專利名稱:金屬頂澆鑄工藝及其設備的制作方法
本發(fā)明涉及金屬，特別是鋁坯或其合金坯的頂澆鑄工藝及其設備。
從事鑄錠技術(shù)的人員對金屬連續(xù)澆鑄工藝是熟知的，即熔融的金屬傾入外冷的、有著可移動的底板的鑄錠模中。金屬在鑄錠模中存留期間，在與模型接觸時凝固並能通過可移動底板，從鑄錠模下方將其取出，熔融金屬從鑄錠模的上部往下補充，以便大致地保持一個不變的水平。
為了克服某些難點，對這種工藝已經(jīng)進行了許多改進，例如法國第1364776號專利，這個專利包含的內(nèi)容是為了保證其浮于自由金屬表面的雜質(zhì)或氧化物不至于進入最終產(chǎn)品之中，在鑄錠模上方設置一個儲存液態(tài)金屬的容器。否則，就會產(chǎn)生嚴重的缺陷。
所以，這種儲存液態(tài)金屬的容器也可稱之為澆鑄頭或稱之為“熱頂”，在尋求具有良好鑄件表面狀況，特別是鑄坯的良好表面的狀況，它是一項有吸引力的建議。而且這種使用熱頂?shù)墓に囋趩我凰娇刂频亩嗫跐茶T操作中已經(jīng)成了特殊開發(fā)的課題，它使得一次實行幾十個鑄錠模澆鑄成為可能。
一般地說，這種澆鑄頭是相對鑄錠模內(nèi)壁懸伸地配置，並且采用連續(xù)注射氣體或潤滑劑裝置。具體情況可以從下面專利中看到。
-美國第3381741號專利中，這種澆鑄儲存池和鑄錠模是通過較薄的熱傳導嵌件連接的而向鑄錠模中導入潤滑劑裝置是配置在熱傳導嵌件和鑄錠模之間。
-美國第4157728號專利是直接從懸伸件下方導入某種氣體，並對處于懸伸件下方的澆鑄金屬的周圍施加一定氣體壓力;正是在導入氣體裝置的正下方導入潤滑劑，鑄錠模內(nèi)產(chǎn)生了潤滑表面。
-法國第534832號專利中，是在配置于模腔之外某處供給壓力氣流，而在該模腔外緣上的某處將氣體釋放進腔內(nèi)，同時在腔外供給金屬處和釋放氣體處之間裝入諸如石墨環(huán)等設施，使氣流形成一個流體環(huán)，然后由這個環(huán)向模腔周邊的金屬擴散。此外，最好是通過在溶融金屬勺包頂部的具有懸伸關(guān)系的部位將潤滑油導入勺包。
本申請人對使用熱頂工藝澆鑄金屬，尤其是澆鑄鋁坯或鋁合金坯的問題進行了研究，并且發(fā)現(xiàn)一方面絕大多數(shù)這種工藝需要連續(xù)潤滑;另一方面使用壓力氣體的工藝常是在鑄錠模的頂部注入氣體;而且為了維持壓力不要過高，以便防止在液態(tài)金屬內(nèi)產(chǎn)生運動，而有助于復雜的控制系統(tǒng)。
在熟悉這種工藝存在一定欠缺的情況下，本申請人的目的旨在開發(fā)一種更簡單、不需要潤滑的工藝，使用一種很容易控制的氣體注射系統(tǒng)，通過這種方式可以獲得具有良好表面狀態(tài)的產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明的這項工藝在鑄錠模內(nèi)澆鑄金屬，鑄錠模具有可移動的底板，內(nèi)部有一個石墨環(huán)，鑄錠模系外冷式，它與金屬接觸的內(nèi)壁在最初開始時給予潤滑。在這項工藝中-將熔化的金屬儲存于一個上件和下件毗鄰組成的澆鑄頭中，將其配置于鑄錠模上方，與鑄錠模的內(nèi)壁具有懸伸關(guān)系。
-鑄錠模由澆鑄頭供給熔化金屬。
-以這一方式金屬保持在鑄錠模中，通過冷卻流體流經(jīng)鑄錠模的外部和金屬上，使金屬凝固到足以能從底部取出，其形狀相應于鑄錠模的形狀。
本工藝的特點在于在整個澆鑄操作中，將一種惰性氣體壓力作用于澆鑄頭下件的周圍。
因此，與先前的工藝不同，本工藝無需求助于連續(xù)潤滑，而氣體注射既不是在鑄錠模的端面，也不是直接在鑄錠模內(nèi)，而是在澆鑄頭或“熱頂”的端面，而且是在它的外部。
令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，這種工藝使金屬坯能得到非常好的表面外觀，而只要取消壓力氣體，就會使金屬坯的表面條件遭受嚴重的損害。
據(jù)認為，這是由于在澆鑄頭的下件端面上的惰性氣體阻止了周圍空氣的滲透。
為了支持這種假設，需要指出沒有惰性氣體，在澆鑄產(chǎn)品表面上就會造成微孔和坑凹或小孔。這似乎是由于空氣中的潮濕引起的金屬的氧化，在這個過程中，與金屬接觸形成氫的反應氣泡，這就是構(gòu)成微孔和凹坑或小孔的原因。
本發(fā)明具有極大的優(yōu)越性，在于只需要非常簡單的設施。
事實上，在美國第4157728號專利中，必須維持足夠的氣體壓力把金屬和壁分開，而不會在熔態(tài)金屬內(nèi)形成實際運動，那就要求相應的高級壓力控制裝置，特別在多個澆鑄的情況下更是如此。
本工藝與之相比，只需提供一個足以維持澆鑄頭的周表表面不受大氣侵入的最小壓力就夠了。
最大的可接受的壓力由某一定值決定，高于這個值該氣體就可穿過澆鑄頭的細孔，使金屬的自由表面上形成渦流或運動，結(jié)果，將產(chǎn)生有缺陷的產(chǎn)品。依靠氣體和金屬之間的澆鑄頭形成的屏蔽作用，所需最大壓力是相當高的。因此，在最低和最高壓力之間具有一個非常寬的控制范圍，相應的該工藝也就不需要任何復雜的控制裝置該惰性氣體壓力對整個工藝過程只需進行一次選定。借助于一種簡單的龍頭開關(guān)和一種壓力計量-溢流閥裝置，安裝在整個設備的某處，在澆鑄操作中或在連續(xù)性的澆鑄操作之間均無需任何重新調(diào)節(jié)。
這樣的一種工藝可以在一種結(jié)構(gòu)簡單的設備中實現(xiàn)，本發(fā)明所述就是一個例子，其構(gòu)成與先有技術(shù)相同的如-具有一種可移動底板的鑄錠模，在外部具有輸入冷卻流體的設施，而在其內(nèi)部，具有一個石墨環(huán);
-在鑄錠模上方毗連和懸伸聯(lián)系中配置著澆鑄頭，它固定在所澆的鑄錠模的頂面上。
該設備的特征為-此澆鑄頭由通過一個密封件彼此相連接的上下兩件組成;
-所說的澆鑄頭的下件由一個環(huán)將其周邊包圍著，使其與大氣隔離，就其內(nèi)徑而言，它比下件的最大外徑還大，以便形成一個環(huán)形腔室，它圍著下件，且至少要超過下件的一部分的高度;
-所說的腔室通過一輸入導管與壓力氣源相連。
在該設備中，其零部件按下列方式裝配起來-澆鑄頭的下件裝在鑄錠模上部的一個臺肩上;
-一個緊固環(huán)裝在所說的澆鑄頭下件的外表面上;
-借助于至少有六個均勻地分布在鑄錠模的整個外圍上的緊固螺母，裝配的總成裝在基座板上，澆鑄頭上件通過密封件也裝在基座板上。
在緊固操作過程中，這些螺母也起到使緊固環(huán)夾緊澆鑄頭下件的作用，因而緊固環(huán)承受隨螺母的緊固作用力的增加而成比例增加的應力。
然而，這樣的一種裝置具有若干缺點
-當將鑄錠模移出並進行分解時，特別是為了從一種規(guī)格的金屬坯換產(chǎn)另一種規(guī)格時，必須卸掉每一個螺母，這就需要花費時間，並增加維護費用;
-每一個零部件，諸如鑄錠模、澆鑄頭下件和緊固環(huán)與其它零部件分離時，由耐火材料制成的澆鑄頭下件，當作用其上的應力突然解除時，會使其質(zhì)量性能退化，所以必須為它提供替換件，這也會增加維護費用。
為了這個理由，本申請者希望補救這個方面，開發(fā)一種改進的設備，其特點在于緊固環(huán)上帶有一邊緣部分，通過螺釘將它固定在鑄錠模的上部的臺肩上，而該鑄錠模至少通過四個彈簧固定在基座板上，這些彈簧以兩兩呈直徑相對的關(guān)系固定在一夾緊架上。
不同于以前的設備，這樣形成的總成包括澆鑄頭下件、鑄錠模和緊固環(huán)，它們能與基座板分離作為一個單元。這種總成也使得保持作用于澆鑄頭下件的壓應力成為可能，且使壓應力保持恒定值，與將鑄錠模固定到基座板上的緊固力無關(guān)。
這樣總成很容易集裝成設備通過密封件將澆鑄頭上件與基座板聯(lián)結(jié)，而且用彈性片固定其位置。故拆開和再裝配的時間因此而縮短。
參照顯示了這種澆鑄設備沿垂直平面半剖視圖的圖1和圖3，就會更好地理解本發(fā)明。
參考圖1，其中顯示的是一個由上件1和下件2通過密封件3連接的澆鑄頭或“熱頂”。對于鑄錠模6的石墨環(huán)5來說，下件2在位置4處是懸伸關(guān)系，鑄錠模由來自7a的冷卻流體從外部冷卻。該總成依靠緊固環(huán)8和將鑄錠模固定到基座板10上的螺母9組裝在一起並保持固定的關(guān)系。下件2的底部被環(huán)13圍著它的整個周邊，以便形成環(huán)形腔室11，通過導管12給環(huán)形腔輸入惰性氣體。
圖2不同于圖1，其中鑄錠模是靠系統(tǒng)7b冷卻的，這種系統(tǒng)一般稱為擋水套。
這里值得注意的是，這種環(huán)是鑄錠模的一部分形成的，由于這種環(huán)可以與鑄錠模分離，它相應于本發(fā)明的一個特定實施例。
圖3是改進的設備，其結(jié)構(gòu)說明如下-鑄錠模6具有一個可移動的底板，在外部裝備著7a，以輸入一種冷卻液體;在內(nèi)部，裝備著石墨環(huán)5;
-在該鑄錠模的上方，在毗連的懸伸關(guān)系的位置4上配置著澆鑄頭，該澆鑄頭緊固在鑄錠模的頂面上，它由通過密封3連接在一起的上件1和下件2兩部分組成。其中，下件2由使它與大氣隔離的環(huán)13包住它的整個周邊，其外徑比下件的最大外徑還大，以便形成一個圍繞下件的環(huán)形腔室，並且至少超過下件的部分高度，腔室是通過一個輸入導管12與壓力氣體源相連著。
緊固環(huán)8a上帶有一邊緣部分14，它通過螺釘16固定在鑄錠模6的上部分的臺肩15上，而鑄錠模通過至少4個彈簧17的壓力固定在基座板上，這些彈簧以兩兩直徑相對地關(guān)系配置并固定在夾緊架18上。
這種設備的拆開和重新組裝所需的時間約為以前所采用設備的十五分之一。此外，因拆開而需要更換澆鑄頭的數(shù)量實際上是零。
本發(fā)明可以通過應用例子來加以描述應用“鋁協(xié)會”標準的6063型兩個鋁合金坯，在一種用外部冷卻的鑄錠模中澆鑄，其直徑φ為20厘米，高度h為3.6厘米，裝著一個高度h為2.6厘米的石墨環(huán);澆鑄頭下件的材料為纖維增強的硅酸鈣;而上件的材料為基于二氧化硅與水凝粘接劑的產(chǎn)物，稱之為“玻璃-巖石混凝土”。
在第一次試驗中，氣體輸入導管是與空氣相通的。
在第二次試驗中，導管與干燥氮氣源連接著，維持0.024MPa的壓力，而其它的澆鑄參數(shù)保持跟第一次試驗相同。
發(fā)現(xiàn)在第一次試驗過程中獲得的金屬坯的表面上有許多凹坑或孔，而在第二次試驗中產(chǎn)生的產(chǎn)品就完全消除了這些缺陷。
由于它的簡單性的優(yōu)點，相應于本發(fā)明的工藝及其設備特別適用于澆鑄金屬坯的多鑄錠模裝備中，能夠減少勞動力，而且沒有因調(diào)節(jié)造成的時間損失。
權(quán)利要求
1.一種在具有可移動底板的鑄錠模中進行連續(xù)的金屬澆鑄的工藝，在鑄錠模內(nèi)部具有一種石墨環(huán)，在其外部冷卻，鑄錠模中與澆鑄金屬接觸的壁開始前予以潤滑，本工藝由以下步驟構(gòu)成--將熔態(tài)金屬裝入由一個上件(1)和一個下件(2)構(gòu)成的澆鑄頭中，其下件(2)配置在毗連聯(lián)系的鑄錠模(6)上方，澆鑄頭具有一個相對于鑄錠模內(nèi)壁的懸伸(4)；--將熔態(tài)金屬從澆鑄頭輸入鑄錠模中；--在鑄錠模中保持一定量的金屬，以便通過在鑄錠模外部和金屬上的冷卻流體的流動使金屬凝固，直到足以允許金屬以相應于鑄錠模的形狀從底部取出。其特征在于在澆鑄頭下件的周邊使用了一種壓力惰性氣體，並持續(xù)到澆鑄操作的全過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的工藝，其特征在于該惰性氣體的壓力足以維持金屬周圍不與大氣接觸，使之得以保護，並且不超過惰性氣體會使金屬物質(zhì)的表面產(chǎn)生運動，從而有損于表面狀態(tài)的值。
3.一種金屬澆鑄設備包括-具有可移動的底板的鑄錠模(6)，其外部有提供冷卻液體用的設施(7)，在其內(nèi)部有一石墨環(huán)(5);-一個澆鑄頭配置于毗連鑄錠模上方，與之有懸伸關(guān)系，並緊固在鑄錠模的頂面上;其特征在于-澆鑄頭由用密封方式連接在一起的兩個件(1和2)組成;-其下件(2)由一個緊固環(huán)(8)和一個環(huán)(13)圍著它的整個周邊，環(huán)(13)將它與大氣隔離，就環(huán)(13)來說，其直徑比下件的最大外徑要大，以此形成一個環(huán)繞下件的環(huán)形腔室(11)，並至少要超過下件一部分高度;-所說的腔室通過一個輸入導管(12)與壓力氣體源相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的金屬澆鑄設備，其特征在于為了便于這種設備的組裝和拆開，緊固環(huán)(8a)具有一個邊緣部分(14)，它通過螺釘(16)固定在位于鑄錠模上部分的臺肩(15)上，鑄錠模通過至少4個彈簧(17)固定在基座板(10)上，而這些彈簧以兩兩直徑相對的關(guān)系固定在夾緊架(18)上。
專利摘要
本發(fā)明涉及在配置著一個澆鑄頭的鑄錠模內(nèi)連續(xù)澆鑄金屬的工藝及設備。其特征是在整個澆鑄操作過程中，在澆鑄頭的下件(2)的周邊保持著通過導管(12)進入環(huán)形腔室(11)的壓力惰性氣體。而環(huán)形腔室(11)由環(huán)繞澆鑄頭下件的屏蔽設施(13)形成。
文檔編號B22D11/049GK86105689SQ86105689
公開日1987年2月4日 申請日期1986年7月29日
發(fā)明者阿波斯托洛·喬治斯, 阿莫斯·索蒂里斯 申請人:皮奇尼鋁業(yè)公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan