CN111565869A

CN111565869A - 生产金属铸锭的方法和装置

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Publication number: CN111565869A
Application number: CN201980007756.XA
Authority: CN
Inventors: 乔瓦尼·法奥罗
Original assignee: Ikoi SpA
Current assignee: Ikoi SpA
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2020-08-21
Also published as: WO2019138318A1; RU2020122017A; RU2020122017A3; IT201800000651A1; US11154924B2; US20210053109A1; EP3737517A1; WO2019138318A9

Abstract

一种生产金属铸锭(L)的方法，至少包括以下步骤：a)用至少一种固态金属炉料(CM)填充至少一个锭模(11)，以形成至少一个相应的铸锭(L)，其中所述金属炉料(CM)的熔化温度(T_f)高于环境温度(T_a)；b)通过将填充有所述至少一种固态金属炉料(CM)的所述至少一个锭模(11)加热至加热温度(T_rs)，直至金属炉料熔化，来将所述至少一种固态金属炉料(CM)熔化，所述加热温度(T_rs)高于或等于所述至少一种金属炉料(CM)的熔化温度(T_f)；c)通过将包含所述至少一种熔融金属炉料(CM)的所述至少一个锭模(11)冷却或使其冷却至冷却温度(T_rf)，直至所述熔融金属炉料(CM)凝固为所述相应的铸锭(L)，来将所述至少一种熔融金属炉料(CM)凝固或使其凝固为相应的铸锭(L)，所述冷却温度(T_rf)低于所述熔化温度(T_f)且高于环境温度(T_a)；d)从所述至少一个锭模(11)中脱出所述铸锭(L)；e)重复所述步骤a)‑d)，其中，在稳态下，当所述至少一个锭模(11)分别处于脱出温度(T_e)和填充温度(T_rp)时，进行所述脱出d)和填充a)步骤，脱出温度(T_e)和填充温度(T_rp)各自低于或等于所述冷却温度(T_rf)且高于所述环境温度(T_a)。

Description

生产金属铸锭的方法和装置

本发明涉及一种生产金属铸锭的方法，并且涉及一种根据所述方法生产金属铸锭的装置。

本发明特别涉及一种通过熔融法生产金属铸锭的方法和装置。

本发明特别涉及一种用于生产贵金属和非贵金属或其合金的金属铸锭的方法和装置，其中贵金属是指至少选自以下的金属：纯的或已知纯度/滴度的金、银、铜、铂和钯，而非贵金属是指有色金属，包括例如铜、铝等。

这样的金属铸锭通常以50g至1kg的重量进行销售，或者特别是在银行金属铸锭(bankmetalingots)的情况下，以重量为400oz或1000oz(其中loz＝约31.104gr，参考盎司“oz.”，金衡盎司)，或甚至为1kg至1000oz的中等重量进行销售。

具有这样重量的金属铸锭通常通过将固体金属炉料(charge)(块(mass))熔化，然后在称为“锭模(ingotmould)”的合适模具中将该熔化的金属炉料凝固来生产。

通过已知类型的熔化和凝固来生产金属铸锭的方法分为两大类：

-“熔化和浇注(pouring)”生产方法；

-将固态金属炉料直接熔化到锭模中，在锭模中进行凝固的生产方法。

在“熔化和浇注”生产方法中，将固态金属炉料进料到坩埚或钢包中，将其加热到金属炉料的熔化温度以上的温度。当金属炉料完全熔化后，将其浇注(浇铸(cast))到锭模中，在锭模中冷却并凝固成相应的铸锭，然后将新的金属炉料进料至坩埚或钢包中。因此，在“熔化和浇注”生产方法中，将坩埚或钢包的温度保持接近金属炉料的熔化温度，在模具中发生铸锭的凝固和冷却。

尽管这种“熔化和浇注”的生产方法在能量消耗方面是有利的，但是它们具有一些缺点，其中特别是浇注操作造成金属损失以及随之而来的经济损失这一事实。

另一个缺点在于，该方法的实施需要特定的安全措施以确保操作员的安全。

已知的固态金属炉料直接在发生凝固的锭模中熔化的生产方法有两种类型：

-隧道型，其中多个处理站(processstation)沿着一条水平展开的生产线相继连接；

-静态型，带有单个垂直展开的处理站。

隧道型方法包括多个单元或站，这些单元或站由多个锭模或锭模行列相继穿过：用于向各模具装载固态金属炉料(通常为各种大小的粉末、微粒(particle)、颗粒(granule)或碎片形式)的站、各模具中装载的金属炉料的熔化站、各模具中的由熔融金属炉料直至获得相应铸锭的凝固站、包含相应铸锭的各模具的冷却站、从各模具中取出相应铸锭的模具的卸载站。

这种类型的方法通常在连续装置中进行，所述连续装置可以配备有隧道炉，以及沿着所述隧道炉相继连接的熔化站、凝固站和可能的冷却站。在同一作者名下的文献IT1293022、IT1405105(EP2694234)，以及TERA AUTOMATION名下的IT1420976(EP3077139)中描述了此类装置的实例。

静态型方法提供垂直展开的单个站，在该站中进行了熔化、凝固和冷却步骤。

将各预先装载有固体金属炉料(通常为各种大小的粉末、微粒、颗粒或碎片的形式)的一个或多个锭模插入到该单个站中，在进行熔化、凝固和冷却步骤期间均停留在此处。

在已知类型的后一种方法和装置中，熔融金属炉料凝固后，将模具冷却至环境温度，环境温度在标准条件下通常约为20-25℃，且在任何情况下均不高于50℃，因此必须允许随后处理模具(处理通常由操作员手动实施)，以便在装置的入口处使模具本身再循环，以连续进行该生产方法。

与“熔化和浇注”类型的方法和装置相比，这些最近已知的方法和装置使得通过消除浇注或浇铸步骤，可以消除任何金属损失并更好地确保了操作员的安全。

它们还允许对单个生产步骤进行更高程度的控制，以获取符合行业标准和法规(例如LBMA-伦敦金银市场协会的标准)所设定的关于铸锭纯度和化学成分，以及形状、尺寸、金相和表面结构的质量要求的铸锭。

然而，与已知的“熔化和浇注”类型的方法和装置相比，后一种已知类型的方法和装置在能耗方面是不经济的，因为每个循环都需要从环境温度开始加热模具直至它们达到高于金属炉料的熔化温度的温度，从而具有高能量吸收。

而且，尽管后面的这些已知类型的方法和装置是连续进行的，但是它们在生产效率方面存在限制；限制原因在于每个生产周期的持续期间，其需要从环境温度开始加热模具，随后将其冷却至环境温度。

还应注意，这些已知类型的方法和装置，特别是隧道型的方法和装置，通常需要使用由多个锭模组成的行列，通常不少于六个，以确保生产具有一定程度的连续性，从而具有后续的投资成本。

最后，应注意的是，这些已知类型的装置，特别是隧道型的装置，尺寸较大并且需要较大的安装空间。

本发明的目的是提供一种生产金属铸锭的方法和一种实施这种方法的生产金属铸锭的装置，在该类型的方法和装置中，将固态的金属炉料直接熔化到发生凝固的模具中，克服了现有技术的缺点。

在这个整体目标范围内，本发明的一个特定目的是提供一种生产金属铸锭的方法和一种实施这种方法的生产金属铸锭的装置，与其中固态金属炉料直接在发生凝固的锭模中熔化的已知类型(特别是隧道型和/或具有单站的静态型)的方法和装置相比，其能够减少总能量消耗。

本发明的另一个目的是提供一种生产金属铸锭的方法和一种实施这种方法的生产金属铸锭的装置，与其中固态金属炉料直接在发生凝固的锭模中熔化的已知类型(特别是隧道型和/或单站的静态型)的方法和装置相比，该方法能够提高生产效率。

本发明的另一个目的是提供一种生产金属铸锭的方法和一种实施这种方法的生产金属铸锭的装置，该方法能够获得满足工业标准和法规要求的高质量的铸锭。

本发明的另一个目的是提供一种生产金属铸锭的装置，该装置特别简单且功能强大，具有减小的总体尺寸和成本效益。

由以下描述而显而易见的这些目的和其他目的将通过权利要求1所述的生产金属铸锭的方法来实现。

由以下描述而显而易见的这些目的和其他目的将通过权利要求11所述的生产金属铸锭的装置来实现。

在从属权利要求中描述了其他特征。

根据本发明的第一方面，提供了一种生产金属铸锭的方法，至少包括以下步骤：

a)用固态金属炉料填充锭模，以形成相应的铸锭，其中所述金属炉料的熔化温度T_f高于环境温度T_a，

b)通过将填充有固态金属炉料的锭模加热至加热温度T_rs，直至金属炉料熔化，来将所述固态金属炉料熔化，所述加热温度T_rs高于或等于所述金属炉料的熔化温度T_f，

c)通过将包含所述熔融金属炉料的所述锭模冷却或使其冷却至冷却温度T_rf，直至所述金属炉料凝固为相应的铸锭，来将所述金属炉料凝固或使其凝固为相应的铸锭，所述冷却温度T_rf低于所述熔化温度T_f且高于环境温度T_a，

d)从所述锭模中脱出所述铸锭，

e)重复从a)到d)的步骤，

其中，在稳态下，当所述锭模分别处于脱出温度T_e和填充温度T_rp时，进行所述脱出d)和填充a)步骤，脱出温度T_e和填充温度T_rp各自低于或等于所述冷却温度T_rf且高于所述环境温度T_a。

环境温度T_a通常是指大约20℃-25℃的标准参考温度，以及考虑到特定的领域，通常不高于50℃。

本发明的方法属于这样的类型，即固态金属炉料直接熔化到锭模中，在所述锭模中，发生随后的熔融金属炉料的凝固，并伴随着形成至少一个相应的铸锭。

固态金属炉料是指由金属材料的粉末、微粒、颗粒、碎片等形成的块。

金属材料尤其是指选自贵金属和非贵金属及其合金的金属材料。

贵金属是指至少选自以下的金属：已知纯度/滴定度的金、银、铂和钯的纯金属或合金。

非贵金属是指至少选自以下的金属：已知纯度/滴定度的铜、铝或其他的纯金属或合金。

本发明尤其不涉及生产熔化温度低于500℃的金属材料的铸锭。

根据文献，以上列出的呈纯态的各贵金属的熔化温度T_f明显高于环境温度T_a：

-纯金的熔化温度T_f为1063℃；

-纯银的熔化温度T_f为961℃；

-纯铂的熔化温度T_f为1773℃；

-纯钯的熔化温度T_f为1555℃。

相反，关于以上列出的呈纯态的非贵金属(有色金属)，基于文献中报道的数据：

-纯铜的熔化温度T_f为1083℃；

-纯铝的熔化温度T_f约为660℃。

当将固态金属炉料装入至少一个锭模中时，固态金属炉料的温度基本等于环境温度T_a。

除第一启动周期外，在每个生产周期的装载步骤a)中，在稳态下，至少一个锭模处于高于环境温度T_a的填充温度T_rp下。在稳态条件下，也就是说，当至少一个锭模仍处于“热”状态时，将温度(填充温度T_rp)有利地接近进行凝固步骤的冷却温度T_rf的固态金属炉料引入至少一个锭模中。

熔化步骤b)通过将填充有至少一种固态金属炉料的至少一个锭模加热至加热温度T_rs直至金属炉料完全熔化来进行，所述加热温度T_rs高于或等于金属炉料的熔化温度T_f。

通常，加热温度T_rs高于熔化温度T_f至少50℃，加热温度T_rs优选高于熔化温度T_f至少100℃且不超过400℃(T_f≤T_rs≤(T_f+400℃))，甚至更优选不超过200℃(T_f≤T_rs≤(T_f+200℃))。

取决于可能出现在金属炉料中的杂质的类型，实际上，通常需要将锭模加热到高于熔化温度T_f约50-200℃的加热温度T_rs，以便正确地使熔融金属熔池均匀化。

熔化步骤b)可以使用任何已知类型的加热单元进行，例如燃烧器类型、电阻器或感应加热元件。

凝固步骤c)包括将熔融金属炉料凝固或使其凝固，形成相应的铸锭，将含有相应熔融金属炉料的至少一个锭模冷却或使其冷却至冷却温度T_rf，直至熔融金属炉料完全凝固，所述冷却温度T_rf低于熔化温度T_f且高于环境温度T_a(T_a<T_rf<T_f)。

冷却温度T_rf比熔化温度T_f低至少50℃，优选低至少100℃(T_a<T_rf≤(T_f-100℃))。

对于熔化温度T_f高于600℃-700℃的金属炉料，冷却温度T_rf低于熔化温度T_f且高于或等于400℃，优选高于或等于500℃(400℃≤T_rf＜T_f；400℃≤T_rf＜(T_f-100℃))。

采用已知系统进行凝固步骤c)；特别地，凝固步骤c)可以通过使至少一个锭模自然冷却或通过使用冷却单元来进行，所述冷却单元的类型例如具有各种形状的板，并通过循环冷却流体而进行冷却，例如同一作者在IT1405105(EP2694234)中所描述的。

根据本发明，当至少一个模具分别处于脱出温度T_e和填充温度T_rp时，进行脱出步骤d)和填充步骤a)，脱出温度T_e和填充温度T_rp各自低于或等于冷却温度T_rf(在该温度下锭模用于进行凝固步骤c))且高于环境温度T_a(T_a<T_e≤T_rf，T_a<T_rp≤T_rf)。

因此，根据本发明，在凝固步骤c)之后，所述生产方法不含有任何将至少一个锭模冷却至环境温度T_a的冷却步骤。

在进行凝固步骤c)之后立即进行脱出步骤d)，并且在进行脱出步骤d)之后立即进行填充步骤a)。

根据本发明，在该方法的各步骤中，包括在脱出d)和填充a)步骤中，至少一个模具始终处于高于环境温度的温度T，从而减少了将至少一个锭模返回加热温度T_rs的时间和能量消耗。

除其他事项外，至少一个锭模的温度，特别是其脱出温度T_e和填充温度T_rp高于环境温度T_a多少度，这取决于处理过的金属材料(特别是其熔化温度T_f和需要将用于熔融金属炉料完全凝固的至少一个模具降至的冷却温度T_rf)，以及进行脱出步骤d)和填充步骤a)的时间和条件。

有利地，根据本发明，当至少一个模具分别处于脱出温度T_e和填充温度T_rp时，进行脱出d)和填充a)步骤，脱出温度T_e和填充温度T_rp基本上相等，在约50-100℃的范围内变化。

有利地，根据本发明，当至少一个模具分别处于脱出温度T_e和填充温度T_rp时，进行脱出d)和填充a)步骤，脱出温度T_e和填充温度T_rp各自基本等于冷却温度T_rf，即等于冷却温度T_rf减去凝固步骤c)完成后立即进行脱出步骤d)和填充步骤a)所需的时间内锭模温度自然经历的降低。

这样的降低(即在凝固步骤c)与脱出d)和填充a)步骤之间的锭模温度的降低)有利地低于150℃-200℃，优选低于100℃，甚至更优选低于50℃：

-(T_rf-200℃)≤T_e≤T_rf且(T_rf-200℃)≤T_rp≤T_rf；

-优选地，(T_rf-150℃)≤T_e≤T_rf且(T_rf-150℃)≤T_rp≤T_rf；

-甚至更优选地，(T_rf-50℃)≤T_e≤T_rf且(T_rf-50℃)≤T_rp≤T_rf。

这例如通过在凝固步骤c)之后不超过60秒、优选少于30秒的时间内进行脱出步骤d)，以及在脱出步骤d)后不超过60秒、优选少于30秒的时间内进行填充步骤a)而获得。

