在連續(xù)澆鑄模具中用來(lái)優(yōu)化冷卻的系統(tǒng)和方法

專利名稱：在連續(xù)澆鑄模具中用來(lái)優(yōu)化冷卻的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域這項(xiàng)發(fā)明一般地涉及金屬尤其是鋼的連續(xù)澆鑄。更明確地說(shuō)，這項(xiàng)發(fā)明屬于改進(jìn)的連續(xù)澆鑄模具和用來(lái)操作和翻新連續(xù)澆鑄模具在凝固過(guò)程中提供得到增強(qiáng)的冷卻的方法。
本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)幾種不同類型的連續(xù)澆鑄模具今天被用在金屬鑄造工業(yè)中。各種模具之間的主要差別涉及被澆鑄的產(chǎn)品的尺寸和形狀。坯料產(chǎn)品即，通常用于制造諸如結(jié)構(gòu)型鋼(角鋼和槽鋼)、鐵軌、棒料和線材之類所謂的“長(zhǎng)產(chǎn)品”的小橫截面通常是通過(guò)銅管模具澆鑄的。銅管的內(nèi)側(cè)作為澆鑄表面，從而形成本身在尺寸和形狀方面等同于銅管內(nèi)部的產(chǎn)品。銅管的外側(cè)通常是用快速流動(dòng)的水冷卻的，但是有時(shí)是用噴淋水冷卻。
大多數(shù)用于制造長(zhǎng)產(chǎn)品的坯料鑄造機(jī)具有多重模具并且在從單一的中間罐供料時(shí)同時(shí)生產(chǎn)多條鋼材。在連續(xù)澆鑄操作中，中間罐是用來(lái)在這種情況下給模具或多重模具供料的有耐火材料襯里的容器。
在連續(xù)澆鑄中普遍使用的另一種類型的模具形成略微大一些叫做大鋼坯的橫截面。大鋼坯可能是圓的并且是在圓的銅管模具中形成的，但是通常它更可能是用來(lái)在管中制造長(zhǎng)產(chǎn)品和無(wú)縫板材的矩形形狀。這種類型的模具通常包括許多通常是用銅制成的襯板和在襯板周圍的水夾套。襯板時(shí)常被稱為“銅襯”而且定義模具在澆鑄過(guò)程中接觸熔融金屬的部分。垂直延伸的平行的水循環(huán)狹槽或通道是在水夾套和襯板之間提供的，以便冷卻襯板。在操作期間，水幾乎總是從水源經(jīng)在襯板中與所有的狹槽連通的入口增壓室從模具的底端引入這些狹槽的。當(dāng)它，這樣實(shí)現(xiàn)的冷卻作用在熔融金屬通過(guò)模具時(shí)使其外皮凝固。然后，凝固是在半凝固的鑄件離開(kāi)模具之后通過(guò)把附加的冷凍劑(通常是水)直接噴淋到鑄件之上完成的。這種金屬生產(chǎn)方法是非常有效的，而且是在美國(guó)和全世界廣泛使用的。
在矩形大鋼坯模具的情況下，四塊板(即，兩塊寬臉的和兩塊窄臉的)通常形成模腔。這四塊分開(kāi)的銅模具襯里通常裝配在一起形成不可調(diào)節(jié)的矩形盒子作為澆鑄室。通常，四片式大鋼坯模具將有與在四片式厚板模具中發(fā)現(xiàn)的方角對(duì)立的倒角。
厚板在外形上是矩形的，但是通常它們的寬度比厚度大得多。厚板鑄件在每年全世界生產(chǎn)的近8億噸的連續(xù)鑄造鋼產(chǎn)品中占主要部份。大多數(shù)厚板模具和大鋼坯模具有作為模具內(nèi)部的澆鑄表面的四塊銅板。通常，這些模具襯里都在背面開(kāi)槽，形成冷卻水能通過(guò)它流動(dòng)的冷卻通道。在某些情況下，冷卻通道是通過(guò)鉆一系列垂直的圓孔形成的，但是這種方法有通常在開(kāi)槽銅模設(shè)計(jì)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的經(jīng)費(fèi)問(wèn)題和性能限制。
另一種叫做“梁坯模具”的模具被用來(lái)鑄造一根呈工字梁的形狀在橫截面方面能進(jìn)一步減少到被普遍用于諸如建筑物和橋梁的構(gòu)架之類的結(jié)構(gòu)目的的尺寸的金屬。梁坯的生產(chǎn)被稱為“接近凈尺寸”鑄造的形式，因?yàn)檫@種連續(xù)鑄造的型材非常接近最終產(chǎn)品的尺寸和形狀。
尺寸比較小的工字梁產(chǎn)品是在梁形銅管模具中制作的，而尺寸比較大的產(chǎn)品是在四片式模具中制作的。四片式梁坯模具的寬臉銅通常是用非常厚的銅塊生產(chǎn)的。在這種情況下，鉆孔是用于冷卻通道的正常方法，因?yàn)榻o這樣的厚銅塊開(kāi)槽將是不切實(shí)際的。所有模具的冷卻通道都是這樣定位的，以致它們圍繞著鑄造產(chǎn)品的周界，將熱量從澆鑄到模具中的液態(tài)金屬中除去。因此，圍繞著梁坯模具周界的冷卻通道與用于大鋼坯和厚板的那類平板模具的冷卻通道相比是非常復(fù)雜的。
