CN115996802A - 用于直接激冷铸造排气的系统、设备和方法 - Google Patents

Abstract

本文提供了一种用于在直接激冷铸造工艺期间通过从铸件顶部排出过量铸造气体并且保留氧化物来对直接激冷铸造模具进行排气的系统、设备和方法。从直接激冷铸造模具中排出铸造气体的方法包含：通过过渡板向所述直接激冷铸造模具供应熔融金属；通过所述直接激冷铸造模具的铸造表面供应铸造气体；从所述过渡板中的气体凹穴中排出所述铸造气体，其中从所述过渡板中的所述气体凹穴中排出所述铸造气体是响应于所述气体凹穴中的所述铸造气体的压力达到预定压力而执行的。

Description

用于直接激冷铸造排气的系统、设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年9月2日提交的美国临时专利申请序列第63/073,523号的优先权，所述美国临时专利申请的内容特此通过引用整体并入。

技术领域

本公开涉及一种用于对直接激冷铸造模具进行排气，并且更具体地在直接激冷铸造工艺期间从铸件顶部排出过量铸造气体并且保留氧化物的系统、设备和方法。

背景技术

金属产品以各种方式形成；然而，许多形成方法首先需要铸锭、坯锭或其它铸件，所述铸件可以用作原材料，可以由所述原材料制造金属最终产品，例如如通过轧制、挤压或机加工。制造铸锭或坯锭的一种方法是通过称为直接激冷铸造的连续铸造工艺，由此竖直定向的模腔位于竖直向下平移到铸造坑的平台上方。起动器块可以位于平台上并且至少最初形成模腔的底部以开始铸造工艺。将熔融金属倒入模腔中，随后熔融金属通常使用冷却流体冷却。其上具有起动器块的平台以预定义速度下降到铸造坑中，以允许金属离开模腔并且与起动器块一起下降以凝固。随着更多的熔融金属进入模腔，并且固体金属离开模腔，平台继续下降。这种连续铸造工艺允许金属铸锭和坯锭根据模腔的轮廓形成并且具有仅受铸造坑深度和在其中移动的液压致动平台限定的长度。

发明内容

本公开涉及一种用于对直接冷却气体缓冲铸造热顶坯锭模具进行排气，并且更具体地在直接激冷铸造工艺期间从铸件顶部排出过量铸造气体并且保留氧化物的系统、设备和方法。本文提供的各实施例包含一种用于直接激冷铸造模具的过渡板，所述过渡板包含：顶表面；底表面，其中在所述底表面的周边处限定有铸造气体凹穴；以及一个或多个排气孔，所述一个或多个排气孔限定在所述铸造气体凹穴内。示例实施例的过渡板包含唇缘，所述唇缘围绕所述过渡板的所述周边延伸并且通过气体凹穴表面与所述底表面分离。示例实施例的所述一个或多个排气孔限定在所述气体凹穴表面中。

根据所述过渡板的示例实施例，当所述过渡板定位在模具上时，所述唇缘相对于所述底表面抬升，其中所述铸造气体凹穴通过所述唇缘和所述气体凹穴表面形成在所述过渡板的所述周边处，其中所述排气孔被安置成更靠近所述底表面，而不是所述唇缘。根据一示例实施例，响应于在所述铸造气体凹穴中形成气泡，所述多个排气孔被配置成允许铸造气体在所述铸造气体到达所述过渡板的所述底表面之前被排出。示例实施例的所述气体凹穴表面包含相对于所述底表面的斜切表面，其中所述一个或多个排气孔限定在所述斜切表面中。示例实施例的所述多个排气孔包含气体可透过而熔融金属不可透过的材料网。示例实施例的所述多个排气孔排气至大气压力。示例实施例的所述多个排气孔与阀相关联，其中所述阀响应于所述铸造气体凹穴中的压力满足预定值而允许所述多个排气孔排气至大气压力。根据一示例实施例，所述过渡板包含唇缘，其中所述铸造气体凹穴限定在所述唇缘与所述底表面之间。

