CN101883648A - 涉及用于连续或半连续金属铸造的设备的装置 - Google Patents

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J·O·法格列
J·E·哈夫萨斯
A·哈康森
G·厄延
T·伊韦兰
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Abstract

一种与用于连续或半连续金属铸造的设备相关联的装置，具体是呈坯料或线材坯料形式的铝的直接铸造(DC)模具，包括：具有空腔的模具或者设有入口和出口的模具(3)，该入口借助于供应槽道(6，18)和分配腔室(5)与金属储存装置(13)相连，该出口布置在模具中，带有支撑件和用于冷却金属的装置。一金属提升容器(15)布置成与在金属储存装置(13)和模具(3)之间的供应槽道(6，18)相关联，借助于槽道(18)在入口(16)处连接到金属储存装置(13)，并借助于另一槽道(6)通过出口(17)连接到分配腔室(5)和模具(3)。所述金属提升容器与外界密封隔离，并具有用于连接到真空源的连接凹部(19)，当铸造操作开始时，金属被抽吸进入金属提升容器内，并被提升到比在模具(3)上方的分配腔室(5)的水平高度更高的水平高度。

Description

涉及用于连续或半连续金属铸造的设备的装置
技术领域
本发明涉及一种与用于连续或半连续金属铸造的设备相关联的装置，具体而言，铝的直接铸造模具(DC)(direct mould casting)，该装置包括带有空腔的模具或者设有与金属储存装置相连的入口和带有用于冷却金属的装置的出口的模具，从而物件借助于该出口呈坯料或者线材坯料的形式而被铸造。
背景技术
上述类型的设备通常是已知的，并用于在生产线的下游中、在金属的进一步处理中所使用的合金化的或者非合金化的金属的铸造，例如为了再熔化和挤出成型的目的。
对于这种类型的现有技术铸造设备的主要挑战是实现无偏析、浇铸产品上的光滑表面。这对于在进一步成形前，其中的表面没有被移除的产品尤其重要。表面偏析被认为由两种主要现象引起，逆偏析和热析(sweating)。
当金属开始与模具相接触时，在薄层中开始凝固。这种凝固将通常从模具朝坯料的中央由外而内发生。当金属从液相变成固相时，外部的体积将减小，而这必须用来自更加向内的区域的合金化的熔融物重新填充。这产生了所谓的逆向凝固，因为偏析对着凝固前沿(solidification front)而发生。这种类型的偏析通常在坯料的表面下产生薄的合金化的区域，该薄的合金化的区域在合金元素方面比正常合金含量高10-20％。
当在坯料的外侧上的凝固的壳体不与模具壁形成物理接触时，发生第二种现象，热析。然后，合金化的金属可以被挤压向外穿过凝固的壳体(正在熔化)或者部分凝固的壳体。这种凝固产生在原始表面外侧的薄的、高合金化的区域以及在原始表面下的相应的耗尽区(depleted zone)。
逆偏析和热析还被认为受到许多因素的影响，例如从坯料到模具壁的热传递、模具和坯料之间的接触区的长度、以及晶粒细化和凝固形态，等等。另外，为了减少偏析，在诸多因素中，重要的是减小模具和坯料之间的热传递、减小在模具上方或者模具中的金属的水平高度、减小金属的水平高度的波动(产生较少的偏析和表面形貌变化)、并避免由于冒口模具(hot top mould)内部的气体压力和体积的变化而引起的在接触区域中的周期性波动(其在坯料表面上产生可见的具有特征的环状物)。
一个日常使用的、并可以得到不带有表面偏析的坯料的方法是电磁铸造，但是这种方法在投资和控制系统方面有要求。使用电磁铸造，消除了在壳体上方压力差，即，热析消失了。同时，在金属和模具壁之间没有接触。因此，也不形成逆偏析区。使用传统的铸造技术，通过减小模具与金属接触的影响来减小热析和逆偏析两者是可能的。
另一种方法(对于该方法，申请人已经申请专利)在WO2005/000500中示出和描述，在该方法中，冒口(hot top)与用于在金属的凝固区域中的气体和油的供应装置一起使用，与模具接触的接触区域和到达该模具的热传递减少。因此将获得小的逆偏析区。在该铸造方法中，金属还以这种方式供应，使得金属静力学压力接近于零或者为零，因此消除了热析。
发明内容
根据本发明，实现了一种基于根据申请人上述WO申请的原理的方法，该方法用于连续或者半连续的金属铸造，而在该方法中，特别是在起始阶段期间，金属到模具的供应被大大简化。铸造底托(castingshoe)被更快地填充，铸造迅速进入低压铸造模式，并且在铸造后残余金属的量大大减少。另外，一种技术方案已经实现了对于在(一个或多个)模具中金属的水平高度的调节的简化，即，涉及第一冷却和第二冷却的金属的水平高度，从而可以采用简单的方式来适应待浇铸的合金的铸造操作。
