專(zhuān)利名稱(chēng)：金屬棒材的立式鑄造設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用熔化金屬生產(chǎn)金屬棒材的普通立式鑄造機(jī)。本發(fā)明還包括一種用熔化金屬生產(chǎn)金屬棒材的方法和一種相關(guān)的金屬棒材產(chǎn)品。
金屬棒材的連續(xù)鑄造是一種已知的工藝過(guò)程。此過(guò)程的一個(gè)實(shí)例是用輪式鑄造機(jī)澆鑄鋁棒。鋁棒是生產(chǎn)鋁桿和鋁線(xiàn)的初始產(chǎn)品。連續(xù)鑄造過(guò)程同常規(guī)的用大坯料(直徑十五英寸)擠壓成形生產(chǎn)鋁桿和鋁線(xiàn)的過(guò)程相比，其優(yōu)點(diǎn)是連續(xù)鑄造過(guò)程壓縮了某些生產(chǎn)工序，從而導(dǎo)致省略某些設(shè)備和工序。這又極大地減少了資金、勞力、維護(hù)和能源的消耗。
現(xiàn)有的輪式棒材連續(xù)鑄造機(jī)裝有一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子，該輪子上加工出一條用來(lái)澆注鋁水的梯形槽。當(dāng)輪子和鑄造鋁水轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一條鋼帶或銅帶把梯形槽蓋住。梯形槽和帶組成鑄造鋁棒的模子。鋁水在槽中凝固，然后從鑄造機(jī)的輪子中退出。凝固過(guò)程通過(guò)把冷卻液引到帶的背面和模子的側(cè)面來(lái)完成。凝固后，鋁棒被引入成形軋制機(jī)，在此被軋制成鋁線(xiàn)材。接著將鋁線(xiàn)材快速冷卻，涂上油后繞到一個(gè)繞線(xiàn)架上。
象那些本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的一樣，連續(xù)鑄造鋁棒的質(zhì)量主要依賴(lài)于凝固過(guò)程中的溫度狀況。為了阻止(i)表面熔析；(ii)凝固過(guò)程中殘余應(yīng)力的疊加，該疊加會(huì)引起側(cè)面鋁棒熱裂以及鋁棒在鑄造中或后續(xù)加工中斷裂；(iii)熔合構(gòu)件的中心線(xiàn)分離(segregation)，必須控制排熱率。盡管對(duì)輪式鑄造機(jī)做了很多工藝改進(jìn)，上述問(wèn)題依然出現(xiàn)，特別是澆鑄某些合金，例如2XXX，5XXX，6XXX和7XXX鋁合金。
表面熔析由介于正在凝固的鋁棒和引起鋁棒表皮再熔化的模子之間的空氣間隙的形成而產(chǎn)生。這個(gè)問(wèn)題可通過(guò)在整個(gè)鑄造過(guò)程中始終保持模子和凝固鋁棒的接觸來(lái)解決。然而，由于輪式鑄造機(jī)的三側(cè)面上裝有一個(gè)剛性模子，如果有可能，在整個(gè)凝固過(guò)程中保持模子與鋁棒的接觸很困難。另外，模子和帶會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的變形，這樣也使保持模子和鋁棒接觸變得困難。因此，迫切需求一種能使模子和棒材良好接觸的棒材鑄造工藝和設(shè)備，從而阻止表面熔析并能提高鑄件的普通表面質(zhì)量。
部分凝固的鋁棒在圓形輪狀模子中的彎曲引起側(cè)面鋁棒熱裂和在鑄造與軋制過(guò)程中鋁棒折斷。不同合金對(duì)于殘余應(yīng)力的疊加顯示不同傾向。這個(gè)問(wèn)題與凝固區(qū)全長(zhǎng)上的熱傳導(dǎo)率有關(guān)，并且可以通過(guò)仔細(xì)操縱在鑄造過(guò)程中的關(guān)鍵工段上的冷卻液來(lái)控制。這要求有一種靈活的鑄造過(guò)程以適應(yīng)凝固區(qū)上的熱傳導(dǎo)率變化，從而連續(xù)鑄造不同的合金。盡管在輪式鑄造機(jī)中在控制冷卻液添加方面已經(jīng)有所改進(jìn)，但還需要一種能在凝固區(qū)全長(zhǎng)上提供靈活適應(yīng)熱傳導(dǎo)率變化的棒材鑄造工藝和設(shè)備。