連續(xù)澆鑄模具(尤其是接近凈尺寸的模具)的熱/機(jī)械動(dòng)力學(xué)隨著模腔的形狀變得越來(lái)越復(fù)雜。漏斗模具是有它自己獨(dú)特的動(dòng)力學(xué)組合的另一種接近凈尺寸的澆鑄模具。漏斗模具有擴(kuò)大的澆鑄區(qū)域而且通常是用于澆鑄薄厚板的四片式模具。薄厚板模具需要這種漏斗，因?yàn)閷捘樂(lè)旁谝黄痣x得非常近，以形成與通常6到12英寸厚的較傳統(tǒng)的厚板相反只有兩三英寸厚的薄厚板。因?yàn)殇撏ǔＪ峭ㄟ^(guò)叫做“潛入式入口噴嘴即SEN”的耐火材料管澆鑄到連續(xù)澆鑄模具之中的，所以擴(kuò)大的澆鑄區(qū)域或漏斗為SEN和進(jìn)入模具的鋼提供空間。
薄厚板澆鑄今天已被越來(lái)越廣泛地使用，因?yàn)榘驯『癜遘堉瞥射摰木聿慕?jīng)濟(jì)。薄厚板工藝還有助于熱裝載即不必給產(chǎn)品完全重新加熱直接從鑄造機(jī)送入軋鋼機(jī)。它進(jìn)一步有助于與綜合鋼廠以鐵為基礎(chǔ)的吹氧爐(oxygen furnace)的方法對(duì)立的電弧爐生產(chǎn)的迷你型軋機(jī)環(huán)境。因此，薄厚板澆鑄減少能源消耗而且對(duì)環(huán)境是比較有利的，在當(dāng)今世界中兩個(gè)重要的因素。在美國(guó)，通過(guò)漏斗模具的薄厚板澆鑄占熱軋帶狀卷材生產(chǎn)的大約20％，并且預(yù)期進(jìn)入未來(lái)將繼續(xù)增加。
漏斗模具有非常復(fù)雜的熱/機(jī)械的動(dòng)力學(xué)。由于正在澆鑄的產(chǎn)品薄，例如厚板正常厚度的1/5，澆鑄速度必須增加5倍，以便與比較厚的厚板澆鑄工藝的生產(chǎn)噸位能力相匹配。與澆鑄速度方面的這種增加一起發(fā)生的是對(duì)模具的使用壽命非常有害的銅模具表面溫度的增加。在溫度方面的這種增加致使銅模具大量的熱膨脹和變形，這也限制它們的壽命。由于這一切，漏斗模具的維護(hù)費(fèi)用比傳統(tǒng)的厚板澆鑄模具高得多。
為了更好地理解在連續(xù)澆鑄中模具的熱分布，研究員和機(jī)器操作員已經(jīng)用一系列熱電偶通過(guò)儀器檢測(cè)監(jiān)視銅襯里的溫度。他們了解到正好在液態(tài)金屬頂端下面的區(qū)域和在工業(yè)界被稱為彎月形區(qū)域的地方通常是最熱的。
在連續(xù)澆鑄中，熔融金屬在它首先交出熱量的彎月形區(qū)域中接觸水冷模具的上表面。這種熱轉(zhuǎn)移開(kāi)始凝固過(guò)程，形成鑄造產(chǎn)品的殼層或外皮。隨著正在凝固的殼層向下通過(guò)模具并最后通過(guò)模具下面的保留區(qū)域推進(jìn)，它繼續(xù)釋放熱量并且在厚度方面逐漸增加。這是在相當(dāng)于正在澆鑄的金屬的傳導(dǎo)率的速率和施于鑄件表面的冷卻媒體的強(qiáng)度下發(fā)生的。殼層在它到達(dá)鑄造機(jī)的末端之前最終實(shí)現(xiàn)全部凝固，這是連續(xù)澆鑄的基礎(chǔ)。
隨著殼層厚度增加，它在鑄造產(chǎn)品灼熱的液態(tài)核心和冷卻源(不管這究竟是水冷的模具壁面還是冷卻水霧和下面的保留區(qū)域)之間起隔離層的作用。殼層越厚，它提供的隔離越多，鑄件的表面溫度越低。排除大量的熱量是在模具本身中發(fā)生的，而且殼層在它離開(kāi)模具之前在厚度方面增長(zhǎng)大約3/8到5/8英寸。因此，模具的下半部分通常比上半部分溫度低，因?yàn)闅訉⒛＞弑谂c鑄件的液態(tài)核心隔離。
由于某些機(jī)械限制和水密封的要求，銅模具襯里的頂部和底部并非如同其間的區(qū)域那樣被有效地冷卻。最近的研究表明重要的溫度回彈非常靠近水通常從那里進(jìn)入銅模具襯里背面的冷卻通道的模具底部。這主要是由于在那些區(qū)域中發(fā)現(xiàn)的冷卻水速度下降。這個(gè)弱點(diǎn)通過(guò)使用在彷佛在此全面陳述過(guò)那樣將其全部揭示并入本文的美國(guó)專利第5,526,869號(hào)中描述的速度板能消除。
在連續(xù)澆鑄期間，為了保持該程序不停頓地進(jìn)行，許多操作條件必須兌現(xiàn)，借此使生產(chǎn)的噸數(shù)達(dá)到最大值。同樣重要的是優(yōu)化可能影響產(chǎn)品質(zhì)量的操作條件。一級(jí)產(chǎn)品的價(jià)值比二級(jí)產(chǎn)品高得多，因此高產(chǎn)品質(zhì)量是每種連續(xù)澆鑄操作的目標(biāo)。
在生產(chǎn)高質(zhì)量的連續(xù)鑄造產(chǎn)品時(shí)，模具性能是主要因素。事實(shí)上，在模具的彎月形區(qū)域中發(fā)生的事情通常控制產(chǎn)品的質(zhì)量水平。為了獲得高質(zhì)量，模具中的均勻散熱是令人向往的。均勻的殼層厚度將擺脫可能導(dǎo)致縱向裂痕的應(yīng)力。另外，在模具中相對(duì)的兩個(gè)面有類似的溫度而且在寬臉和窄臉之間有和正確的溫度平衡以使產(chǎn)品拐角中的應(yīng)力減到最少也是令人向往的。
因?yàn)楸『癜迓┒纺＞擢?dú)特的動(dòng)力學(xué)，薄銅襯可能造成導(dǎo)致縱向裂痕或在薄厚板鑄造工業(yè)中稱之為連鑄機(jī)折疊(casterfolds)的現(xiàn)象的過(guò)渡冷卻。因此，薄厚板的銅襯通常由于這個(gè)理由在灼熱面和冷卻通道之間仍然剩余15到19毫米銅襯時(shí)就被丟棄。這將增加漏斗模具的維護(hù)費(fèi)用，即使它保持模具在最適宜最佳產(chǎn)品質(zhì)量的溫度范圍中操作。
延長(zhǎng)漏斗模具銅襯的壽命的一種合乎邏輯的途經(jīng)是使新的銅襯變得更厚。令人遺憾的是，銅襯越厚，在服務(wù)期間表面溫度越高。由于在薄厚板鑄造中澆鑄速度高，模具(尤其是新的銅模具)有時(shí)在它們?nèi)绱藝?yán)重地?zé)嶙冃沃率巩a(chǎn)品質(zhì)量下降之前只持續(xù)幾天。過(guò)熱的模具表面能導(dǎo)致在模具銅襯自身中形成表面裂紋，而且能引起熔融金屬粘到模具表面上，從而導(dǎo)致殼層的撕裂，這被稱為粘結(jié)燒穿(stick breakout)。
在連續(xù)鑄造工業(yè)中燒穿是賦予下述事件的名字，在該事件中殼層出現(xiàn)一個(gè)洞，而且一旦這個(gè)洞暴露在模具以下，殼層里面的熔融金屬就泄露出來(lái)。它能對(duì)模具下面的密封設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p害，而且在清除它的時(shí)候造成澆鑄程序的計(jì)劃外的中斷。燒穿能導(dǎo)致鋼鐵生產(chǎn)者失去50,000美金到1百萬(wàn)美金，取決于它的嚴(yán)重性和澆鑄操作的類型。薄厚板連鑄機(jī)上的燒穿通常不太嚴(yán)重，因?yàn)樵谀＞咧薪饘俚捏w積少于厚板模具中的。
模具銅襯板有從它是新的、處于最大厚度的時(shí)候開(kāi)始的壽命預(yù)期。在經(jīng)歷重復(fù)的再次機(jī)器加工除去在服務(wù)期間在澆鑄設(shè)備中發(fā)生的磨損和表面惡化之后，模具銅襯將變得越來(lái)越薄，直到它對(duì)于使用不再安全為止。為了保證銅襯本身中的裂紋不造成通過(guò)灼熱表面漏水，每次澆鑄操作都設(shè)置用于操作厚度的下限。這樣的事件可能造成引起熔融金屬?gòu)哪＞邍姵龅谋l(fā)而且有可能傷害在那個(gè)區(qū)域中的操作員或其他人員。當(dāng)它被扔棄出的時(shí)候，在正常的模具銅襯的灼熱表面和冷卻水通道之間剩余厚度的典型安全范圍從5毫米到10毫米。
在連續(xù)澆鑄模具中冷卻水通常按照從頂端到底部的方向流過(guò)在銅襯背面上的水通道或狹縫。這樣做的主要優(yōu)勢(shì)是在進(jìn)水之前把空氣推出狹縫或通道。困在冷卻水通道里面的空氣能在模具中引起銅襯過(guò)熱和不均勻的散熱。然而，在今天在模具中使用的冷卻水的速度下，空氣幾乎沒(méi)有機(jī)會(huì)經(jīng)受住在每秒6到12米(即每秒20到40英尺)的范圍內(nèi)變動(dòng)的水流。
從底部到頂部的水流還通過(guò)在到達(dá)彎月形區(qū)域之前給模具下半部分中的水預(yù)熱提供產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)。這避免了產(chǎn)品在規(guī)定產(chǎn)品質(zhì)量水平的彎月形區(qū)域中過(guò)度冷卻，尤其是當(dāng)銅襯經(jīng)過(guò)幾次重新機(jī)械加工之后變得比較薄的時(shí)候。
本發(fā)明的概述然而，發(fā)明者業(yè)已確定出于更迅速地澆鑄(尤其是在薄厚板連鑄機(jī)中)的愿望，逆轉(zhuǎn)水流方向迫使它從頂部流向底部有某些優(yōu)勢(shì)。首先接觸彎月形區(qū)域的冷卻水能降低那個(gè)區(qū)域中的銅襯溫度而且允許使用更厚的新的銅襯。在新的銅襯上甚至1毫米的附加厚度都能提供對(duì)鋼的生產(chǎn)者將產(chǎn)生非常真實(shí)的經(jīng)濟(jì)利益的附加的作業(yè)周期。給定這一事實(shí)漏斗模具襯里或銅襯在它們被丟棄之前通常僅僅維持4到6個(gè)作業(yè)周期，額外的作業(yè)周期對(duì)鋼鐵生產(chǎn)者可能值10,000美金到20,000美金，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)銅襯原材料的附加費(fèi)用的價(jià)值。
除此之外，在高速澆鑄期間降低彎月形區(qū)域的溫度能防止銅襯里破裂和變形，從而延長(zhǎng)了重新機(jī)械加工之間的作業(yè)周期。這將允許模具在延長(zhǎng)的時(shí)間周期內(nèi)留在機(jī)器中，從而增加機(jī)器的生產(chǎn)量和增加一對(duì)模具銅襯在它們的使用期限里能提供的總熱量。
隨著加速連續(xù)澆鑄過(guò)程的趨勢(shì)繼續(xù)，模具中的水流方向能在不犧牲模具和銅襯壽命的情況下在使逐漸增加的鑄造速度能夠發(fā)生方面起重要作用。新的流動(dòng)方向控制方法還能幫助將使銅襯保持在為最佳的產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)化的操作范圍內(nèi)。在冷卻狹槽的頂端附近引入冷凍劑還能增加冷凍劑在靠近預(yù)期的彎月形位置的區(qū)域中的壓力，借此增加那個(gè)位置的沸騰溫度，因此遏制了在模具中可能導(dǎo)致不均勻冷卻的有核沸騰的可能性。
例如，當(dāng)銅襯變薄時(shí)有逆轉(zhuǎn)冷卻水流動(dòng)方向的能力將能夠提供兩個(gè)世界之中最好的。當(dāng)銅襯在某個(gè)厚度臨界值以上時(shí)可能采用從頂部向底部的流動(dòng)，以增強(qiáng)彎月形區(qū)域的冷卻。當(dāng)銅襯變得越來(lái)越薄和越來(lái)越接近丟棄尺寸的時(shí)候，流動(dòng)能夠被逆轉(zhuǎn)從底部流向頂部，以避免過(guò)度冷卻彎月形區(qū)域。有這種能力能增加模具和銅襯的壽命，從而把巨大的商業(yè)利益提供給使用者。
流動(dòng)逆轉(zhuǎn)控制還有助于控制模具中相對(duì)的兩個(gè)表面的溫度相似性。如果一個(gè)銅襯比另一個(gè)薄，兩個(gè)銅襯的表面溫度能通過(guò)在比較薄的銅襯上從底部流向頂部而在比較厚的銅襯上從頂部流向底部得到相當(dāng)接近的匹配。
這樣的流動(dòng)控制系統(tǒng)也能幫助多重模具機(jī)器上的溫度匹配，尤其是鑄造速度全都相同的場(chǎng)合。例如，六根坯料連鑄機(jī)可能必須早停工，因?yàn)橐粋€(gè)或多個(gè)模具有新的銅管，而其它銅管比較薄。通過(guò)使每個(gè)模具的流動(dòng)方向與其銅襯的厚度相匹配，薄弱環(huán)節(jié)可以被消除，而附加的鑄造速度，鑄造時(shí)間和模具壽命可以實(shí)現(xiàn)。在分享公用的速度控制的大鋼坯機(jī)器(組合式厚板/大鋼坯機(jī)器)上，模具銅襯表面溫度能與不同的銅襯厚度相匹配，從而使兩個(gè)或多個(gè)模具的鑄造性能達(dá)到最大值。
不同的方法和系統(tǒng)可能被用來(lái)控制連續(xù)澆鑄模具中的水流方向。一種方法是在模具水夾套的設(shè)計(jì)中。在連續(xù)澆鑄模具中的水夾套是提供機(jī)械支撐在工作期間保持銅襯平直的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。它還起冷卻水導(dǎo)管的作用把水引導(dǎo)到銅襯的頂端和底部。內(nèi)部構(gòu)造將規(guī)定冷卻水的流向。不同的水夾套能與不同的銅襯厚度一起使用，或者水夾套能與內(nèi)部的切換機(jī)構(gòu)一起設(shè)計(jì)?；蛟S用來(lái)控制模具冷卻水流向的最實(shí)際的方法是在模具下面的水管系統(tǒng)中。為了完成切換功能，閥門和其它控制裝置可以合并到模具的水管系統(tǒng)中。這種類型的流動(dòng)控制系統(tǒng)可能容易在建造期間安裝在新機(jī)器上或者可能被添加到現(xiàn)有的機(jī)器上，以提供在本文中列出的利益。這樣的澆鑄機(jī)器升級(jí)的投資回收期對(duì)高速澆鑄操作是非常短的。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述和其它的目的，操作那種包括至少一個(gè)用來(lái)在澆鑄期間通過(guò)管道輸送冷凍劑的冷凍劑通道的連續(xù)澆鑄模具的方法依照本發(fā)明的第一方面包括下述步驟在迫使冷凍劑按第一方向通過(guò)冷凍劑通道的同時(shí)實(shí)施澆鑄操作；以及在迫使冷凍劑按與第一方向相反的第二方向通過(guò)冷凍劑通道的同時(shí)實(shí)施后續(xù)的澆鑄操作。
依照本發(fā)明的第二方面，操作那種有至少一個(gè)澆鑄表面和至少一個(gè)與所述的澆鑄表面進(jìn)行熱交換的冷凍劑通道的連續(xù)澆鑄模具的方法包括下述步驟根據(jù)至少一個(gè)因素決定如果冷凍劑被迫按第一方向或按相反的第二方向通過(guò)冷凍劑通道，由冷凍劑通道提供的冷卻對(duì)澆鑄過(guò)程是否是最有利的；以及在迫使冷凍劑按選定的方向通過(guò)冷凍劑通道的情況下操作連續(xù)澆鑄模具。
這些和各種不同的其它優(yōu)勢(shì)以及描述本發(fā)明的特征的各種新奇的特征是用權(quán)利要求書具體地指出的。然而，為了更好地理解本發(fā)明的、它的優(yōu)勢(shì)和通過(guò)它的使用實(shí)現(xiàn)的目的，應(yīng)該涉及形成其深層部份的附圖和相應(yīng)的描述性素材，其中有被圖解說(shuō)明和描述的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。
圖4是描繪用于連續(xù)澆鑄模具的管道系統(tǒng)的示意圖；圖5是在第二操作位置展示圖4的示意圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述現(xiàn)在參照附圖，其中相同的參考數(shù)字在不同的視圖中處處指定相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，具體地參照

圖1，依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案構(gòu)成的改進(jìn)的連續(xù)澆鑄模具10包括四個(gè)外壁或水夾套12，每個(gè)都有在其中定義的下增壓室14。如同在圖1和2中看到的那樣，每個(gè)外壁或水夾套12進(jìn)一步包括在其中定義的下通道16，以使下增壓室14與在優(yōu)選實(shí)施方案中作為下方水管18的比較低的外部的冷凍劑導(dǎo)管連通。暫時(shí)參照?qǐng)D2，人們將看到每個(gè)水夾套12進(jìn)一步包括在其中定義的上增壓室15和使上增壓室15與在圖4中示意地展示的在優(yōu)選實(shí)施方案中作為上方水管19的第二外部冷凍劑導(dǎo)管連通的通道17。
連續(xù)澆鑄模具10還包括四個(gè)模具襯里即“銅襯”20，每個(gè)都有灼熱面即澆鑄表面，而且被固定到各自的水夾套12的內(nèi)表面上，如同在圖1中能清楚地看到的那樣。如同在這個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中眾所周知的并且在前面已詳細(xì)描述過(guò)的那樣，這些灼熱面即襯壁的澆鑄表面20一起定義模具表面，鋼之類的熔融材料可以通過(guò)它并且成形。每“銅襯”20或襯板優(yōu)選用熱連通性(thermalconnectivity)高的材料(優(yōu)選銅)制造，如同在這個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中眾所周知的那樣。
如同在圖1中能夠看到的那樣，每塊襯里壁20都有許多在其內(nèi)表面上定義的狹槽22，這些狹槽與各自的水夾套12一起定義許多如圖2所示的通道26，用來(lái)輸送水之類的冷凍劑以便在模具10的操作期間冷卻襯里20。再一次參照?qǐng)D2，在優(yōu)選實(shí)施方案中，每個(gè)通道或水狹槽26都這樣取向，以致它實(shí)質(zhì)上是垂直的，有位于水夾套12的上端28附近的上端和位于水夾套12的下端30附近的下端。如圖2所示，第一速度板32位于下增壓室14和通道26的下端之間，類似地第二速度板位于上增壓室15和通道26的上端之間。
圖2描述模具襯里或銅襯20，它實(shí)質(zhì)上是新的而且展示在通道26的最里面36(也被稱為狹槽底部)和灼熱面或澆鑄表面38之間的初始厚度TO。在這個(gè)厚度下，為澆鑄表面38的彎月形區(qū)域34提供增強(qiáng)的冷卻可能是合乎需要的。因此，本發(fā)明提供的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是作決定的步驟，即確定引導(dǎo)冷凍劑從頂部到底部是如此合乎需要，然后開(kāi)始按照朝通道26的下半部分的方向把冷凍劑引入通道26的上半部分以致在靠近彎月形區(qū)域34的狹槽底部36的區(qū)域中接觸狹槽底部36的冷凍劑將盡可能少地被預(yù)先加熱。
圖3描繪通過(guò)磨損和在修理期間完成的機(jī)械加工已變得比原先薄得多的模具襯里或銅襯20。明確地說(shuō)，圖3展示的模具襯里或銅襯20展示在狹槽底部36和新的澆鑄表面40之間的厚度TC，它代表厚度相對(duì)于模具襯里的初始尺寸的侵蝕，其數(shù)值為TR。
依照本發(fā)明的一個(gè)特別有利的實(shí)施方案，用新的模具襯里20進(jìn)行澆鑄將是在通道26之內(nèi)引導(dǎo)冷凍劑從頂部到底部的情況下完成的。每逢修理模具襯里之后，將做出究竟應(yīng)該引導(dǎo)冷凍劑從頂部流向底部還是從底部流向頂部的新決定。在這個(gè)實(shí)施方案中，決定是根據(jù)狹槽底部36和澆鑄表面38之間的模具襯里的剩余厚度Tc做出的。決定逆轉(zhuǎn)冷凍劑流動(dòng)的Tc的特定數(shù)值將根據(jù)許多因素確定。例如，Tc的確定可能部分地或全部根據(jù)澆鑄期間的實(shí)測(cè)溫度。這個(gè)決定還可能部分地或全部根據(jù)預(yù)期的澆鑄速度、制造模具襯里20的材料的組成、或可能已施加給澆鑄表面38的各種不同的表面處理。作為替代，這個(gè)決定還可能是簡(jiǎn)單地根據(jù)預(yù)期的模具襯里20的壽命中點(diǎn)做出的。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，決定逆轉(zhuǎn)冷凍劑流動(dòng)方向的Tc的數(shù)值在很大程度上取決于正在使用的模具的類型(即模具究竟是傳統(tǒng)的厚板模具還是高速漏斗模具)和模具襯里的組成(即模具襯里究竟是用含銀銅還是鉻鋯銅制造的，兩者的細(xì)節(jié)在工業(yè)界中是廣為人知的)。下表列出用于這些最重要的因素的全部組合的Tc的優(yōu)選的或更優(yōu)選的范圍。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，如同在圖4中被清楚地展示的那樣，允許在水夾套內(nèi)將冷凍劑有選擇地從頂部引向底部或從底部引向頂部的優(yōu)選的裝置包括優(yōu)選在連續(xù)的澆鑄模具之下被置于水管系統(tǒng)中的簡(jiǎn)單的閥門布置44。供水管道系統(tǒng)40把加壓水或其它冷凍劑供應(yīng)給連續(xù)澆鑄模具，而回水管線42為已通過(guò)連續(xù)澆鑄模具循環(huán)的水提供返回路徑。供水管道系統(tǒng)40和回水管線42如同遍及工業(yè)界共同的那樣優(yōu)選作為包括過(guò)濾區(qū)域和通常包括熱交換器和用來(lái)把廢熱轉(zhuǎn)移給環(huán)境的冷卻塔的外部冷卻區(qū)域的連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)的一部份。
如同在圖4中看到的那樣，閥門布置44是諸如圖2所示的情況下配置的，其中供水管道系統(tǒng)40與上面的水管19連通，后者如圖2所示提供進(jìn)入上通道17和上增壓室15的路徑。如圖2所示，冷凍劑水向下流動(dòng)通過(guò)通道26，進(jìn)入下增壓室14，再通過(guò)下通道16流出，進(jìn)入與回水管線42連通的下面的水管18。在圖3和5描繪的情況下，供水管道系統(tǒng)40改為通過(guò)閥門布置44與下面的水管18連通，從而迫使冷卻水進(jìn)入下通道16，通過(guò)下增壓室14，然后向上通過(guò)通道26，其中冷凍劑在到達(dá)靠近彎月形區(qū)域34的那段狹槽底部36之前被預(yù)熱。因此，冷卻效果被略微減輕，這是有益的，因?yàn)槟＞咭r里20比較薄。冷凍劑繼續(xù)向上進(jìn)入上增壓室15，向外通過(guò)上通道17，進(jìn)入通過(guò)閥門布置44與回水管線42連通的上面的水管19。
然而，人們應(yīng)該理解，即使本發(fā)明的許多特征和優(yōu)勢(shì)連同本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)都已經(jīng)在前面的描述中予以陳述，但是這種揭示僅僅是說(shuō)明性的，在細(xì)節(jié)方面，尤其是在與零部件的形狀、尺寸和布置有關(guān)的細(xì)節(jié)方面可以在權(quán)利要求書用術(shù)語(yǔ)的廣泛的一般意義表達(dá)的本發(fā)明的原則范圍內(nèi)做出各種各樣的變化。
權(quán)利要求
1.一種操作包括至少一個(gè)用來(lái)在澆鑄期間通過(guò)管道輸送冷凍劑的冷凍劑通道的連續(xù)澆鑄模具的方法，該方法包括下述步驟(a)在迫使冷凍劑按第一方向通過(guò)所述的冷凍劑通道的同時(shí)，實(shí)施澆鑄操作；以及(b)在迫使冷凍劑按與所述的第一方向相反的第二方向通過(guò)所述的冷凍劑通道的同時(shí)，實(shí)施后續(xù)的澆鑄操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的冷凍劑通道包括在模具襯里中定義的狹槽，而且所述的狹槽具有頂端和底端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中步驟(a)是通過(guò)迫使冷凍劑按第一方向通過(guò)所述的從所述的頂端朝所述的底端延伸的狹槽得以完成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包括在步驟(a)和步驟(b)之間修理所述模具襯里的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述的修理所述模具襯里的步驟包括從所述模具襯里的澆鑄表面除去許多材料以便修理所述澆鑄表面，然后確定保持在所述狹槽的底部和所述澆鑄表面之間的所述襯里的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中步驟(b)僅僅是在所述狹槽的底部和所述澆鑄表面之間保持的所述模具襯里的所述厚度小于預(yù)定的最小厚度的情況下在緊接著的后續(xù)澆鑄操作中完成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述連續(xù)澆鑄模具是漏斗模具，而且所述預(yù)定的最小厚度在大約0.39英寸到大約0.87英寸的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述模具包括用含銀銅合金組成的材料制造的模具襯里，而且預(yù)定的最小厚度在大約0.47英寸到大約0.87英寸的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述預(yù)定的最小厚度在大約0.55英寸到大約0.79英寸的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述模具包括用鉻鋯銅合金組成的材料制造的模具襯里，而且預(yù)定的最小厚度在大約0.39英寸到大約0.75英寸的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述預(yù)定的最小厚度在大約0.47英寸到大約0.67英寸的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述的連續(xù)澆鑄模具是傳統(tǒng)的厚板模具，而且所述預(yù)定的最小厚度在大約0.18英寸到大約1.18英寸的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述模具包括用含銀銅合金組成的材料制造的模具襯里，而且預(yù)定的最小厚度在大約0.20英寸到大約1.18英寸的范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述預(yù)定的最小厚度在大約0.30英寸到大約1.06英寸的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述模具包括用鉻鋯銅合金組成的材料制造的模具襯里，而且預(yù)定的最小厚度在大約0.18英寸到大約1.02英寸的范圍內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述預(yù)定的最小厚度在大約0.28英寸到大約0.91英寸的范圍內(nèi)。
17.一種操作有至少一個(gè)澆鑄表面和至少一個(gè)與所述的澆鑄表面熱交換的冷凍劑通道的連續(xù)澆鑄模具的方法，該方法包括下述步驟(a)根據(jù)至少一個(gè)因素確定如果冷凍劑被迫在第一方向上或在相反的第二方向上通過(guò)所述的冷凍劑通道，所述的冷凍劑通道提供的冷卻對(duì)澆鑄工藝是否是最有利的；以及(b)用被迫按在步驟(a)中選定的方向通過(guò)所述的冷凍劑通道的冷凍劑操作所述的連續(xù)澆鑄模具。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中在步驟(a)中考慮的因素包括在所述的連續(xù)澆鑄模具中的模具襯里的厚度。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述冷凍劑通道包括在所述的模具襯里中定義的狹槽，而且所述的在步驟(a)中考慮的厚度是在所述狹槽的底部和所述的澆鑄表面之間保持的所述的模具襯里的厚度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中步驟(a)是依據(jù)所述厚度是否少于預(yù)定的最小厚度被進(jìn)一步完成的。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的連續(xù)澆鑄模具是漏斗模具，而所述預(yù)定的最小厚度在大約0.39英寸到大約0.87英寸的范圍內(nèi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中所述模具包括用含銀銅合金組成的材料制造的模具襯里，而且預(yù)定的最小厚度在大約0.47英寸到大約0.87英寸的范圍內(nèi)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述預(yù)定的最小厚度在大約0.55英寸到大約0.79英寸的范圍內(nèi)。
24.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述模具包括用鉻鋯銅合金組成的材料制造的模具襯里，而且預(yù)定的最小厚度在大約0.39英寸到大約0.75英寸的范圍內(nèi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述預(yù)定的最小厚度在大約0.47英寸到大約0.67英寸的范圍內(nèi)。
26.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述的連續(xù)澆鑄模具是傳統(tǒng)的厚板模具，而且所述預(yù)定的最小厚度在大約0.18英寸到大約1.18英寸的范圍內(nèi)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中所述模具包括用含銀銅合金組成的材料制造的模具襯里，而且預(yù)定的最小厚度在大約0.20英寸到大約1.18英寸的范圍內(nèi)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中所述預(yù)定的最小厚度在大約0.30英寸到大約1.06英寸的范圍內(nèi)。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中所述模具包括用鉻鋯銅合金組成的材料制造的模具襯里，而且預(yù)定的最小厚度在大約0.18英寸到大約1.02英寸的范圍內(nèi)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中所述預(yù)定的最小厚度在大約0.28英寸到大約0.91英寸的范圍內(nèi)。
31.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述的厚度是在靠近預(yù)期的彎月形位置的區(qū)域中測(cè)量的。
32.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述的厚度是在靠近預(yù)期的彎月形位置的區(qū)域中被測(cè)量。
33.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中在步驟(a)中考慮的因素包括在一部分所述的冷凍劑通道中預(yù)期的壓力條件。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中所述的預(yù)期的壓力條件包括在所述冷凍劑通道的最靠近預(yù)期的彎月形位置的區(qū)域中所需要的冷凍劑壓力條件。
35.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中在步驟(a)中考慮的因素包括連續(xù)澆鑄模具的預(yù)期的澆鑄速度。
36.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中在步驟(a)中考慮的因素是與所述的冷凍劑通道進(jìn)行熱交換的模具襯里的使用壽命的預(yù)期的百分比。
37.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中在步驟(a)中考慮的因素是連續(xù)澆鑄模具的類型。
全文摘要
用來(lái)操作那種包括至少一個(gè)模具表面和至少一個(gè)與所述模具表面進(jìn)行熱交換的冷凍劑通道的連續(xù)澆鑄模具的改進(jìn)程序包括根據(jù)至少一個(gè)因素確定究竟是按第一方向還是按相反的第二方向引導(dǎo)冷凍劑通過(guò)冷凍劑通道是最有利的。例如，如果模具襯里低于預(yù)定的厚度，讓冷凍劑這樣循環(huán)可能是有利的，即讓它進(jìn)入水夾套和在底部的模具襯里中定義的冷凍劑狹槽，再?gòu)捻敹穗x開(kāi)，以致冷凍劑在到達(dá)彎月形的區(qū)域之前有一些預(yù)熱。反之，如果模具襯里比較厚，那么在水夾套的頂端引入冷凍劑，借此增強(qiáng)彎月形的區(qū)域中的冷卻效果可能是符合要求的。
文檔編號(hào)B22D11/22GK1473080SQ01818346
公開(kāi)日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2001年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月11日
發(fā)明者小吉姆斯·B·肖爾斯, 小吉姆斯 B 肖爾斯 申請(qǐng)人:Sms戴梅吉公司