专利名称：用于熔融金属的钢包的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钢包和用于将熔融金属从钢包传递至铸造模具的系统。
背景技术：
将熔融材料(例如金属)浇注到铸造模具中是重要的过程变量，其影响铸件的内部完好性、表面状态和机械性能，例如抗拉强度、孔隙度、伸长率和硬度。在铸造业存在并使用多种不同设计的浸溃/浇注钢包。通常基于熔融金属的类型和所用的铸造模具来选择设计。通常使用的钢包利用槽、浇注口和挡板，或者在钢包顶部的挡渣坝来减少金属装填过程中炉内金属氧化物的夹杂，或者钢包可以结合塞棒来控制流入和流出钢包的金属流。熔融金属(例如铝)与空气反应并生成氧化物，即通常所知的浮渣，浮渣与其余的熔融金属混合从而在金属凝固过程中在铸件内生成夹杂物及多孔区。虽然很多因素都会影响并导致铸件中的不希望性质，但是夹杂物的两个通常来源包括熔融金属顶部形成浮渣层，以及在浇注过程中由熔融金属的紊流而造成的熔融金属的褶皱动作。紊流金属的流动使得熔融金属表面区域暴露在空气中，这生成浮渣层。根据熔融金属的速度(该速度是由浇注钢包和浇注池的设计和使用确定的)，熔融金属可以自身褶皱多次，从而在其中捕获氧气和金属氧化层并将另外的金属表面区域暴露在空气中。典型的浇铸钢包指的是倾斜浇注钢包。这些钢包基本上是圆柱形的，具有从其顶部向外延伸的外喷口。某些倾斜浇注钢包含有壁或挡板来将该钢包的碗型或腔型区域与喷口分离。该壁或挡板可以延伸到钢包底部。当熔融金属被浇注时，挡板限制了来自钢包顶部的熔融金属的流动从而有助于钢包底部附近的金属的浇注。钢包底部的金属基本上没有浮渣和其它可能存在的杂质材料，例如被腐蚀的耐火炉衬和在金属熔融过程中生成的灰烬。尽管挡板用于使浮渣夹杂物最小化，然而外喷口的设计仍然会增加材料的浇注速度，并且可能产生紊流。熔融金属通常会通过浇注池从钢包传递到铸造模具。当熔融金属浇注通过空气并且进入浇注池时，还可能导致熔融金属的紊流。在传统的浇注池设计中，熔融材料在池中向下流动到达模具浇口。熔融金属通过浇口的流动也可能导致其中发生紊流，从而生成额外的浮渣。持续需要一种钢包和用于将熔融金属从钢包传递至铸造模具的系统，以便最小化熔融金属中的紊流，并且防止铸件中的杂质，包括倾斜浇注模制过程形成的表面下的孔隙。
发明内容
根据本发明，已经令人惊讶地发现了一种钢包和用于将熔融金属从钢包传递至铸造模具的系统，以便最小化熔融金属中的紊流，并且防止通过倾斜浇注模制过程而在铸件中形成的包括表面下的孔隙的杂质。在特定的实施例中，钢包是带有顶部开放面的有帽的水平圆柱体。开放面用于从浸溃炉缸填装以及用于金属毛刺的去除。偏离中心的圆柱形水口与钢包的开放面分开。水口限定钢包的旋转轴线。在钢包浸溃和与水平模具壁密封之后，钢包被旋转以便使熔融金属超过水口的高度。浇孔板用于将一定体积的熔融金属引导到水口。在保持从浸溃炉缸填装的效率的同时，钢包消除了与传统的倾斜浇注钢包相关联的水口到池的金属掉落。这通过将钢包水口密封到浇口模具壁实现。在钢包密封到模具壁之后，钢包被旋转以便使熔融金属在水口之上。在这点，钢包作为被填装的池。钢包允许容易地移去残余的金属表皮。它也是对传统的半永久型模具圆柱形头钢包的直接替代。在一个实施例中，一种用于熔融金属的钢包，该钢包包括主体，主体具有中空内部和用于接收熔融金属的开口。主体具有侧壁，水口形成在该侧壁中。水口限定了主体的旋转轴线。水口构造成当主体从第一位置旋转到第二位置时将熔融金属输送到模具。在另一个实施例中，铸造装置包括用于熔融金属的钢包。钢包具有主体，该主体具有中空内部和用于接收熔融金属的开口。主体具有侧壁，水口形成在该侧壁中。