CN1389316A

CN1389316A - 铸件,垂直铸造法和垂直铸造设备

Info

Publication number: CN1389316A
Application number: CN02122026.3A
Authority: CN
Inventors: 高桥元; 天野肇; 久村总一郎
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2003-01-08
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: DE60205168T2; EP1262260A1; US7000679B2; CN1239281C; US20040045697A1; DE60205168D1; EP1262260B1; US20020179279A1

Abstract

将包括高合金钢的特殊钢或类似材料的钢液倒入铸模12中,铸模的底部是通过升降工作台的引模端部48封闭的。当升降工作台50以给定的速度垂直向下移动时,底端被引模端部48支撑的铸件26连续地从铸模12的底部拉出。当构成铸模的两个可移动的铸模件30,30与向下移动的升降工作台同步地互相相对移开时,铸件26宽度方向的侧表面可具有所要求的锥度。

Description

铸件，垂直铸造法和垂直铸造设备

技术领域

本发明涉及一种具有预定长度的铸件，垂直铸造方法和可以浇铸该铸件的垂直铸造设备。铸件的获得是通过垂直拉出已经在铸模中冷却并只是表面部分凝固了(或在表面形成壳层)的铸件的方式来实现。

背景技术

在有色金属如铝的领域里，都知道垂直铸造法是通过将钢液倒入开口向上及向下的铸模中来浇铸出具有预定长度的铸件，其中，铸件在铸模中进行冷却以便在表面上形成壳层，铸件底部支撑于升降工作台的引模端部，升降工作台以可移动的方式设置在铸模的下面，可通过以给定的速度垂直向下移动升降工作台将铸件从铸模的底部垂直拉出。

由于垂直铸造法在多个方面优于铸锭法，比如节省能量和能源消耗。已经进行了很多的实验来浇铸特别是具有大截面的普通种类的包括高合金钢和工具钢的特殊钢铸件，并确保铸件具有更加恒定的凝固。然而，通过垂直铸造法形成的钢铸件会产生多种内部缺陷，比如心部气孔和心部偏析或V形偏析，因此降低了铸件的质量和产量。另外，传统的垂直铸造法还会出现铸件顶部缩孔等内部缺陷。换句话，传统的垂直铸造法不能生产出完全满足对质量有严格要求的包括高合金钢和工具钢的特殊钢铸件。

发明内容

本发明已经解决了现有技术的这些问题。本发明的目的是提供一种内部缺陷，例如心部气孔、铸件顶部缩孔和心部偏析或V形偏析，很少的铸件，铸件具有提高的质量和产量；和能够浇铸出这些铸件的垂直铸造法及垂直铸造设备。

为了更好地解决这些问题和实现上述目的，根据本发明的一个方面，提出了一种具有预定长度的铸件，可通过向开口向上及向下的铸模倒入包括高合金钢和工具钢的特殊钢钢液进行浇铸，然后从所述铸模的底部垂直拉出所述铸件，所述铸件具有所要求的截面形状并在表面上形成壳层，其特征在于，至少两个相对的侧面具有锥度，两个相对侧面的尺寸从顶部朝所述底部变小。

为了更好地解决这些问题和实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提出一种浇铸具有预定长度铸件的垂直铸造方法，通过向开口向上及向下的铸模倒入包括高合金钢和工具钢的特殊钢钢液，然后从所述铸模的底部垂直拉出所述铸件，所述铸件具有所要求的截面形状并在表面上形成壳层。

其中，在浇铸所述铸件时，通过使所述铸模的至少两个相对的可移动的铸模件相对移动而离开，同时从所述铸模的底部拉出所述铸件，使铸件的至少一对相对的侧面具有锥度，其两个侧面的相对侧面尺寸从顶部到底部逐渐变小。

为了更好地解决这些问题和实现上述目的，根据本发明的一个不同的方面，提出一种浇铸包括高合金钢和工具钢的特殊钢铸件的垂直铸造设备，设备包括：

开口向上及向下的铸模，其具有至少一对可移动的铸模部件，所述铸模可以通过移动装置互相移近或移开，包括所述高合金钢和工具钢的特殊钢钢液可倒入所述铸模。

升降工作台，以可垂直移动的方式设置在所述铸模的下面，用于支撑带有表面上形成有壳层的所述铸件的底部并可将所述铸件的底部从所述铸模的底部拉出；和

升降机构，用于上下移动所述升降工作台。

为了更好地解决这些问题和实现上述目的，根据本发明的一个不同的方面，提出一种浇铸具有预定长度的铸件的垂直浇铸方法，通过向开口向上及向下的铸模倒入包括高合金钢和工具钢的特殊钢钢液，然后从所述铸模的底部垂直拉出所述铸件，所述铸件具有所要求的截面形状并在表面上形成壳层。

