CN109641267B - 铸造系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于铸造熔融金属的系统。该系统包括模具，该模具包括具有入口的铸造腔，以及在模具的上表面和入口之间的孔。该系统还包括护罩，护罩包括漏斗和空心轴，其中漏斗位于模具外部并邻近上表面，并且空心轴容纳在孔内并可在其中移动。提升机构位于模具的上表面，提升机构可操作以将护罩的漏斗提升离开上表面，以使护罩与浇包的喷嘴接合。还提供了使用该系统浇铸熔融金属的方法。

Description

铸造系统

技术领域

本发明涉及用于铸造熔融金属的系统。特别地，本发明涉及一种铸造系统，该铸造系统包括护罩，该护罩用于在浇包(ladle)和模具内的铸造腔之间输送熔融金属。

背景技术

金属铸造工艺的主要挑战之一是避免夹带空气和表面氧化膜。这些可能导致缺陷(包括气泡和氧化物)，其导致铸件出现裂缝。

中型和重型钢铸件通常由底部浇注浇包铸造而成，其通过位于其底部的喷嘴释放熔融金属。喷嘴由安装在浇包底部的塞杆或滑动门操作。浇包由一个起重机在一个锥形浇注盆上升高，该浇注盆连接到一个进入模具的直浇口。浇包操作员通过提升止动件或通过附接的气动机构打开滑动门来打开喷嘴，以开始浇注过程。这种铸造方法的主要缺点是浇注盆将大量空气带入金属中。这种夹带的空气与熔融金属一起通过运行系统并作为气泡进入铸件，导致氧化物双层膜。

当熔融金属通过由陶瓷砖组装的传统浇注系统时，可能发生进一步的金属氧化。当金属在重力作用下加速时，金属流变窄并产生真空效应，导致空气通过形成运行系统的陶瓷管的未密封连接处被吸入金属中。金属氧化还可以由金属飞溅和湍流与模具内的大气中氧气反应而产生。

熔融金属与空气的接触不仅引起氧化，而且还导致来自大气中水分氮气和的氢溶入金属中，这对铸钢具有非常不利的影响。已经被证明的是，金属中捕获的空气量根据浇注过程而变化，并且是非金属夹杂物的重要来源，其对铸件的清洁度，机械性能和表面质量产生负面影响。

除了由夹带空气引起的问题之外，传统铸造工艺的另一个缺点是难以将喷嘴定位在浇注盆的中心上，因为浇包悬挂在起重机上并且其重心根据浇包中的金属量而变化。另一个问题是在传统浇注过程中金属飞溅对于浇包操作员和附近的工作人员造成了很大的风险。保持在起重机上的浇包可随时移动。由于难以确定喷嘴是否精确地定位在浇注盆上方，所以在喷嘴打开期间飞溅尤其存在风险。

本领域已知的金属铸造过程中夹带空气问题的解决方案之一是接触浇注。该技术消除了浇注盆的使用，而是将浇包的喷嘴放置成与道模具的直浇口的入口直接接触。因此，浇包的喷嘴和直浇口的入口之间的对齐是至关重要的。同样，该技术的缺点是需要移动并精确定位悬挂在起重机上的浇包。

哈里森钢铸公司(The Harrison Steel Castings Company)为空气夹带到浇注流中引起的再氧化问题提供了另一种解决方案。哈里森工艺涉及在底部浇注浇包的喷嘴下方连接熔融石英护罩。模具设置有侧立管，其用于接收护罩。在侧立管下方设置有倾倒井，该倾倒井供给到铸造腔中。在连接了护罩的情况下，浇包在模具上对齐然后降低，以便将护罩插入侧立管中。然后，将塞杆移动到打开位置，使得浇包内的熔融金属流过喷嘴和护罩进入模具。一旦模具被填充，塞就会关闭。提起浇包直到护罩离开模具，然后移动到下一个模具上以重复该过程。

然而，与接触浇注方法一样，哈里森工艺的显著缺点是难以在起重机上操纵浇包以将护罩插入侧立管中。操作者将护罩安装在喷嘴上也是困难的且有潜在危险的，因为它们需要在大的高架浇包下工作。

本发明是考虑到这些问题而设计的。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种铸造熔融金属的系统，包括：模具，包括具有入口的铸造腔，以及在所述模具的上表面和入口之间的孔；护罩，包括漏斗和空心轴，其中所述漏斗位于所述模具外部并邻近上表面，且所述空心轴容纳在所述孔内并可在其中移动；以及提升机构，位于模具上表面，所述提升机构可操作以将所述护罩的漏斗提升离开上表面，以使所述护罩与浇包的喷嘴接合。

护罩的使用减少了浇包和模具之间浇注时金属的再氧化，从而减少了夹杂物进入铸件的过程。护罩还控制和减少金属流动中的湍流，这减少了空气滞留和模具磨损的可能性，这又降低了夹杂物的水平。降低夹杂物和搭接缺陷的水平可以改善铸件表面光洁度。然而，虽然护罩通常是众所周知的，但本发明的优点是通过将护罩定位在模具本身中(即在模具表面和铸造腔体之间延伸的孔内)来实现的，并且通过在模具上设置提升机构，该提升机构向上提升护罩以与浇包接合。

