CN103987477B - 用于冷却熔融材料的设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种冷硬用铸模，用于冷却熔融材料以形成铸件。支撑件保持所述冷硬用铸模，使得所述冷硬用铸模的底部升高。挡板被安排以使大体水平的冷却空气流向上转向，以冲击所述冷硬用铸模的底部。多个冷硬用铸模可以被大体对齐在一行中，且至少一个风扇可以被安排在所述行的一端，以在所述冷硬用铸模下面引导冷却空气流。所述挡板的尺寸和竖直位置可以沿着所述行改变，以使所述行中的所述冷硬用铸模之间的对流冷却速率大体相等。

Description

用于冷却熔融材料的设备、系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2011年11月4日提交的美国临时申请号61/555,522的优先权，由此该美国临时申请的全部内容以引用的方式纳入本文。
技术领域
本公开内容涉及用于冷却冷硬用铸模(chillmold)的装置，且尤其涉及用于使冷却空气流转向以冲击冷硬用铸模的挡板。
背景技术
下面的段落并不是承认在其中所讨论的任何内容是现有技术或本领域技术人员公知常识的一部分。
在一些冶炼操作中，熔融材料可以被强制对流冷却以形成铸件。例如，在电石冶炼工厂，可以在约2000℃将熔融电石从熔炉导出到铸铁冷硬用铸模中。在其他工艺中，可以将熔融材料从熔炉导出到中间转移容器中，且随后被倾注到冷硬用铸模中。
在上述两种中的任一种情况下，所述冷硬用铸模可以继而被移动到专用冷却区域。在那里可以使用风扇来引导冷却空气流，以冷却成组的冷硬用铸模。
发明内容
下面的内容意在向读者介绍遵照而非限定或限制所要求保护的主题的更详细的描述。
在强制对流过程(诸如上文所描述的)中，冷硬用铸模的冷却时间可以多达40小时或更多。由于每个冷硬用铸模的相对长的冷却时期，可能需要大的冷却区域以实现令人满意的生产量，这既增加了资金成本又增加了操作成本。此外，来自冷却风扇的流速倾向于随距离风扇的距离增大而衰减。因此，距离风扇最远的冷硬用铸模可能经受减少的对流冷却，从而需要更长的冷却时期。
根据本公开内容的一个方面，用于冷却熔融材料的设备可以包含：冷硬用铸模，具有一个底部和从所述底部起升的至少一个侧壁，它们一起限定了用于将熔融材料保持于其中以形成铸件的容器；支撑件，具有底座和框架，所述底座保持所述支撑件大体竖立在地板表面上，所述框架被定位在所述底座上方，适于接收并且保持所述冷硬用铸模，以使得所述底部相对于所述底座升高；以及挡板，被安排在所述框架下面，且当被支撑在所述框架上时适于使大体水平的冷却空气流向上转向，以冲击所述冷硬用铸模的底部。
所述支撑件可以包含在所述底座与所述框架之间延伸的柱状物。所述挡板可以被安装到所述柱状物。所述底座可以被安装到地板表面。所述挡板的竖直位置可以是可调整的。所述挡板的引导表面可以是弯曲的，以使得冷却空气流大体竖直地冲击所述底部。
根据本公开内容的另一个方面，用于冷却熔融材料的系统可以包含：多个冷硬用铸模，大体对齐在一行中，每个冷硬用铸模具有一个底部和至少一个侧壁，它们一起限定了用于将熔融材料保持于其中以形成铸件的容器；至少一个风扇，被安排在所述行的一端，且适于在所述冷硬用铸模下面引导大体水平的冷却空气流；以及多个挡板，被安排在至少一部分冷硬用铸模的下面，且适于使所述冷却空气流向上转向，以冲击至少一些冷硬用铸模的底部。
每个挡板可以与相应的一个冷硬用铸模中关联。所述挡板在尺寸上可以不同。所述挡板距离所述风扇越远，所述风扇可以逐渐地越大。所述挡板的竖直位置可以不同。至少一些挡板可以在竖直方向上彼此偏置，以使得每个挡板使一部分冷却空气流转向，同时允许剩余的流传递到下一个挡板。
所述至少一个风扇可以包含第一风扇和第二风扇，它们被安排在所述行的相应的第一端和第二端。所述第一风扇和所述第二风扇可以在大体相反的方向上引导相应的第一冷却空气流和第二冷却空气流。较靠近所述第一风扇的挡板可以被安排以使所述第一冷却空气流转向，且较靠近所述第二风扇的挡板可以被安排以使所述第二冷却空气流转向。