其中，在浇铸所述铸件时，钢液倒入铸模后，用顶盖覆盖所述铸模的顶部，通过其内部的加热腔在惰性气体气氛中用等离子或电弧加热所述铸模中的钢液；在这种条件下，能够保持所述钢液的表面温度在固相浇铸温度之上，因此抑制了浇铸的所述铸件内部缺陷的发生。

为了更好地解决这些问题和实现上述目的，根据本发明的又一个方面，提出一种通过浇铸具有预定长度的铸件的垂直浇铸设备，通过向开口向上及向下的铸模倒入包括高合金钢和工具钢的特殊钢钢液，支撑带有在表面上形成的壳层的所述铸件的底部，然后通过升降工作台从所述铸模的底部垂直拉出所述铸件的所述底部，所述升降工作台设置在所述铸模的下面并可通过升降装置垂直上下移动，其包括：

顶盖，能够覆盖所述铸模的顶部，可将其内部形成的加热腔置于惰性气体气氛中；和

加热装置，可通过等离子或电弧加热被所述顶盖覆盖的所述铸模中的钢液。

附图说明

图1是根据本发明的优选第一实施例的垂直铸造设备的示意性结构图；

图2是根据第一实施例的垂直铸造设备的横截面的示意性平面图；

图3是用根据第一实施例的垂直铸造设备浇铸出的铸件的示意性透视图；

图4是显示根据第一实施例的铸件的锥度尺寸的说明图；

图5是显示根据现有技术和第一实施例的铸件的凝固前侧角的说明图；

图6是显示测量得到的碳心部偏析和凝固前侧角的结果的图；

图7是显示根据本发明的优选第二实施例的垂直铸造设备的示意性结构图；

图8是显示根据第二实施例的垂直铸造设备顶盖的示意性剖视图；

图9是显示根据第二实施例的垂直铸造设备加热装置的说明图；

图10是显示根据第二实施例的垂直铸造设备进行的加热步骤的说明图；

图11是显示根据现有技术和本发明第二实施例的铸件的凝固前侧角的说明图；

图12是显示测得的铸件顶端的切断长度的视图；

图13是显示测得的碳偏析结果的视图；

图14是显示测得的凝固前侧角的结果的视图。

具体实施方式

下面将参考附图给出根据本发明的铸件，能够浇铸根据本发明的优选实施例的铸件的垂直铸造法和垂直铸造设备的介绍第一实施例

图1示意性地显示了进行根据本发明的第一实施例的垂直铸造法的垂直铸造设备10。垂直铸造设备10具有置于浇铸台14上的开口向上及向下的铸模12。垂直铸造设备10设计成可将包括高合金钢和工具钢的特殊钢的钢液经过设置在铸模之上的钢水包16和中间罐18倒入铸模12。铸模12设计成可以通过未示出的震动装置来上下震动以减少将从铸模12底部拉出的铸件26和铸模12之间的摩擦，因此防止了出现烧损。

如图2所示，铸模12包括一对在铸件厚度方向分开设置的固定的铸模件28，28和一对可在两个固定的铸模件28，28之间滑动的并在铸件26的宽度方向分开的可移动的铸模件30，30。钢液倒入这四个铸模件28，28和30，30所形成的空间中。各可移动的铸模件30连接到液压缸(移动装置)32的杆32a，液压缸32设置在浇铸台14并利用液压压力或类似的作用力。当两个液压缸32，32沿前后方向同步推动时，一对可移动的铸模件30，30相对移动接近或离开。如后面将介绍的那样，当一对可移动的铸模件30，30互相相对离开，同时将铸件26从铸模12的底部拉出时，从铸模12中拉出的铸件26的两个宽度方向的侧面(两个相对的侧面)带有锥度，两侧面(两个相对的侧面)的宽度方向尺寸从顶部到底部变小(见图3)。实际上，铸件26的锥度在每米4到15毫米的范围内(见图4)。

如图1所示，可以从宽度方向的两侧夹持铸件26的多个导轮44，44以可自由转动的方式设置在铸模12的正下方，其中的铸件26已经在铸模12中冷却(第一冷却)，其表面上形成有外壳层(外壳)。由于刚从铸模12的底部拉出的铸件26被导轮44，44从两侧夹持，这样可防止出现膨臌。沿上下方向分开设置的多个喷嘴46设置在导轮44，44位置的下面，位于夹持铸件26的两个宽度方向并互相面对。当冷却水(水)从各喷嘴46直接喷向铸件26时，进行第二冷却以加速铸件26的凝固。应当注意到导轮44和喷嘴46设计成可以缩回到不干涉升降工作台50的位置，这在后面会加以讨论。所以，升降工作台50可以在宽度方向上相对的导轮44，44和喷嘴46，46之间上下移动。

具有支撑铸件26底部的引模端部48的升降工作台50可垂直移动地设置在铸模12的下面。滑轮52，52可转动地设置在两侧，铸件26通过滑轮得到固定。一端连接到适当的固定部分的钢丝绳54围绕两个滑轮52，52缠绕，另一端连接到速度可调的卷扬机。升降工作台50通过在两个滑轮52，52之间伸展的钢丝绳54而悬吊，并可通过升降装置58上下移动，升降装置58包括钢丝绳54和卷扬机56。换句话，当卷扬机56以将钢丝绳54卷起的方向转动时，升降工作台50通过钢丝绳54向上移动；另一方面，当卷扬机56以将钢丝绳54松开的方向转动时，升降工作台50通过钢丝绳54向下移动。升降工作台50的升降速度(浇铸速度)在这种情况下设定在非常低的不大于0.2米/分的速度，因此抑制了铸件26的内部缺陷，如心部气孔和心部偏析或V形偏析的产生。第一实施例的操作

现在给出根据第一实施例的垂直铸造设备进行的垂直铸造法的操作的介绍。卷扬机56以预定方向转动向上移动升降工作台50。当铸模12的底部接近引模端部48时包括高合金钢或工具钢的特殊钢的钢液经过钢水包12和中间罐18倒入铸模12中，倒入铸模12中的钢液在铸模12中进行第一冷却，因此在钢液的表面形成壳层。当卷扬机56以相反的方向转动，以给定的浇铸速度向下垂直移动升降工作台50时，底部被引模端部48支撑的铸件26从铸模12的底部拉出。

刚从铸模12拉出的铸件26受到宽度方向两侧的导轮44，44的夹持，如图1所示，因此防止了膨臌的发生。当冷却水从喷嘴46，46喷射到铸件26时，进行铸件26的二次冷却。

与升降工作台50的向下移动同步，两个可移动的铸模件30，30在液压缸32，32推动力的作用下相对移动离开，因此，使铸件26的宽度方向两侧具有要求的锥度，两侧的宽度尺寸从顶部到底部变小(见图3)。通过这种方式使铸件26产生锥度并可以抑制铸件26内部缺陷的发生，如心部气孔和心部偏析或V形偏析。

看来铸件26内部缺陷，如心部气孔和心部偏析或V形偏析，似乎是受到钢液的凝固前侧角度的影响。即，当铸件26的两个宽度方向侧面是直线时，相对铸件内部钢液凝固界面的中心线的角度θ(凝固前侧角)很小，如图5A所示。这样促进了已经富集有碳硫磷或类似元素的钢液的吸入，产生多种内部缺陷。另一方面，在铸件26的宽度方向侧面或厚度方向侧面都有锥度的情况下，在凝固界面附近的上部的宽度变宽，使角度θ变大，如图5B所示。这样会减少已经富集有碳硫磷或类似元素的钢液的吸入，使其可能完全地抑制内部缺陷的发生。凝固前侧角θ可以通过观察铸件纵向截面的宏观组织来决定。

通过垂直铸造设备10浇铸的铸件26的两个侧面的宽度方向尺寸具有锥度，从顶部到底部变小，如图3所示。该铸件26具有优良的质量和很少的内部缺陷，比如心部气孔、心部偏析或V形偏析。即，根据本发明第一实施例的垂直铸造法可以满足钢种，如包括高合金钢和工具钢的特殊钢，对质量的严格要求。在浇铸铸件26的顶部截面尺寸为厚度500毫米或更大、宽度500毫米或更大时，根据第一实施例的垂直铸造法尤其有效。

虽然前面介绍的第一实施例已经给出了铸件具有锥度等条件，但是同样可以应用于锥度和非常低浇铸速度的组合。将浇铸速度设定在0.2米/分或更低可进一步增加凝固前侧角θ，减少已经富集有碳硫磷或类似元素的钢液的吸入。这进一步抑制了铸件26的内部缺陷的发生，如心部气孔和心部偏析或V形偏析。

对于铸件26的锥度，尽管在第一实施例中只有在铸件宽度方向上相对的一对侧面形成锥度，但也可以只是在厚度方向有一对侧面形成锥度或所有四个侧面都形成锥度。即，至少一对相对的侧面应当形成锥度。

另外，移动铸模的可移动的铸模件的移动装置并不限于液压缸，而是可以采用各种不同的机构，比如由马达带动的球螺纹，螺纹和齿条齿轮。虽然第一实施例中提到钢丝绳和卷扬机组合成的单元作为了升降工作台的提升机构。也可以采用各种不同的装置，比如液压缸或马达与球螺纹的组合。示例1

在使用包括高合金钢和工具钢的特殊钢作为材料浇铸顶部厚度为600毫米、宽度为750毫米的铸件的情况下，图6中显示了测得的碳心部偏析和凝固前侧角θ的结果，没有锥度且浇铸速度(Vc)是变化的情况用●表示。给定锥度且浇铸速度(Vc)是变化的情况用▲表示。铸件的锥度为4毫米/米。

如图6所示，确定了使铸件形成锥度可抑制碳偏析。还确定了即使在没有锥度的情况下，将浇铸速度设定的慢些能够抑制铸件心部碳偏析和可以增加凝固前侧角θ。显示出形成锥度加上降低浇铸速度能够抑制铸件心部碳偏析和进一步增加凝固前侧角θ。第二实施例

图7中示意性地显示了实现根据本发明的第二实施例的垂直铸造法的垂直铸造设备100。第二实施例中的垂直铸造设备中与第一实施例中对应部件相同的部件采用类似或相同的标号，以免重复进行详细介绍。垂直铸造设备100具有置于浇铸台14上的开口向上及向下的铸模120。垂直铸造设备100设计成可将包括高合金钢和工具钢的特殊钢的钢液经过设置在铸模之上的钢水包16和中间罐180倒入铸模120。中间罐180设置在滑架200上，滑架可以沿设置在浇铸台14上的导轨(未显示)移动。滑架设计成可在位于铸模120之上的浇铸位置和与铸模120分开的缩回位置之间移动。中间罐180设置成可以通过适当的升降机构相对滑架200上下移动。当中间罐180在浇铸位置和缩回位置之间移动时，设置在中间罐180上的鸭嘴状喷嘴(duck nozzle)180a向上移动到与铸模120不发生干涉的位置。铸模120设计成可以通过未示出的震动装置来上下震动以减少将从铸模120的底部拉出的铸件220和铸模120之间的摩擦，因此防止了出现烧损。

滑架200设置有可覆盖铸模120顶部的顶盖240。顶盖240设计成当中间罐180位于浇铸位置和加热位置(见图10)时可以处于与铸模120分开的等待位置(见图7)，当中间罐180位于浇铸缩回位置时，铸模120的顶部在该加热位置被覆盖。顶盖240设置成可以通过适当的升降机构相对滑架200上下移动。当顶盖240在等待位置和加热位置之间移动时，顶盖240向上移动到不会干涉铸模120的位置，或移动到从铸模120的上端部突出的位置(下面将就此进行讨论)。

如图8所示，顶盖240形成一个带有底部开口的箱体，箱体具有三层结构，其包括难熔材料的内衬里层260，覆盖内衬里层外表面的由绝热材料构成的外衬里层280，和覆盖外衬里层280外表面的铁壳300。在内衬里层260的内部形成加热腔240a。在顶盖240的顶部形成了多个孔240b(在第二实施例中是两个)。构成了对位于滑架200上铸模120中的钢液进行加热的加热单元(加热装置)320的电极340以可缩回的方式通过孔240b插入加热腔240a。在完成了将在后面讨论的倒入钢液后，当仍在持续进行凝固时加热钢液，预定的电压施加在铸模120中的铸件220和电极340之间，铸模12的顶部覆盖着顶盖240，使得铸模120中的钢液被电极340发出的等离子或电弧加热。在加热钢液时，惰性气体如氩气和氮气通过孔240b供应到加热腔240a之中，使腔240a处于惰性气体气氛中。

