。

容器18同样包括一个盖子，该盖具有一个辐射冷却的装置及用来供应氦氛的装置，如图6所示。冷却的实施方法是，约以每分钟3加仑的流量，使循环水通过外部直径为0.375英寸（0.95厘米）的铜管。

所铸出的带材约为13英寸（33厘米）宽，具有均匀的厚度，约为45密耳（mils）（1.143毫米），同时具有质量良好的上表面，即，上表面均匀、平滑而且无裂纹。然后，铸出的带材一般地要经过酸洗，将其浸渍在硝酸/次氟酸中，大约50%的冷轧处理，在1950°F（1065℃）退火处理5分钟，再用类似的方法酸洗，然后冷轧成5密耳（0.127毫米）并退火。在室温中，经退火处理的铸造样品之机械性能列于下表，可与用一般方法生产出来的退火处理的304型热轧带比较。

表

0.2%    2英寸（5.08厘

样品    拉伸强度    屈服强度    米）之伸长度

（KSI）    （KSI）    （%）

1    104.6    44.6    52.0

2    100.8    40.8    50.0

3    100.8    40.8    49.0

4    100.0    40.0    52.5

7    102.8    42.0    55.0

8    102.0    42.0    57.5

9    103.6    44.0    52.0

10    105.2    44.0    54.5

注：KSI-每平方吋的千磅数。

用一般的方法制成的304型合金钢可以有标准的或平均的室温机械性能，其中经退火处理过的热轧带之拉伸强度为101.1KSI屈服强度为43.8KSI，而2英寸（5.08厘米）之伸长度为57%。

图7是按照本发明铸成的带材的显微照相，表示84-52产品标准的内部结构。将此304型合金钢放大一百倍，可看出标准的铸造结构，是一些微小的柱状细胞定向地按照带材厚度的方向排列，即，由顶面向底面排列。此方向通常带材固化时，从带材抽提热量的方向一致。本发明之方法和装置控制带材中的技晶状结构的生长，使铸出的带材可用常规的加工方法制成其性能与用普通的方法制得的带材成品性能一致或更好的带材制品。

图8表示放大了100倍的用普通的方法制成的304型合金钢之热轧带的标准结构。

看得出，即使当带材成品之厚度增加以及当带材之宽度增加的情况下，本发明之方法和装置都会铸成结构和质量更好的带材。铸成4至6英寸（10.16至15.24厘米）宽的带材成品时，经常出现的边缘卷曲的倾向，不再在较宽的宽度，直至13英寸（33.02厘米）的宽度上出现。本发明之方法和装置提供一种简便的并且直接的将熔融金属铸成连续的晶质金属带材或金属板之方法。消除了因有限的薄膜固化所造成的皱缩和折裂的问题，而且，所铸成的带材与厚度相对应的，用普通的制造方法制成的带材之质量相符或更好。

看来，本方法和装置实用于多种金属和合金，包括不锈钢和硅钢在内。

勘误表

勘误表

勘误表

勘误表

勘误表

勘误表

Claims (33)

1、直接将熔融金属铸造成连续的结晶金属带材之一种方法，其特征包括：

将熔融金属(19)供入包括一个接受端(22)和出口端(26)之一个铸造容器(18)接受端(22)中，出口端(26)靠近铸造表面(20)，其中有边缘(33)，与铸造表面(20)平行；

通常，冷却的铸造表面(20)是向上超过出口端(26)而运动；

从接受端(22)将熔融金属输送至出口端(26)，使铸造容器(18)之出口端(26)中提供一池具有充分均匀流动并且有一个自由的上表面的熔融金属；

使熔融金属充分均匀地自出口端(26)流动，横过出口端(26)之宽度而流到运行中的表面(20)上，流动金属之表面张力构成欲铸带材之整个表面，熔融金属池之自由表面的表面张力，构成带材之顶面，熔融金属离开出口端(26)之底部的表面张力，使出口端(26)底部(28)之内表面和铸造表面(20)之间维持一个弯月面(35)，构成带材条之底面；熔融金属离开出口端(26)的两个侧边(30)之表面张力，构成带材的边缘，同时两侧边之宽度基本上等于所铸带材之宽度；

控制容器(18)之出口端(26)中的熔融金属的深度以及出口端(26)和铸造表面(20)之间之距离，保持熔融金属在顶部、底部和侧边的表面张力；以及

将带材(15)从运行中的铸造表面(20)上移走。

2、如权利要求1中的方法，其中，从接受端（22）至出口端（26）的熔融金属（19）的输送包括在出口端（26）中维持一个充分均匀的流动横截面积。

3、如权利要求1或2中的方法，其中熔融金属（19）的输送包括，从接受端（22）穿过出口端（26），都维持一个充分均匀的流动的横截面积。

4、如权利要求1，2或3中的一种方法，其中所说的在铸造容器（18）中的熔融金属（19）的输送包括，供应中的熔融金属在接受端（22）中的水平面与在出口端（26）中的水平面相同。