考虑到熔化温度T_f高于600℃-700℃的金属炉料，例如在金属炉料为贵金属或有色金属类型的非贵金属的纯金属或其合金的情况下，如上所述，至少一个锭模的冷却温度T_rf低于熔化温度T_f且高于或等于400℃(400℃≤T_rf＜T_f)，优选地高于或等于500℃，脱出d)和填充a)步骤在至少一个模具分别处于脱出温度T_e和填充温度T_rp时进行，所述脱出温度T_e和填充温度T_rp各自低于或等于冷却温度T_rf且高于或等于400℃，优选高于或等于500℃，当然取决于所设定的冷却温度T_rf(400℃≤T_e≤T_rf，400℃≤T_rp≤T_rf)。

有利地，考虑到贵金属或有色金属类型的非贵金属的纯金属或其合金的金属炉料，如上所述，冷却温度T_rf低于熔化温度T_f不超过300℃，甚至更优选低于熔化温度T_f不超过200℃。

在这种情况下，脱出温度T_e和填充温度T_rp各自低于或等于冷却温度T_rf且高于或等于400℃，优选高于或等于500℃；甚至更优选脱出温度T_e和填充温度T_rp各自低于冷却温度T_rf不超过150℃-200℃，优选不超过100℃-150℃，甚至更优选不超过50℃-100℃。

实际上，脱出温度T_e，尤其是填充温度T_rp越高，在后续生产周期的熔化步骤b)和相对进行时间中实现的节能量就越高。

例如，在金属炉料由纯银组成的情况下，其熔化温度T_f约等于961℃：

-熔化步骤b)通过使锭模达到1050℃-1250℃的加热温度T_rs来进行，

-凝固步骤c)通过使锭模达到700℃-900℃、优选750℃-850℃的冷却温度T_rf来进行，以及

-当锭模分别处于脱出温度T_e和填充温度T_rp时，进行脱出步骤d)和填充步骤a)，所述脱出温度T_e和填充温度T_rp各自低于或等于冷却温度T_rf且高于或等于400℃，优选高于或等于500℃，甚至更优选低于冷却温度T_rf不超过150℃-200℃，优选不超过100℃-150℃，甚至更优选不超过50℃-100℃，因此在400℃-850℃范围内。

例如，在金属炉料由纯金组成的情况下，其熔化温度T_f大约等于1063℃：

-熔化步骤b)通过使锭模达到1250℃-1450℃的加热温度T_rs来进行，

-凝固步骤c)通过使锭模达到800℃-1000℃、优选850℃-950℃、甚至更优选900℃-950℃的冷却温度T_rf来进行，以及当锭模分别处于脱出温度T_e和填充温度T_rp时，进行脱出步骤d)和填充步骤a)，所述脱出温度T_e和填充温度T_rp各自低于或等于冷却温度T_rf，且高于或等于400℃，优选高于或等于500℃，甚至更优选低于冷却温度T_rf不超过150℃-200℃，优选不超过100℃-150℃，甚至更优选不超过50℃-100℃，因此在400℃-950℃范围内。

根据本发明的另一方面，所述由a)到d)的步骤各自均在基本上惰性的气氛中或真空条件下进行。

基本上惰性的气氛是指用氩或氮类型的惰性气体获得的非氧化性气氛，任选地与一定百分比的一些氢气混合。

不仅熔化步骤b)和凝固步骤c)在基本上惰性气氛或在真空条件下进行，而且脱出步骤d)和填充步骤a)也在基本上惰性气氛或在真空条件下进行，以避免通常由石墨制成的锭模的氧化现象，特别是当锭模分别处于脱出温度T_e和填充温度T_rp，进行脱出步骤d)和填充步骤a)时，所述脱出温度T_e和填充温度T_rp各自高于400℃-500℃(在此温度下，石墨在空气中氧化)，也限制了形成炉料的金属材料的任何氧化现象。

因此，根据本发明的另一方面，填充步骤a)在基本上惰性的气氛条件下或在真空条件下进行。

填充步骤a)采用惰性气流或产生真空条件对固态金属炉料进行预处理或“洗涤”步骤，然后再将其沉积在锭模中。

脱出步骤d)也在基本上惰性的气氛条件下或在真空条件下进行。

脱出步骤d)可以例如通过倾斜锭模或借助于机械手抽出包含在其中的铸锭而进行。

本发明的方法进一步包括冷却步骤f)，该冷却步骤f)为将从至少一个锭模中脱出的至少一个铸锭冷却至环境温度T_a。

铸锭的冷却步骤f)可以例如通过将铸锭浸入含有冷却液(水)的储罐中、通过冷却液(水)的射流冲击铸锭、通过冷却液在其中循环的冷却板的方式，在空气等中进行。

有利地，冷却步骤f)通过将铸锭浸入含有冷却液(水)的储罐中进行，其中在脱出步骤d)期间铸锭被直接浸入。在这种情况下，冷却液(水)可以用作适于在脱出步骤d)期间保持基本上惰性气氛的屏障。

因此，根据本发明的另一方面，至少步骤a)-e)(即填充、熔化、凝固和脱出)在产生并保持基本上惰性的气氛或真空条件的密闭室中进行。

密闭室可由一个单独的隔间(space)组成，在该隔间内部形成并保持基本上惰性的气氛或真空条件，也可以由多个内部相互连通或通过带有可移动或可移除型的门或保护屏障的保护路径(例如隧道型)相互连通的隔间或隔室(compartment)组成，其中在每个室或隔室以及每个保护路径内均产生并保持了基本上惰性的气氛或真空条件。

每个室或隔室可用于进行铸锭的一个或多个方法步骤a)到d)(即填充、熔化、凝固和脱出)，以及任选的冷却步骤f)。

有利地，填充a)和凝固c)步骤在密闭室的相同隔间或隔室中进行。

有利地，填充a)步骤、凝固c)步骤和脱出d)步骤在密闭室的相同隔间或隔室中进行。

如果通过将铸锭浸入含有冷却液(水)的储罐中进行铸锭的冷却步骤f)，则将该储罐部分插入密闭室中与进行脱出步骤d)相同的隔间或隔室中或插入与后者连通的隔间或隔室中，冷却液(水)用作屏障，以将密闭室内部的环境与密闭室外部的环境隔离开。

应注意的是，在生产方法的至少步骤a)-d)(即填充、熔化、凝固和脱出)在如上所述的密闭室中进行的情况下，在该方法循环进行期间，至少一个锭模停留在这样的密闭室中。

在这种情况下，在铸锭的脱出步骤d)之后且在冷却步骤f)之前或之后，所述生产方法还包括至少一个铸锭的移除步骤g)。

移除步骤g)也将通过与密闭室以及密闭室外部的环境连通的隔室进行，并且设有屏障装置，以将密闭室中的大气与密闭室外部环境的大气隔离。

如果铸锭的冷却步骤f)是通过将铸锭浸入含有冷却液(水)的储罐中而进行的，则该相同的储罐可以用作从密闭室中移出铸锭的隔间。

通过以下参考附图的示例性和非限制性的描述，本发明的生产金属铸锭的方法和用于实施根据本发明的方法的生产金属铸锭的装置的特征和优点将变得显而易见，其中：

图1是本发明装置的第一可能实施方案的示意性局部截面图；

图2A至2H示意性地示出了在用于实施本发明方法的几个连续操作步骤中的图1的装置；

图3是本发明装置的第二可能实施方案的示意性局部截面图；

图4A至图4C示意性地示出了在用于实施本发明方法的不同的连续操作步骤中的图3的装置；

图5和图6是本发明装置的第三可能实施方案的示意性局部截面图，分别是正视图和俯视图；

图7A至7N示意性地示出了在实施本发明方法的不同的连续操作步骤中的图5和图6的装置；

图8是本发明的装置的细节的示意性截面图；

图9是本发明装置的第四可能实施方案的示意性局部截面图；

图10A至图10L示意性地示出了在实施本发明方法的不同的连续操作步骤中的图9的装置；

图11是本发明装置的第五可能实施方案的示意性局部截面图；

图12A和图12B示意性地示出了实施本发明方法的两个连续操作步骤中的图11的装置的细节；

图13和图14示出了本发明的生产方法的主要步骤的实施时间表，其可以分别通过如图1和图5以及图9所示的装置来实施。

应注意的是，在以下描述中，将用相同的附图标记表示对应的元件。

此外，为了简化表示，在一些附图(图1、3、5和9)中仅示意性地示出了一些元件；但是，它们无论如何都要存在。概述工艺步骤的剩下的图以简化形式示出了该装置。

参考附图，附图标记10总体上是指生产金属铸锭的装置。

装置10被配置为实施根据本发明的生产金属铸锭的方法。

装置10包括：

-至少一个锭模11，以形成至少一个铸锭L；

-至少一个填充单元12，用于用至少一种固态金属炉料CM填充至少一个锭模11，以形成至少一个铸锭L；

-至少一个热处理单元，用于将至少一个锭模11加热至高于或等于至少一种金属炉料CM的熔化温度T_f的加热温度T_rs，以熔化固态金属炉料，并用于将至少一个锭模11自然冷却或强制冷却到低于熔化温度T_f且高于环境温度T_a的冷却温度T_rf，以将熔融金属炉料CM凝固为相应的铸锭L；

