用于连续铸造熔融金属铸模的氧化物控制系统的制作方法
【专利摘要】一种用于在连续铸模中控制、引导和管理金属氧化物流的氧化物控制系统(装置和工艺)，金属氧化物成形于氧化物阻堤中的熔融金属表面上。本发明公开了一种新的氧化物阻堤，其提供了预定的出口，其控制和管理通往模腔和生成的铸件中的其中氧化物可接受的位置的金属氧化物流，但引导金属氧化物远离生成的铸件上的其中氧化物不可接受的位置。
【专利说明】
用于连续铸造熔融金属铸模的氧化物控制系统[0001] 相关申请的交叉引用本申请要求享有于2014年2月24日提交的美国临时专利申请N0.61/943,809的优先权 和权益。
技术领域
[0002]本发明涉及一种用于连续铸造或半连续铸造的熔融金属铸模中的氧化物控制和撇渣系统，其可包括位置撇渣和氧化物引导构件。【背景技术】
[0003]金属铸锭、钢坯和其它铸件可通过铸造工艺成形，其利用位于金属铸造厂的底板高度下方的大铸坑上方的竖直定向的铸模，但是本发明还可在水平的铸模中使用。竖直铸模的下面部件是起动滑块。当铸造过程开始时，起动滑块处于其最向上的位置，并处于铸模中。当将熔融金属浇灌到铸模孔或型腔中，并进行冷却(典型地用水)时，通过液压缸或其它装置使起动滑块以预定的速率缓慢下降。当起动滑块下降时，固化的金属或铝从铸模的底部流出来，并形成具有各种几何形状的铸锭、圆钢或钢坯，其在这里也可称为铸件。
[0004]虽然本发明大体应用于金属铸造，包括但不局限于铝、黄铜、铅、锌、镁、铜、钢等等，但是给定的示例和所公开的优选实施例涉及铝，并因此为了统一起见，整篇都使用了词语铝或熔融金属，但是本发明可以更普遍地应用于各种金属。
[0005]虽然有许多方法可获得并设置竖直铸造装置，但是图1显示了一个示例。在图1中， 铝的竖直铸造一般发生在铸坑中的工厂底板高度以下。直接位于铸坑底板l〇la下方的是沉箱103，用于液压缸的液压缸圆筒102放置在沉箱103中。
[0006]如图1中所示，显示于铸坑101和沉箱103中的典型的竖直的铝铸造装置的下面部分的部件是液压缸圆筒102、冲头106、安装机架105、压板107和带起动头的底座108(也称为起动滑块底座)，所显示的全部都位于铸造工厂底板104以下的高度。
[0007]安装机架105安装在铸坑101的底板101a上，在其下面是沉箱103。沉箱103由其侧壁103b和其底板103a限定。
[0008]图1中还显示了典型的铸模台组件110,如图所示通过液压缸111推挤铸模台的倾斜臂110a可将其倾斜，使其绕点112回转，并从而升高和转动主铸造框架组件，如图1中所示。图中还有铸模台滑架，其容许铸模台组件移动到和离开在铸坑上面的铸造位置。
[0009]图1还显示了部分下降到铸坑101中的压板107和起动滑块底座108,其中铸件113 (其可能是铸锭或钢坯)正部分地成形。铸件113位于起动滑块底座108上，其可包括起动头或底部滑块，其通常(但不总是)位于起动滑块底座108上，所有这些在本领域中都是己知的，并且因此不需要进行更详细地显示或描述。虽然词语“起动滑块底座”用于事物108,但是应该注意，词语“底部滑块底座和起动头底座”在行业中也用于表示事物108。
[0010]虽然图1中的起动滑块底座108只显示了一个起动滑块108和基座，但是在各个起动滑块底座典型安装了若干个起动滑块，其在铸造工艺期间随着起动滑块底座降低而同时浇铸钢坯或铸锭。
[0011]当将液压流体以足够的压力引导至液压缸中时，冲头106和因而起动滑块底座108 升高到用于铸造工艺所需的起动高度，这时起动滑块处于铸模台组件110中。
[0012]通过以预定的速率计量来自气缸的液压流体，并从而以预定的且受控制的速率降低冲头106和起动滑块底座，从而完成起动滑块底座108的下降。在铸造过程期间典型地利用水冷却方法可控制铸模的冷却，从而有助于显露的铸锭或钢坯凝固。虽然这里引用了液压缸的使用，但是本领域中的普通技术人员应该懂得，存在可用于降低压板的其它机构和方法。
[0013]目前有许多适合铸模台的铸模和铸造技术，并且实践本发明的各种实施例并不需要特殊的铸模和铸造技术，因为它们对于本领域中的普通技术人员是己知的。
[0014]典型铸模台的上侧面操作地连接在金属分布系统上，或与金属分布系统互相作用。典型的铸模台在操作上还与它包含的铸模相连。
[0015]当利用连续铸造的竖直铸模铸造金属时，熔融金属在铸模中进行冷却，并且随着起动滑块底座的下降而从铸模下端连续地显露出来。显露的钢坯、铸锭或其它结构将进行充分的固化，使其保持其所需的轮廓。在某些铸造技术中，在显露的固化金属和可渗透的环壁之间可能存在空隙，而在其它技术中可能是直接接触。在该空隙下面，在显露的固化金属和铸模以及相关的设备的下面部分之间还存在铸模气腔。
[0016]一旦完成铸造，就从底部滑块或起动头上除去铸件。
[0017]铸造工艺开始于将熔融金属引入到模腔中，并且通过应用冷却流体例如水而使穿过模腔的熔融金属发生固化。冷却流体应用于模腔的周边，并且在该过程中造成模腔的壁冷却。随着模腔壁冷却，壁附近的熔融金属大体固化，并且在铸件的固化表面周围发生收缩。铸件的收缩然后造成固化的铸件向后收缩而远离较冷的铸模壁，导致铸件的固化表面发生某些再熔化并膨胀回铸模壁。这种固化过程发生，并且生成的铸件以固化的外表面或表皮从模腔中显露出来，并且铸件的内核仍处于其熔融状态。冷却流体的连续供给应用于从模腔中显露出来的固化的铸件的周边。
[0018]在铸模的进口或入口处或其上面，熔融金属通过槽分布系统进行传送，并提供至铸模入口上面的位置。大体需要监视、控制和保持进入模腔的熔融金属，从而控制铸造的品质和安全性。这可能需要或包括熔融金属表面液位传感器，其感测熔融金属的精确的表面液位，从而优化其相对于铸模的位置。
[0019]在用于铝和各种合金的模制工艺期间，在暴露的熔融金属表面上会在铸造工艺期间形成某些氧化物。在铸件外表面的某些主要区域形成氧化物是不符合要求的，因为其可能引起铸件中的开裂，或者对于该铸件的下游制造和滚乳操作而言影响了铸件的品质。例如，被称为铸锭的大型铸件大体将是矩形形状，并且将具有两个较大的平表面，其将称为滚乳表面。当滚乳大的铸锭时，滚乳表面放置在与大型辊子的接口和在大型辊子之间的接口处，并通过反复的滚乳操作将相对较厚的铸锭减少至可用于例如制造铝罐的厚度。
[0020]在生产用于例如滚乳等某些操作的铸件中，非常适宜的是在铸件的某些关键表面，例如滚乳表面上最大限度地减小或消除了氧化物。对于有待滚乳的铸锭，在铸锭横截面的末端部分具有一定水平的氧化物是可接受的，因为那些氧化物不会对滚乳表面铸造裂纹或下游滚乳操作具有太大的影响。然而，如果容许氧化物移动至滚乳表面，那么铸件品质将受到负面影响。
[0021]这在本行业中已经长时间是个众所周知的问题，并且为了防止熔融金属表面上的氧化物移动至滚乳表面或其它表面，在这些表面上最大限度地减小氧化物是很重要的，典型的现有技术装置利用被称为阻堤或氧化物屏障的东西。
[0022]这些阻堤或氧化物屏障大体是矩形、椭圆形或圆形的环，其呈现屏障，屏障起始于熔融金属表面的下面，并向上延伸至该表面之上，使得成形于该表面上的氧化物不能移动或流向铸件的表面。在现有技术的阻堤中，氧化物在阻堤或氧化物屏障内部相对较快地累积起来，并从而产生了高于实际熔融金属液位之上的升高的表面。
[0023]虽然阻堤或氧化物屏障的确减少或防止了氧化物移动或流向受保护的表面，它们在阻堤或屏障中累积了氧化物，但是熔融金属液位传感器检测到变化的氧化物液位高于真实熔融金属液位，然后不能将熔融金属表面相对于铸模保持在所需或必要的液位，以优化铸模。如果例如，累积的氧化物高于熔融金属表面之上2至4毫米，传感器控制系统因此将熔融金属液位保持在预期位置下面2至4毫米。非预期的和负面的后果可能会发生。这些后果可能包括较低品质的铸造，或者本行业中被称为渗出的情况，其可能导致熔融金属逃逸到铸造区域和铸坑中。[〇〇24]虽然在某些现有技术中，熔融金属表面液位传感器已经移动到感测氧化物屏障或阻堤之外的金属的位置，但这出于多个原因而并非适宜的，例如不完全的氧化物滞留，且尤其在某些应用中。[〇〇25]因此需要，且本发明的一个目的是通过控制、管理和传送成形于熔融金属表面上的氧化物而更有效且更精确地控制连续铸模中的熔融金属液位，同时保持足够精确的熔融金属表面区域的感测和监视。[〇〇26]因此本发明的某些实施例的一个目的是提供一种用于通过控制、管理和传送成形于熔融金属表面上的氧化物，从而更有效且更精确地控制连续铸模中的熔融金属液位的系统。
[0027]本发明的其它目的、特征和优点将从说明书、权利要求和附图中显现出来，它们形成了本文的一部分。在实现本发明的目的时，应该懂得，其本质特征是在附图中仅仅举例说明一个实际且优选的实施例的条件下，根据需要容易更改设计和结构布置。【附图说明】
[0028]下面参考附图描述本发明的优选实施例。[〇〇29]图1是现有技术的竖直铸坑、沉箱和金属铸造装置的正视图；图2是竖直连续铸模208的局部正横截面图，其具有熔融金属分布系统205、熔融金属液位传感器206、正在形成的铸件220,以及由本发明设想的氧化物阻堤204的实施例的一个示例；图3是由本发明所设想的铸模中的氧化物阻堤214的实施例的一个示例的顶视图；图4是图3中所示的本发明实施例的该示例的透视图；图5是可用于实践本发明的各方面的氧化物阻堤的实施例的一个示例的透视图；图6是可用于实践本发明的各方面的氧化物阻堤的实施例的另一示例的透视图；图7是可用于实践本发明的各方面的氧化物阻堤的实施例的另一示例的透视图;且图8是可用于实践本发明的各方面的氧化物阻堤的实施例的另一示例的透视图。 【具体实施方式】
[0030]在本发明中所利用的许多紧固、连接、制造以及其它方法和构件在本发明所述领域中是众所周知的，并且其精确的性质或类型对于本领域技术人员或科学技术人员理解和使用本发明不是必须的；因此将不会极其详细地讨论它们。此外，这里所示或所述用于本发明任何特定应用的各种构件可根据本发明的预期而变化或变更，并且任何元件的特定应用实践或实施例在本领域中可能已经是众所周知的或被本领域中的技术人员或科学技术人员人广泛应用的；因此将不会极其详细地讨论它。
[0031]权利要求中所使用的词语“一”、“一个”和“这个”在这里是与长期权利要求起草实践相一致且以非限制方式使用。除非这里特别陈述，否则词语“一”、“一个”和“这个”并不局限于其中一个这样的元件，相反意味着“至少一个”。
[0032]应该懂得，本发明可结合各种类型的金属浇灌技术和结构而加以利用。还应该懂得，本发明可用于水平或竖直铸造装置上。
[0033]在本发明实施例中可利用的铸模或铸模框架因此必须能够从熔融金属源中接收熔融金属，而无论具体的来源类型如何。铸模中的模腔因此必须相对于熔融金属源而定向在流体或铸模金属接收位置。
[0034]本领域中的普通技术人员还应该懂得，这种氧化物控制系统的实施例可能并且将结合现有系统和/或改造至现有操作的铸造系统，其全部落在本发明的范围内。[〇〇35]图1在上面本发明背景部分已经进行了描述，并因此将不在这里重复。[〇〇36]图2是竖直连续铸模系统200的局部正横截面图，其具有包括熔融金属槽的熔融金属分布系统、金属传送导管或喷口 205、恪融金属液位传感器206、正在成形的铸件220、铸模壁208、氧化物屏障204、氧化物屏障托架203,氧化物屏障托架203用于连接在氧化物屏障 204上，并使氧化物屏障204相对于熔融金属210的表面211定位在铸模208中。应该注意的是，氧化物屏障204可相对于熔融金属刚性地进行安装，或被容许漂浮在熔融金属上，以便将其位置保持在铸模内部的各种金属液位上。[〇〇37]图3是本发明所设想的铸模208中的氧化物屏障204的实施例的一个示例的顶视图，其显示了熔融金属分布喷口 205、分布袋202。图3进一步显示了氧化物屏障204的边界中的熔融金属氧化物210、氧化物屏障适配器203或附着点、以及位于氧化物屏障204边界外部的熔融金属氧化物212。[〇〇38] 图3显示了用于铸造大体矩形铸件的铸模，其显示了平直面213和214,平直面还可被称为滚乳表面，因为它们是将放置在乳钢机中并与辊子相互作用的表面。在氧化物屏障 204中的熔融金属表面上的熔融金属氧化物210和箭头217a及218a显示了表面熔融金属氧化物朝着氧化物屏障204末端的受控运动或被引导的运动(同滚乳表面或平的表面相比)。 箭头217b和218b显示了氧化物屏障如何不仅将熔融金属表面上的氧化物引向末端，而且在这个实施例中还提供了开口或导管，由此可使熔融金属随氧化物流动，以便引导至所需的区域，即正在铸造的铸件的第一末端215和第二末端216。在图5中更完整地显示了图3中所示的氧化物屏障。[〇〇39]图4是图3中所示的本发明实施例的示例的透视图，其显示了铸模系统200、铸模208、铸件220、带适配器203的氧化物屏障204、以及熔融金属氧化物表面210。图4进一步显示了氧化物屏障出口或退出口 204a和204b，由此氧化物屏障中的熔融金属上的氧化物流向铸件220的末端部分，而非流向平的表面或滚乳表面。
[0040]图4用箭头217a和218a进一步显示了氧化物屏障如何控制或引导表面熔融金属随氧化物朝着氧化物屏障204末端的运动(同滚乳表面或平的表面相比)。箭头217b和218b显示了氧化物屏障如何不仅将熔融金属表面上的氧化物引向末端，而且在这个实施例中还提供了开口或导管，由此可使熔融金属随氧化物流动，以便引导至所需的区域，即正在铸造的铸件的末端。
[0041]本领域中的技术人员应该懂得，虽然将氧化物传送或引导至正在铸造的铸件的第一端215和第二端216可能是优选的(图3中所示)，但是本发明还设想了其它结构，以改善铸造，例如只将氧化物引导至第一端215。[〇〇42]图5是可用于实践本发明的各方面的氧化物阻堤204的实施例的一个示例的透视图，其显示了氧化物阻堤204、氧化物阻堤204的内部219、第一侧面204c和第二侧面204d、第一末端204f和第二末端204e、以及相对于所需的熔融金属表面液位而用于连接到氧化物阻堤204且使氧化物阻堤204定位的转接器203。为了在氧化物阻堤204的内部219中可控制地传送成形于熔融金属表面上的氧化物，在这个实施例中，在氧化物阻堤204的末端204e& 204f提供了两个阻堤出口。事物204a反映了在末端204f处存在阻堤的局部上边部分，使得当氧化物阻堤204保持在合适的液位时，氧化物可在氧化物阻堤204的末端的上边部分以下流动，如箭头218和222所示。图5进一步显示了在氧化物阻堤204的内部219的横截面积上可能存在怎样的减少，从而通过氧化物阻堤204的氧化物出口 204a&204b对氧化物的流量和流向提供更好的控制。[〇〇43]图6是可用于实践本发明的各方面的氧化物阻堤240的一个实施例的另一示例的透视图，其显示了氧化物阻堤框架，其由第一阻堤侧面242、第二阻堤侧面243、阻堤内部 241、连接框架部件244和247组成，连接框架部件均连接在第一阻堤侧面242和第二阻堤侧面243上，从而在这个实施例中提供该结构的剩余部分。图6中所示的氧化物阻堤240的实施例的示例显示了第一末端出口 245和第二端出口 246,其中箭头250&251代表受控且被引导的氧化物流，其流向将成为铸件的东西的末端。事物248显示了第一阻堤侧面242的弓形部分，其可用于第一和第二阻堤侧面242&243的任一末端或更多末端，从而有助于控制和引导氧化物的流动。[〇〇44]第一阻堤侧面242和第二阻堤侧面243将被定位，使得熔融金属液位下降到阻堤中，并防止氧化物流向更大的滚乳表面。
[0045]图7是可用于实践本发明的各方面的氧化物阻堤260的实施例的另一示例的透视图，其显示了第一阻堤侧面262、第二阻堤侧面263、阻堤内部261、阻堤交叉支撑件264&265。 图7进一步显示了第一阻堤出口 266和第二阻堤出口 267,其中箭头271和272指示了朝着铸模和最终铸件的末端部分的熔融金属和氧化物的受控且被引导的流动。在图7中，第一阻堤区域262和第二阻堤区域263的弓形末端是向外的弓形，分别如第一阻堤侧面262和第二阻堤侧面263的末端部分269&268所示，从而提供朝着铸模和最终铸件的末端部分的熔融金属和氧化物的受控且被引导的流动。
[0046]图8是可用于实践本发明的各方面的氧化物阻堤280的一个实施例的另一示例的透视图，其显示了第一阻堤侧面282、第二阻堤侧面283、阻堤内部281、位于阻堤280的末端部分处的第一阻堤出口 284和第二阻堤出口 285，其中箭头286&287代表朝着铸模和最终铸件的末端部分的熔融金属随氧化物的受控流动。[〇〇47]本发明解决了连续铸造中长期存在且已知的问题，而且控制金属氧化物的流动， 使得它们不会终止于最终铸件的某些表面上。提供受控且被引导的氧化物运动的工艺改善了该工艺，因为大的氧化物屏障可供金属液位传感设备使用，而不会带来在行业中已经发生的氧化物增长并干扰阻堤中的熔融金属液位感测的问题。[〇〇48] 一旦熔融金属从分布槽提供给铸模，其将累积，直至其达到所需的浇铸液位。熔融金属传感器然后将更精确地感测和监视熔融金属液位，因为氧化物将不被容许累积至足够的高度，而给出错误的熔融金属液位读数，并在铸造工艺中产生负面影响。一旦达到所需的熔融金属液位，累积的氧化物提供给一个或多个出口，并被引导至容许在最终铸件的表面上发生氧化物的可接受的位置，但更重要的是远离不适宜容许在最终铸件的表面上发生氧化物的那些表面。
[0049]如同本领域中的那些较好的技术人员所理解的那样，本发明有许多的实施例，和可以使用的元件和构件的变型，所有这些都在本发明的范围内。例如在一个实施例中，连续铸模氧化物控制工艺包括:提供连续铸模，其具有配置为用于产生铸件的模腔;提供相对于模腔进行定位的氧化物阻堤，以拦截提供给铸模的熔融金属表面上形成的氧化物，氧化物阻堤包括阻堤内部;从阻堤内部提供一个或多个氧化物出口，其配置为用于将氧化物阻堤内部中的熔融金属表面上所形成的氧化物引导至模腔中的预定位置;将熔融金属引入到模腔中，直至熔融金属液位传感器感测到所需的金属液位;在熔融金属的表面上提供受控制的氧化物阻堤出口，以便引导氧化物阻堤内部中形成的氧化物从氧化物阻堤的外部流向模腔中的预定位置。
[0050]前面段落中的进一步的实施例包括一种连续铸模氧化物控制工艺:其中氧化物阻堤是固定的；而且氧化物阻堤部分淹没于液面下且浮动在熔融金属表面上;氧化物的转向用于改善铸件的表面特征；而且氧化物被引导而远离金属传感装置;而且氧化物被引导而远离铸件的滚乳表面;并且/或者氧化物被引导至与至少一个铸件末端相对应的位置。
[0051]在另一实施例中，提供了一种氧化物阻堤控制装置，其用于在连续铸模中产生具有两个铸件滚乳表面和两个铸件末端表面的铸件，所述装置包括:第一撇渣阻堤侧面和相反的第二撇渣阻堤侧面，其配置为用于布置在连续铸模中的铸模入口处的熔融金属表面上或其周围；第一撇渣阻堤侧面和第二撇渣阻堤侧面保持大体与代表铸件滚乳表面的铸模的侧面对准;并且第一氧化物引导撇渣阻堤出口大体与铸件的第一末端相对应，并且配置为用于将熔融金属表面上的氧化物引导至预定位置。
[0052]前面段落中的进一步的实施例包括氧化物控制装置:进一步其中第一撇渣阻堤侧面和第二撇渣阻堤侧面大体通过交叉支撑框架而保持与代表铸件滚乳表面的铸模侧面对准;而且包括第二氧化物引导撇渣阻堤出口，其大体与铸件的第二末端相对应，并且配置为用于将熔融金属表面上的氧化物引导至铸件的第二末端;而且其中预定位置位于正在铸造的铸件的第一末端;并且/或者进一步其中，预定位置还位于正在铸造的铸件的第二末端。
【主权项】
1.一种连续铸模氧化物控制工艺，包括:提供连续铸模，其具有配置为用于产生铸件的模腔；提供氧化物阻堤，其相对于所述模腔定位成拦截提供给所述铸模的熔融金属的表面上 所形成的氧化物，所述氧化物阻堤包括阻堤内部；从所述阻堤内部提供一个或多个氧化物出口，其配置为用于将所述氧化物阻堤内部中 的熔融金属表面上所形成的氧化物引导至所述模腔中的预定位置；将熔融金属引入到所述模腔中，直至所述熔融金属液位传感器感测到所需的金属液 位；在熔融金属的表面处提供受控制的氧化物阻堤出口，从而引导所述氧化物阻堤内部中 形成的氧化物，使其流出所述氧化物阻堤，到达所述模腔中的预定位置。2.根据权利要求1所述的连续铸模氧化物控制工艺，其特征还在于，所述氧化物阻堤是 固定的。3.根据权利要求1所述的连续铸模氧化物控制工艺，其特征还在于，所述氧化物阻堤被 部分地淹没且浮动在所述熔融金属表面上。4.根据权利要求1所述的连续铸模氧化物控制工艺，其特征还在于，所述氧化物的改道 用于改善铸件的表面特征。5.根据权利要求1所述的连续铸模氧化物控制工艺，其特征还在于，所述氧化物被引导 远离所述金属传感装置。6.根据权利要求1所述的连续铸模氧化物控制工艺，其特征还在于，所述氧化物被引导 远离所述铸件的滚乳表面。7.根据权利要求1所述的连续铸模氧化物控制工艺，其特征还在于，所述氧化物被引导 向与至少一个铸件末端相对应的位置。8.—种氧化物阻堤控制装置，其用于在连续铸模中产生具有两个铸件滚乳表面和两个 铸件末端表面的铸件，所述装置包括:第一撇渣阻堤侧面和相反的第二撇渣阻堤侧面，其配置为用于布置在连续铸模中的铸 模入口处的熔融金属表面上或其周围；所述第一撇渣阻堤侧面和所述第二撇渣阻堤侧面大体保持与代表所述铸件滚乳表面 的铸模侧面相对准;和第一氧化物引导撇渣阻堤出口，其大体与所述铸件的第一末端相对应，并且配置为用 于将所述熔融金属表面上的氧化物引导至预定位置。9.根据权利要求8所述的氧化物控制装置，其特征还在于，所述第一撇渣阻堤侧面和所 述第二撇渣阻堤侧面大体通过交叉支撑框架而保持与代表所述铸件滚乳表面的铸模侧面 相对准。10.根据权利要求8所述的氧化物控制装置，其特征在于，还包括第二氧化物引导撇渣 阻堤出口，其大体与所述铸件的第二末端相对应，并且配置为用于直接将所述熔融金属表 面上的氧化物引导至所述铸件的第二末端。11.根据权利要求8所述的氧化物控制装置，其特征在于，所述预定位置位于正在铸造 的铸件的第一末端处。12.根据权利要求8所述的氧化物控制装置，其特征在于，所述预定位置还位于正在铸造的铸件的第二末端处。
【文档编号】B22D11/16GK106029257SQ201580010035
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年2月24日
【发明人】C.沙伯
【申请人】瓦格斯塔夫公司