本文提供的各实施例包含一种从直接激冷铸造模具中排出铸造气体的方法，所述方法包含：通过过渡板向所述直接激冷铸造模具供应熔融金属；通过所述直接激冷铸造模具的铸造表面供应铸造气体；以及从所述过渡板中的气体凹穴中排出所述铸造气体，其中从所述过渡板中的所述气体凹穴中排出所述铸造气体是响应于所述气体凹穴中的所述铸造气体的压力达到预定压力而执行的。示例实施例的所述预定压力是基于供应至所述直接激冷铸造模具的所述熔融金属的金属静压头压力确定的。示例实施例的所述方法进一步包含：向所述过渡板中的多个排气孔供应压力，以防止熔融金属流过所述排气孔；以及减小或去除至所述多个排气孔的压力以允许排出铸造气体。

本文提供的各实施例包含一种用于对直接激冷铸造模具进行排气的系统，所述系统包含：直接激冷铸造模具；套管，熔融金属通过所述套管供应至所述直接激冷铸造模具；过渡板，所述过渡板附接至所述直接激冷铸造模具并且所述套管收纳到所述过渡板中，其中所述过渡板包含气体通道和安置在其中的多个排气孔，其中响应于熔融金属填充所述直接激冷铸造模具而通过所述过渡板中的所述气体通道排出铸造气体。示例实施例的所述过渡板包含顶表面和底表面，其中所述铸造气体凹穴限定在所述底表面的周边处。

根据示例实施例的系统，所述过渡板包含唇缘，其中所述唇缘围绕所述过渡板的所述周边延伸并且通过气体凹穴表面与所述底表面分离。示例实施例的所述一个或多个排气孔限定在所述气体凹穴表面中。当过渡板定位在模具上时，示例实施例的所述过渡板的所述唇缘相对于所述底表面抬升，其中所述铸造气体凹穴通过所述唇缘和所述气体凹穴表面形成在所述过渡板的所述周边处，并且其中所述排气孔被安置成更靠近所述底表面，而不是所述唇缘。根据一示例实施例，响应于在所述铸造气体凹穴中形成气泡，所述多个排气孔被配置成允许铸造气体在所述铸造气体到达所述过渡板的所述底表面之前被排出。示例实施例的所述气体凹穴表面包含相对于所述底表面的斜切表面，其中所述一个或多个排气孔限定在所述斜切表面中。

附图说明

至此已经总体上描述了本发明，现在将参考附图，附图不一定按比例绘制，并且在附图中：

图1展示了根据现有技术的直接激冷铸造模具的一示例实施例；

图2展示了根据本公开的一示例实施例的直接激冷铸造或连续铸造的初始阶段的一实例；

图3展示了根据本公开的一示例实施例的在直接激冷铸造的初始阶段之后的一示例实施例；

图4展示了根据本公开的一示例实施例的稳态直接激冷铸造的一示例实施例；

图5展示了根据本公开的一示例实施例的坯锭的气隙铸造；

图6展示了根据本公开的一示例实施例的过渡板中的铸造气体凹穴构型；

图7展示了根据本公开的一示例实施例的限定在铸造气体凹穴内的排气孔；

图8是根据本公开的一示例实施例的用于从直接激冷铸造模具中排出铸造气体的方法的流程图；并且

图9展示了根据本公开的一示例实施例的包含氧化物堤的过渡板。

具体实施方式

现在将参考附图在下文中更全面地描述本公开的示例实施例，在附图中示出了本公开的一些但非全部的实施例。事实上，本文描述的各实施例采用许多不同的形式并且不应被解释为限于本文所阐述的各实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将满足适用的法律要求。贯穿全文，相同的附图标记指代相同的元件。

本公开的各实施例总体上涉及一种用于对直接激冷铸造模具进行排气，并且更具体地在直接激冷铸造工艺期间从铸件顶部排出过量铸造气体并且保留氧化物的系统、设备和方法。

竖直直接激冷铸造或连续铸造是用于生产具有各种横截面形状和大小的铸锭或坯锭以供在各种制造应用中使用的工艺。直接激冷铸造的工艺开始于水平模具台或模架，所述水平模具台或模架含有安置在其中的一个或多个竖直定向的模具。所述模具中的每个模具限定模腔，其中模腔最初在底部用起动器块封闭，以密封模腔的底部。通过金属分配系统将熔融金属引入到每个模腔中以填充模腔。在靠近模具底部、邻近起动器块的熔融金属凝固时，起动器块沿着线性路径竖直地向下移动到铸造坑中。起动器块的移动是由起动器块所附接的液压降低的平台引起的。起动器块的竖直向下移动将经凝固的金属从模腔中抽出，同时将另外的熔融金属引入到模腔中。一旦开始，对于形成具有由模腔限定的轮廓以及由平台和起动器块移动到的深度限定的高度的金属铸锭的连续铸造工艺，此工艺以相对稳态移动。

在铸造工艺期间，在起动器块向下推进时，在金属离开模腔之前，模具本身被冷却以促进金属凝固，并且当金属被铸造时冷却流体被引入到靠近模腔出口的金属表面，以从铸造金属铸锭吸取热量，并且使铸锭的现在凝固的外壳内的熔融金属凝固。在起动器块向下推进时，冷却流体直接喷射在铸锭上，以冷却表面并且从铸锭的芯部内吸取热量。

图1描绘了在连续铸造工艺期间的直接激冷铸造模具100的横截面的一般图示。所展示模具可以用于例如圆形坯锭或基本上矩形的铸锭。如本文所述的冷却水喷射模式主要针对圆形坯锭铸造。然而，各实施例可以潜在地用于基本上矩形的铸锭，尤其是当所述铸锭的拐角具有某种程度的曲率时。如图所示，连续铸造模具105形成模腔，铸件110由所述模腔形成。铸造工艺开始于起动器块115抵靠连续铸造模具105的模具壁密封或基本上填充模腔的底部。在平台120沿着箭头145向下移动到铸造坑中并且铸件在其在连续铸造模具105的模具壁内的边缘处开始凝固时，铸件110离开模腔。金属从浇注槽125流动例如通过套管130进入模腔，所述浇注槽在一些实施例中包含从熔炉进给的储热器或储器。如图所示，套管130部分地浸没在金属熔池135中，以避免当从熔融金属池135上方进给时会发生的金属氧化。凝固金属140构成成形铸件，如铸锭。通过套管130的流动被控制在浇注槽125内，如通过装配在孔口内的锥形塞，所述孔口将浇注槽125的腔与通过套管130的流道连接起来。常规地，浇注槽125、套管130和连续铸造模具105的模腔/模具壁从铸造操作开始到铸造操作结束都保持处于固定关系。随着平台120继续沿着箭头145下降到铸造坑中，通过套管130的金属流动继续。当铸造操作将要结束时，无论是由于平台处于其行程的底部，金属供应不足，还是铸件达到完成的大小，通过套管130的金属流动停止，并且组装在槽上的套管从金属熔池135中移除，以允许熔池凝固并且完成铸件。

图2展示了根据本公开的直接激冷铸造工艺的热顶铸造方法的一示例实施例，所述直接激冷铸造工艺包含连续铸造模具105、槽125以及用于将熔融金属从槽供应至模具的腔的套管130。图2的所展示实施例包含起始位置，在所述起始位置中，套管130或套管的尖端被定位成靠近由平台120支撑的起动器块115。起动器块115定位在平台120顶部并且对准以与模具105配合，从而密封模腔并且防止熔融金属107从连续铸造模具105与起动器块115之间泄漏。套管130或套管收纳到过渡板200中，所述过渡板如通过螺纹接合牢固地附接至模具105的顶部。示例实施例的过渡板200通过金属环固定到模具105，所述金属环螺纹连接到坯锭模具105顶部的圆形开口中，以将过渡板牢固地固定到模具。示例实施例的模具105由如铝等金属构造，而套管130和过渡板200通常由对热具有耐性的耐火材料形成。

图2展示了铸造的开始，其中起动器块115与连续铸造模具105对准。随着图3中示出的铸造开始，当熔融金属从槽125流过套管130并且在起动器块115上和在形成铸件140的模腔的底部处凝固时，平台120与起动器块115一起下降。以这种方式，当起动器块115下降远离连续铸造模具105时，形成了在图4中示出为140的铸件。图4展示了铸造工艺的运行状态阶段或稳态部分，其中平台120以接近恒定的速率下降，而铸件140相应地增长。图2还展示了将在下面更详细描述的喷雾喷嘴150，其中喷雾喷嘴向铸件表面提供冷却剂或冷却流体。

使用具有过渡板200的图2-图4的热顶铸造方法的直接激冷铸造虽然有效，但也具有缺点。具体地，过量铸造气体和氧化物被截留在熔融金属107的表面与过渡板200之间。

根据本文所述的示例实施例，如图5所示，用于铝的热顶直接激冷铸造的坯锭模具铸造技术采用石墨铸造表面210，在所述石墨铸造表面上发生被铸造的坯锭的初始凝固。可渗透石墨材料允许铸造气体和铸造润滑剂两者流动到产生气滑铸造条件的铸造表面，所述铸造表面包含在模腔中凝固的熔融金属107与石墨铸造表面210之间的气隙220。铸造润滑剂减少了铸造表面210上的摩擦，以防止铸件140的新鲜凝固的外壳粘附和撕裂。铸造气流进一步有助于减少这种摩擦，而同时在铸造表面与坯锭外壳之间提供气体薄膜，这减少了从熔融铝到铸造表面的热传递。当达到适当平衡时，与常规铸造坯锭相比，气体和油的引入产生具有非常光滑的表面和非常窄的外壳厚度的铸态坯锭。从冷却剂室155流向喷雾喷嘴150的水或冷却剂冲击到铸件140的外壳上并且继续沿着铸件的侧面向下流动，如145处所示，以进一步冷却铸件。

在铸造期间使用的铸造润滑剂的量与坯锭的表面积直接相关。平衡通过铸造表面引入的铸造气体的量是困难的。由于在凝固过程期间发生的固有收缩，坯锭的外壳稍微收缩远离铸造表面210并且允许气体从模腔的下部逸出。然而，铸造气体的密度基本上低于熔融金属，使得不能从模具的下部逸出的任何过量铸造气体趋于在模腔内向上上升并且在铸造系统的浇注槽125或“热顶”设计中向上穿过模具上方的熔融金属。另外，将示例实施例的空气截留凹部或凹穴制造到形成铸造表面210的过渡板200或石墨铸造环中，所述铸造表面将气体捕获在模腔的拐角处的凹穴230中，其中流动的液态金属在模腔的拐角处从水平轨迹转向到竖直轨迹，并且沿着铸造表面向下。

图6展示了包含通过螺纹圈205固定到模具的过渡板200的模具105的一部分的截面图。还示出了石墨铸造表面210和捕获上升的铸造气体的拐角处的凹穴230。当达到适当平衡时，连续的铸造气体流填充凹穴230，并且当压力增加到压力与上述槽125中的金属的金属静压相匹配的点时，气体向下流动通过气隙220而不在套管130中起泡。应当减少或防止在熔融金属中起泡，以便防止将氧化膜夹带到模具上方的金属中，然后将所述氧化膜向下拉到凝固坯锭中。这些氧化膜被认为是‘夹杂物’，其有可能在随后的下游加工组件中产生缺陷。

本文所述的直接激冷铸造系统中的气体凹穴230是过渡板200与铸造表面210相交的区域。此区域是熔融铝从套管130中的金属进给口朝向模具壁向外流动，并且然后改变方向向下流动以开始形成凝固外壳的地方。在如图2-图5所示的热顶铸造构型中，模具上方的液态金属头的金属静压力试图迫使金属完全填充此区域并且形成凹穴230，并且所积聚的气体压力与氧化物的合金和强度结合形成通常称为‘弯月面’半径的临界半径。为了有助于形成弯月面半径并且含有所截留的气体，根据本文所述的示例实施例，在铸造表面界面处将凹部制造到过渡板中。

示例实施例的气体凹穴230被设计成使得宽度保持接近所形成的自然弯月面半径。将示例实施例的凹穴230的深度保持为最小，以便减凹穴的总体积。示例实施例的凹穴230的边缘被平滑化，以减小当氧化层沿着热金属面移动并且过渡到凹穴和弯月面半径时撕裂氧化层的趋势。在使用本文所述的直接激冷铸造的热顶方法进行铸造期间，在凹穴230区域处形成动态起伏或脉冲作用。由于铸造气体的持续流入，凹穴中的气泡的大小增大，压力也增大，直到气泡可以迫使其在模具壁与铸件之间沿着气隙220向下行进并且从模腔的底部逸出。气泡体积的这种增加迫使金属向上通过套管或套管130返回，使得当释放气体压力并且气体逸出时，金属液位降低。摇摆或晃动的谐波可能随着直接跨槽125的金属输送流道定位的模具而产生。弯月面的这种周期性起伏应当被减小或保持在最小限度，以防止形成涌浪搭接，所述涌浪搭接伴随有通常显示为弯月面标记的凝固坯锭外壳中的微结构异常。这些弯月面标记直接影响总外壳区宽度，并且当过于显著时，较厚的外壳区对于下游加工是不令人期望的。

