Способ электромагнитного удерживания расплавленного металла в горизонтальных литейных машинах и устройство для его осуществления

Способ электромагнитного удерживания расплавленного металла в горизонтальных литейных машинах и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к непрерывному литью металлической полосы, а точнее, к электромагнитному удерживанию расплавленного металла в машинах непрерывного литья.

Предшествующий уровень техники

Непрерывное литье металлов осуществляется в двухвалковых литейных машинах и ленточных литейных машинах, или используются их сочетания. Способы являются подходящими для литья и в горизонтальном, и в вертикальном направлениях. В частности, в сталелитейной индустрии в последнее время разрабатываются высокоскоростные двухвалковые ленточные литейные машины, которые действуют в вертикальном направлении.

До настоящего времени для того, чтобы обеспечить удерживание расплавленного металла в литейной зоне, использовались механические краевые заслонки. Такие устройства включают в себя краевые заслонки гусеничного типа, которые перемещаются вместе с полосой (как в литейных машинах типа Hazelett), или неподвижно установленные краевые заслонки, которые плотно прилегают к поверхности валков. Последние используются в двухвалковом литейном производстве стальной полосы. Такие неподвижно установленные краевые заслонки имеют короткий срок службы, поскольку они разрушаются от соприкосновения с холодной боковой стенкой валков. Кроме того, такие механические краевые заслонки обеспечивают места для формирования настылей, которые имеют тенденцию к скалыванию, и таким образом отлитая полоса имеет металлургически неприемлемую микроструктуру. Гусеничные краевые заслонки, пока хорошо зарекомендовавшие себя для более толстых отливок слябов (толщиной 10-25 мм), становятся непрактичными для литейных машин с тонкой полосой или двухбарабанных литейных машин сталелитейной промышленности, в которых поперечное сечение резко изменяется вдоль литейной зоны.

Из уровня техники известно применение электромагнитных краевых заслонок для отливки металлической полосы в вертикальных двухбарабанных (валковых) литейных машинах. Электромагнитные краевые заслонки магнитного типа используют сочетание магнитного угла и катушки переменного тока для создания удерживающих сил. Электромагнитные краевые заслонки индукционного типа основываются исключительно на катушке переменного тока для создания удерживающих сил.

Электромагнитные краевые заслонки магнитной системы используют магнитный элемент, который выполнен в виде ярма или сердечника, соединяющего два полюсных наконечника, расположенных по обеим сторонам зазора, в котором должен удерживаться расплавленный металл. Магнитный элемент сделан из ферромагнитного материала и окружен по данной длине ярма катушкой, по которой течет переменный ток. Магнитный поток, создаваемый текущим в катушке током, передается к полюсам магнита через ярмо и создает на поверхности металла в зазоре силы удерживания.

Как правило, в магнитных системах часть магнитного элемента покрывается электрически проводящим экраном для минимизации утечки магнитного потока в направлении наружу от зазора. Такие магнитные удерживающие системы имеют преимущество, заключающееся в том, что удерживающий ток не должен быть таким же высоким, как в системах, в которых используется лишь индукционная катушка. Если требуется более сильное магнитное поле, оно может быть получено при том же самом уровне тока путем уменьшения площади полюсных наконечников для того, чтобы сконцентрировать поле. Однако такие системы не лишены недостатков. Например, такие системы обычно имеют низкую эффективность из-за потерь в сердечнике и потерь, обусловленных магнитным гистерезисом, когда к магнитному материалу прикладывается переменное магнитное поле. Кроме того, обычно возникают высокие температуры, и тепло должно быть отведено путем охлаждения, для того чтобы предотвратить повреждение магнитной системы.

В индукционных удерживающих системах обычно используется индуктор определенной формы, установленный вблизи зазора, в котором должен удерживаться расплавленный металл. Текущий в индукторе переменный ток генерирует индуцированные токи, а также и изменяющееся во времени магнитное поле на поверхности расплавленного металла, который должен удерживаться. Взаимодействие между током и магнитным полем обеспечивает силы удерживания. Для улучшения эффективности магнитный элемент изготавливают применительно к индуктору так, чтобы сконцентрировать ток на поверхности индуктора, обращенной к расплавленному металлу. Системы с индукционной катушкой вообще более просты в проектировании, чем магнитные системы. Однако индукционные системы невыгодно ограничены в отношении максимальной величины металлостатического напора, которая может быть удержана системой. Максимальная величина металлостатического напора, которая может быть поддержана в системах с индукционной катушкой, ограничена, потому что системы с индукционной катушкой требуют очень высоких индукционных токов для обеспечения адекватных сил удерживания; такие высокие токи сопровождаются увеличенным тепловыделением, что, в свою очередь, затрудняет или замедляет процесс отвердевания во время литья.

На Фиг.1 показаны вертикальные двухвалковые литейные машины, напор расплавленного металла, который должен быть удержан, имеет тенденцию быть очень высоким. Для типичных рабочих условий высота H₁ напора металла составляет приблизительно 65% от радиуса литейных валков. Поэтому устройство электромагнитной краевой заслонки, используемое в вертикальных двухвалковых литейных машинах, должно обеспечить достаточно сильное магнитное поле, для того чтобы удерживать ванну металла с высотой напора H₁, которая составляет 65% от радиуса литейных валков. Такие электромагнитные краевые заслонки не были успешно коммерциализированы по двум причинам. Во-первых, сильный электрический ток, необходимый для удерживания ванны расплавленного металла, создает стоячие волны на верхней поверхности металлической ванны, которые являются слишком большими по величине для процесса литья. Во-вторых, большие электромагнитные силы, необходимые для удерживания напора расплавленного металла, сформированного наверху вертикальных валковых литейных машин, создают индукцию, нагревающую боковую стенку ванны металла, что препятствует процессу отвердевания.

Патент США №4936374 описывает вертикальную литейную машину и устройство электромагнитного удерживания, имеющее описанные выше недостатки. Далее, патент США №4936374 описывает литейные валки с кромкой, удерживающее магнитное поле подводится через кромку. В дополнение к индукционному нагреву и генерации волн кромки литейных валков, раскрытые в патенте США №4936374, создают гребень в отливке изделия и поэтому не в состоянии обеспечить литую полосу, имеющую однородные боковые стенки (края). Гребень, формируемый в литой полосе, произведенной, используя устройство и способ, раскрытые в патенте США №4936374, должен быть механически обработан до прокатки литой полосы. Дополнительная механическая обработка невыгодно увеличивает стоимость производства.

Следовательно, остается потребность в способе высокоскоростного непрерывного литья металлов и сплавов, в котором достигается однородность поверхности литой полосы; который обеспечивает хорошее удерживание расплавленного металла в литейной зоне; и в результате образуются края полосы, которые можно прокатывать без механической обрезки кромки.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение преодолевает вышеописанные недостатки путем создания устройства электромагнитного удерживания, включенного в горизонтальное литейное устройство, при этом расположение устройства электромагнитного удерживания и магнитного поля, которое создается переменным током, обеспечивает литую металлическую полосу, имеющую по существу однородные края (боковые стенки). Настоящее изобретение также представляет способ и устройство для производства литой металлической полосы, которые обеспечивают средство для регулировки профиля боковой стенки литой металлической полосы (ленты).

В одном варианте настоящего изобретения ток, пропускаемый через устройство электромагнитного удерживания, так же, как и расположение устройства электромагнитного удерживания в литейной зоне горизонтального литейного устройства, выбираются так, чтобы обеспечить литую металлическую полосу, имеющую по существу однородные края, при этом боковая стенка краев литой металлической полосы может быть по существу плоской, или вогнутой, или выпуклой относительно средней линии литой металлической полосы. По существу однородные края литой металлической полосы позволяют прокатывать литую металлическую полосу без последующей механической обработки. В общих чертах, один вариант осуществления устройства согласно настоящему изобретению содержит:

(a) пару литейных валков, приспособленных для получения расплавленного металла вдоль горизонтальной оси, причем вертикальное расстояние, разделяющее пару литейных валков, определяет литейную зону;