另外，對(duì)于較長(zhǎng)冷凝范圍的合金(例如，2XXX，4XXX，6XXX和7XXX)，為了快速?gòu)哪探饘僦信懦鰺崃?，必須有一種非常有效的冷卻液添加裝置。輪式鑄造機(jī)沒(méi)有提供有效凝固鑄造棒材所需的高冷卻率方式。低效率冷卻引起熔合構(gòu)件中心線(xiàn)分離這樣一個(gè)常見(jiàn)的非理想結(jié)果。因此，為了形成高質(zhì)量的鋁棒，還需要一種具有冷卻系統(tǒng)的棒材鑄造機(jī)，該冷卻系統(tǒng)能從鑄造熔化金屬中有效地排除熱量。
本發(fā)明涉及的棒材鑄造機(jī)滿(mǎn)足了上面提到的以及其它一些需求。把熔化金屬鑄造成金屬棒的普通立式鑄造機(jī)包括一副相對(duì)布置的可移動(dòng)帶，每條帶有一個(gè)鑄造表面和一個(gè)與之相對(duì)的冷卻表面，還包括一對(duì)相對(duì)布置的可移動(dòng)擋塊(damblock)裝置。擋塊裝置包含許多擋塊，每個(gè)擋塊具有一個(gè)固定在軌道支座中的端部和與固定端部相對(duì)的一個(gè)鑄造表面。擋塊鑄造表面限定了一個(gè)把熔化金屬凝固成金屬棒材的棒材鑄造區(qū)。鑄造機(jī)還包括當(dāng)金屬帶通過(guò)棒材鑄造區(qū)時(shí)用來(lái)冷卻帶的冷卻棒材裝置。
本發(fā)明還提供了一種把熔化金屬鑄成金屬棒材的方法。該方法包括提供一臺(tái)如上所述的普通立式鑄造機(jī)，它具有一副可移動(dòng)的帶，一對(duì)擋塊裝置和用來(lái)冷卻帶的冷卻棒材裝置。該方法還包括在一個(gè)由帶的鑄造表面和擋塊的鑄造表面限定的棒材鑄造區(qū)內(nèi)，把熔化金屬凝固，從而形成金屬棒材的步驟。
本發(fā)明還提供了一種用本發(fā)明的方法制造的金屬棒材。
通過(guò)閱讀對(duì)下面相關(guān)附圖中優(yōu)選實(shí)施例的描述，可獲得對(duì)本發(fā)明的充分理解，這些附圖包括


圖1是一種具體體現(xiàn)本發(fā)明的普通立式棒材鑄造機(jī)的透視圖。
圖2是沿圖中的線(xiàn)2-2截取的視圖。
圖3是沿圖1中的線(xiàn)3-3截取的視圖。
圖4是沿圖3中的線(xiàn)4-4截取的視圖。
圖5是沿圖4中的線(xiàn)5-5截取的橫截面視圖。
圖6是通過(guò)棒材鑄造區(qū)的水平截面視圖。
圖7是一個(gè)棒材鑄造區(qū)的局部圖解垂直截面視圖，圖中畫(huà)出兩條帶和一根正在凝固的金屬棒。
圖7A是沿圖7中的線(xiàn)7A-7A截取的橫截面視圖。
圖7B是沿圖7中的線(xiàn)7B-7B截取的橫截面視圖。
圖7C是沿圖7中的線(xiàn)7C-7C截取的橫截面視圖。
圖7D是沿圖7中的線(xiàn)7D-7D截取的橫截面視圖。
圖8是一個(gè)棒材冷卻裝置的前視圖。
圖9是沿圖8中的線(xiàn)9-9截取的橫截面視圖，而且還畫(huà)出了相對(duì)于冷卻棒材裝置布置的帶。
圖10是位于冷卻棒材裝置上部的噴嘴的詳細(xì)橫截面正視圖。
圖11是位于冷卻棒裝置中部的噴嘴的詳細(xì)放大橫截面視圖。
圖12是位于冷卻棒裝置下部的噴嘴的詳細(xì)放大橫截面視圖。
現(xiàn)在參看圖1-3，圖中畫(huà)出了一臺(tái)普通立式棒材鑄造機(jī)10的實(shí)施例。通常，鑄造機(jī)10包括一副相對(duì)布置的可移動(dòng)帶12和14，這兩條帶由滾筒20，22和24，26分別驅(qū)動(dòng)和支撐。最好是滾筒20和24作為張緊輪，滾筒22，26作為驅(qū)動(dòng)輪，雖然應(yīng)該意識(shí)到，這種布置方式可以顛倒過(guò)來(lái)，即滾筒22，26可作為驅(qū)動(dòng)輪，而滾筒20，24可作為張緊輪，但這不是最可取的布置方式。滾筒采用常規(guī)結(jié)構(gòu)，其直徑大小取決于帶的厚度，最好介于大約二十至五十英寸之間。
滾筒固定在一個(gè)框架內(nèi)(未畫(huà)出)，并且同驅(qū)動(dòng)帶至少以每分鐘四十英尺的轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。帶12和14最好是無(wú)接頭帶，雖然象美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4,823,860中所示的那些帶，該帶作為參考而提出，也可使用。帶12和14可用銅或鋼制造，其寬度大約為十二至十八英寸，其厚度大約為0.010至0.050英寸。帶12和14為冷卻熔化金屬提供了極好的熱傳導(dǎo)媒介。
帶12有一個(gè)鑄造表面12a和一個(gè)冷卻表面12b，并且?guī)?4有一個(gè)鑄造表面14a和一個(gè)冷卻表面14b。應(yīng)意識(shí)到鑄造表面12a、14a同正在冷凝的熔化金屬相接觸，并且冷卻表面12b、14b用來(lái)自冷卻棒材裝置的冷卻液冷卻，這將在下面的細(xì)節(jié)中進(jìn)一步闡明。
本發(fā)明的實(shí)施例還設(shè)置了一對(duì)相對(duì)布置的可移動(dòng)擋塊裝置30、32，每個(gè)擋塊裝置都包括許多擋塊，例如擋塊34在擋塊裝置30上，擋塊36在擋塊裝置32上。每個(gè)擋塊都分別固定在軌道裝置所包括的鏈條43、44上，并且框架構(gòu)件45、46分別相對(duì)于鏈條43、44移動(dòng)。鏈條43，44通過(guò)一個(gè)馬達(dá)(未畫(huà)出)驅(qū)動(dòng)做環(huán)繞運(yùn)動(dòng)，以便使擋塊裝置30和32自備動(dòng)力。擋塊裝置30、32由從框架構(gòu)件45、46中伸出的支撐件(未畫(huà)出)來(lái)支撐，支撐件同存放鑄造機(jī)10的建筑物地面相接觸。擋塊最好用銅制造，并且每個(gè)擋塊都有一個(gè)鑄造表面，例如擋塊34上的鑄造表面34a和擋塊36上的鑄造表面36a。最好是擋塊的鑄造表面34a和36a將在鑄造機(jī)10中同正在冷凝的熔化金屬相接觸，這將在下文中做詳細(xì)闡述。
盡管畫(huà)出了自備動(dòng)力的可移動(dòng)擋塊裝置的30、32，但側(cè)面擋塊的其它布置方式也可應(yīng)用。例如，可使用由鑄造機(jī)框架支撐的固定側(cè)面擋塊，這些擋塊在安裝定位后能構(gòu)成棒材鑄造區(qū)。另一種實(shí)施例包括在一條環(huán)形帶的兩則邊上安裝許多側(cè)面擋塊。制造和安裝這些側(cè)面擋塊是為了當(dāng)它們位于鑄造區(qū)中時(shí)，把它們連接在一起而形成一道連續(xù)的側(cè)壁，用來(lái)把熔化的金屬限制在鑄造區(qū)內(nèi)，并且當(dāng)側(cè)面擋塊退出鑄造區(qū)時(shí)，這些的側(cè)面擋塊，類(lèi)似于一條自行車(chē)鏈條，變得分開(kāi)以便它們能繞過(guò)驅(qū)動(dòng)輪。
現(xiàn)在參看圖4和5，將看到擋塊34的鑄造面34a包括一對(duì)細(xì)長(zhǎng)槽34b、34c，這兩道槽的排列方向通?；ハ啻怪?。如圖5所示，細(xì)長(zhǎng)槽34b、34c有一個(gè)深度D。這樣安排的目的是為了在鑄造生產(chǎn)中使用擋塊34時(shí)，在促進(jìn)熱量擴(kuò)散和使擋塊34收縮的同時(shí)，維持一個(gè)平的擋塊表面。然而，為了阻止熔化金屬進(jìn)入細(xì)長(zhǎng)槽34b、34c，在細(xì)長(zhǎng)槽34b、34c的配置過(guò)程中必須小心。這可通過(guò)限制細(xì)長(zhǎng)槽厚度的做法來(lái)避免金屬熔透。
棒材鑄造機(jī)10還包括一個(gè)用來(lái)把熔化金屬64、例如鋁水、引入鑄造機(jī)10的漏斗(tundish)60。熔化金屬64通過(guò)一條從保溫爐(未畫(huà)出)引出的中間流槽(也未畫(huà)出)供給，并且在到達(dá)漏斗60之前可以進(jìn)行助理或助熔(fluxd)處理。熔化金屬64然后穿過(guò)漏斗再進(jìn)入澆口66，從而輸入棒材鑄造區(qū)(在下文中詳細(xì)闡述)。
一對(duì)冷卻棒材裝置70和72(冷卻棒材裝置70只在圖1中畫(huà)出)，分別布置在帶12和14的后面。冷卻棒材裝置70和72固定在支撐滾筒和帶的框架內(nèi)(未畫(huà)出)。冷卻棒材裝置從一個(gè)冷卻液源頭通過(guò)一條導(dǎo)管、例如冷卻棒材裝置70(圖1)中指向帶12的冷卻表面12b的導(dǎo)管74提供冷卻液、例如水，這將在下文的圖7-10中加以詳細(xì)闡述。可以設(shè)置多條導(dǎo)管，例如在冷卻棒材裝置70中的導(dǎo)管74a和74b。
