用于澆注金屬帶的方法與設備及其所用的噴注器的制作方法

專利名稱：用于澆注金屬帶的方法與設備及其所用的噴注器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于連續澆注金屬帶的方法與設備。更具體而言，本發明涉及以熱傳導的帶、輥、輪或者履帶蹄塊的形式利用一個或多個移動表面進行例如鋁(包括鋁合金)、銅、鋼或其它金屬的金屬連鑄，具體地是由包括一對柔性的熱傳導帶或者帶狀物，例如雙帶式鑄機中的金屬帶而進行的。
背景技術：
雖然金屬帶的連鑄已經發展了許多年，并且取得了一些改進(例如在Sivilotti的美國專利4,061,177中的雙帶澆注設備中，對導向、穩定性和冷卻方面的改進)，但是對于以經濟的價格獲得高表面質量的金屬成品這一方面仍存在困難。
一個特殊的問題是由于在澆注工藝中遇到的幾個因素使鑄型制品的表面質量被輕易地降低了。例如，通常在澆注表面上施加一分型層以使冷卻后的產品從澆注表面脫離。但是，如果分型層施加得不均勻，鑄型制品表面的不同區域可能會出現不同的狀況。此外，在與熔融金屬接觸后，澆注表面可能受到來自金屬和分型劑的碎屑的沾污，這些材料的出現可能會影響鑄件的質量。
表面問題也可由施加在移動的澆注表面上的熔融金屬帶來。金屬的施加通常借助于一個延伸超過澆注表面工作寬度的噴注器來實現，但是如果將噴注器與移動的澆注表面隔開一個準確的微小距離，那么將會帶來問題。可是，不與移動的澆注表面接觸而保持這樣一個距離的方法是很不精確的，并且也是不夠可靠的(由于會導致例如金屬鉆出(flashback)的機械和熱變形)，而且使用與移動的澆注表面接觸的方法通常會損傷施加到澆注表面上的分型劑層或者由于帶的熱傳遞而引起噴注器中的金屬過早的凝固。
因此，需要對這樣的鑄造方法和設備進行改進以克服鑄件的缺陷和操作上的不可靠性。

發明內容
本發明的一個目的是提高由連鑄方法、特別是帶澆注方法生產的金屬帶產品的質量。
本發明的另一個目的是在不對鑄件造成損傷的前提下使一種澆注金屬所用的噴注器的出口與澆注表面保持一個精確而又均勻的距離。
本發明的另一個目的是提供一種澆注金屬帶的改進設備，特別是用于澆注金屬帶的帶式設備。
本發明的又一個目的是提供一種在生產澆注金屬帶的設備中作用的改進的噴注器。
本發明的還一個目的是解決在金屬帶的連續澆注過程中所遇到的問題。
按照本發明的一個方面，提供了一個連續澆注金屬帶的方法，該方法包括將熔融金屬連續注入至少具有一個澆注表面的結晶器中，該澆注表面連續重復循環地通過結晶器，并且在金屬冷卻后將凝固的金屬帶從結晶器中移出。在結晶器中的熔融金屬與澆注表面接觸之前，將一個分型劑層均勻連續地施加到至少一個澆注表面上。澆注表面從結晶器中出現之后而又在與結晶器中的熔融金屬進一步接觸之前，并且在將新的分型劑施加到澆注表面之前，所有的分型劑以及包含在分型劑中的任何碎屑可被連續地從該至少一個澆注表面上去除。
將熔融金屬連續注入結晶器的設備優選地利用一個包括熔融金屬出口的柔性噴嘴。這個噴嘴與經過該噴嘴的澆注表面的形狀相符合。該柔性噴嘴可直接壓靠在澆注表面的分型層上或者通過至少一個墊層壓靠在該澆注表面上，該墊層與澆注表面保持一個預定的間隙，從而避免了由于在澆注表面上分型劑層的損傷而破壞金屬帶的表面質量。
本發明還涉及了用于完成上述方法的設備。
該方法與設備可應用在包括液體、粉末以及(液體和粉末的)混合物的各種分型層，但尤其是應用在液體分型層。
由于較低的溫度可有效的使用液體，因此對于各種不同的帶式澆注方法和設備，液體分型層使用最為頻繁。
本發明的另一方面，提供了一種連續澆注金屬帶的方法，該方法包括形成一個具有至少一個澆注表面的結晶器，該澆注表面連續重復循環地通過結晶器，連續地將熔融金屬注入結晶器以及在結晶器內的金屬凝固后將凝固的金屬帶從結晶器中移出，其中利用一個具有柔性噴嘴的噴注器將金屬注入結晶器內，該柔性噴嘴包括一個熔融金屬的出口，并且該噴嘴與澆注表面的形狀相符合。
本發明還涉及一種用于完成上述方法的設備。
本發明的方法與設備可用于各種連續澆注金屬帶的澆注方法，包括單輥或雙輥式鑄機、塊式或履帶式鑄機、輪式鑄機、輪-帶式鑄機(例如Secim鑄機)以及雙帶式鑄機，本發明的方法與設備特別適用于其中至少一個澆注表面是由移動帶所形成的鑄機，尤其適用于使用比較光滑的鋼或銅帶的雙帶式鑄機。
