专利名称:金属顶浇铸工艺及其设备的制作方法
本发明涉及金属，特别是铝坯或其合金坯的顶浇铸工艺及其设备。
从事铸锭技术的人员对金属连续浇铸工艺是熟知的，即熔融的金属倾入外冷的、有着可移动的底板的铸锭模中。金属在铸锭模中存留期间，在与模型接触时凝固並能通过可移动底板，从铸锭模下方将其取出，熔融金属从铸锭模的上部往下补充，以便大致地保持一个不变的水平。
为了克服某些难点，对这种工艺已经进行了许多改进，例如法国第1364776号专利，这个专利包含的内容是为了保证其浮于自由金属表面的杂质或氧化物不至于进入最终产品之中，在铸锭模上方设置一个储存液态金属的容器。否则，就会产生严重的缺陷。
所以，这种储存液态金属的容器也可称之为浇铸头或称之为“热顶”，在寻求具有良好铸件表面状况，特别是铸坯的良好表面的状况，它是一项有吸引力的建议。而且这种使用热顶的工艺在单一水平控制的多口浇铸操作中已经成了特殊开发的课题，它使得一次实行几十个铸锭模浇铸成为可能。
一般地说，这种浇铸头是相对铸锭模内壁悬伸地配置，並且采用连续注射气体或润滑剂装置。具体情况可以从下面专利中看到。
-美国第3381741号专利中，这种浇铸储存池和铸锭模是通过较薄的热传导嵌件连接的而向铸锭模中导入润滑剂装置是配置在热传导嵌件和铸锭模之间。
-美国第4157728号专利是直接从悬伸件下方导入某种气体，並对处于悬伸件下方的浇铸金属的周围施加一定气体压力;正是在导入气体装置的正下方导入润滑剂，铸锭模内产生了润滑表面。
-法国第534832号专利中，是在配置于模腔之外某处供给压力气流，而在该模腔外缘上的某处将气体释放进腔内，同时在腔外供给金属处和释放气体处之间装入诸如石墨环等设施，使气流形成一个流体环，然后由这个环向模腔周边的金属扩散。此外，最好是通过在溶融金属勺包顶部的具有悬伸关系的部位将润滑油导入勺包。
本申请人对使用热顶工艺浇铸金属，尤其是浇铸铝坯或铝合金坯的问题进行了研究，并且发现一方面绝大多数这种工艺需要连续润滑;另一方面使用压力气体的工艺常是在铸锭模的顶部注入气体;而且为了维持压力不要过高，以便防止在液态金属内产生运动，而有助于复杂的控制系统。
在熟悉这种工艺存在一定欠缺的情况下，本申请人的目的旨在开发一种更简单、不需要润滑的工艺，使用一种很容易控制的气体注射系统，通过这种方式可以获得具有良好表面状态的产品。
根据本发明的这项工艺在铸锭模内浇铸金属，铸锭模具有可移动的底板，内部有一个石墨环，铸锭模系外冷式，它与金属接触的内壁在最初开始时给予润滑。在这项工艺中-将熔化的金属储存于一个上件和下件毗邻组成的浇铸头中，将其配置于铸锭模上方，与铸锭模的内壁具有悬伸关系。
-铸锭模由浇铸头供给熔化金属。
-以这一方式金属保持在铸锭模中，通过冷却流体流经铸锭模的外部和金属上，使金属凝固到足以能从底部取出，其形状相应于铸锭模的形状。
本工艺的特点在于在整个浇铸操作中，将一种惰性气体压力作用于浇铸头下件的周围。
因此，与先前的工艺不同，本工艺无需求助于连续润滑，而气体注射既不是在铸锭模的端面，也不是直接在铸锭模内，而是在浇铸头或“热顶”的端面，而且是在它的外部。
令人吃惊地发现，这种工艺使金属坯能得到非常好的表面外观，而只要取消压力气体，就会使金属坯的表面条件遭受严重的损害。
据认为，这是由于在浇铸头的下件端面上的惰性气体阻止了周围空气的渗透。
为了支持这种假设，需要指出没有惰性气体，在浇铸产品表面上就会造成微孔和坑凹或小孔。这似乎是由于空气中的潮湿引起的金属的氧化，在这个过程中，与金属接触形成氢的反应气泡，这就是构成微孔和凹坑或小孔的原因。
本发明具有极大的优越性，在于只需要非常简单的设施。
事实上，在美国第4157728号专利中，必须维持足够的气体压力把金属和壁分开，而不会在熔态金属内形成实际运动，那就要求相应的高级压力控制装置，特别在多个浇铸的情况下更是如此。
本工艺与之相比，只需提供一个足以维持浇铸头的周表表面不受大气侵入的最小压力就够了。
最大的可接受的压力由某一定值决定，高于这个值该气体就可穿过浇铸头的细孔，使金属的自由表面上形成涡流或运动，结果，将产生有缺陷的产品。依靠气体和金属之间的浇铸头形成的屏蔽作用，所需最大压力是相当高的。因此，在最低和最高压力之间具有一个非常宽的控制范围，相应的该工艺也就不需要任何复杂的控制装置该惰性气体压力对整个工艺过程只需进行一次选定。借助于一种简单的龙头开关和一种压力计量-溢流阀装置，安装在整个设备的某处，在浇铸操作中或在连续性的浇铸操作之间均无需任何重新调节。
这样的一种工艺可以在一种结构简单的设备中实现，本发明所述就是一个例子，其构成与先有技术相同的如-具有一种可移动底板的铸锭模，在外部具有输入冷却流体的设施，而在其内部，具有一个石墨环;
-在铸锭模上方毗连和悬伸联系中配置着浇铸头，它固定在所浇的铸锭模的顶面上。
该设备的特征为-此浇铸头由通过一个密封件彼此相连接的上下两件组成;
-所说的浇铸头的下件由一个环将其周边包围着，使其与大气隔离，就其内径而言，它比下件的最大外径还大，以便形成一个环形腔室，它围着下件，且至少要超过下件的一部分的高度;
-所说的腔室通过一输入导管与压力气源相连。
在该设备中，其零部件按下列方式装配起来-浇铸头的下件装在铸锭模上部的一个台肩上;
-一个紧固环装在所说的浇铸头下件的外表面上;
-借助于至少有六个均匀地分布在铸锭模的整个外围上的紧固螺母，装配的总成装在基座板上，浇铸头上件通过密封件也装在基座板上。
在紧固操作过程中，这些螺母也起到使紧固环夹紧浇铸头下件的作用，因而紧固环承受随螺母的紧固作用力的增加而成比例增加的应力。
然而，这样的一种装置具有若干缺点
-当将铸锭模移出並进行分解时，特别是为了从一种规格的金属坯换产另一种规格时，必须卸掉每一个螺母，这就需要花费时间，並增加维护费用;
-每一个零部件，诸如铸锭模、浇铸头下件和紧固环与其它零部件分离时，由耐火材料制成的浇铸头下件，当作用其上的应力突然解除时，会使其质量性能退化，所以必须为它提供替换件，这也会增加维护费用。
为了这个理由，本申请者希望补救这个方面，开发一种改进的设备，其特点在于紧固环上带有一边缘部分，通过螺钉将它固定在铸锭模的上部的台肩上，而该铸锭模至少通过四个弹簧固定在基座板上，这些弹簧以两两呈直径相对的关系固定在一夹紧架上。
不同于以前的设备，这样形成的总成包括浇铸头下件、铸锭模和紧固环，它们能与基座板分离作为一个单元。这种总成也使得保持作用于浇铸头下件的压应力成为可能，且使压应力保持恒定值，与将铸锭模固定到基座板上的紧固力无关。
这样总成很容易集装成设备通过密封件将浇铸头上件与基座板联结，而且用弹性片固定其位置。故拆开和再装配的时间因此而缩短。
参照显示了这种浇铸设备沿垂直平面半剖视图的图1和图3，就会更好地理解本发明。
参考图1，其中显示的是一个由上件1和下件2通过密封件3连接的浇铸头或“热顶”。对于铸锭模6的石墨环5来说，下件2在位置4处是悬伸关系，铸锭模由来自7a的冷却流体从外部冷却。该总成依靠紧固环8和将铸锭模固定到基座板10上的螺母9组装在一起並保持固定的关系。下件2的底部被环13围着它的整个周边，以便形成环形腔室11，通过导管12给环形腔输入惰性气体。
图2不同于图1，其中铸锭模是靠系统7b冷却的，这种系统一般称为挡水套。
这里值得注意的是，这种环是铸锭模的一部分形成的，由于这种环可以与铸锭模分离，它相应于本发明的一个特定实施例。
图3是改进的设备，其结构说明如下-铸锭模6具有一个可移动的底板，在外部装备着7a，以输入一种冷却液体;在内部，装备着石墨环5;
-在该铸锭模的上方，在毗连的悬伸关系的位置4上配置着浇铸头，该浇铸头紧固在铸锭模的顶面上，它由通过密封3连接在一起的上件1和下件2两部分组成。其中，下件2由使它与大气隔离的环13包住它的整个周边，其外径比下件的最大外径还大，以便形成一个围绕下件的环形腔室，並且至少超过下件的部分高度，腔室是通过一个输入导管12与压力气体源相连着。