在圖2中可看得最清楚，針對(duì)帶12設(shè)置了彈性承載帶密封裝置80，同時(shí)針對(duì)帶14設(shè)置了彈性承載帶密封裝置82。這些帶密封裝置80和82有助于阻止熔化金屬?gòu)陌舨蔫T造區(qū)泄漏，還能維持帶與模子緊密接觸。這些帶密封裝置的設(shè)計(jì)和加工可類(lèi)似于美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4,785,873中所述的那些帶密封裝置，在此該帶密封裝置作為參考地表示。
同樣在圖2中看得最清楚，針對(duì)帶12設(shè)置了帶支撐塊90、91，同時(shí)針對(duì)帶14設(shè)置了帶支撐塊92、93。帶支撐塊增大了滾筒之間的相互間隔，這樣依次又在兩條帶之間產(chǎn)生出一個(gè)更大空間。因?yàn)槭孤┒?0擁有一個(gè)較大范圍的豎直布置方位成為可能，所以這就允許通過(guò)漏斗60來(lái)調(diào)整頂端壓力。更進(jìn)一步，這允許冷卻棒材裝置70和72與澆口66安裝得更近一些，以便帶12和14的冷卻從熔化金屬一同帶12和14接觸就可以開(kāi)始。最終，靠近熔化金屬與帶12和14接觸點(diǎn)的額外空間可用來(lái)安裝感應(yīng)加熱器94和95。最好帶支撐塊91和93可以去掉，并且滾筒22和26的直徑可以增大從而調(diào)節(jié)帶支撐塊90和92的使用。
現(xiàn)在參看圖6，該圖畫(huà)出了一個(gè)表示出棒材鑄造區(qū)100的一個(gè)橫截面的棒材鑄造機(jī)10的水平截面。棒材鑄造區(qū)100由擋塊34、36的鑄造表面34a、36a以及帶12和14的鑄造表面12a、14a限定。帶12和14的寬度比鑄造區(qū)100的寬度大，這可從圖6中看出，這是為了讓擋塊裝置30和32構(gòu)成一個(gè)鑄造金屬棒材的模子。
棒材鑄造區(qū)通常是矩形的，如圖6所示棒材鑄造區(qū)100的橫截面部分的典型尺寸可以是二英寸乘以三英寸(2″×3″)；二英寸乘以四英寸(2″×4″)；三英寸乘以四英寸(3″× 4″)；或三英寸乘以三英寸(3″×3″)。棒材鑄造區(qū)最好具有如圖6所示的與擋塊34和36形狀互補(bǔ)的成形角。用于鑄態(tài)棒材成形角有利于降低軋制過(guò)程中的應(yīng)力和避免棒材產(chǎn)生裂片和裂紋。更普遍地，并且做為這里使用的，棒材鑄造區(qū)100通過(guò)所具有的通常呈矩形狀的橫截面輪廓來(lái)限定，橫截面含有一個(gè)第一尺寸F1和一個(gè)第二尺寸F2，第二尺寸大約是第一尺寸的50％到400％。
圖7和圖7A，7B，7C和7D表示熔化金屬64凝固成一條鑄造棒材的過(guò)程。熔傾金屬64通過(guò)漏斗60和澆口66被引入棒材鑄造區(qū)100。熔化金屬64在剛進(jìn)入棒材鑄造區(qū)100時(shí)是完全熔化的，但很快在熔化金屬的外邊緣凝固出一層表皮102，從而開(kāi)始生成金屬棒材。從正在凝固的熔化金屬傳來(lái)的熱量通過(guò)帶12和14傳出去，這兩條帶由冷卻棒材裝置70和72冷卻。在此發(fā)生的同時(shí)，熔化金屬?gòu)耐鈱娱_(kāi)始凝固，依次形成一層固體表皮部分102，一個(gè)糊狀區(qū)104和一個(gè)熔化中心區(qū)106。當(dāng)金屬棒從棒材鑄造區(qū)100中穿過(guò)時(shí)，熱量繼續(xù)從熔化金屬中傳出，并且金屬棒繼續(xù)凝固。在棒材鑄造區(qū)中，介于固體表皮部分102，糊狀區(qū)104和液態(tài)中心區(qū)106的邊界之間形成了有特征的V型(或槽形)。金屬棒110完全凝固后從棒材鑄造機(jī)10中退出以待進(jìn)一步加工，例如進(jìn)行形狀軋制或切成許多直段。退出溫度最好介于華氏800°至1000°F范圍內(nèi)。
用本發(fā)明涉及的鑄造機(jī)可把鋁水鑄成鋁棒。盡管任何鋁合金都能鑄造，但最適合棒材鑄造機(jī)的鋁合金來(lái)自以下美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)規(guī)定牌號(hào)2XXX，3XXX，4XXX，5XXX，6XXX和7XXX。棒材鑄造機(jī)10對(duì)于所謂的“硬合金”(2XXX，4XXX，6XXX和7XXX合金)特別有效，邊些合金不能簡(jiǎn)單地使用現(xiàn)有技術(shù)的連續(xù)棒材鑄造設(shè)備和方法進(jìn)行鑄造，原因是它們的較長(zhǎng)冷凝范圍。普通立式棒材鑄造機(jī)配備了一個(gè)金屬頭(metalhead)裝置，該裝置能促進(jìn)熔化金屬與帶的良好接觸以及在初始凝固過(guò)程中熔化金屬向整個(gè)鑄造區(qū)橫截面的良好供給。這有利于生成一個(gè)短的糊狀區(qū)。普通立式棒材鑄造機(jī)具有全部側(cè)面均等凝固的特性。而且，由于冷卻噴嘴的設(shè)計(jì)，維持了帶和棒材的良好接觸。這都導(dǎo)致生成一種優(yōu)質(zhì)鑄造棒材產(chǎn)品，它把與其它鑄造棒材產(chǎn)品相關(guān)的問(wèn)題減至最少，例如表面熔析和中心線(xiàn)分離等。
