CN113382814A - 用于dc铸造的铸造方法和铸造设备 - Google Patents

Abstract

一种用于铸造纵向铸造产品(90)的方法，包括：使用具有模具(30)的DC铸造设备(10)以半连续的方式铸造纵向铸造产品(90)，其中所述模具(30)具有顶部开口(31)和底部开口(32)并且被构造成使经由所述顶部开口(31)进入所述模具(30)中的熔融金属至少部分地固化并且经由所述底部开口(32)输出所述铸造产品(90)；记录经由所述底部开口(32)输出的铸造产品(90)的热图像；确定包括第一温度范围、第二温度范围以及第三温度范围的至少三个不重叠的温度范围；确定所述热图像中的峰值温度；将所述峰值温度与至少三个温度范围进行比较；以及a)当所述峰值温度包括于所述第一温度范围内时，铸造所述铸造产品(90)，b)当所述峰值温度包括于所述第二温度范围内时，显示指示所述铸造设备(10)的维护要求的信息，并且在铸造所述铸造产品(90)之后并且在执行后续铸造操作之前执行所述铸造设备(10)的维护，c)当所述峰值温度包括于所述第三温度范围内时，中止当前铸造的铸造产品(90)的铸造并且显示指示紧急停机的信息。

Description

用于DC铸造的铸造方法和铸造设备

技术领域

本发明涉及用于有效地铸造比如轧制锭或挤出锭或锻坯的纵向铸造产品的设备和方法。

背景技术

使用直接激冷(DC)铸造设备执行纵向铸造产品的铸造。这样的DC铸造设备包括模具，所述模具被构造成使经由顶部开口引入至所述模具中的熔融金属至少部分地固化。对应于所述铸造产品的至少部分地固化的熔融金属经由底部开口离开所述模具，并且由可竖直地运动的起动器块支撑。所述纵向铸造产品是通过将熔融金属连续地供应至所述模具中同时使支撑由所述熔融金属生产的铸造产品的起动器块竖直地向下运动来生产的。铸造产品可以例如具有1至5米的长度，但是铸造产品可以具有任何长度。在铸造铸造产品之后，中断熔融金属至模具中的流动，将铸造产品从起动器块移出，并且使起动器块竖直地向上运动以封闭所述模具的底部开口。从这种构造开始，可以铸造下一个铸造产品。由于每个铸造产品都是以连续的稳态方式单独地铸造的，并且由于在后续铸造产品的铸造之间存在中断，所以所述工艺被称为“半连续铸造工艺”。在下文中，它也将被称为“DC铸造”或“铸造”。

美国申请第2002/0033246A1公开一种用于DC半连续铸造设备的冷却系统，所述DC半连续铸造设备用于铸造金属、特别地铸造铝锭。DC半连续铸造设备包括布置于带有整体水分配箱的框架结构中的一个或多个激冷设备，所述一个或多个激冷设备包括由用于供应油和/或气体的可渗透的壁元件包围的模具室并且在顶部处敞开，具有用于供应熔融金属的开口，并且在每一铸造操作开始时，所述一个或多个激冷设备在底部处通过可运动的支撑件封闭。通过在模具室内进行的一次冷却以及紧接一次冷却区域下方通过直接水冷却进行的二次冷却以两个阶段冷却金属。

板坯或轧制板坯是一种铸造产品，所述铸造产品随后在轧制工艺中被用来例如生产箔或金属板等并且可以具有矩形横截面。挤出坯料为一种铸造产品，所述铸造产品随后被用于挤出并且可以具有圆形横截面。然而，可通过DC铸造生产的铸造产品不限于随后用于轧制或挤出，而是也可以被用于锻造方法或其它成形方法。

DC铸造期间的一个常见的问题是一种被称为“渗出”的现象。当熔融金属以不受控制的且不希望的方式从模具的底部开口中溢出时，发生渗出。渗出可能会使人员处于危险之中，并且还可能永久地损坏铸造设备并且导致生产停工。图1示出在铸造旨在具有圆形横截面的铸造产品时在DC铸造设备中发生的渗出的可见光图像。迄今为止，导致渗出的原因和机制尚未被完全地确定。