这与护罩固定到浇包的喷嘴并且整个浇包被降低以使护罩接近模具的现有技术系统相比具有许多优点。第一，本发明避免了操作者在大型高架浇包下工作以将护罩连接到浇包上的需要(这是非常危险的)。第二，铸造过程的效率显著提高，因为在铸造之前没有浪费时间将护罩安装在浇包上，或者将护罩降低到每个模腔中并在浇注之后再次将其提起。本发明的提升机构能够使护罩与浇包的喷嘴快速且安全地接合和脱离接合。这也允许浇包在浇注后立即清空炉渣，从而形成更干净的浇包。第三，由于每个模腔包含其自身的护罩，该护罩向上提升以与浇包的喷嘴接合，因此本发明避免了将预先附接护罩的浇包精确地操纵到每个模具的需要。这使得浇包的可操作性在浇注之间更容易，并且还降低了由于插入和移除永久固定到浇包的护罩而导致的损坏模具的风险。

提升机构安装在模具的上表面，并用于将护罩的漏斗提升到与浇包的喷嘴接合。由于护罩的轴可在模具的孔内移动，因此整个护罩可通过提升机构的操作而向上提升。

在一些实施例中，该系统还包括用于使护罩相对于模具旋转的旋转机构。旋转机构可以与提升机构组合。例如，通过提升机构提升护罩也可以实现护罩的旋转，或者护罩的旋转可以实现提升。因此，在一些实施例中，提升机构还可操作以使护罩相对于模具旋转。在一些实施例中，提升机构可操作以独立于护罩的提升而旋转护罩。

在一些实施例中，提升机构包括(直接或间接地)安装在模具的表面上的第一部分，以及支撑护罩的漏斗的第二部分，其中第二部分可相对于第一部分移动。

在一些实施例中，第一部分的位置相对于模具固定，第二部分的移动使漏斗的提升远离模具并与浇包的喷嘴接合。在一些实施例中，第二部分可在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置，轴大体完全容纳在模具的孔内，在第二位置，轴的一部分被提升出孔。

在一些实施例中，第一部分可相对于模具移动，第一部分可在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置，轴大体完全容纳在模具的孔内，在第二位置，轴的一部分被提升处孔。在一些实施例中，第一部分可在第一位置和第二位置之间移动而第二部分不移动。第一部分在第一位置和第二位置之间的移动可以在不旋转第二部分和/或轴的情况下实现轴的提升。

在一些实施例中，提升机构还包括第三部分，该第三部分设置在第一部分和模具的表面之间。第三部分可以助于第一部分相对于模具的移动。

在一些实施例中，提升机构的第一部分或第三部分(如果存在的话)包括基部或由基部组成，基部固定到模具的上表面，从而将提升机构固定到模具上。

应当理解，有许多方式可以实现提升机构以提供第二部分相对于第一部分的运动或第一部分相对于模具的运动，以及可选地第二部分和/或第三部分的运动。例如，提升机构可包括机械致动器，例如基于螺纹或凸轮的机构，千斤顶(例如缩放千斤顶)或伸缩线性致动器。或者，提升机构可包括液压或气动致动器或活塞。在一些实施例中，提升机构包括电动机。

在一些实施例中，在基部和模具的上表面之间提供密封。

在一些实施例中，在提升机构的第二部分和护罩的漏斗之间提供密封。

在一些实施例中，在提升机构的第一部分和第二部分和/或第三部分之间大体没有间隙。

通过在浇包的喷嘴和护罩漏斗之间，在提升机构和模具之间，和在提升机构和护罩的漏斗之间的密封，以及通过在提升机构的第一部分和第二部分和/或第三部分之间大体没有间隙或仅具有非常窄的间隙，可以提供大体上封闭的系统，金属可以通过该系统从浇包流过护罩并进入模具内的铸造腔。这减少了再氧化并降低了铸件内夹杂物的形成。但是，应该理解，系统不可能是完全气密的。

在一些实施例中，提升机构包括圆柱形凸轮。如本领域所公知的，圆柱形凸轮是其中从动件在圆柱的表面上行进的凸轮。该表面成角度，形成盘旋或螺旋结构。该表面可以形成为在圆柱体的弯曲壁或表面内形成的凹槽，或者它可以形成圆柱体的端部。当从动件沿着表面行进时，从动件经历平行于圆柱纵轴的平移运动，从而将旋转运动转换为线性运动。

在一些实施例中，提升机构包括同心的外套环和内套环，其中内套环和外套环中的一个支撑护罩的漏斗，并且具有从动件，该从动件置于外套环和内套环的安装在模具的上表面的另一个的倾斜或螺旋表面(即凸轮)上，使得内套环和外套环的相对旋转引起护罩的线性运动。

在一些实施例中，倾斜表面形成在内套环或外套环的上端。

在一些实施例中，护罩置于内套环中，内套环具有从动件，该从动件置于外套环的倾斜表面上，该外套环的倾斜表面(直接或间接地)安装在模具的上表面。在这样的实施例中，外套环可以被认为对应于第一部分，并且内套环可以被认为对应于提升机构的第二部分。

在一些实施例中，外套环的位置相对于模具固定，并且内套环相对于外套环的旋转引起护罩的线性运动。应当理解，在这样的实施例中，护罩本身也在其被提升时旋转。

在一些替代实施例中，外套环可相对于模具和内套环移动。这可以通过在第一部分和模具表面之间提供第三部分来实现。在这样的实施例中，外套环的旋转实现护罩的线性运动，而内套环和支撑在其中的护罩不旋转。内套环和外套环一起旋转(使得它们之间没有相对运动)然后将导致护罩旋转而没有线性运动。这种布置可用于提供对金属流动的更大控制。例如，通过外套环的旋转来提升护罩可以使金属流过护罩，同时护罩的随后旋转可以用于打开另外的出口并增加金属流动。

在一些实施例中，提供有多个倾斜表面。每个倾斜表面可以在圆周方向上在轴环的一部分上延伸。在一些实施例中，提供两个、三个或四个倾斜表面。例如，可以提供三个倾斜表面，每个倾斜表面在圆周方向上延伸大约120°的角度。