用于移動帶式鑄機中的帶必須保持相對較低的溫度以防止其表面產生的熱變形，并因而在帶與熔融金屬之間產生顯著的溫度梯度。因此對于這樣的鑄機，關于噴注器噴嘴的熱量控制問題最為關鍵，本發明的噴注器中的可控制的接觸和所達到的間隙特別具有優越性。
本發明的又一方面，還提供了一種用于具有至少一個移動的澆注表面的連鑄設備上的熔融金屬噴注器，其中利用該噴注器將熔融金屬注入到所述澆注表面上，該噴注器包括一對隔開的耐火元件和一對側邊元件，其具有內表面以與上游金屬入口部分形成一個噴注器通道以及一個包含下游金屬出口的噴嘴，其中的耐火元件是柔性的以便于在使用時該噴嘴可與移動的澆注表面的表面形狀相符合。
柔性噴嘴可以與澆注表面直接接觸，或者利用墊層與澆注表面隔離。在這兩種情況下，無論有或者沒有分型層都可使用噴嘴。
一個特定實施例提供了一種可適用于許多金屬或合金的方法，在該實施例中采用了與雙帶式鑄造設備的澆注表面上的分型層直接接觸的柔性噴嘴。
可是，對于具有高表面要求的金屬產品，應優選地采用與分型層隔離開的柔性噴嘴。
雖然本發明的方法與設備沒有對任何特殊金屬進行限制，但是它們特別適用于例如鋁和鋁合金的具有相對較低熔點的金屬的澆注，并且特別適用于那些易于產生表面缺陷和損傷的“長凝固范圍”的合金的澆注。
附圖簡述

圖1是表示按照本發明的一個方面的帶式澆注設備的一個局部截面簡圖，該圖示出了分型層去除裝置；圖2是用于將新的分型劑層施加到澆注設備的澆注表面上的一個設備的平面簡圖；圖3是圖2所示設備的一個縱向剖面簡圖；圖4是本發明另一方面的一個金屬噴注器的透視圖；圖5A是圖4的噴注器部分的一個局部縱向剖面圖；圖5B是圖5A中虛線VB所包圍部分的放大視圖；圖6是圖4的噴注器的一個局部放大透視圖；圖7是與圖4的噴注器一起使用的一種網狀墊層的橫截面圖；圖8是一個澆注表面的平面圖，示出圖7所示的那種網狀墊層的接觸點。
實施本發明的最佳模式本發明主要但決不僅僅涉及雙帶式鑄機，例如在Sivilotti的美國專利4,061,177中所示的那種。下面所公開的內容涉及這種雙帶式鑄機以說明本發明的方法與設備。
在本發明的一個優選實施例中，采用一種液體分型劑，該分型劑通常由一種礦物油或一種合成物與植物油的混合物組成，在將熔融金屬利用金屬澆注器澆注到鑄帶的澆注表面上之前，將該分型劑涂覆到該澆注表面上。當該分型劑與熔融金屬接觸時，該分型劑產生氣體，該氣體可減少凝固金屬粘附到帶上的傾向并且也為澆注表面提供一個絕熱措施。一種例如石墨或滑石粉的固體顆粒層或者在一種液體中的顆粒混合物通常用于這種用途，但是在本發明中優選地使用一種液體以避免分型劑材料對金屬制品的表面沾污。
為了避免在分型劑與熔融金屬接觸過程中由該分型劑中的不可避免的碎屑而引起的問題，按照本發明的一個方面，在金屬制品從澆注表面分離后并且在涂覆新的分型劑層和注入另外的熔融金屬之前，將該分型劑完全從鑄帶的澆注表面去除。
利用附圖1中所示的這種設備可實現上述目的。在該圖中示出了位于雙帶式澆注設備10的一端的上帶11的一部分。該帶的表面11A沿箭頭A的方向朝向一個用于提供熔融金屬層的噴注器(未示出)而移動。隨著板坯26與沿箭頭B方向移動的返回表面11B相接觸，金屬凝固。帶11的一部分11C重新與接觸的凝固金屬帶分離，并且隨著11C部分與熱金屬相接觸，其分型液體表面層被碎屑沾污。在施加熔融金屬層的噴注器的上游的一個工作臺(未示出)上，一個新的液體分型劑層被涂覆到帶的澆注表面11A上。
一個分型層去除裝置12被設置與帶11的位置相鄰，以便于在施加新的分型劑之前將舊的分型劑和碎屑從帶的表面完全去除。該去除裝置12包括一個超過帶的寬度的空心殼體14，該殼體14除了面向帶11的相鄰表面的側面15是敞開的之外，其它的所有側面都是封閉的。一個帶有扁平噴嘴17的噴射桿16位于殼體14的內部并且從一個加壓的供給管道19中引導一種高壓的(壓力值優選地在3400-6900千帕(即500-1000磅/英寸2)之間)的清洗液體(優選地是一種煤油體積占30％而水體積占70％的不易燃的并易于分離的混合物)的幕狀噴霧18近似垂直地噴射到帶的表面上。隨著帶移動經過該去除裝置12，清洗液體的噴霧從帶的表面去除大部分分型液體和沾染的碎屑。帶表面上剩余的任何液體或固體被一個刮削器20去除，該刮削器由柔性的或者優選地由彈性材料例如尼龍、硅橡膠或者丁腈橡膠制成，該刮削器與帶的切線方向呈大約45°并且在殼體的敞開側15的上端形成密封，并且該刮削器在壓力作用下壓靠在帶上以作為一個刮板。
殼體14的下部邊緣21與帶的表面相隔一個間隙22，該間隙22足夠大，使得附著在帶表面上的固體碎屑能進入設備12而并沒有被截留在殼體邊緣的下方，因而沒有對帶造成任何損害。在大多數應用中，將間隙22設置在0.4mm至0.6mm之間(即0.015到0.025英寸)。通過減小在殼體內形成的壓力(例如38cm(即15英寸)的水柱)，借助于被吸入殼體內的空氣引入流來防止清洗液體通過間隙22離開殼體14。利用真空泵(未示出)產生所要降低的壓力，該真空泵通過管23從殼體內部抽出空氣。最優選地是利用靠在移動帶表面的柔性邊緣(未示出)在除了下部邊緣21和上部邊緣處的刮削器20之外的所有位置處將殼體密封，以便于盡可能增大下部邊緣的空氣入口。
收集在殼體內的已使用過的清洗液體和雜質通過一個可測氣壓的排放管道24被排入貯液箱(未示出)，并且該使用過的材料可被過濾和再循環。
一個帶有類似的分型劑去除裝置的類似帶(未示出)被設置在金屬板坯26的緊下方以作為雙帶式鑄機的第二部分。
該分型層去除裝置12可快速、有效并連續地從帶表面去除分型液體和固體碎屑的雜質層，因此從移動結晶器中露出的帶11的澆注表面被完全清潔，并且為再次接收熔融金屬之前施加新的分型液體層做了準備。
對于帶式鑄機的正常操作，沿帶的寬度方向新的分型液體層被很薄地且均勻地涂覆。該分型層的厚度對于鋼帶而言，通常應該在20～200ug/cm2這一范圍之間，或對于銅帶而言，通常應該在20～500ug/cm2之間，并且該厚度在帶的寬度方向上只應有大約±5％的變化(即最大為10％的偏差)。具有這樣技術要求的層可利用不同的設備產生，例如利用其后帶有使涂層平整的刷子的往復式空氣噴霧噴槍或者利用刮片。但是，這樣的系統是具有缺點的，因為對噴射噴松和刷子系統而言，由于不是所有的分型液體都附著在帶上，因此涂覆到帶上的分型液體的量是不可知的；而對于刮片系統而言，施加到帶上的分型液體的量是刮片配置和分型劑粘度的一個函數并取決于帶的結構。如果需要，不同成分的分型層可施加到上帶和下帶，并且也可采用不同厚度的分型層。
這些問題可利用如圖2和圖3中的簡化形式所示的非接觸式靜電噴射裝置25來解決。這些裝置可以是例如由靜電涂層設備有限公司(Electrostatic Coating Equipment Limited)(加拿大)所出售的改進型靜電旋轉式噴射裝置，每一個靜電旋轉式噴射裝置包括一個或多個旋轉罩，該旋轉罩的旋轉速度可達到50,000rpm(轉數/每分鐘)并且所保持的電壓可達到100KV(千伏)。在這些罩中，例如用一個電動齒輪泵來測定被噴涂的分型液體。分型液體的量也可通過改變來自齒輪泵的液體流速而改變。
如圖2所示，沿帶以重疊梯隊的形式配置靜電噴射裝置，可以達到分型液體沿帶的寬度方向的均勻涂覆。液體的實際分布可以利用帶上附著的小金屬標記在初始試轉中測得。該標記的去除和精確的稱量揭示了噴涂分布狀態，以便于如果需要均勻的噴涂而調整這些噴射裝置。
在雙帶式鑄機正常的工作狀況下，對帶表面施加了分型液體后，帶從一個熔融金屬噴注器中接收一層熔融金屬并且在兩個相對的帶之間澆注金屬，在這兩個帶之間限定了一個移動的結晶器。
按照本發明的一個優選方案，該噴注器是這樣設計的隨著帶表面經過該噴注器，使帶表面上的新的分型液體層的損傷盡可能減小并且盡可能減小對從噴注器到帶的熔融金屬流的干擾。附圖4、5和6示出了這種噴注器30。
形成該噴注器的材料優選地是一種不被熔融金屬浸潤的絕熱耐火材料，這種材料對在金屬澆注中通常遇到的升高的溫度有抵抗能力。對于澆注熔融鋁和鋁合金，可用加拿大碳化硅有限公司(Carborundum ofCanada Ltd.)的一種市場上可買到的合適材料，例如產品號為972-H的耐火薄板，優選地是5mm厚的材料。這是一個一般包括大約相同比例的氧化鋁和二氧化硅的耐火纖維氈，該耐火纖維氈通常包含一些硬化物，例如象Nalcoag64209的硅膠。在備用狀態下，該氈被包含硅膠的溶液浸潤。
組成該噴注器的各耐火元件可通過將包含硅膠溶液的耐火氈放入一個成型模中，并將模中的氈壓成所希望得到的形狀的方法來形成。通過使用一個預熱模或者將模放入一個爐中而加熱該氈，以將氈制成一種剛性物質。
一般，氈的加熱在大約200℃的溫度持續1個小時。
已經發現，耐火元件的長度尺寸因達到澆注溫度的連續加熱而易于收縮，這樣會引起某些問題。已經發現，當在該材料組合成一個噴注器之前而被加熱到大約600℃持續1個小時時，該材料的尺寸變得驚人地穩定。這被稱為熱穩定處理并且這種處理方式一般將耐火元件放在一個平的耐火板上來完成。
該噴注器的結構強度可通過在上游端部將玻璃布網層增加到外表面上或者在關鍵位置將玻璃布埋入結構中的方式而顯著地提高。
如上所述，該噴注器的制造方法特別適用于鋁或鋁合金的澆注。其它金屬、特別是熔化溫度較高的金屬要求具有較高耐火性能且對于正在澆注的金屬具有足夠的化學和機械抗力的陶瓷材料。這些陶瓷材料對于連鑄領域的技術人員來說是眾所周知的，并且也是陶瓷工業中廣泛的研究工作的對象，以便于每個具體的鑄造應用可使用最適合于包含被澆注的熔融金屬的材料，并且對于每種情況都具有最佳的性能范圍(機械強度和絕熱值)。但是這些材料應優選地采用纖維的形式，并且在具有如上所述的相同的柔性條件下，能夠以片狀幾何結構粘接在一起。
當處于最高耐火度時，可以得到碳纖維，這樣的碳纖維可以碳粘結以形成復合結構，這些結構需要惰性氣體的保護以防止氧化。其它材料、例如高氧化鋁或氧化鋯纖維在高溫時是耐火的和惰性的，并且可利用高溫耐火粘接劑粘接。類似的以氮化耐火材料、尖晶石或氮化鋁-氧化鋁-氧化硅陶瓷材料為基礎的纖維也可用于這些結構中。不浸潤性對于這些結構也是重要的，并且也可使用氮化硼(由于成本的原因通常作為外層)以達到這一要求。
從圖4中可看出，一個優選的噴注器是利用由所述材料制成的一對具有一定間距的通常呈矩形的上下耐火元件31和32形成的。通常這些耐火元件是相同的，每個元件是由一個主平面部分33、位于金屬入口端的一個向外張口的凸緣部分34和位于出口端的一個微向外張口的部分35形成的。
在圖4中示出處于工作位置的耐火元件31和32，它們的內表面從金屬入口部分開始收斂，在喉頸部分36達到了最小的間隙。微向外的張口35從頸部36延伸。以這種方式設置，使得在耐火元件31和32之間形成一個具有金屬入口部分37和金屬出口部分38的通道。耐火元件31和32的邊緣連接到側部元件40上。耐火元件31和32優選地利用剛性支承元件39至少支承其部分長度，該支承件39可由多種材料制成，例如二氧化硅耐火材料或鑄鐵板。支承件39承受大部分的載荷并且為該噴注器的上游和中間長度區域保持尺寸性能。然而，在狹窄的頸部36和出口38，即在該噴注器的噴嘴處，耐火元件在沒有任何支承件的情況下成為噴注器的主要結構元件。對于這一部分，在支承件39和帶之間，每個耐火元件都構成了一個梁。這樣的每個耐火元件在它支承的金屬壓力的連續載荷作用下，受到來自支承件的扭矩和來自帶的垂直反作用力。
該噴注器的噴嘴與澆注表面相適應，因為在金屬靜力載荷的作用下，該噴注器的噴嘴具有足夠的柔性以直接的或者更優選的利用墊層的方式而與澆注表面保持接觸。特定尺寸的耐火材料噴嘴的自由部分最大的撓曲變形是在金屬靜力載荷作用下產生的，由該元件的慣性矩和剛度而決定。慣性矩依次取決于噴嘴材料厚度的三次方。
因為撓曲變形隨耐火元件厚度的三次方而變化，因而顯然對于該厚度的控制是顯而易見的。耐火元件的剛性系數也是重要的，并且該系數受到存在于氈中的剛性物數量的影響，這些剛性物可能是后來加入的，例如在壓縮成形后加入的。對于撓曲變形的良好控制是通過將氈壓縮成形到正確的預定厚度來維持的，以及通過將氈中的剛性物放入壓縮成形的模內時，加熱并硬化處理該剛性物來完成。
圖4和圖6中示出了該噴注器的最佳形狀，即，使得通道從金屬入口部分37向內逐漸變細到頸部36的一個盡可能小的厚度。這樣當金屬流過該噴注器時，利用過度的摩擦損失來降低金屬靜力的壓力損失。換言之，該噴注器只是在需要的地方即頸部36的最小區域限制金屬的流動。于是這樣的結構決定了位于耐火元件中的一個微向外的擴張口或角度的變化以偏離頸部下游的噴注器間隙，以便于為耐火元件的下游邊緣與帶之間提供金屬密封。該向外的擴張口也提供了耐火元件梁部的剛度。該向外的擴張口的優選角度在1°到8°之間的范圍內，該角度是由下游耐火元件邊緣相對于模腔開口的位置決定的。
入口凸緣部分34可適于與耐火元件32的平面部分33呈大約90°角，并且這能很方便的將蓋鎖緊在支承件上以防止被推入鑄造型腔中。
