CN114450549A - 用于高熔点金属的低压铸造的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高熔点金属的低压铸造的装置，该装置具有：炉空间，其包括一个或多个供气开口(6)和排气开口(7)以及通过炉空间的盖(5)的升管(8)；设置在炉空间中的用于高熔点金属的熔炼容器(3、12)；以及用于在熔炼容器(3、12)中加热高熔点金属的加热机构。在提出的装置中，熔炼容器(3、12)构成为用于支持熔炼容器(3、12)的容纳模(2)的可替换插件，该容纳模设置在炉空间中，其中隔热层(4、17)构成在容纳模(2)与熔炼容器(3、12)之间或者集成在熔炼容器(3、12)中。通过提出的装置在高熔点金属的低压铸造的情况下也可以实现对于不同的合金熔炼容器的快速和简单更换。

Description

用于高熔点金属的低压铸造的装置

技术领域

本发明涉及一种用于高熔点金属的低压铸造的装置，该装置具有：炉空间，其包括一个或多个供气开口和排气开口以及通过炉空间的盖的升管；设置在炉空间中的用于高熔点金属的熔炼容器；以及用于在熔炼容器中加热高熔点金属的加热机构。

背景技术

在低压铸造法中，将熔炼容器连同要铸造的材料放置在压力密封的炉空间中，炉空间通过盖关闭。升管穿过该盖在熔炼容器与外空间之间延伸，铸模放置到该升管上。作为铸模，根据铸造材料和应用采用金属永久铸模(冷铸模)、砂型铸模或精密铸模。在金属铸造材料的情况下，材料的加热通常通过感应式加热机构实现，该感应式加热机构设置在炉空间中。为了倒出构件，将气体、例如氮气或氩气导入炉空间中，其施加压力给在熔炼容器中的熔池。该压力施加引起熔体缓慢通过升管升到设置在其上的铸模中。压力施加如此长地维持，直至整个构件凝固。在停止气压之后，剩余熔体可从升管流回到熔炼容器中。接着，将构件从铸模取出。低压铸造法相比于经典的铸造方法的原则上的优点一方面在于可良好地控制的、缓慢的铸模填充，这促成高的构件质量；另一方面，通过位于升管中的熔体的回流而减少循环份额。

在低压冷铸铸造方法中，主要加工非铁金属、例如铝合金和铜合金。为此通常采用由氧化铝或碳化硅制成的标准化的锅作为熔炼容器，其被独立地放置在低压铸造装置的炉空间中。这具有的优点在于，在合金更换的情况下可以通过打开的盖非常简单地更换坩埚。

然而，这样的装置不可用于高熔点金属、例如钢的低压铸造。因此，由陶瓷制成的坩埚在该情况下在没有附加的支撑的情况下承受不住高的机械和热负荷。然而，利用钢结构来支撑是不可能的，因为该钢结构通过金属熔体的感应式加热将被同样加热且将失去其机械稳定性。此外，基于在坩埚的内侧(其位于熔化或铸造温度的范围中，在钢的情况下通常>1600℃)与在外侧上显著更低的温度之间高的温差将产生机械应力，这会导致坩埚中的裂缝。

现有技术：

为了高熔点材料、例如钢的低压铸造，已知的铸造装置因此具有显著变化的结构。铸造系统通常由钢空心体组成，钢空心体具有固定的炉衬(Ofenausmauerung)(进给或调节)，以便形成熔体坩埚。炉子具有不同的开口，其用于装料、熔体处理或者取样。在漏斗形延伸的上炉开口、铸造喷嘴上定位有铸模、特别是砂型铸模。熔体被感应式加热或保温。在此区分坩埚或槽式炉或感应器。在施加提高的气压到熔体表面上之后，缓慢地通过铸造喷嘴给铸模填充金属熔体。而且在此如此长地维持铸造压力，直至构件凝固。随后又停止气压，且剩余熔体返回到坩埚中。方法的优点在此也在于缓慢和容易可控的铸模填充以及减少循环部分(较小的浇口系统，缺乏加料器)。

例如在网页https://www.otto-junker.com/de/produkte-technologien/ anlagen-fuer-gusseisen-stahl/giessofen-fuer-niederdruckguss/描述了一种用于竖直低压铸造的装置，其具有这样的结构。在该装置中，加热可以通过沟槽或坩埚感应器实现。整个炉通过下部结构支撑。

已知的用于钢的低压铸造炉具有固定的炉衬，其与要处理的材料协调一致。由此铸造材料的快速更换是不可能的。为了材料更换必须除去整个炉衬且重新进给或调节。

由Griffin Wheel Division公司已知一种用于以钢低压铸造方法制造铁路车轮的技术，其能实现熔炼容器的快速更换。在此，将填充已经熔化的钢的铸液桶放入空气密封的壳体中并且以盖关闭。铸液桶在此原则上由钢容器组成，钢容器衬里有陶瓷供给装置。正是如在其他低压铸造系统中那样，位于铸液桶之上的铸模通过升管通过提高的气压填充。该系统的缺点然而是熔体在铸液桶中连续的冷却，从而铸造时间相应受限。特别是在薄壁铸造结构的制造中，可以基于随着熔体温度而下降的流动能力产生限制。

发明内容

本发明的任务在于，提出一种用于高熔点金属的低压铸造的装置，该装置能实现金属或金属合金地快速更换且也适用于制造薄壁铸造结构。

该任务通过权利要求1的装置解决。该装置的有利的设计方案是从属权利要求的内容或者可以从如下描述以及示例获得。

所提出的装置具有：炉空间，其包括一个或多个供气开口和排气开口以及通过炉空间的盖的升管，铸模可放置到该升管上；设置在炉空间中的用于高熔点金属或金属合金的熔炼容器；以及优选地感应式加热机构，由此可加热位于熔炼容器中的高熔点金属。该装置的特征在于，熔炼容器构成为用于在炉空间中特别是也在侧面支持熔炼容器的容纳模的可取出的插件；且隔热层构成在容纳模与熔炼容器之间或者集成在熔炼容器中。

炉空间在此通过已知的方式能够相对于外部空间气密地封闭，以便将位于熔炼容器中的熔体通过提高炉空间中的气压通过升管压到放置到升管上的铸模中。通过熔炼容器作为可取出并由此可更换的插件的设计方案，可以快速和简单更换该熔炼容器，以便实施合金更换。作为到优选地支撑熔炼容器的整个范围、亦即底面和侧面的容纳模中的插件的设计方案能实现在具有高密度的金属、例如钢的处理中需要的机械支撑。通过隔热层显著减小在熔炼容器或容纳模的内侧与外侧之间的温差，从而由此阻止或至少显著减小可以导致熔炼容器断裂的热感应机械应力。容纳模的容纳开口在此在几何上尽可能匹配于熔炼容器的外模，以便可以尽可能大面积地支撑该熔炼容器。加热机构的一个或多个感应线圈在此可以集成到容纳模中。

在一个有利设计方案中，容纳模为此具有由优选地陶瓷材料组成的内壳或内护壁(Schalung)，用于加热金属铸造材料的加热机构的一个或多个感应线圈嵌入其中。内壳通过优选由钢组成的外支撑结构承载。优选地，炉空间的外壁构成支撑结构，从而内壳形成炉空间的衬里。然而，原则上也存在如下可能，即将容纳模作为单独的组件放置在炉空间中。

熔炼容器可以构成为在容纳模中的可向上取出的插件，容纳模相应地向上具有容纳开口。在此，优选地将由耐高温材料、例如高氧化铝组成的填料引入在容纳开口的壁与熔炼容器之间，该填料形成隔热层。容纳开口和熔炼容器的外尺寸为此相应地相互协调一致，以便形成用于填料的足够大的间隙。

在另一有利设计方案中，容纳开口具有锥形的形状，其优选地朝上变窄。在该设计方案中，实现具有相应互补的锥形形状的熔炼容器，从而熔炼容器的外侧在放入容纳开口中之后完全贴靠容纳开口的内侧上。在此将熔炼容器由下导入向下打开的容纳开口中且通过适合的机构挤压到该开口中并且保持在那里。该机构可以通过不同方式构成且例如借助于压力弹簧或者电机或液压驱动器运行。炉空间为此具有可松脱的底板，其能实现熔炼容器的简单的更换。隔热层在一个可能的设计方案中形成熔炼容器的外侧且被施加到内壳上，内壳优选地由陶瓷材料形成。隔热层可以为此例如通过耐高温的无纺布形成。在另一设计方案中，熔炼容器具有优选由陶瓷材料组成的内壳、由耐高温材料、例如高氧化铝组成的位于中间的填料以及优选地同样由陶瓷材料组成的外壳。外壳也可以通过多个松散叠置的环以及基板形成。在上述设计方案中，可非常简单地向下将熔炼容器从容纳模取出和更换，其方法是仅仅松脱或取下炉空间的底板。

所述提出的装置尤其适于高熔点金属的低压铸造，其中应通过简单和快速的方式实施金属的更换。

附图说明

以下根据各示例结合附图再次进一步阐明所提出的装置。附图示出：

图1：按照本发明的装置的第一示例的横截面；

图2：按照本发明的装置的第二示例的横截面；

图3：按照本发明的装置的第三示例的横截面；

图4：按照本发明的装置的第四示例的横截面；

图5：按照本发明的装置的第五示例的横截面；

图6：按照本发明的装置的第六示例的横截面；和

图7：按照本发明的装置的第七示例的横截面。

具体实施方式

在所提出的装置中，熔炼容器构成为容纳模的可更换的插件，容纳模设置在炉空间中或者形成炉空间的衬里。

图1为此示出所提出的装置的第一示例的横截面图。炉空间在此通过钢框架1形成，其通过可取下的盖5关闭。在该示例中，在盖中存在供气部6以及排气部7，用于提高或降低炉中的压力。此外，升管8延伸穿过该盖，铸模9放置到该升管8上。通过提高炉空间中的气压，位于熔炼容器中的熔体10通过升管8升入铸模9中，以便在那里使得要铸造的构件凝固。

在该装置中，熔炼容器由内坩埚3形成，该内坩埚被放入作为容纳模的、厚壁的外坩埚2中且又可从其中取出。在由耐火材料形成的外坩埚2中集成有加热机构的感应线圈11的绕组。该外坩埚在本示例中形成钢框架1的衬里且与用于感应线圈11的供给线路连接。用于容纳金属熔体的内坩埚3放入作为容纳模的外坩埚2中，其中两个坩埚之间的空腔充以例如由高氧化铝组成的耐火填料4。在铸造高熔点金属、例如钢时的机械负荷通过外钢框架1接收。不必担心感应耦合到该钢框架中，因为感应线圈11位于外坩埚2的内部，而钢框架1位于线圈的磁场之外。此外，通过填料4的隔热作用，在壁厚上得到内坩埚3的更均匀的加热并因此得到更小的热感应机械应力。

炉空间利用压力密封的盖5关闭，该盖具有用于升管8的中间开口。基于用于低压铸造的该装置的紧凑的结构，需要用于施加压力作用的小的气体体积，由此可以降低用于施加气压的成本(少量气体消耗)和时间。通过可更换的内坩埚3，能实现合金的快速和简单的更换。为了在内坩埚3断裂时不产生在一个或多个感应线圈11与熔体10之间的接触，可以在外坩埚3与填料4之间放置熔体识别系统18，例如与测量机构连接的金属丝编织物。于是，在与液态金属熔体接触的情况下自动关断加热机构。这样的熔体识别系统18也可以在下文中描述的另外的设计方案中采用。

图2示出所提出的装置的另一示例性设计方案，其能实现熔炼容器的快速更换。在此，熔炼容器以锥形形状构成且被放入具有锥形容纳开口的容纳模2中。炉空间在此又通过在该钢框架和如下附图中未示出的钢框架形成，通过钢框架支撑容纳模2。容纳模2在此具有连续的容纳开口，该容纳开口具有锥形形状。在容纳模2中又集成有感应线圈11，如在图2中所示的那样。通过与图1中相同的方式，炉空间通过具有供气部6、排气部7和连续的升管8的盖5关闭。在此又将铸模9放置到升管8或盖5上。

熔炼容器在本示例中由包括内坩埚3和锥形插件12的双壁结构形成，在其之间存在由放火材料、例如高氧化铝组成的松散填料4。该多孔的松散材料一方面引起相对于锥形插件12或容纳模2支撑内坩埚3且促成期望的热隔离效果。

另一方面，松散材料4即使在坩埚有裂缝的情况下也能容纳熔体，其中熔体在松散材料4的精密加工过程(Gang)内凝固并阻止熔体继续流出。

熔炼容器在该示例中向下从容纳模2取出。为此设有可取下的底板13，在本示例中弹簧系统14设置在其上，该弹簧系统将熔炼容器压入锥形的容纳开口2中。由此熔炼容器完全地通过容纳模2支撑。为了给熔炼容器填充液态熔体，将炉体从底板13取下。紧接着将底板13拉出到炉体下面并且空着，以便给熔炼容器填充熔体。接着将底板13连同熔炼容器又放置到炉体下面，并且将该炉体下降到底板上。熔炼容器的锥形插件12在此确保良好的对中，且通过弹簧系统14可以确保熔炼容器的锥形插件12全面地贴靠在容纳模2的内壁上。借助于弹簧系统14的实施方案在此仅仅是一种设计变型。用于匹配熔炼容器的高度的另外的可能是借助于液压、气动或螺纹传动装置(Gewindevortrieb)工作的机械机构。利用该装置的这个设计方案可以非常简单和快速地更换熔炼容器或仅仅更换熔炼容器的内坩埚3，以便实施合金更换。

在另一有利的设计方案中，图2的设计方案的锥形的插件12也可以由锥形管或单个锥形的环15或所属的基板16组成，如在图3中示例性示出的那样。该示例性装置的另外的组件相应于图2的组件。为了更简单的定位，锥形的环15相互间也可以通过槽-键系统结合。该设计方案相对于图2的设计方案的优点在于熔炼容器关于热膨胀方面更大的灵活性。

图4和5示出所提出的装置的另一示例性设计方案，其类似于图2的设计方案。在这些示例中，有别于图2的设计方案，熔炼容器仅仅由锥形外形的、具有安装在其上的高温无纺布17的内坩埚3形成，该高温无纺布例如可以借助于陶瓷胶粘剂施加到优选陶瓷的内坩埚3上。在此，无纺布17确保内坩埚3的隔离，同时实现在坩埚壁上更好的温度均匀性。此外，通过无纺布17实现相对于容纳模2支撑坩埚3以及实现同时热膨胀的补偿。图4和5的设计方案的区别仅仅在于，在图5的设计方案中，内坩埚3的坩埚内部空间具有底切部或侧凹。这具有的优点在于，可以减小与感应线圈11的下绕组的间隔，且因此可以实现将电能更好地耦合到熔体10中。

在图6中示出图2的设计方案的另一有利的实施形式。有别于图2的设计方案，该实施形式具有感应线圈11的均匀竖直布置。通过该竖直布置，基于现在与熔体10的均匀间隔实现熔体的总体上更均匀的加热。

图7示出图1的设计方案的另一实施形式。在该实施形式中，低压铸造炉具有单独的、包括在钢框架1之下的电阻加热装置的底架19，该电阻加热装置允许附加地预热全部通常陶瓷的坩埚区域。通过该预热可以减少陶瓷坩埚中由于加热引起的应力裂缝。替换地，也可以在侧面或者在侧面和在底架中设置附加的电阻加热装置。

附图标记列表：

1 钢框架

2 外坩埚/容纳模

3 内坩埚

4 松散的填料

5 盖

6 供气部

7 排气部

8 升管

9 铸模

10 熔体

11 感应线圈

12 锥形插件

13 底板

14 弹簧系统

15 锥形环

16 基板

17 高温无纺布

18 熔体识别系统

19 带电阻加热装置的底架。

Claims (12)

1.一种用于高熔点金属的低压铸造的装置，该装置具有：

-炉空间，其包括一个或多个供气开口(6)和排气开口(7)以及通过炉空间的盖(5)的升管(8)，铸模(9)可放置到该升管上；

-设置在炉空间中的用于高熔点金属的熔炼容器(3、12)；以及

-用于在熔炼容器(3、12)中加热高熔点金属的加热机构；

其中熔炼容器(3、12)构成为用于支撑熔炼容器(3、12)的容纳模(2)的可替换插件，该容纳模设置在炉空间中；且隔热层(4、17)构成在容纳模(2)与熔炼容器(3、12)之间或者集成在熔炼容器(3、12)中。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过钢结构(1)支撑容纳模(2)。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，炉空间通过钢结构(1)形成，且容纳模(2)构成为炉空间的衬里。

4.根据权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于，容纳模(2)由陶瓷或其他耐火材料形成，加热机构的一个或多个感应线圈(11)嵌入所述材料中。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，隔热层(4、17)通过由耐火材料组成的填料(4)形成，所述填料引入熔炼容器(3、12)与容纳模(2)之间。

6.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，熔炼容器(3、12)由通过陶瓷或其他耐火材料组成的内壳(3)、通过陶瓷或其他耐火材料组成的外壳(12)以及处于其间的、通过耐火材料组成的作为隔热层(4、17)的填料(4)形成。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，容纳模(2)的容纳开口和熔炼容器(3、12)具有锥形的形状。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，外壳(12)通过基板(16)上的多个锥形环(15)形成。

9.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，熔炼容器(3、12)具有由陶瓷或其他耐火材料组成的内壳(3)，在该内壳上形成由耐火无纺布(17)组成的隔热层(4、17)。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，容纳模(2)的容纳开口和熔炼容器(3、12)具有锥形的形状。

11.根据权利要求7、8或10所述的装置，其特征在于，熔炼容器(3、12)和容纳模(2)如此构成，使得熔炼容器(3、12)能够向下从容纳模(2)取出；机构(14)设置在炉空间的底板(13)上，该机构能够将熔炼容器(3、12)从下面压入容纳模(2)中。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，炉空间的底板(13)构成为可取下或可松脱。

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