在一些实施例中，提升机构还包括用于实现内套环和/或外套环的相对旋转的手柄。在一些实施例中，手柄附接到或构成从动件。

提升机构可以由任何合适的材料制成。在一些实施例中，提升机构的至少一部分由金属制成，例如钢。

护罩的漏斗可以具有部分球形(凹入)的内表面。这使得能够与浇包的喷嘴进行球窝状接合。这提供了与浇包的喷嘴的可靠连接，即使浇包的喷嘴与护罩和/或护罩与模具未完全对齐。

在一些实施例中，该系统还包括位于护罩的漏斗中的垫圈。垫圈有助于确保护罩和喷嘴之间的连接是密封的。

护罩可以由能够承受熔融金属(例如铁水和钢)的高温的任何耐火材料制成。合适的耐火材料包括熔融石英，预制混凝土和等静压碳结合的耐火材料。在一些实施例中，护罩由熔融石英制成。

除了具有合适的热和物理特性外，护罩必须具有高尺寸精度，这意味着某些制造方法(例如，滑铸铸造，其中形成护罩的材料在剥离和烘烤之前在模具中部分硬化和固化)比其他更合适。

模具中的孔(在其中可移动地容纳护罩的空心轴)在模具的上表面和铸造腔的入口之间延伸。通过“在...之间延伸”，可以理解，孔可以延伸模具的上表面和铸造腔的入口之间的整个距离，或者孔可以仅延伸一部分距离。

护罩的轴容纳在孔内，其间仅有小间隙。在一些实施例中，护罩的轴在孔的整个长度上延伸。护罩的紧密配合以及使轴大体在孔的整个长度上延伸允许有效地控制金属流动，消除飞溅并减少再氧化。存在于护罩和孔之间的间隙中的任何空气不与金属流直接接触，并因此没有空气滞留。当金属进入模具时，这种狭窄的气隙还允许运行系统的通风。

在一些实施例中，铸造系统还包括过滤器。过滤器可以位于孔和铸造腔的入口之间。过滤器的作用是去除熔融金属中的任何夹杂物。过滤器还用作流动改性剂，并在熔融金属流入铸造腔之前减少熔融金属中的湍流。过滤器可以由本领域技术人员已知的任何合适的材料制成。在一些实施例中，过滤器由氧化锆制成。

在一些实施例中，过滤器位于壳体内。壳体可以(直接或间接地)连接到孔。在一些实施例中，壳体接收护罩的轴的端部(即与漏斗相对的端部)。在这些实施例中，熔融金属在进入铸造腔之前流过护罩，进入壳体并通过过滤器，该护罩容纳在孔内。

壳体的横截面可以是正方形、矩形、三角形、六边形、八边形或圆形。因此，在一些实施例中，壳体具有三个、四个、六个或八个侧壁。一个或多个侧壁可以在其中具有出口，熔融金属通过该出口流到铸造腔。过滤器可位于每个出口附近。因此，可以根据铸造腔的具体要求选择壳体和过滤器配置。

壳体可由任何合适的耐火材料制成，包括熔融石英、预制混凝土、耐火粘土和化学粘合的砂。在一些实施例中，壳体由熔融石英制成。

在一些实施例中，壳体包含耐火冲击垫。这防止了当熔融金属流出护罩的端部时，熔融金属对模具的侵蚀。

护罩的端部(与漏斗相对的)可以是完全开放的。或者，端部可设置有基部或端盖，其中具有用于熔融金属流过的开口。在使用中，在提升护罩之前，基部或端盖可以安放在冲击垫上。

冲击垫可由能够承受熔融金属的热和物理冲击的任何合适的耐火材料制成，包括熔融石英、预制混凝土、耐火粘土和化学粘合的砂。在一些实施例中，冲击垫由熔融石英制成。

在一些实施例中，在轴中邻近护罩的端部设置至少一个出口。可以提供至少两个、三个或四个出口。出口可以围绕护罩的轴规则地间隔开。除了护罩端部的开口之外，这些“水平”出口为熔融金属提供了进入护罩的另一个流动路径，因此当所有出口打开时能够实现更大的流速。

可以提供流量控制装置，其用于控制通过轴中的出口的金属流量。护罩可以在每个出口与流量控制装置对齐且关闭从而防止金属流过出口的位置以及每个出口打开从而允许金属流过出口的位置(并且不再与流量控制装置对齐)之间旋转。应当理解，在打开位置和关闭位置之间可能存在一系列(例如连续)的位置，其中出口部分地打开。在这样的实施例中，护罩的旋转可有利地用于控制金属进入铸件的流速。

在一些实施例中，流量控制装置由冲击垫提供。

在一些实施例中，冲击垫可包括至少一个柱或壁，该柱或壁具有邻接护罩的轴的表面，所述表面的高度和宽度足以完全覆盖出口。应当理解，必须选择柱或壁的高度，使得当通过提升机构提升轴时，表面完全覆盖出口。

在一些实施例中，护罩可在其中(或每个)柱与出口(或其相应的出口)对准以关闭出口并防止金属从中流过的位置和在其中(或者每个)出口至少部分开放的位置之间旋转。优选地，柱的数量对应于出口的数量。在一些实施例中，轴包括四个出口，并且冲击垫包括四个柱。

在一些实施例中，冲击垫包括围绕护罩的轴延伸的壁(即，形成环)。该壁包括一个或多个孔，这些孔定位成使得它们至少部分地与护罩的轴中的出口对准。在这样的实施例中，护罩可在一个或多个出口被壁覆盖以关闭出口并防止金属流过的位置以及(或每个)出口至少部分地与壁中的孔(或其相应的孔)对齐并因此至少部分地打开，从而允许金属通过出口和孔流出护罩的位置之间旋转。

