用于长锭铸造的连续铸造炉的制作方法
【专利摘要】本申请公开了一种连续铸造炉，配置成适于高效连续地铸造包括钛合金铸锭之类的铸锭。炉设置有内部切割装置以切割炉内腔内的铸锭。通常，炉包括第一内腔和退出腔，第一内腔内设有连续铸造模具，退出腔可从第一内腔分离以便当第一腔室内铸造继续时促进成品锭从其退出。
【专利说明】用于长锭铸造的连续铸造炉
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及铸造(casting)金属的炉及使用该炉的方法。尤其是，该炉构造成适合于连续铸造特别是诸如遇热与氧反应的钛之类的金属。具体地，该炉包括在炉内切割金属铸件的切割装置和便于铸造工艺不停地进行的退出腔。
【背景技术】
[0002]有许多连续铸造炉的已知结构。例如，授予Jackson等人的美国专利7，470, 305公开了一种炉。该炉构造成适于交替地从普通炉向两个连续铸造模具倾倒以交替形成铸锭，其中使用两个升降器以交替方式将铸锭降至两个单独的退出腔。可选择性地将每个退出腔与设有炉和模具的熔化腔切断。每个退出腔具有可打开以允许各自的铸锭移出的门。Jackson公开的炉通过交替倾倒方式提供基本连续的铸造。因此该炉需要两个模具、每个模具的切割炬、两个退出腔和两个升降器。另外Jackson炉使用从退出腔向下大幅伸出的柱塞式升降器，因此其操作要求额外的垂直空间。
[0003]钛和一些其它金属具有遇热与氧的强反应性。因此，当铸造此类金属时，要防止热的铸锭暴露在炉外空气中。授予Jacques等人的美国专利7，484，549公开了用于铸造此类反应金属的连续铸造炉。该连续铸造炉利用铸锭上的玻璃或其它覆盖层，在热铸锭从炉腔内出来后，保护热铸锭不暴露在氧气中。尽管这样的覆盖层能阻止热铸锭暴露在氧气中，但此方法要求用于涂覆玻璃覆盖层和控制向铸件恰当涂覆覆盖层的配置。另外，在某些情况下，可能要求生产在外周没有玻璃或其它覆盖层的铸锭。
[0004]在本领域需要提供高效连续铸造的成本较低的炉。本发明提供的炉排除了各种涉及诸如上述现有技术的结构和过程。
【发明内容】
[0005]一方面，本发明可提供连续铸造炉，连续铸造炉包括:炉内室；连续铸造模具，设置于炉内腔并适于形成金属铸件；金属铸件通道，从模具延伸并适于允许金属铸件从模具向下游运动；以及切割装置，设置于炉内腔内，邻近金属铸件通道，并适于切割金属铸件。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1为本发明的连续铸造炉第一实施例的截面图；
[0007]图2与图1类似，显示了形成从模具延伸入上部腔室的辊轴单元的金属铸件的初期阶段；
[0008]图3与图2类似并显示了后续形成阶段金属铸件从模具延伸穿过上腔的辊轴单元和切割单元进入接收位置的下部退出腔室，并在切割单元被切割装置切割；
[0009]图4与图3类似并显示了金属铸件已在切割单元被切割以形成成品锭，成品锭已降入接收位置的下部退出腔室，且剩余的非成品锭从模具延伸穿过上部腔室的辊轴和切割单元；[0010]图5与图4类似并显示了下部退出腔室已移至其退出位置且成品锭正从下部退出腔室退出；
[0011]图6与图3类似并显示了连续铸造炉的第二实施例与图3在同一阶段的操作；
[0012]图7与图6类似并显示了炉的第二实施例，处于与图4相同的阶段；
[0013]图8与图7类似并显示了炉的第二实施例，处于与图5相同的阶段。
【具体实施方式】
[0014]本发明的连续铸造炉总体上由图1中的I表示。炉I包括第一腔室(或称上部腔室)2和位于第一腔室2下游的第二腔室(或称下部腔室)4。隔离组件6设置于腔室2和4之间，位于或沿着第一腔室2的下游端8及位于或沿着第二腔室4的上游端10。在实施例中，下部腔室4相对于上部腔室2是可移动的。
[0015]上部腔室2包括数个分腔或腔单元,这些分腔或腔单元包括有熔化分腔或腔单元
12、辊轴分腔或腔单元14及切割分腔或腔单元16。第一腔室2包括刚性的第一腔室壁(或称上部腔室壁)18，刚性的辊轴分腔或腔单元壁24以及刚性的切割分腔或腔单元壁26，第一腔室壁(或称上部腔室壁)18限定了上内部腔室20，并包括刚性的熔化分腔或腔单元壁22。壁22限定了内部熔化空间28，壁24限定了内部辊轴空间30，壁24限定了内部切割空间32。上部腔室壁18还包括第一(或上通道)壁34，第二 (或中间通道)壁36以及第三(或下通道)壁38。壁34、36及38通常为管状。通常，空间20从熔化空间28顶端向相邻的下通道壁36的底端延伸。
[0016]上通道壁34的上端或上游端刚性连接至熔化单元12的壁22的底端或下游端，上通道壁34的下端或下游端刚性连接至辊轴单元14的壁24的顶或上游端。同样的，中间通道壁36的上部或上游端刚性连接至辊轴单元14的壁24的底端或下游端，并且中间通道壁36的下部或下游端刚性连接至切割单元16的壁26的顶端或上游端。下通道壁38的上部或上游端刚性连接至切割单元16的底端或下游端。下通道壁38向下延伸至下部或下游端。隔离组件6与下通道壁38的下端或下游端邻接。
[0017]熔化单元壁22沿其底壁部分限定底部出口 40。底部出口 40与上通道壁34限定的通道的上端或上游端垂直对齐并流体连通。辊轴单元壁24沿其顶壁部分限定顶部入口42。顶部入口 42与上通道壁34限定的通道的下端或下游端垂直对齐并流体连通。辊轴单元壁24沿其底壁部分限定底部出口 44。底部出口 44与中间通道壁36限定的通道的上端或上游端垂直对齐并流体连通。切割单元壁26沿其顶壁部分限定顶部入口 46。顶部入口46与中间通道壁36限定的通道的下端或下游端垂直对齐并流体连通。切割单元壁26沿其底壁部分限定底部出口 48，底部出口 48与下通道壁38限定的通道的上端或上游端垂直对齐并流体连通。下通道壁38限定的通道设有底部出口 50。
[0018]空间20内的环形上部或顶部挡件47安装在与中间壁36的通道的下游端邻近的切割单元16的壁26的上部或上游部分。空间20内的环形下部或底部挡件49安装在与下壁38的通道的上游端邻近的切割单元16的壁26的下部或下游部分。挡件47及49均具有内周，该内周限定通过口。在炉I的铸造操作期间，当金属铸件向下移动时金属铸件通过该通过口。每个内周的尺寸和形状均与模具54的内周及在模具54内成形的金属铸件的外周基本相同或可略大些。在挡件的内周与金属铸件的外周相同的情况下，该挡件也可以称为脱模钳，因为当铸件贯穿挡件/脱模钳时，脱模钳会啮合金属铸件外周。例如，挡件47及49的内周尺寸都可以设置为，当金属铸件通过环形挡件被接收时，使挡件的内周没有部位与金属铸件外周表面有大于1/16，1/8或1/4英寸(约0.159，0.3175或0.635cm)的常规距离的间隔。这样，例如金属铸件或铸锭为圆柱体时，环形挡件47或49的内径可以限定为与模具54的内径和金属铸件的外径相同，或仅比模具54的内径及金属铸件的外径大不超过1/8，1/4或1/2英寸(约0.3175，0.635或1.27cm)。例如，挡件47及49均可以是高温可压缩密封或包装的形式，金属叶片的形式或其它合适的形式。
[0019]炉I还包括位于熔化单元12的内部空间28内的限定了熔化腔的主炉或熔化炉52，具有内周以限定从其顶部向其底部延伸的贯通铸造腔的连续铸造模具54，熔化炉热源56及模具热源58。炉52通常为水冷式，并且通常通过炉52的溢流与模具54的顶部流体连通。尽管其它的热源可以在适当的条件下应用，但热源56和58通常采用等离子体焰炬。在实施例中，炉焰炬56正好设置在炉52限定的熔化腔上方，且模具焰炬58正好设置在模具54限定的模具腔上方。
[0020]几组上铸锭辊轴60可旋转地安装在辊轴单元14的空间30内的壁24上，并形成上金属铸件或铸锭的提升或下降装置。每组包括一对辊轴60，每对辊轴60滚动啮合金属铸件的外周，并且当金属铸件从单元14内的模具54向下运动时将金属铸件夹持于其间。刀具或切割装置62设置在切割单元16的空间32内。在实施例中，金属铸件切割装置62通常为具有框架及可活动地安装在框架上的刚性切割元件63的物理或机械刀具。例如，切割装置62可以为剪切式刀具或摩擦切割机，剪切式刀具的切割元件为刚性剪切元件形式，砂轮切割机通常具有切割砂轮或叶片形式的切割元件，该切割砂轮或叶片转动安装或以来回摆动的方式移动。就使用等离子体焰炬和/或遇热与氧反应的铸造金属来说，当需要熔炉内的空气为惰性时，切割装置将不采用使用氧气的切割焰炬。此外，炉内的空气通常应当没有水，因此切割装置通常不使用喷水器。铸锭切割装置62也可以包括惰性气氛内的等离子焰炬切割装置，当等离子体焰炬点燃时，切割元件63为等离子体羽。
[0021]切割单元16的空间32内也可设置一个或多个夹持组件。在实施例中，上夹持组件55A安装在切割单元16内，邻近并位于切割装置62上游或高于切割装置62，而下夹持组件55B也安装在切割单元16内，邻近并位于切割装置62下游或低于切割装置62。每个夹持组件55包括两个或两个以上在夹持与非夹持位置间可动的夹持元件57。图1、图2、图4和图5显示了非夹持位置，而图3显示了夹持位置。夹持组件55可以为具有多种类型的固定中心架。夹持组件可由任何合适的驱动机构驱动。在实施例中，驱动机构为液压传动机构以通过液压使夹持元件57在他们的夹持和非夹持位置间移动。液压驱动夹持机构其中的一个例子是有时被称为液压龙虾爪，液压龙虾爪包括枢转安装以在夹持和非夹持位置移动的一对爪或夹持元件。但是，夹持元件57例如也可以在夹持和非夹持位置间直线运动。