水口限定了主体的旋转轴线，并且构造成当主体从第一位置旋转到第二位置时输送熔融金属。铸造装置还包括模具。模具具有入口和形成于模具中用于容纳熔融金属的腔。钢包的水口与入口流体连通。当钢包从第一位置旋转到第二位置时，钢包可以围绕旋转轴线旋转，将熔融金属从钢包的水口输送到模具的腔中。 在另一实施例中，用于将熔融金属传递到模具的方法，包括以下步骤以熔融金属填装钢包；使钢包的水口定位为与模具的入口流体连通；以及使钢包从第一位置旋转到第二位置以便将熔融金属从钢包输送到模具的腔中。此外，本发明还涉及以下技术方案。I. 一种用于熔融金属的钢包，包括
主体，所述主体具有中空内部和用于接收熔融金属的开口，所述主体具有侧壁，水口形成在所述侧壁中，所述水口限定了所述主体的旋转轴线并且构造成当所述主体从第一位置旋转到第二位置时输送熔融金属。2.如技术方案I所述的钢包，其中，所述水口是圆柱形的，并且从所述侧壁向外延伸。3.如技术方案I所述的钢包，其中，所述主体的旋转轴线是偏心的。4.如技术方案3所述的钢包，其中，在所述第一位置的水口不与所述中空内部中的熔融金属流体连通，在所述第二位置的水口与所述中空内部中的熔融金属流体连通。5.如技术方案I所述的钢包，还包括浇孔板，所述浇孔板设置在所述主体的中空内部中，并且构造成将熔融金属引导向所述水口。6.如技术方案5所述的钢包，其中，所述浇孔板相对于所述主体的旋转轴线成角度地定向。7.如技术方案I所述的钢包，其中，所述主体具有后壁，当所述主体旋转到所述第二位置时，所述后壁相对于所述旋转轴线向下成角度。8.如技术方案I所述的钢包，包括形成在所述主体上的销，以便有助于所述主体从所述第一位置旋转到所述第二位置，所述销沿所述主体的旋转轴线设置。9. 一种铸造装置，包括
用于熔融金属的钢包，所述钢包包括主体，所述主体具有中空内部和用于接收熔融金属的开口，所述主体具有侧壁，水口形成在所述侧壁中，所述水口限定了所述主体的旋转轴线并且构造成当所述主体从第一位置旋转到第二位置时输送熔融金属；以及模具，所述模具具有入口和形成在所述模具中用于接收熔融金属的腔，所述钢包的水口与所述入口流体连通，当所述钢包从所述第一位置旋转到所述第二位置时，所述钢包可以绕所述旋转轴线旋转，以便将熔融金属从所述钢包的水口输送到所述模具的腔中。10.如技术方案9所述的铸造装置，还包括设置在所述水口和所述模具之间的垫圈。11.如技术方案10所述的铸造装置，其中，所述垫圈由包括纤维和石墨的柔性复合物形成。12.如技术方案9所述的铸造装置，其中，所述钢包的水口紧邻所述模具。13.如技术方案12所述的铸造装置，其中，所述水口是圆柱形的，从所述侧壁向外延伸，并且可旋转地由所述入口接收。
14. 一种将熔融金属传递到模具的方法，所述方法包括
提供用于熔融金属的钢包，所述钢包包括主体，所述主体具有中空内部和用于接收熔融金属的开口，所述主体具有侧壁，水口形成在所述侧壁中，所述水口限定了所述主体的旋转轴线并且构造成当所述主体从第一位置旋转到第二位置时输送熔融金属；
提供模具，所述模具具有入口和形成在所述模具中用于接收熔融金属的腔，所述钢包的水口与所述入口流体连通，当所述钢包从所述第一位置旋转到所述第二位置时，所述钢包可以绕所述旋转轴线旋转，以便将熔融金属从所述钢包的水口输送到所述模具的腔中；以熔融金属填装所述钢包；
使所述钢包的水口定位为与所述模具的入口流体连通；以及
使所述钢包从所述第一位置旋转到所述第二位置，以便将熔融金属从所述钢包输送到所述模具的腔中。15.如技术方案14所述的方法，其中，通过在浸溃炉缸中使所述钢包旋转到所述第一位置而以熔融金属填装所述钢包。16.如技术方案14所述的方法，其中，使所述钢包的水口定位为与所述模具的入口流体连通的步骤包括使所述水口与所述入口对准以便将所述水口密封到所述模具。17.如技术方案16所述的方法，其中，使所述钢包的水口定位为与所述模具的入口流体连通的步骤包括在所述水口和所述模具之间提供垫圈以便在所述钢包和所述模具之间产生平坦密封。18.如技术方案14所述的方法，其中，使所述钢包的水口定位为与所述模具的入口流体连通的步骤包括将所述水口插入所述模具的入口以便将所述水口密封到所述模具。19.如技术方案18所述的方法，其中，当所述水口被插入所述模具的入口中时，所述钢包可以绕所述旋转轴线旋转。20.如技术方案14所述的方法，其中，在所述第一位置的水口不与所述中空内部中的熔融金属流体连通，在所述第二位置的水口与所述中空内部中的熔融金属流体连通。
对于本领域技术人员而言，本发明的上述及其它优点从下面对优选实施例的详细描述中并参考附图考虑时将变得清楚，附图中
图I是根据本发明的一个实施例的钢包的透视图；图2A-2B是图I所示的钢包的横截面侧视图，显示了钢包在浸溃炉缸中的填装；
图3A-3B是图I中所示的钢包的透视图，该钢包与以横截面显示的局部模具协作，说明模具的填装；
图4是沿图3A的截面线4-4取得的钢包和模具的横截面局部侧视图，进一步示出了根据本发明的实施例的钢包的水口和模具之间的垫圈，以便将水口密封到模具上；
图5是图3A-3B中所示的钢包和模具的横截面局部侧视图，进一步示出了根据本发明的另一实施例的钢包的水口和模具的协作，以便将水口密封到模具上；
图6是图I中所示的钢包的侧视图，根据本发明的又一实施例，钢包与模具协作；以及 图7A-7B是根据本发明的替代性实施例的钢包的透视图。
具体实施例方式以下详细描述和附图描述并示出了本发明的各种示例性实施例。描述和附图用于能够让本领域技术人员制造和使用本发明，且并不以任何方式限制本发明的范围。关于所公开的方法，所提出的步骤本质上是示例性的，因此，步骤的顺序不是必然的或关键的。图I显示了根据本发明的一个实施例的用于熔融金属101 (示于图2A-3B)的钢包100。钢包100包括主体102，主体102具有中空内部104和用于接收熔融金属101的开口106。开口 106的尺寸适应浸溃操作，同时允许钢包100在运输期间在中空的内部104中保持足够量的熔融金属101。例如，开口 106可以是基本上开放的顶部,用于以熔融金属101来填装中空内部104。作为非限制性示例，主体102可以是带有有帽端部的部分圆柱体形状。如果需要，主体也可以使用其它形状。主体102具有侧壁108，水口 110形成在该侧壁108中。例如，水口 110与主体102的侧壁108可以是一体的。水口 110适于与主体102 —起旋转，例如，达到360度。水口110限定了主体102的旋转轴线A。例如，旋转轴线A可以基本上平行于主体102的纵向轴线。水口 110构造成当主体102从第一位置(显示于图3A)旋转到第二位置(显示于图3B)时输送熔融金属101。在特定的实施例中，水口 110是圆柱形的，并且从侧壁108向外延伸。在其它实施例中，水口 Iio可以是形成在侧壁108中的孔。水口 110的其它适当形状和构造也在本发明的范围内。应该认识到，主体102的旋转轴线A是偏心的，S卩，水口 110偏离侧壁108的中心。偏心的旋转轴线A允许中空内部104中的熔融金属101在主体102位于第一位置时不与水口 110流体连通。偏心的旋转轴线A还允许中空内部104中的熔融金属101在主体102位于第二位置时与水口 110流体连通。由此，在操作中，当钢包100从第一位置旋转到第二位置时，熔融金属101输送通过主体102的水口 110。在又一实施例中，钢包100可以包括浇孔板(funnel panel) 112。浇孔板112设置在主体102的中空内部104中。在钢包100的操作期间，当钢包100旋转到第二位置时，浇孔板112将熔融金属101引导向水口 110。例如，浇孔板112可以相对于主体102的旋转轴线A成一角度地定向。例如，通过在水口 110允许至少两英寸的头压力与水口 110组合，浇孔板112加速熔融金属101的输送。根据需要，本领域技术人员可以选择浇孔板112的 适当角度。
现在参考图7A和7B，显示了根据本发明的替代性实施例的钢包100。钢包100的主体102可以包括浇孔板112，作为邻近水口 110的主体102的后壁114。后壁114的定向可以使得当主体102旋转到第二位置时后壁114向下成角度。例如，由水口 110限定的旋转轴线A可以偏离主体102的纵向轴线，后壁114可以定向成与该旋转轴线A平行。该偏离允许当主体102位于第二位置时主体102的与水口 110相对的一侧升起，并且使流向水口 110的熔融金属101的流成角度。作为一个非限制性示例，旋转轴线A和主体102的纵向轴线之间的偏离可以是大约10度(10° )。也可根据需要使用其它适当的偏离。类似于以上所述的浇孔板112，当钢包100旋转到第二位置时，成角度的后壁114从而可以将熔融金属101引导向水口 110。重新参考图1，本发明的钢包100可以由诸如致动器或机械手(未示出)的设备来操作。在填装操作和浇注操作的每一个中，该设备可以使钢包100的主体102旋转或枢转。作为一个非限制性示例，钢包100可以包括形成在主体102上的销116，以便有助于主体102从第一位置旋转到第二位置。例如，销116可以沿着主体102的旋转轴线A设置。在另一个实施例中，该设备可以利用支架(未示出)等连接到主体102，以便允许钢包100的运输和旋转。在本发明的范围内也可以采用在第一位置和第二位置之间操作钢包100的其它装 置。图2A-2B示出了利用钢包100的填装操作。通过使用浸溃炉缸118等，可以填装钢包100。如图2A所示，例如，钢包100可以在第三位置插入到浸溃炉缸118中的熔融金属101中。当钢包100位于第三位置时，水口 110不插入到熔融金属101之下。如图2B所示，然后钢包100可以绕着旋转轴线A旋转到第一位置。当钢包100位于第一位置时，水口110也不插入到熔融金属101之下。由此钢包100被填装用于运输以及接下来的铸造操作。本领域的技术人员可根据需要选择用于填装钢包100的其它适当装置。现在参考图3A-3B，显示了本发明的铸造装置120。该铸造装置120包括定位为与铸造模具122密封接触的钢包100。与能够从浸溃炉缸118移动到模具122的钢包100相反，模具122是静止的。模具122可以是半永久类型的模具，但在本发明的范围内也可以使用其它类型的铸造模具。铸造模具122具有入口 124和形成于其间用于容纳熔融金属101的腔126。入口124例如通过模具浇口 128与腔126流体连通。入口 124可以是模具浇口 128的开放端。钢包100的水口 110与铸造模具122的入口 124流体连通。当钢包100从第一位置(显示于图3A)旋转到第二位置(显示于图3B)时，钢包100可以围绕旋转轴线A旋转，将熔融金属101从钢包100的水口 110输送进入模具122的腔126中。在某些实施例中，例如如图3A-3B和图4所示，铸造装置120可以包括设置在水口110和模具122之间的垫圈130。垫圈130有助于在水口 110和模具122之间的界面上的平坦密封。在维持水口 110和模具122之间的密封的同时，垫圈130还允许钢包100绕旋转轴线A旋转。垫圈130可以例如由包括纤维和石墨的柔性复合物形成。根据需要也可以使用其他适当的温度稳定的材料。在其它实施例中，例如如图5所示，钢包100的水口 110密封地紧邻模具122。作为非限制性示例，水口 Iio可以是基本上圆柱形的，并且从侧壁108向外延伸。水口 110还可以由模具122的入口 124可旋转地接收。如图5所示，水口 110可以代表阳性特征，入口124可以代表与阳性特征配合的阴性特征。应该理解的是，在本发明的范围内，水口 110可以替代性地设置为阴性特征，入口 124设置为与阴性特征配合的阳性特征。本发明还包括一种将熔融金属101传递到铸造模具122的方法。该方法包括提供如以上所述和显示于附图中的钢包100和模具122。钢包100首先填装熔融金属101，例如，如图2A-2B所示。然后，钢包100的水口 110被定位为与模具122的入口 124流体连通。在使钢包100定位为与模具122的入口 124流体连通之前，钢包100被旋转到第一位置。例如，作为图2A-2B中所示的填装操作的一部分，钢包100可以旋转到第一位置。在钢包100定位为与模具122的入口 124流体连通之后，钢包100从第一位置旋转或枢转到第二位置。从第一位置旋转到第二位置使钢包的主体102升高到水口 110以上，并且造成熔融金属101通过水口 110流出钢包100。由此，熔融金属101通过水口 110从钢包100输送到模具122的腔126。
在铸造装置120中采用垫圈130的情况下，例如，如图4所示，使钢包100的水口110定位为与模具122的入口 124流体连通的步骤可以首先包括使水口 110与入口 124对准以便将水口 110密封到模具122的步骤。然后，垫圈130可以设置在水口 110和模具122之间，以便在钢包100和模具122之间产生平坦密封。在特定的实施例中，在将钢包100与模具122对准并定位为与模具122密封接触之前，垫圈130可以固定到钢包100和模具122中的一个上。在铸造装置120中采用阳性和阴性配合的情况下，例如，如图5所示，使钢包100定位为与模具122的入口 124流体连通的步骤可以包括将水口 110插入模具122的入口124以便将水口 110密封到模具122的步骤。应该意识到的是，当水口 110被插入模具122的入口 124中时，钢包100保持可以绕旋转轴线A旋转。现在参考图6，本领域技术人员应该认识到，钢包100可以相对于地板表面倾斜一角度。钢包100的倾斜有助于从钢包100输送和移去熔融金属101。在钢包100相对于地板表面成角度地倾斜的情况下，模具122的面对的表面132也可以成角度，以允许在铸造操作之前将水口 110与模具122密封，静止的模具122的入口 124形成在所述面对的表面132中。作为非限制性示例，模具122的面对的表面132相对于竖直方向可以具有大约十度(10° )的角度，并且允许水口 110倾斜大约十度(10° )。在本发明的范围内，也可以使用其它的倾斜角度以及模具122的面对的表面132的对应的角度。有利的是，铸造装置120和本发明的方法以重力浇注过程的效率输送比传统的倾斜浇注过程更优的金属质量。钢包100和模具122之间的接触尤其减小熔融金属101的紊流，否则其可能以高紊流通过空气浇注到浇注池中。铸造装置120和方法还已经被显示为减小初始金属流表面区域和氧化膜的形成。由于在模具腔124的填装期间减小了熔融金属101的紊流，铸造装置120和方法还类似地减小了表面下孔隙度和渗漏铸造废料。钢包100的浇孔板112和有角度的后壁114还通过促使熔融金属101朝向水口 110用于输送到模具122而提高钢包100的效率。尽管为了解释本发明的目的已经示出了某些代表性实施例和细节，但本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离进一步由在后面的所附权利要求中描述的本发明的范围的情况下可作出各种改变。
权利要求
1.一种用于熔融金属的钢包，包括 主体，所述主体具有中空内部和用于接收熔融金属的开口，所述主体具有侧壁，水口形成在所述侧壁中，所述水口限定了所述主体的旋转轴线并且构造成当所述主体从第一位置旋转到第二位置时输送熔融金属。
2.如权利要求I所述的钢包，其中，所述水口是圆柱形的，并且从所述侧壁向外延伸。
3.如权利要求I所述的钢包，其中，所述主体的旋转轴线是偏心的。
4.如权利要求3所述的钢包，其中，在所述第一位置的水口不与所述中空内部中的熔融金属流体连通，在所述第二位置的水口与所述中空内部中的熔融金属流体连通。
5.如权利要求I所述的钢包，还包括浇孔板，所述浇孔板设置在所述主体的中空内部中，并且构造成将熔融金属弓I导向所述水口。
6.如权利要求5所述的钢包，其中，所述浇孔板相对于所述主体的旋转轴线成角度地定向。
7.如权利要求I所述的钢包，包括形成在所述主体上的销，以便有助于所述主体从所述第一位置旋转到所述第二位置，所述销沿所述主体的旋转轴线设置。
8.一种铸造装置，包括 用于熔融金属的钢包，所述钢包包括主体，所述主体具有中空内部和用于接收熔融金属的开口，所述主体具有侧壁，水口形成在所述侧壁中，所述水口限定了所述主体的旋转轴线并且构造成当所述主体从第一位置旋转到第二位置时输送熔融金属；以及 模具，所述模具具有入口和形成在所述模具中用于接收熔融金属的腔，所述钢包的水口与所述入口流体连通，当所述钢包从所述第一位置旋转到所述第二位置时，所述钢包可以绕所述旋转轴线旋转，以便将熔融金属从所述钢包的水口输送到所述模具的腔中。
9.一种将熔融金属传递到模具的方法，所述方法包括 提供用于熔融金属的钢包，所述钢包包括主体，所述主体具有中空内部和用于接收熔融金属的开口，所述主体具有侧壁，水口形成在所述侧壁中，所述水口限定了所述主体的旋转轴线并且构造成当所述主体从第一位置旋转到第二位置时输送熔融金属； 提供模具，所述模具具有入口和形成在所述模具中用于接收熔融金属的腔，所述钢包的水口与所述入口流体连通，当所述钢包从所述第一位置旋转到所述第二位置时，所述钢包可以绕所述旋转轴线旋转，以便将熔融金属从所述钢包的水口输送到所述模具的腔中； 以熔融金属填装所述钢包； 使所述钢包的水口定位为与所述模具的入口流体连通；以及 使所述钢包从所述第一位置旋转到所述第二位置，以便将熔融金属从所述钢包输送到所述模具的腔中。
10.如权利要求9所述的方法，其中，通过在浸溃炉缸中使所述钢包旋转到所述第一位置而以熔融金属填装所述钢包。
全文摘要
本发明提供一种用于熔融金属的钢包，该钢包包括主体，主体具有中空内部和用于接收熔融金属的开口。主体具有侧壁，水口形成在该侧壁中。水口限定了主体的旋转轴线。水口与模具接触、密封并且流体连通。水口构造成当主体从第一位置旋转到第二位置时将熔融金属输送到模具。
文档编号B22D41/00GK102814492SQ20121018796
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月8日 优先权日2011年6月9日
发明者D.D.格特施, J.R.特劳布 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司