在一些实施例中，冲击垫的表面包括在形状上与护罩的基部互补的区域。该区域可以成形为使得护罩的基部与表面之间的配合仅在护罩相对于冲击垫的某些取向上是可能的。例如，只有当轴的出口与流量控制装置对准时，才可能在基部和表面之间进行配合。因此，基部和冲击垫之间的互补性提供了确定轴中的出口何时闭合的有用手段。

柱或壁可以从冲击垫的表面向上延伸。

在一些实施例中，该系统还包括在壳体和铸造腔入口之间的运行系统。

在一些实施例中，该系统还包括与铸造腔流体连通的侧立管。侧立管可以是天然砂侧立管，其包括在模具中形成的空腔，或者它可以是辅助侧立管，通常称为进料器或进料器套管。进料器套管通常是化学粘合的耐火材料形状，并且可以是绝缘的和/或发热的。侧立管可以在铸造腔和模具的上表面之间延伸。侧立管或进料器套筒可以是敞开的并暴露在大气中，或者它可以是封闭的，具有顶部或盖。在一些实施方案中，模具包括一个以上的侧立管。

在一些实施例中，该系统包括侧立管。侧立管可以位于铸造腔附近。侧立管可以位于模具的下部，即远离模具的上表面。护罩的轴的端部可位于侧立管中，与铸造腔流体连通。

在一些实施例中，铸造腔是底部供料的。通过“底部供料”，可以理解，铸造腔由熔融金属向上填充，熔融金属从运行系统进入铸造腔的底部。

在一些实施例中，运行系统包括模具中的一个或多个导管或流道，每个导管在壳体的出口或侧立管与铸造腔的入口之间延伸。

本发明的铸造系统可适用于装有喷嘴的任何底部浇铸浇包。在一些实施例中，浇包的喷嘴的形状为部分球形(凸起)或平顶半球形。

此外，单个通用喷嘴直径可用于任何和所有铸件。

可以从底部浇注浇包中倒出的金属的速率或体积受到所使用的喷嘴的直径的限制。当安装了护罩时，金属的流动可能进一步受限，这取决于护罩的轴的内径或孔。

在将护罩固定到浇包然后用于铸造多于一个模具的常规应用中，每个铸件的金属流速将是相同的。如果要从同一浇包铸造尺寸明显不同的铸件，则流速可能不适合某些大型或小型铸造尺寸，导致未优化的模具填充和增加的铸造缺陷或废品。这意味着对于每个金属的浇包，必须使用相同的所需喷嘴尺寸和单个护罩直径来制造类似尺寸的铸件。

利用本发明的铸造系统，每个铸件使用新的护罩，这有利地允许从单个运行(浇包)生产各种不同尺寸和规格的铸件。这是因为每个模具都包含其自己的护罩，其尺寸和孔径可根据铸件尺寸选择。因此，所使用的护罩类型针对单独的铸件进行了优化，而不是由浇包或喷嘴类型(直径)决定。例如，孔径为80mm且孔径为40mm的护罩可以具有相同的漏斗尺寸，使其能够安装在单个喷嘴上，因此可以用于从装有通用喷嘴的同一浇包浇铸。

因此，本发明的系统比目前使用的传统系统更灵活并适用于短期铸造。另一个优点是每个铸件都使用干净的护罩，因此进一步减少了夹杂物的存在。

因此，在一些实施例中，该系统包括多个模具。每个模具中的护罩可以具有相同的长度和/或直径。或者，不同的模具可包含不同长度和/或直径的护罩。

因此，可以理解，护罩的长度和直径将根据铸件的类型来选择。例如，可以使用内孔直径为30mm的护罩来铸造小铸件，而重型铸件可能需要具有70mm孔径的护罩。不同孔径的不同护罩可与通用喷嘴一起使用。

在一些实施例中，护罩的孔直径为20mm至100mm，30mm至80mm或40mm至70mm。

通过将护罩包括在模具本身内，并根据单独的铸件选择护罩，对所使用的护罩的长度没有限制。在一些实施例中，护罩的长度为1米至3米，或1.5米至2米。

模具可以是常规砂模，如通常用于金属铸造中的。因此，本发明的铸造系统可以通过使用任何合适的铸造型砂系统来制备。

型砂可分为两大类；化学粘合(基于有机或无机粘合剂)或粘土粘合。化学粘合的型砂粘合剂通常是自硬化系统，其中粘合剂和化学硬化剂与砂混合，粘合剂和硬化剂立即开始反应，但足够缓慢以使砂在模板周围成形，然后允许硬化以便移除和铸造。粘土粘合的模制系统使用粘土和水作为粘合剂，并且可以以“绿色”或未干燥的状态使用，并且通常称为绿砂。绿砂混合物在压缩力单独作用下不容易流动或不容易移动，因此要在图案周围压实绿砂并赋予模具足够的强度性能，需要应用各种冲击，振动，挤压和夯实的组合以高生产力产生均匀强度的模具。

化学粘合型砂最适合制造小体积和/或中型和大型钢铁铸件，其与绿砂系统相比通常具有更高的强度。

模制实践是众所周知的，并且例如在Foseco铁铸造工人手册(Foseco FerrousFoundryman′s Handbook)(ISBN 075064284 X)的第12章和第13章中进行了描述。称为自硬或冷固方法的典型方法是将砂与液体树脂或硅酸盐粘合剂与适当的催化剂混合(通常在连续混合器中)。然后通过冲击和夯实的组合使混合砂在图案周围压实，然后使其静置，在此期间催化剂开始与粘合剂反应，导致砂混合物硬化。当模具达到可处理的强度时，将其从图案中移除并继续硬化直至化学反应完成。如果使用进料器套管，则可将它们放置在图案板上并将混合的砂施加在它们周围，或者它们可在从图案中取出后插入模具中的空腔中。类似地，过滤器壳体和过滤器可以模制在适当位置或之后插入。

通常，模具制成两半，然后在铸造之前组装，但是对于更大和更复杂的铸件，模具可包括组装在一起的三个或更多个部件。模具通常是水平分开的，但是对于某些铸造配置可以垂直分开。

砂模可以在金属框架内制造。这为模具提供了支持。框架可以设有把手。把手可用于提升两个半模，以及组装和操纵整个模具。

虽然本发明的铸造系统特别适用于制造钢铸件，但它也可用于铸造其他金属，例如灰铸铁、青铜、铜、锌、镁、铝和铝合金。

在一些实施例中，模具可以是永久模具或冲模。永久模具或冲模可以由铸铁、钢或本领域技术人员已知的任何其他合适的材料制成。这些实施例适用于制造铝和铝合金铸件。

根据本发明的另一方面，提供了一种使用第一方面的系统进行铸造的方法。

该方法可以包括以下步骤：

-提供根据本发明第一方面所述的系统；

-将包含熔融金属的底部浇注浇包放置在模具上，使得浇包底部的喷嘴大体垂直地位于护罩的漏斗上方；

-操作提升机构，以便将护罩的漏斗提升离开模具的上表面，使护罩与喷嘴接合；

-打开喷嘴，从而使熔融金属从浇包流入护罩；

-关闭喷嘴以阻止熔融金属流动；以及

-操作提升机构，以便将护罩的漏斗朝向模具的上表面降低，以使护罩与喷嘴脱离接合。

在一些实施例中，操作提升机构以提升护罩的漏斗也使护罩相对于模具的旋转。

在替代实施例中，操作提升机构提升护罩的漏斗而不使护罩相对于模具旋转。在这样的实施例中，该方法可以进一步包括在打开喷嘴之后旋转护罩的步骤。

在一些实施方案中，该方法还包括用惰性气体如氩气吹扫模具。为了保留惰性气体，必须关闭模具以防止在浇注之前通风。例如，在一些实施例中，可能需要简单地通过将片材或纸或卡放置在通风口上来关闭任何打开的侧立管或通风口。氩气比空气重，因此一旦模具关闭，氩气在浇注前倾向不会泄漏。

应当理解，除非另有说明，否则本文描述的任何实施例可以适当地与任何其他实施例组合。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的实施例，其中：

图1是根据本发明第一方面的铸造系统的透视图，其中护罩的漏斗不与浇包的喷嘴接合；

图2是图1的壳体的分解透视图，其示出了各个部件；

图3a和图3b是包括图1的提升机构的两个部件的透视图；

图4是图1的铸造系统的透视图，其中护罩的漏斗与浇包的喷嘴接合；

图5a和图5b是剖视图，其示出了在模具和浇包之间存在位移的情况下，图1的浇包的喷嘴和护罩之间的连接；

图6是本发明另一实施例的三件式提升机构的第三部件的透视图；

图7a是本发明另一实施例的三件式提升机构和由其支撑的护罩的漏斗的剖视图；

图7b和图7c是图7a的提升机构在不同旋转阶段的透视图，图7b示出了旋转之前的机构，而图7c示出了旋转之后的机构；

图8a是根据本发明一个实施例的护罩的端部的透视图；

图8b是与图8a的护罩一起使用的冲击垫的透视图；以及

图8c和图8d是图8a的护罩组装壳体和图8b的冲击垫组装后的透视图，其示出了在部分打开(图8c)位置和完全打开(图8d)位置之间的过渡。

具体实施方式

参考图1，根据本发明的铸造系统10的实施例包括模具12，在模具12中形成有铸造腔14。模具包括在分型线13处水平连接的上部12a和下部12b。铸造腔14通过两个入口16由底部进给。熔融金属通过护罩20供应到铸造腔14，这通过将金属与大气分开而防止金属再氧化。护罩20包括漏斗22和细长的空心轴24，熔融金属浇注到漏斗22中，细长的空心轴24将金属供给到铸造腔14中。漏斗22位于模具12的外部，使得它在使用时可以与浇包(未示出)的喷嘴26接合。护罩20的轴24容纳在形成于模具12的上表面32中的孔30内，并且大体垂直于其延伸。孔30的尺寸适于容纳护罩20，以使得它们之间大体上没有间隙，同时仍然允许护罩20的线性运动。与铸造腔14流体连通的是开放的进料器套筒15，其在铸造腔14和模具12的上表面32之间延伸。

孔30在模具12内在上表面32和壳体34之间延伸。壳体34为长方体形状，包括固定在一起的四棱柱形部分，并具有上壁36、下壁38和四个侧壁40。壳体34可以由合适的耐火材料制成，例如熔融石英。护罩20的轴24穿过上壁36中的开口42，使得护罩20的与漏斗22相对的端部44容纳在壳体34内。四个侧壁40中的两个在其内具有出口46。过滤器(未示出)可以位于每个出口46附近，使得熔融金属在离开壳体34时通过过滤器。

包括一对导管50的运行系统48从过滤器壳体34向侧面延伸，其中一个导管50从一个出口46引出。导管50向上弯曲以连接铸造腔14的入口16，每个导管50分别进给到一个单独的入口16。因此，熔融金属的流动路径通过护罩20的漏斗22和轴24向下提供，进入过滤器壳体34，通过过滤器并通过出口46从过滤器壳体34流出，通过导管50并向上进入铸造腔14。

如上所述，护罩20可在孔30内线性移动，以使得它可以向上提升以与浇包的喷嘴26接合。护罩20由位于模具12的上表面32上的提升机构52提升。

图2示出了四个单独的部分35a，35b，它们配合在一起以形成壳体34。其中两个部分35a在侧壁40中具有出口46，而另外两个35b没有出口。每个部分35a，35b具有三角形基部39、侧壁40和三角形顶部37，顶部具有四分之一圆(即90°)缺口43。当这些部件装配在一起时，四个顶部部分形成壳体的上壁36并且缺口43形成圆形开口42，护罩20的轴24穿过该圆形开口42。类似地，四个三角形基部39配合在一起以形成壳体的下壁38。其中两个壳体部分35a具有集成到侧壁40的内表面40a中的、具有凸起轮廓的框架45，其将陶瓷泡沫过滤器47保持就位，以使得过滤器47的中心定位在侧壁40中的出口46上。在使用中，通过围绕壳体34的四个侧壁40紧固和收紧金属带(未示出)来将部分35a，3b固定在一起。

进一步参考图3a和图3b，提升机构52包括内套环54，其同心地位于外套环56内。内套环54包括由圆形边缘60围绕的环形座58。在使用中，护罩20的漏斗22支撑在环形座58上，护罩20的轴24穿过位于座58中的中心孔62。在圆形边缘60的外表面63上设有两个栓64和手柄66，手柄66与栓64隔开。

外套环56包括由环形基部70围绕的圆柱形壁68。在使用中，基部70安装在模具12的上表面上。在模具12的制备过程中，外套环56放置就位，并在模制砂固化和硬化时保持在适当位置。圆柱形壁68的上端69的一部分被切除，以便提供三个倾斜或螺旋表面72。在所示的实施例中，每个螺旋表面72围绕圆柱形壁68的圆周的大约120°延伸。

当组装了提升机构52后，内套环54的栓64和手柄66置于外套环56的螺旋表面72上。可以看出，当使用手柄66旋转内套环54时，栓64和手柄66沿着螺旋表面72行进，使得内套环54以及由内套环54支撑的护罩20向上提升。因此，内套环54和外套环56用作圆柱形凸轮，其中栓64和手柄66构成从动件。

在图1中，提升机构52的内套环54处于第一位置，其中栓和手柄处于螺旋表面72上的最低点。在该位置，护罩20下降以使得轴24几乎延伸到外壳34的底部，并且漏斗22不与浇包的喷嘴26接合。可以看出，内套环54逆时针旋转大约90°的角度使得栓和手柄沿着外套环56的螺旋表面72向上行进从而将提升机构52移动到如图4所示的第二位置。在第二位置，内套环54和安放在其中的漏斗22被向上提升，远离模具12的上表面32，并且漏斗22与浇包的喷嘴26接合。护罩20的与漏斗22相对的端部44被抬离壳体34的下壁38，但保持在壳体34内。因此，可以理解的是，内套环54必须旋转的角度将取决于使得漏斗22与喷嘴26接合所需的内套环54和护罩20的垂直运动的程度，这可以根据到模具12的高度和浇包的位置而变化。在倾倒期间，提升机构52可以通过操作者握住手柄66而手动地保持在第二位置，以防止其沿着螺旋表面72向下行进。然而，应当理解，在一些实施例中，可以提供锁以将提升机构52保持处于第二位置。

参考图5a和图5b，浇包和模具12之间的完美对准可能不总是能实现，而使得存在垂直位移。在图5a所示的实施例中，浇包的喷嘴26的纵向轴线L₁从护罩20的纵向轴线(L₂)偏移5°。如图5b中更清楚地示出的，浇包的喷嘴26的尖端74的形状为部分球形或平顶圆半球形。护罩20的漏斗22具有内表面76，该内表面76也是部分球形的，具有平底78和弯曲侧80。漏斗22的内表面76衬有垫圈82。喷嘴26、漏斗22和垫圈82的部分球形形状确保即使在浇包和模具12之间发生位移，也可以将连接密封。

在上述本发明的实施例中，提升机构52的内套环54相对于外套环56(其相对于模具12保持固定)的旋转实现了护罩20的提升以与浇包的喷嘴26接合。然而，在替代实施例中，护罩可以通过外套环的旋转而被提升，使得内套环和护罩在提升期间不旋转。为了便于此，可以提供第三部件以提供三件式提升机构。图6示出了第三部件或安装环90，其包括由圆形边缘94围绕的环形基部92。在所示的实施例中，圆形边缘94的上表面96在其中具有一系列的孔98，其向下延伸通过圆形边缘94的整个高度。孔98接收钉或金属销99，以将安装环90固定到模具的表面112上。在使用中，提升机构的内套环和外套环同心地配合到安装环90中并且在安装环90的顶部上。

参考图7a，三件式提升机构152包括内套环154，其同心地位于外套环156内。进而，外套环同心地位于安装环190的圆形边缘194内，安装环190固定模具的上表面(未示出)。因此，与图3a和图3b的实施例不同，外套环156不固定到模具的上表面，而是可相对于模具旋转并且也相对于安装环190旋转。

图7b示出了旋转之前的提升机构152。外套环156的顺时针旋转导致内套环154的垂直运动到图7c所示的位置而不会使内套环154旋转。因此，由内套环154支撑的护罩仅被提升，而护罩不会旋转。随后将内套环154和外套环156两者一起旋转将实现护罩的旋转。还应当理解，三件式提升机构可以以与图3a和图3b的两件式提升机构相同的方式操作，即内套环154的逆时针旋转，同时提升内套环154和支持在其中的护罩。

图8a示出了护罩120的下端144(即，与喷嘴相对)，护罩120可以与图7a的提升机构152结合使用。护罩120的孔由基部122封闭，基部122中具有中心开口126。四个水平出口128设置在护罩120的轴124中，邻近基部122。基部122成形为具有四个花瓣形凹口130，其从中心开口126扩展到基部122接触轴124的周边。

图8b示出了与图8a的护罩120一起使用的冲击垫132。冲击垫132包括具有上表面136的大体方形块134。上表面136具有中心区域138，其形状与护罩120的基部122的形状互补。四个柱140从上表面136上方垂直向上延伸，冲击垫132的每个角具有一个柱140。柱140的横截面为大体三角形，每个三角形的顶点与方形块134的角大体对齐。每个柱面向内的表面142略微弯曲，该曲率被选择成匹配护罩120的轴124的曲率。选择柱140的高度和间隔以及它们的向内表面142的宽度，使得柱140在组装好的系统中可以完全覆盖护罩120的水平出口128。护罩120的基部122和冲击垫132的上表面136的中心区域138的成形便于水平出口128和柱140之间的正确对准。可以理解，护罩120和冲击垫132之间的配合必须使得当柱140和出口128对准时(当护罩下降和升高时)柱140能够防止金属流过水平出口128，但是护罩120仍然可以相对于冲击垫132旋转。

图8c和图8d示出了与冲击垫132和过滤器壳体146的两个部分(为简单起见，未示出其他两个部分)组装在一起的护罩120的下端。一个部分示出为具有就位的过滤器147；另一个示出为没有过滤器以使得可以看到壳体出口148，但是应当理解，在使用中可以存在过滤器。描绘了的是在提升机构(未示出)操作时从中间部分打开位置(图8c)到完全打开位置(图8d)的过渡。

参考图7a-图8d，在使用中，在通过提升机构152提升护罩120之前，护罩120的基部122与冲击垫132的上表面136的互补中心区域138配合，以使得基部122的中心开口126封闭。轴124的水平出口128也与柱140对齐并由柱140封闭，从而确保防止来自护罩120的金属流动。

在提升机构152的外套环156旋转时，内套环154和支撑在其中的护罩120被向上提升。因此，护罩120的基部122不再与冲击垫132的上表面136接触，从而使金属能够流过中心开口126。然而，由于没有发生护罩120的旋转，因此水平出口128由柱140保持封闭。在铸造时，底部浇注浇包中的塞被打开，金属流过喷嘴，进入护罩120。金属通过基部122中的中心出口126离开护罩120，流过护罩120和冲击垫132之间的间隙，使过滤器壳体中存在的过滤器(未示出)启动，然后开始流入运行系统(未示出)。

然后，内套环154和外套环156相对于安装环190和模具一起旋转。这使护罩120旋转而不改变其相对于模具(或浇包的喷嘴)的垂直位置。在旋转之前，护罩120处于关闭位置，其中水平出口128被冲击垫的柱140阻挡。在护罩120旋转时，水平出口128移动而成不与柱140对齐并且部分地打开(图8c)然后完全打开(图8d)，从而稳定地增加进入过滤器壳体146，运行系统和模具内的铸造腔的金属流。

使用其中护罩的旋转可以独立于提升而实现的提升机构，同时在护罩中设置可以通过护罩相对于冲击垫的旋转而打开和关闭的水平出口提供了更好地控制金属流动的优点。最初，当模腔是空的并且没有背压时，可以通过仅打开护罩底部的中心出口来使用低流速。然后，随着模腔中的金属高度上升，可以通过打开水平出口而增加流速。这在整个浇注过程中保持并控制整个系统内的金属压力。此外，当金属首次进入过滤器壳体时对流量进行控制减少了过滤器上的冲击和金属压力，因此降低了过滤器破裂和过滤器后面的湍流的可能性。本发明能够在保持护罩加压(这通常通过保持浇包的喷嘴完全打开来完成)的同时实现这些优点。

示例

在生产用于建筑工业车辆的大型铸钢件的欧洲钢铁铸造厂进行了测试。

比较例1

具有铸件重量750kg的常规浇注的钢铸件通过三个相同尺寸的切向浇口从底部进料，该三个相同尺寸的切向浇口围绕铸造腔的圆周等距间隔并通过三个浇道连接到直浇口的底部。三个开放的放热侧立管(进料器)定位在铸造腔的顶部上方并与铸造腔的顶部直接流体连通。水平分型的模具由酸固化的呋喃树脂粘合的再生铬铁矿砂制成，并在浇注之前用氩气吹扫。铸件是从置于模具上方的一个传统底部浇注浇包中浇注出来的，使得喷嘴在模具表面上方小于300mm，位于浇注杯上方和模具的直浇口。在1555℃的浇注温度下从底部浇注浇包浇注液态金属。

示例1

对比较例1的运行系统进行了改进，以适应尺寸为1250mm长，80mm外径和40mm内径(孔径)的熔融石英护罩。将护罩的漏斗放置在根据图3a和图3b的提升机构内，其安装到模具的顶部。在直浇口的基部，设置有三角形棱柱形熔融石英壳体，具有三个侧壁。每个侧壁中都具有出口，以及位于出口附近的具有基于氧化锆的10ppi泡沫过滤器，该过滤器为100mm×100mm×25mm，由Foseco公司以STELEX Zr品牌制造和销售。出口以与比较例1的浇口类似的方式连接到铸造腔的底部。用氩气吹扫模具，并且使用提升机构将护罩抬起，使得护罩的漏斗与等静压压制的粘土石墨喷嘴接合，该等静压压制的粘土石墨喷嘴附在底部浇注浇包的底部，并且由Foseco公司以VAPEX品牌出售。护罩的漏斗和喷嘴的端部用石墨化垫圈密封。在1555℃的浇注温度下从底部浇注浇包浇铸液态金属。浇包中的塞从开放到关闭的浇注时间为28秒。

观察到的是，由示例1的系统生产的铸件比由比较例1的系统生产的铸件清洁得多，使得可以在刚喷丸处理之后和在任何热处理和研磨之前进行第一次磁性检查。示例1铸造表面的磁粉检测(MPI)显示，即使在任何热处理和研磨之后，它也比比较例更清洁。此外，钢铸件必须进行一系列焊接循环，以便在运送给最终用户客户之前去除通过磁检查检测到的任何夹杂物和表面缺陷。对于通过常规浇注生产的对比铸件，铸件一般必须经历至少5次焊接循环。相反，由本发明的铸造系统(示例1)生产的铸件在准备装运之前仅需要在淬火和DC磁控制之前的一些点缺陷的单个焊接循环，这相当于减少了焊接时间超过30小时(每次铸造)，为铸造厂节省了大量成本，并显着缩短了对最终用户客户的交货时间。

Claims (25)

1.一种铸造熔融金属的系统，包括：

模具，包括具有入口的铸造腔，以及在所述模具的上表面和所述入口之间的孔；

护罩，包括漏斗和空心轴，其中所述漏斗位于所述模具外部，邻近所述上表面，并且所述空心轴容纳在所述孔内并可在其中移动；以及

提升机构，位于所述模具的所述上表面，所述提升机构可操作以将所述护罩的漏斗提升离开所述上表面，以使所述护罩与浇包的喷嘴接合。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括旋转机构，用于将所述护罩相对于所述模具旋转。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述提升机构还可操作以使所述护罩相对于所述模具旋转。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述提升机构使得所述护罩的旋转能够独立于所述护罩的提升而实现。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述提升机构包括安装在所述模具的表面的第一部分，以及支撑所述护罩的漏斗的第二部分，其中所述第二部分可相对于所述第一部分移动。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一部分的位置相对于所述模具固定，并且其中所述第二部分可在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，所述轴容纳在所述模具的孔内，在所述第二位置，所述轴的一部分被提升出孔。

7.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一部分的位置可相对于所述模具移动，所述第一部分可在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，所述轴容纳在所述模具的孔内，在所述第二位置，所述轴的一部分被提升出孔。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一部分在所述第一位置和第二位置之间的移动实现所述轴的提升而不旋转所述轴。

9.根据权利要求7或8所述的系统，其中所述提升机构包括设置在所述第一部分和所述模具的表面之间的第三部分。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中所述提升机构包括液压或气动致动器或电动机。

11.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中所述提升机构包括圆柱形凸轮。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述提升机构包括同心的内套环和外套环，并且其中所述内套环和所述外套环中的一个支撑所述护罩的漏斗，并且具有从动件，所述从动件置于所述内套环和所述外套环中的另一个的倾斜表面上，所述内套环和所述外套环中的所述另一个安装在所述模具的所述上表面上，使得所述内套环和所述外套环的相对旋转引起所述护罩的线性运动。

13.根据权利要求12所述的系统，其中提供了多个倾斜表面，每个倾斜表面在所述内套环或外套环的一部分上沿圆周方向延伸。

14.根据权利要求12或13所述的系统，其中所述护罩置于所述内套环上，所述内套环具有从动件，所述从动件置于所述外套环的倾斜表面上。

15.根据权利要求12或13所述的系统，其中所述提升机构还包括用于实现所述内套环和所述外套环的相对旋转的手柄。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述手柄附接到所述从动件或构成所述从动件。

17.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，还包括位于所述护罩的所述漏斗中的垫圈。

18.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，还包括位于所述孔和所述铸造腔的入口之间的一个或多个过滤器。

19.根据权利要求18所述的系统，其中所述一个或多个过滤器位于壳体内，所述壳体连接到所述孔并且接收所述护罩的端部。

20.根据权利要求19所述的系统，还包括位于所述壳体和所述铸造腔的入口之间的运行系统。

21.根据权利要求19或20所述的系统，其中所述壳体容纳有冲击垫。

22.根据权利要求21所述的系统，其中至少一个出口设置在所述轴中与所述护罩的端部相邻，并且其中所述冲击垫包括至少一个柱，所述柱具有邻接所述轴的表面，以使得所述护罩可在所述柱与所述出口对齐以便关闭所述出口并防止金属从所述出口流出的位置以及所述出口至少部分打开的位置之间旋转。

23.一种铸造熔融金属的方法，包括以下步骤：

-提供根据权利要求1至22中任一项所述的系统；

-将包含熔融金属的底部浇注浇包放置在模具上，使得浇包底部的喷嘴垂直地位于护罩的漏斗上方；

-操作提升机构，以便将所述护罩的所述漏斗提升离开所述模具的上表面，使所述护罩与所述喷嘴接合；

-打开所述喷嘴，从而使熔融金属从所述浇包流入所述护罩；

-关闭所述喷嘴以阻止熔融金属流动；以及

-操作提升机构，以便将所述护罩的所述漏斗朝向所述模具的所述上表面降低，以使所述护罩与所述喷嘴脱离接合。

24.根据权利要求23所述的方法，其中操作所述提升机构以便提升所述护罩的漏斗还实现所述护罩相对于所述模具的旋转。

25.根据权利要求23所述的方法，其中操作所述提升机构将提升所述护罩的漏斗而不使所述护罩相对于所述模具旋转，并且其中所述方法还包括在打开所述喷嘴之后旋转所述护罩的步骤。

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