5、如前几项权利要求中之任一种方法，其中所说的熔融金属（19）的输送，包括从接受端（22）至出口端（26），流动的宽度逐渐增加，然而却保持一个充分均匀的流动横截面积。

6、如前几项权利要求中之任一种方法，包括调节熔融金属在铸造容器（18）中的流动，以便提高在出口端（26）中的流动的均匀性。

7、如前几项权利要求中任一种方法，包括运行该铸造表面（20），使其越过容器（18）之出口端（26）的通常为U型的结构，其方向通常是从U型结构之底部朝向出口端（26）之顶部。

8、如前几项权利要求中之任一种方法，其中包括使铸造表面（20）按照一条轨道运行，使金属流动的方向与水平面形成一个0°至135°之间的角，这是根据容器（18）的出口端（26）中的自由表面和铸造表面之间的方位来测定的。

9、如权利要求8中之方法，其中所述角与水平线所成的角为0°至45°。

10、如前几项权利要求中之任一种方法，包括，通过控制铸造表面（20）的速度以及在容器（18）之出口端（26）中的熔融金属（19）的深度来控制带材（15）之厚度。

11、如前几项权利要求中之任一种方法，包括，按照每秒钟小于2000℃的冷却率将与铸造表面（20）接触之后的熔融金属冷却，完成晶质金属的固化。

12、如权利要求11中之方法，其中之冷却是按每秒钟小于1500℃的冷却率来冷却的。

13、如前几项权利要求中之任一种方法，其中，铸造表面是按每分钟20至500英尺（6.096至152.4米）的速度运行的。

14、如前几项权利要求中之任一种方法，包括提供与出口端（26）之边缘（33）平行的铸造表面，而且铸造表面与出口端（26）之间距在0.005至0.060英寸（0.127至1.524毫米）之间。

15、如前几项权利要求中之任一种方法，包括将带材（15）从铸造表面（20）移走，形成的带材具有均匀的宽度，其宽度范围在4至48英寸（10.16至121.92厘米）之间。

16、如前几项权利要求中之任一种方法，包括将带材（15）从铸造表面（20）移走，形成的带材具有均匀的厚度，其范围在0.010至0.100英寸（0.254至2.54毫米）之间。

17、一种直接将熔融的金属铸成连续的晶质金属带材的方法，其特征包括：

将熔融金属（19）供到基本上水平的铸造容器（18）之接受端（22）中，铸造容器有一个接受端（22）以及一个出口端（26）出口端（26）靠近铸造表面（20），且通常有一个U型结构，其边缘33与铸造表面（20）平行并构成距离等于0.005至0.060英寸（0.127至1.524毫米）之间的间隔;

通常，使铸造表面（20）越过出口端（26）而向上运行，运行的速度为每分钟20至500英尺（6.096至152.4米），其轨道在0°至135°角之间，该角是根据金属流动方向的自由表面以及铸造表面（20）在铸造容器（18）之出口端（26）的运行方向之间的角度来测定的;

从接受端（22）往出口端（26）输送熔融金属（19），同时使流动的横截面积保持充分均匀或逐渐增大，使提供一池的熔融金属，使其在出口端（26）中有一个充分均匀的流动而且具有自由的上表面;

使熔融金属（19）以充分均匀的流动，横过出口端（26）之宽度，从出口端（26）之U型结构流到运行的铸造表面（20）上，流动金属的表面张力构成所铸带材（15）之表面，流动的熔融金属之自由表面的表面张力构成带材之顶面，离开出口端（26）的两个侧边（30）的熔融金属之表面张力，构成带材之边缘，同时两侧边之宽度基本上与所铸带材（15）的宽度一样，而离开U型结构之底的熔融金属的表面张力，使出口端（26）之底（28）之内表面与铸造表面（20）之间维持一个弯月面（35），此弯月面构成带材（15）之底面;

利用与铸造表面（20）接触，使熔融金属按每秒钟小于2000℃之冷却率进行冷却，完成晶质金属之固化;

控制容器（18）之出口端（26）中的熔融金属的深度，以及出口端（26）与铸造表面（20）之间的距离，以保持在熔融金属顶面、底面和侧边的表面张力;同时

将带材（15）从运行的铸造表面（20）中移走。

18、将熔融的金属直接铸成连续的结晶带材的装置，其特征包括：

一个可动的铸造表面（20）;

一个具有一个接受端（22），一个出口端（26）以及两端之间有一个中间部分（24）之铸造容器（18）;

用来将熔融的金属（19）供应到铸造容器（18）之接受端（22）的装置（12）;

所述之铸造容器（18）有它自己的出口端（26），靠近铸造表面（20）通常有一个U型结构和其边缘（33），基本上与铸造表面（20）平行，中间部分（24）有助于熔融金属（19）从接受端（22）充分均匀地流到出口端（26），出口端（26）的U型结构中有一个平的底壁（28）以及偏斜的内侧壁（31），向上张开，同时在内表面之间有一个宽度，基本上与欲铸之带材（15）之宽度相同，出口端（26），在沿着底壁（28）之侧壁（30）之内表面（31）之间有一个固定的宽度，而且在出口端的一段长度上有一个均匀的横截面积，足以使出口端（26）中的熔融金属形成充分均匀的流动;

所述之铸造表面（20）是可动的，通常向上越过该铸造容器（18）之出口端（26），它们之间距在0.005至0.060英寸（0.127至1.524毫米）之间，速度为每分钟20-500英尺（6.096至152.4米）。

19、如权利要求18中的装置，包括一个铸造容器（18），其中，熔融金属在接受端（22）的水平面与在出口端（26）之水平面相同。

20、如权利要求18或19中之装置，其中，中间部分（24）将接受端（22）和出口端（26）之间连通，向着出口端（26）有一个逐渐增加的宽度以及逐渐变浅的深度，使铸造容器（18）之整个长度维持一个充分均匀的横截面积。

21、如权利要求18、19或20之中的装置，包括铸造容器（18）中的缓冲板（36或48，50），以便于均匀流动的产生。

22、如前面所提之权利要求18至21中之任一种方法，其中，铸造表面（20）有一个自水平线向上运行的方向，而在出口端（26）的熔融金属的自由表面上的金属流动方向，定向在与水平线成0°至135°的角。该水平线是在出口端（26）的自由表面与铸造表面的方向之间。

23、如权利要求18至22中之任一种装置，其中，铸造表面（20）是由一个转动的铸轮之园周表面所组成的。

24、如权利要求22和23中之装置，其中，容器（18）之出口端（26）的位置，与邻近的铸轮构成0°-45°之角。

25、如权利要求23或24中之装置，其中，容器（18）之出口端（26）的位置，靠近铸造轮上部之四分之一位置。

26、直接将熔融金属铸造成连续的晶质材料的带材之装置，包括：

一个可动的铸造表面（20）;

一个基本上水平的铸造容器（18）;

将熔融金属（19）供应到铸造容器（18）之装置（12）;

所述之铸造容器（18），有一个接受端（22），一个出口端（26），出口端中通常有一个U型结构邻近铸造表面（20），并且基本上与之平行，以及一个中间部分（24），将接受端（22）和出口端（26）之间连通，向着出口端（26）有一个逐渐增加的宽度，同时向着出口端有一个逐渐变浅的深度，使自容器（18）之接受端（22）至出口端（26）至少维持一个充分均匀的横截面积，或者是其横截面积逐渐增大。

出口端（26）有一个底壁（28）和侧壁（30），侧壁带有偏斜的内表面（31），向上张开，构成U型的结构，侧壁（30）之内表面（31）之间的宽度基本上与欲铸之带材（15）之宽度相同，固定侧壁（30）之内表面（31）之间的壁底（28）之宽度，至少等于其中之熔融金属的深度之长度上，提供一个充分均匀的横截面积，此长度足以使出口端（26）之熔融金属形成一个充分均匀的流动，

所述之铸造表面（20）是可以移动的，通常是向上越过铸造容器（18）之出口端（26），而它们之间的距离在0.005至0.060英寸（0.127至1.524毫米）之间，而且，所述之表面（20）有一个向上的轨迹，在熔融金属自由表面之流动方向与铸造表面运行的方向成0°至135°之角，铸造表面（20）按每分钟为20至500英尺（6.096至152.4米）的速度运转。

27、如权利要求1至17中之任一种方法制成的一种晶质金属之连续带材（15）。

28、如权利要求27中之连续带材，有一个均匀的铸出厚度为0.010至0.100英寸（0.254至2.54毫米），而且，其中之两个表面都是均匀而且平滑的。

29、如权利要求27或28中之连续带材，其内部结构相对地是一些细小的柱形晶胞，定向地从一个表面向着另一个表面排列。

30、如权利要求27、28或者是29中之连续的带材，具有充分平坦和平滑的边缘。

31、如权利要求27至30中之任一种连续的带材，当其经过酸洗，退火处理之后，用中间退火的方法冷轧成最后厚度为0.002至0.040英寸（0.0508至1.016毫米），然后用一般的方法进行热处理，所显示之机械性能与普通方法制得的带材成品一样或更好。

32、直接由熔融的金属（19）铸到一个简单的运行铸轮表面（20）上所铸成的晶质金属之连续的带材（15），带材（15）是由上表面和与铸造表面（20）接触的下表面所组成的，在该铸出条件下，上下表面都是平滑和均匀的，带材之边缘充分平坦和光滑，铸出厚度范围在0.010至0.100英寸（0.254至2.54毫米）之间，而且，其内部结构相对地是一些细小的柱形细胞，定向地从带材一个表面向着别的表面排列。

33、如权利要求32中之带材，当其经过酸洗，退火处理之后，用中间退火的方法冷轧成最后厚度为0.002至0.040英寸（0.0508至1.016毫米），然后经过热处理，所显示之机械性能至少可以与普通方法所制得的带材成品相比。

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