(b) устройство электромагнитного удерживания края, установленное с каждой стороны литейной зоны, включающее в себя индукционную катушку, намотанную на часть магнитного элемента, для того чтобы создавать магнитное поле при подаче электрического тока; при этом указанный магнитный элемент содержит первый и второй магнитные полюса, расположенные снаружи от боковой стенки указанной пары литейных валков и выровненные с ней, а электрический ток обеспечивает создание магнитного поля, перпендикулярного указанной горизонтальной оси, которое удерживает расплавленный металл в контакте с литейными валками по существу без увеличения температуры расплавленного металла, и

(c) средство для подачи расплавленного металла в литейную зону вдоль указанной горизонтальной оси из разливочного желоба при сохранении указанного расплавленного металла по существу не окисленным, при этом разливочный желоб отделен от литейной зоны расстоянием, для того чтобы по существу устранить генерацию волн в разливочном желобе под действием магнитного поля.

В другом варианте устройства согласно настоящему изобретению предложено горизонтальное валковое литейное устройство, в котором удерживание металла в устройстве обеспечено сочетанием механической краевой заслонки и электромагнитной краевой заслонки. Литейное устройство содержит:

(a) пару литейных валков, приспособленных для получения расплавленного металла вдоль горизонтальной оси, причем вертикальное расстояние, разделяющее пару литейных валков, определяет литейную зону;

(b) концевой узел подачи, установленный для подачи расплавленного металла в литейную зону вдоль указанной горизонтальной оси из разливочного желоба при сохранении указанного расплавленного металла по существу неокисленным, и

(c) устройство удерживания края, установленное с каждой стороны литейной зоны; указанное устройство удерживания края содержит:

механическую краевую заслонку, установленную, по меньшей мере, над концевым участком концевого узла подачи и частично выступающую в направлении указанной зоны плавления, и

электромагнитную краевую заслонку, имеющую первый и второй магнитные полюса, установленные снаружи от боковой стенки указанной пары литейных валков и выровненные относительно нее и перекрывающие часть указанной механической краевой заслонки, частично выступающей в направлении указанной литейной зоны, при этом указанная электромагнитная краевая заслонка обеспечивает создание магнитного поля, перпендикулярного указанной горизонтальной оси, которое удерживает расплавленный металл в контакте с литейными валками.

В каждом варианте настоящего изобретения вертикальное расстояние, разделяющее горизонтально расположенную пару литейных валков, обеспечивает высоту напора металла, которая допускается для удерживания расплавленного металла магнитным полем, создаваемым устройством электромагнитного удерживания без существенного увеличения температуры расплавленного металла. В настоящем описании термин "установленные снаружи от боковой стенки указанной пары литейных валков и выровненные относительно нее" означает, что полюса электромагнитной краевой заслонки не проходят в направлении средней линии литейных устройств за пределы плоскости, определенной боковой стенкой литейных валков, но установлены достаточно близко к боковой стенке литейного валка, для того чтобы обеспечить достаточное магнитное поле для удерживания расплавленного металла в пределах литейной зоны. Отметим, что положение полюсов электромагнитной краевой заслонки может быть отрегулировано от примыкания к боковой стенки литейных валков до любого расстояния от боковой стенки при условии, что достаточные удерживающие силы обеспечиваются полюсами в литейной зоне. В одном варианте осуществления боковая стенка литейного валка может быть по существу плоской. Термин "по существу плоская" по отношению к боковой стенке валка означает, что литейный валок не включает выступающую часть. В одном варианте осуществления электромагнитные силовые линии создаются переменным током, имеющим частоту в пределах от 40 Гц до 10000 Гц, проходящим через устройство электромагнитного удерживания края.

В другом объекте настоящего изобретения предложена ленточная литейная машина, в которой используется электромагнитное краевое удерживание и производится металлическая полоса, имеющая по существу однородные края; при этом по существу однородные края позволяют прокатывать литую металлическую полосу без дальнейшей механической обработки. Ленточная литейная машина для литья полосы расплавленного металла содержит:

(a) пару противоположных бесконечных металлических лент, каждая пара противоположных бесконечных металлических лент проходит поверх валка и имеет внешнюю границу, по существу выровненную с внешней границы валка; каждая из указанных противоположных бесконечных металлических лент имеет поверхность для приема расплавленного металла, причем вертикальное расстояние, разделяющее пару противоположных бесконечных металлических лент, определяет литейную зону;

(b) устройство электромагнитного удерживания края, установленное с каждой стороны литейной зоны, включающее в себя индукционную катушку, намотанную на часть магнитного элемента для создания магнитного поля при пропускании электрического тока; при этом электрический ток обеспечивает магнитное поле, которое удерживает расплавленный металл в пределах ширины, по меньшей мере, части указанной пары противоположных бесконечных металлических лент и в контакте с ними по существу без увеличения температуры расплавленного металла, и

(c) средство для подачи указанного расплавленного металла в литейную зону вдоль горизонтальной оси из разливочного желоба, причем разливочный желоб отделен от указанной литейной зоны расстоянием, для того чтобы по существу устранить генерацию волн в разливочном желобе под действием магнитного поля.

В другом аспекте настоящего изобретения предложена литая полоса, которая может быть сформирована с помощью вышеуказанного литейного устройства. Литая полоса содержит:

(а) первую оболочку,

(b) вторую оболочку и

(c) центральную часть между указанными первой и второй оболочками;

указанная центральная часть содержит зерна, имеющие равноосную структуру, причем края боковых стенок указанной литой металлической полосы по существу однородны.

В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ литья металлической полосы, в котором магнитное поле используется для управления геометрией боковой стенки металлической полосы. Способ включает в себя:

подачу расплавленного металла в литейную зону вдоль горизонтальной оси;

удерживание указанного расплавленного металла в пределах указанной литейной зоны с помощью средства магнитного удерживания и

литье указанного расплавленного металла в металлическую полосу, при этом геометрия боковой стенки указанной литой металлической полосы формируется посредством регулировки указанного средства магнитного удерживания.

Магнитное поле может регулироваться для получения геометрии боковой стенки металлической литой полосы, которая является плоской, или вогнутой, или выпуклой относительно средней линии литой металлической полосы. В одном варианте средство магнитного удерживания может включать в себя индукционную катушку, намотанную на магнитный элемент для создания магнитного поля при пропускании электрического тока. Магнитный элемент имеет первый и второй магнитные полюса, установленные снаружи вблизи от литейной зоны.

Магнитное поле, созданное средством магнитного удерживания, может регулироваться путем увеличения или уменьшения электрического тока через индукционную катушку или путем изменения положения средства магнитного удерживания относительно литейной зоны. Расположение первого и второго магнитных полюсов средства магнитного удерживания вблизи литейной зоны позволяет получить литую металлическую полосу с вогнутой боковой стенкой, а расположение первого и второго магнитных полюсов средства магнитного удерживания от литейной зоны позволяет производить литую металлическую полосу с выпуклой боковой стенкой.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 (боковая проекция) - схематичный вид части литейного устройства вертикальной валковой литейной машины, показывающий напор расплавленного металла и пару валков согласно уровню техники.

Фиг.2а (боковая проекция) - схематичный вид одного варианта осуществления горизонтального литейного устройства, имеющего электромагнитные краевые заслонки в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2b (боковая проекция) - вариант осуществления двухленточного литейного устройства с электромагнитными краевыми заслонками в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 (боковая проекция) - литейная зона горизонтального литейного устройства.

Фиг.4 - таблица, суммирующая магнитную индукцию, которая требуется для того, чтобы удерживать ванну расплавленного алюминия при различных высотах напора.

Фиг.5 - график магнитной индукции, создаваемой устройством электромагнитного удерживания в соответствии с настоящим изобретением при различных значениях токов и расстояний, где расстояние измеряется от боковой стенки литейного валка.

Фиг.6 (боковая проекция) - вид в разрезе по линии 2-2 на Фиг.2а, иллюстрирует расположение электромагнитных краевых заслонок по отношению к боковой стенке валковых литейных машин.

Фиг.7а-с (вид сбоку) иллюстрируют различные углы и ориентации полюсного наконечника согласно данному изобретению.

Фиг.8а-8d - виды в разрезе устройства электромагнитной краевой заслонки согласно настоящему изобретению, иллюстрирующие магнитные силовые линии по отношению к валкам горизонтальной валковой литейной машины.

Фиг.9 иллюстрирует вариант осуществления настоящего изобретения, в котором магнитный элемент имеет конструкцию с разъемным сердечником.

Фиг.10 иллюстрирует вариант осуществления настоящего изобретения, в котором магнитный элемент имеет многослойную конструкцию.

Фиг.11 иллюстрирует вариант осуществления данного изобретения, в котором механическая краевая заслонка используется в объединении с электромагнитной краевой заслонкой.

Фиг.12 - таблица, суммирующая нажим электромагнитной краевой заслонки.

Фиг.13а-с - графические представления боковой стенки литой полосы.

Фиг.14а-b - фотографические представления краев полосы, полученных в сильных магнитных полях в электромагнитной краевой заслонке.

Фиг.15 - графическое представление литой полосы, имеющей плоский профиль края (прямой край).

Фиг.16 - графическое представление литой полосы после 87%-ного сокращения (приемлемая степень растрескивания края).

Детальное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Данное изобретение предоставляет электромагнитную краевую заслонку, которая удерживает расплавленный металл в литейной зоне горизонтально расположенной валковой литейной или ленточной литейной машины с магнитным полем, которое создается меньшим переменным током, чем это было возможно ранее. Обеспечивая достаточные средства электромагнитного удерживания при более низких переменных токах, данное изобретение использует электромагнитное удерживание без существенного увеличения температуры расплавленного металла или возникновения эффектов волнообразования.

Как обсуждалось выше, в предшествующих способах вертикального литья с большей высотой напора расплавленного металла требуются более сильные магнитные поля, для того чтобы противостоять большему давлению, производимому расплавленным металлом; в этих способах более сильные магнитные поля обычно требуют более сильных токов, которые генерируют теплоту. Например, для удерживания расплавленного алюминия 300-миллиметровой высоты как типичного представителя обычных вертикальных способов литья было бы необходимо магнитное поле с минимальной индукцией 0.24 Т. В данном изобретении высота напора металла поддерживается низкой, как это достигнуто в горизонтально расположенной литейной машине, для того чтобы необходимое удерживание могло быть получено при относительно низкой магнитной индукции. Например, 50-миллиметровая высота напора в горизонтальном литейном устройстве в соответствии с данным изобретением требует магнитное поле с индукцией только 0.055 Т для удерживания расплавленного алюминия в горизонтальном положении во время литья. Данное изобретение теперь обсуждается более подробно со ссылками на чертежи. На чертежах подобные и/или соответствующие элементы обозначены одинаковыми позициями.

На Фиг.2а показан один вариант осуществления настоящего изобретения; горизонтальное валковое литейное устройство 10 снабжено электромагнитной краевой заслонкой 15, установленной для того, чтобы обеспечивать магнитное поле для удерживания расплавленного металла М в пределах литейной зоны 20 устройства 10. Магнитные силовые линии проходят вдоль плоскости, перпендикулярной плоскости, в которой литье прокатывается. Горизонтальный валок литейного устройства 10 на практике выполняют, используя пару вращающихся в противоположные стороны охлаждаемых валков R₁ и R₂, вращающихся в направлениях, указанных стрелками A₁ и А₂ соответственно. Под термином "горизонтальный" подразумевается, что литая полоса производится вдоль горизонтальной плоскости, в которой горизонтальная плоскость параллельна линии разреза 2-2, или под углом приблизительно ±30° к горизонтальной плоскости.

На Фиг.2b показан вариант осуществления изобретения; горизонтальное ленточное литейное устройство 10' имеет электромагнитную краевую заслонку 15, установленную для того, чтобы создавать магнитное поле для удерживания расплавленного металла М в пределах литейной зоны 20 устройства 10, в котором магнитные силовые линии проходят вдоль плоскости, перпендикулярной плоскости 2-2, на которой литье прокатывается. В горизонтальном ленточном литейном устройстве 10' на практике используют пару вращающихся в противоположные стороны лент B₁ и В₂, вращающихся в направлениях, указанных стрелками A₁ и А₂ соответственно. Отметим, что, хотя следующие обозначения относятся к горизонтальной валковой литейной машине 10, изображенной на Фиг.2а, следующее описание одинаково применимо к горизонтальной ленточной литейной машине 10', раскрытой на Фиг.2b, за исключением того, что вместо того, чтобы расплавленный металл соприкасался с литейными валками R₁ и R₂, расплавленный металл соприкасается с вращающимися в противоположные стороны лентами B₁ и В₂. В дальнейшем различия между горизонтальным валковым литейным устройством 10 и горизонтальным ленточным литейным устройством 10' в соответствии с данным изобретением отмечаются, когда это необходимо.

Согласно Фиг.3 расплавленный металл М перемещается в литейную зону 20 с помощью подающего наконечника Т, который может быть сделан из подходящего керамического материала. Подающий наконечник Т распределяет расплавленный металл М в направлении стрелки В непосредственно на литейные валки R₁ и R₂, вращающиеся в направлении стрелок A₁ и А₂ соответственно. Зазоры G₁ и G₂ между подающим наконечником Т и соответствующими валками R₁ и R₂ поддерживаются как можно меньше, чтобы предотвращать протекание расплавленного металла и минимизировать воздействие атмосферы на расплавленный металл. Подходящий размер зазоров G₁ и G₂ составляет приблизительно 0.01 дюйма (0.25 мм). Плоскость L, проведенная через среднюю линию валков R₁ и R₂, проходит через область минимального зазора между валками R₁ и R₂, называемого зазором N между валками.

Расплавленный металл М, подаваемый подающим наконечником Т, непосредственно соприкасается с охлаждаемыми валками R₁ и R₂ в областях 18 и 19 соответственно. При соприкосновении с валками R₁ и R₂ металл М начинает остывать и затвердевать. Остывающий металл образует верхнюю оболочку 16 затвердевшего металла, прилегающую к валку R₁, и нижнюю оболочку 17 затвердевшего металла, прилегающую к валку R₂. Толщина оболочек 16 и 17 увеличивается, когда металл М продвигается вперед к зазору N между валками. Большие дендриты 21 из затвердевшего металла (показаны не в масштабе) образуются на границах раздела между каждой из верхних и нижних оболочек 16 и 17 и расплавленным металлом М. Большие дендриты 21 разрушаются, и втягиваются в центральный сектор 12 более медленно движущегося потока расплавленного металла М, и переносятся в направлении стрелок C₁ и С₂.

Тянущее воздействие потока может заставлять большие дендриты 21 разрушаться и далее превращаться в более мелкие дендриты 22 (показаны не в масштабе). В центральной части 12 выше по потоку от зазора N между валками металл М является полутвердым, включающим в себя твердую компоненту, состоящую из затвердевших мелких дендритов 22, и компоненту расплавленного металла. Металл М в области 23 имеет литую, текучую консистенцию частично благодаря дисперсии мелких дендритов 22. В месте расположения зазора N между валками часть расплавленного металла выжимается назад в направлении, противоположном стрелкам С₁ и С₂. Вращение по часовой стрелке валков R₁ и R₂ при зазоре N между валками существенно продвигает только твердую часть металла (верхние и нижние оболочки 16 и 17 и мелкие дендриты 22 в центральном секторе 12) наряду с тем, что принуждает расплавленный металл в центральном секторе 12, расположенный выше по потоку от зазора N, становиться полностью твердым, когда он уходит из места зазора N.

Ниже по потоку от зазора N между валками центральная часть 13 имеет твердый центральный слой 13, содержащий мелкие дендриты 22, зажатые между верхней оболочкой 16 и нижней оболочкой 17. В центральном слое 13 мелкие дендриты 22 могут быть размером приблизительно от 20 до 50 микрон и иметь в общем равноосную (шаровидную) форму в отличие от имеющих колончатую форму. Три слоя - верхняя и нижняя оболочки 16 и 17 и затвердевший центральный слой 13 - составляют твердую литую полосу.