-至少一个脱出单元15，用于从至少一个锭模11中脱出至少一个铸锭L；

-控制单元17，其被配置为控制至少一个填充单元12、至少一个热处理单元和至少一个脱出单元15，以实施根据本发明的和如上所述的生产金属铸锭的方法。

至少一个热处理单元包括至少一个加热单元13，用于将至少一个锭模11加热到高于或等于至少一种金属炉料CM熔化温度T_f的加热温度T_rs，以熔化固态金属炉料CM。

除至少一个加热单元13之外，至少一个热处理单元还可以包括至少一个冷却单元14，用于将至少一个锭模11自然或强制冷却至低于熔化温度T_f且高于环境温度T_a的冷却温度T_rf，以将熔融金属炉料CM凝固为相应的铸锭L。尽管以牺牲工艺效率为代价，可以简单地通过中断至少一个加热单元13的操作进行至少一个锭模的自然冷却，以进行凝固步骤c)。

装置10可包括至少一个操作组件16，用于在至少一个填充单元12、至少一个热处理单元(包括至少一个加热单元13以及任选地至少一个冷却单元14)和至少一个脱出单元15之间移动至少一个锭模11。

至少一个操作组件16也由控制单元17控制。装置10还包括至少一个温度检测设备18，用于检测至少一个锭模11的温度，并且可操作地连接到控制单元17，其中，控制单元17被配置为根据如上所述的至少一个温度检测设备18所检测的温度控制至少一个填充单元12、至少一个热处理单元(包括至少一个加热单元13和任选地至少一个冷却单元14)、至少一个脱出单元15和至少一个操作组件16(如果有的话)，从而实施本发明的生产金属铸锭的方法。

在一个优选的实施方案中，装置10包括至少一个密闭室19，在其内部至少布置有：

-至少一个锭模11的至少一个热处理单元，该热处理单元又包括至少一个锭模11的至少一个加热单元13和任选的至少一个冷却单元14；

-至少一个脱出单元15，用于从至少一个锭模11中脱出至少一个铸锭L；和

-至少一个锭模11。

在这种情况下，至少一个填充单元12包括至少一个计量室(dosing chamber)20，该计量室20设有至少一个排放口21，用于将固体金属炉料CM排放到至少一个锭模11中，其中至少一个排放口21由相应的开关阀22关闭并且通向密闭室19。

至少一个操作组件16(如果存在的话)与密闭室19相关联，以在布置在后者中的至少一个锭模11上操作。

装置10还包括：

-至少一个用于产生基本上惰性的气氛或真空的单元23，该单元23连接到至少一个密闭室19，以在该密闭室19内部产生基本上惰性的气氛或真空条件。

密闭室19可以由至少容纳至少一个热处理单元、至少一个脱出单元15和至少一个填充单元12的至少一个排放口21的单个隔间组成。

根据一个可能的替代实施方案，密闭室19可以由两个或多个隔间或隔室组成或可被划分为两个或多个隔间或隔室，每个隔间或隔室容纳一个或多个操作单元，该操作单元至少包括：至少一个热处理单元、至少一个脱出单元15和至少一个填充单元12的至少一个排放口21。在这种情况下，这样的隔间或隔室通过壁24、25和26或可移动或可移除的屏障和/或通过被相应的壁或可移动或可移除的屏障拦截的诸如隧道式的保护路径彼此连通，其中至少一个基本上惰性或真空气氛生成单元23连接到密闭室19，以在这些隔间或隔室内以及这些可能的隧道式保护路径中的每一个中生成基本上惰性的气氛或真空条件。

至少一个热处理单元包括至少一个加热单元13和至少一个冷却单元14，后者可容纳在相同的隔室或隔间中，或者容纳在被壁或可移动或可移除屏障分开的两个隔室或隔间。

对技术人员显而易见的是，装置10可以包括两个或更多个填充单元12、两个或更多个热处理单元(每个热处理单元又包括至少一个加热单元13和任选的至少一个冷却单元14，同一冷却单元14能够为两个或更多个加热单元13服务，或反之亦然)、两个或更多个脱出单元15和两个或更多个通过至少一个操作组件16在其间操作的锭模11。

装置10还包括至少一个冷却单元27，用于将从至少一个锭模11脱出的铸锭L冷却到环境温度T_a。

在装置10为这样的类型的情况下，即其尤其包括至少一个脱出单元15和至少一个填充单元12的所有操作单元位于一个密闭室19中或以其他方式在一个密闭室19中运行，至少一个冷却单元27可以至少部分地容纳在相同的密闭室19中或其隔间或隔室中。

在这种情况下，特别地，至少一个冷却单元27可以包括至少一个含有冷却液(水)的储罐270，该储罐至少部分地通过密闭室19的壁上形成的开口容纳在密闭室19中或其隔间或隔室中，并形成遮板，因此冷却液(水)充当密闭室19的内外环境之间的隔离屏障。

然后，装置10包括至少一个移除单元29，用于从至少一个密闭室19中移除从至少一个锭模11中脱出的铸锭L。

至少一个移除单元29容纳在与密闭室19和密闭室19外部的环境连通的隔室中，并且该隔室设有适于隔离密闭室内部产生的气氛和密闭室19的外部环境的气氛的屏障装置。

如果至少一个冷却单元27包括至少一个含有冷却液(水)的储罐270，该储罐至少部分地容纳在密闭室19中，则至少一个移除单元29有利地容纳在所述储罐270中，冷却液(水)充当屏障。

应注意的是，操作单元的数量和布局以及操作的锭模11的数量可以根据生产要求、可用空间和其他因素而变化。

有利地，至少一个填充单元12被布置成在密闭室19的相同隔间或隔室中操作，至少一个热处理单元位于该隔间或隔室中，特别是至少一个冷却单元14(如果有的话)位于其中。在这种情况下，至少一个脱出单元15优选地布置为在相同的隔间中操作，这允许减少凝固c)、脱出d)和填充a)步骤之间的时间间隔，因此，限制了锭模11在冷却温度T_rf、脱出温度T_e和填充温度T_rp之间的温度下降。

至少一个加热单元13可以是任何一个已知类型：燃烧器、电加热器或感应加热器。它有利地是感应型的，如附图中示意性地示出的，包括在相对的端部处敞开的隧道室，在该隧道室周围缠绕一个或多个线圈。

至少一个锭模11包括：模具30，其内部形成有用于形成至少一个铸锭L的成形腔，以及可移除型的盖31。

至少一个锭模11由石墨或所谓的碳键合的石墨-粘土-陶瓷复合材料或无石墨的复合材料(例如碳化硅、氧化铝、氧化锆)制成，所有这些在用于高温下熔化或转移熔融金属的坩埚或钢包的生产中已经是已知的。

至少一个冷却单元14可以是已知类型之一；特别地，它可以是具有各种形状的冷却板，并且被冷却液穿过的类型。然而，冷却单元14也可以仅由支撑平面组成，自然地发生冷却(用于凝固步骤c)。

