专利名称：直接冷硬铸造的方法和装置的制作方法
直接冷硬铸造的方法和装置
背景技术：
在一个实施例中，本发明涉及一种用于对熔融金属例如铝进行直接冷硬铸造的方 法和装置。在另一个实施例中，本发明涉及一种采用氮化硼铸模镶件来进行直接冷硬铸造 的方法和装置。在另一实施例中，采用氮化硼铸模镶件或者氮化硼圈来进行圆锭铸造就无 需在铸模和正凝固的铸锭之间使用润滑剂。在另一个实施例中，该方法和装置用于直接冷 硬铸造圆锭。尽管具体讨论了氮化硼镶件用于圆锭铸模，但这种氮化硼镶件用在其它形状 的锭模中也是有益的。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供了一种金属直接冷硬铸造的装置，包括由铸造面形 成的具有顶端和底端的端部开口模腔；位于模腔顶端的耐火套，用于接收熔融的金属；位 于铸模底端下面的冷却剂输送系统，用于供给冷却剂，以使下降的熔融金属体冷硬；以及安 装于耐火套和模腔周壁之间的氮化硼圈。 在另一个实施例中，本发明提供了一种装置，其中，氮化硼圈基本上防止金属粘在 铸模的壁上。 在另一实施例中，直接冷硬铸造装置的耐火套的内径小于铸模的内径，从而所述 耐火套与模腔形成了悬突。 在另一个实施例中，本发明提供了一种装置，其中，冷却剂是水。在另一实施例中， 本发明提供一种装置，其中，金属实质上是纯铝或铝合金。 在另一个实施例中，金属直接冷硬铸造装置包括由铸造面形成的具有顶端和底端的 端部开口模腔;位于模腔顶端的流嘴，用于接收熔融的金属，且该流嘴具有流控棒或浮动式挡 板;位于铸模底端下面的冷却剂输送系统，用于提供冷却剂以使下降的熔融金属体冷硬；以及 设于模腔顶端上的氮化硼圈，其中，流控棒或浮动式挡板控制熔融金属进入模腔的量。
在另一实施例中，本发明提供一种装置，其中，冷却剂是水。在另一实施例中，本发 明提供一种装置，其中，金属是铝合金。 在另一实施例中，本发明提供一种金属直接冷硬铸造方法，包括持续地用熔融金 属填充模腔的顶端，且使熔融金属经过铸模向下移动以形成铸锭，以及同时通过从冷却剂 输送系统把冷却剂喷射到铸锭上来使铸锭冷硬。 在另一个实施例中，本发明提供一种方法，其中，冷却剂是水。在另一个实施例中， 本发明提供一种方法，其中，所述金属是铝合金。 因此，本发明的一个实施例是提供一种使用氮化硼铸模镶件和/或圈的直接冷硬 铸造方法和装置。 本发明的这些和其它进一步的实施例将通过下文的描述和附图变得更清楚。
为了更完整地理解本发明，下面结合附图做进一步的详细说明，其中
附图1示出了本发明一实施例的铸模的纵剖图； 附图2示出了本发明另一个实施例的铸模的纵剖图； 附图3示出了本发明一实施例的氮化硼圈的顶部透视图； 附图4示出了本发明图3的实施例的氮化硼圈的底部透视图。
具体实施例方式
本发明公开了一种金属直接冷硬铸造装置，包括由铸造面形成的具有顶端和底 端的端部开口模腔；位于模腔顶端的耐火套，用于接收熔融的金属；位于铸模底端下面的 冷却剂输送系统，用于供给冷却剂，以冷硬下降的熔融金属体；以及安装于耐火套和模腔周 壁之间的氮化硼圈。 下面是对本申请使用的术语的定义。在本文中，术语"基本上"意味着很大的范围 或程度。
附图1示出了本发明一实施例的铸模的纵剖图。 这里，提供铸造台或模腔ll，其装配有一个或多个可通过O型圈密封在铸造台上 的铸模体13。这里，热顶浇口盆或耐火套12将熔融的金属供给到铸模体13。铸模体13具 有环形的冷却剂通道16，在该冷却剂通道和铸模体13下部内表面之间钻有一系列冷却剂 输送孔17，以便当铸锭从铸模中取出时输送冷却剂到铸锭表面(虚线示出)。这里，冷却剂 是水。其它的铸模体设计可以在铸模体内部具有内部水通道，而不是象示出的那样在表面 上，而且水可通过一个或多个狭缝而不是通过孔输送到铸锭表面。可选择地， 一对耐火圈 (未示出)设于铸模体13上部中的环形空间中。耐火纤维垫圈填充任何残留的缝隙。
