CN1031557C - 连铸方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种包括以下步骤的连铸方法：从一浇口盘至少通过一个与铸模进口接触的断开环连续地向有一进口和一出口的冷却铸模供给熔化金属，通过连续冷却铸模内的熔化金属使熔化金属在其表面以下开始固化而形成铸坯，通过铸模出口相对于铸模间歇地抽出铸坯，在连铸过程中，用压力高于大气压且溶于熔化金属的密封气体不断供入铸模和断开环的整个接触区域。
Description
本发明涉及一种连铸方法和设备，尤其是指一种将熔融金属连续地供入冷却的圆柱形铸模、在铸模内熔融金属在其表面以下固化而形成铸坯、随后将形成的铸坯从铸模中抽出的连铸方法和设备。
本发明的方法和设备适用于连铸碳钢、不锈钢和其他金属的坯料和其他形状的型材。
水平连铸是一种已知的工艺，这种工艺使连续供入低于熔化金属表面的冷却圆柱形铸模内的熔融金属固化。在水平连铸中，一设置在铸模进口处的对金属固化的开始起稳定作用的断开环有一圆周台阶伸入内径大于台阶直径的铸模内。为保持断开环与铸模紧密接触，例如，可将它们的配合表面制成圆锥形的并相互压配在一起。
铸模内熔融金属的固化是从靠近断开环的前端圆周处开始(处于金属流的下游)，固化了的壳连续生长同时被通过铸模的出口间歇地抽出。
用上述方法，铸造的铸坯其表面下往往形成气泡，这有几个原因。例如，即使如上所述将断开环与铸模压配在一起，由于热膨胀或其他原因会产生间隙。由于在固化起始的断开环处的熔融金属的铁水静压力高于大气压，因此空气不会靠近使金属在熔融金属表面以下开始固化的断开环。但是当固化形成的壳被从断开环的前端抽出和分离掉时，虽然只是很短时间，一个几乎是抽空的间隙就在断开环的前端和固化壳的后端(面对断开环的前端)之间形成。于是空气从断开环外面通过，经过断开环和铸模的配合表面之间的通路进入上述间隙，进而进入熔融金属而形成气泡。有时，从铸模的出口端进入的空气经过断开环和铸模之间的通路进入上述间隙，再进入熔融金属而形成气泡。
气泡在铸坯表面下2至3毫米处形成。在随后轧制时，铸坯内的气泡会形成多种表面缺陷，诸如缝隙和纵向裂纹。这些缺陷对于不锈钢和其他必须严格符合表面质量要求的其他产品尤其严重。所以，必须通过烧剥或其他表面处理方法去除气泡，但是这就提高了生产成本且降低了产量。
1989年申请号为No.38136的日本实用新型专利中揭示了一种安装断开环以阻止空气渗入的技术。该技术是用一由耐热材料制成的密封圈密封断开环和熔融金属冷却段(一铸模)的连接处。但密封圈在受热时会很快损坏，例如从铸模来的热量超过它能承受的温度。损坏的密封圈失去其密封作用，结果空气还是渗入铸模，并在固化壳内形成气泡。
美国专利No.4,817,701揭示了一种用不与熔融金属起反应的惰性气体密封熔融金属供入喷嘴和铸模进口的连铸技术。该技术的目的是彻底阻止大气的渗入，从而防止其氧化熔融金属的表面。但这一技术也不能排除在铸坯中形成气泡的危险。
通过分析所形成的气泡中的气体以确定气泡形成的原因，本发明人发现气泡中的气体主要是由氩气组成，且气泡周围的金属的含氮量比别处高。从这一发现可以推定，空气中的氮气可溶解在熔化金属中，而不溶于熔融金属的氩气就形成了气泡。为证实这一推断，作了一个连铸试验，作法是将惰性氩气供入围绕着断开环外周的一屏蔽装置中，如同上述美国专利的技术一样。在该试验中，铸坯表面以下区域内形成的气泡要比普通的无氩连铸多。当用溶解于熔化金属的氮气代替不溶的氩气供入时，则没有气泡形成。本发明就是基于上述发现。
1986年，日本专利公开号71157揭示了一种水平连铸技术，它采用一圆柱形铸模，用氮气供入铸模中的一角落构件，该角落构件包括一从圆柱形铸模的内表面向内突出、且位于圆柱形铸模轴线以下的耐热板。该技术通过移动熔融金属和铸模下部内表面接触的下游点而均匀冷却固化壳的整个表面。氮气只引入到角落构件的下部。然而，这种技术也不能阻止空气通过断开环和铸模内表面接合处的整个圆周渗入铸模。
本发明的目的是提供一种连铸质量改进的铸坯的方法和设备，通过避免将熔融金属暴露于大气而阻止氩气或其他不溶于熔融金属的气体渗入和铸坯内气泡的形成。
本发明的方法和装置是通过向空气可能渗入铸模处供入溶于熔化金属的密封气体来避免熔融金属暴露于大气。密封气体溶于熔化金属中就不会在铸坯内形成气泡。这就消除了从铸坯内去除气泡的必要，从而可以确保以低成本进行表面无缺陷的高质量轧制产品的生产。
根据本发明的方法，通过和铸型(24)入口连接的断开环(22)从浇口(10)向具备入口和出口的冷却铸模(24)连续供给熔化金属(M)，使熔融金属(M)的凝固从熔融金属表面下方开始和形成铸坯(C)，间歇地从铸模(24)出口侧相对铸模(24)抽出铸坯(C)，其特征在于用铸模(24)和断开环(22)的接触面隔离铸模(24)的入口周围和铸模(24)内部，同时向所述铸模的整个入口和出口供给超过大气压的密封气体，向上述铸模(24)的整个入口经常供给比断开环(22)附近的熔化金属(M)的静压低的可溶、于熔化金属(M)的可溶性密封气体。
根据本发明上述方法的连续铸造装置，包括具备入口和出口的冷却铸模(24)，通过和铸模(24)入口连接的断开环(22)和铸模(24)相连的浇口(10)，用铸模(24)和断开环(22)的接触面将铸模(24)入口周围和铸模(24)内部隔离，用铸模(24)直接和连续地使铸模(24)中的熔融金属(M)冷却，使熔融金属(M)从熔融金属表面以下开始固化形成铸坯(C)，用抽出机构(56)间歇地将铸坯(C)从铸模(24)出口侧相对铸模(24)抽出，此外，还包括围绕铸模入口和/或出口供给超过大气压力的密封气体的机构，其特征在于，所述供给密封气体的机构为经常向上述铸模(24)入口的整个周围供给压力超大气压力且低于断开坯(22)附近的熔融金属(M)的静压的、溶于熔融金属(M)的可溶性密封气体的机构(40)。
图1为实施本发明之原理的水平连铸机的垂向剖视图；
图2为位于图1所示之铸模的进口端的密封装置的垂向剖视图；
图3为位于图1所示之铸模的出口端的密封装置的垂向剖视图；
图4为位于图1所示之铸模的进口端的另一密封装置的垂向剖视图；
图5为实施本发明之原理的另一水平连铸机的垂向剖视图；
图6为位于图5所示之铸模的进口端的密封装置的垂向剖视图；
图7为位于图5所示之两相邻铸模之间的密封装置的垂向剖视图；
图8为位于图5所示之两相邻铸模之间的另一密封装置的垂向剖视图；
图9为表示实施本发明之原理的方坯连铸机的第一铸模及其周围装置的剖视图；
图10为紧接在图1所示之第一铸模后面的第二铸模的前视图；
图11为表示实施本发明之原理的另一方坯连铸机的第一铸模及其周围装置的剖视图；
图12为位于浇口盘和铸模之间的部分改型的密封装置的剖视图；
图13为位于浇口盘和铸模之间的另一部分改型的密封装置的垂向剖视图；
图14为部分地覆盖有密封材料的中间环的垂向剖视图；
图15为一覆盖有密封材料的中间环的垂向剖视图；
图16为垂直连铸机的另一部分地改型的密封装置的垂向剖视图。
水平连铸机是一种使熔融金属在低于熔融金属表面的铸模内开始固化而形成一固化壳、并将铸成的铸坯从铸模内抽出的连铸机。
图1表示一种圆坯水平连铸机。如图所示，位于浇口盘10的底部的浇口盘喷嘴12和铸模24通过一中间环18和一断开环22互相连通。一可浇铸的耐火材料13设在浇口盘喷嘴12和中间环18之间。浇口盘10、浇口盘喷嘴12和中间环18都是由普通的锆或铝耐火材料制成的。当断开环22被压入铸模24的进口处时，中间环18由一金属紧固件20固定于铸模24。断开环22由含有氮化硼、氮化硅等的耐热陶瓷制成。铸模24由铜制成，并由一固定环28固定在箱体27上。箱体27接有一冷却水进水管29和一冷却水出水管30，冷却水流经箱体27冷却铸模24。箱体27的前后端各有一用以容纳密封圈32的环槽31。密封圈32防止冷却水从铸模24和箱体27之间泄漏。中间环18、断开环22、铸模24和箱体27可与浇口盘10连接成一体，也可拆开。
熔融金属M从浇口盘10通过浇口盘喷嘴12、中间环18和断开环22进入铸模24。受到铸模24内表面的冷却作用，熔融金属M形成一固化壳S。固化壳S的形成在断开环22处开始。断开环22阻止固化壳S向相反方向或者说向中间环18延伸。由熔融金属M的固化而得到的铸坯C由间歇旋转的夹辊56从铸模24的出口间歇地抽出。铸坯C相对于铸模的间歇抽出在断开环22和固化壳S之间产生一间隙。熔融金属M流入此间隙，形成一新的固化壳S。铸坯C相对于铸模24的间歇抽出也可通过在连续转动夹辊56的同时在抽出方向上振动铸模24来实现。
如前所述，空气会从断开环22的外部通过断开环22和铸模的配合表面之间的间隙和从铸模出口的外面通过铸坯C和铸模24之间的间隙进入断开环和固化壳之间产生的空隙，形成截留在熔融金属M内的气泡。为避免空气的进入，所叙述的最佳实施例有图1至3所示的密封装置。
如图1和2所示，铸模24的进口端面上开有一环形密封圈槽33以容纳一硅橡胶密封圈34(可以承受250℃)。密封圈34夹在中间环18的法兰端面和铸模24的进口端面之间，在断开环22外表面的外面形成一环形隔离空间。另一个密封圈35夹在中间环18的外圆周和固定环28的内表面之间，以加倍密封断开环22的外面。这种多重密封提供了一种紧密的密封。
一密封气体供入通道38设置在铸模24的法兰25内，开口在环形密封圈槽33处，密封气体供入通道38与隔离空间36连通。密封气体供入通道38的进口连接有密封气体供入管39。供气管39又通过一压力调节阀41与一氮气瓶40相连接。
如图1和3所示，一环形密封箱44连接在铸模24的出口端。此密封箱有一内侧衬有石墨46的套筒45，铸坯C穿过套筒45。一环形密封圈槽48开设在密封箱44的面对铸模24出口端面的的法兰47的表面上。一密封圈49装在环形密封圈槽48内，在法兰47的内侧形成一环绕铸坯C的环形密封圈隔离空间51。一密封气体供入通道53设置在法兰47内。开口在环形密封圈槽48的内侧，这样密封气体供入通道53与隔离空间51连通。密封气体供入通道53的进口与一密封气体供入管54相连，供气管54通过一压力调节阀55与氮气瓶40相连。
在上述密封装置中，压力调节阀41和55在将氮气压力降低到高于外界大气压约5至6千克力/平方厘米后，从氮气瓶40向中间环18和铸模24之间的隔离空间36以及密封箱44内的隔离空间51供给氮气。如上所述虽然氮气的初始压力高于大气压，但其压力由于在通道内遇到的阻力而在其到达铸模24内的断开环22时大大降.低。氮气的初始压力应这样设定，即要使铸模内断开环22附近的氮气压力不超过熔融金属M的铁水静压力。由于氮气以高于大气压力的压力保持在隔离空间36和51内，大气中的氩气就不会进入铸模24。另外，由于铸模24内断开环22附近的氮气压力保持低于熔融金属M的铁水静压力，氮气也不会向后流而从浇口盘10中喷出。氮气在熔融金属M内溶解后就不会形成气泡留在铸坯C内。即使有一些氮气溢入铸模24、套筒45或大气，隔离空间36和51总是充满由氮气瓶40自动补给的氮气。
尽管氮气是可溶在熔融金属中的最好的密封气体，但也可从一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、丙烷和氨气中选择一种或几种气体作为密封气体。
图4表示在铸模进口端的密封装置的一个较简单的例子，其与图2所示装置的不同之处在于没有隔离空间。在断开环22和固定环28之间形成一环状空间37，但不用密封圈或其他结构密封。固定环28内设有一径向延伸的密封气体供入通道38，其进口端与密封气体供入管39相连。由于环形空间37不是完全与大气隔开，供入其中的氮气压力约高于大气压力6至10千克力/平方厘米，高于如图2所示的密封装置中的压力。
在铸模的出口侧也可以设置成一类似的充满高压氮气而不完全封闭的环状空间。
图5至7表示本发明的另一个最佳实施例。在下面的叙述中，以类似的指引编号表示与图1所示的最佳实施例中相同的构件，且其详细说明予以省略。
图5所示的水平连铸机有一第一铸模57和一第二铸模61。一浇口盘喷嘴12通过一滑动门15、一中间环84和一断开环22与第一铸模57相通。滑动门15与浇口盘10等一样，是由普通的锆或铝耐火材料制成的。第一铸模57与上述第一最佳实施例中的铸模24一样。第二铸模61是一由周向分成四个相同的弓形块62组成的可调整铸模，每个铸模块的内侧都衬有石墨63。支撑框架66、连杆构机68和导动套筒71连接在第一铸模57的出口端。每个铸模块62的前端与连杆机构68相连，连杆68由导动套筒71导动。一弹簧杆73穿过支撑框架66的后部。弹簧杆73的一端通过销子74与各铸模块62相连，而一调整螺母76旋在弹簧杆73的另一端。圆柱弹簧78装在支撑框架66和调整螺母76之间。四个液压缸80设在支撑框架66内，半球形支承头82设在活塞杆81的顶端。活塞杆81上的支承头82与各铸模块62上的浅的球面凹窝64相配合。当向液压缸80供给加压流体时，就有一个力使各铸模块62绕连杆机构68的销子70倾转以抵抗弹簧78加在铸模块62上的力。铸模块62的倾斜可根据冷却铸坯C的收缩程度自动调整。
下面叙述密封装置。
首先叙述位于第一铸模57进口端的密封装置。如图5和6所示，一钢质空心冷却环88套装在中间环84上，并用混凝土粘结在一起，空心冷却环88为环形，具有一梯形横截面。空心冷却环88的内部由多个隔板(未示)分开。为增加密封圈94和98及其附近的冷却效果，空心冷却环88的较宽面(前面)面对第一铸模57的进口端，中间环的夹持环85握住空心冷却环88的后部。冷却空气供入管89和冷却空气排出管90连接于空心冷却环88。冷却空气供入管89和冷却空气排出管90密封地穿过一环形双层壁107(下面将叙述)。一由压气机、冷却器和去湿机等构成的冷却装置连接于冷却空气供入管89。从冷却空气供入管89供入的冷却空气通过基本上环绕空心冷却环88的流动而使其冷却，然后通过冷却空气排出管90排入大气。
一环形密封圈槽93开设在第一铸模57的进口端面上，以容纳一硅橡胶制成的密封圈94。密封圈94装在空心冷却环88的前端和第一铸模57的进口端面之间，在断开环22的圆周之外形成第一环形隔离空间“a”95。一密封圈98装在空心冷却环88的外表面和固定环28的内表面之间，在密封圈94和密封圈98之间形成另一个第一环形隔离空间“b”100。
一吸气孔102设在第一铸模57的法兰58内。吸气孔口102开向环形密封圈槽93，并与第一隔离空间“a”95连通。吸气孔102的进口与一连接于真空泵104的吸气管103相连。一密封气体供入孔105设在第一铸模57的法兰58内。密封气体供入孔105开向第一隔离空间“b”100。密封气体供入孔105的进口与密封气体供入管39相连，供气管39密封地穿过下面将要叙述的环形双层壁107。一氮气瓶40通过压力调节阀41连接于密封气体供入管39。
一环绕壁106焊接于滑动门15之框架16的前端面。钢板制成的环形双层壁107焊接于第一铸模57的箱体27，面对滑动门15的框架16，形成一密封圈槽108。一高岭土毛毡纤维制成的密封圈109装在密封圈槽108内。环绕壁106和环形双层壁107的内部形成第二环状隔离空间111。一氮气进气管112垂直通过环绕壁106。氮气进气管112通过一压力调节阀114与氮气瓶40相连。
当如上所述的第一铸模57的进口端密封装置内的中间环84和第一铸模57互相连通时，就有所需要的密封表面压力作用在密封圈94上，它被压缩在第一铸模57的进口端面和空心冷却环88的前端之间。由于一液压缸(未示)向前驱动，浇口盘10通过滑动门15和中间环84连接于铸模57和61。当环绕壁106的前端接触到密封圈109时，第二隔离空间111的内部自动封闭。这就省去了对滑动门15和第一铸模57之间的空间进行密封的必要。
操作时，真空泵104从第一隔离空间“a”95内抽出残余空气，使其内部压力保持低于大气压。压缩氮气从氮气瓶40供入第一隔离空间“b”100和第二隔离空间111。在供气之前，用压力调节阀41和114将来自氮气瓶40的高压氮气的压力减小到大约高于大气压5千克力/平方厘米。由于氮气的压力高于大气压，不会有空气进入滑动门15、中间环84和第一铸模57的内部。因溶解在铸坯C中形成固溶体或流入滑动门15或其他地方而消耗的氮气由氮气瓶40自动补充。
密封圈94的一个密封表面与空心冷却环88接触，而其另一密封表面与水冷第一铸模57的进口端面接触。这样，密封圈94的温度可保持低于其可承受的温度极限。因此，密封圈94可保持有抵抗受热退化的能力并保持其原有的密封性能。当时测得了空心冷却环88的实际温度，密封圈附近的最高温度约为200℃，远远低于硅橡胶制成的密封圈所能承受的极限温度230℃。
在上述密封装置中，环绕壁106和双层壁107可包绕滑动门15、中间环84和断开环22，而不是中间环84和断开环22。在这种设计中，环绕壁106固定于浇口盘10的钢质壳11。同样，环绕壁106也可固定于第一铸模57的箱体27，而不是滑动门15的框架160。在这种设计中，密封圈108是连接于滑动门15的框架16。
现在来叙述第一铸模57和第二铸模61之间的密封装置。如图5和7所示，一环形密封圈槽116开设在第一铸模57的出口端面上，一密封圈117装在此槽内。同样，一通向第二铸模61的环形氮气供入槽118开设在其进口端。与密封圈117接触的第二铸模61的进口端面密封住氮气供入槽118。一密封气体供入孔119设在第二铸模61的进口端附近。密封气体供入孔119开向氮气供入槽118。一密封气体供入管120连接于密封气体供入孔119的进口。密封气体供入管120通过一压力调节阀121连接于氮气瓶40。
刚才所述的密封装置中，氮气从氮气瓶40供至氮气供入槽118，用压力调节阀121将其压力降低到约高于大气压5至6千克力/平方厘米。由于氮气供入槽118中的氮气压力高于大气压，不会有空气进入第一铸模57和第二铸模61。即使当氮气流入铸模57和61时，氮气供入槽118也总是充满由氮气瓶40自动补给的氮气。
图8表示图7所示的第一铸模57和第二铸模61之间的密封装置的一种简化变型。该简化的密封装置与图7所示之装置的不同之处在于它没有隔离空间。虽然环形氮气供入槽118设置在第二铸模61的进口端面上，但环形空间122是形成在第一铸模57和第二铸模61之间122。环形空间122不用密封圈或其他材料密封。环形空间122与不用密封圈或其他材料密封。环形空间122与设置在铸模块62内的密封气体供入孔119相通，以所述密封气体供入管120连接于密封气体供入孔119的进口。由于环形空间122不是与大气完全隔开，供入其中的氮气压力比大气压约高6至10千克力/平方厘米，高于如图7所示的密封装置中的气压。
刚才叙述的第二最佳实施例是一圆坯连铸机。下面将叙述方坯连铸机。
如图9所示，一硅橡胶制成的密封圈123以围绕铸坯C的方式装在第一铸模57的箱体和第二铸模125之间。
如图10所示，第二铸模125由四块侧壁板126构成，每块板夹持一石墨板127，两相邻的侧壁块126之间设有一角块129。侧壁块126和角块129都是用钢制成的，并通过和第二最佳实施例中一样的装置固定到支撑框架上。冷却水通道131设置在侧壁块126和角块129内。每一角块129有一与冷却水通道131成直角通过的氮气进入孔132。氮气供入管133连接于氮气进入孔132。氮气供入管133通过一压力调节阀135与一氮气瓶134相连。用压力调节阀135将从氮气瓶134供至氮气进入孔132的高压氮气的压力降低到约高于大气压5—6千克力/平方厘米。
当压缩氮气从氮气瓶134供至如上所述的组合铸模密封装置中的角块129时，一部分气体流入第一铸模57，另一部分流入第二铸模125，这样，流入两铸模的内壁表面和固化壳S之间的间隙g内，由于氮气的压力高于大气压，不会有空气进入空隙g。因溶解在铸坯C内形成固溶体或流出第一铸模57的进口或第二铸模125的出口之外而消耗的氮气由氮气瓶134自动补充。
图11表示图9所示的在第一铸模57和第二铸模125之间的密封装置的一种简化变型。该简化的密封装置与图9所示的装置的不同之处在于它没有隔离空间。即，第一铸模57的出口端面和第二铸模125的进口端面直接互相接触，中间设有密封圈。一氮气进入孔132设置在第二铸模125的各角块129内，氮气供入管133连接于氮气进入孔132的进口。由于第一铸模57和第二铸模125之间的接合处没有完全与空气隔绝，供入其中的氮气压力设定在比大气压高约6至10千克力/平方厘米，高于如图9所示的密封装置内的压力。
下面将叙述设置在铸模进口端的密封装置的几种局部变型。
在图12所示的变型实施例中，两密封圈139径向双重地装在铸模24的法兰25上开出的环形密封圈槽138内。这种有两个密封圈139的双重密封装置可更有效地阻止空气的渗入。一与中间环141的内表面同轴的环绕槽142设置在其出口端面上。环绕槽142在密封圈槽138的内侧。从与熔融金属M接触的中间环141的内侧流向其外侧的热量绕流过环绕槽142。这就使密封圈139的温升保持适中，从而避免过热。
图13为一密封圈148装在浇口盘10和铸模24之间的变型实施例，这一密封装置是用于较小的连铸机。浇口盘10和铸模24仅连接与于一个浇口盘喷嘴12、断开环22和耐热密封圈144。密封圈148装在浇口盘10和铸模24之间，浇口盘10和铸模24通过很少的连接件连接而不是分得很开。一环形凸缘145设在浇口盘10前部的钢质外壳11上。一环形密封圈槽147设置在铸模24的凸缘25的外圆周表面上，密封圈148装在其内。密封圈148与环形凸缘145相配合。耐热密封圈144点焊在浇口盘喷嘴12的前部，断开环22是嵌在铸模24的进口内。图中表示的是在铸造前铸模24被安装于浇口盘10的情况。在这种装配中，环形凸缘145有助于铸模24的定位(对准)。由于密封圈148装在凸缘25的外圆周上，而不是安装在铸模24的端面上，所以在浇口盘10和铸模24装配完成之前密封圈148不会掉落。而且，这样安装的密封圈148可吸收各连接件的尺寸误差和各配合尺寸的差异以及由于热膨胀或其他原因引起的接触表面压力的变化。
图1所示的中间环18，由于是由锆或其他耐火材料制成，具有高度的渗透性。同时，当铸坯被如前所述那样抽出时，铸模24内的压力为负的或者说低于大气压。这样，会把空气通过中间环18内的透气孔吸入到其内部。
图14表示通过复盖中间环18的一部分而阻止空气进入铸模24的结构。用一环形不锈铁薄片151粘结在中间环18的铸模侧端面18a上，且在密封圈150之内。不锈钢薄片151的厚度为50μm。为防止从不锈钢薄片151传来的热量使密封圈150过热，环形不锈钢薄片151的外径小于密封圈150的内径。这种密封结构适用于通过外周表面18c的空气渗入被滑动门15和中间环18的浇口盘侧端面18b之间的高度气密接合所限制、并且中间环18有适当厚度的场合。环形不锈钢薄片151可阻止空气从中间环18本身的较薄部分渗入到由密封圈150密封的隔离空间51内。
图15表示通过覆盖中间环18的外表面而阻止空气渗入铸模24的另一实施例。中间环18的铸模侧端面18a、浇口盘侧端面18b和外周面18c均覆盖有一不锈钢薄片153。这种密封结构适用于中间环18本身有很高的渗透性并且密封圈150不暴露于超过其可承受极限的温度的场合。当密封圈150是密封在中间环18的法兰19的外周上时，中间环18的浇口盘侧端面18b和外周面18c可覆盖上不锈钢薄片153。
尽管如此所叙述的所有实施例中的铸模都是水平放置的，但图16中表示了一种垂直放置的铸模。中间环158的外框架161的内表面与法兰159的外表面紧密贴合，中间环158外框架161的底面与铸模166的进口端面也要紧密贴合。一个不用密封圈等密封的环状空间168设置在中间环158的法兰159和铸模166的进口端面之间。一设置在中间环158外框架161内的氮气供入孔162与环状空间168连通。如同前述的最佳实施例，压力控制在约为6至10千克力/平方厘米的氮气供入环状空间168以阻止空气渗入到铸模166内。图16表示由于铸坯的间歇抽出固化壳S刚从断开环164的端面上分离下来的情况。
表1给出了在图5所示的水平连铸机上的各种铸造条件下铸造直径为170毫米的各种圆形钢坯的结果。铸坯每隔0.5秒间歇抽出，振幅为15毫米，平均抽出速度为1.8米/分。
从表1可清楚地看出，由本发明的连铸方法形成的铸造气泡数不到3.6％，大大低于传统方法的气泡数量。本发明的连铸方法在每500平方厘米的表面内形成的气泡不会多于10个。这样少的气泡不必从铸坯中除去。
表1-1
| 编号 | 铸钢类型 | 铸模的进口侧 | |||
| 没有隔离空间 | 有隔离空间 | ||||
| 供至第一隔离空间的气量或压降 | 供至第二隔离空间的气量 | ||||
| 气体升/分 | 气体升/分 | 压降.乇 | 气体升/分 | ||
| 12345678910111213141516171819 | SUS304SUS304SUS316钢SUS304SUS321SUS304SUS304SUS304SUS304SUS304钢SUS304SUS304SUS304SUS304SUS304SUS430SUS304 | N2600—————————N2300N2600——————— | —N2100N2400N2300C400NH3300——————N2300—N2100———— | ——————压降50压降160———————压降90压降200压降30压降360 | —————N2300N2400CO300—————N2300N2150——N2300N2300 |
| 202122232425 | SUS304钢SUS304SUS304SUS304SUS304 | —————— | —Ar200Ar200—Ar200Ar200 | —————— | ——Ar110——Ar110 |
表1—2
| 编号 | 铸模的出口侧 | 铸坯内的气泡数(在500平立厘米内) | 备注 | |
| 没有隔离空间 | 有隔离空间 | |||
| 气体升/分 | 气体升/分 | |||
| 12345678910111213141516171819 | ————————N2600—N2400N2500——————— | —————————N2200—N2200NH3300N2100N2300NH3400CO200N2200— | 26.919.116.723.921.821.314.118.821.119.21.30.80.180.120.100.080.100.060.07 | 本发明方法 |
| 202122232425 | —————— | ————Ar150Ar150 | 265.1330.0410.0913.3926.51225.1 | 对比的传统方法 |
Claims (34)
1.连续铸造方法，通过和铸型(24)入口连接的断开环(22)从浇口(10)向具备入口和出口的冷却铸模(24)连续供给熔化金属(M)，使熔化金属(M)在铸模(24)中因铸模(24)而直接和连续被冷却，使熔化金属(M)的凝固从熔融金属表面下方开始和形成铸坯(C)，间歇地从铸模(24)出口侧相对铸模(24)抽出铸坯(C)，其特征在于用铸模(24)和断开环(22)的接触面隔离铸模(24)的入口周围和铸模(24)内部，同时向所述铸模的整个入口和出口供给超过大气压的密封气体，向上述铸模(24)的整个入口经常供给比断开环(22)附近的熔融金属(M)的静压低的可溶于熔融金属(M)的可溶性密封气体。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于邻接铸模(24)入口设置以直径比铸模(24)和断开环(22)的接触面的最大直径大的闭合曲面为边界的与大气隔离的隔离空间(36)，此外，向此隔离空间(36)内经常提供超过大气压，而且比断开环(22)附近的熔融金属(M)的静压低的可熔性密封气体。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于在邻接铸模(24)入口设置以直径比铸模(24)和断开环(22)的接触面的最大直径大的闭合曲面为边界的第1隔离空间(95)，和将第1隔离空间(95)包含在其内侧、和第1隔离空间(95)相隔离、和大气隔离的第2隔离空间(111)，将第1隔离空间(95)内保持比大气压低，经常向第2隔离空间(111)内供给超过大气压的可熔性密封气体。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于从铸模(24)出口侧经常向铸模(24)内周面和铸坯(C)外周面间的空隙、沿全周提供超过大气压的可溶性密封气体。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于邻接铸模(24)出口设置以直径比铸模(24)内径大的闭合曲面为边界的与大气隔离的隔离空间(36)，分别向隔离空间(36)内经常供给超过大气压的可溶性密封气体。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于分别经常向上述铸模(24)入口周围和从铸模(24)出口侧向铸模(24)内周面和铸坯(C)外周面间的空隙供给超过大气压可溶于溶融金属(M)的可溶性密封气体。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于邻接铸模(24)入口设置以直径比铸模(24)和断开环(22)的接触面的最大直径大的闭合曲面为边界、和大气隔离的隔离空间(36)，邻接铸模(24)出口设置以直径比铸模(24)内径大的闭合曲面为边界的和大气隔离的隔离空间，经常向上述铸模(24)入口侧的隔离空间(36)内供给超过大气压、低于断开环(22)附近熔化金属(M)静压、可溶于熔融金属(M)的可溶性密封气体，经常向上述铸模(24)出口侧的隔离空间供给超过大气压的可溶性密封气体。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于邻接铸模(24)入口设置以直径比铸模(24)和断开环(22)的接触面的最大直径大的闭合曲面为边界的和大气隔离的隔离空间，将该隔离空间内保持低于大气压力，邻接铸模(24)出口设置以直径比铸模(24)内径大的闭合曲面为边界的和大气隔离的隔离空间，将上述铸模(24)入口侧的隔离空间(36)保持低于大气压力的同时，经常向铸模(24)出口侧的该隔离空间内供给超过大气压的、可溶于熔融金属(M)的可溶性密封气体。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于邻接铸模(24)入口设置以直径比铸模(24)和断开环(22)的接触面的最大直径大的闭合曲面为边界的第1隔离空间(95)，以及将上述第1隔离空间(95)包含在其内侧、和第1隔离空间(95)隔离、和大气也隔离的第2隔离空间(111)，将第1隔离空间(95)内保持低于大气压力，经常向第2隔离空间供给超过大气压力、可溶于熔融金属(M)的可溶性密封气体，此外，邻接铸模(24)出口设置以直径比铸模(24)内径大的封闭曲面为边界、和大气隔离的隔离空间，经常向该隔离空间内供给超过大气压、可溶于熔融金属(M)的可溶性密封气体。
10.根据权利要求1至9中的任一项权利要求所述的方法，其特征在于所述的密封气体为氮气。
11.实施权利要求1所述方法用的连续铸造装置包括具备入口和出口的冷却铸模(24)，通过和铸模(24)入口连接的断开环(22)和铸模(24)相连的浇口(10)，用铸模(24)和断开环(22)的接触面将铸模(24)入口周围和铸模(24)内部隔离，用铸模(24)直接和连续地使铸模(24)中的熔融金属(M)冷却，使熔融金属(M)从其表面以下开始固化形成铸坯(C)，用抽出机构(56)间歇地将铸坯(C)从铸模(24)出口侧相对铸模(24)抽出，此外，还包括围绕铸模入口和/或出口供给超过大气压力的密封气体的机构，其特征在于，所述供给密封气体的机构为经常向上述铸模(24)入口的整个周围供给压力超大气压力且低于断开环(22)附近的熔融金属(M)的静压的可溶于熔融金属(M)的可溶性密封气体的机构(40)、
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于在铸模(24)入口形成直径比铸模(24)和断开环(22)的接触面的最大直径大的和大气隔离的环状隔离空间(36)，用上述机构(40)经常向环状隔离空间(36)供给超过大气压的可溶于熔融金属(M)的可溶性密封气体。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于在铸模(24)入口分别设置直径比铸模(24)和断开环(22)的接触面的最大直径大的第1环形隔离空间(95)，和将第1隔离空间(95)包含在其内侧，且和第1隔离空间(95)同时和大气都相隔离的第2环形隔离空间(111)，用上述机构(40)将上述第1隔离空间(95)保持低于大气压力，向上述第2隔离空间(111)经常供给超过大气压可溶于熔融金属(M)的可溶性密封气体。
14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于用所述机构(40)从铸模(24)的出口侧经常向围绕铸模(24)的内周面和铸坯(C)的外周面间的空隙供给超过大气压、可溶于熔融金属(M)的可溶性密封气体。
15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于在铸模(24)的出口侧形成的直径比铸模(24)的内径大、设置在铸模(24)出口侧与大气隔离的出口侧隔离空间(51)，用上述机构(40)经常向隔离空间(51)内供给超过大气压力的可熔于熔融金属(M)的可溶性密封气体。
16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于分别用所述机构(40)经常向围绕铸模(24)入口的周围供给超过大气压可溶于熔融金属(M)的可溶性密封气体，和从铸模(24)出口侧向铸模(24)内周面和铸坯(C)外周面间的空隙内供给超过大气压可溶于熔融金属(M)的可溶性密封气体。
17.根据权利要求11所述的装置，其特征在于在铸模(57)的入口侧形成直径比铸模(57)和断开环(22)的接触面积的最大直径大的设置在铸模(57)入口侧的环状入口侧的密封机构(34)的和大气隔离的入口侧隔离空间，用供给机构(40)向铸模(57)入口侧的隔离空间内供给超过大气压、比断开环(22)附近熔融金属(M)的静压低、可熔于熔融金属(M)的可溶性密封气体；在铸模(57)出口侧形成、直径比铸模(57)内径大，设置在铸模(57)出口侧的密封机构(44)的和大气隔离的出口侧隔离空间，用供给机构(40)向铸模(57)的出口侧隔离空间供给超过大气压可溶于熔融金属(M)的可溶性密封气体。
18.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，在铸模(57)的入口形成直径比铸模(57)和断开环(22)的接触面最大直径大的、设置在铸模出口侧的出口侧密封机构(94)的和大气隔离的入口侧隔离空间(95)，用机构(104)将入口侧隔离空间(95)内保持低于大气压，在铸模(57)的出口设置直径比铸模(57)内径大、设置在铸型(57)出口侧的环状出口侧密封机构(116)的和大气隔离的出口侧隔离空间，用上述机构(40)向此出口侧隔离空间内经常供给超过大气压可溶于熔融金属(M)的可溶性密封气体。
19.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，在铸模入口分别形成直径比铸模(57)和断开环(22)的接触面的最大直径大、设置在铸模(57)入口的环状第1密封机构的第1隔离空间(95)，以及将第1隔离空间(95)包含在其内侧、和大气隔离的设置在铸模(57)入口的环状第2密封机构(106，109)的第2隔离空间(111)，以及在铸模(57)出口设置直径比铸模(57)内径大、和大气隔离的出口侧隔离空间，用上述机构(40)分别向此出口侧隔离空间和上述第2隔离空间(111)内经常供给超过大气压可溶于熔融金属(M)的可溶性密封气体，用机构(104)将上述第1隔离空间(95)内保持低于大气压。
20.根据权利要求11至19中之任一权利要求所述的装置，其特征在于，铸模(24)、(57)、(61)设置成其轴线是水平的。
21.根据权利要求11或12或13中任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述铸模由一第一铸模(57)和一连接于第一铸模(57)出口的第二铸模(61)组成，将中间密封装置(116)设置在第一铸模(57)和第二铸模(61)之间，该中间密封装置(116)在第一和第二铸模(57)和(61)之间形成一阻止空气、通过两铸模间渗入第一铸模(57)的中间隔离空间，此外，还包括经常向中间隔离空间供给超过大气压可溶于熔融金属(M)的可溶性密封气体的装置(40)。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，第二铸模(61)由多个可沿铸模(61)的径向移动的铸模块(62)组成。
23.根据权利要求11至19中的任一权利要求所述的装置，其特征在于，上述密封机构(34，94，109，116)包含由硅橡胶制成的密封垫圈。
24.根据权利要求11至19中的任一权利要求所述的装置，其特征在于上述密封气体为氮气。
25.根据权利要求13或18或19所述的装置，其特征在于所用的使隔离空间(95)内的压力保持低于大气压的装置为通过配管与隔离空间(95)连接的真空泵(104)。
26.根据权利要求11至19中的任一权利要求所述的装置，其特征在于分别通过与断开环(22)相连接的中间环(18，84，141)使浇口盘(10)和铸模(24)、(57)相连。
27.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，通过以环绕断开环22的方式被夹在中间环和铸模(24)的入口端面之间环形密封垫圈而形成所述隔离空间。
28.根据权利要求26所述的装置，其特征在于还包括沿上述中间环(84)外周设置的环状中空冷却环(88)、环绕着断开环(22)和被夹在中空冷却环(88)和铸模(57)的进口端面之间、形成隔离空间(95)的密封圈(94)、以及用来向中空冷却环(88)供给冷却空气的供给机构(91)。
29.根据权利要求27所述的装置，其特征在于在中间环(141)出口侧端面上设置位于密封圈(139)内侧与中间环(141)同心、的环槽(142)，该环绕槽(142)能抑制密封垫圈(139)的温度升高。
30.根据权利要求11至19中之任一权利要求所述的连铸装置，其特征在于断开环(22)通过密封垫圈与浇口盘(10)出口的浇口盘(10)喷嘴相接，在浇口盘(10)出口端的钢板(11)上设置与浇口盘(10)的喷嘴同心的环形凸缘(145)，通过使***设置在铸模(24)的法兰外周上的环形密封槽(147)内的密封圈(148)与所述环形凸缘(145)的内圆周表面接触，形成所述隔离空间。
31.根据权利要求12，13，17，18和19中的任一权利要求所述的装置，其特征在于在浇口盘(10)和铸模(57)之间设置环绕壁(106)，和设置与环绕壁(106)面对面且同心的双重壁(107)，使环绕壁(106)的顶端与插在由双重壁(107)形成的环槽(108)内的密封圈(109)接触，由上述这些构件形成密封装置，由此密封装置形成隔离空间(36)、(95)、(111)。
32.根据权利要求31所述的连铸装置，其特征在于使浇口盘(10)或铸模(24)、(57)、(61)中的任一个作为一方使固定，使其中的另一方可沿铸坯(C)的抽出方向上移动。
33.根据权利要求27所述的连铸装置，其特征在于把中间环(18)的前端面的密封垫圈(150)的内径一侧的部分用密封件(151)覆盖。
34.根据权利要求27所述的连铸装置，其特征在于把中间环(18)的外周表面用密封件(153)覆盖。
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