另一方面，根据本发明的一个方面，如果装置10是密闭室型19，则至少一个填充单元12被配置为用金属炉料CM填充至少一个锭模11，在密闭室19内部保持基本惰性的气氛或真空条件。

有利地，为此目的，至少一个填充单元12被配置为在将相同金属炉料CM沉积到至少一个锭模11中之前对其进行预处理，以使其经受惰性气体射流或气流的“洗涤”或产生预真空。

如附图中示意性示出的，至少一个填充单元12包括至少一个计量室20，该计量室设置有至少一个排放口21，用于将固态金属炉料CM排放到至少一个锭模11中，和至少一个进料口32，用于将固体金属炉料CM进料到计量室20中。

至少一个排放口21由相应的开关阀22关闭并且通向密闭室19。

至少一个进料口32由相应的开关阀33关闭并且通向密闭室19的外部。

两个开关阀22和33例如是闸门型的，并且在计量室20内的固体金属炉料CM的装载步骤期间(开关阀22关闭，且开关阀33打开)和在计量室20内的固体炉料CM进入锭模11的排放步骤期间(开关阀22打开，且开关阀33关闭)，其被交替和选择性地控制以打开和关闭。

至少一个填充单元12还包括用于产生惰性气氛或真空条件的辅助单元34，并且该辅助单元34连接到计量室20以在其中产生基本上惰性的气氛或真空条件，即在将固体金属炉料CM排放至锭模11(填充步骤a)之前对其进行预处理。

为此，在保持两个开关阀22、33均关闭的情况下，通过氮气或氩气型的射流或惰性气体流或通过产生预真空来冲击进料至计量室20的金属炉料CM。

在附图所示的实施方案中，计量室20是重力型的，并且包括通过至少一个排放口21与密闭室19内部的环境连通且通过至少一个进料口32与密闭室外部环境连通的管道的一部分。

在一个优选实施方案中，至少一个填充单元12相对移动地支撑朝向和远离至少一个锭模11，从而限制材料在后者的填充步骤中的任何泄漏。

至少一个脱出单元15可以是已知类型中的一种，用于使锭模11倾斜或通过夹持器的机械手、吸引器(吸盘(suctioncup))或其他类型的装置拾取容纳在其中的铸锭L。

在至少一个冷却单元14是冷却板或支撑表面型(supportsurfacetype)的情况下，有利地，脱出单元15包括能够使冷却板或支撑平面相对于水平轴旋转超过90°的构造，以排出包含在锭模11中的铸锭L。

至少一个移除单元29可以包括各种类型的输送机。

例如，其可以包括带式输送机、辊筒输送机等，或者可以包括支撑平面，其安装在沿着滑动导轨滑动的滑架(carriage)上，其中该支撑平面以有利地可移动的方式沿竖直方向安装在滑动滑架上，以移动到不同的高度。

用于将铸锭L冷却到环境温度T_a的至少一个冷却组件27可以是已知类型中的一种：在装有冷却液(水)的储罐中浸泡、冷却液(水)的射流或雨水、冷却平面或甚至在空气中的自然冷却。

至少一个温度检测设备18可以是热电偶类型、光学高温计或其他已知类型。

至少一个操作组件16可以是作用在锭模11上的线性致动器(如在附图中示意性地表示)、带式输送机、辊筒输送机等类型。

装置10还包括至少一个机械手35，例如夹持器、吸引器等，用于操纵至少一个锭模11的盖31。

图1和图2A至2H所示的装置10的第一实施方案包括由热处理单元组成的“基础单元”(该热处理单元又包括加热单元13和冷却单元14)、填充单元12和脱出单元15，其容纳在密闭室19中，并且锭模11在这些单元之间是可移动的。

然后，装置10在包含冷却液(水)的储罐270中包括移除单元29和浸没型的冷却单元27。在冷却单元27与冷却单元14和脱出单元15之间插有可移动门25，该可移动门25防止在铸锭的冷却期间产生的蒸气撞击特别是冷却单元14。

在加热单元13和冷却单元14之间插有适于热屏蔽这两个单元的活动门24。

加热单元13为感应型的，具有隧道式加热室。隧道式加热室以其纵轴平行于水平面的方式布置。

冷却单元14是冷却板式，填充单元12位于其上方。冷却单元14有利地与加热单元13对齐。

脱出单元15是翻转冷却板式。

冷却单元27位于冷却单元14和脱出单元15的下方，以接收从模具11脱出的铸锭L。

移除单元29是支撑平面类型的，其安装在沿着滑动导轨朝向和远离密闭室19滑动的滑架上，其中所述支撑平面以可移动的方式沿着竖直方向安装在滑架上，用于布置在不同的高度。

移除单元29容纳在冷却单元27的储罐270中。

参照图2A至图2H，简要描述了用于实施本发明的生产方法的图1的装置的稳态操作(不包括启动瞬变)。

图2A示出了在加热单元13处的锭模11，其用于将其中所含的金属炉料CM熔化(熔化步骤b))。使锭模11达到加热温度T_rs。在正常操作条件下，熔化步骤b)的持续时间约为10分钟，这也取决于金属材料的类型及其量。

在熔化步骤b)期间，可移动壁24布置成将加热单元13与冷却单元14分开。

一旦完成熔化步骤b)，将锭模11移动到冷却单元14，在此冷却锭模11直到其达到设定的冷却温度T_rf，维持一段时间以足以使熔融金属炉料CM完全凝固(凝固步骤c)，图2B)。凝固步骤b)的持续时间约为5分钟，这也取决于金属材料的类型及其量。

一旦凝固步骤c)完成，当锭模处于进行了凝固步骤的冷却温度T_rf时，打开锭模11，并通过脱出单元15将在其中凝固的铸锭L脱出：冷却板旋转90°以上，使锭模11翻转，从而将铸锭L直接排放至冷却单元27的储罐270中(图2C)。打开插在冷却单元14和冷却单元29之间的可移动门25。

因此，进行的脱出步骤d)的持续时间约为20-30秒，包括将空的锭模11恢复到直线位置。

当锭模11的脱出温度T_e接近进行了凝固步骤c)的冷却温度T_rf时，进行脱出步骤d)。

一旦清空的锭模11返回到翻起(turnedup)位置(图2E)，填充单元12将已经进料并“惰性化”的金属炉料CM排放到锭模11中(填充步骤a))，然后用其自己的盖子将其关闭，并移动到加热单元13处以开始下一个循环(图2F-2H)。

因此，进行填充步骤a)的持续时间约为20-30秒，包括关闭锭模11。

因此，当锭模11处于接近脱出温度T_e，且因此接近进行凝固步骤c)的冷却温度T_rf的填充温度T_rp时，进行填充步骤a)。

在填充步骤a)期间，排放到冷却单元27中的铸锭L通过移除单元29从密闭室19移开(图2D)。

在随后循环的熔化步骤b)中，向填充单元12中进料新的固体金属炉料CM，使用惰性气体或真空对其进行“洗涤”预处理。

图3和图4A-4C所示的装置10的第二实施方案与第一实施方案的不同之处在于脱出单元15、冷却单元27和移除单元29的布置和实施方案。

在这种情况下，脱出单元15是适于从模具11中取出铸锭L并将其沉积在支撑平面或运输平面上的机械手型的、夹持器、吸引器或类似类型的。

冷却单元27被容纳在隔室中，该隔室通过相应的交替且选择性地可移动的门26与密闭室19和密闭室19外部的环境相通。

冷却单元27是浸入式、雨淋式或喷水式的(未示出)。

通过用于产生基本上惰性的气氛的同一单元23或其他辅助单元，容纳冷却单元27的隔室内的环境也具有基本上惰性的气氛。

移除单元29包括容纳在与容纳冷却单元27相同的隔室中的输送机。

图3所示的装置10的操作类似于上面参照图1和图2A-2H所述的操作，不同在于用于进行脱出步骤d)的方法(图4A和4B)、冷却步骤f)和铸锭的移除步骤(图4C)。应注意的是，在进行最后两个步骤期间，密闭室19内部的环境绝不与密闭室19外部的环境直接连通，这是由于提供了至少一对交替地且选择性地可移动的门或屏障26，从而将容纳冷却单元17的隔室与密闭室和外部环境分别隔开。

图5、图6以及图7A-图7N所示的本发明的装置10的第三实施方案包括：

-热处理单元，其又包括：

-至少一个锭模的一对加热单元，分别是第一加热单元13A和第二加热单元13B，以及

-至少一个锭模的单个冷却单元14，

所述加热单元和冷却单元布置在密闭室19内部。

在密闭室19中有一对锭模，分别是第一锭模11A和第二锭模11B。

第一加热单元13A和第二加热单元13B均是感应型的，其隧道加热室有利地使其纵轴与水平面同轴且平行。

冷却单元14被布置为服务于两个加热单元13；例如，如附图所示，冷却单元14以沿水平方向排列的布置插入加热单元13A、13B。

至少一个操作组件16布置成：

-在第一加热单元13A、冷却单元14、脱出单元15和填充单元12之间移动第一锭模11A，和

-在第二加热单元13B、冷却单元14、脱出单元15和填充单元12之间移动第二锭模11B。

操作组件16可以被配置成使两个锭模11A、11B同时同步地或彼此独立地移动，也可以延迟时间移动。

对于其余部分，装置10是图1所示的类型，其描述特别地涉及填充单元12、脱出单元15，以及冷却单元27和移除单元29的布置和构造。

在这种情况下，在正常操作条件下，第一锭模11A被第一加热单元13A加热而第二模具11B被冷却单元14冷却的操作周期，与第一锭模11A被冷却单元14冷却而第二锭模11B被第二加热单元13B加热的操作周期交替进行。这使得装置10的生产率提高。

应注意的是，如技术人员立即理解的那样，可以用一对冷却单元和两个冷却单元共有的加热单元来实施装置10。

同样在这种情况下，根据以上描述和附图，技术人员在理解图5、图6和图7A-7N中所示的用于实施根据本发明的方法的装置10的操作方面没有困难。

参考附图，图7A-7E示出了装置10的初始启动步骤：

-第二锭模11B位于相应的第二加热单元11B处，在该处对其进行加热，

-第一模具11A在填充单元12处(布置在冷却单元14处)，在该处，将金属炉料CM排放到第一锭模11A中，然后该第一锭模11A被相应的盖关闭。

如此填充的第一锭模11A转移至第一加热单元13A处，并且一旦第二模具11B达到期望的加热温度，就将其转移至填充单元12处(图7F)。两个锭模的移动可以是同步的或独立的。

第二锭模11B又由填充单元12填充金属炉料CM。

将第一锭模11A加热到加热温度T_rs，维持一段时间以足以完全熔化其中的金属炉料CM(熔化步骤b))。在正常操作条件下，熔化步骤b)的持续时间约为10分钟，这也取决于金属材料的类型及其量。

一旦第一锭模11A中存在的金属炉料熔化，就将其转移至冷却单元14处。第二锭模11B转移至第二加热单元13B处。第二锭模11B在填充单元12和第二加热单元13B之间的转移可以与第一锭模11A从第一加热单元13A到冷却单元14的移动同时并同步地进行，或也可以在延迟时间内独立地进行(图7G)。

将第一模具11A冷却直至达到设定的冷却温度T_rf，维持一段时间以足以完成熔融金属炉料CM的凝固(凝固步骤c))。凝固步骤b)的持续时间约为5分钟，这也取决于金属材料的类型及其量。

一旦凝固步骤c)完成，则当第一锭模11A处于已经进行了凝固步骤的冷却温度T_rf时，打开第一锭模11A并且将在其中凝固的铸锭L通过脱出单元15脱出：冷却板旋转超过90°，使锭模11翻转，从而将铸锭L直接排放到冷却单元27的储罐270中(图7G和7H)。打开插在冷却单元14和冷却单元29之间的可移动门25。

这样进行的脱出步骤d)的持续时间约为20-30秒，包括将空的第一锭模11A返回到直线位置(图7I)。

当第一锭模11A处于接近于已进行凝固步骤c)的冷却温度T_rf的脱出温度T_e时，进行脱出步骤d)。

一旦清空的第一锭模11A返回到翻起位置，填充单元12就将已经进料和“惰性化”的金属炉料CM排放到第一锭模11A中(填充步骤a))，然后用第一锭模11A自己的盖子将其关闭，并移动至第一加热单元13A处以开始随后的循环(图7I-7N)。

填充步骤a)的持续时间约为20-30秒，包括关闭第一锭模11A。

当第一锭模11A处于接近脱出温度T_e，和因此接近已进行凝固步骤c)的冷却温度T_rf的填充温度T_rp时，进行填充步骤a)。

在填充步骤a)中，排放到冷却单元27中的铸锭L通过移除单元29从密闭室19移走(图7L和7M)，返回到初始位置(图7N)。

在进行第一锭模11A的凝固b)、脱出d)和填充a)步骤时，第二锭模11B在第二加热单元13B处，在此处其中的金属炉料CM被熔化。

当第一锭模11A转移至第一加热单元13A处，以开始随后的循环时，第二锭模11B转移至冷却单元14处以按照与上述参照第一锭模11A完全相同的方式进行凝固c)、脱出d)和填充a)步骤(图7N)。

有利地，在填充单元12中的单个金属炉料CM的进料在至少与两个锭模的熔化和冷却时间重叠的时间进行。

如技术人员立即理解的那样，将固体金属炉料CM进料至填充单元12的步骤通过以下步骤进行：

-通过开关阀22关闭排放口21，

-通过相应的开关阀33打开进料口32，

-将先前称重的金属炉料CM进料到计量室20中，

-通过相应的开关阀33关闭进料口32，

-在计量室20中注入惰性气体或产生真空，同时保持排放口和进料口关闭。

图13示出了一个表，其中：第一列示出了根据本发明的生产方法的主要步骤，其使用诸如第一、第二和第三实施方案的装置进行，第二列示出了第一列中记录的各步骤的执行时间(以秒为单位)，第三列示出了在正常条件下从循环开始起的递增时间(progressivetime)(以秒为单位)，第四列示出了一个图表，该图表在水平轴上显示出将生产周期根据第一列示出的工艺步骤划分为增量阶段(每5秒)的时间跨度，其中水平条表示每个单独工艺步骤的顺序、持续时间和时间跨度。由于某些工艺步骤的执行时间不相关，因此未示出。

图9和图10A-10L所示的装置10的第四实施方案与图1和图2A-2H所示的第一实施方案的不同之处在于：形成热处理单元的加热单元13和冷却单元14的相对布置。

如技术人员立即理解的那样，在这种情况下，加热单元13是感应型的，其隧道加热室布置成其纵轴沿垂直轴线对齐。

对于其余部分，装置10类似于图1和图2A-2H所示的装置：

-冷却单元14是紧邻加热单元13布置的冷却板式，

-填充单元12布置在形成冷却单元14的冷却板上方，

-脱出单元15是适于通过冷却板的旋转使锭模11倾斜的类型。

冷却单元27是浸入式的，其储罐270部分地容纳在密闭室19中，以接收从锭模11中脱出的铸锭。储罐270穿过密闭室19的壁在密闭室19的外部延伸，形成遮板。

移除单元29是具有支撑平面的类型，所述支撑平面安装在沿着滑动导轨滑动的滑架上，该滑动导轨部分在密闭室19中延伸并且部分在密闭室19的外部延伸。支撑平面由沿竖直方向可移动的滑架支撑。整个移除单元29容纳在储罐270中。

同样在这种情况下，提供了将加热单元13与冷却单元14分开以及冷却单元14和冷却单元27分开的门或可移动壁24和25。

在这种情况下，操作组件16还包括致动器，该致动器适于将锭模从冷却单元14移动到加热单元13，反之亦然。在所示的情况下，设置垂直致动器160，其支撑锭模11的陶瓷支撑板161，该陶瓷支撑板可交替地从加热单元13的加热室插入和抽出。