这里，熔融金属21通过耐火套12进入模腔。随着熔融金属凝固，产生了弯液面 23。弯液面以下的金属为凝固的金属24，以产生初始的凝固锭头，此时，铸模的底座盖同时 下降，以使铸锭能扩展形成。 固体氮化硼环形圈30安装在铸模体13内。可选择地，气体供应入口 (未示出) 设置在铸模台中氮化硼环形圈30的上方或下方。 可用于制造所述环形圈的氮化硼的合适类型包括但不限于热解、等静压和烧结。 氮化硼圈的尺寸取决于使用的铸模的大小和形状。对氮化硼圈而言，直径可为大约2英寸 到大约50英寸。 可用于冷却金属铸锭的冷却剂的合适类型包括但不限于水、乙二醇或其它适当的 液体冷却剂。 在另一个实施例中，提供一种金属的直接冷硬铸造装置。所述装置包括由铸造面 形成的具有顶端和底端的端部开口模腔；位于模腔顶端的流嘴，用于接收熔融金属，该流嘴 具有流控棒；位于铸模底端下面的冷却剂输送系统，用于供给冷却剂，以冷硬下降的熔融金 属体；以及安装于模腔周壁中的氮化硼圈。 图2示出了铸造台或模腔21，其装配有一个或多个可通过0型圈密封在铸造台上 的铸模体23。这里，流嘴28具有流控棒29，以控制流入铸模体23的熔融金属的流速。例 如，如果熔融金属流入铸模体23的流速过快，可把流控棒29压靠在流嘴28的开口 28a上， 以停止或减慢熔融金属流入铸模体23。例如，如果熔融金属流入铸模体23的流速太慢，可 把流控棒29从流嘴28的开口 28a抽出，以增加熔融金属流入铸模体23。铸模体23具有环形的冷却剂通道26，在所述冷却剂通道和铸模体23下部内表面之间钻有一系列冷却剂输 送孔27，以便当铸锭从铸模中取出时输送冷却剂到铸锭表面(虚线示出)。这里，冷却剂是 水。其它铸模体的设计可具有在铸模体内的内部水通道，而不是象示出的那样在表面上，而 且水可通过一个或多个狭缝而不是通过孔输送到铸锭表面。 固体氮化硼环形圈30安装在铸模体23的顶端。可选择地，气体供应入口 (未示 出)设置在铸模台中氮化硼环形圈30的上方或下方。 在另一实施例中，流入铸模体的金属流可通过浮动式挡板或其它适当的装置代替
控制棒来控制，以控制金属流入铸模的流量和熔融金属在铸模中的高度。 可用于制造所述环形圈的氮化硼的合适类型包括但不限于热解、等静压和烧结。
氮化硼圈的尺寸取块于使用的铸模的大小和形状。对氮化硼圈而言，其直径可为大约2英
寸到大约50英寸。 可用于冷却金属铸锭的冷却剂的合适类型包括但不限于水、乙二醇或任何其它适 当的液体冷却剂。 附图3示出了本发明一实施例的氮化硼圈30的俯视图；
附图4示出了本发明图3的实施例的氮化硼圈30的仰视图。 该铸模一般以如下的方式使用。在直接冷硬铸造开始时，基板或底座盖(未示出) 位于每个铸模体的底部内。熔融金属被输送到每个铸模腔的顶部，例如，通过汲取管和浮动 装置，或者通过铸模台顶部的耐火通道(称为水平浇注系统)。然后，金属流入模腔并形成 初始的凝固锭头，此时铸模的底座盖同时下降，以使铸锭扩展形成。同时，通过从冷却剂输 送系统向铸锭上喷射冷却剂来使铸锭冷硬。浇铸过程中，开始凝固的熔融金属接触氮化硼 环形圈，以防止熔融金属粘在铸模上。 可选的，可向正凝固的铸锭和氮化硼铸圈之间的界面供给少量的气流，比如氧气 和氮气的混合气。该气流可在氮化硼铸圈的顶端产生稳定的气窝，并且将在氮化硼圈/铸 模体和正凝固收縮的铸锭之间产生的环形空间之间离开。这进一步减小了扩展中的锭壳所 受的摩擦。 以下是一个采用氮化硼圈来铸造铝的例子，其中，铸模直径为7英寸，且采用可购 买到的晶粒细化棒来添加0. 001-0. 008wt^的钛。首先，冷却剂是水，因此水输送系统以每 个铸模每分钟15-30加仑的流量开始。底砖(bottomblock)被接合到铸模中的氮化硼圈下 面0.25"处用于准备开始。接下来，铸模被熔融金属填充且在铸造开始前保持20秒。在铸 模入口附近的流槽内的铸造温度大约为1250-1310° F。铸造过程中的水流量为每个铸模 每分钟15到30加仑，且铸造速度为每分钟4. 0-6. 0英寸。这样生产的铝铸锭等同于用石 墨圈和润滑剂生产的铸锭。 尽管本发明的具体实施例已经被具体描述，但本领域技术人员将明白，依据本发 明公开的全部内容可以对所公开的细节发展出多种改变和替代。因此，公开的特定结构只 是用以说明，而不作为对本发明范围的限制，本发明的完整范围在随后的权利要求中及其 任意和全部等同物给出。
权利要求
一种用于金属直接冷硬铸造的装置，包括由铸造面形成的具有顶端和底端的端部开口模腔；位于模腔顶端的耐火套，用于接收熔融金属；位于铸模底端下面的冷却剂输送系统，用于供给冷却剂以使下降的熔融金属体冷硬；以及安装在耐火套和模腔周壁之间的氮化硼圈。
2. 如权利要求1所述的装置，其中，所述氮化硼圈基本上防止金属粘在铸模壁上。
3. 如权利要求1所述的装置，其中，该直接冷硬铸造装置的耐火套的内径小于铸模的 内径，从而所述耐火套与模腔形成了悬突。
4. 如权利要求l所述的装置，其中，冷却剂是水。
5. 如权利要求l所述的装置，其中，金属是铝或铝合金。
6. —种用于金属直接冷硬铸造的装置，包括 由铸造面形成的具有顶端和底端的端部开口模腔；位于模腔顶端的流嘴，用于接收熔融的金属，且该流嘴具有流控棒或浮动式挡板； 位于铸模底端下面的冷却剂输送系统，用于供给冷却剂以使下降的熔融金属体冷硬，以及安装于模腔顶端的氮化硼圈，其中，流控棒或浮动式挡板控制熔融金属进入模腔的量。
7. 如权利要求6所述的装置，其中，所述氮化硼圈基本上防止金属粘在铸模壁上。
8. 如权利要求6所述的装置，其中，冷却剂是水。
9. 如权利要求6所述的装置，其中，金属是铝或铝合金。
10. —种用于金属直接冷硬铸造的方法，包括以下步骤持续地用熔融金属填充模腔的顶端，且使熔融金属经过铸模向下移动以形成铸锭；禾口 同时从冷却剂输送系统向铸锭喷射冷却剂来使铸锭冷硬。
11. 如权利要求10所述的方法，其中，冷却剂是水。
12. 如权利要求10所述的方法，其中，所述金属是铝或铝合金。
全文摘要
本发明公开了一种金属直接冷硬铸造装置，包括由铸造面形成的具有顶端和底端的端部开口模腔；位于模腔顶端的耐火套，用于接收熔融的金属；位于铸模底端下面的冷却剂输送系统，用于供给冷却剂以使下降的熔融金属体冷硬；以及安装于耐火套和模腔周壁之间的氮化硼圈。在另一个实施例中，金属直接冷硬铸造装置进一步包括代替耐火套的流嘴，其位于模腔顶端，用来接收熔融金属，且该流嘴具有流控棒或浮动式挡板，其中，流控棒控制熔融金属进入模腔的量。在另一实施例中，公开了一种金属直接冷硬铸造方法，包括持续地用熔融金属填充模腔的顶端；并且，使熔融金属经过铸模向下移动以形成铸锭，同时通过从冷却剂输送系统把冷却剂喷射到铸锭上来使铸锭冷硬。
文档编号B22D11/124GK101712071SQ20091021165
公开日2010年5月26日 申请日期2009年10月9日 优先权日2008年10月6日
发明者C·W·尚科, D·R·吉尔德迈斯特, J·L·柯比, R·T·里希特 申请人:美铝公司