所述系统可以包含多个支撑件。每个支撑件可以包含：底座，所述底座保持所述支撑件大体竖立在地板表面上；框架，所述框架被定位在所述底座上方，适于接收并且保持相应的一个冷硬用铸模，使得所述底部相对于所述底座升高；以及柱状物，所述柱状物在所述底座与所述框架之间延伸。
在本公开内容的另一个方面中，一种冷却熔融材料的方法可以包含：将所述熔融材料倾注在多个冷硬用铸模中，每个冷硬用铸模具有一个底部和从所述底部升起的一个侧壁，它们一起限定了用于将所述熔融材料保持于其中以形成铸件的容器；将所述冷硬用铸模大体对齐在一行中；在所述冷硬用铸模下面引导大体水平的冷却空气流；以及使所述冷却空气流向上转向，以冲击至少一些冷硬用铸模的底部。
所述转向步骤可以包含所述冷却空气流大体竖直地冲击所述冷硬用铸模的底部。所述转向步骤可以包含在一些冷硬用铸模下面安排多个挡板。
所述方法可以进一步包含改变至少一个挡板相对于其他挡板的尺寸。所述方法可以进一步包含基于所述挡板相对于所述冷却空气流源的距离改变所述至少一个挡板的尺寸。
所述方法可以进一步包含改变至少一个挡板相对于其他挡板的竖直位置。所述改变步骤可以包含将至少一些挡板安排为在竖直方向上彼此偏置，以使得每个挡板使一部分的冷却空气流转向，同时允许剩余的流传递到下一个挡板。
附图说明
为了可以更完全地理解要求保护的主题，将参照附图进行说明，其中：
图1是熔炉建筑物和铸模冷却建筑物的局部剖切立体视图；
图2是一行冷硬用铸模的示意性侧视图；
图3是根据一个实施例的冷硬用铸模和支撑件的立体上部视图；
图4是对齐在一行中且具有挡板的图3的若干冷硬用铸模和支撑件的立体侧视图；
图5是图4的冷硬用铸模、支撑件和挡板中的一些的详细侧视图；
图6是图4的冷硬用铸模、支撑件和第一个挡板中的一些的详细端视图；
图7是图4的冷硬用铸模、支撑件和第二个挡板中的一些的详细端视图；且
图8是图4的冷硬用铸模、支撑件和第三个挡板中的一些的详细端视图。
具体实施方式
在下面的描述中，陈述了具体细节，以提供要求保护的主题的实施例。然而，下文所描述的实施例并非意在限定或限制要求保护的主题。本领域技术人员将明了，所述具体实施例的许多变体在要求保护的主题的范围内可以是可行的。
为了例示的简化和清楚，在认为适当的情况下，参考数字在各图之间可以重复，以指示相应的或类似的元件或步骤。
参照图1，冶炼操作的一个实施例被示出为包含熔炉建筑物10和铸模冷却建筑物12。铸模冷却建筑物12的外部结构已经被部分地去除，以暴露内部。
在熔炉建筑物10中，可以将熔融材料从熔炉(未示出)导出，或以其他方式(例如，使用中间传递容器)将其倾注到冷硬用铸模中。然后可以使用例如导轨16上的运输车将所述冷硬用铸模(由参考数字14指示)从熔炉建筑物10传输到铸模冷却建筑物12中的专用冷却区域。
在铸模冷却建筑物12中，可以使用例如高架起重机(未示出)捡起冷硬用铸模14且将其安排在支撑件18上，以使得冷硬用铸模14升高离开地板表面20。如所例示的，冷硬用铸模14被对齐在一系列行22中，形成阵列24。位于行22的端部的风扇26在冷硬用铸模14处引导冷却空气流。冷硬用铸模14逐渐冷却，从而其中的熔融材料形成铸件。一旦冷却，可以通过所述高架起重机捡起冷硬用铸模14且将其运输到其他地方以进一步加工。
现在参见图2，风扇26可以被安排在行22的任一端，且每个风扇26在冷硬用铸模14下面在相反的方向上引导大体水平的冷却空气流。风扇26被选择以向大致位于风扇26之间中间的冷硬用铸模14提供适宜速度的冷却空气。在其他实施例中，可以在行22的一端仅设置一个风扇26。此外，尽管示出了对齐在行22中的七个冷硬用铸模14，但应理解，设置在一行中的冷硬用铸模14的数目可以改变。
挡板28被安排在冷硬用铸模14下面，以使冷却空气流向上转向，以冲击冷硬用铸模14。如所例示的，挡板28被安排以使来自最近的风扇26的冷却空气流转向。此外，每个挡板28被示出为与特定的一个冷硬用铸模14关联，然而一些冷硬用铸模14(最靠近风扇26的那些)不具有关联的挡板28。
支撑件18被示出为台状结构(table-likestructures)，它们将冷硬用铸模14升高到地板表面20上方。尽管图2中未示出，但应理解，每个冷硬用铸模14的底部大部分被暴露且未被支撑件18阻挡，以使得来自风扇26的冷却空气流可以被向上引导，以冲击冷硬用铸模14，而不受支撑件18的实质干扰。