紧固环8a上带有一边缘部分14，它通过螺钉16固定在铸锭模6的上部分的台肩15上，而铸锭模通过至少4个弹簧17的压力固定在基座板上，这些弹簧以两两直径相对地关系配置并固定在夹紧架18上。
这种设备的拆开和重新组装所需的时间约为以前所采用设备的十五分之一。此外，因拆开而需要更换浇铸头的数量实际上是零。
本发明可以通过应用例子来加以描述应用“铝协会”标准的6063型两个铝合金坯，在一种用外部冷却的铸锭模中浇铸，其直径φ为20厘米，高度h为3.6厘米，装着一个高度h为2.6厘米的石墨环;浇铸头下件的材料为纤维增强的硅酸钙;而上件的材料为基于二氧化硅与水凝粘接剂的产物，称之为“玻璃-岩石混凝土”。
在第一次试验中，气体输入导管是与空气相通的。
在第二次试验中，导管与干燥氮气源连接着，维持0.024MPa的压力，而其它的浇铸参数保持跟第一次试验相同。
发现在第一次试验过程中获得的金属坯的表面上有许多凹坑或孔，而在第二次试验中产生的产品就完全消除了这些缺陷。
由于它的简单性的优点，相应于本发明的工艺及其设备特别适用于浇铸金属坯的多铸锭模装备中，能够减少劳动力，而且没有因调节造成的时间损失。
权利要求
1.一种在具有可移动底板的铸锭模中进行连续的金属浇铸的工艺，在铸锭模内部具有一种石墨环，在其外部冷却，铸锭模中与浇铸金属接触的壁开始前予以润滑，本工艺由以下步骤构成--将熔态金属装入由一个上件(1)和一个下件(2)构成的浇铸头中，其下件(2)配置在毗连联系的铸锭模(6)上方，浇铸头具有一个相对于铸锭模内壁的悬伸(4)；--将熔态金属从浇铸头输入铸锭模中；--在铸锭模中保持一定量的金属，以便通过在铸锭模外部和金属上的冷却流体的流动使金属凝固，直到足以允许金属以相应于铸锭模的形状从底部取出。其特征在于在浇铸头下件的周边使用了一种压力惰性气体，並持续到浇铸操作的全过程。
2.根据权利要求
1的工艺，其特征在于该惰性气体的压力足以维持金属周围不与大气接触，使之得以保护，並且不超过惰性气体会使金属物质的表面产生运动，从而有损于表面状态的值。
3.一种金属浇铸设备包括-具有可移动的底板的铸锭模(6)，其外部有提供冷却液体用的设施(7)，在其内部有一石墨环(5);-一个浇铸头配置于毗连铸锭模上方，与之有悬伸关系，並紧固在铸锭模的顶面上;其特征在于-浇铸头由用密封方式连接在一起的两个件(1和2)组成;-其下件(2)由一个紧固环(8)和一个环(13)围着它的整个周边，环(13)将它与大气隔离，就环(13)来说，其直径比下件的最大外径要大，以此形成一个环绕下件的环形腔室(11)，並至少要超过下件一部分高度;-所说的腔室通过一个输入导管(12)与压力气体源相连通。
4.根据权利要求
3的金属浇铸设备，其特征在于为了便于这种设备的组装和拆开，紧固环(8a)具有一个边缘部分(14)，它通过螺钉(16)固定在位于铸锭模上部分的台肩(15)上，铸锭模通过至少4个弹簧(17)固定在基座板(10)上，而这些弹簧以两两直径相对的关系固定在夹紧架(18)上。
专利摘要
本发明涉及在配置着一个浇铸头的铸锭模内连续浇铸金属的工艺及设备。其特征是在整个浇铸操作过程中，在浇铸头的下件(2)的周边保持着通过导管(12)进入环形腔室(11)的压力惰性气体。而环形腔室(11)由环绕浇铸头下件的屏蔽设施(13)形成。
文档编号B22D11/049GK86105689SQ86105689
公开日1987年2月4日 申请日期1986年7月29日
发明者阿波斯托洛·乔治斯, 阿莫斯·索蒂里斯 申请人:皮奇尼铝业公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan