使用玻璃塗層的反應性金屬的連續鑄造的製作方法

2023-05-14 17:39:21

專利名稱：使用玻璃塗層的反應性金屬的連續鑄造的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及金屬的連續鑄造。特別是，本發明涉及對反應性 金屬的保護，以防止在熔融或溫度升高時與大氣發生反應。具體地說， 本發明涉及使用熔融材料例如液態玻璃來形成屏障，以防止大氣進入 到連續鑄造爐的熔化腔室中，並包覆由該金屬形成的金屬鑄件，以保 護金屬鑄件防止受到大氣損害。
背景技術：
爐床熔融方法、電子束冷爐床精煉(EBCHR)和等離子體弧冷爐 床精煉(PACHR))最初是為了提高用於噴氣發動機旋轉部件的鈦合 金的質量而開發出的。在該領域中，質量的提高主要涉及清除掉有害 的顆粒，例如高密度夾雜物(HDI)和硬質的a粒子。近來，對EBCHR 和PACHR的應用更多地集中在降低成本方面。能影響到成本降低的 一些途徑是增強對各種形態的輸入材料的靈活使用；創造出單步驟 的熔融工藝(例如，通常鈦材的熔融需要兩個或三個熔融步驟)；以及 促進更高的產量。
鈦和其它金屬具有高反應性，因此必須在真空或惰性氣體中進行 熔融。在電子束冷爐床精煉(EBCHR)中，在爐的熔融和鑄造腔室中 保持高的真空度，以使得電子束槍可以工作。在等離子體弧冷爐床精 煉(PACHR)工藝中，等離子體弧炬使用惰性氣體例如氦或氬(一般 為氦)來產生等離子體，因此，鑄造爐中的氣氛主要是由等離子體炬 所使用氣體的部分壓力或正壓力構成的。在任一情況下，由與熔融鈥 發生反應的氧氣或氮氣對爐腔室造成的汙染可能會在鈦鑄件中引起硬 a粒子缺陷。
為了能在以最小程度中斷鑄造過程、且不會對熔化腔室造成氧氣/ 氮氣/或其它氣體汙染的情況下將鑄件從爐中取出，目前的爐採用了拉出式腔室。在鑄造處理過程中，伸長的鑄件通過隔絕閘閥從鑄模的底 部移出，並進入到拉出式腔室中。當鑄件達到了合適的或最大長度時， 它通過閘閥從鑄模中完全拉出，並進入到拉出式腔室中。然後，閘閥 關閉，以將拉出式腔室與爐的熔化腔室隔絕開，拉出式腔室從鑄造爐 的下方移出，然後將鑄件取出。
儘管可以工作，但這樣的爐具有一些局限性。首先，鑄件的最大 長度被限制為拉出式腔室的長度。此外，在將鑄件從爐中取出的過程 中，必須要停止鑄造。因此，這樣的鑄造爐能進行連續熔融操作，但 卻不能連續鑄造。而且，鑄件的頂部通常具有在其冷卻時形成的縮孔 (縮孔管)。對鑄件頂部(稱為"熱頂")的冷卻進行控制能減少這些縮 孔，但熱頂是消耗時間的處理，該處理會降低生產率。鑄件的帶有縮 孔或縮孔管的頂部部分是無用的材料，因此，這會導致產量的降低。 而且，由於在鑄件底部的、安裝在取件衝頂器上的燕尾榫，產量將會 額外地降低。
本發明通過密封裝置而消除或明顯減少了這些問題，該密封裝置 允許對鈦、超級合金、難熔金屬、以及其它反應性金屬進行連續鑄造， 因此使得鑄錠、棒、板坯或類似形式的鑄件可從連續鑄造爐的內部移 動到外部，而不會將空氣或其它外部大氣帶入到爐腔室中。

發明內容
本發明提供了一種裝置，它包括連續鑄模，該連續鑄模適用於
生產具有外周緣的金屬鑄件；金屬鑄件通路，該金屬鑄件通路從鑄模
向下延伸，適用於使得金屬鑄件能夠通過其；儲存器，該儲存器鄰近 所述通路，適用於容納熔池，該熔池用於向金屬鑄件的外周緣施加熔 融材料塗層；供給路徑，該供給路徑與儲存器連通，適用於將固態顆 粒供給到儲存器中；以及第一振動器，該笫一振動器鄰近供給路徑， 用於使供給路徑振動。
本發明提供了一種裝置，它包括連續鑄模，該連續鑄模適用於 生產具有外周緣的金屬鑄件；金屬鑄件通路，該金屬鑄件通路從鑄模 向下延伸，適用於使得金屬鑄件能夠通過其；儲存器，該儲存器鄰近所述通路，適用於容納熔池，該熔池用於向金屬鑄件的外周緣施加熔
融材料塗層；固態顆粒供給路徑，該固態顆粒供給路徑具有與儲存器 連通的出口端，並適用於將固態顆粒供給到儲存器中；以及冷卻裝置， 該冷卻裝置鄰近供給路徑的出口端，用於冷卻供給路徑。
本發明提供了一種裝置，它包括連續鑄模，該連續鑄模適用於 生產具有外周緣的金屬鑄件；金屬鑄件通路，該金屬鑄件通路從鑄模 向下延伸，適用於使得金屬鑄件能夠通過其；儲存器，該儲存器鄰近 通路，適用於容納熔池，該熔池用於向金屬鑄件的外周緣施加熔融材 料塗層；容器，該容器適用於容納固態顆粒；多個導管，這些導管與 儲存器連通，並適用於將固態顆粒供給到儲存器中；以及分配器，該 分配器與容器連通且位於容器的下遊，並與導管連通且位於導管的上 遊，用於將來自容器的顆粒流分配至導管中。


圖l是本發明的密封件與連續鑄造爐結合使用時的剖視圖。
圖2是與圖1類似的視圖，顯示了用熔融材料形成鑄錠的起始階 段，其中，熔融材料從熔化/精煉爐床流入到鑄模中，並被位於爐床和 鑄模各自上方的熱源進行加熱。
圖3是與圖2類似的視圖，顯示了形成鑄錠的進一步的階段，其 中，鑄錠降低至提升器上並進入到密封區域中。
圖4是與圖3類似的視圖，顯示了形成鑄錠和在鑄錠上形成玻璃 塗層的進一步的階段。
圖5是圖4中的圏繞部分的放大圖，其顯示了玻璃顆粒進入到液 態玻璃儲存器中和形成玻璃塗層的情形。
圖6是鑄錠在從爐的熔化腔室中取出之後的剖視圖，顯示了在鑄 錠外表面上的玻璃塗層。
圖7是沿圖6中的7-7線的剖視圖。
圖8是本發明的連續鑄造爐的示意正視圖，顯示了鑄錠的驅動機 構、鑄錠切割機構、以及鑄錠處理機構，其中，新生產的、帶有塗層 的金屬鑄件向下延伸到熔化腔室的外部，並由鑄錠驅動機構和鑄錠處
7理機構支撐。
圖9與圖8類似，顯示了由切割機構切割開的一段塗層包覆金屬 鑄件。
圖IO與圖9類似，顯示了被降低的切割段，用於方便對它的處理。 圖ll是與圖8-10類似的放大示意正視圖，更詳細地顯示了本發 明的供給系統。
圖12是料鬥、供給腔室、供給管和振動器的放大局部側視圖，其 中，部分以剖視顯示。
圖13是沿圖12中的線13-13的剖視圖。
圖14是沿圖11中的線14-14的剖視圖。
在所有的附圖中，類似的標識表示類似的部件。
具體實施例方式
在圖1-5中，本發明的密封件總體由標號IO表示，其與連續鑄造 爐12—起使用。爐12包括圍繞熔化腔室16的腔室壁14，密封件IO 布置在熔化腔室16中。在熔化腔室16中，鑄造爐12還包括熔化/精 煉爐床18，該熔化/精煉爐床18與鑄模20流體連通，鑄模20具有基 本圓柱形的側壁22,該側壁具有基本圓柱形的內表面24，該內表面 24限定了在鑄模中的模腔26。熱源28和30分別布置在熔化/精煉爐 床18和鑄模20的上方，用於對反應性金屬例如鈦和超級合金進行加 熱，並使其熔化。優選是，熱源28和30是等離子體炬，但也可釆用 其它合適的熱源，例如感應式加熱器和電阻加熱器。
爐12還包括提升器或取件沖頂器32，其用於將金屬鑄件34放低 (參見圖2-4)。可採用任何合適的取件裝置。金屬鑄件34可以為任何 合適的形狀，例如圓形鑄錠、矩形板坯或類似物。沖頂器32包括具有 鑄模支撐件38的細長的臂36，該鑄模支撐件38為基本圓柱形板的形 狀，安置於臂36的頂部上。鑄模支撐件38具有基本圓柱形的外表面 40，當沖頂器32沿垂直方向運動時該外表面40布置成緊鄰鑄模20 的內表面24。在工作過程中，熔化腔室16中含有氣體42，該氣體42 不與可以在爐12中熔化的反應性金屬例如鈦和超級合金反應。可釆用惰性氣體來形成非反應性的氣體42 ，特別是在使用等離子體炬的情況 下，通常使用氦或氬，特別是氦。腔室壁14的外部是氣體44，當處 於加熱狀態時，該氣體44可以與反應性金屬發生反應。
密封件10構造成防止反應性的氣體44在反應性金屬例如鈦和超 級合金連續鑄造的過程中進入到熔化腔室16中。密封件IO還構造成 當加熱的金屬鑄件34進入到反應性氣體44中時保護該加熱的金屬鑄 件34。密封件10包括通道壁或孔壁46，該通道壁或孔壁46具有基本 圓柱形的內表面47,該內表面47在其內部限定了通道48，該通道48 具有進口開口 50和出口開口 52。孔壁46包括向內延伸的環形凸緣54， 該凸緣54具有內表面或周邊56。孔壁46的鄰近進口開口 50的內表 面47限定通道48的擴大段或較寬段58，而凸緣54形成了通道48的 縮窄段60。在環形凸緣54的下面，孔壁46的內表面47限定通道48 的擴大出口段61。
如下文所述，在爐12的工作過程中，用於熔融材料例如液態玻璃 的儲存器62形成於通道48的擴大段58中。玻璃顆粒或其它合適的可 熔融材料(例如熔鹽或爐渣)的供應源64與供給機構66連通，該供 給機構66與儲存器62連通。密封件10還可以包括熱源68,該熱源 68可以包括感應線圏、電阻加熱器或其它合適的熱源。此外，絕熱材 料70可以環繞著密封件IO布置，以利於保持密封件的溫度。
下面將參考圖2-5介紹爐12和密封件10的工作。圖2顯示了熱 源28進行操作以便在熔化/精煉爐床18中使反應性金屬72熔化。熔 融的金屬72如箭頭A所示流入鑄模20的模腔26中，並初始利用熱 源30的工作將金屬保持為熔融狀態。
圖3顯示了當附加熔融金屬72從爐床18流入到鑄模20中時，衝 頂器32如箭頭B所示被向下抽出。金屬72的上部部分73通過熱源 30而保持熔融狀態，而金屬72的下部部分75開始冷卻以形成鑄件34 的初始部分。當沖頂器32被向下拉出時，鑄模20的水冷壁22將促進 金屬72的固化，以形成鑄件34 大約在鑄件34進入到通道48的縮 窄段60(見圖2)中的同時，顆粒玻璃74從供應源64通過供給機構66供給到儲存器62中。儘管鑄件34受到足夠的冷卻而局部固化，但 它通常仍然足夠熱，足以使顆粒玻璃74熔化而在儲存器62中形成液 態玻璃76，儲存器62的邊界由鑄件34的外表面79和孔壁46的內表 面47來限定。如果需要，可操作熱源68，以便通過孔壁46提供額外 的熱量，從而有助於顆粒玻璃74的熔化，以保證液態玻璃76的足夠 供應源和/或有助於將液態玻璃保持在熔融狀態。液態玻璃76填充了 儲存器62與縮窄部分60之間的空間，以便產生屏障，該屏障阻止外 部的反應性氣體44進入到熔化腔室16中並與熔融金屬72發生反應。 環形凸緣54限定了儲存器62的下端邊界，並減小了鑄件34外表面 79和孔壁46內表面47之間的間隙或空隙。通道48的、由凸緣54形 成的縮窄使得液態玻璃76能匯聚在儲存器62 (見圖2)中。儲存器 62中的液態玻璃76池圍繞著金屬鑄件34延伸，並與鑄件的外表面79 接觸，從而形成了環形的儲池，該儲池為基本圓柱形並在通道48中。 這樣，液態玻璃76池形成了液態密封件。在形成了該密封件之後，一 直使非反應性氣體42與反應性氣體44分離的底部門(未示出)可以 被打開，以便能夠將鑄件34從熔化腔室16中取出。
如圖4-5所示，當鑄件34繼續向下運動時，液態玻璃76在其流 經儲存器62和通道48縮窄段60時塗覆鑄件34的外表面79。縮窄段 60減小了鄰近鑄件34的外表面79的液態玻璃76層的厚度或者使該 液態玻璃76層變薄，以對與鑄件34 —起離開通道48的玻璃層的厚度 進行控制。然後，液態玻璃76充分冷卻，以固化為在鑄件34的外表 面79上的固態玻璃塗層78。處於液態和固態形態的玻璃塗層78提供 了保護性屏障，以防止形成鑄件34的反應性金屬72與反應性氣體44 發生反應，同時鑄件34被仍然加熱到能夠進行這樣的反應的足夠的溫 度。
圖5更為清楚地顯示了顆粒玻璃74如箭頭C所示運行通過供給 機構66而進入到通道48的擴大段58中，並進入到儲存器62中，在 該儲存器中，顆粒玻璃74被熔化以形成液態玻璃76。圖5還顯示了 當鑄件34向下運動時，在通道48的縮窄段60中形成液態玻璃塗層。圖5還顯示了在鑄件34與塗層78 —起運動經過通道48的擴大出口段 61時，位於該擴大出口段61中的在玻璃塗層78與孔壁46之間的開 口空間。
如圖6所示， 一旦鑄件34離開鑄造爐12足夠程度之後，鑄件34 的一部分就被切割，以形成任意合適長度的鑄錠80。如圖6和圖7所 示，固態的玻璃塗層78沿著鑄錠80的整個周圍延伸。