减小或保持金属起伏到最小限度的次要原因是，随着凹穴230中的气泡的大小的增加，气泡延伸超出凹穴230的边缘到达邻近过渡板200的热金属面上。当过量铸造气体沿着气隙220释放并且气泡收缩时，所述动作使氧化层跨凹穴的边缘张开。当这种情况发生时，氧化层经常被撕裂，这可能导致金属附着到凹穴边缘，同时在坯锭表面上进行随机的不均匀氧化物释放。

在热顶铸造的示例实施例的最坏情况下，铸造气体流速对于通过模腔的底部向下和向外自然释放气体而言太大，并且过量气体在套管130开口的边缘之上溢出并且在模具上方的熔体中释放气泡。气体的这种突然逸出使气体凹穴剧烈地塌陷并且液态金属完全填充到所述区域中。这一事件具有导致坯锭表面质量差的若干不令人期望的结果。例如，结果包含产生非均匀坯锭表面外观的大量重氧化物释放。当保护性氧化层已被破坏并且液态金属与这些表面接触时，将表面下的这些重氧化物折叠到凝固外壳中的可能性增加，并且附着到过渡板凹穴230区域或石墨铸造表面210的可能性增加。弯月面的塌陷和暴露于液态金属增加了金属渗入过渡板到石墨铸造环界面处的任何小间隙中或渗入任何类型的过量气体排出方案中的可能性。金属附着可能导致坯锭报废和潜在的渗出。铸造表面的温度在气体从凹穴塌陷释放期间瞬间升高，这可能导致铸造润滑剂的燃烧增加并且可能产生清漆，所述清漆是导致表面缺陷的另一个潜在铝附着点。

除了上述问题之外，随着铸造气泡中的氧气被剥离并且与熔融铝反应以形成这些氧化膜，在套管130中起泡的铸造气体夹带熔体中的氧化膜。这些氧化物和铸造气体运动引起的表面问题降低了坯锭的质量。令人期望的是在整个铸造工艺期间消除熔体中的起泡的铸造气体，以防止形成夹杂物。根据本文所述的示例实施例，各实施例减少或消除在套管130以及熔融金属中起泡的铸造气体，以防止氧化膜夹带。消除任何起泡是在允许施加到模具的铸造气体的足够流速以保持气隙220铸造条件与限制逸出气体沿着气隙界面向下行进并且通过模具的下部流出而不是向上通过熔融金属输送系统的流速之间的平衡作用。铸造气体的正确量与铸造表面的热条件直接相关。较冷的铸造条件通常比较热的铸造条件需要更高的铸造气体流速，因为较冷的条件使得坯锭在铸造表面上发生更高的凝固，并且铸造气体的大部分从模具的底部逸出。

较热的铸造条件会使凝固前沿沿着铸造表面进一步向下移动，从而允许铸造气体更有效地保持气隙220。这些条件还会降低气体能够从模具的底部逸出，由此在套管130中起泡的能力。这种情况带来了挑战，因为从铸造开始到铸造结束，许多铸造操作都会经过显著变化的金属温度范围，由此使得在熔体晃动程度最小且不会在套管130中起泡的情况下优化铸造气体流速以保持气隙220更加困难。然而，即使当熔体温度稳定时，铸造气体流速窗口仍保持相对较窄，以保持最高的坯锭表面质量，而不损失气隙220、产生涌浪搭接或起泡。与具有涌浪搭接的坯锭相比，损失气隙220产生了质量较差的坯锭，并且可能导致整个坯锭报废。另外，在任何时间段内损失气隙都可能使铸造表面过热并且燃烧铸造油，从而堵塞石墨铸造表面210的孔，由此阻止气流，并且需要移除模具并且更换石墨铸造环。

本文所述的各实施例包含加宽铸造气体流速的窗口而不产生如上所述的任何起泡问题的能力，这增加了铸件的稳健性。如本文所述，过量铸造气体的排出使得能够以较高的铸造气体流速操作，这确保在激冷铸造条件下保持气隙220，同时不允许在较热条件下起泡。

根据本文所述并且在图7中所展示的示例实施例，本文描绘和描述了过渡板200的一部分的横截面。所展示实施例的过渡板包含顶表面238和底表面248。过渡板200进一步包含围绕过渡板的圆周延伸的边缘242，其中所展示实施例的边缘包含唇缘244。当过渡板200在铸造模具105中就位时，唇缘244抵靠模具密封铸腔的顶部。示例实施例的唇缘244被示出为相对于过渡板200的底表面248抬升。唇缘244相对于过渡板200的底表面248的抬升位置产生铸造气体凹穴230。唇缘244通过气体凹穴表面接合到过渡板的底表面248。图7的所展示实施例的气体凹穴表面(240)是斜面或倒角，但是各实施例包含圆角或弧形表面。

如图所示，过渡板200包含在凹穴230的区域中围绕过渡板的圆周的多个排气孔中的排气孔250。所述孔(所述孔的示例实施例的直径为0.5毫米)沿着过渡板中的气体凹穴230凹部的气体凹穴表面240的斜面定位。排气孔250排气至排气通道260，以允许铸造气体从铸造模具105逸出。当气体凹穴气泡由于高气体流速而生长时，气泡的边缘使弯月面245沿着箭头255的方向顺着凹穴的倾斜表面向下移动，从而准备突破凹穴边缘并且在熔体中起泡。然而，当凹穴230中的扩大气泡的前缘到达气体凹穴表面240的斜面上的排气孔250时，气体凹穴使过量气体自排出。这种类型的系统包含孔口，气体通过所述孔口逸出，所述孔口足够小以使得金属由于熔融金属的表面张力而无法穿透孔口。

在另一个示例实施例中，排气孔250和/或排气通道260填充有可以被气体穿透但不可以被熔融金属穿透的多孔材料。这种材料包含类似于滤芯的纤维网材料。示例实施例的排气孔250填充有多孔材料，所述多孔材料提供对气流的特定程度的阻力，使得排气孔任选地定位在凹穴230中的各个位置中，使得当凹穴中的气体压力达到足够压力时，气体通过排气孔泄漏，而不需要气泡在排气之前突破特定位置。

虽然如以上实施例中所述采用被动排气，但示例实施例的间隙的主动排气提供了可由用户配置的替代性系统。这种主动排气的示例实施例包含被设计成在过渡板200凹穴230中的特定气体压力下裂开的浮动针阀和阀座布置。示例实施例的压力被选择为预定压力，所述预定压力与模具上方的金属液位的金属静压头压力近似匹配。当凹穴中的气泡的大小和合压力增加时，针从其阀座上升并且过量铸造气体逸出，由此防止气体在套管130中起泡。示例实施例的这种压力释放阀265收纳在过渡板200的通道260内，如图7所示。实例的压力释放阀265被校准到预定义压力，所述预定义压力被确定为低于其铸造气体不会通过熔融金属起泡并且高于其铸造气体在不令人期望的路径中逸出的压力。另外，各种压力释放系统可以用于间隙的主动排气，以允许或防止气体在铸造期间从气体凹穴230流出。虽然铸造气体从气体凹穴230的排出可以在大气压力或铸造环境的环境压力下进行，但气体从示例实施例的气体凹穴的排出也可通过压力控制来调节，以通过降低压力或增加压力来增加所排出的气体量，从而在必要时保持排气口畅通。

虽然上述实施例的气体凹穴的排气是通过如上所述的气体凹穴中的排气孔实现的，但实施例任选地采用过渡板中的气体路径，以在气体沿着所定义的气体路径从气体凹穴逸出时引导气体。实施例包含过渡板200和如套管130等其它耐火组件中的雕刻路径，以沿着耐火罐外壳与液态金属之间的路径引导气体，使得实际上不会形成可以在套管130中浮动，从而产生夹带氧化物的真正气泡。为气体逸出而制造路径的另一个示例实施例是制作烟囱，所述烟囱允许气体朝向金属流起泡并且从所述金属流进入模具中。虽然在此实施例中可能产生氧化膜，但所述氧化膜不会夹带在铸造坯锭中。排出过量铸造气体的概念能够为铸造气体流速实现宽得多的窗口以便于进行多线操作(multi-strand operation)(同时铸造多个坯锭)，从而减少弯月面脉动并且消除熔体中的起泡。

图8是用于从直接激冷铸造模具中排出铸造气体的方法的流程图。如图所示，通过过渡板向直接激冷铸造模具供应熔融金属，如310处所示。示例实施例的这种熔融金属通过槽(例如，槽125)和套管(例如，套管130)提供。通过模具的铸造表面供应铸造气体，如320处所示。例如，通过石墨铸造环的铸造表面220供应铸造气体，如图2-图6所示。从过渡板中的气体凹穴中排出铸造气体，如330处所示。过渡板包含收纳铸造气体的气体凹穴，并且随着压力增大，铸造气体通过上述机构排出。

流程图的框支持用于执行指定功能的装置的组合和用于执行指定功能用于执行指定功能的操作的组合。还应当理解，流程图的一个或多个框以及流程图中的框的组合可以通过如上所述的从直接激冷铸造模具中排出铸造气体的各方面来实现。

在一些实施例中，上述操作中的某些操作可以被修改或进一步放大。此外，在一些实施例中，包含另外的任选的操作。对示例实施例的上述操作的修改、添加或放大是以促进如本文所述的铸造气体的排出的任何顺序和任何组合进行的。

在另一个实施例中，阀门系统用于在铸件的金属填充阶段期间对排气孔加压。溢出到模具中的金属可能变得湍流，这可能迫使液态金属进入小排气孔或多孔介质中，从而有效地堵塞排出过量铸造气体的能力。通过排气系统施加正气流有助于缓解金属穿透的这一问题。一旦模具填充有金属并且起动器块开始下降到铸造坑中，阀门系统就从进入模腔的正向流动切换到气体凹穴的自由流动排出。此阀门系统可以是单独控制和操作的过程，或者可以结合到模具本身中的现有铸造气体供应端口中，并且使用变化的铸造气体压力以在施加正向流动与排出过量气体之间穿梭。这不仅对于帮助防止模具填充期间的金属渗透是有用的，而且对于防止当铸造操作者在铸造之间向过渡板200的热金属面施加脱模剂涂层时排气孔被堵塞也是有用的。

过渡板氧化物堤

过渡板的另外的实施例包含过渡板‘氧化物堤’，其中在热顶坯锭铸造的情况下，术语‘氧化物堤’是指过渡板中从套管130或套管区域朝向模具孔的底切凹部。使用氧化物堤产生了这样一种情况，即坯锭头上的大部分氧化物被截留并且无法脱落并且滚动到铸态坯锭表面上。热金属面大大减少，并且因此，氧化层要薄得多并且容易保持向外流动并在弯月面之上滚动并滚动到铸态坯锭表面上的流动性。这一结果使坯锭的表面在外观上非常均匀，并且防止在铸造期间随机的重氧化物释放或‘补片’破裂并干扰坯锭的外观。窄的热金属面还有助于消除以高气体流速‘撞击’模具以释放在模具填充期间由级联金属形成的重氧化物的需要。

图9展示了两个过渡板200，其中右侧的过渡板是常规的并且包含围绕过渡板接合模腔的周边的凹穴230。左侧的过渡板200包含围绕周边的凹穴230，但也包含不存在于常规过渡板的表面280中的底切270。底切提供了其中套管130将位于底切的底表面下方，从而提供氧化物堤的区域，因为熔融金属顶部的氧化物将保留在底切内，而清洁的熔融金属将在底切下方流动，经过凹穴230并且沿着铸件的侧面向下过渡。

申请人已经发现，示例实施例的过渡板内的最佳底切为约十二毫米深，以便在金属头由于气隙铸造条件而随着弯月面的轻微拉动而轻轻地上下隆起时可靠地保留氧化物。热金属面通常保持在约十二至二十毫米。这个距离是既有助于防止在弯月面处形成的气泡在氧化物堤的边缘之上突破并且防止在套管开口中起泡，又有助于限制氧化物在弯月面上滚动之前必须‘增长’厚度和强度的时间的折衷方案。

受益于前述描述和相关联的附图中呈现的教导，本发明所属领域的技术人员将想到本文所阐述的本发明的许多修改和其它实施例。因此，应当理解，本发明不限于所公开的具体实施例，并且修改和其它实施例旨在包含在所附权利要求的范围内。尽管本文采用了具体术语，但其仅用于一般性和描述性意义，而不是出于限制的目的。

Claims (20)

1.一种用于直接激冷铸造模具的过渡板，所述过渡板包括：

顶表面(238)；

底表面(248)，其中在所述底表面的周边处限定有铸造气体凹穴(230)；以及

一个或多个排气孔(250)，所述一个或多个排气孔限定在所述铸造气体凹穴内。

2.根据权利要求1所述的过渡板，其进一步包括唇缘(244)，其中所述唇缘围绕所述过渡板的所述周边延伸并且通过气体凹穴表面(240)与所述底表面(248)分离。

3.根据权利要求2所述的过渡板，其中所述一个或多个排气孔(250)限定在所述气体凹穴表面(240)中。

4.根据权利要求3所述的过渡板，其中当所述过渡板定位在模具(105)上时，所述唇缘(248)相对于所述底表面(248)抬高，其中所述铸造气体凹穴(230)通过所述唇缘(244)和所述气体凹穴表面(240)形成在所述过渡板的所述周边处，并且其中所述排气孔(250)被安置成更靠近所述底表面，而不是所述唇缘(244)。

5.根据权利要求4所述的过渡板，其中响应于在所述铸造气体凹穴(230)中形成气泡，所述多个排气孔(250)被配置成允许铸造气体在所述铸造气体到达所述过渡板的所述底表面(248)之前被排出。

6.根据权利要求3所述的过渡板，其中所述气体凹穴表面(240)包括相对于所述底表面(248)的斜切表面，其中所述一个或多个排气孔限定在所述斜切表面中。

7.根据权利要求1所述的过渡板，其中所述多个排气孔(250)包括气体能透过而熔融金属不能透过的材料网。

8.根据权利要求1所述的过渡板，其中所述多个排气孔(250)排气至大气压力。

9.根据权利要求1所述的过渡板，其中所述多个排气孔(250)与阀(265)相关联，其中所述阀响应于所述铸造气体凹穴(230)中的压力满足预定值而允许所述多个排气孔排气至大气压力。

10.根据权利要求1所述的过渡板，其进一步包括唇缘，其中所述铸造气体凹穴(230)限定在所述唇缘(244)与所述底表面(248)之间。

11.一种从直接激冷铸造模具中排出铸造气体的方法，所述方法包括：

通过过渡板(200)向所述直接激冷铸造模具(105)供应熔融金属(107)；

通过所述直接激冷铸造模具的铸造表面(210)供应铸造气体；以及

从所述过渡板中的气体凹穴(230)中排出所述铸造气体，其中从所述过渡板中的所述气体凹穴中排出所述铸造气体是响应于所述气体凹穴中的所述铸造气体的压力达到预定压力而执行的。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述预定压力是基于供应至所述直接激冷铸造模具(105)的所述熔融金属(107)的金属静压头压力确定的。

13.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：

向所述过渡板(200)中的多个排气孔(250)供应压力，以防止熔融金属流过所述排气孔；以及

减小或去除至所述多个排气孔的压力以允许排出铸造气体。

14.一种用于对直接激冷铸造模具进行排气的系统，所述系统包括：

直接激冷铸造模具(105)；

套管(130)，熔融金属(107)通过所述套管供应至所述直接激冷铸造模具；以及

过渡板(200)，所述过渡板附接至所述直接激冷铸造模具，并且所述套管收纳到所述过渡板中，其中所述过渡板包括气体通道(230)和安置在其中的多个排气孔(250)，

其中响应于熔融金属填充所述直接激冷铸造模具而通过所述过渡板中的所述气体通道排出铸造气体。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述过渡板包括：

顶表面(238)；以及

底表面(248)，其中所述铸造气体凹穴(230)限定在所述底表面的周边处。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述过渡板进一步包括唇缘(244)，其中所述唇缘围绕所述过渡板的所述周边延伸并且通过气体凹穴表面(240)与所述底表面(248)分离。

17.根据权利要求16所述的系统，其中一个或多个排气孔(250)限定在所述气体凹穴表面(240)中。

18.根据权利要求17所述的系统，其中当所述过渡板定位在模具(105)上时，所述唇缘(248)相对于所述底表面(248)抬高，其中所述铸造气体凹穴(230)通过所述唇缘(244)和所述气体凹穴表面(240)形成在所述过渡板的所述周边处，并且其中所述排气孔(250)被安置成更靠近所述底表面，而不是所述唇缘(244)。

19.根据权利要求18所述的系统，其中响应于在所述铸造气体凹穴(230)中形成气泡，所述多个排气孔(250)被配置成允许铸造气体在所述铸造气体到达所述过渡板的所述底表面(248)之前被排出。

20.根据权利要求16所述的系统，其中所述气体凹穴表面(240)包括相对于所述底表面(248)的斜切表面，其中一个或多个排气孔限定在所述斜切表面中。

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