主要由Al₂O₃构成的难熔材料最好用于内衬里260，具有可改进绝热性能的掺杂在Al₂O₃中的SiO₂的绝热材料最好用于外衬里280。然而这些材料也可以用其它材料代替。外衬里280使用具有低热传导性的热绝缘材料可以减少顶盖240加热和预热时释放的热量，因而保证了输入功率的减少，这在后面将加以讨论。

加热装置320的各电极340可上下移动地支撑于配置有电动机和脉冲发生器等的升降机构360。顶盖240设置了检测加热腔240a温度的温度传感器380，如图9所示。温度传感器380检测到的温度输入到温度控制单元400。温度控制单元400设计成可根据检测到的温度设定输入加热单元320的功率，根据功率的大小设定输入电压和输入电流，以便将加热腔240a的温度保持在预定的目标温度。根据输入电压，温度控制单元400控制升降机构360的操作以调节电极340和钢液的表面水平(弯液面)之间的距离(间隙)，从而使加热功率变化。变化的加热功率使加热腔240a的温度保持在目标温度。加热腔240a的目标温度设定的水平要使被顶盖240覆盖的铸模120中的钢液表面温度水平可以保持在或高于固相铸造温度。这样可防止钢液的表面凝固。即，提供与从钢液表面释放的热量相等的热量使表面温度保持在或高于固相铸造温度。

通过加热装置320对钢液进行加热是在钢液倒入完成之后仍在持续凝固时进行的。这时，升降工作台50的向上移动推动铸件220的上部向上，这时铸件已经从铸模120的顶端开始在表面上形成预定长度的壳层(见图10A)，因此防止了从电极340放电的等离子或电弧使铸模120电腐蚀或使杂散电流提供到铸模120。尽管碳、钨和铜可作为电极的材料，同样可以使用其它的材料。

如图7所示，功率接收板420，比如可用碳制成，设置在位于等待位置的顶盖240下面的浇铸台14上。顶盖240设置在功率接收板420上。当惰性气体供给到加热腔240a时，由于有预定的电压施加在功率接收板420和电极340之间，从电极340放出等离子或电弧。等离子或电弧可将加热腔240a或顶盖240预热到预定的温度。根据第二个实施例，用于加热钢液的加热装置320还可以用作预热顶盖240的预热装置。取代这种方法，还可以采用独立的加热装置，或者加热系统；不限于通过等离子或电弧加热，还可以使用燃烧器或类似装置。而顶盖240最佳的预热温度等于或高于加热腔240a的目标温度，预热温度也可以低于目标温度。

如图1所示。升降工作台50具有同第一实施例一样设置在铸模下面的导轮44，44，喷嘴46、引模端部48和升降机构58。第二实施例的操作

现在给出根据第二实施例的垂直铸造设备进行的垂直铸造法的操作的介绍。卷扬机56以预定的方向转动，向上移动升降工作台50。铸模120的底部用引模端部48封闭，包括高合金钢或工具钢的特殊钢的钢液通过钢水包16和中间罐180倒入铸模120中。倒入铸模120中的钢液在铸模中受到第一冷却，因而在钢液的表面形成壳层。当卷扬机56以相反的方向转动，以给定的浇铸速度垂直向下移动升降工作台50，底部受到引模端部48支撑的铸件220从铸模120的底部拉出。

刚从铸模120拉出的铸件220被导轮44，44从宽度方向的两侧夹持，如图7所示，因此可防止膨臌的发生。当冷却水从喷嘴46，46喷到铸件220上时，进行铸件220的二次冷却。

在将钢液倒入铸模120的期间，位于功率接收板420上的顶盖240在等待位置通过加热装置320加热，同时惰性气体供应到加热腔240a，使得顶盖240被预热到接近目标温度的温度。在钢液倒入铸模后，随着钢水包16缩回，中间罐180向上移动，滑架200移动。当中间罐180从浇铸位置移动到缩回位置，上升到等待位置的顶盖240移动到加热位置(见图10A)。在钢液倒入铸模120完成后，升降工作台50向上移动以推动铸件220的上端部，该铸件的表面上形成有从铸模120的顶部开始的预定长度的壳层。

接下来，随着惰性气体供应到加热腔240a，顶盖240向下移动覆盖铸模120的顶部并且通过加热装置320对铸模中的钢液加热，以便弥补从钢液表面散发的热量，如图10B所示，这样就可防止铸模中的钢液表面凝固，因此抑制了收缩气孔或铸件端部缩孔的产生。另外当加热进行时，钢液表面在未凝固部分的上下方向上会产生很大的温度梯度，凝固前侧角度θ会增加，这在后面会讨论。这样可适当地抑制内部缺陷的发生，比如心部气孔、铸件端部缩孔和心部偏析或V形偏析。在这种情况下，因为铸模120的顶部被顶盖240以近似密封的方式所覆盖，实现了加热装置320对钢液的有效加热。此外，因为顶盖240经过了预热，可以防止钢液表面在铸件120被顶盖240覆盖的位置到加热开始的位置之间温度的下降。根据第二实施例，中间罐180和顶盖240及加热装置320设置在共用的滑架200上，可以缩短倒入钢液后用顶盖240覆盖铸件顶部所需时间。还可以减少在所述时间内钢液表面温度的下降。

温度控制单元400可进行反馈控制，可根据温度传感器380检测到的加热腔240a中的温度，调节加热装置320中的电极340和钢液表面之间的间隙，并将加热腔240a中的温度保持在目标温度。因此，铸模120中钢液表面温度下降保持在或高于铸件固相线温度，直至铸件220的凝固接近完成。因而可以满意地防止钢液表面凝固。经过预定的时间之后，加热装置320的加热功率逐渐减小，加热终止。

如前面所提到的，内部缺陷，如心部气孔和心部偏析或V形偏析的发生似乎受到铸模内钢液的凝固前侧角的影响。即，通常铸件220内部钢液的凝固前侧角(相对凝固界面中心线的角度)θ会变小，如图11A所示，这将促进碳硫磷或其它元素已经富集的钢液的吸入，产生多种内部缺陷。根据第二个实施例，作为对比，上部宽度在凝固界面附近变宽的话，可使角度θ变大，如图11B所示。这将减少碳硫磷或其它元素已经富集的钢液的吸入，可以满意地抑制内部缺陷的发生。凝固前侧角θ可以通过观察铸件220的宏观组织来决定。

换句话，即使对产品质量有严格要求的钢种，如包括高合金钢和工具钢的特殊钢，根据本发明的垂直铸造法可以提供具有优良质量的铸件，且很少的铸件内部缺陷，如心部气孔、铸件端部缩孔、和心部偏析或V形偏析。在浇铸顶部截面尺寸为厚度不小于500mm、宽度不小于500mm的情况下，根据第二实施例的垂直铸造法和垂直铸造设备是特别有效的。

虽然第二实施例是在顶盖和加热装置设置在中间罐的滑架上的情况下进行说明的，顶盖和加热装置也可以设置在另一个滑架或移动装置或类似机构，使得当中间罐18从浇铸位置移动到缩回位置时，顶盖迅速地移动到加热位置。示例2

在浇铸材料为工具钢，铸件的厚度为650mm及宽度为850mm的条件下，测得的铸件顶端的切断长度的结果显示在图12中。其中一种情况(现有技术)是钢液在倒入铸模后的持续凝固时没有进行加热，另一种情况(第二实施例的示例2)是对钢液进行加热。测得的碳偏析的结果显示在图13中。图14显示了凝固前侧角度θ。

如图12所示，根据不进行加热的现有技术，出现了多种内部缺陷，如铸件顶部缩孔、心部偏析或V形偏析。必须废弃多段铸件，因此降低了产量。根据进行加热的第二实施例的示例2，可以从图中看出，抑制了在铸件顶部的内部缺陷的发生，因此极大地减少铸件顶端的切断长度。

如图13所示，与现有技术比较，加热可抑制碳偏析。从图14可以清楚地看出，加热增加了凝固前侧角θ。即，可以看出加大凝固前侧角θ可以有效地抑制内部缺陷的发生，比如心部气孔、铸件顶部缩孔和心部偏析或V形偏析。

如上所述，因为根据本发明的铸件的至少一对相对侧面带有锥度，即使铸件材料是对产品质量有严格要求的钢种，如包括高合金钢或工具钢的特殊钢，也很少出现内部缺陷，如心部气孔、心部偏析或V形偏析，并具有高质量，产量得到提高。

另外，以0.2米/分或更低的铸造速度进行超低速浇铸可以进一步抑制出现内部缺陷，如心部气孔、心部偏析或V形偏析。

即使铸件材料是对产品质量有严格要求的钢种，如包括高合金钢或工具钢的特殊钢，根据本发明的另一实施例的垂直铸造法和垂直铸造设备可通过对顶部覆盖有顶盖的铸模中的钢液在倒入铸模后进行持续凝固时进行加热，可以提供优良质量的铸件，且只有很少的内部缺陷，比如心部气孔、铸件顶部缩孔和心部偏析或V形偏析。这导致了产量的提高。此外，对顶盖进行预热可以在加热之前抑制钢液表面温度的下降。

Claims

1.一种具有预定长度的铸件(26)，可通过向开口向上及向下的铸模12倒入包括高合金钢和工具钢的特殊钢钢液进行浇铸，然后从所述铸模(12)的底部垂直拉出所述铸件(26)，所述铸件具有所要求的截面形状并在表面上形成壳层，至少两个相对的侧面具有锥度，两个侧面的相对尺寸从顶部朝所述底部变小。

2.一种浇铸具有预定长度铸件(26)的垂直浇铸方法，通过向开口向上及向下的铸模(12)倒入包括高合金钢和工具钢的特殊钢钢液，然后从所述铸模(12)的底部垂直拉出所述铸件(26)，所述铸件具有所要求的截面形状并在表面上形成有壳层；

其特征在于，在浇铸所述铸件(26)时，通过使所述铸模(12)的两个相对的可移动的铸模(30，30)件相对移动而互相离开，同时从所述铸模(12)的所述底部拉出所述铸件(26)，使所述铸件的至少一对相对侧面具有锥度，两个侧面的相对尺寸从顶部朝所述底部变小。

3.根据权利要求2所述的垂直铸造方法，其特征在于，从所述铸模(12)拉出所述铸件(26)时的浇铸速度设置在等于或小于0.2米/分，因此，抑制了在浇铸的所述铸件(26)心部出现气孔和偏析。

4.一种浇铸包括高合金钢和工具钢的特殊钢铸件(26)的垂直铸造设备，其包括：

开口向上及向下的铸模(12)，其具有至少一对可移动的铸模件(30，30)，所述铸模件可以通过移动装置(32，32)互相移近或移开，包括所述高合金钢和工具钢的特殊钢钢液可倒入所述铸模；

升降工作台(50)，以可垂直移动的方式设置在所述铸模(12)的下面，用于支撑表面上形成有壳层的所述铸件(26)的底部并可将所述铸件的所述底部从所述铸模(12)的底部拉出；和

升降机构(54，56)，用于上下移动所述升降工作台(50)。

5.一种浇铸具有预定长度的铸件(220)的垂直浇铸方法，通过向开口向上及向下的铸模(120)倒入包括高合金钢和工具钢的特殊钢钢液，然后从所述铸模(120)的底部垂直拉出所述铸件(220)，所述铸件具有所要求的截面形状并在表面上形成壳层；

其中，在浇铸所述铸件(220)时，将钢液倒入铸模后，用顶盖(240)覆盖所述铸模(120)的顶部，通过其内部的加热腔(240a)在惰性气体气氛中用等离子或电弧加热所述铸模(120)中的钢液；在这种条件下，能够保持所述钢液的表面温度在固相浇铸温度之上，因此抑制了浇铸的所述铸件(220)的内部缺陷。

6.根据权利要求5所述的垂直浇铸方法，其特征在于，在用所述顶盖(240)覆盖所述铸模的所述顶部之前，所述顶盖(240)要预热到预定温度。

7.一种可浇铸具有预定长度的铸件(220)的垂直铸造设备，通过向开口向上及向下的铸模(120)倒入包括高合金钢和工具钢的特殊钢钢液，支撑在表面上形成有壳层的所述铸件(220)的底部，然后通过升降工作台(50)从所述铸模(120)的底部垂直拉出所述铸件(220)的所述底部，所述升降工作台设置在所述铸模(120)的下面并可通过升降装置(58)垂直上下移动，其包括：

顶盖(240)，能够覆盖所述铸模(120)的顶部，可将其内部的加热腔(240a)置于惰性气体气氛中；和

加热装置(320)，可通过等离子或电弧加热被所述顶盖(240)覆盖的所述铸模(120)中的钢液。

8.根据权利要求7所述的垂直浇铸装置，其特征在于，所述装置还包括预热所述顶盖(240)的预热装置。

9.根据权利要求7或8所述的垂直浇铸装置，其特征在于，所述顶盖(240)的结构是在难熔材料内衬里(260)的外面覆盖一层绝热材料的外衬里(280)。