本发明涉及对熔融金属尤为金属氧化物连续铸造的一种快速冷却和凝固装置,该装置由两个中空、液体内冷且其间有一条连铸前闭合而连铸时张开的缝隙(14)之旋转驱动滚轮(1、2)以及从端部挡住滚轮(1、2)间浇注室并可允许滚轮转动的密封元件(11、12)所组成。 由EP-B-0057651所已知的这样一种装置中装有轴线平行的圆柱状滚轮,轮间缝隙在连铸前由插入的石棉块所封闭,并该滚轮与在其圆柱体端部圆周上密封靠置的密封元件一起构成浇注室。这用于调节连铸的缝隙宽度总可预先确定,从而相应每个缝隙宽度都配置成形的密封元件。为获得在通过滚轮缝隙最窄部位所形成的金属氧化物坯芯仍处于熔融状态,要使滚轮的内冷强度和滚轮转数互相协调。因此,应该排除对滚轮施加强制力,正如当金属氧化物铸坯已在最窄部位出现完全凝固时,就要调节滚轮那样。
由于滚轮外表面上因内冷造成的大温差和与金属氧化物熔体接触部位的强烈局部加热,使转动着的滚轮中产生高度的交变热应力,特别是在圆柱外壁至轮毂的各过渡部位及在各冷却剂流通口上,这样,材料会迅速疲劳,并出现疲劳断裂。
作为本发明基础的任务就在于,将这类装置如此改进,以能藉结构上简便的措施使旋转滚轮上的热度力减到最小值。
本发明就该任务以上述类装置为出发点,通过使滚轮(1、2)均制成截锥体,邻接每个截锥体的较大直径的基面(9、10)处置有一直径同基面(9、10)的圆柱部分(5、6)和一个基本敞开地端面(23),而且每个截锥体在直径较小的端面(7、8)上为一平隔板所密封,同时每个滚轮(1、2)的外形近似于球形罩(22)的轮廓,而得以解决。由于每个滚轮的外轮廓近似于球壳,就可获得一种少缺口的滚轮结构,这样,由于持续变化的热应力所致的材料疲劳可大大地减小。因为截锥体比等直径的圆柱滚轮具有较大的主曲率半径,所以同等直径的圆柱滚轮相比,在最窄位置附近形成一条较窄缝隙,从而在缝隙中会更好地散热。圆柱滚轮要形成这样的缝隙,直径就要需大得多。对于在缝隙最窄位置部分已在滚轮上凝固的材料层熔接而言,滚轮曲率半径大是合宜的,这样,材料可长时间保持加压。滚轮在每个截锥体的基面区域内均有这些部分。
借助使驱动滚轮(1、2)的轴(20)通过圆柱部份(5、6)基本敞开的端面(23),延伸到截锥体直径较小的端面(7、8)处并在此固定(轮毂21),就可简便地将传动轴固定在滚轮上大交变热应力的范围之外。
基于滚轮的锥形外形,压制力的作用线大致在滚轮直径最大处与滚轮轴线相交,以致在高速轴承结构的情况下,滚轮轴颈上的弯矩变得很小。此外,还保护了轴承元件和滚轮传动元件不受材料铸坯辐射热的作用。这样,可以使用商业上通用的无级调速马达减速器组来驱动滚轮。
当滚轮(1、2)的轴线(3、4)在同一平面上并互相平行时,滚轮截锥体在其端面范围有着不等的圆周速度。这意味着,从缝隙通过的金属氧化物在这些范围内发生强制滑动,因此,在金属氧化物上施加有扭转作用,它会导致在凝固的材料上出现紧密而有规则的裂纹,这对随后的破碎是有利的。
当每个密封元件(11、12)不受缝隙宽度制约,而总与滚轮(2、1)之一圆柱部分处于密封接触,并可沿另一滚轮(1、2)的截锥体较小端面(7、8)密封接触地移动时,就可以与轮间缝隙无关地,简便地保持端部密封,于是,只要使某一滚轮,或者同时两个滚轮在其轴线方向上移动,就可改变轮间缝隙。
当滚轮(1、2)的轴线在同一平面上相交时,这截锥体互相对应的区域有着相同的圆周速度,而圆周速度从截锥体较小直径的端面到其基面是越来越大。
当密封元件(11、12)为角型板,其中之一角板可沿两个滚轮(1、2)截锥体较小端面(7、8)不受缝隙宽度制约地以密封接触状态移动,而另一个则同两个滚轮(1、2)的圆柱部分(5、6)保持密封接触时,如果使滚轮之一沿其轴线移动来调节轮间缝隙或使两个滚轮同时垂直缝隙移动,还可保持端面侧的密封,而不受缝隙调节的制约。
当滚轮(1、2)的轴线(3、4)所处平面倾斜于水平面某一角度,以使熔体与滚轮(1、2)外侧面(17、18)的接触角处处相等时,在轴线相交的滚轮情况下整个材料铸坯宽度上可达到均匀的冷却时间。这是因为,在截锥体较大圆周速度区内,液态金属氧化物的浇注水平面和在向截锥体较小直径端延伸的较小圆周速度区内之浇注水平面互相比,有一个在隙缝之上的较大高度。
将两个滚轮(1、2)的截锥体锥角设置在60°与120°之间并近似于球形罩的轮廓是有益的,最佳锥角为90°。
当密封元件(11、12)由多孔道的石墨组成,并经由连接管同提供保护气体以排除空气氧的压力源连通时,可阻上密封元件在占主导地位的高温下烧毁。
本发明装置适于加工含有氧化物的陶瓷熔体单组分系及多组分系,尤其适于加工由氧化铝与斜锆石和/或锆、镁、钇、钙和铬的氧化物混合成的单组分系及多组分系陶瓷熔体,特别适于加工用于耐磨的材料,如等离子喷镀粉末,又如砂型用烧结粉末。
下面借助附图详细阐述本发明的实施例。附图示出:
图1滚轮轴线平行的装置俯视图;
图2图1所示装置的前视图;
图3滚轮轴线相交的装置俯视图,以及
图4图1或图3所示装置中滚轮的纵剖面。
图1及图2中所示的装置由两个截锥体形状的滚轮(1、2)构成,其中每个截锥体都有一个直径较大的基面9或10,以及一个直径较小的端面7或8。滚轮1和2要这样安置以使这个滚轮1的基面9与另一滚轮2的小端面8处在同一平面上,同时该滚轮1的端面7和另一滚轮2的基面10同样也在一个平面上,并该平面平行于前一平面。这样安装时,这个滚轮1的轴线3则平行于另一滚轮2的轴线4。轴线3和4垂直于上述诸平面,这是因为带有外侧面17或18的截锥体都是正截锥体。
在滚轮1的基面9上邻接一个圆柱部分5,其直径与基面的直径一致。同样,在另一滚轮2的基面10上邻接一个圆柱部分6,其直径与基面10的直径一致。滚轮1和2在其外侧面17和18之间形成缝隙14,该缝隙可通过一个滚轮或者两个滚轮1、2作垂直于其轴线3、4的移动,即可从其接触位置,也即零值,调节到所需值。
在缝隙上方的滚轮1、2之间的浇注室藉助密封元件11和12从端侧挡住。正如由图2所见,这个密封元件11紧贴在滚轮1的端间7上,并以相应的弯曲密封面15密封地靠置在圆柱部分6上,且允许滚轮2转动。在调节缝隙宽度14时,只要使这个滚轮1以其端面7相对处于接触位置的密封元件11移动即可。该密封元件12以同样的方式安置,要调节轮间缝隙14时,可使密封件12沿滚轮2的较小端面8上侧向移动,而与滚轮1的圆柱部分与仍保持密封接触。
在图3所示的装置实施例中,滚轮1和2的锥角为90°,从而其轴线3和4相交90°。密封元件11和12都为弯成直角的角形板,它们同圆柱部分5和7或者端面7和8处于密封接触状态,而又能允许滚轮1和2转动。因此,缝隙14的浇注室在端侧保持密封。
当在图3所示的滚轮安置情况下,金属熔体与滚轮1和2的截锥体外侧面17和18要具有恒定的接触角时,则须使滚轮1和2的轴线3和4倾斜,以使它们在较小端面7和8的区域内比在其圆柱部分5和6的区域内高些。
在图4所示的滚轮1的情况下,截锥体具有90°的锥角。较小直径的端面7在内侧壁上设有一个中心轮毂21,驱动轴20抗扭地固定在其中,而滚轮1由快速轴承支承。位于端面7对面的圆柱部分与之端面23是基本敞开的。在该区域,传动轴20与传动设备24相接合,并由滚轮1阻挡对设备24的热辐射作用。滚轮1在内侧藉助在端面7区域内以切向分量喷出的水来冷却,该水通过离心力作用与滚轮1的内壁保持接触,并沿该壁在圆柱部分5的端面23处转向,然后在此从侧向排出。
密封元件11和12经由通孔和连接管与压力源连通(图中未示出),从该压力源将保护气体如氮或氩输送到由石墨构成的密封元件11和12中,藉此将任何密封元件11和12中出来的,以及在其壁部的空气氧置换掉,以使石墨在所面临高温下不会烧毁。
图4中滚轮1的外形是最近似于一个球形罩的情况并用轮廓线22来注明。