WO 97/16273A1涉及DC铸造期间的渗出问题。WO 97/16273A1公开一种用于检测熔融金属的DC铸造中的渗出的渗出检测器，所述渗出检测器包含用于检测铸件的外表面处的熔融金属的存在的检测装置。如果检测到渗出，则所述检测装置向警报器发送信号以触发适当的校正动作。

由于渗出可能会使人员处于危险之中，并且也可能永久地损坏铸造设备并且导致生产停工，所以希望避免或至少降低DC铸造期间的渗出的风险。

发明内容

本发明的一个目的是实现更有效的半连续铸造工艺。本发明的另一个目的是防止或至少降低半连续DC铸造期间的渗出的风险。为了解决这些和其它目的，本发明提供一种用于铸造纵向铸造产品的方法，包括：使用具有模具的DC铸造设备以半连续的方式铸造纵向铸造产品，其中所述模具具有顶部开口和底部开口并且被构造成使经由所述顶部开口进入所述模具中的熔融金属至少部分地固化并且经由所述底部开口输出所述铸造产品；记录经由所述底部开口输出的铸造产品的热图像；确定(限定)包括第一温度范围、第二温度范围以及第三温度范围的至少三个不重叠的温度范围；确定所述热图像中的峰值温度；将所述峰值温度与所述至少三个温度范围进行比较；以及a)当所述峰值温度包括于所述第一温度范围内时，铸造所述铸造产品，b)当所述峰值温度包括于所述第二温度范围内时，显示指示所述铸造设备的维护要求的信息，并且在铸造所述铸造产品之后并且在执行后续铸造操作之前执行所述铸造设备的维护，c)当所述峰值温度包括于所述第三温度范围内时，中止当前铸造的铸造产品的铸造并且显示指示紧急停机的信息。

根据所述方法的实施例，可以自动地(例如使用电子控制单元)执行中止。根据本发明所述的方法的实施例，可以由操作者(即，由人)基于指示紧急停机的信息的显示执行中止。根据实施例，本发明提供一种用于执行本文中所描述的方法的设备。

根据本发明所述的方法的实施例，所述第一温度范围包括直到但不包含70℃的温度。

根据本发明所述的方法的实施例，所述第二温度范围包括在70℃与90℃之间的温度。

根据本发明所述的方法的实施例，所述第三温度范围包括高于且不包含90℃的温度。

根据所述方法的实施例，通过将热量从所述模腔移除至使冷却介质循环的冷却套中而使所述熔融金属至少部分地固化。

根据所述方法的实施例，紧接所述冷却套(34)下方或在所述模具的底部开口(32)中通过直接水冷却使所述铸造产品进一步固化。

根据另一方面，本发明提供一种用于纵向铸造产品的半连续直接激冷铸造的铸造设备，包括：模具，所述模具具有模腔以及与所述模腔流体连通的顶部开口和底部开口，其中所述模具被构造成使供应至所述模腔中的熔融金属至少部分地固化；金属供应系统，所述金属供应系统用于选择性地将熔融金属从储存器经由所述顶部开口供应至所述模腔中；起动器块，所述起动器块被构造成可在所述起动器块封闭所述模具的底部开口的高位置与低位置之间竖直地运动，并且其中通过在将熔融金属供应至所述模腔中的同时使所述起动器块从所述高位置竖直地运动至所述低位置而生产铸造产品；热感照相机，所述热感照相机被构造成在所述起动器块从所述高位置运动至所述低位置时记录所述铸造产品的热图像；电子控制系统，所述电子控制系统被构造成确定所述热图像中的峰值温度并且将所确定的峰值温度与至少第一预定温度范围、第二预定温度范围以及第三预定温度范围进行比较，以控制经由所述金属供应系统进行的金属供应并且控制所述起动器块的竖直运动；用于输出信息的信息输出系统；其中当所述峰值温度包括于所述第一预定温度范围内时，所述电子控制系统控制所述金属供应系统和所述起动器块，以便生产铸造产品，其中当所述峰值温度包括于所述第二预定温度范围内时，所述电子控制系统控制所述金属供应系统和所述起动器块以便生产铸造产品并且控制所述信息输出系统输出指示需要对所述铸造设备进行维护的信息，其中当所述峰值温度包括于所述第三预定温度范围内时，所述电子控制系统控制所述金属供应系统以停止将熔融金属从所述储存器供应至所述模腔中，以便中止所述铸造产品的铸造。

根据本发明的实施例，所述第一预定温度范围包括直到但不包含70℃的温度。

根据本发明的实施例，所述第二预定温度范围包括在70℃与90℃之间的温度。

根据本发明的实施例，所述第三预定温度范围包括高于且不包含90℃的温度。

根据本发明的实施例，所述热感照相机布置于所述模具的底部开口下方，以至少在紧接所述模具的底部开口下方的区域中记录所述铸造产品的热图像。

根据本发明的实施例，所述模具包括用于使冷却介质循环的冷却套。

根据本发明的实施例，所述铸造设备包括在所述熔融金属上形成固化的表皮之后通过直接水冷却对所述铸造产品进行的二次冷却。

如技术领域中众所周知的，DC铸造设备可以包括用于同时铸造一个以上的铸造产品的一个以上的模具，例如如US 2002/0033246 A1中所示例说明的。应当理解的是，本发明的方法和铸造设备包含具有一个以上的模具的DC铸造设备，因此，本文中所使用的术语“模具”应当被理解为包含复数形式的“模具”。进一步，应当理解的是，可以布置一个以上的热感照相机或热成像装置来记录所述铸造产品的热图像，尤其是当所述DC铸造设备包括用于同时生产一个以上的铸造产品的一个以上的模具时。因此，术语“热感照相机”和“热成像装置”应当被解释为包含术语的复数形式。

附图说明

图1示出在铸造铸造产品期间在DC铸造设备中发生的渗出。

图2示出根据本发明的实施例的用于执行根据本发明的方法的DC铸造设备的示意图。

图3示出在渗出发生之前不久铸造产品的热图像。

具体实施方式

参考图2，根据本发明的实施例的DC铸造设备10包括模具30。

模具30具有顶部开口31和底部开口32以及与顶部开口31和底部开口32流体连通的模腔33。模具30可以进一步包括用于使比如水的冷却介质循环的冷却套34。冷却套34可以用来经由从模腔至冷却介质中的热传导将热量从模腔33移除，所述冷却介质将热量运送走，例如运送至热交换器(未示出)。如本领域中众所周知的，通过在模腔中例如由如图2中所示的冷却套34进行的用来在熔融金属上形成外部固化层的一次冷却以及紧接一次冷却区域下方通过直接冷却(例如直接水冷却)进行的二次冷却(图2中未示出)以两个阶段冷却熔融金属。直接冷却(例如直接水冷却)可以紧接冷却套下方布置，和/或布置于模具的底部开口(32)区域中，在所述区域中铸造产品离开模具。

铸造设备10进一步包括起动器块50。起动器块50被布置成能够通过起动器块50的竖直运动选择性地打开或封闭模具30的底部开口32。起动器块50布置于底部开口32下方，并且可竖直地运动以封闭底部开口32(当它处于它的最顶部位置中时)以及打开底部开口32(当它竖直地向下运动时)。图2中的双箭头指示起动器块50的竖直可运动性。

DC铸造设备10进一步包括金属供应系统70，所述金属供应系统70被构造成将液态金属、特别地熔融铝或熔融铝合金从比如熔炉或坩埚的储存器经由模具30的顶部开口31供应至模腔33中。金属供应系统70可以包括用于停止金属至模腔33中的流动的装置75。用于停止金属流动的装置75可以例如被实施为例如闸阀或坝(dam)的阀，或者被实施为开口-插塞-组合，设置于连接储存器和模腔33的导管上，如图2中所示。装置75也可以被以其它方式实施，例如经由阻止液态金属流动至模具33中的电磁场或类似物实施。

按如下方式执行使用铸造设备10的铸造操作。在初始状态中，起动器块处于顶部位置中，以便封闭模具30的底部开口32。然后，经由金属供应系统70将液态金属引入至模腔33中。液态金属通过从金属至模具30(例如其冷却套34)中的热传递而至少部分地固化，从而在熔融金属上形成固化的外层。同时，在将液态金属经由金属供应系统70连续地供应至模腔33中的同时使起动器块50竖直地向下运动。这样，以连续方式生产纵向铸造产品90。当铸造产品90的铸造完成时，中断液态金属至模腔33中的供应，并且停止起动器块50的竖直运动。然后，将铸造产品90从起动器块50移出。然后，使空的起动器块50竖直地向上运动，以封闭模具30的底部开口32并且使铸造设备10再次进入初始状态中。从该状态，可以铸造下一个铸造产品90。关于术语，铸造产品90的铸造被称为“连续铸造”，因为铸造被以稳态方式(“动态平衡”)执行，而几个铸造产品90的后续铸造被称为“半连续”铸造或类似物，因为在后续铸造产品90的铸造之间，当起动器块50向上运动至顶部位置时，存在不连续性。

本发明人已经发现并且通过实验确认，渗出现象与离开模具30的底部开口32的铸造产品90的表面上的温度升高有关。本发明人还发现铸造产品90的表面上的温度升高的原因，并且提出铸造方法和铸造设备，所述铸造方法和铸造设备容许实现有效铸造，而没有或至少降低渗出风险以及相关的伤害和损坏的风险。

因此，DC铸造设备10进一步包括热成像装置或热感照相机80，所述热成像装置或热感照相机80被构造成在铸造期间记录铸造产品90的热图像(或热视觉视频)。由热感照相机80记录的热图像可以例如为以矩阵(例如320列和240行或1920列和1080行)布置的像素的图像，其中每个像素的值对应于在相对应的位置上入射于热感照相机80上的热辐射。像素的值对应于所记录的对象的温度。为了记录热图像，热感照相机80可以例如包括CCD检测器。可以根据本发明使用的热感照相机80的一个示例为例如可从美国俄勒冈州威尔逊维尔的FLIR Systems获得的照相机FLIR GF309。然而，根据本发明，也可以使用其它商业上可获得的热感照相机作为热感照相机80。热感照相机80被布置成使得它记录离开模具30的底部开口32的铸造产品90的热图像。因此，热成像装置或热感照相机80应当布置于模具底部开口32下方。在图3中示出根据本发明使用热感照相机80记录的热图像的示例。与较暗的区域相比，较亮的区域代表较高的温度。实际上，热图像可以具有指示不同温度的颜色。

热感照相机80连接至或包括电子控制系统100。电子控制系统100可以为计算机，比如标准个人计算机。电子控制系统100可以控制铸造设备10的完整的操作。电子控制系统100根据热感照相机80所记录的热图像确定在铸造操作期间已经离开底部开口32的铸造产品90的峰值温度。峰值温度相对应地为所记录的铸造产品90的最高温度。根据实施例，电子控制系统100也可以连接至金属供应系统70、例如金属供应系统70的用于停止金属供应的装置75。电子控制系统100连接至信息输出系统(未示出)，例如可以显示信息的计算机显示器、警告灯、声音警报器或类似物。为了确定峰值温度，可以使用任何合适的算法。确定峰值温度的非常简单的算法可以包括对形成热图像的像素的所有行和列进行迭代并且将当前值与先前值进行比较，并且当当前值高于先前值时，用当前值替换先前值。在这种情况下，当对所有行和列进行迭代时的最终值对应于峰值温度。然而，根据条件，也可以使用其它算法。

电子控制系统100被构造成根据由电子控制系统100基于由热感照相机80所记录的热图像所确定的最高温度执行以下动作。当最高温度落入第一预定温度范围内时，不采取额外的动作，并且以如上所述的半连续的方式执行铸造操作。当最高温度落入第二预定温度范围内时，正常执行当前铸造的铸造产品90的铸造过程，但是指示需要对铸造设备10进行维护的信号被发送至信息输出系统。当最高温度落入第三预定温度范围内时，相对应的信号被发送至信息输出系统，并且例如自动地或由操作者通过中断金属至模腔33中的流动而中断当前执行的铸造过程。第三温度范围高于第二温度范围，并且第二温度范围高于第一温度范围，其中这些温度范围不重叠。第一预定温度范围也被称为正常运行温度范围，第二预定温度范围也被称为需要维护温度范围，并且第三预定温度范围也被称为紧急停机温度范围。通过仔细的分析和实验，本发明人发现，在铸造铝或铝合金(如本文中所述的铝合金为包括至少70wt％的铝的合金)的情况下，对于热图像使用发射率为1的以下预定温度范围可以被用于安全地防止渗出的有效铸造：

-第一温度范围：直到70℃：正常运行

-第二温度范围：70至90℃：需要维护

-第三温度范围：高于90℃：紧急停机温度

然而，可以根据所使用的铸造设备10、铸造参数、合金、铸造室温度、铸件尺寸等等对温度进行优化和调整。可以利用经验数据和观察来确定适合于特定的铸造设备、铸造参数、特定的合金、特定的尺寸等等的不同的温度范围。可以进行测试，以确定存在高渗出风险的临界温度。预定的紧急停机温度范围必须设置于这样的临界温度以下，从而提供足够的安全裕度。可以基于例如对铸造产品的表面的视觉观察，可能同时监控经由模具的底部开口输出的铸造产品的温度来确定预定的需要维护温度范围。铸造产品的不均匀的和/或差的表面质量是需要对铸造机器和/或冷却系统进行维护的指示。正常的运行温度通常提供铸造产品的优质的表面。

发明人已经发现，当峰值温度处于需要维护温度范围内或处于紧急停机温度范围内时，应当对铸造设备10执行以下维护。特别地，可以执行两种类型的维护：a)应当确保冷却介质供应充足，以及b)应当确保模具30的封闭模腔33的壁没有污染物。关于a)，例如，流速可能受到积聚在模具30的冷却套中的污垢的限制。关于b)，已经发现，模具30的围绕模腔33的壁上的金属残留物或其它污垢经常导致铸造产品90上的热点，所述热点继而发展成渗出。因此，根据本发明的铸造可以涉及当峰值温度处于第二温度范围或第三温度范围内时，从冷却套移除污垢和/或清洁模具30的壁。

与现有技术相比，根据本发明的方法和设备具有的优点在于，可以通过基于所记录的热图像采取必要的行动来预测和防止渗出。因此，本发明能够实现更安全且更有效的半连续DC铸造工艺，从而降低人员受伤和铸造设备永久损坏的风险。

本领域技术人员意识到，本公开不限于上述优选实施例。本领域技术人员进一步认识到，在所附权利要求的范围内，修改和变形是可能的。另外，通过研究附图、公开内容以及所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的公开内容时可以理解和实现所公开的实施例的变形。

Claims (14)

1.一种用于铸造纵向铸造产品(90)的方法，包括：

使用具有模具(30)的直接激冷(DC)铸造设备(10)以半连续的方式铸造纵向铸造产品(90)，其中所述模具(30)具有顶部开口(31)和底部开口(32)并且被构造成使经由所述顶部开口(31)进入所述模具(30)中的熔融金属至少部分地固化并且经由所述底部开口(32)输出所述铸造产品(90)；

记录经由所述底部开口(32)输出的铸造产品(90)的热图像，

确定包括第一温度范围、第二温度范围以及第三温度范围的至少三个不重叠的温度范围；

确定所述热图像中的峰值温度；

将所述峰值温度与至少三个温度范围进行比较；

以及

a)当所述峰值温度包括于所述第一温度范围内时，铸造所述铸造产品(90)，

b)当所述峰值温度包括于所述第二温度范围内时，显示指示所述铸造设备(10)的维护要求的信息，并且在铸造所述铸造产品(90)之后并且在执行后续铸造操作之前执行所述铸造设备(10)的维护，

c)当所述峰值温度包括于所述第三温度范围内时，中止当前铸造的铸造产品(90)的铸造并且显示指示紧急停机的信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一温度范围包括直到但不包含70℃的温度。

3.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述第二温度范围包括在70℃与90℃之间的温度。

4.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述第三温度范围包括高于且不包含90℃的温度。

5.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，中止当前铸造的铸造产品(90)的铸造包括停止使熔融金属进入至所述模具(30)中。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，通过将热量从所述模腔(33)移除至使冷却介质循环的冷却套(34)中而使所述熔融金属至少部分地固化。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，紧接所述冷却套(34)下方或在所述模具的底部开口(32)区域中通过直接水冷却使所述铸造产品进一步固化。

8.一种用于纵向铸造产品(90)的半连续直接激冷铸造的铸造设备(10)，包括：

模具(30)，所述模具(30)具有模腔(33)以及与所述模腔(33)流体连通的顶部开口(31)和底部开口(32)，其中所述模具(30)被构造成使供应至所述模腔(33)中的熔融金属至少部分地固化；

金属供应系统(70)，所述金属供应系统(70)用于选择性地将熔融金属从储存器经由所述顶部开口(31)供应至所述模腔(33)中；

起动器块(50)，所述起动器块(50)被构造成能在所述起动器块(50)封闭所述模具(30)的底部开口(32)的高位置与低位置之间竖直地运动，并且其中通过在将熔融金属供应至所述模腔(33)中的同时使所述起动器块(50)从所述高位置竖直地运动至所述低位置而生产铸造产品(90)；

热感照相机(80)，所述热感照相机(80)被构造成在所述起动器块(50)从所述高位置运动至所述低位置时记录所述铸造产品(90)的热图像；

电子控制系统(100)，所述电子控制系统(100)被构造成确定所述热图像中的峰值温度并且将所确定的峰值温度与至少第一温度范围、第二温度范围以及第三温度范围进行比较，以控制经由所述金属供应系统进行的金属供应并且控制所述起动器块(50)的竖直运动；

用于输出信息的信息输出系统；

其中当所述峰值温度包括于所述第一温度范围内时，所述电子控制系统(100)控制所述金属供应系统(70)和所述起动器块(50)以便生产所述铸造产品(90)，

其中当所述峰值温度包括于所述第二温度范围内时，所述电子控制系统(100)控制所述金属供应系统(70)和所述起动器块(50)以便生产所述铸造产品(90)并且控制所述信息输出系统输出指示需要对所述铸造设备(10)进行维护的信息，

其中当所述峰值温度包括于所述第三温度范围内时，所述电子控制系统(100)控制所述金属供应系统(70)以停止将熔融金属从所述储存器供应至所述模腔(33)中，以便中止所述铸造产品(90)的铸造。

9.根据权利要求8所述的铸造设备(10)，其特征在于，所述第一温度范围包括直到但不包含70℃的温度。

10.根据权利要求8或9所述的铸造设备(10)，其特征在于，所述第二温度范围包括在70℃与90℃之间的温度。

11.根据权利要求8至10中的任一项所述的铸造设备(10)，其特征在于，所述第三温度范围包括高于且不包含90℃的温度。

12.根据权利要求8至11中的任一项所述的铸造设备(10)，其特征在于，所述热感照相机布置于所述模具(30)的底部开口(32)下方，以至少紧接所述模具(30)的底部开口(32)下方记录所述铸造产品(90)的热图像。

13.根据权利要求8至12中的任一项所述的铸造设备(10)，其特征在于，一个或多个模具(30)包括用于使冷却介质循环的冷却套(34)。

14.根据权利要求8至13中的任一项所述的铸造设备(10)，包括用于紧接所述冷却套下方或在所述模具的底部开口(32)区域中对所述铸造产品进行直接水冷却的装置。

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