技术人员根据以上描述以及图10A-10L可以立即理解图9所示的用于实施根据本发明的方法的装置10的操作，其示出了：

-用固态金属炉料CM填充锭模11的填充步骤a)(图10A-10C)，

-装载到锭模11中的金属炉料CM的熔化步骤b)，其中使锭模11在高于熔化温度T_f的加热温度T_rs下保持一段时间，以足以使金属炉料CM完全熔化(图10D)，

-金属炉料CM的凝固步骤c)，其中将锭模11冷却到低于熔化温度T_f但高于室温T_a的冷却温度T_rf，维持一段时间，以足以完成金属炉料的凝固(图10E)，

-从锭模11中脱出铸锭L的脱出步骤d)(图10G)，其发生在当锭模11处于接近凝固发生的脱出温度T_e的冷却温度时，

-锭模11的填充步骤a)，锭模11清空，且锭模11处于接近于发生凝固的冷却温度T_rf的填充温度T_rp，随后立即开始新的循环(图10H-10L)，同时冷却并移除前一个循环中脱出的铸锭L。

图11和图12A-12B所示的第五实施方案与图9和图10A-10L所示的实施方案的不同之处仅在于，冷却单元14与加热单元13对齐。

冷却单元14是板式的，其在强制冷却的情况下被冷却，或者在自然冷却的情况下构成支撑平面，该支撑平面由垂直致动器161支撑，并设有可伸缩柱162，通过该柱162，锭模11分别被支撑和与冷却单元14间隔开。

图12A示出了熔化步骤b)中的锭模11，其中通过隔开冷却单元14的锭模11并将其支撑在加热单元13的加热室内来抽出柱162。

图12B示出了凝固步骤c)中的锭模11，其中柱162缩回，使锭模11位于冷却单元14的板上。

在这种情况下，在填充单元12的下方提供了支撑表面150，该支撑表面150优选是倾斜型的。

图14示出了类似于图13的表，在显示递增时间的列之前，该表格为实施根据本发明方法的装置的第四实施方案。

应注意的是，在本说明书中使用的术语“单元”'应被理解为是“设备(device)”、“站(station)”或“装置(apparatus)”的同义词，但是实现了所确定的加热、冷却(自然或强制)、脱出、填充、移除等功能。

最后，应注意的是，所示和描述的装置的实施方案不应理解为限制的意义，加热、冷却、脱出、填充和转移单元的数量、布置和结构可以根据具体要求变化。

因此，例如，可以提供一种类似于图9和11所示的装置，该装置具有两个加热单元和一个它们共用的冷却单元，或反之亦然。

或者又可行的是，装置10包括重复的如图1或3所示的“基本单元”。

通常，至少一个冷却单元14可以是其上放置有锭模的板式，其中在冷却步骤为强制冷却的情况下，所述板是冷却型的(例如用于在其中循环冷却液)，或在冷却步骤是自然冷却的情况下，形成简单的支撑平面。

从进行的测试中发现，与已知类型的方法和装置——其中熔化直接在发生凝固的锭模中进行——相比，本发明的方法和生产装置允许获得甚至50％的节能，即使金属进料在环境温度下也是如此。

这是由于以下事实：当锭模分别处于基本上等于或在任何情况下都接近冷却温度的脱出和填充温度时进行脱出和填充步骤，冷却温度为凝固熔融金属炉料时锭模所达到的温度；冷却温度T_rf有利地比金属炉料的熔化温度T_f低300℃，有利地低200℃，而脱出温度T_e和填充温度T_rp都有利地比冷却温度T_rf低50℃-100℃。对于贵金属材料的金属炉料，脱出温度T_e和填充温度T_rp均高于400℃，有利地高于500℃。

本发明的方法和装置还允许提高生产效率。

本发明的装置也是紧凑型的，并且不需要在其外部对锭模进行任何操作以在生产周期中对其进行“再循环”，从而简化了其结构和对参与操作该装置的操作者的安全性。

Claims

1.一种生产金属铸锭(L)的方法，至少包括以下步骤：

a)用至少一种固态金属炉料(CM)填充至少一个锭模(11)，以形成至少一个相应的铸锭(L)，其中所述金属炉料(CM)的熔化温度(T_f)高于环境温度(T_a)，

b)通过将填充有所述至少一种固态金属炉料(CM)的所述至少一个锭模(11)加热至加热温度(T_rs)，直至金属炉料熔化，来将所述至少一种固态金属炉料(CM)熔化，所述加热温度(T_rs)高于或等于所述至少一种金属炉料(CM)的熔化温度(T_f)，

c)通过将包含所述至少一种熔融金属炉料(CM)的所述至少一个锭模(11)冷却或使其冷却至冷却温度(T_rf)，直至所述熔融金属炉料(CM)凝固为所述相应的铸锭(L)，来将所述至少一种熔融金属炉料(CM)凝固或使其凝固为相应的铸锭(L)，所述冷却温度(T_rf)低于所述熔化温度(T_f)且高于环境温度(T_a)，

d)从所述至少一个锭模(11)中脱出所述铸锭(L)，

e)重复所述步骤a)-d)，

其中，在稳态下，当所述至少一个锭模(11)分别处于脱出温度(T_e)和填充温度(T_rp)时，进行所述脱出d)和填充a)步骤，脱出温度(T_e)和填充温度(T_rp)各自低于或等于所述冷却温度(T_rf)且高于所述环境温度(T_a)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个锭模(11)的所述冷却温度(T_rf)低于所述熔化温度(T_f)且高于或等于400℃，优选高于或等于500℃，其中当所述至少一个锭模(11)分别处于脱出温度(T_e)和填充温度(T_rp)时，进行所述脱出d)和填充a)步骤，脱出温度(T_e)和填充温度(T_rp)各自低于或等于所述冷却温度(T_rf)且高于或等于400℃，优选高于或等于500℃，所述熔化温度(T_f)高于600℃，优选高于700℃。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述脱出温度(T_e)和所述填充温度(T_rp)基本上相等。

4.根据前述权利要求中一项或多项所述的方法，其中所述脱出温度(T_e)和所述填充温度(T_rp)各自基本上等于所述锭模(11)的所述冷却温度(T_rf)。

5.根据前述权利要求中一项或多项所述的方法，其中所述固态金属炉料(CM)包括至少一种金属材料的微粒、粉末、颗粒、碎片等，所述金属材料选自贵金属或有色金属类型的非贵金属的纯金属或其合金，其中所述贵金属至少选自金、银、铂和钯，所述有色金属类型的非贵金属至少选自铜、铝等。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述锭模的所述冷却温度(T_rf)低于所述熔化温度不超过300℃，优选不超过200℃，所述脱出温度(T_e)和所述填充温度(T_rp)各自低于或等于所述冷却温度(T_rf)且高于或等于400℃，优选高于或等于500℃，甚至更优选低于所述冷却温度(T_rf)不超过150℃-200℃，甚至更优选低于所述冷却温度(T_rf)不超过50℃-100℃。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述金属材料由纯银组成，其熔化温度约为961℃，其中所述锭模的所述冷却温度(T_rf)为700℃-900℃，所述脱出温度(T_e)和所述填充温度(T_rp)各自低于或等于所述冷却温度(T_rf)且高于或等于400℃，优选高于或等于500℃，甚至更优选低于所述冷却温度(T_rf)不超过150℃-200℃，甚至更优选低于所述冷却温度(T_rf)不超过50℃-100℃。

8.根据权利要求5所述的方法，其中所述金属材料由纯金组成，其熔化温度(T_f)约为1063℃，其中所述锭模的所述冷却温度(T_rf)为800℃-1000℃，所述脱出温度(T_e)和所述填充温度(T_rp)各自低于或等于所述冷却温度(T_rf)且高于或等于400℃，优选高于或等于500℃，甚至更优选低于所述冷却温度(T_rf)不超过150℃-200℃，甚至更优选低于所述冷却温度(T_rf)不超过50℃-100℃。