Валки R₁ и R₂ используют как теплоотводы для теплоты расплавленного металла М. В данном изобретении теплота передается от расплавленного металла М валкам R₁ и R₂ одинаковым образом, чтобы гарантировать однородность поверхности литой полосы. Поверхности D₁ и D₂ соответствующих валков R₁ и R₂ должны быть сделаны из материала с хорошей теплопроводностью, такого как сталь или медь или других металлических материалов, текстурированы и должны содержать поверхностные неровности (не показаны), которые соприкасаются с расплавленным металлом М. Поверхностные неровности могут служить для увеличения теплопереноса от поверхностей D₁ и D₂. Валки R₁ и R₂ могут быть покрыты материалом, таким как хром или никель, для того чтобы улучшить отделение литой полосы от валков R₁ и R₂. В предпочтительном варианте исполнения валки R₁ и R₂, включая поверхности D₁ и D₂, содержат ферромагнитный материал. В вариантах исполнения данного изобретения, в которых валки R₁ и R₂ не содержат ферромагнитного материала, литейные поверхности D₁ и D₂ валков, так же как и боковая стенка валков, могут быть покрыты ферромагнитными материалами.

Управление, техническое обслуживание и выбор подходящей скорости валков R₁ и R₂ могут влиять на работоспособность данного изобретения. Скорость валков определяет скорость, с которой расплавленный металл М перемещается в направлении зазора N между валками. Если скорость будет слишком маленькой, то большие дендриты 21 не будут испытывать достаточного воздействия, чтобы вовлекаться в центральный сектор 12 и разрушаться до маленьких дендритов 22. Соответственно данное изобретение является подходящим для работы при высоких скоростях, таких как приблизительно от 25 до приблизительно 400 футов в минуту, или приблизительно от 100 до приблизительно 400 футов в минуту, или приблизительно от 150 до приблизительно 300 футов в минуту. Линейная скорость, с которой расплавленный алюминий подается к валкам R₁ и R₂, может быть меньше, чем скорость валков R₁ и R₂, или приблизительно равна одной четверти от скорости валка. Высокоскоростное непрерывное литье согласно данному изобретению может быть достижимо, частично потому что текстурированные поверхности D₁ и D₂ обеспечивают однородный теплоотвод от расплавленного металла М.

Удельное давление металла на валки может быть параметром при практическом осуществлении данного изобретения. Удельное давление металла на валки является силой, возникающей между валками благодаря наличию полосы в зазоре между валками. Удельное давление на валки является особенно высоким, когда полоса пластично деформируется валками в процессе литья. Существенным преимуществом данного изобретения является то, что твердая полоса не образуется до тех пор, пока металл не достигает зазора N между валками. Толщина определяется величиной зазора N между валками R₁ и R₂. Удельное давление на валки может быть достаточно большим, чтобы выжать расплавленный металл в направлении вверх по потоку и далее из зазора N между валками. Излишний расплавленный металл, проходящий через зазор N между валками, может заставить слои верхней и нижней оболочек 16 и 17 и твердую центральную часть 13 отпадать друг от друга и смещаться относительно друг друга. Недостаточное количество расплавленного металла, достигающего зазор N между валками, приводит к тому, что полоса формируется преждевременно, как происходит в обычных валковых литейных процессах. Преждевременно сформированная полоса 20 может быть деформирована валками R₁ и R₂ и появится сегрегация в области средней линии. Подходящие удельные давления на валки равны приблизительно от 25 до приблизительно 300 фунтов на дюйм ширины литья или приблизительно 100 фунтам на дюйм ширины литья. Вообще, более маленькие скорости литья могут быть необходимы при литье алюминиевого сплава более толстого размера для того, чтобы отвести теплоту из толстого сплава. В отличие от обычного валкового литья такие более медленные скорости литья не приводят к чрезмерным удельным давлениям на валки в данном изобретении, потому что полностью твердая алюминиевая полоса не образуется выше по потоку от зазора между валками.

В предшествующих заявках удельное давление на валки было ограничивающим фактором в производстве тонкой полосы алюминиевого сплава, но данное изобретение не столь ограничено, потому что удельное давление на валки является на порядки величины меньшим, чем в обычных процессах. Полоса алюминиевого сплава может быть произведена толщиной приблизительно 0.1 дюйма или меньше при скорости литья от 25 до приблизительно 400 футов в минуту. Более толстая полоса алюминиевого сплава также может быть произведена, используя способ, предложенный в данном изобретении, например, толщиной приблизительно 1/4 дюйма.

Полоса алюминиевого сплава 20, непрерывно отлитая согласно данному изобретению, включает в себя первый слой алюминиевого сплава и второй слой алюминиевого сплава (соответствующие оболочкам 16 и 17) с промежуточным слоем (отвердевшим центральным слоем 13) между ними. Зерна в полосе алюминиевого сплава по существу не деформированы, потому что сила валков мала (300 фунтов на дюйм ширины или меньше). Полоса не затвердевает до тех пор, пока она не достигнет зазора N между валками; следовательно, она не является горячекатаной в смысле обычной двухвалковой литейной машины и не допускает обычной термомеханической обработки. В отсутствие обычной горячей прокатки в литейной машине зерна в полосе 20 по существу не деформированы и сохраняют свою начальную структуру, достигнутую при отвердевании, то есть равноосную структуру, такую как шаровидная.

Согласно данному изобретению непрерывное литье алюминиевых сплавов достигается благодаря первоначальному выбору требуемой величины зазора N между валками, соответствующей требуемому размеру полосы S. Скорость валков R₁ и R₂ может быть увеличена до требуемой нормы выработки или до скорости, которая является меньшей, чем скорость, при которой удельное давление металла на валки увеличивается до уровня, который указывает, что между валками R₁ и R₂ происходит пластическая деформация литой полосы. Литье со скоростями, предлагаемыми в соответствии с данным изобретением (то есть приблизительно от 25 до приблизительно 400 футов в минуту), обеспечивает затвердевание полосы алюминиевого сплава приблизительно в 1000 раз быстрее, чем отливки из алюминиевого сплава, как при литье слитка, и улучшает свойства полосы по сравнению с литьем алюминиевых сплавов в слитке.

Расплавленный металл М, подаваемый подающим наконечником Т, удерживается в пределах литейной зоны 20, по меньшей мере, электромагнитной краевой заслонкой 15, которая располагается так, чтобы направлять силовые линии магнитного поля перпендикулярно плоскости 2-2, в которой литье прокатывается. В одном варианте осуществления изобретения электромагнитная краевая заслонка 15 устанавливается с каждой стороны литейного устройства. В предпочтительном варианте осуществления изобретения во время литья расплавленный металл М удерживается в пределах литейной зоны 20 механической краевой заслонкой 55 в сочетании с электромагнитной краевой заслонкой 15, причем механическая краевая заслонка 55 устанавливается непосредственно за подающим наконечником Т, а электромагнитная краевая заслонка 15 устанавливается над обрывающимся концом механической краевой заслонки 55 и обеспечивает удерживающие силы вдоль всей длины литейной зоны 20, как изображено на Фиг.6 и 11.

Ток и/или частота, используемые электромагнитной краевой заслонкой 15 для удерживания расплавленного металла М в пределах литейной зоны 20, являются существенно меньшими, чем обычно требующиеся в литейных устройствах с использованием электромагнитных краевых заслонок. В известных литейных устройствах, использующих электромагнитные краевые заслонки для удерживания расплавленного металла, требуются сильные магнитные поля, которые вызывают индукционный нагрев расплавленного металла, что неблагоприятно влияет на процесс отвердевания. В данном изобретении при уменьшении величины необходимой электромагнитной силы электрический ток и/или частота, проходящие через электромагнитную краевую заслонку, также уменьшаются, что в свою очередь уменьшает действие индукционного нагрева на боковой стенке расплавленного металла в литейной зоне.

Не желая быть ограниченными, но в интересах дальнейшего описания данного изобретения заявители полагают, что уменьшение электромагнитной силы, которая требуется для удерживания металла в пределах литейной зоны, связано с уменьшенной высотой Н₂ напора расплавленного металла из подающего наконечника Т, как изображено на Фиг.3, в противоположност