参照图3，以幻影线示出了冷硬用铸模14，以进一步暴露另一个支撑件18a的细节，冷硬用铸模14包含底部30和从底部30升起的侧壁32，以形成用于保持熔融材料的容器34。在冷却期间，冷硬用铸模14的底部30可以在大部分冷却持续时间内保持比侧壁32明显更热。因此，如在此所描述的，通过用冷却空气冲击底部30与在侧壁32之一处引导冷却空气相比可以加速对流冷却速率。
在例示的实施例中，支撑件18a包含底座36，底座36保持支撑件18a大体竖立在地板表面20上。可以例如使用紧固件将底座36安装到地板表面20。框架38被定位在底座36上方，且柱状物40在底座36与框架38之间延伸。如所例示的，柱状物40可以是大体圆柱状的，且其中仅一个柱状物40支撑每个冷硬用铸模14，以最小化对冷却空气流的限制。
框架38接收并且保持冷硬用铸模14，以使得底部30相对于底座36升高且上升离开地板表面20。在例示的实施例中，框架38包含方形的外部结构42和在柱状物40的顶部与外部结构42之间延伸的横向构件44，此外，用此配置，冷硬用铸模14的底部30大部分被暴露且未被框架38阻挡，以最小化对冲击底部30的冷却空气流的干扰。
现在参照图4和图5，三个不同的挡板(由参考数字28a、28b和28c指示)被示出为在一些冷硬用铸模14下面被安排在行22中，以使冷却空气流向上转向。
在例示的实施例中，挡板28a、28b和28c每个具有一个引导表面(面对风扇26)，该引导表面弯曲约90°，以使所述水平流转向到竖直方向上，以使得冷却空气流大体竖直地冲击所述冷硬用铸模的底部。在一些实施例中，挡板28a、28b和28c中的每个可以由相对薄的、弯曲的板组成，所述板可以由钢制成。
图6、图7和图8中分别提供了挡板28a、28b和28c的又一些视图。
如上文所提及的，随着空气流移动远离风扇，趋于在速度上逐渐衰减。为了抵消此衰减，这些挡板的面积可以不同，其中最大的挡板距离风扇最远，在此处冷却空气的速度最低。
在例示的实施例中，挡板28a、28b和28c距离风扇26越远，它们逐渐越大。较大的面积可以成比例地将更多的冷却空气流引导到位于距离风扇26较远处的冷硬用铸模14，以使行22中的冷硬用铸模14之间的对流冷却速率大体相等。
例如，为了例示目的而并非意在限制，如果每个冷硬用铸模14是1.5m长、1.5m宽和1.5m高，且中心到中心的距离(在图5中被指示为参考数字46)是3.0m，则挡板28a的尺寸可以是1.8m宽乘以0.16m高(0.288m2)，挡板28b的尺寸可以是1.8m宽乘以0.56m高(1.088m2)，且挡板28c的尺寸可以是1.8m宽乘以0.86m高(1.548m2)。
在例示的实施例中，使用颈部件(collars)48将挡板28a、28b、28c安装到相邻行的支撑件18a的柱状物40。颈部件48可以是可调整的，使得挡板28a、28b、28c在柱状物40上的竖直位置可以被改变。例如，可以使用紧固件将颈部件48限制为沿圆周接合柱状物40，从而将其固定在位。
继续参照图6、图7和图8，挡板28b的底部边缘50b在竖直方向上偏置到挡板28a的底部边缘50a下方，以使得挡板28a使一部分冷却空气流转向，同时允许剩余的流传递到挡板28b、28c。类似地，挡板28c的底部边缘50c在竖直方向上偏置到挡板28b的底部边缘50b下方，以使得挡板28b使一部分冷却空气流转向，同时允许剩余的流传递到挡板28c。
本领域技术人员应理解，在要求保护的主题的范围内，许多变体是可行的。上文已经描述的实施例意在例示而非限定或限制。

Claims (21)

1.一种用于冷却熔融材料的设备，包括：
冷硬用铸模，具有一个底部和从所述底部升起的至少一个侧壁，它们一起限定了用于将熔融材料保持于其中以形成铸件的容器；
支撑件，具有底座和框架，所述底座保持所述支撑件大体竖立在地板表面上，所述框架被定位在所述底座上方，适于接收并且保持所述冷硬用铸模，以使得所述底部相对于所述底座升高；以及