9.根据前述权利要求中一项或多项所述的方法，其中所述步骤a)-d)中每一步均在基本上惰性的气氛或真空条件进行。

10.根据前述权利要求中一项或多项所述的方法，其还包括以下步骤：

f)将从所述至少一个锭模(11)中脱出的至少一个铸锭(L)冷却至环境温度(T_a)。

11.一种生产金属铸锭的装置(10)，包括：

-至少一个锭模(11)，用于形成所述至少一个铸锭(L)；

-至少一个填充单元(12)，用于使用至少一种固态金属炉料(CM)填充所述至少一个锭模(11)，以形成所述至少一个铸锭(L)；

-至少一个热处理单元，用于将所述至少一个锭模(11)加热至加热温度(T_rs)以熔化所述固态金属炉料，所述加热温度(T_rs)高于或等于所述至少一种金属炉料(CM)的熔化温度(T_f)，且用于将所述至少一个锭模(11)自然或强制冷却至冷却温度(T_rf)以将所述熔融金属炉料(CM)凝固为所述相应的铸锭(L)，所述冷却温度(T_rf)低于所述熔化温度(T_f)且高于环境温度(T_a)；

-至少一个脱出单元(15)，用于从所述至少一个锭模(11)中脱出所述至少一个铸锭(L)；

-控制单元(17)，配置为控制所述至少一个填充单元(12)、所述至少一个热处理单元和所述至少一个脱出单元(15)，以实施根据前述权利要求中一项或多项所述的生产金属铸锭的方法。

12.根据权利要求11所述的装置(10)，包括至少一个温度检测设备(18)，用于检测所述至少一个锭模(11)的温度，其可操作地连接至所述控制单元(17)，其中所述一个控制单元(17)配置为根据所述至少一个温度检测设备(18)检测的温度来控制所述至少一个填充单元(12)、所述至少一个热处理单元和所述至少一个脱出单元(15)。

13.根据权利要求11或12所述的装置(10)，其中所述至少一个热处理单元包括：

-至少一个加热单元(13)，用于将所述至少一个锭模(11)加热至加热温度(T_rs)以熔化所述固态金属填料，所述加热温度(T_rs)高于或等于所述至少一种金属炉料(CM)的熔化温度(T_f)。

14.根据权利要求11至13中一项或多项所述的装置，其中所述至少一个热处理单元包括：

-至少一个冷却单元(14)，用于将所述至少一个锭模(11)冷却至冷却温度(T_rf)以将所述熔融金属炉料(CM)凝固为所述相应的铸锭(L)，所述冷却温度(T_rf)低于所述熔化温度(T_f)且高于环境温度(T_a)。

15.根据权利要求11至14中一项或多项所述的装置，包括至少一个操作组件(16)，用于在所述至少一个填充单元(12)、所述至少一个热处理单元和所述至少一个脱出单元(15)之间移动所述至少一个锭模(11)，其中所述至少一个操作组件(16)由所述至少一个控制单元(17)控制。

16.根据权利要求11至15中一项或多项所述的装置(10)，包括至少一个密闭室(19)，在其中至少放置以下元件：

-所述至少一个锭模的所述至少一个热处理单元，

-所述至少一个脱出单元(15)，用于从所述至少一个锭模中脱出所述至少一个铸锭，以及

-所述至少一个锭模(11)，

其中所述至少一个填充单元(12)包括至少一个计量室(20)，所述计量室(20)设有至少一个排放口(21)，用于将所述固体炉料(CM)排放到所述至少一个锭模(11)中，所述至少一个排放口(21)由相应的开关阀(22)关闭并通向所述密闭室(19)。

17.根据权利要求15和16所述的装置(10)，其中所述至少一个操作组件(16)与所述密闭室(19)相关联，以在所述至少一个锭模(11)上进行操作。

18.根据权利要求16或17所述的装置(10)，还包括：

-至少一个用于产生基本上惰性的气氛或真空的单元(23)，其连接到所述至少一个密闭室(19)以在该密闭室中形成基本上惰性的气氛或真空条件。

19.根据权利要求13和14所述的装置(10)，其中所述至少一个密闭室(19)被分成两个或更多个隔室，每个隔室容纳所述至少一个热处理单元、所述至少一个脱出单元(15)和所述至少一个填充单元(12)的所述至少一个排放口(21)中的一个或多个，所述至少一个脱出单元(15)用于从所述至少一个锭模中脱出所述至少一个铸锭，所述隔室通过可移动壁或屏障和/或被相应的可移动壁或屏障拦截的隧道路径相互连通，其中所述至少一个用于产生基本上惰性的气氛或真空的单元(23)连接到所述至少一个密闭室(19)，以在每个所述隔室和所述隧道路径中产生基本上惰性的气氛或真空条件。

20.根据权利要求16至19中任一项所述的装置(10)，其中所述至少一个填充单元(12)的所述至少一个计量室(20)包括用于将所述固态金属炉料(CM)进料至所述计量室(20)的进料口(32)，且所述进料口(32)通过相应的开关阀(33)关闭。

21.根据权利要求20所述的装置(10)，其还包括用于产生惰性气氛或真空条件的辅助单元(34)，所述辅助单元(34)连接到所述至少一个填充单元的所述计量室(20)，以在所述计量室内产生惰性气氛或真空条件。

22.根据权利要求16至21中一项或多项所述的装置(10)，还包括至少一个移除单元(29)，用于从所述至少一个密闭室(19)中移除从所述至少一个锭模(11)中脱出的所述至少一个铸锭(L)。

23.根据权利要求22所述的装置(10)，其中所述至少一个移除单元(29)容纳在与所述密闭室(19)以及与所述密闭室(19)外部的环境连通的隔室中，所述隔室设有适于将所述密闭室(19)内的气氛与所述密闭室(19)外的环境的气氛隔离的屏障装置。

24.根据权利要求11至23中一项或多项所述的装置(10)，其还包括至少一个冷却组件(27)，用于将从所述至少一个锭模(11)中脱出的所述至少一个铸锭(L)冷却至环境温度(T_a)。

25.根据权利要求24和权利要求16至23中一项或多项所述的装置(10)，其中所述至少一个冷却组件(27)包括装有冷却液的至少一个储罐(270)，所述至少一个储罐(270)通过所述密闭室的壁上得到的开口至少部分地容纳在所述密闭室(19)中，且形成遮板。

26.根据权利要求24和25所述的装置(10)，其中所述移除单元(29)容纳在所述储罐(270)中。

27.根据权利要求15至26中一项或多项所述的装置(10)，其中所述至少一个热处理单元包括：

-所述至少一个锭模的至少一对所述加热单元，分别是第一加热单元(13A)和第二加热单元(13B)，和所述至少一个锭模的单个所述冷却单元(14)，反之亦然，它们均位于所述密闭室(19)的内部，和

-容纳在所述密闭室(19)中的至少一对所述锭模，分别是第一锭模(11A)和第二锭模(11B)，

其中，在稳态操作条件下，存在交替的操作周期，在其中通过所述至少一对加热单元的所述第一加热单元(13A)加热所述至少一对锭模的所述第一锭模(11A)，同时通过所述单个冷却单元(14)冷却所述至少一对锭模的所述第二锭模(11B)；和这样的操作周期，在其中通过所述单个冷却单元(14)冷却所述至少一对锭模的所述第一锭模(11A)，同时通过所述至少一对加热单元的所述第二加热单元(13b)加热所述第二锭模(11B)，所述至少一个操作组件(16)布置成在所述至少一对加热单元的所述第一加热单元(13A)、所述单个冷却单元(14)、所述至少一个脱出单元(15)和至少一个填充单元(12)之间转移所述至少一对锭模的所述第一锭模(11A)，和在所述至少一对加热单元的所述第二加热单元(13B)、所述单个冷却单元(14)、所述至少一个脱出单元(15)和至少一个填充单元(12)之间转移所述至少一对锭模的所述第二锭模(11B)。