本实用新型涉及一种用于在铸造熔融金属的过程中使用的装置。特别地，本实用新型涉及一种用于在铸造过程中过滤和分配熔融金属流的装置。
背景技术：
大型金属铸件的制造可能比较困难。为了确保向铸模的每个部分提供充足的熔融金属，使用浇注系统以通过流道将熔融金属分配到铸模的不同区域。
过滤器通常用于金属铸造，以去除熔融金属中的熔渣或浮渣，并在金属到达铸模之前减少湍流。这降低了在铸件成品中的夹杂物和缺陷的水平，从而降低报废水平、减少重做(rework)、改善机械加工性和整体铸件的清洁度和质量。在过滤过程中，夹杂物被去除并被捕集在过滤器的前面，其限制了可以通过过滤器的金属的量。在一般情况下，一平方厘米的过滤器可以过滤2.1-2.8公斤的钢或1.4-2.0公斤的球墨铸铁，并且如果尝试放入更多的金属将导致过滤器堵塞(由于被捕获的夹杂物阻塞或堵塞过滤器)。
对于中型和大型金属铸件，需要多个过滤器来确保足够的产量。在一般情况下，过滤器在流道系统(runner system)内，在每个流道的模具的预成型腔体中被串联(in-line)提供。对于较重的铸件，过滤器通常放置在耐火壳体中，诸如在陶瓷流道系统中使用的Foseco公司的这些单元通常位于模具中、在铸造腔体的下方，并连接到位于铸件适当部位的浇口(in-gate)。
随着铸件的重量增加，过滤器的要求意味着对设计适于一个模具的实用流道系统变得越来越复杂和困难。例如，一个20吨的钢铸件将需要30 个到40个150mm2的过滤器。为了克服这个问题，诸如在DE4229417C2 中描述的离心过滤系统以及由Foseco公司销售的商品名称为HOLLOTEX CFU的离心过滤系统通常用于大型的含铁铸件。这些高能力的过滤装置包括一个能以圆形的形式容纳6至8个过滤器的大型耐火材料单元。一个或多个单元被并入铸件(通常是底部填充的铸件)的流道系统。熔融金属进入单元，并最初在过滤器周围循环，然后金属将通过过滤器被离心引导并通过位于单元的中心的出口离开，通过一个或多个浇口而进入铸造腔体。根据铸造重量和金属体积的要求，可以使用这些单元中的一个或多个。然而，这些单元是大型且重的，这意味着它们在模制期间难以被处理和操纵，并且它们与其相关联的流道系统一起，在模具中占据很多的空间。
考虑到这些问题，本实用新型被设计成提供一种具有高过滤能力的紧凑型过滤器壳体，并且特别适用于中等和大型尺寸的含铁铸件的有效过滤。
技术实现要素：
根据本实用新型的第一方面，提供了一种用于在铸造熔融金属的过程中使用的装置，装置包括：
底部、顶部和其间的连续侧壁，底部、顶部和侧壁限定包括中央入口腔体的腔室；
入口，其引入入口腔体；
多个出口；以及
用于过滤熔融金属的多个过滤器，过滤器被布置在入口和出口之间的流动路径内，
其中：
每个出口位于由一对过滤器和侧壁的一部分限定的封闭的出口腔体内；
过滤器从侧壁向内延伸并从底部向顶部延伸；以及
相邻的出口腔体通过在入口腔体和侧壁之间延伸的入口通道被彼此分隔开。
应该理解的是，术语“封闭的出口腔体”旨在表示出口腔体相对于腔室的其余部分是封闭的，以使得在使用中，当熔融金属从入口流向出口时，熔融金属必须通过过滤器。然而，可以理解的是，出口腔体并不是被完全密封的，这是因为它包括熔融金属经过过滤后通过其流出装置的出口(如下所述)。
在使用中，装置接收熔融金属供应，该熔融金属在装置内被过滤，然后通过多个出口被分配到铸件的不同部分，其中出口可连接到单个流道或浇口。熔融金属通过入口流入装置的中央入口腔体，然后沿着入口通道并通过过滤器向外被引导到出口腔体。一旦被过滤，熔融金属通过出口流出装置。
过滤器从侧壁向内延伸。因此，每个过滤器具有远离侧壁并靠近入口腔体的内端和远离入口腔体且靠近侧壁的外端。
在一些实施方式中，过滤器径向布置在入口腔体周围。径向布置是有利的，因为其能够使更多的过滤器以及更多的出口腔体适配在装置内。因此，径向设计允许装置相对比较紧凑。紧凑的设计有助于减轻重量，以帮助处理该单元和改善该单元的灌注，并且还允许型砂更容易地被包装在装置周围。
径向设计还提供了更高的过滤能力和效率。据信，熔融金属通过过滤器的流动“冲洗”了过滤器的表面，从而阻碍了夹杂物的积聚，延缓了过滤器的阻塞和堵塞，从而允许更大量的金属通过过滤器。
可以理解，在其中过滤器径向布置的实施方式中，分离相邻出口腔体的出口腔体和入口通道将因此具有径向布置。
在一个实施方式中，顶部或底部是可移除的。这意味着装置的内部可以被接入以允许过滤器在装置被组装时被插入，或者允许在模制之前清洁该单元的内部。
底部和顶部因此可以可彼此连接。底部和顶部可以通过任何合适的方式连接，诸如摩擦匹配或通过粘合剂。附加地或替代地，底部和顶部可以通过一个或多个外部紧固件，诸如带子(典型地为金属带)，被保持在一起。
在一些实施方式中，入口位于底部中。在一些替代实施方式中，入口位于顶部中。
在一些实施方式中，出口位于底部中。在一些替代实施方式中，出口位于侧壁中。在一些进一步的替代实施方式中，一些出口位于底部中，一些位于侧壁中。
熔融金属可以通过底部中的入口流入，并通过底部中的出口流出。或者，金属可以通过底部中的入口流入，并通过侧壁中的出口流出。或者，金属可以通过顶部上的入口流入，并通过侧壁上的出口流出。金属也可以通过底部和侧壁上的出口流出。除此之外，入口和出口的位置将取决于铸件的尺寸和形状，以及用于向铸件的不同部分供应过滤金属的流道系统的适当配置。
可以提供至少一个入口。在要过滤和分配大量熔融金属的情况下，该装置可以包括附加的入口，其中每个入口都引入中央入口腔体。在一些实施方式中，装置包括1个至4个入口。在一些实施方式中，装置包括1个、 2个、3个或4个入口。
在一些实施方式中，装置包括3个到12个出口。在一些实施方式中，装置包括3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个或12 个出口。在一些实施方式中，每个出口腔体包括一个出口，以使得出口腔体的数量等于出口的数量。在一些替代实施方式中，每个出口腔体包括2 个至4个出口，以使得出口的数量大于出口腔体的数量。在一个实施方式中，每个出口腔体包括2个、3个或4个出口。由于每个出口腔体部分地由一对过滤器限定，因此过滤器的数量可以等于出口腔体数量的两倍。
在一些实施方式中，限定每个出口腔体的侧壁部分包括径向向内突出的区域(即突起)，该区域被构造成将熔融金属流引向出口。每个入口通道内的侧壁还可以或替代地包括突起，其被构造成将金属流从入口腔体朝向限定出口腔体的过滤器引导。出口腔体和/或入口通道中的突起减少湍流并使得金属能够更有效地流过装置，从而提高了过滤能力。在一个实施方式中，突起在顶部和底部之间延伸。
突起延伸到出口腔体和/或入口通道中。突起可以由侧壁的向内突出部分形成(即，使得在装置的外表面中形成凹陷)。或者，突起可以是插入件的形式，其连接到侧壁的内表面或者与侧壁一体形成，使得突起有效地形成侧壁厚度增加的区域。在这种情况下，突起可以提供方便的位置来插入螺钉、推入匹配连接器或用于将顶部和/或底部锚定到侧壁的其他装置。
突起可以具有三角形的横截面，该三角形具有底部和在顶端处连接的两个侧面，底部连接到侧壁，并且熔融金属流在顶端分叉并且沿着三角形的两侧被引导。三角形的顶端可以是圆角的，以使得突起具有弯曲的形状。或者，突起可以具有半圆形的横截面，半圆具有底部和弯曲的弧，其中半圆的底部连接到侧壁。本领域技术人员将理解，突起的形状不限于这些示例，并且突起可以是适合于减少湍流并引导熔融金属流动的任何形状。
在一些实施方式中，装置进一步包括多个支撑件，支撑件围绕入口腔体的边缘以间隔开的构造布置并且从底部延伸到顶部，其中每对过滤器在侧壁和其中一个支撑件之间延伸。