因此，密封件10提供了阻止反應性氣體44進入到熔化腔室16 中的機構，並保護鑄錠、杆棒、板坯或類似形式的鑄件34免受反應氣 體44的損害，同時鑄件34被仍然加熱至其仍可與氣體44反應的溫度。 如前所述，鑄模20的內表面24為基本圓柱形，以便於生產基本圓柱 形的鑄件34。孔壁46的內表面47同樣為基本圓柱形，以便產生用於 儲存器62的空間以及在鑄件34和凸緣54的內表面56之間的空間， 以產生密封，以及在鑄件34向下通過時還在鑄件上提供合適厚度的塗 層。但是，液態玻璃76能夠產生具有多種與圓柱形不同的橫截面形狀 的密封件。鑄模的內表面和鑄件的外表面的橫截面形狀優選是與孔壁 的內表面(特別是向內延伸的環形凸緣的內表面)的橫截面形狀基本 相同，以便使得鑄件與凸緣之間的空間足夠小，從而允許液態玻璃在 儲存器中形成，並且足夠擴大，以使得玻璃塗層的厚度足以防止在熱 鑄件與爐外部的反應性氣體之間發生反應。為了形成其尺寸被適合地 製成為運動通過該通道的金屬鑄件，鑄模的內表面的橫截面形狀小於 孔壁的內表面的橫截面形狀。
在本發明的範圍內還可以對密封件10和鑄造爐12進行附加變化。 例如，爐12可包括多於一個的熔化腔室，這樣，材料72在一個熔化 腔室中熔化，並轉移到分開的腔室中，在該分開的腔室中，布置有連 續鑄造鑄模，並布置有從該分開的熔化腔室通向外部氣體的通道。此 外，通道48可以被縮短，以取消或基本上取消該通道的擴大出口段 61。還有，用於容納熔融玻璃或其它材料的儲存器可以形成在通道48 的外部，並與通道流體連通，從而允許熔融材料流入到與通道48類似 的通道中，以便形成阻止外部氣體進入到爐中的密封結構，並在金屬
ii鑄件通過該通道時塗覆到鑄件的外表面上。在這種情況下，供給機構 可與該可選的儲存器連通，以使固態材料能夠進入到儲存器中並在其 內熔化。因此，可選的儲存器可以設置作為用於固態材料的熔化位置。
但是，密封件10的儲存器62更簡單，並使得更容易在金屬鑄件經過 通道時利用鑄件的熱量將材料熔化。
本發明的密封件提供了提高的生產率，這是因為可以在爐的外部 切割一定長度的鑄件，同時，鑄造過程繼續進行而不被中斷。此外， 由於在切割時各個鑄件的暴露的部分不包含縮孔或管腔，且鑄件的底 部不帶有燕尾榫，所以可提高產量。此外，由於爐沒有拉出式腔室， 所以鑄件的長度不再受到這樣的腔室的限制，因此，鑄件可以實質上 具有能夠可行性製造的任何長度。而且，通過釆用合適類型的玻璃， 塗覆在鑄件上的玻璃可為鑄件的隨後擠出操作提供潤滑。另外，當隨 後在進行鍛壓之前對鑄件進行加熱時，鑄件上的玻璃塗層可以提供屏 障，以防止鑄件與氧氣或其它氣體發生反應。
儘管本發明密封件的優選實施例已被描述為與玻璃顆粒物質一起
使用以形成玻璃塗層，但也可以使用其它材料來形成密封件和玻璃塗 層，例如熔鹽或礦渣。
本發明的裝置和方法對於高反應性金屬例如鈦特別有用，當反應 性金屬處於熔融狀態時，它與熔化腔室外部的氣體具有非常強的反應 性。但是，該方法適用於任何等級的金屬，例如超級合金，其中，需 要屏障來將外部氣體排除到熔化腔室之外，以防止熔融金屬暴露在外
部氣體中。
下面參見圖8來進一步地介紹鑄造爐12。爐12顯示為處於在制 造設施或類似物的地板81之上的升高位置。在內部腔室16中，爐12 包括為感應線圈82形式的附加熱源，該附加熱源布置在鑄模20的下 方和孔壁46的上方。感應線圏82圍繞在金屬鑄件34朝向通道壁46 中的通道移動的過程中該金屬鑄件34所經過的通路。因此，在工作過 程中，感應線圏82圍繞著金屬鑄件34，且鄰近金屬鑄件的外周緣布 置，用於將金屬鑄件34的熱量控制在用於使它插入到通道(熔池布置
12在該通道中)中的合適溫度。
還有，在內部腔室16中還設置有為水冷管道84形式的冷卻裝置， 該冷卻裝置用於對顆粒材料的供給機構或配送器的導管66進行冷卻， 以防止顆粒材料在導管66中熔化。管84基本上為環形的環，該環與 金屬鑄件34在外面間隔開，並與導管66相接觸，以便於在管道84 與導管66之間進行熱傳遞，從而提供上述冷卻作用。
爐12還包括光學高溫計86形式的溫度傳感器，用於在熱檢測位 置88處檢測金屬鑄件34外周緣的熱量，該熱檢測位置88設置在感應 線圏82附近並在孔壁46之上。爐12還包括第二光學高溫計90，用 於對孔壁46的另一熱檢測位置92處的溫度進行檢測，由此，高溫計 90能夠確定儲存器62中的熔池的溫度。
在腔室壁14的底壁的外部和下面，爐12包括鑄錠驅動系統或提 升器94、切割機構96、以及取件機構98。提升器94構造成在需要時 降低、升高、或停止金屬鑄件34的運動。提升器94包括第一提升轉 輥100和第二提升轉輥102，它們在橫向上相互間隔開，並能夠如箭 頭A和B所示沿交替方向轉動，以便提供金屬鑄件34的各種運動。 因此，在工作過程中，轉輥100和102相互間隔開的距離大致等於塗 覆的金屬鑄件和接觸塗層78的直徑。切割機構96布置在轉輥100和 102的下方，並構造成切割金屬鑄件34和塗層78。切割機構96通常 是割炬，但也可採用其它合適的切割機構。取件機構98包括第一取出 轉輥104和第二取出轉輥106，它們以與轉輥100和102類似的方式 在橫向上相互間隔開，且在金屬鑄件在它們之間移動的過程中同樣地 與塗覆金屬鑄件的塗層78嚙合。如箭頭C和D所示，轉輥104和106 能夠沿交替方向轉動。
下文將參考圖8-圖IO來描述鑄造爐12的工作的其它方面。參見 圖8，熔融金屬如前所述澆注到鑄模20中，以製造金屬鑄件34。然後， 鑄件34沿著通路從鑄模20向下運動，穿過由感應線圏82限定的內部 空間，並進入到由通道壁46限定的通道中。感應線圏82、 68以及高 溫計86、 90是控制系統的組成部分，該控制系統用於為在儲存器62中形成熔池提供最佳的條件，以提供液態密封件和塗層材料，該液態
密封件和塗層材料最終在金屬鑄件34上形成保護性屏障78。特別是， 高溫計86在金屬鑄件34的外周緣上的位置88處檢測溫度，而高溫計 90在位置92處檢測通道壁46的溫度，以便於估計儲存器62中的熔 池的溫度。該信息用於控制供應給感應線圈82和68的能量，以實現 上述最佳條件。因此，當在位置88處的溫度太低時向感應線圈82供 能，以便加熱金屬鑄件34，從而使得位置88處的溫度達到合適範圍。 同樣的，當位置88處的溫度太高時，減小或切斷供應給感應線圏82 的能量。優選地，位置88處的溫度保持在給定的溫度範圍內。類似地， 高溫計90對位置92處的溫度進行估計，以確定熔池是否處於合適溫 度。根據位置92處的溫度，可以增大、減小、或完全地關閉供應給感 應線圈68的能量，以便將熔池的溫度保持在合適的溫度範圍內。當控 制金屬鑄件34和熔池的溫度時，操作水冷管道84以對導管66進行冷 卻，以便於使得顆粒材料能夠從供應源64以固態形式到達通道壁46 內的通道中，從而防止由於在導管中熔化而將導管66堵塞。
繼續參見圖8，金屬鑄件運動經過密封件10，以便於對金屬鑄件 34進行塗覆而形成塗覆的金屬鑄件，該塗覆的鑄件向下運動進入到外 部氣體中，並位於轉輥IOO和102之間，這兩個轉輥以受控方式與塗 覆的金屬鑄件接合併將其向下降低。塗覆金屬鑄件繼續向下運動並與 轉輥104和106接合。
參見圖9，然後，切割機構96對塗覆的金屬鑄件進行切割，以便 形成塗覆鑄錠80形式的切割段。因此，當塗覆的金屬鑄件到達切割機 構96的高度時，它已冷卻到這樣的溫度上，在該溫度，金屬基本上不 與外部氣體發生反應。圖9顯示了處於切割位置的鑄錠80，在該切割 位置中，鑄錠80已從金屬鑄件34的母體段108上分離。然後，如圖 10中的箭頭E所示，轉輥104和106作為一個單元而從圖9所示的接 收或切割位置向下朝著地板81旋轉，以便移向降低的卸載或排出位 置，在該卸載或排出位置處，鑄錠80基本水平。然後，轉輥104、 106 如箭頭F和G所示轉動，以移動鑄錠80 (箭頭H方向)，從而將鑄錠80從爐12中取出，這樣轉輥104、 106可返回到圖9所示位置，以接 收另外一個鑄錠段。這樣，取件機構98從圖9所示的鑄錠接收位置移 動到圖IO所示的鑄錠卸載位置，並返回到圖9所示的鑄錠接收位置， 這樣就能夠繼續按照不停歇的方式來生產金屬鑄件34和利用熔池對 其進行塗覆。
下面參考圖11-14更詳細地介紹本發明的、用於供給固態顆粒材 料的供給機構。參考圖11，供給機構包括料鬥110、供給腔室112、 安裝塊114和多個供給管116，該安裝塊114通常通過焊接安裝在腔 室壁14上，所述多個供給管116中的每一個都與冷卻裝置84連接並 通過該冷卻裝置84。圖11中顯示了所述供給管116中的四個，而圖 14中顯示了全部六個供給管。實際上，供給管的數目通常在四個和八 個之間。供給機構的這些各種元件提供了供給路徑，顆粒和固態塗層 材料通過該供給路徑被供給到儲存器62中。料鬥110、供給腔室112 和供給管116都與腔室14密封在一起，這樣，在該裝置的這些元件中 的每一個內的氣體都相同。通常，該氣體包括氬氣或氦氣中的一種， 並可以處於例如與等離子體炬的使用相關的真空。
參考圖12，料鬥110包括出口孑L，該出口孔通常由閥118來控制。 料鬥110的出口孔與安裝在腔室112的頂壁上的管連通，以提供進入 所述腔室的進口孔120。在料鬥110和進口孔120之間的連接優選是 使用環形連接器，該環形連接器可以形成為彈性體材料，該彈性體材 料保持料鬥110和腔室112之間的密封，並使料鬥110能夠具有可拆 卸性，以便由另外的料鬥代替，從而在料鬥110的重新充裝過程中加 快轉換處理。進口孔120輸入到布置在腔室112內的容器或殼體124 內，該腔室112與振動供給盤126連接，並從該振動供給盤126的進 口端128向上延伸。可變速度的振動器130安裝在盤126的底部，用 於使所述盤振動。供給塊132安裝在腔室112內，並限定了低於盤126 的出口端136的多個傾斜供給孔134。各供給管116包括第一管段138， 該第一管段138與供給塊132連接，並與孔134連通。各第一管段138 與腔室112的底壁連接並貫穿該底壁延伸。各供給管116還包括第二柔性管段140，該第二柔性管段140與第一管段138的出口端連接； 以及第三管段142，該第三管段142與柔性管段140的出口端連接。 柔性管段140部分補償在相應的第一和第三管段138和142之間的任 何不對準。各管段142從第二管段140連續延伸至在端壁46之上的出 口端(圖11)。因此，塊114具有穿過其形成的多個通道，管段142 穿過這些通道延伸。另一振動器144安裝在塊114的底部上，以便使 所述塊和管段142振動。
下面將參考圖13更詳細地介紹殼體124和供給盤126。盤126包 括基本水平的底壁146和七個槽道壁148，在這七個槽道壁之間限定 了六個槽道150，各個槽道從進口端128延伸至出口端136。儘管槽道 150的尺寸可以變化，但是在示例性的實施例中，它們近似為半英寸 寬和半英寸高。殼體124包括前壁152、與該前壁連接的一對側壁154 和156以及與各側壁154和156連接的後壁158 (圖12)。側壁154 和156以及後壁158向下延伸，以^使鄰結盤126的底壁146。不過， 前壁152具有底邊緣160,該底邊緣160安置於槽道壁148的頂部， 以產生各自由底邊緣160、底壁146和一對相鄰槽道壁148界定的出 口開口 。
下面參考圖14進一步介紹冷卻環84。環84具有環形構型，並且 為管狀結構，該管狀結構限定了環形通道162。環84限定了金屬鑄件 通路，金屬鑄件34在鑄造處理過程中通過該金屬鑄件通路。環84布 置成相當靠近鑄件34和壁46的頂表面164，以便在供給管116的相 應出口端166的附近提供對供給管116的冷卻。環84具有進口孔168 和出口孔170，以便使水172能夠通過環84循環。進口孔168與水源 176和泵178連通，該泵178用於泵送水通過環84，如圖14中的相應 箭頭所示。多個孔形成於環84的側壁中，更小直徑的供給管116通過 這些孔，以便使水172能夠在供給管116的出口端166附近直接與供 給管116接觸。各供給管116在出口端166附近緊鄰或鄰接壁46的頂 表面164。各出口端166和孔壁46的內表面47與金屬鑄件34的外周 緣79間隔開距離Dl，如圖14中所示。距離Dl通常在1/2至3/4英寸的範圍內，優選是不超過l英寸。
爐12構造成具有金屬鑄件通路，該金屬鑄件通路從鑄模20的底 部向下延伸並穿過儲存器壁46的通道。該通路具有與鑄件34的外周 緣79相同的水平橫截面形狀，其基本與鑄模20的內表面24的橫截面 形狀相同。因此，距離Dl也表示從金屬鑄件通路至壁46的內表面47 的距離以及在所述通路和供給管116的出口端166之間的距離。
顆粒塗層材料顯示為基本球形顆粒74，它們沿供給路徑從料鬥 110供給到儲存器62。已經發現，鹼石灰玻璃能很好地用作塗層材料， 這部分地由於該玻璃可用於基本球形形狀。由於相對較長的通路(顆 粒74必須沿該通路運行，同時保持對它們向下遊朝著儲存器62流動 的控制)，發現使用球形顆粒74能非常有利於通過導管116的供給處 理，該導管116以適合保持該控制流動的角度定位。供給管116的段 142沿通常恆定的角度布置，而不管圖11中所示的示意圖如何。顆粒 74具有在5至50網目範圍內的顆粒尺寸，通常在更窄範圍，例如8 至42網目；10至36網目、12至30網目、14至24網目，最優選是 16至18網目。
下面參考圖11-14介紹供給系統的操作。首先，料鬥110用相當 數量的顆粒74充滿，且閥118定位成使它們能夠通過進口孔120流入 腔室112中的殼體124內，如箭頭J所示，這樣，殼體124將局部充 滿顆粒74。然後，振動器130以合適的振動速率來操作，以便使盤126 和顆粒74振動，從而促進它們沿槽道150朝著出口端136運動，其中， 顆粒74從盤126上跌落，並通過孔134進入管段138中，如圖12和 13中的箭頭K所示。顆粒74朝著塊114繼續它們的運動，通過管段 140並進入管段142,如箭頭L所示。振動器144工作，以使z使塊114、 管段142和通過該管段142的顆粒74振動，從而額外地促進它們朝著 儲存器62的運動。顆粒74的球形形狀使它們能夠滾過導管116並沿 供給路徑的各種其它表面滾轉，從而基本促進它們的運行。
當顆粒74到達端部166和從該端部離開供給管116時，這些顆粒 74完成它們沿供給路徑的運行，如圖14中所示。顆粒74在它們通過段142運行至熔化腔室內時被預熱，這由於它們的較小尺寸而更明顯。不過，顆粒74保持固態，直到它們運動超過端部166,從而保證供給管116不會由熔融塗層材料堵塞。為了保證顆粒不會在供給管116內在出口端166附近熔化和保證供給管116在該區域的整體性，泵178(圖14)工作，以經過進口孔168和出口孔170通過環84從水源176泵送水，這樣，水172直接與供給管116的外周緣接觸，供給管在該處通過環84的通道162。因此，顆粒74在離金屬鑄件34的外周緣79一定距離(該距離甚至小於距離Dl)處為固態。不過，顆粒74主要由於新形成的鑄件34輻射的熱量以及由線圏68提供的任意所需的附加熱量而被快速地熔化。因此，顆粒74在由鑄件34的外表面79和孔壁46的內表面47界定的熔化位置174處(因此在金屬鑄件34的外周緣79的距離Dl內)被熔化。
因此，爐12提供了一種簡單的裝置，用於連續鑄造和保護金屬鑄件(該金屬鑄件在處於熱態時可與外部氣體發生反應)，從而能顯著地提高生產率，並能顯著地改善最終產品的質量。
在前述說明中，為了簡要、清楚、易於理解而採用了一些術語。由於這些術語是為了介紹性的目的而採用的，所以，這些術語並不暗示著任何不必需的、超出現有技術需求的限定作用，而應當寬泛地理解這些術語。
而且，本發明的說明和圖示是示例性的，本發明並不局限於所示或所述的確切的細節內容。
18
權利要求
1.一種裝置，其包括連續鑄模，該連續鑄模適用於生產具有外周緣的金屬鑄件；金屬鑄件通路，該金屬鑄件通路從鑄模向下延伸，適用於使得金屬鑄件能夠通過其；儲存器，該儲存器鄰近所述金屬鑄件通路，適用於容納熔池，該熔池用於向金屬鑄件的外周緣施加熔融材料塗層；供給路徑，該供給路徑與儲存器連通，適用於將固態顆粒供給到儲存器中；以及第一振動器，該第一振動器鄰近供給路徑，用於使供給路徑振動。
2. 根據權利要求1所述的裝置，還包括在供給路徑上的供給盤， 該供給盤能夠響應於第一振動器的振動而振動。
3. 根據權利要求2所述的裝置，還包括第二振動器；以及在供 給路徑上的導管，該導管與供給盤連通並位於該供給盤的下遊，該導 管能夠響應於第二振動器的振動而振動。
4. 根據權利要求l所述的裝置，還包括在供給路徑上的導管， 該導管能夠響應於第一振動器的振動而振動。
5. 根據權利要求4所述的裝置，還包括內部腔室，該內部腔室 由側壁界定；以及安裝在側壁上的塊；其中，導管和第一振動器安裝 在該塊上，儲存器處於內部腔室中。
6. 根據權利要求l所述的裝置，還包括在供給路徑上的多個導 管，這些導管與儲存器連通；以及分配器，該分配器與導管連通並位 於導管的上遊，用於將來自容器的顆粒流分配至導管中。
7. 根據權利要求6所述的裝置，其中分配器包括多個槽道，所 述槽道具有相應的用於接收顆粒的進口端以及相應的排列成用於將顆 粒供給到導管中的出口端。
8. 根據權利要求7所述的裝置，還包括在供給路徑上的容器， 該容器安裝在進口端之上的槽道上，並從該槽道向上延伸。
9. 根據權利要求6所述的裝置，還包括在供給路徑上的容器， 該容器與分配器連通，並位於該分配器的上遊。
10. 根據權利要求1所述的裝置，其中供給路徑具有出口端， 該出口端與儲存器連通；且該裝置還包括冷卻裝置，該冷卻裝置鄰近 供給路徑的出口端，用於冷卻供給路徑。
11. 根據權利要求10所述的裝置，其中冷卻裝置包括管、在管 上的流體進口孔和在管上的流體出口孔。
12. 根據權利要求11所述的裝置，還包括在供給路徑上的導管， 該導管穿過所述管。
13. 根據權利要求12所述的裝置，其中所述管包圍通路；且多 個導管穿過該管。
14. 根據權利要求1所述的裝置，其中鑄模具有內周緣；金屬 鑄件通路具有外周緣，該外周緣與鑄模的內周緣基本相同，並從鑄模 延伸至儲存器；供給路徑具有出口端，該出口端與儲存器連通，並在 通路的外周緣的1.0英寸內。
15. 根據權利要求1所述的裝置，還包括儲存器壁，該儲存器 壁具有用於界定熔池的內周緣，鑄模具有內周緣，金屬鑄件通路具有 外周緣，該外周緣與鑄模的內周緣基本相同，並從鑄模延伸至儲存器； 且儲存器壁的內周緣的各部分離通路的外周緣都不超過1.0英寸。
16. 根據權利要求1所述的裝置，還包括固態顆粒；其中，該 顆粒為基本球形。
17. 根據權利要求1所述的裝置，還包括固態顆粒，其中，該 顆粒的尺寸在5至50網目的範圍內。
18. 根據權利要求17所述的裝置，其中，顆粒具有在10至30 網目的範圍內的尺寸。
19. 一種裝置，其包括連續鑄模，該連續鑄模用於生產具有外周緣的金屬鑄件； 金屬鑄件通路，該金屬鑄件通路從鑄模向下延伸，適用於使得金 屬鑄件能夠通過其；儲存器，該儲存器鄰近所述金屬鑄件通路，適用於容納熔池，該熔池用於向金屬鑄件的外周緣施加熔融材料塗層；固態顆粒供給路徑，該固態顆粒供給路徑具有與儲存器連通的出 口端，並且適用於將固態顆粒供給到儲存器中；以及冷卻裝置，該冷卻裝置鄰近供給路徑的出口端，用於冷卻供給路徑。
20. —種裝置，其包括連續鑄模，該連續鑄模用於生產具有外周緣的金屬鑄件；金屬鑄件通路，該金屬鑄件通路從鑄模向下延伸，適用於使得金 屬鑄件能夠通過其；儲存器，該儲存器鄰近所述金屬鑄件通路，適用於容納熔池，該 熔池用於向金屬鑄件的外周緣施加熔融材料塗層；容器，該容器用於容納固態顆粒；多個導管，這些導管與儲存器連通，並且適用於將固態顆粒供給 到儲存器中；以及分配器，該分配器與容器連通且位於容器的下遊，並與導管連通 且位於導管的上遊，用於將來自容器的顆粒流分配至導管中。
全文摘要
用於具有熔化腔室的連續鑄造爐的密封件包括在熔化腔室和外部大氣之間的通道，在該熔化腔室中具有鑄模，用於製造金屬鑄件。當鑄件運動通過通道時，鑄件的外表面和通道的內表面限定了在它們之間的儲存器，用於容納液態玻璃或其它熔融材料，以防止外部大氣進入熔化腔室。供給到儲存器中的顆粒材料通過來自鑄件的熱量而熔化，以形成熔融材料。當鑄件運動通過通道時，熔融材料塗覆鑄件並固化，以形成塗層，從而保護熱鑄件不與外部大氣反壓。優選地，鑄模具有內表面，該內表面的橫截面形狀限定了鑄件外表面的橫截面形狀，由此，這些橫截面形狀與通道的內表面的橫截面形狀基本相同。
文檔編號B22D11/12GK101678441SQ200880014506
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月28日 優先權日2007年5月2日
發明者B·W·馬丁, F·P·斯帕達福拉, K-O·餘, M·P·雅克 申請人:Rti國際金屬公司