本发明的特征由在权利要求1中限定的特征体现。
从属权利要求2-4限定本发明的优选特征。
附图说明
下面使用实例结合附图对本发明进行进一步详细的描述，其中：
图1示出了根据本发明的、带有用于供应金属的装置的简单的铸造设备部分地从侧面和从前面的立体图；
图2a)、b)、c)沿纵向截面并以较大比例示出了供应部分的三个次序，所示供应部分具有包括在图1中所示的铸造设备中的模具。
具体实施方式
如上所述，图1示出了根据本发明的用于坯料的DC铸造的简单的铸造设备1的实例的立体图。可以理解，它的简单在于，在这里它仅包括带有金属入口4的六个模具或者多个模具3(也参见图2)。这种类型的设备可以包括更多的模具，根据它们的直径(除了其它因素外)，可以多至几百个，并可以具有每小时浇铸几十吨金属的能力。
总体上，除了模具(未在图1中示出)外，该设备包括具有热隔绝的槽道系统6和相应的隔绝的分配腔室(金属岐管)5的框架结构2，该热隔绝的槽道系统6用于从金属储存装置(保存炉或者类似物)13供应金属，该相应的隔绝的分配腔室(金属岐管)5用于将金属分配到相应的模具。在分配腔室5的上方，该设备具有可移除的盖状物或者盖子7，所述盖状物或者盖子7设计成使分配腔室保持与外界密封隔离。空气管道9(参见图2)与模具3中的空腔11相连，该空气管道9从具有闭合装置10的其它管路凹部12引出。
除了申请人上述的WO专利申请中所述的特征，本发明的特定特征在于以下事实：如在图1和图2中示出的那样，一金属提升容器15布置成与位于金属储存装置13和模具3之间的供应槽道6、18相关联。如同槽道6、18以及用于模具的分配腔室5，所述金属提升容器通过采用适当的隔绝材料14而热隔绝，并在一个或者多个入口16处借助于槽道18与金属储存装置13相连，且借助于槽道6通过一个或多个出口17与模具3相连。除此以外，金属提升容器与外界密封隔离，但是具有用于真空的连接凹部19，从而金属可以被抽吸进入金属提升容器，并且被提升到的水平高度高于在模具3上方的分配腔室5的水平高度。金属提升容器具有的容积优选稍高于用于填充分配腔室和模具所需的金属体积，该所需的金属体积与所进行的铸造操作有关。金属提升容器旨在将金属提升至更高的水平高度，以便填充铸造底托，并因此基于虹吸原理建立金属向铸造模具的输送。金属提升容器的操作方法如下：在例如坯料的半连续DC铸造的情况下，如在图中所示，金属浇铸成限定的长度(棒)，并且在每次铸造操作之后、在剩余金属被移除之前，关闭从储存装置13对金属的供应。当新的铸造操作开始时，向槽道6、18的金属供应被打开，以便使液态金属被供应到槽道内并流动穿过金属提升容器15。现在金属提升容器通过将阀20打开借助于抽吸凹部19而被置于一定的真空(适当的负压)下，所述阀20布置成与抽吸凹部相关联。然后金属从金属储存装置13被抽吸进入金属提升容器至更高的水平高度，如在图2a)所示，并且布置在金属提升容器前面的槽道18中的金属锁21打开。在金属被抽吸至金属抽吸容器中到达足够高的水平高度时，金属锁21关闭。然后金属提升容器中的负压减小，以便金属借助于分配腔室5和槽道6流动到模具3，如在图2b)中所示。这时(参照图2b)，在槽道6和分配腔室5中的金属水平高度比在槽道18中的更高。当铸造底托充满金属时，铸造操作本身通过降低铸造底托(模具支撑件)而开始。槽道6中的水平高度因而降低。同时，借助于带有阀22的连接凹部8通过从真空源向腔室施加负压而在分配腔室5中建立负压，从而通过所述虹吸原理而保持将金属供应到分配腔室以及模具。当槽道6和18中的水平高度几乎相等时，金属锁21打开，如图2d)中所示，以便金属从金属储存装置13借助于各槽道以及提升容器而流动到模具。当金属锁21打开时，通过关于锁21在提升容器的相对侧上的锁23来开始调节槽道6中的金属的水平高度。在本文所示的实例中，锁23用于调节金属的水平高度。然而，其它阀或者闭合装置也可以用于调节水平高度，例如“喷嘴/销”解决方案。
当在槽道6中的水平高度已经到达与在(一个或多个)模具中的金属铸造高度相关的所需的高度时，阀10打开，以便相对于外界或者相对于另外所需的相反压力储存装置使所述(一个或多个)模具通气(vent)。从此时开始，模具中的金属的水平高度通过调节槽道6中的金属的水平高度而得到调节，所述调节槽道6中的金属的水平高度是通过使用锁23、根据利用水平高度检测器24进行的水平高度测量而实现的，所述水平高度检测器24可以是激光检测器或类似物。除此以外，铸造如申请人的上述WO专利申请所示和所述而进行。

Claims (4)

1.一种与用于连续或半连续金属铸造的设备相关联的装置，具体是呈坯料或线材坯料形式的铝的直接铸造(DC)模具，包括：具有空腔的模具或者设有入口和出口的模具(3)，该入口借助于供应槽道(6，18)和分配腔室(5)与金属储存装置(13)相连，该出口布置在模具中，带有可动支撑件和用于冷却金属的装置，
其特征在于
一金属提升容器(15)布置成与在金属储存装置(13)和模具(3)之间的供应槽道(6，18)相关联，借助于槽道(18)在入口(16)处连接到金属储存装置(13)，并借助于另一槽道(6)通过出口(17)连接到分配腔室(5)和模具(3)，所述金属提升容器与外界密封隔离，并具有用于连接到真空源的连接凹部(19)，从而当铸造操作开始时，金属被抽吸进入金属提升容器内，并被提升到比在模具(3)上方的分配腔室(5)的水平高度更高的水平高度。
2.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于
所述金属提升容器(15)具有至少与填充分配腔室(5)和模具(3)所需的金属量相等的容积。
3.根据权利要求1和2所述的装置，
其特征在于
在金属提升容器(15)的每一侧上布置有与槽道(18，6)相关联的金属锁(21，23)，以便切断或者调节金属穿流量以及与每个铸造操作的开始和完成有关的槽道(6，18)中的水平高度，并且用于调节在铸造操作期间的金属的水平高度。
4.根据权利要求1-3所述的装置，
其特征在于
在槽道(6，18)中的金属的水平高度基于利用水平高度检测器(24)检测的金属高度来调节，所述水平高度检测器(24)布置在金属锁(21，23)之间、槽道(6，18)的上方。
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