專利名稱：使用玻璃涂層的反應(yīng)性金屬的連續(xù)鑄造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及金屬的連續(xù)鑄造。特別是，本發(fā)明涉及對(duì)反應(yīng)性 金屬的保護(hù)，以防止在熔融或溫度升高時(shí)與大氣發(fā)生反應(yīng)。具體地說(shuō)， 本發(fā)明涉及使用熔融材料例如液態(tài)玻璃來(lái)形成屏障，以防止大氣進(jìn)入 到連續(xù)鑄造爐的熔化腔室中，并包覆由該金屬形成的金屬鑄件，以保 護(hù)金屬鑄件防止受到大氣損害。
背景技術(shù)：
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))最初是為了提高用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)部件的鈦合 金的質(zhì)量而開發(fā)出的。在該領(lǐng)域中，質(zhì)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(zhì)的a粒子。近來(lái)，對(duì)EBCHR 和PACHR的應(yīng)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(qiáng)對(duì)各種形態(tài)的輸入材料的靈活使用；創(chuàng)造出單步驟 的熔融工藝(例如，通常鈦材的熔融需要兩個(gè)或三個(gè)熔融步驟)；以及 促進(jìn)更高的產(chǎn)量。
鈦和其它金屬具有高反應(yīng)性，因此必須在真空或惰性氣體中進(jìn)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(lái)產(chǎn)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(gòu)成的。在任一情況下，由與熔融鈥 發(fā)生反應(yīng)的氧氣或氮?dú)鈱?duì)爐腔室造成的污染可能會(huì)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(guò)程、且不會(huì)對(duì)熔化腔室造成氧氣/ 氮?dú)?或其它氣體污染的情況下將鑄件從爐中取出，目前的爐采用了拉出式腔室。在鑄造處理過(guò)程中，伸長(zhǎng)的鑄件通過(guò)隔絕閘閥從鑄模的底 部移出，并進(jìn)入到拉出式腔室中。當(dāng)鑄件達(dá)到了合適的或最大長(zhǎng)度時(shí)， 它通過(guò)閘閥從鑄模中完全拉出，并進(jìn)入到拉出式腔室中。然后，閘閥 關(guān)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，然后將鑄件取出。
盡管可以工作，但這樣的爐具有一些局限性。首先，鑄件的最大 長(zhǎng)度被限制為拉出式腔室的長(zhǎng)度。此外，在將鑄件從爐中取出的過(guò)程 中，必須要停止鑄造。因此，這樣的鑄造爐能進(jìn)行連續(xù)熔融操作，但 卻不能連續(xù)鑄造。而且，鑄件的頂部通常具有在其冷卻時(shí)形成的縮孔 (縮孔管)。對(duì)鑄件頂部(稱為"熱頂")的冷卻進(jìn)行控制能減少這些縮 孔，但熱頂是消耗時(shí)間的處理，該處理會(huì)降低生產(chǎn)率。鑄件的帶有縮 孔或縮孔管的頂部部分是無(wú)用的材料，因此，這會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量的降低。 而且，由于在鑄件底部的、安裝在取件沖頂器上的燕尾榫，產(chǎn)量將會(huì) 額外地降低。
本發(fā)明通過(guò)密封裝置而消除或明顯減少了這些問(wèn)題，該密封裝置 允許對(duì)鈦、超級(jí)合金、難熔金屬、以及其它反應(yīng)性金屬進(jìn)行連續(xù)鑄造， 因此使得鑄錠、棒、板坯或類似形式的鑄件可從連續(xù)鑄造爐的內(nèi)部移 動(dòng)到外部，而不會(huì)將空氣或其它外部大氣帶入到爐腔室中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種裝置，它包括連續(xù)鑄模，該連續(xù)鑄模適用于
生產(chǎn)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，適用于使得金屬鑄件能夠通過(guò)其；儲(chǔ)存器，該儲(chǔ)存器鄰近 所述通路，適用于容納熔池，該熔池用于向金屬鑄件的外周緣施加熔 融材料涂層；供給路徑，該供給路徑與儲(chǔ)存器連通，適用于將固態(tài)顆 粒供給到儲(chǔ)存器中；以及第一振動(dòng)器，該笫一振動(dòng)器鄰近供給路徑， 用于使供給路徑振動(dòng)。
本發(fā)明提供了一種裝置，它包括連續(xù)鑄模，該連續(xù)鑄模適用于 生產(chǎn)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，適用于使得金屬鑄件能夠通過(guò)其；儲(chǔ)存器，該儲(chǔ)存器鄰近所述通路，適用于容納熔池，該熔池用于向金屬鑄件的外周緣施加熔
融材料涂層；固態(tài)顆粒供給路徑，該固態(tài)顆粒供給路徑具有與儲(chǔ)存器 連通的出口端，并適用于將固態(tài)顆粒供給到儲(chǔ)存器中；以及冷卻裝置， 該冷卻裝置鄰近供給路徑的出口端，用于冷卻供給路徑。
