TW200425975A - Tubular mould for continuous casting - Google Patents

Description

200425975 玖、發明說明： 發明所屬之技術領域 本發明係有關根據申請專利範圍第i項或第2項之用 於連續鑄造圓形及多邊形鋼坯與铜錠剖面的管形模具。 先前技術 管形模具係使用於鋼述及小鋼旋剖面之鋼材的連續禱 造。該管形模具包含有裝配於水套中的銅f。為使用高流 速冷卻水完成循環冷卻，管形置換器係配置於銅管外部， 亚與銅管之間相隔有微小間隙。高壓且高流速（高彡i〇 或更高流速）的冷卻水係穿經置換器與銅管而完成整個銅 管循環。為避免銅管在鑄造作業期間因模穴側與冷卻水侧 間的高溫差而造成任何有害的形變，基本上僅以法蘭固定 上、下管件端部的銅管必須具有最小的壁厚。該最小壁厚 取決於鑄造形式，並位於8_丨5 mm之間。 、自從有工業連續鑄造以後，熟諳本技藝者一直努力於 $加鑄k速度，以獲得更高的鑄坯產量。鑄造產能的增加 係與模具的冷卻能力息息相關。模壁或整個模穴的冷卻能 力係為諸多因素所影響。重要的因素為銅管熱傳導率、模 壁壁厚及模穴尺寸穩定性（以避免發生形變或鑄述表面與 模壁間產生空隙）。 然而，除了可能直接影響特定鑄坯形式之鑄坯產能的 >卻肖b力以外’就連續鑄造廠的經濟效益而言，模具的使 用可中亦為重要的成本因素。模具的使用壽命代表模穴發 /3 生扣壞現象而須更換模具 呈中，該損㈣“ η"镇的铜材可鑄造於模 τ竹_ (特指熱脆裂）或有 .的杈八變形。依據損壞 分狄敫…a u '棋官必須拋棄或進 订修正，以使其可再次使 ^ r ^ 用在私旱囫錐形模具的狀況中， 銅官壁厚較大的模呈呈右古 、/…、有#乂回的尺寸穩定性。 發明内容 本毛明的目的在於提供一種用於鋼柱與鋼錠的連續鑄 造模具’該模具制具有較高的冷卻能力，並允許較高的 轉造速度（在未達銅材料熱負載能力極限的情況下）。再 :，該模具在鑄造作業期間具有較高的尺寸穩定性，因此 一方面在鑄趣表面穿經模具時會產生較少磨耗，且另一方 面可獲得更均句的冷卻與較佳的鑄以質。特別地是，可 =免形成鑽石形鑄㈣面。此外’該模具可延長總使用壽 咋，因而降低每噸鋼材的模具成本。 該目的係根據本發明而由申請專利範圍第丨項或第2 項的特徵獲得。 使用根據本發明的管形模具可使連續鑄造獲得下列優 點歧小的銅官壁厚（相較於習知技藝）可在連續鑄造廠 產量增加時確保具有較高的冷卻能力。實質上配置於整個 外緣上的支撐板可穩定模穴的幾何形狀，以避免具有熱負 栽的模管銅壁發生變形，而使一方面降低模具損壞，另一 方面提高鑄坯品質，因而特別具有更為均勻的冷卻。降低 銅材料的熱負載並降低鑄埋表面與模壁間的磨耗便可延長 200425975 使用壽命。然而，藉由模穴的修整作業亦得延長總使用壽 ?諸如以後績再加工將磨耗點換銅，而在該作業期間， 銅笞仍連接於支撐殼或支撐板。在加工的狀況中，此舉將 使夾緊變容易，且當銑削或平坦化時，係以支撐板避免銅 &的震動，所以允許較高加工速度與高模穴尺寸精度。然 而銅嘗修整期間支撐板仍位於銅管上的事實亦減少卸下 模具水循環冷卻裝置所需的工作，因而降低修整成本。 冷部官可部分地嵌入或銑削入支撐板或銅管外側表面 :。為增加自管與冷卻介質之間的接觸面積，料該冷卻 f而言’將冷卻管區域中的銅管壁厚降低約30· 5G%為有益 的。 狐 倘若管件側表面的冷卻管係銑削於銅管中，則可在未 =顯降低冷卻能力的情況下將支撐肋與連接肋配置於冷卻 。\根據典型的實施例，冷卻管佔銅管外表面的65_ 95%，最好為7〇_8()%。依據模穴的剖面而定，冷卻管區域 中的殘留銅管壁厚設定在約4mm_iGmm。藉由適當地選 卻管幾何形狀和/或冷卻f塗佈，便可根據局部要求而 5又疋對冷卻水的熱傳導。 在長方形鑄链形式的 或固定的方式F二支撐板係以可拆卸 支产铜…： 為確保支撐板以零擺動的方式 :二：—疋否有製造公差），根據-典型的實施例， ==方面可將端面對接於其鄰接平板，另一方面則 ^於其鄰接平板。鄰接的支撐板餘銅管隅角區域拾 在-起’因而形成配置於鋼管周圍的支擇箱。 200425975 依據用於夾緊銅管的設計而定，支揮板可於零擺動且 堅固的情況下夾緊銅管；或者，纟多邊形形式的狀況中， 可在個別支擇板的重疊處提供密封用（以彈性墊圈為較佳） 的微小間隙。該微小間隙可容_管壁的熱膨脹和/或銅管 側表面的尺寸公差。 依據液態鋼或薄鑄链表面或模穴内之預定禱迷表面變 形所造成之模穴内壁的熱與機械負载程度而冑，而配置有 將銅管支撐於支撐板或支撑殼上和/或連接其的支撑肋與 連接肋。 根據一典型的實施例，在銅管的側表面，就鑄链的各 側邊而言，窄支樓表面係沿著隅角區域配置；以及依據形 式而定個或二個連接肋係配置於鑄述側邊的中間區域 上，且連接肋設有扣緊裝置而避免朝向禱述轴橫向移動。 該扣緊裝置可包含有諸如燕尾剖面或τ 者通常為固定式及非固定式的扣緊裝置。因㈣板在； 穴修整期間並未移動，所以亦可使用經焊料及黏著劑接合 的連接機構。 σ 在使用弧形模穴之模具的狀況中，支撐模具孤形侧壁 的二個支撐板設有平面外侧’以使模具在修整期間得以在 未發生變形的情況下夾緊於修整機的平台上。 假設模具未設有電磁攪拌裝4，則適於作為支撐板的 材料為諸如市售品質的鋼材。支撐板與冷卻管置於其間的 小型銅管結構促使電磁攪拌裝置的使用變得容易。電磁攪 拌裝置的進-步優點可藉由支撐板材料的選擇而獲得。Ζ 200425975 據-典型的實施例，支擇板或支擇殼可由易於為磁場所渗 透的金屬材料（沃斯田軸料）或非金屬材料（塑^ 製做。複合材料亦可包含於材料的選擇中。 少 。根據另-個典型的實施例，其係將電磁線圈配置於支 撐板或支撐殻外部，或將可動式永久磁鐵裝配 支撐殼。 a &倘若支推板由金屬材料製做，則藉由配置於支擇板與 銅管之間的保護層便有益於避免冷卻水所引起的電解腐、 钮。该保護層可藉由諸如支撲板的銅電鑛而建置。然而， 亦得以㈣電沈積所製造的銅層覆蓋後人鋼管的冷:管。 ㈣中的冷卻管係於支揮板或支㈣連接至水供應與 排出S線。根據一典型的實施例，水供應與排出管線沿著 模具上端部的支撐板配置，並可藉由快速耦合構件連接至 冷卻水系統係為有益的。 實施方式 本發明的典型實施例係參考圖式而說明如下： 在第1圖與第2圖中，用於圓形鋼坯或鋼錠鑄坯的連 續鑄造模具係標示為2。銅管3形成模穴4。銅管3的水循 環冷卻設於銅管3外側（該外側形成管件外侧表面5 )。該 水循環冷卻包含有分佈於整個外緣且實質上分佈於整個銅 管3長度上的冷卻管6。各個冷卻管6分別以支撐肋8及 連接肋9為界，且該連接肋9的另一項工作為將進入冷卻 管6的冷卻水循環由水供應管線1〇導引至水排出管線u。 200425975 12為支撐殼’該支撐殼丨2圍繞於銅管3的整個外緣與整 個長度’並藉由支樓肋8而將銅管3支撐於管件外側表面 5。連接肋9係將銅管3連接至支撐殼ι2。支撐殼12的内 側表面形成冷卻管6的外緣。 冷卻管6嵌入銅管3的外側表面’目而使銅管3壁厚 縮減20%- 70%，並以30%- 50¼為較佳（相較於在支撐肋8 的銅管厚度)。冷卻管6區域中的銅管3壁厚越薄，：鑄述 至冷卻水的熱傳便越大，而同時亦降低轉造期間的銅壁工 作溫度。較低的銅壁工作溫度不僅可減少模管3的變形， 且亦可減少損壞，諸如溶體表面區域中的裂痕或下模二區 域中的磨損。 第i圖中的14示意表示攪拌線圈，其用於在連續鑄造 期間攪拌模具中的液體坑口。顯 颁而易見地是，藉由模具的 、1結構及減小的銅壁厚度，播 子厌攪拌線圈Μ極為靠近模穴 ，因而可減少磁場損失（相較 用φ ^ 平乂 7、白用梹具h在磁場的應 用中，支撐板或支撐殼12係由可真 了為磁％所fe易穿透的金屬 材枓（沃斯田鐵不鏽鋼為較佳 如石山^ u 早乂佳）I造。然而，亦得以由諸 反璺層之非金屬材料製造支擇殼12或支擇板。 在第3圖及第4圖中，用 錠鑄抹的播目〃 _ ;正方形或夕邊形鋼坯及鋼 轉2的核具係標示為2 〇。 β 連續鏟1嫌& 弧形銅官23形成用於圓弧式 律板3Γ32形模穴24°水循環冷卻設於鋼管23與支 26中水盾:，㈣ 者相同。m的料基本上㈣1岐第⑼中所述 4 乐3圖及第4圖中的知〜 、鋼g 23係固定於形成支撐箱 10 200425975 的四個支撐板32-32’’’之間，以取代第1圖及第2圖中的管 形支撐殼12。支撐板32-32’’’經由連接肋29而連接至銅管 23，且銅管23的外側表面25可以支撐肋28支撐於支撐板 32-32’’’上。四個支撐板32-32’’’係以各支撐板32_32，，，端面 對接於相鄰支撐板並重疊於另一個相鄰支撐板的方式而拾 緊在一起，以形成剛性外箱於銅管23周圍。符號34代表 螺釘或其他連接元件。可藉由諸如燕尾或滑塊導軌、夾緊 螺釘、螺栓等，而以可拆卸的方式將支撐板3孓32，，，連接至 銅管23。然而，亦得以藉由經焊料及黏著劑接合的連接機 構而將銅管23連接至支撐板32或支撐殼12 (第1圖+第 2圖），因為對於諸如電解換銅及後續加工等銅管的修 整而言，銅管23仍連接至支撐板32或支撐殼12。 銅官23係以支撐肋28,而夾緊於或支撐於支撐板 32-32’’’外箱上的四個隅角區域35。銅管23通常以冷拔法 製造，並在隅角區域及支撐们8,28，上具有由製程所形成 的壁厚。該壁厚基本上取決於所鑄造的鑄坯形式；對於12〇 Xl20mm2的鑄坯形式而言，壁厚通常為Umm，且對於2㈧ X2〇〇mm2的鑄㈣式而言，壁厚通常為随。冷卻管6, 26係以銑削法製做’以確保預定 木了貝疋的水循裱存在於冷卻水入 口與冷卻水出口之間。在冷浴答 社々部㈢&域中，銅管23具有殘留 壁厚4- 10 mm。冷卻管6 %佔 ,% & 23外表面（管件侧表 面25 ) 65%_95%的面積，最好為脈㈣。四個管件隅 角之二個側邊上的窄支撐表面28’對於維持模穴幾何形狀 具有相當的貢獻。該窄支樓表面28，可確保銅管23的四個 11 200425975 角度在鑄造作業期間不會變形。因而可部分消除製造鑽石 形结埋的風險。 隅角區域之間設有連接肋29,該連接肋29藉由扣緊 裝置而將銅管23連接至支樓板32_32，，，。該連接肋Μ可 避免銅管壁朝模穴24f曲或在鑄喊道方向上橫向位 移。熟知的固定式及非固定式連接機構皆得以作為扣緊裝 置’諸如燕尾剖面或τ形剖面的滑塊及焊制螺栓等。 在弧形模具的狀況中，支撐銅管23之弧形侧壁的二個

支撐板32, 32”具有平面界面36, 36，，於正對弧形支撐表面 之侧面係為有益的。 在第5圖中，支撐板51重疊於支撐板52，且該支撐 板52的端面53對接於支撐板51。彈性墊圈54配置於二 個平板5 1，52 m且除了具有避免冷卻水外漏的密封功 月b以外，該彈性墊圈54可填滿銅管外部的微小公差，並可 允許銅管壁面朝鑄坯抽出方向的橫向微小膨脹。

為消除銅模具56的冷卻管55與支撐板51，52之間的 電解腐蝕，可將支撐板51，52覆以銅保護層57或非導電 層。在冷卻管55,銑削於銅壁中&，可以諸如電沈積銅層 58覆蓋冷卻管55，，而取代保護層57。 、第5圖中的59代表連接肋，該連接肋59係藉由焊接 或黏著劑接合而以固定的方式連接至支撐板。 在第6圖中係說明沿著銅管63之外側表面62的冷卻 官61，61’中的水循環冷卻的實例。冷卻水係穿經支撐板μ 外部之管件系統64而供應至冷卻管61。在模具的下部位 12 200425975 66中，冷卻水轉向180°，並輪送至冷卻管61，。冷卻水係 穿經管件系統68而由模具排出。67示意表示冷卻板，當 模具向下置於模具平台（未示於圖式中）上時，該冷卻板 67將管件系統64, 68耦合至水供應源或自其卸下。 裝配於銅管63之外側表面62的感溫器為附加量測點 69的實例，這些感應器係於鑄造作業期間量測銅管上 不同位置的溫度。該量測可用於以圖表的方式表示整個銅 管63的溫度分佈於螢幕上。 嵌入銅壁並將冷卻水轉向而導往管件系統68的冷卻 管61’亦可作為支撐板65中的密閉式回流管。在該配置 中’可進一步降低冷卻水的加熱及銅壁溫度。 第1圖至第6圖中的冷卻管可藉由不同製造方法嵌入 銅管中。其得以銑削冷卻管於銅管外侧或内側表面中，並 接著以電沈積層覆蓋其。為進一步增加模穴的耐磨耗性， 習知技藝所熟知的硬鉻電鍍可提供於模穴中。 在第7圖中，冷卻管71配置於支撐板72, 72，中。選 壁厚極薄（諸如3 mm- 8mm )的銅管70。因此，好嘴 ， u 琢溥銅 7〇通常為形成於支撐板72, 72,上的支撐表面74所支撐 扣緊表面77或連接剖面78通常設於銅管7〇上。鋼 係藉由諸如連接螺栓75或具有一個或多個繫桿79之^/ 剖面平板76的扣緊裝置’而以可拆卸或岐的方 :> 支撐板72, 72,。 $ €接. 圖式簡單說明 13 200425975 第1圖表示用於圓形鑄坯之根據本發明模具的縱剖 面， 第2圖表示沿著第1圖之線段Π - Π的水平剖面， 第3圖表示用於方形鋼坯剖面之弧形模具的縱剖面， 第4圖表示沿著第3圖之線段IV -IV的水平剖面， 第5圖表示穿經模具隅角的部分水平剖面， 第6圖表示另一個模具實例的直立剖面，以及 第7圖表示另一個典型實施例之模具隅角的部分水平 剖面。 主要元件之符號說明 2..連續鑄造模具；3··銅管；4..模穴；5·.管件外側表面； 6、26、55、55,、61、61，··冷卻管；8··支撐肋；9··連接肋； 10.·水供應管線；11..水排出管線；12..支撐殼；14..攪拌線 圈；20·.模具；23.·弧形銅管；24..弧形模穴；25..外側表面； 28, 28’··支撐肋；29··連接肋；32-32，”、5卜 52、65、72, 72’·· 支撐板；35··隅角區域；36, 36”.·平面界面；53.·端面；54.· 彈性墊圈；56..銅模具；57..銅保護層；58..電沈積銅層； 59·.連接肋；62.·外側表面；63·.銅管；64··管件系統；66.. 下部位；67··冷卻板；68··管件系統；71.·冷卻管；74·.支撐 表面；75··連接螺栓；76··燕尾剖面平板；77.·扣緊表面； 78·.連接剖面；79.·繫桿

Claims (1)

1. 200425975 拾、申請專利範圍： 1 _ 一種用於圓形鋼坯及鋼鍵形式之連續鑄造的模具，該模 具包S有形成板穴（4)的銅管（3)及用於藉由水循環 冷卻將該銅管冷卻的裝置，該模具的特徵在於該銅管（3) 設於整個外緣上並實質地位於整個長度上，且支撐殼 (12 )在管件外側表面（5 )的支撐表面（8 )支撐銅管 (3)，以及用於導引該冷卻水的冷卻管（6)係分佈於該 整個外緣上並貫質地配置於銅管（3)或支撐殼（12)中 的整個模具長度上。 2· —種用於多邊形鋼坯及鋼錠形式之連續鑄造的模具，該 鋼述及鋼錠形式以具有長方形剖面者為較佳，該模具包 含有形成模穴（24)的銅管（23)及用於藉由水循環冷 卻將該銅管（23)冷卻的裝置，該模具的特徵在於該銅 管（23)設於該管件外側表面（25)，實質地位於整個外 緣上並實質地位於整個長度上，且支撐板（3 2_32，，，）連 接至銅管（23)並在支撐表面（28，28，）支撐銅管（23) 壁面，以及用於導引該冷卻水的冷卻管（2 6 )係分佈於 该整個外緣上並實質地配置於銅管（23)或支撐板（72, 72’）中的整個模具長度上。 3.如申請專利範圍第1或2項之模具，其特徵在於該冷卻 官（6, 26 )會將該冷卻管（6, 26 )區域中的該銅管（3, 23 ) 壁厚縮減20%至70%，並以30%至5〇%為較佳。 4·如申請專利範圍第1或2項之模具，其特徵在於該冷卻 官（6, 26 )佔該銅管（3, 23 )外表面的65%_ 95%，並以 15 200425975 70%- 80%為較佳。 5·如申請專利範圍第1或2項之模具，其特徵在於該銅管 (3, 23)在該冷卻管（6, 26)區域中具有4 mm_ 1〇 mm 的殘留壁厚。 6·如申請專利範圍第2項之模具，其特徵在於在長方形鋼 达與鋼錠模具的狀況中，四個支撐板（32_32，，，）係以可 拆卸的方式裝附於該銅管（23)，各支撐板（32- 32，，，） 的一端面對接於一鄰接平板，並重疊於另一個鄰接平板。 7·如申請專利範圍第2項之模具，其特徵在於該相鄰接的 支擇板（32, 51，52)係於銅管（23)的隅角區域中拴在 起’並形成配置於銅管（23)周圍的支撐箱。 8.如申請專利範圍第2項之模具，其特徵在於允許銅管壁 面膨脹的彈性墊圈（54)係配置於該支撐板（51，52)之 間的重疊間隙中。 9·如申請專利範圍第1或2項之模具，其特徵在於該冷卻 管U，26)係以支撐肋（8,28)和/或連接肋（9,29)為 界，其中該支撐肋（8, 28)和/或連接肋（9, 29)係將該 銅管（3, 23)支撐於該支撐板（32)或該支撐殼（12) 上和/或連接其。 10·如申請專利範圍第2項之模具，其特徵在於就鑄坯的各 侧邊而言，窄支撐表面（28,）係沿著該隅角區域配置， 且連接肋（9, 29, 59 )係配置於該模具側邊的中間區域， 該連接肋（9, 29, 59 )設有扣緊裝置，以避免朝該鑄坯軸 橫向移動。 16 200425975 η.如申請專利範圍第…項之模具，其特徵在於該扣緊 裝置包含有燕尾剖面、τ形剖面滑塊或夾緊裝置等。 12.如申請專利範圍第2項之模具，其特徵在於該銅管（23) 具有弧形模穴（24)，且支撐該銅管（23)孤形側壁的該 一個支撐板（ 32, 32’’）具有平面界面於正對弧形支撐表 面的侧邊（3 6，3 6，，）上。 13·如申請專利範圍第丨& 2項之模具’其特徵在於銳削於 該銅管（3,23)中的該冷卻管（6,26,55 )係以電沈積所 製造的銅層（58)覆蓋。 14.如申請專利範圍第！或2項之模具，其特徵在於該支撐 板（ 32-32’’’）或該支撐殼（12)係由金屬材料（沃斯田 鐵鋼材為較佳）或可易於為磁場滲透的非金屬材料所組 成。 15·如申請專利範圍第1或2項之模具，其特徵在於該電磁 線圈（14)該支撐板（ 32-32，，，）或該支撐殼（12)外部， 或者可動式永久磁鐵係裝配於該支撐板（32_32，，，）或該 支撐殼（12)上。 1 6·如申請專利範圍第1或2項之模具，其特徵在於用於避 免發生電解腐蝕的保護層（57)係配置於該支撐板 (32-32 ，51，52)或該支撐殼（12)與該銅管（3，23，56) 之間。 1 7 ·如申請專利範圍第1或2項之模具，其特徵在於該支樓 板（6 5 )或該支撐殼（1 2 )設有配置於該模具上端的冷卻 水供應管線（64 )與排出管線（68 )，並可藉由耦合板（67 ) 17 200425975 構件連接至冷卻水網路。