[0022]温度控制组件或单元59也可设置在切割单元16的空间32内。单元59可包括加热装置和冷却装置中的一个或两个。单元59可具有环形结构，当金属铸件在铸造过程中穿过单元59时,单元59围绕金属铸件。单元59的加热装置可包括感应线圈，该感应线圈围绕金属铸件及金属铸件所通过的通道。加热装置也可包括电阻加热元件，电阻加热元件围绕金属铸件或金属铸件通过的通道或者通常与金属铸件或金属铸件通过的通道隔开。单元59的冷却装置可以为惰性气体冷却装置，惰性气体冷却装置沿着切割单元16的空间32内的金属铸件外周提供或吹入惰性气体。例如，惰性气体冷却装置可包括冷却环或环形管。当金属铸件经过管和金属铸件经过的通道被接收时，冷却环或环形管包围金属铸件。环形管由多个呈放射状向内指向金属铸件外周的出口或喷嘴组成。冷却装置可由惰性气体线路61供给，惰性气体线路从喷头组件或环形管(图中一般性地标号59)延伸至惰性气体源之一，如示出的下游气体源78。风机提供为邻近气源78或在别处以从气源78通过线路61向单元59的冷却装置或组件吹送惰性气体。惰性气体源78、风机、惰性气体线路61、喷头组件或冷却环以及金属铸件通道或临近出口或喷头的空间32的一部分均相互流体连通。
[0023]隔离组件6包括第一(或上部)隔离阀64和位于上阀64正下方和下游的第二(或下部)隔离阀66。阀64和66均具有开启和关闭位置。尤其是，每个阀64具有带有密封的门65，在关闭位置(图4、5)提供气密的或基本气密的密封穿过下壁38的通道，在开启位置(图1-3)破坏相应的气密密封并通过上部腔室2与下部腔室4之间的下通道壁38的通道连通。阀64和阀66可独自操作以使它们各自的门在开启位置和关闭位置间移动。
[0024]下部腔室4包括下部腔室壁68，下部腔室壁68通常为圆柱管式并限定下部腔室铸锭接收内部空间或腔室70。内部的腔室70具有位于或临近壁68顶部和下隔离阀66的顶部入口 72。入口 72通常由处于开启位置的下阀66限定。多组下铸锭辊71可转动地安装在下部腔室4的空间70内的壁68上并形成下金属铸件或铸锭提升或下降装置，也可作为金属铸件或铸锭退出装置或作为此退出装置的一部分。每组辊轴包括一对辊轴71，当金属铸件在下部腔室4内向下运动时，该对辊轴71滚动地啮合金属铸件外周并夹持二者间的金属铸件。下部的腔室4在图1-4显示的结合或相连铸锭接收位置与图5中实线所示的分离或断开铸锭退出位置间是可活动的。在铸锭接收位置，下部腔室4的上端10连接或固定至上部腔室2的下端，上入口 72垂直对齐下出口 50以使上部内部腔室20和下部内部腔室70相互流体连通，并使内部腔室70配置为通过开口 50，72接收来自上内部腔室20的铸锭。在实施例中，下部腔室4通过下部腔室升降器69或驱动装置可垂直运动，下部腔室升降器69或驱动装置可以以下述形式或包括任何合适方式的升降器以与辊轴71及安装于其上的其它相应部件一起升起或降低腔室4和成品锭(下文进一步讨论)(当腔室4内有成品锭时)。升降器69有升起位置和降下位置。下部腔室4安装在升降器69上或由其支撑。因此，升降器69可操作连接至腔室4并配置成使腔室4在图1-4所示的当升降器69在升起位置时的结合或连接铸锭接收位置与图5中虚线所示的当升降器69在降下位置时的分离或断开铸锭退出位置间运动。非退出位置也可称为第一分离或断开位置或多个分离或断开位置之一。[0025]下部腔室4临近其下端处枢转地安装在枢转轴74上，以在图5中虚线所示的第一断开位置和图5中实线所示的铸锭退出位置间运动。该退出位置也称为第二分离或断开位置或多个分离或断开位置中的另一个。在断开非退出位置，下部腔室4的上端或上游端10和下阀66与上部腔室2的壁38的下端或下游端8及隔离组件6的上隔离阀64断开且相邻。在断开退出位置，下部腔室4的上端或上游端10与上部腔室2的壁38下端或下游端8及上阀64断开并远离。由于下部腔室4顶部至上部腔室2底部没有足够的空间容纳成品锭，在断开非退出位置，成品锭不能从下部的腔室70退出进入外部大气中。在断开退出位置，成品锭可以从下部的腔室70退出进入外部大气中。在退出位置，顶部入口 72作为成品锭从下部腔室4退出或移出的出口。[0026]升降器69也可以为驱动装置或包括驱动装置。驱动装置可操作连接至下部腔室4以使下部腔室4在降下非退出位置和退出位置间枢转运动。例如，升降器69可以为液压或气动操作，或使用液压或气动马达，或可使用电动机用于提升或枢转。升降器69可包括螺旋升降结构、齿条和齿轮、剪形千斤顶或其它本领域已知的适于此目的的升降器。例如，驱动装置也可包括旋转驱动以驱动腔室4的转动或枢转。尽管升降器69显示为同时适于升降和驱动下部腔室4在非退出和退出位置间往复的枢转运动的一个单元或组件，但可以使用与升降器69分开的驱动装置来驱动该枢转运动。
[0027]炉I限定金属铸件通道73，金属铸件通道73从模具54底部向下延伸穿过熔化空间28的一部分、上通道壁34的上通道、辊轴空间30、中间通道壁36的中间通道、切割空间32、下通道壁38的下通道及下部腔室4的内部腔室70。在实施例中，通道73是直的垂直通道，从上部腔室2的熔化单元12直线向下延伸至下部腔室4内以邻近内部腔室70的下端及壁68。金属铸件通道73具有与铸造过程中在模具54内铸造并从模具54向下延伸的金属铸件相同的截面形状和大小。在给定组中每对上辊轴60位于通道73的相对侧面以使与彼此相对并与通道73相对的上辊轴60的圆形外周面紧靠通道73。同样地，在给定组中的每对下辊轴71位于通道的对面以使彼此相对的下辊轴71的圆形外周面紧靠通道73。切割装置62的切割元件63 (如剪切元件或磨切元件/刀片)可移至通道73内和从通道73离开。图3中切割元件63显示为在通道73内，其它图中显示的切割元件63在通道73外。隔离阀64、66的门65类似地可移动至通道73内和从通道73离开以使每个门65在关闭位置(图4、5)位于通道73内，在开启位置(图1-3)位于通道73外。
[0028]挡件47和49内周的大小和形状上文中均已做进一步讨论。因此更值得注意的是，这些挡件中每个的内周形状可与通道73的外周形状相同，同时每个的内周尺寸可与通道73的外周尺寸相同或略大于通道73的外周尺寸。因此，当给出的挡件内周大于通道73的外周时，该尺寸相对于通道73的外周可属于同一范围，类似于上文讨论的模具54的内周和金属铸件的外周的情况。当夹持组件55处于夹持位置时，夹持元件57的夹持面紧靠通道63外周，而当夹持组件55处于非夹持位置时，这些夹持面与通道73的外周有间隔。
[0029]炉I还包括一个或多个真空泵76及惰性气源78，惰性气源78分别通过相配的真空线80及回填线82与下部的内部腔室70及上部的内部腔室20流体连通。因此，一条真空线80的一端连接至泵76之一，相对端连接至上部腔室壁18。另一条真空线80的一端连接至泵76之一，相对端连接至下部腔室壁68。同样的，一条回填线82的一端连接至气源78之一，相对端连接至上部腔室壁18。另一条回填线82的一端连接至气源78之一，相对端连接至下部腔室壁68。
[0030]运转中，炉I可用于连续铸造任何种类的金属以形成金属铸锭，金属铸锭被切割以形成成品锭。炉I尤其适用铸造钛合金铸锭或其它遇热与氧反应的金属。炉I可用于形成具有任何选定的截面形状和大小的铸锭，铸锭由模具54的内周形状和大小限定。通常将铸锭铸造成直径约为5英寸(S卩12.7cm)的圆柱体形式。但在许多情况下，需要较小直径的铸锭，以生产原铸直径尺寸的铸锭，而不需要在交付给特定客户前再进行减小直径的后续改造过程。
[0031]在实施例中，炉I的上部腔室2和下部腔室4在惰性气氛中操作。本领域技术人员可以理解的是，在实施例中，惰性气氛在此被定义为基本上全部是或只是惰性气体的气氛，因而基本没有氧气、氮气及除惰性气体之外的所有气体。首先，隔离阀64和66通常位于它们的开启位置并且下部腔室4位于它的接收位置以使腔室2和4密封连接，以便内部腔室20和70相互流体连通并一起形成与腔室2和4外面的外部大气隔绝密封的单一炉内腔。在这个初始状态中，操作一个或多个真空泵76对炉内腔抽真空，从而通过管线80除去全部或基本上全部的空气以使该内腔处于真空。然后这个单一炉内腔通过一个或多个管线82从一个或多个气源78回填惰性气体，通常是氦气或氩气。
[0032]使用标准的供给机构(未示出)向水冷炉52供给待熔化的固态金属。在惰性气氛中点燃炉焰炬56 (图2)加热并熔化金属以在炉52的熔化腔内形成金属熔液83。然后将金属熔液83从炉52倒入起动桩(starter stub)(未示出)顶部的模具54顶端，以开始形成金属铸件84。模具焰炬58也被点燃(图2)，以在金属上方向模具54提供热量以控制水冷模具54内金属熔液的凝固速率。金属铸件84最初随着辊轴60降低(图2中箭头A)。尤其是每对辊轴60将金属铸件84夹持于其间，并由驱动装置以需要的可控速度驱动旋转(由相应的箭头所示)，以使金属铸件84以相应的可控速度下降。几对辊轴60通过它们的夹持功能使热的金属铸件84随着冷却保持为直的。因此，辊轴60作为金属铸件或铸锭提升器或降下铸件84的下降装置。
[0033]金属熔液83连续不断地倒到正在形成中的金属铸件84顶上并在连续不断的下降过程中凝固以使金属铸件84的长度逐渐增加。铸件84的部分沿通道73从模具54向下游运动穿过熔化单元12的下部、上壁34的通道、辊轴单元14、中间壁36的通道、挡件47、切割单元16、挡件49、下壁38的通道、开启的隔离阀64和66以及下部腔室4。随着铸件84向下游运动，铸件84的外周可以沿着此外周和每个挡件内周间的分别连续的环形界面滑动地啮合挡件47和49的内周(图4、图5)，或可穿入并临近每个挡件47，49的内周而不接触这些内周。随着铸件84移入下部腔室4，下辊71随其转动(图4中箭头)与铸件84的外周滚动哨合。和棍轴60 —样,每对棍轴71将金属铸件84夹持于其间。棍轴71的转动可由驱动装置驱动，也可为惰辊及被动辊，即，随着铸件84向下运动，仅通过与铸件84外周的接触被驱动。在驱动辊轴71时，控制辊轴71的转速以配合辊轴60的转速，以便提供铸件84向下游方运动的相关速度。