在恰當(dāng)?shù)陌舨某尚芜^(guò)程中有幾項(xiàng)關(guān)鍵因素必須得以控制。首先，帶必須與從澆口66流來(lái)的熔化金屬開(kāi)始進(jìn)入接觸就能抵抗變形。如果帶的波動(dòng)或其它變形(在現(xiàn)有技術(shù)中稱(chēng)為“翹曲”)發(fā)生，這會(huì)對(duì)表面質(zhì)量產(chǎn)生有害影響。其次，當(dāng)金屬棒材凝固時(shí)，為了阻止在帶和金屬棒材之間產(chǎn)生空氣間隙，帶必須與金屬棒材維持緊密接觸。這將阻止部分已經(jīng)凝固的表皮重新熔化。這種重新熔化引起一種稱(chēng)為表面熔析的缺陷。
而且，從正在凝固的棒材穿過(guò)帶必須存在有效的熱傳導(dǎo)。這將提高棒材的金相質(zhì)量并減少一些缺陷，例如中心線(xiàn)分離等。
當(dāng)熔化金屬進(jìn)入棒材鑄造區(qū)100時(shí)，冷卻棒材裝置70、72的設(shè)計(jì)能抵抗帶12、14的變形，而且?guī)?2和14與正在凝固的棒材保持緊密接觸。參看圖8和9，冷卻棒材裝置70(它與冷卻棒材裝置72相似，所以只詳細(xì)闡明一個(gè))是一個(gè)空心結(jié)構(gòu)，它具有一個(gè)面對(duì)帶12的冷卻表面12b的冷卻壁200。冷卻液(例如水)從一個(gè)冷卻液源頭(未畫(huà)出)引入導(dǎo)管74。盡管導(dǎo)管74可以安裝在不同位置也可以，但圖中所示的導(dǎo)管74被安裝在冷卻棒材裝置70的中央位置。大約每平方英寸供應(yīng)40-60磅的冷卻液，并使其填滿(mǎn)由冷卻棒材裝置70的壁所圍成的空腔208。
冷卻壁200擁有許多普通環(huán)形噴嘴(例如噴嘴218)，這可在圖8中看得最清楚。在圖9中可以看到，每個(gè)噴嘴設(shè)置了一個(gè)位于其中心位置的通道223，該通道中止于噴口223a，從噴口223a中產(chǎn)生一股水流射向帶12的冷卻表面12b。
冷卻液通過(guò)進(jìn)入噴嘴限定的通道230(圖8和9)而退出冷卻棒材裝置，接著通過(guò)重力并借助于圖9中所示的真空裝置240被吸出。真空裝置240包括一個(gè)固定在冷卻棒材裝置70背面的外殼。通過(guò)出口管道242和244在真空裝置240內(nèi)部產(chǎn)生真空。由真空供給源(未畫(huà)出)提供的真空通過(guò)出口管道242、244將冷卻液從冷卻棒材裝置70中吸出。
為了阻止靠近棒材鑄造區(qū)100上部的帶變形，位于上部的噴嘴做成如圖10所示形狀。噴嘴有一個(gè)中凹的導(dǎo)向面250和一個(gè)平面邊緣252。平面邊緣252和帶的冷卻表面12b之間的距離必須小于噴口223a和帶的冷卻表面12b之間的距離。邊緣252和帶的冷卻表面12b之間的最佳距離是十六分之一英寸(1/16″)或更小。一股水流254穿過(guò)通道223從噴口223a射出并形成旋渦而形成液體薄層260，帶12就在其上移動(dòng)，如圖10所示。最好冷卻液也必須維持在如圖10所示的噴嘴250以上的區(qū)域內(nèi)，以便通過(guò)噴嘴250產(chǎn)生一個(gè)真空V。因?yàn)橹邪紝?dǎo)向面的深度、噴嘴250的直徑，邊緣252的邊緣與帶的冷卻表面12b之間的距離以及維持在噴嘴周?chē)乃矫?，所以如圖中箭頭V所示，為了把帶吸向噴嘴，在帶和噴嘴250之間產(chǎn)生真空。真空壓力在一個(gè)平面方位內(nèi)頂住帶，以便使帶的變形降至最小。真空指示箭頭V也在圖7A中畫(huà)出。