在一些实施方式中，每个支撑件都是分隔壁(即分隔件)的形式，其与一对过滤器和侧壁一起限定了出口腔体的第四壁。分隔件的使用允许过滤器更多地间隔开，以增加出口腔体的容量。支撑件或分隔件的设置还确保熔融金属不会在过滤器之间泄漏，并且必须经由入口通道(而不是直接从入口腔体)进入出口腔体，这确保熔融金属在离开装置之前被过滤。
支撑件或分隔件也可以用来将过滤器保持在适当位置。在一些实施方式中，每个过滤器的内端位于支撑件或分隔件中的相应狭槽内。通过将每个过滤器的内端定位在狭槽内，过滤器被保持在两个面上，从而防止过滤器的横向移动或倾斜。应当理解，由于对每对过滤器提供一个支撑件或分隔件，因此每个支撑件或分隔件将设有一对狭槽，其用于容纳该对过滤器的内端。
每个过滤器的外端可以可选地或附加地位于侧壁的狭槽中。
在一些实施方式中，用于接收每个过滤器的狭槽设置在装置的底部和 /或顶部中，过滤器被保持在狭槽内。将过滤器定位在底部和/或顶部的狭槽内可进一步将过滤器固定在适当的位置，并有助于防止过滤器的横向移动(即使在过滤器的任何一端没有被保持在支撑件中的狭槽和/或侧壁中的狭槽的实施方式中也是如此)。在底部和/或顶部使用狭槽还支撑过滤器以抵抗熔融金属流的物理冲击并使过滤器破裂的可能性最小化。
过滤器可紧密地(即摩擦配合)装配在狭槽内，以防止过滤器的横向移动。应该理解的是，狭槽的尺寸和形状将被配置为与过滤器的尺寸和形状相对应，以确保紧密配合。通过将过滤器简单地滑入狭槽中可以方便地将过滤器装配到装置中，而不需要任何额外的工具来将过滤器固定在适当位置。
这里所使用的术语“狭槽”将被理解为是指具有底部和两个侧壁的通道。狭槽的底部和侧壁优选是平的，并且侧壁垂直于底部，从而能够与过滤器的方形边缘或端部紧密配合。狭槽因此提供了与过滤器两个面的接触以及提供了与定位在狭槽内的过滤器的边缘或端部的接触。
除了将过滤器牢固地固定在适当位置之外，支撑件或分隔件中的狭槽、侧壁、顶部和/或底部可以提供防止金属旁路的密封(防止一些金属不通过过滤器但通过过滤器边缘周围的间隙在未经过滤下的泄漏)。如果过滤器在使用中要略微倾斜(这将导致沿着过滤器边缘开放的显着间隙)，这将是特别重要的。
在一些实施方式中，每个过滤器被支撑在一对侧翼柱之间。在一些实施方式中，侧翼柱从底部垂直地延伸。在一些实施方式中，侧翼柱从底部延伸至顶部。侧翼柱可以在过滤器的任一侧上直接相对，或者沿着过滤器的纵向轴线以不同的距离彼此偏移。在一个实施方式中，侧翼柱沿着过滤器的纵向轴线定位在侧壁和入口腔体之间大约一半的距离处，即大约在过滤器的外端和内端之间的中间，邻近过滤器的中间区域。侧翼柱用于将过滤器牢固地保持在适当位置并防止其倾斜，并且特别是在顶部、底部、分隔件和/或侧壁上没有设置狭槽的实施方式中，当过滤器暴露于熔融金属流时防止过滤器的弯曲或潜在的破损。优选地，侧翼柱的宽度足够大以提供足够的支撑，以将过滤器保持在直立位置而不倾斜，但其宽度不会太大而阻碍熔融金属流过过滤器。
过滤器可以具有任何合适的尺寸和形状，并且应当理解，本领域的技术人员将根据装置的尺寸和形状以及过滤器的布置来选择合适的过滤器尺寸。在一些实施方式中，过滤器是矩形或方形的。
在一些实施方式中，每个过滤器由两个端对端布置的过滤器元件组成。当需要相对较大的细长矩形过滤器时，由两个过滤元件形成过滤器可能是特别有用的，并且单件式过滤器可能难于制造或者可能不具有足够的强度以承受大的熔融金属流。两个过滤元件可以端对端连接，其中该连接点位于一对侧翼柱之间。
在一些实施方式中，装置的顶部包括用于容纳金属渣的凹槽。存在于熔融金属中的任何熔渣都不会通过过滤器，并会升高至金属流的顶部。在装置顶部设置一个容纳熔渣的凹槽，防止熔渣在金属流动过程中堆积并阻塞过滤器。
在一个实施方式中，该装置具有大体圆形的横截面，侧壁限定圆形的圆周。
该装置可以由能够承受铸造熔融金属的温度以及在铸模周围压缩砂时使用的压力的任何合适的耐火材料形成。合适的材料包括熔融石英、预制混凝土、耐火粘土、化学粘合砂和化学粘合的耐火材料和/或纤维。在一些实施方式中，该材料是氧化铝基水泥浇注料。在一些实施方式中，该材料是粘结耐火材料和纤维的淤浆形成的组合物。
该装置可以采用任何适用于过滤熔融金属的常规过滤器。在一些实施方式中，过滤器是泡沫过滤器。在一些实施方案中，过滤器是挤压或压制的蜂窝状过滤器。合适的泡沫过滤器包括陶瓷泡沫过滤器，诸如在 EP0412673B1中以及其中的参考文件中所述的那些碳化硅-氧化铝过滤器，以及诸如由WH Sutton，JC Palmer，JR Morris：在“用于过滤高温合金的陶瓷泡沫材料的开发”，AFS Transactions，p339(1985)中所述的氧化锆过滤器，以及如WO02/18075中所述的那些碳结合过滤器。
在一些实施方式中，过滤器是碳结合的过滤器。
应该理解的是，除非另外指明，否则本文所述的本实用新型的实施方式可以以任何的方式组合。
附图说明
现在将参考附图描述本实用新型的实施方式，其中：
图1a是根据本实用新型第一方面的一个实施方式的装置的横截面图。
图1b是没有过滤器的图1a的装置的横截面图。
图1c是铸造系统的一部分的透视图，其包括图1a的装置以及流道系统的一部分和风车式轮毂铸件的一部分。
图2a是铸造系统的顶部透视图，其包括根据本实用新型第一方面的一个实施方式的装置以及流道系统的一部分和圆锥破碎机铸件。
图2b是图2a中所示的铸造系统的底部透视图。
具体实施方式
图1a示出了根据本实用新型第一方面的实施方式的用于在铸造熔融金属工艺中使用的装置100。装置100包括底部2、顶部(未示出)以及在其间的连续侧壁4。底部2、顶部和侧壁4共同限定了包括中央入口腔体6的内腔。装置100还包括引入腔体6中的入口8，以及多个出口10。
用于过滤熔融金属的多个过滤器12被布置在位于入口8和出口10之间的流动路径内，以使得在使用中，当熔融金属从入口8流向出口10时，熔融金属被过滤。每个出口10位于限定在一对过滤器12和侧壁4的一部分之间的出口腔体14内。过滤器12从侧壁4延伸并且在所示的实施方式中径向地围绕入口腔体6布置。相邻的出口腔体14通过在入口腔体6和侧壁4的一部分之间延伸的入口通道16而被彼此分隔开。
装置100和限定在其内的腔室具有大体圆形的横截面，其中侧壁4限定圆形的圆周。入口腔体6位于圆形的中心，入口8位于入口腔体6内并在底部2中。入口腔体6本身也是圆形的，且过滤器12以外环的形式径向地布置在入口腔体6周围。入口通道16和出口腔体14形成外环的段，其包括六个入口通道16和六个出口腔体14。出口腔体14具有比入口通道 16更小的体积，因为在这些部分中的一部分可用容积被过滤器12占用。取决于装置100和铸件的尺寸和性质，装置可以包括任何合适数量的出口腔体14和入口通道16。然而，入口通道16的数量应当优选地等于出口腔体14的数量，以使得入口通道16和出口腔体14围绕外环交替，并且熔融金属从两侧进入出口腔体14。
在所示的实施方式中，装置100还包括分隔壁形式的支撑件或分隔件 18，其围绕入口腔体6的边缘以间隔开的构造布置。在替代的实施方式中 (未示出)，支撑件可以是柱的形式而不是分隔壁的形式。柱可能是有用的，例如，在内腔室的体积更有限的较小装置中。过滤器12在分隔件18 和侧壁4之间延伸，在其间限定出口腔体14。
侧壁包括与侧壁一体形成的径向向内突出的区域(或突起)20、21。突起20、21位于每个入口通道16和出口腔体14内的侧壁部分的中心处。突起20、21具有圆角三角形形状的横截面，其具有底部和连接在圆形的顶端的两侧。三角形的底部连接到侧壁4上，并且圆形的顶端从侧壁向内延伸到入口通道16或出口腔体14中。当熔融金属流入入口通道16时，其被突起20的圆形顶端分流，并朝向任一侧上的过滤器12被引导。当金属通过任一侧上的过滤器12流入出口腔体14时，金属通过突起21的侧面朝向出口10被引导。这确保了熔融金属在最小湍流的情况下平稳地流过装置。由于出口腔体14的体积较小，因此出口腔体14内的突起21小于入口通道16内的突起20。
如图1b所示，过滤器12被保持在底部2中的狭槽22内。狭槽22在侧壁4和分隔件18之间延伸。在第一内端处，过滤器被保持在分隔件18 中的槽24内，而在第二外端处，过滤器被保持在侧壁4中的狭槽26内(其也在图1b中被示出)。过滤器12紧密(即摩擦配合)地装配在狭槽22、 24、26内，从而防止过滤器12的横向移动。在过滤器12的任一侧上的一对侧翼柱28提供进一步的支撑，以防止横向移动和倾斜。侧翼柱28彼此直接相对，并且与过滤器12的中间区域相邻，大体位于侧壁4和分隔件 18之间的中间。
在使用中，熔融金属通过底部2中的入口8进入到入口腔体6中。然后，金属流入入口通道16，在入口通道16中金属通过突起20被引导向过滤器12。在熔融金属通过过滤器12时，熔渣、浮渣和其它固体杂质从熔融金属中被去除。被除去的杂质被捕获在过滤器的表面和过滤器主体中较小的夹杂物上，而较大的杂质倾向于上升到熔融金属的表面，在那里它们被容纳在顶部的凹槽(未示出)中。在过滤器上收集的一些较小的夹杂物通过流过过滤器表面的熔融金属被去除，洗去聚积的夹杂物，并延缓过滤器的堵塞和堵塞。一旦熔融金属通过了过滤器而被过滤到出口腔体14中，则熔融金属通过突起21朝向底部2中的出口10被引导，该该处熔融金属离开装置100。
所示实施方式是适用于高达15吨的大型铸件(诸如球墨铸铁风车轮毂壳体)的装置，并且装置100可具有大约1米的直径。在这样大型的装置中，需要长矩形过滤器。因此，每个过滤器12由两个过滤元件构成，这两个过滤元件端对端地连接在侧翼柱28之间。
图1c示出包括图1a的装置100的铸造系统150的一部分，其正用于生产大型球墨铸铁风车轮毂铸件30。铸件30重约13.3吨，总浇注重量约 17.8吨。金属经由直浇口32进入模具，然后沿着流道34流动并经由入口 36进入装置100。在流过入口通道和过滤器(未示出)之后，金属经由出口38离开装置100，沿着流道40并且通过浇口42进入模腔以生产铸件 30。
图2a和图2b示出了使用根据本实用新型第一方面的实施方式的装置 (未示出)生产的、用于钢圆锥破碎机铸件130的铸造系统250。铸造系统250包括钢铸件130、直浇口52、两个系列的流道58a和58b以及浇口 74。铸造系统250还包括残留金属的盘200和使用的过滤器68，它们由使用与模具(也未示出)一起铸造之后被去除的装置(未示出)而形成。铸件130重约3吨，总浇注重量为4吨。
铸造金属200的残留圆盘具有与所使用的装置的内部腔室相同的尺寸，并且圆盘200的特征与装置的特征一致。因此，应当理解，以下参照圆盘200的特征来描述装置的特征。这些特征包括底部51(示于图2b中)、顶部53(示于图2a中)和在其之间的连续侧壁56的内表面。
在铸造时，金属经由直浇口52进入装置(未示出)，并且通过入口50 流入入口腔体66。然后，金属流入入口通道64，并且通过在入口通道64 内的侧壁56的内表面上的突起被引导朝向一对过滤器68，从而在凝固的金属200的圆盘中形成凹陷72。金属从入口通道64流经过滤器68并进入出口腔体62。每个出口腔体62的尺寸由一对过滤器68、分隔件70以及侧壁56、顶部53和底部51的部分被限定。从出口腔体62，被过滤的金属通过出口54流入流道58a和58b，通过浇口74(如图2b所示)并进入模具腔体以生产铸件130。铸件130与流道系统分离以便检查并准备用于其最终用途，例如清洗、机械加工和涂漆。