挡板，被安排在所述框架下面，且当被支撑在所述框架上时适于使大体水平的冷却空气流向上转向，以冲击所述冷硬用铸模的底部。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述支撑件包括在所述底座与所述框架之间延伸的柱状物。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述挡板被安装到所述柱状物。
4.根据权利要求1至3中的任一项权利要求所述的设备，其中所述底座被安装到所述地板表面。
5.根据权利要求1至3中的任一项权利要求所述的设备，其中所述挡板的竖直位置是可调整的。
6.根据权利要求1至3中的任一项权利要求所述的设备，其中所述挡板的引导表面是弯曲的，使得冷却空气流大体竖直地冲击所述底部。
7.一种用于冷却熔融材料的系统，包括：
多个冷硬用铸模，大体对齐在一行中，每个冷硬用铸模具有一个底部和至少一个侧壁，它们一起限定了用于将所述熔融材料保持于其中以形成铸件的容器；
至少一个风扇，被安排在所述行的一端，且适于在所述冷硬用铸模下面引导大体水平的冷却空气流；以及
多个挡板，被安排在所述冷硬用铸模的至少一部分的下面，且适于使所述冷却空气流向上转向，以冲击至少一些的冷硬用铸模的底部。
8.根据权利要求7所述的系统，其中每个挡板与相应的一个冷硬用铸模关联。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述挡板在尺寸上不同。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述挡板距离所述风扇越远，所述挡板逐渐地越大。
11.根据权利要求7至10中的任一项权利要求所述的系统，其中所述挡板的竖直位置不同。
12.根据权利要求11所述的系统，其中至少一些挡板在竖直方向上彼此偏置，以使得每个挡板使一部分的冷却空气流转向，同时允许剩余的流传递到下一个挡板。
13.根据权利要求7至10中的任一项权利要求所述的系统，其中所述至少一个风扇包括被布置在所述行的相应的第一端和第二端的第一风扇和第二风扇，所述第一风扇和所述第二风扇在大体相反的方向上引导相应的第一冷却空气流和第二冷却空气流。
14.根据权利要求13所述的系统，其中较靠近所述第一风扇的所述挡板被安排以使所述第一冷却空气流转向，且较靠近所述第二风扇的所述挡板被安排以使所述第二冷却空气流转向。
15.根据权利要求7至10中的任一项权利要求所述的系统，进一步包括多个支撑件，每个支撑件包括：底座，所述底座保持所述支撑件大体竖立在地板表面上；框架，所述框架被定位在所述底座上方，适于接收并且保持相应的一个冷硬用铸模，使得所述底部相对于所述底座升高；以及柱状物，所述柱状物在所述底座与所述框架之间延伸。
16.一种冷却熔融材料的方法，包括：
将熔融材料倾注在多个冷硬用铸模中，每个冷硬用铸模具有一个底部和从所述底部升起的至少一个侧壁，它们一起限定了用于将所述熔融材料保持于其中以形成铸件的容器；
将所述冷硬用铸模大体对齐在一行中；
在所述冷硬用铸模下面引导大体水平的冷却空气流；以及
使所述冷却空气流向上转向，以冲击至少一些冷硬用铸模的底部；
其中所述转向的步骤包括：在一些冷硬用铸模下面安排多个挡板。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述转向的步骤包括：所述冷却空气流大体竖直地冲击所述冷硬用铸模的底部。
18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括改变至少一个挡板相对于其他挡板的尺寸。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括，基于所述挡板相对于所述冷却空气流的源的距离，改变所述至少一个挡板的尺寸。
20.根据权利要求16至19中的任一项权利要求所述的方法，进一步包括改变至少一个挡板相对于其他挡板的竖直位置。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述改变的步骤包括：将至少一些挡板安排为在竖直方向上彼此偏置，以使得每个挡板使一部分的冷却空气流转向，同时允许剩余的流传递到下一个挡板。
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