[0034]最后，铸件84足够长并下降到足够低，以便铸件84的下端向下穿过开启的隔离阀64和66以及开口 50和72进入下部腔室4 (图3)至一个高度，在此高度，铸件84的下端和切割元件63限定了其间的成品锭所要求的长度。这时候，通常停止辊轴60和71的转动以停止铸件84的下降运动。操作夹持组件55以将夹持元件57从非夹持位置移动到夹持位置，以使上组件55A的夹持元件牢固地夹住高于切割装置或位于切割装置62上游的金属铸件84的外周，且下组件55B的夹持元件57夹住位于切割装置62下游或低于切割装置62的金属铸件84的外周。当铸件84被夹持并静止时，操作切割装置62通常沿大致水平的面切割铸件84以形成下金属铸件或成品铸件86。成品铸件86与上金属铸件或非成品铸件88分离并低于上金属铸件或非成品铸件88，非成品铸件88为金属铸件84的剩余部分，它在通道83上部长度内从模具54向下延伸至切割装置62处新形成的底部。特别是，切割装置62的切割元件63从铸件通道73外的非切割位置(图2)移动到通道73内的切割位置(图3)。当铸件84停止且切割装置62切断铸件84时，挡件47和49的每个均沿着每个挡件和铸件84外周间的连续的环形界面保持接触或临近所述外周。切割过程中，切割装置62产生切屑90和灰尘92。切屑90从切割装置62落下，而灰尘92可能会落下或在切割单元16的空间32内的惰性气氛中漂浮。切屑90通常为颗粒物的形式，多半金属颗粒来自金属铸件84。
[0035]根据不同的情况，如使用的切割装置类型和形成的铸锭类型，可操作温度控制装置加热或冷却位于切割装置62邻近区域内的金属铸件84。想要冷却邻近切割装置62的铸锭，可操作冷却装置，如通过操作与下惰性气源78相关的风机经由管线61向单元59的冷却装置吹送惰性气体，以使惰性气体(如氩气或氦气)沿着切割装置62附近的金属铸件84外周吹动。当该冷却过程使切割装置62附近的铸件84的温度达到要求的温度，然后操作切割装置62以如上所述切割铸件。作为另一种方式，单元59可操作以加热金属铸件，如通过向感应线圈和/或电阻元件提供电源以加热切割装置62邻近区域内的金属铸件。仅作为一例，铸锭邻近切割装置62的地方可能被加热到相当高的温度(如1500° F，即815.56°C),尤其是当为了促进此类型铸锭切割而使用液压剪切型切割装置时。
[0036]由于上文提到的挡件47和铸件84间的接触或交界，或挡件47与铸件84极为贴近，当铸件84静止和当铸件84下降时，挡件47充当灰尘或粉尘挡件，以阻止或基本阻止来自切割过程的灰尘或粉尘92从空间32向上经过挡件47进入中间通道壁36和上通道壁34的通道及熔化单元12的空间28和辊轴单元14的空间30，否则上述情况就会在缺少挡件47时发生。由于上文提到的挡件49和铸件84间的接触或交界，或挡件49与铸件84极为贴近，当铸件84静止和当铸件84下降时，挡件49充当灰尘/粉尘和/或切屑挡件，以阻止或基本阻止来自切割过程的灰尘和切屑从空间32落下经过挡件49进入下壁38的通道，落在隔离阀64和66上，并进入下部腔室4的内部腔室70。挡件或刮片(wiper)47基本上阻止了炉I内切割单元16上游或上方的污染物，刮片或挡件49基本上阻止了炉I内切割单元16下游或下方的污染物。尤其是，挡件49通过阻止来自于切割装置62的灰尘92或切屑90落在隔离阀64和66及辊71，有助于将这些隔离阀和辊轴保持在合适的操作环境中，否则上述情况就会在缺少挡件49时发生。切割单元16通常包括密封门，当炉I不运行时可以打开密封门以允许切屑被清除出切割单元16，同时也允许在挡件47和49磨损失去有效性时拆掉并更换。
[0037]在切割过程中，除夹持组件55外，上辊轴60夹持铸件84上部，下辊轴71夹持铸件84下部，以使铸件84保持静止状态。一旦铸件84被切割装置62完全切割为两部分以形成成品锭86及非成品锭88 (图4、图5)，且夹持组件55移回至其非夹持位置时，上辊60夹持非成品徒88以固定徒86,下棍71夹紧成品徒86以固定徒88。切割完成后，控制切表I]装置62的切割元件63迅速从其位于通道73内的切割位置(图3)移动至位于通道73外的非切割位置(图4)。然后，随着铸造过程继续金属熔液83从炉52倒入模具54，上辊60再一次转动(图4中的相应箭头)以使金属铸锭剩余部分或非成品锭88再次下降(图4中箭头C)。
[0038]为了切割铸件84而停止铸件84的向下运动可能很短暂。例如，切割直径为二英寸(即5.08cm)的金属铸件可在五秒(通常不会超过十秒)内完成。这样，可能需要保持铸件84在一段时期内静止，如约五秒或至多约十秒。当然，切割更大的铸件耗费更长时间。例如，直径为二英寸(即5.08cm)的标准铸件通常耗费75秒，通常不超过90秒。这样，可能需要保持铸件84在一段时期内静止，如约75秒或至多90秒。特别是当切割过程短暂时，即使当切割装置62不垂直或向下游方向运动时，金属熔液83的倾倒在切割过程中也可能连续。另外，值得注意的是切割装置62和夹持组件55可安装成在切割过程中以与铸件84向下运动速度相同的速度向下游方向运动，以使铸造过程在炉I的正常运行中能够真正连续，即，不停止金属铸件84下降也不停止从炉52向模具54倾倒金属熔液83，从而连续形成金属铸件。切割装置62和金属铸件84同时向下的运动由图3中箭头B显示。
[0039]不论金属铸件的向下运动在切割过程中连续还是停止，切割完成后，下辊轴71稳定并控制成品锭86下降(图4中箭头D)。特别是，辊轴71转动(图4中相应箭头)以使成品锭86比非成品锭88下降的快，直至成品锭86完全处于下内部腔室70内。在这个阶段，通过将每个门65从其开启位置运动(图4中箭头E)至关闭位置以关闭隔离阀64和66，借此，上阀64关闭形成封闭的仍然填满惰性气体的上内部腔室20，下阀66关闭形成封闭的下内部腔室70，下内部腔室70与上内部腔室20分开并仍然填满惰性气体。在下部腔室70与上部腔室20分开的整个期间内，上阀64保持关闭且保持上内部腔室20内的惰性气氛。阀64和66的关闭也在它们之间形成小的封闭腔，该封闭腔最初保持惰性气氛。
[0040]一旦这两个隔离阀关闭以形成所述两个分离的密封腔20和70，非成品锭88的铸造在上内部腔室20内的惰性气氛中继续，并控制炉I做好移除成品锭86的准备。尤其是，当隔离阀64和66保持关闭，非成品锭88的铸造继续，包括壁68及下阀66的下部腔室4与上部腔室2分开或断开(这破坏了腔室2和4间出现在腔室2和4处于连接接收位置时结合的气密或基本气密)，且腔室4运动到其退出位置(图5中实线)以使下部腔室4的上游端10与上部腔室2的下游端8断开并远离。这种断开和密封的破坏通常由将整个下部腔室4从通常保持固定的上部腔室2降下或向下拉完成。
[0041]在实施例中，下通道壁38的底端或下阀66的顶端通常设有环形密封面，当上部腔室2和下部腔室4相互连接时，环形密封面在上部腔室20和下部腔室70间形成气密或基本气密。该密封连接通常由作用在下部腔室4的向上的压力简单形成，如果安装在通道壁38上，将下阀66与密封面压紧，或者如果安装在下阀66上，将密封面与通道壁38的下端压紧。腔室4的下降破坏该密封，通过阀66下移与密封面断开接触(如果安装在壁38上)或通过将密封面(如果安装在阀66上)移开不与通道壁38接触实现。
[0042]特别是，操作升降器69使腔室4降低(图5中箭头F)足够短的距离，以使上游端10和下阀66与下游端8和上阀64分开，然后使上游端10绕枢轴74枢转运动(图5中箭头G)，横向远离下端8。上端10的横向或侧向运动与铸造过程中位于上部腔室2内及接收位置时位于下部腔室4内的金属铸件84向下或下游方向运动成一个角度。在实施例中，通过下部腔室4的枢转运动，上端10的这种运动最初是水平的，然后开始横向并向下。
[0043]开启下阀66，以便入口 72暴露在外部大气中。这时，入口 72充当出口，当操作下辊轴71朝与铸锭88下降方向相反的方向转动(图5中相应箭头)时，成品锭86可通过该出口从内部腔室70移出(图5中箭头H)。需要注意的是下部腔室4从接收位置到退出位置的运动包括辊轴71和腔室4内的通道73部分的随后的运动，在退出位置该部分也成为移出通道，在铸锭86从内部腔室70移出期间成品锭86沿该移出通道移动并自该移出通道离开。在退出位置时腔室4和腔室4内的通道73部分分别与腔室4的接收位置和通道73成一个角度。相对于腔室4，在成品锭86从腔室4移出期间其运动方向与铸造中通过辊轴60和71降下铸锭86进入接收位置时的腔室4的运动方向相反。[0044]开启下隔离阀66可以不先从下部腔室70内去除惰性气体，尽管这样做可让惰性气体泄露并损失。可选的，当上隔离阀64和下隔离阀66保持关闭，下部腔室70内的惰性气体可由一个或多个与腔室70流体连通的泵78排出。于是惰性气体可在炉内被保存并重复利用。成品锭86从内部的腔室70移出后，腔室4从退出位置移动或返回至接收位置。这通常可由上部腔室端10绕枢轴74枢转(图5中箭头G)实现，以使腔4变得垂直且上端10与下端8垂直对齐并正好位于下端8下方，然后操作升降器69使腔室4上升或向上运动以使端8与端10通过上述面密封互相连接，腔室2和腔室4间随着这种重新连接再次形成基本气密密封。
[0045]一旦腔室2和4重新连接，抽空下方的内部腔室70并用惰性气体回填。特别是，上阀64仍然关闭且下阀也关闭，以将下方的腔室70与外界大气密封。随着阀64和阀66双双关闭，通过一个或多个与下方的内部腔室70流体连通的泵76抽空下方的内部腔室70，以基本去除其中的所有气体，然后用来自于一个或多个与腔室70流体连通的气源78的惰性气体回填下方内部腔室70。一旦腔室70用惰性气体回填以在其内提供惰性气氛，就打开(图4中与箭头E相反)上和下隔离阀64和66，从而再次形成基本上由上部腔室20和下部腔室70构成并装满惰性气体的密封炉内腔。
[0046]非成品锭88残留在密封的上腔室20内，非成品锭88的铸造通过从炉52向模具54内倾倒额外的金属熔液83而继续，且非成品锭88在整个期间内下降(图5中箭头J)。在该期间内:成品锭86在密封的下方内部腔室70内；下部的腔室4从接收位置移动到退出位置，包括:腔室4从腔室2断开/下降(从接收位置至非退出位置)，破坏其间的密封，及腔室4从非退出位置至退出位置枢转；成品锭86从腔室4退出；下部腔室4从退出位置向非退出位置/接收位置移动，因此包括腔室4相应的枢转和升起；上部腔室2和下部腔室4重新连接并彼此再密封；排空下内部腔室70并用惰性气体回填；打开隔离阀64和66以打开或重新打开内部腔室20和70间的流体连通以重新形成一个密封炉内腔。为实现这些操作，炉I内在切割装置下面和上隔离阀64上面设置有足够的空间。特别是，切割装置62和上阀64在二者间限定通道73部分的垂直长度，该垂直长度足够长以允许非成品锭88的下端在上述整个期间内由切割装置62向下移动，而上阀64的门65保持上方剩余空间。
[0047]因此，一旦阀64和66再次开启，随着金属熔液倒入模具54及非成品锭88下降铸造过程继续进行，以便非成品锭88也变得足够长并从切割装置62向下延伸足够远以切割成与成品锭86基本相同的另外的成品锭。然后，同样重复切割后的步骤以将额外的成品锭从腔室4中移除并继续形成另一个成品锭，如此等等。
[0048]图6-8显示炉I包括在下部腔室4的空间70内的改进的下金属铸件或铸锭提升器或下降装置，下金属铸件或铸锭提升器或下降装置也可作为金属铸件或铸锭退出装置或此类退出装置的一部分。该下铸件升降器包括刚性的金属铸件或铸锭支撑物94，在此通常显示为安装在一对柔性的闭合回路96上的杯状元件，该闭合回路96可以为链条96的形式，链条96回转地安装在各自的上和下转动元件98或轮子上并沿各自的上和下转动元件98或轮子旋转，上和下转动元件98或轮子可以为链齿轮，但本领域技术人员可以理解的是可以使用类似的闭合回路和转动元件。每个回路或链条包括从各自的上链轮向各自的下链轮延伸的大体呈直线的内和外段，铸锭支撑物94固定连接至两个链条96的内段并在两个链条96的内段之间延伸。[0049]每个链条哨合的链轮中至少一个是从动链轮,从动链轮由电机驱动以使从动链轮转动，这引起相应的链条绕其上和下链轮旋转。如此，随着链条内段朝第一内段方向移动，从动链轮朝第一转动方向的转动引起安装在其上的链条朝第一回转方向旋转，反之，随着链条内段朝第二相反内段方向运动，从动链轮朝第二相反回转方向的转动引起安装在其上的链条朝第二相反回转方向旋转。铸锭支撑物94随链条内段朝相应的内段方向运动。
[0050]图6和图7显示下部腔室4在接收位置，图8显示下部腔室在退出位置。包括支撑物94、链条96和链轮98的下铸件升降器随着下部腔室4在接收位置和退出位置间运动。在接收位置，链条96的内直段和外直段大体垂直，在退出位置形成向上且向一侧的角。下侧的链轮98具有退出位置(此时下部腔室4在它的退出位置)和接收位置(此时下部腔室4位于它的接收位置)。同样地，上侧的链轮98具有退出位置(此时下部腔室4在它的退出位置)和接收位置(此时下部腔室4位于它的接收位置)。下侧的链轮98的退出位置与下侧的链轮的接收位置不同并邻近下侧的链轮的接受位置。而上侧的链轮98的退出位置与上侧的链轮的接收位置不同并远离上侧的链轮的接收位置。在接收位置，金属铸件通道73的下部大体垂直并设置在链条96的内段之间。在退出位置，金属铸件通道73的下部向上并偏向一侧成角且设置在链条96的内段之间。
[0051]除了铸件升降器使用辊轴71而改进的升降器使用链条96外，当使用改进的下铸件升降器时，上述炉I的全部操作基本相同。因此，对大部分来说，下文仅描述这些不同。随着铸件84进入下部腔室4，金属铸件84的底部与铸件支撑物94接触，此时，操作下铸件升降器以使支撑物94以与具有上辊60的上升降器的下降速度相同的速度向下移动。如图6所示，自此，支撑物94承受铸件84的部分重量，且随着铸件84进一步下降铸件84的底部与支撑物94向上的表面仍然接触。
[0052]当铸件84足够长且足够低时，通常停止上和下升降器以停止铸件84的下降运动，此时(图6中所示)夹持组件55夹住铸件84，且切割装置62和先前讨论的一样切割铸件84以形成成品锭86和非成品锭88。铸件84也可由以前讨论的温度控制装置59加热或冷却。不同于在切割过程中夹持铸件84的下辊71，改进的下铸件升降器在切割过程及其它任何时候都不夹持铸件84。一旦铸件84被切割装置62完全切割成两个以形成非成品锭86和成品锭88，且夹持组件55已移回其非夹持位置(图7)，上辊60夹紧非成品锭88以固定铸锭86，且随着铸锭86的底部落在支撑物94顶部，下铸锭升降器承受成品锭86的全部重量。铸锭84被切割后，下铸锭升降器控制成品锭86下降(图7中箭头D)。特别是，链轮98朝下降方向转动(图7中的相应箭头)以使成品锭86以比非成品锭88更快的下降速度降下，直至成品锭86完全处于下内部腔室70内。
[0053]然后，以与前面讨论的准备从下部腔室4移出成品锭86 —样的方式操作隔离阀64和66。一旦腔室4移至其退出位置(图8中实线)，且下阀66开启以使入口 72暴露在外部大气中以作为出口，随着操作链轮98朝与铸锭88下降方向相反的退出方向转动(图8中相应箭头)，成品锭86就从内部腔室70移出(图8中箭头H)，从而链条96内段、支撑物94和铸锭88朝退出方向向上向一侧运动。隔离阀的操作、下部腔室4的抽空和回填、腔室4从退出位置向接收位置的运动等与之前的描述相同。由此非成品锭88的铸造可以相应地进行。
[0054]由此，炉I配置成除了使金属铸件的下降停止足够长的时间以进行切割的期间以夕卜，以连续或不停止的方式铸造金属铸件，但该停止时间不会长到使得倒入模具54的金属熔液溢出模具顶端。如前面所讨论的，当切割金属铸件时，切割装置62和夹持组件55可随金属铸件朝下游方向移动，实现炉I正常运行期间真正的连续或不停止的铸造过程。
[0055]可以对实施例中的炉做出多种变形，这些都属于本发明的范围。一方面涉及类似于下部腔室4的下部腔室处理。例如，下部腔室4可在接收位置和退出位置间以不包含所示的下部腔室4的枢转运动的方式移动，或可以包含其它结构和其它类型的运动方式移动。例如，下部腔室4可安装在升降器或其它水平或侧向滑动的支撑物上。另一个例子包括使用带有一个以上下部腔室的圆盘传送带(carousel)，例如，圆盘传送带可移动以使圆盘传送带携带的下部腔室之一可与上部腔室2的下端断开连接并远离上部腔室2的下端以退出成品锭，而圆盘传送带上的另一个下部腔室移至其接收端或入口与上部腔室2的出口 50对齐的位置，并连接至腔室2的下端。
[0056]在前面的描述中，使用了某些术语以便于描述的简洁，清楚和可理解。因为这些术语用于描述的目的并旨在广义的解释，所以对这些术语并无超出现有技术要求之外的不必要限定。
[0057]此外，本发明的说明书和附图只是示例，本发明不局限于显示或描述的具体细节。
【权利要求】
1.连续铸造炉，包括: 炉内腔； 连续铸造模具，设置于所述炉内腔内并适于形成金属铸件； 金属铸件通道，从所述模具伸出并适于允许所述金属铸件从所述模具向下游运动；和 切割装置，设置于所述炉内腔内，邻近所述金属铸件通道，并适于切割所述金属铸件。
2.如权利要求1所述的炉，还包括环形挡件，所述环形挡件位于所述切割装置下游，在所述金属铸件通道的外周上或附近并包围所述金属铸件通道，适于与所述金属铸件外周啮合或相邻放置以阻止切屑经过所述挡件落下。
3.如权利要求2所述的炉，还包括所述挡件下方的隔离阀。
4.如权利要求2所述的炉，还包括金属铸件升降器，所述金属铸件升降器位于所述挡件下方并适于啮合和降下所述金属铸件。
5.如权利要求1所述的炉，还包括环形挡件，所述环形挡件位于所述切割装置上游，在所述金属铸件通道外周 上或与其相邻，包围所述金属铸件通道，并适于啮合或位于所述金属铸件外周以阻止灰尘向所述挡件上游运动。
6.如权利要求5所述的炉，还包括多个辊，所述辊位于所述炉内腔内挡件的上游，并适于哨合所述金属铸件。
7.如权利要求1所述的炉，其中，所述切割装置包括(a)等离子体焰炬和(b)框架之一，在所述框架上可移动地安装有刚性切割元件。
8.如权利要求1所述的炉，其中，所述炉内腔包括第一腔室和位于所述第一腔室下游的第二腔室； 所述模具在所述第一腔室内；和 所述第二腔室相对所述第一腔室是可移动的。
9.如权利要求8所述的炉，还包括枢转轴，所述第二腔室相对于所述第一腔室关于所述枢转轴可枢转运动。
10.如权利要求8所述的炉，还包括腔室升降器，所述腔室升降器有升起位置和降下位置；其中，所述第二腔室由所述腔室升降器负载。
11.如权利要求8所述的炉，其中，所述第二腔室具有连接位置和分离位置，在所述连接位置所述第二腔室与所述第一腔室连接，在所述分离位置所述第二腔室与所述第一腔室分离。
12.如权利要求8所述的炉，其中，所述第二腔室相对于所述第一腔室在接收位置和退出位置间可移动，在所述接收位置所述第二腔室能够接收来自所述第一腔室的所述金属铸件，在所述退出位置所述第二腔室不能接收来自所述第一腔室的所述金属铸件。
13.如权利要求8所述的炉，还包括 真空泵； 真空线，从所述泵向所述第二腔室延伸； 惰性气源；和 回填线，从所述惰性气源向所述第二腔室延伸。
14.如权利要求1所述的炉，还包括熔炉，所述熔炉位于所述炉内腔内，与所述模具流体连通。
15.如权利要求14所述的炉，还包括所述熔炉上方的等离子焰炬。
16.如权利要求1所述的炉，还包括多个辊，所述多个辊位于所述炉内腔，并适于啮合所述金属铸件。
17.如权利要求1所述的炉，还包括夹钳，所述夹钳邻近所述切割装置并具有夹持位置和非夹持位置，在所述夹持位置所述夹钳适于夹持所述金属铸件，在所述非夹持位置所述夹钳适于摆脱所述金属铸件。
18.如权利要求1所述的炉，还包括金属铸件温度控制组件，所述温度控制组件邻近所述切割装置，并包括加热所述金属铸件的加热装置和冷却金属铸件的冷却装置中的至少一个。
19.如权利要求1所述的炉，其中，所述炉内腔包括第一腔室和在所述第一腔室下游的第二腔室；和 所述模具在所述第一腔室内；还包括 具有开启位置和关闭位置的第一隔离阀，在所述开启位置所述第一和第二腔室相互流体连通，在所述第二位置所述第一和第二腔室间的流体连通关闭。
20.如权利要 求1所述的炉，还包括真空泵，所述真空泵与所述炉内腔流体连通。
【文档编号】B22D11/128GK104028720SQ201410072238
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2013年3月5日
【发明者】迈克尔·P·杰克斯, K·O·余 申请人:Rti国际金属公司