當(dāng)棒材穿過(guò)鑄造區(qū)時(shí)，需要較小的真空壓力，因此中凹導(dǎo)向面不必凹得太深。這可以從圖11中看出，該圖畫(huà)出了位于冷卻棒材裝置中部的噴嘴。圖11中的參考數(shù)字指向的構(gòu)件與圖10中所示的相似，只是在參考數(shù)字后帶一個(gè)“a”下標(biāo)。在棒材鑄造區(qū)中的金屬恰好全部凝固之前，一點(diǎn)兒也不需要真空，而實(shí)際上，因?yàn)樵谀虝r(shí)棒材尺寸會(huì)收縮，為了維持帶與棒材接觸，需要一個(gè)正壓力迫使帶緊貼在凝固棒材上。因此，如圖12(圖12中與圖10中畫(huà)出了相似構(gòu)件，用一個(gè)下標(biāo)“b”標(biāo)出)所示，該圖畫(huà)出了位于冷卻棒材裝置下部的噴嘴，導(dǎo)向面通常是平的，并且為了通過(guò)移動(dòng)帶使之與固體棒材接觸，在帶的冷卻表面上施加一個(gè)來(lái)自水流的下壓力P。盡管此處畫(huà)出的噴口直徑同上部噴口的直徑?jīng)]有變化，但也可以減小來(lái)產(chǎn)生更大壓力。壓力指示箭頭P也在圖7D中畫(huà)出。
最好通過(guò)改變導(dǎo)向表面的深度和噴口直徑，就可以改變真空和作用在帶上的壓力。這樣，立式棒材鑄造機(jī)10就可以用來(lái)連續(xù)鑄造具有各種凝固速度的不同合金。而且，可以更有效地控制鑄造機(jī)中的熱量傳導(dǎo)，從而產(chǎn)生出更高質(zhì)量的鑄造棒材。
本發(fā)明涉及方法包括提供一種如圖1-12所示的立式棒材鑄造機(jī)，并且凝固提供在鑄造機(jī)內(nèi)部由帶的鑄造表面和擋塊限定的棒材鑄造區(qū)中的熔化金屬。
普通立式棒材鑄造機(jī)同現(xiàn)有技術(shù)的連續(xù)棒材鑄造機(jī)器具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)殍T造過(guò)程是直立的，所以可使用金屬靜壓頭裝置。這種金屬靜壓頭裝置提供了一種極好的熔化金屬靠向帶的接觸壓力和在初始凝固過(guò)程中熔化金屬的良好輸送。這有助于使糊狀區(qū)的長(zhǎng)度盡可能短(見(jiàn)圖7)。棒材在兩側(cè)面均等凝固，并且由于冷卻棒材裝置，在整個(gè)棒材鑄造區(qū)內(nèi)可維持金屬與帶的良好接觸。這有利于加工出一種把表面熔析和中心線(xiàn)分離降至最少的優(yōu)質(zhì)鑄件。金屬帶提供了一種極好的熱傳導(dǎo)裝置，而且不需要覆蓋、預(yù)熱或潤(rùn)滑。
盡管貫穿于本說(shuō)明書(shū)的重點(diǎn)集中在澆鑄鋁水上，但其它熔化金屬，例如銅、鋅、鋼和鉛，也可用本發(fā)明的棒材鑄造機(jī)和本發(fā)明的方法來(lái)鑄造。本發(fā)明還設(shè)想了一種用本發(fā)明涉及方法加工的鑄造金屬棒材和一種用本發(fā)明涉及方法加工的鋁棒。
應(yīng)意識(shí)到這里提供了一種立式棒材鑄造機(jī)和一種相關(guān)方法，該立式棒材鑄造機(jī)可把熔化金屬加工成金屬棒材，還提供了一種相關(guān)的金屬棒材產(chǎn)品。
當(dāng)本發(fā)明涉及的具體實(shí)施例公開(kāi)時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)那些細(xì)節(jié)的各種變更和替換可按照整個(gè)公開(kāi)說(shuō)明書(shū)的宗旨來(lái)進(jìn)展。相應(yīng)地，公開(kāi)特殊方案的用意，就即將給出的發(fā)明范圍而言，只是作為舉例說(shuō)明，而不是用來(lái)限制所附權(quán)利要求書(shū)和任何與其相當(dāng)?shù)姆秶?br> 權(quán)利要求
1.一種把熔化金屬(64)鑄成金屬棒材(110)的普通立式鑄機(jī)(10)，包括一副相對(duì)布置的可移動(dòng)帶(12，14)，每條上述帶具有一個(gè)鑄造表面(12a，14a)和一個(gè)與上述鑄造表面相對(duì)的冷卻表面(12b，14b)；一對(duì)相對(duì)布置的可移動(dòng)擋塊裝置(30，32)，上述擋塊裝置包括許多擋塊(34，36)，每個(gè)擋塊(34，36)具有一個(gè)固定在軌道支座(43，44)中的端部和一個(gè)與上述固定端部相對(duì)的鑄造表面(34a，36a)；上述帶的上述鑄造表面和上述擋塊的上述鑄造表面形成一個(gè)把上述熔化金屬凝固成上述金屬棒材的棒材鑄造區(qū)(100)；以及當(dāng)上述帶穿過(guò)上述棒材鑄造區(qū)時(shí)用來(lái)冷卻上述帶的冷卻棒材裝置(70，72)，由此在上述棒材鑄造區(qū)內(nèi)上述熔化金屬凝固成上述金屬棒材。
2.如權(quán)利要求1中所述的鑄造機(jī)，其特征在于上述冷卻棒材裝置包括一個(gè)面對(duì)上述帶的上述冷卻表面的冷卻壁(200)，上述冷卻壁具有許多噴嘴(218)，每個(gè)上述噴嘴限定了一個(gè)終止在一個(gè)噴嘴(223a)的通道(223)，每個(gè)噴口(223a)產(chǎn)生一股指向上述帶的上述冷卻表面的上述冷卻液射流(254)。
3.如權(quán)利要求2中所述的鑄造機(jī)，其特征在于上述棒材鑄造區(qū)具有一個(gè)上面部分和一個(gè)下面部分；上述冷卻壁具有一個(gè)布置在上述棒材鑄造區(qū)的上述上面部分附近的上部和一個(gè)布置在上述棒材鑄造區(qū)的上述下面部分附近的下部；以及在上述冷卻壁的上述上部的上述噴嘴制造和安裝布置成讓上述冷卻液射流產(chǎn)生一個(gè)真空(V)以把上述帶拉向上述冷卻壁，從而阻擋帶的變形，并且在上述冷卻壁的上述下部的上述噴嘴制造和安裝布置成讓上述冷卻液射流產(chǎn)生一個(gè)壓力(P)來(lái)推動(dòng)上述帶離開(kāi)上述冷卻壁，以便在整個(gè)上述棒材鑄造區(qū)內(nèi)維持上述帶的鑄造面和上述正在凝固的熔化金屬之間的緊密的面與面接觸。
4.如權(quán)利要求3中所述的鑄造機(jī)，其特征在于上述噴嘴互相分開(kāi)以便形成把上述冷卻液從上述冷卻壁排出的通道(230)；以及上述排出的冷卻液通過(guò)真空裝置(240)從上述棒材鑄造機(jī)中吸走。
5.如權(quán)利要求4中所述的鑄造機(jī)，其特征在于至少一部分上述噴嘴具有一個(gè)面對(duì)上述帶的上述冷卻表面的中凹導(dǎo)向面(250)，上述通道通常設(shè)置在上述導(dǎo)向面的中部，由此當(dāng)上述帶穿過(guò)上述棒材鑄造區(qū)時(shí)，上述冷卻液在上述行進(jìn)的帶上形成一個(gè)液體薄層(260)。
6.如權(quán)利要求5中所述的鑄造機(jī)，其特征在于上述導(dǎo)向面包括一個(gè)具有普通平面表面的邊緣(252)，上述平面表面通常平行于上述帶的上述冷卻表面。
7.如權(quán)利要求1中所述的鑄造機(jī)，其特征在于上述棒材鑄造區(qū)其橫截面通常是矩形，該橫截面具有一個(gè)第一尺寸(F1)和一個(gè)第二尺寸，上述第二尺寸(F2)大約介于上述第一尺寸的50％至400％之間。
8.如權(quán)利要求7中所述的鑄造機(jī)，其特征在于上述棒材鑄造區(qū)由一部分上述帶的上述鑄造表面和上述擋塊構(gòu)成；以及由上述帶的上述鑄造表面的上述部分構(gòu)成的上述棒材鑄造區(qū)的尺寸大于由上述擋塊構(gòu)成的上述棒材鑄造區(qū)的尺寸。
9.如權(quán)利要求1中所述的鑄造機(jī)，其特征在于上述擋塊的上述鑄造表面至少具有一道為上述擋塊提供熱量擴(kuò)散的細(xì)長(zhǎng)槽(34b，34c)。
10.如權(quán)利要求1中所述的鑄造機(jī)，包括具有一個(gè)上面部分和一個(gè)下面部分的上述棒材鑄造區(qū)；以及安置在上述棒材鑄造區(qū)的上述上面部分以上的熔化金屬供給裝置，上述熔化金屬供給裝置包括一個(gè)用來(lái)容納將要送至上述棒材鑄造區(qū)的上述熔化金屬的漏斗(60)。
11.如權(quán)利要求10中所述的鑄造機(jī)，包括把每條上述帶移進(jìn)上述棒材鑄造區(qū)的分離裝置，每個(gè)上述移動(dòng)裝置包括一個(gè)安置在上述棒材鑄造區(qū)以上的第一滾筒(20，24)；一個(gè)安置在上述棒材鑄造區(qū)以下的第二滾筒(22，26)；一個(gè)在上述帶繞過(guò)上述第一滾筒之后但在上述帶到達(dá)上述棒材鑄造區(qū)的上面部分之前導(dǎo)引和支撐上述帶的帶支撐塊(90，92)，上述帶支撐塊限定的產(chǎn)生在上述棒材鑄造區(qū)以上的空間大于上述帶之間的距離，使得(i)把上述熔化金屬送入上述棒材鑄造區(qū)的熔化金屬頭部的壓力可以調(diào)整；(ii)輔助設(shè)備(94，95)可安裝在上述空間內(nèi)；以及(iii)上述冷卻棒材裝置可安置在更靠近相鄰的上述熔化金屬最初進(jìn)入上述棒材鑄造區(qū)的位置。
12.如權(quán)利要求11中所述的鑄造機(jī)，其特征在于上述帶是無(wú)接頭帶。
13.如權(quán)利要求11中所述的鑄造機(jī)，其特征在于上述輔助設(shè)備包括安裝在上述空間內(nèi)的感應(yīng)加熱裝置(94，95)，上述感應(yīng)加熱裝置用來(lái)在上述帶進(jìn)入上述棒材鑄造區(qū)之前加熱上述帶。
14.如權(quán)利要求10中所述的鑄造機(jī)，其特征在于上述漏斗包括一個(gè)把熔化金屬供給入上述棒材鑄造區(qū)的供給口(66)，上述供給口有一部分安置在上述棒材鑄造區(qū)內(nèi)；以及彈性偏壓密封裝置(80，81，82，83)，其作用是把上述帶偏壓向上述供給口而形成緊密的面與面接觸，以便阻止上述熔化金屬?gòu)纳鲜霭舨蔫T造區(qū)泄漏。
15.如權(quán)利要求1所述的鑄造機(jī)，其特征在于每個(gè)上述擋塊裝置包括(i)一個(gè)框架(45，46)；(ii)一條適應(yīng)環(huán)繞上述框架運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)形鏈條(43，44)；(iii)固定在上述環(huán)形鏈條上的擋塊(34，36)，以及(iv)驅(qū)動(dòng)上述鏈條環(huán)繞運(yùn)轉(zhuǎn)的馬達(dá)裝置，其中上述擋塊可自備動(dòng)力。
16.如權(quán)利要求1中所述的鑄造機(jī)，其特征在于每個(gè)上述擋塊裝置包括很多固定在其中一條上述帶上的擋塊，由此上述擋塊隨同上述帶運(yùn)轉(zhuǎn)而形成上述棒材鑄造區(qū)。
17.一種把熔化金屬鑄成金屬棒材的方法，上述方法包括；提供一種普通立式鑄造機(jī)(10)，該鑄造機(jī)(10)包括(i)一副可移動(dòng)的帶(12，14)，每條上述帶具有一個(gè)鑄造表面(12a，14a)和一個(gè)與上述鑄造表面相對(duì)的冷卻表面(12b，14b)；(ii)一對(duì)可移動(dòng)的擋塊裝置(30，32)，上述擋塊裝置包括許多具有一個(gè)固定在軌道支座(43，44，45，46)中的端部的擋塊(34，36)，上述擋塊具有一個(gè)與上述固定端部相對(duì)的鑄造表面(34a，36a)；以及(iii)用來(lái)冷卻上述帶的冷卻棒材裝置(70，72)；以及在由上述帶的上述鑄造表面和上述擋塊的上述鑄造表面形成的一個(gè)棒材鑄造區(qū)(100)內(nèi)凝固上述熔化金屬而形成上述金屬棒材。
18.如權(quán)利要求17中所述的方法，包括；使用鋁作為上述熔化金屬。
19.如權(quán)利要求18中所述的方法，包括；使用的鋁水選自由2XXX、3XXX、4XXX、5XXX、6XXX和7XXX鋁合金組成的合金族。
20.如權(quán)利要求18中所述的方法，包括在上述帶進(jìn)入上述棒材鑄造區(qū)之前加熱上述帶。
21.一種用權(quán)利要求18所述的方法制造的金屬棒材。
22.一種用權(quán)利要求19所述的方法制造的鋁棒。
全文摘要
一種把熔化金屬鑄成金屬棒材的普通立式鑄造機(jī)(10)。該鑄造機(jī)包括一副相對(duì)布置的可移動(dòng)帶(12，14)，每條帶具有一個(gè)鑄造表面(12a，14a)，還包括一對(duì)含有許多擋塊的相對(duì)布置的可移動(dòng)擋塊裝置(30，32)，每個(gè)擋塊具有一個(gè)固定在軌道支座(43，44)中的端部和一個(gè)與固定端部相對(duì)的鑄造表面(34a，36a)。帶的鑄造表面和擋塊的鑄造表面形成一個(gè)把熔化金屬凝固成金屬棒材的棒材鑄造區(qū)(100)。該鑄造機(jī)還包括當(dāng)帶穿過(guò)棒材鑄造區(qū)時(shí)用來(lái)冷卻帶的冷卻棒材裝置(70，72)。本發(fā)明還提供了一種相關(guān)的方法和一種用此方法制造的金屬棒材。
文檔編號(hào)B22D11/06GK1161662SQ95195797
公開(kāi)日1997年10月8日 申請(qǐng)日期1995年9月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月19日
發(fā)明者亞當(dāng)·J·薩謝夫, 喬舒亞·C·劉 申請(qǐng)人:美國(guó)鋁公司