構造該噴注器的優選方法是通過與所希望的形狀相符合的邊緣件40將頂部和底部耐火元件31和32釘成或粘成楔形。這些邊緣件40可從PyrotekN-14的剛性耐火板上切下。為了保證該噴注器與澆注表面相符合，該元件的下游部分的制作是依從在邊緣件和接合點的上、下元件之間，例如通過采用1.6mm(1/16英寸)的低密度Fibrefrax耐火板而實現的。內部墊層用于在噴注器的金屬入口端使耐火元件分開，由于金屬靜壓力通常足以使噴注器的下游端部隔開并壓在帶上，所以通常在朝向排出方向上不需使用同樣的墊層。但是，如果認為靠近下游端設置墊層是重要的，那么應將墊層設置在頸部上游以便它們不會在噴注器的下游邊緣的金屬流中引起紊流，尤其是在高速注入金屬時，這些紊流可影響鑄帶的表面質量。而且當將墊層設置在頸部的上游時，該墊層要以向頸部收斂的形狀被保留在噴注器內。墊層在金屬流動的方向上應該是流線形的以便于當金屬接近該帶時，對金屬的干擾盡可能最小。
該柔性的噴注器具有的優點是在金屬的金屬靜壓力作用下，該噴注器可與澆注表面符合而結晶器與該表面的形狀一致，因而保證了穩定和可靠的金屬容積。在一些應用(例如要求不高的表面質量中)，即使使用分型劑，該噴注器也可直接放置在澆注表面上并且“密封”該表面。可是，在使用分型層以達到高要求的表面質量的地方，具體是在雙帶澆注應用中使用液體分型劑的地方，使噴注器的出口端與澆注表面保持一個小的恒定距離以便于不干擾分型劑層是重要的。實際上，合適的間隙通常在0.1mm～1mm之間的范圍內，優選地是在0.2～0.7mm之間，最佳間隙取決于金屬靜壓力和其它澆注參數。設定這樣一個間隙的優點是能避免噴嘴的磨損以及金屬經過耐火元件到帶的過多的熱量損失，而噴嘴磨損及這種過多的熱量損失可引起金屬在噴注器的狹窄頸部凝固，或者至少引起金屬在噴注器的前沿凝固，這兩種情況之一都可導致生產過程的中止。在常規的實施中，該間隙是通過使噴注器保持相對地不可彎曲以及使該噴注器與帶隔開的方式來實現的。可是，若使用的噴嘴是不可彎曲的，如果帶在橫向或縱向方向變得不平整，則該間隙會隨時間變化，那么這會導致在噴注器的噴嘴和兩帶之間的熔融金屬“鉆出”(如果間隙太大)或者引起過多的熱量損失以及分型層的破裂(如果該噴嘴觸及到帶)。按照本發明的另一方面，通過設置一個更加柔性的和合適的噴注器并且使用墊層將噴注器的出口端與帶隔開的方法來克服這一問題。可是，在將金屬施加到澆注表面之前，這種壓靠在噴注器和帶上的墊層通常具有破壞分型層或者使帶表面本身留下標記或傷痕的缺點。這兩種情況都可導致金屬制品的表面質量缺陷。此外，如果墊層在橫向方向尺寸太大，那么過多的熱量將通過墊層傳導到帶上，因而導致在噴注器的出口的金屬凝固。
根據本發明的該另一方面的一個優選實施形式中，這些缺點是這樣克服的即利用在下噴注器元件32的下側和上噴注器元件31的頂側使用由金屬絲網狀材料的薄帶45作為墊層并且該墊層延伸到噴注器的出口端，使得該網狀材料將噴注器與帶分離并保持所希望的間隙。該墊層可被方便地安裝在位于支撐元件39內的剛性桿41上(只在圖5A中示出)，并且該墊層可被切割成所需要的準確的長度。
優選的網狀結構是不對稱的，即在澆注方向上所使用的金屬絲與在橫向上所使用的金屬絲相比具有更多的索結或者更厚的厚度。當金屬絲網是在與澆注方向平行和橫向于澆注方向的方向上由繩股密度不相同的金屬絲構成并且在橫向于澆注方向的方向上的繩股密度較高時，通常可獲得更多的索結。因而，該橫向金屬絲稍稍隱藏在網的交叉部分，即該橫向金屬絲不與帶表面接觸。僅在縱向金屬絲彎曲的地方建立接觸點以適應較直的橫向金屬絲的交叉，并且當使用這樣的網時，獲得的間隙值是在2倍至3倍金屬絲的直徑之間。例如，由直徑為0.03厘米(0.011英寸)的金屬絲、縱向方向每厘米5.5根金屬絲(即每英寸14根金屬絲)、橫向方向每厘米7根金屬絲(即每英寸18根金屬絲)制成的不銹鋼網形成一個0.069厘米(0.027英寸)的間隙值，即縱向金屬絲比橫向金屬絲多伸出0.013厘米(0.005英寸)，進而即使在長時間的澆注后，也能提供與結晶器的唯一的接觸點，其中在該澆注過程中，由于與移動帶之間的摩擦而使接觸的金屬絲產生輕微的磨損。例如，從Crooks WireProducts of Mississauga Ohtario(安大略省)，Canada(加拿大)，可購得這種金屬絲網。
圖7表示上述類型的網狀墊層45的橫截面。設置在橫向于澆注方向的方向上的金屬絲46輕微地波動以適應設置在澆注方向上的金屬絲47。從而金屬絲47以更明顯的方式波動以適應金屬絲46并形成網的最高和最低點。
參照圖5B，由于金屬絲網的總厚度d一般大于所希望得到的間隙，因此該噴注器噴嘴可設有一個插入物50，當維持噴嘴和澆注表面之間的所希望得到的間隙s時，該插入物可確保調節網的厚度。稍稍大于網狀墊層的插入物50也可適應金屬絲和噴嘴的不同膨脹。
如圖8所示，當該網被用作一個墊層時，只有在金屬絲47的最外點將澆注表面與縱向定位的橢圓軌跡48接觸。在帶11的表面上的液體分型劑以一種非紊流的層流方式圍繞金屬絲47流動，如箭頭C所示，液體層快速且均勻地重新形成它本身。
由于與帶接觸的金屬絲沿澆注方向運動，與結晶器表面接觸的點小而狹窄以致于即使當澆注長凝固范圍的合金時，它們對于鑄型制品的表面質量的影響也可完全忽略，當帶表面受到任何刮削接觸而被損傷時，該長凝固范圍的合金會出現成行排列的“汽泡”或其它條形缺陷的趨勢。由于縱向金屬絲接觸而引起的任何“條紋”很細小以致不會產生刮削影響并且液體分型層仍保持如同縱向金屬絲接觸之前的均勻。因而認為，通常從對最后得到的鑄件的表面質量產生不利影響的觀點上看，在液體分型劑層上產生的任何損傷是可忽略的。而這種恢復機理對于液體分型劑是最有效的，因為該金屬絲的接觸對于表面幾乎無影響，因而該機理在某種程度上可應用在液體-粉末和粉末分型層中。
本發明的這一方面的另一個重要優點可由下面一個事實得出，即噴注器的熱量不得不沿金屬絲傳送，從與噴注器的耐火噴嘴相接觸的點傳遞到與帶相接觸的點，這段距離(認為縱向金屬絲是正弦波)是離開前面接觸點的一個波長的一半。這將大大地減少若采用固體金屬帶作為墊層而產生的熱量流失。實際上，在網狀墊層與結晶器接觸的下游邊緣附近的噴嘴背部進行的溫度測量與在墊層之間的等同點處進行的溫度測量并未顯示出明顯的不同。
具有上述的網的尺寸和金屬絲直徑的網狀墊層，其寬度優選地為2.54厘米(1英寸)并且被優選地設置在沿噴注器的澆注寬度的中心距為5厘米(2英寸)處。該網狀墊層被連接到固定的支承結構上并且沿澆注方向自耐火噴嘴的下游邊緣延伸到大約不足0.635厘米(1/4英寸)的地方。
當在接觸點處金屬絲與帶的磨損達到一個最大極限時，為了便于使用后的安裝和更換而采用網狀墊層。然而，如果需要，例如當使用的金屬靜壓力很高時，為了盡可能增長替換之間的周期，可替換使用一個超過整個澆注寬度的連續網，這是因為網狀結構可以適應熱膨脹的差異而沒有明顯的撓曲。這個撓曲可能會導致局部的接觸壓力和磨損過大，并且在極限的情況下，就象已發現的在使用固化墊層而同時發生的那樣，會喪失墊層功能的可靠性和精度。
該網狀墊層的其它優點在于，其與帶接觸的點很小，噴注器的重量分布在相當寬的墊層上，因此作用在每根金屬絲47上的實際載荷可被保持在合理的范圍內。因而，采用該墊層并沒有發現帶上的擦傷。此外，網狀墊層柔性很好，使得它容易遵循帶表面的輪廓。如上所述，使用一個柔性噴注器，這意味著噴注器噴嘴和帶表面之間的間隙可一直保持不變。因而澆注過程很可靠并且可在噴注器的噴嘴處平穩地進行。
如上所述，當本發明所用的墊層優選地是一種鋼絲網時，利用一系列沿澆注方向定位并且與噴注器噴嘴的下表面相連接的平行金屬絲即可獲得類似的效果。雖然當墊層磨損時，這種設置減少了替換墊片的簡易性，并且在初裝過程中為排列單個金屬絲帶來困難，這種鋼絲網仍是一種有力的優選方案。
上面已經詳細描述了本發明的各方面的優選實施例，對于本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神的前提下的各種改進和變化是顯而易見的。所有這樣的改進和變化都構成了本發明的一部分。
權利要求
1.一種連續澆注金屬帶的方法，包括下列步驟將一個分型劑層施加到結晶器的澆注表面上，該澆注表面重復循環地通過結晶器，將熔融金屬連續地注入與澆注表面接觸的結晶器中，并且當結晶器內的金屬凝固后，將凝固的金屬帶從結晶器中移出，其特征在于，當澆注表面從結晶器中出現時，所有的分型劑以及該分型劑中所包含的任何碎屑被連續地從所述的澆注表面上去除；并且在澆注表面再次進入結晶器之前將一層新的分型劑施加到澆注表面上。
2.一種根據權利要求1所述的方法，其中在一對旋轉的環帶之間形成所述結晶器，所述帶提供一對對置的環形澆注表面，其特征在于，當所述澆注表面從所述結晶器中出現時，所述的各澆注表面被去除所述分型劑和碎屑，并且在所述澆注表面再次進入所述結晶器之前被施加了一層新的分型劑。
3.一種根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將所述熔融金屬從具有柔性噴嘴的噴注器注入所述結晶器中，所述噴嘴包括一個所述熔融金屬的出口，所述噴嘴與經過該噴嘴的所述一個或多個澆注表面的形狀相符合。
4.一種根據權利要求3所述的方法，其特征在于，利用至少一個墊層使噴嘴壓靠在澆注表面上，所述墊層使噴嘴與所述澆注表面保持一個預定的間隙，從而避免對澆注表面上的分型劑層造成破壞。
5.一種根據權利要求4所述的方法，其特征在于，利用至少一個以金屬絲網形式的墊層使噴嘴壓靠在所述澆注表面上，該金屬絲網具有橫向和縱向于澆注表面的移動方向而定位的交織金屬絲，并且只有縱向金屬絲從網的上、下表面伸出以與澆注表面和噴嘴接觸。
6.一種根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述墊層將噴嘴與相鄰的澆注表面隔開的距離在0.1～1毫米之間。
7.一種根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述墊層將噴嘴與相鄰的澆注表面隔開的距離在0.2～0.7毫米之間。
8.一種根據權利要求1、2、3、5、6或7所述的方法，其特征在于，所述的分型劑是一種連續施加到澆注表面上的液體，其數量在20～500ug/cm2之間并且在澆注表面范圍內的偏差小于10％。
9.一種根據權利要求1、2、3、5、6或7所述的方法，其特征在于，將分型劑和碎屑從澆注表面去除，其包括下列步驟將一種清洗液體直接噴灑在澆注表面上，收集并去除該清洗液體、分型劑和碎屑所形成的混合物，并且在完成所述噴灑后，為所述移動的澆注表面提供一個擦凈器以擦去殘留在澆注表面上的液體和固體。
10.一種根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述混合物的收集包括下列步驟在緊密地圍繞所述一部分澆注表面的一個空心殼體內封閉住所述噴灑液體，減小所述殼體內的壓力以避免所述混合物從所述殼體與所述澆注表面之間的間隙中泄漏，并將混合物從殼體內部排出。
11.一種根據權利要求10所述的方法，其特征在于，在相對于移動澆注表面的所述殼體的前沿處，在所述殼體和所述澆注表面之間設置了一個間隙，所述間隙的尺寸能避免截留住位于所述前沿下方的分型劑和碎屑。
12.一種根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述的清洗液體采用一種煤油和水的不可燃的混合物。
13.一種連續澆注金屬帶的方法，該方法包括形成一個至少具有一個澆注表面的結晶器，該澆注表面連續重復循環地通過該結晶器，將熔融金屬連續地注入結晶器，并且在結晶器內的金屬凝固后將凝固的金屬帶從結晶器中移出，其特征在于，利用一個具有柔性噴嘴的噴注器將金屬注入結晶器，該噴嘴包括一個所述熔融金屬的出口，并且所述噴嘴與澆注表面的形狀相符合。
14.一種根據權利要求13所述的方法，其特征在于，在噴嘴壓靠在澆注表面的位置之前，將一個分型劑層施加到該澆注表面上。
15.一種根據權利要求14所述的方法，其特征在于，利用至少一個墊層使噴嘴壓靠在澆注表面上，所述墊層使噴嘴與所述澆注表面保持一個預定的間隙，從而避免對澆注表面上的分型劑層造成破壞。
16.一種根據權利要求15所述的方法，其特征在于，利用至少一個以金屬絲網形式的墊層使噴嘴壓靠在所述澆注表面上，該金屬絲網具有橫向和縱向于澆注表面的移動方向而定位的交織金屬絲，并且只有縱向金屬絲從網的上、下表面伸出以與澆注表面和噴嘴接觸。
17.一種根據權利要求13、14或16所述的方法，其特征在于，所述結晶器是在一對旋轉的環帶之間形成的，所述帶形成一對對置的所述澆注表面。
18.一種用于連續澆注金屬帶的設備，它包括一個至少具有一個澆注表面的結晶器，在使用中該澆注表面連續重復循環地通過該結晶器，將熔融金屬注入結晶器的噴注器；將分型劑層施加到澆注表面上的涂層器；以及用于接收由于結晶器內的金屬凝固而從結晶器中出現的金屬帶的裝置，其特征在于，所述設備還包括去除裝置以用于將所述分型劑以及該分型劑中所含的任何碎屑從所述結晶器中出現的所述澆注表面上完全去除，該結晶器設置在所述涂層器之前。
19.一種根據權利要求18所述的設備，其特征在于，噴注器具有一個含有熔融金屬出口的柔性噴嘴，該柔性噴嘴可以與相鄰于該噴嘴的澆注表面的形狀相符合。
20.一種根據權利要求19所述的設備，其特征在于，至少一個墊層被設置在柔性噴嘴和澆注表面之間，以便于將噴嘴與澆注表面隔開一個預定的距離。
21.一種根據權利要求20所述的設備，其特征在于，所述墊層是一個具有橫向和縱向于澆注表面的移動方向而定位的交織金屬絲的金屬絲網，并且只有縱向金屬絲從網的上、下表面伸出以便于與噴嘴和澆注表面相接觸。
22.一種根據權利要求18、19、20或21所述的設備，其特征在于，所述去除裝置用于將分型劑以及其中所含的任何碎屑從結晶器中出現的所述澆注表面上完全去除，該結晶器設置在所述涂層器之前。
23.一種根據權利要求22所述的設備，其特征在于，所述去除裝置包括一個面向所述澆注表面的空心殼體；一個定位在所述殼體內以用于將清洗液體噴灑到所述澆注表面上的噴灑裝置；一個設置在相對于澆注表面移動方向的所述殼體的后沿處的密封件，以用于將殘留的液體和碎屑從所述澆注表面去除；用于減少液體從所述殼體內泄漏的所述殼體的抽空裝置；以及一個用于將清洗液體、分型劑和碎屑的混合物從所述殼體中去除的排出裝置。
24.一種根據權利要求23所述的設備，其特征在于，它還包括一個設置在相對于澆注表面移動方向的所述殼體的前沿處的間隙，該間隙的尺寸能使分型劑和分型劑中含有的碎屑進入殼體。
25.一種根據權利要求18、19、20、21、23或24所述的設備，其特征在于，使用一對對置的旋轉帶，每一個帶具有一個澆注表面以在所述澆注表面之間確定結晶器。
26.一種用于連續澆注金屬帶的設備，它包括一個至少具有一個澆注表面的結晶器，在使用中該澆注表面連續重復循環地通過該結晶器；將熔融金屬注入結晶器中的噴注器；以及用于接收由于結晶器內的金屬凝固而從結晶器中出現的金屬帶的裝置，其特征在于，所述噴注器具有一個包括熔融金屬出口的柔性噴嘴，所述柔性噴嘴可以與相鄰于該噴嘴的澆注表面的形狀相符合。
27.一種根據權利要求26所述的設備，其特征在于，至少一個墊層被設置在噴嘴處以壓靠在澆注表面上，并且在金屬出口和澆注表面之間保持一個預定的間隔。
28.一種根據權利要求27所述的設備，其特征在于，所述墊層包括一個橫向和縱向于澆注表面移動方向而排列的交叉金屬絲的金屬絲網，并且只有縱向金屬絲從網的上、下表面伸出以便于與噴嘴和澆注表面相接觸。
29.一種根據權利要求26、27或28所述的設備，其特征在于，用于施加分型劑層的涂層器被設置在結晶器的前面。
30.一種根據權利要求26、27或28所述的設備，其特征在于，設置了一對對置的旋轉帶以在它們之間形成結晶器，所述帶提供了一對對置的澆注表面。
31.一種用于至少具有一個移動澆注表面的連鑄設備上的熔融金屬噴注器，利用該噴注器將熔融金屬噴注到澆注表面上，其特征在于，該噴注器包括一對間隔開的耐火元件和一對側部元件，其具有內表面以與上游金屬入口部分形成一個噴注通道以及一個包括下游金屬出口的噴嘴，并且所述耐火元件是柔性的，以便于在使用時該噴嘴與移動澆注表面的表面形狀相符合。
32.一種根據權利要求31所述的噴注器，其特征在于，一個墊層被設置在噴嘴處以壓靠在澆注表面上，并且在金屬出口和澆注表面之間保持一個預定的間隔。
33.一種根據權利要求32所述的噴注器，其特征在于，所述墊層是一個具有橫向和縱向于澆注表面移動方向而定位的交織金屬絲的金屬絲網，并且只有縱向金屬絲從網的上、下表面伸出以便于與噴嘴和澆注表面相接觸。
全文摘要
一種用于連續澆注金屬帶的方法與設備，其中在分型劑層和其中含有的固體碎屑與金屬接觸后，將其完全從旋轉帶的澆注表面上去除，然后且在與熔融金屬重新接觸之前，將一層新的液體分型劑施加到澆注表面上。使用過的分型劑的去除和新的分型劑的施加有助于防止金屬鑄帶產品上的表面瑕疵和缺陷的形成。這樣的瑕疵與缺陷也可通過使用帶有一個柔性噴嘴的噴注器來盡可能減少，該噴注器用于將熔融金屬噴到澆注表面上并且優選地采用一個或多個墊層以在噴嘴與澆注表面本身之間形成一個間隙。該墊層優選地是一個由定向的多股金屬絲網，以盡可能減少對施加在澆注表面上的新的分型劑層的破壞。通過避免對新的液體分型劑的破壞，鑄件的表面缺陷被盡可能減少。本發明還涉及具有柔性噴嘴并且可選擇地設有墊層元件的熔融金屬噴注器。
文檔編號B22D11/06GK1157585SQ95194970
公開日1997年8月20日 申請日期1995年7月18日 優先權日1994年7月19日
發明者J·祖爾策, O·G·西韋羅提, R·R·德斯羅西亞斯 申請人:艾爾坎國際有限公司