本發(fā)明提供了一種裝置，它包括連續(xù)鑄模，該連續(xù)鑄模適用于 生產(chǎn)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，適用于使得金屬鑄件能夠通過(guò)其；儲(chǔ)存器，該儲(chǔ)存器鄰近 通路，適用于容納熔池，該熔池用于向金屬鑄件的外周緣施加熔融材 料涂層；容器，該容器適用于容納固態(tài)顆粒；多個(gè)導(dǎo)管，這些導(dǎo)管與 儲(chǔ)存器連通，并適用于將固態(tài)顆粒供給到儲(chǔ)存器中；以及分配器，該 分配器與容器連通且位于容器的下游，并與導(dǎo)管連通且位于導(dǎo)管的上 游，用于將來(lái)自容器的顆粒流分配至導(dǎo)管中。


圖l是本發(fā)明的密封件與連續(xù)鑄造爐結(jié)合使用時(shí)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，并被位于爐床和 鑄模各自上方的熱源進(jìn)行加熱。
圖3是與圖2類似的視圖，顯示了形成鑄錠的進(jìn)一步的階段，其 中，鑄錠降低至提升器上并進(jìn)入到密封區(qū)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 涂層的進(jìn)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(jìn)入到液 態(tài)玻璃儲(chǔ)存器中和形成玻璃涂層的情形。
圖6是鑄錠在從爐的熔化腔室中取出之后的剖視圖，顯示了在鑄 錠外表面上的玻璃涂層。
圖7是沿圖6中的7-7線的剖視圖。
圖8是本發(fā)明的連續(xù)鑄造爐的示意正視圖，顯示了鑄錠的驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)、鑄錠切割機(jī)構(gòu)、以及鑄錠處理機(jī)構(gòu)，其中，新生產(chǎn)的、帶有涂層 的金屬鑄件向下延伸到熔化腔室的外部，并由鑄錠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和鑄錠處
7理機(jī)構(gòu)支撐。
圖9與圖8類似，顯示了由切割機(jī)構(gòu)切割開的一段涂層包覆金屬 鑄件。
圖IO與圖9類似，顯示了被降低的切割段，用于方便對(duì)它的處理。 圖ll是與圖8-10類似的放大示意正視圖，更詳細(xì)地顯示了本發(fā) 明的供給系統(tǒng)。
圖12是料斗、供給腔室、供給管和振動(dòng)器的放大局部側(cè)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(biāo)識(shí)表示類似的部件。
具體實(shí)施例方式
在圖1-5中，本發(fā)明的密封件總體由標(biāo)號(hào)IO表示，其與連續(xù)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(cè)壁22,該側(cè)壁具有基本圓柱形的內(nèi)表面24，該內(nèi)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，用于對(duì)反應(yīng)性金屬例如鈦和超級(jí)合金進(jìn)行加 熱，并使其熔化。優(yōu)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(yīng)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，其用于將金屬鑄件34放低 (參見(jiàn)圖2-4)?？刹捎萌魏魏线m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(xì)長(zhǎng)的臂36，該鑄模支撐件38為基本圓柱形板的形 狀，安置于臂36的頂部上。鑄模支撐件38具有基本圓柱形的外表面 40，當(dāng)沖頂器32沿垂直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)該外表面40布置成緊鄰鑄模20 的內(nèi)表面24。在工作過(guò)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(yīng)性金屬例如鈦和超級(jí)合金反應(yīng)?？舍娪枚栊詺怏w來(lái)形成非反應(yīng)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(dāng)處 于加熱狀態(tài)時(shí)，該氣體44可以與反應(yīng)性金屬發(fā)生反應(yīng)。
密封件10構(gòu)造成防止反應(yīng)性的氣體44在反應(yīng)性金屬例如鈦和超 級(jí)合金連續(xù)鑄造的過(guò)程中進(jìn)入到熔化腔室16中。密封件IO還構(gòu)造成 當(dāng)加熱的金屬鑄件34進(jìn)入到反應(yīng)性氣體44中時(shí)保護(hù)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(nèi)表面47,該內(nèi)表面47在其內(nèi)部限定了通道48，該通道48 具有進(jìn)口開口 50和出口開口 52?？妆?6包括向內(nèi)延伸的環(huán)形凸緣54， 該凸緣54具有內(nèi)表面或周邊56。孔壁46的鄰近進(jìn)口開口 50的內(nèi)表 面47限定通道48的擴(kuò)大段或較寬段58，而凸緣54形成了通道48的 縮窄段60。在環(huán)形凸緣54的下面，孔壁46的內(nèi)表面47限定通道48 的擴(kuò)大出口段61。
如下文所述，在爐12的工作過(guò)程中，用于熔融材料例如液態(tài)玻璃 的儲(chǔ)存器62形成于通道48的擴(kuò)大段58中。玻璃顆?；蚱渌线m的可 熔融材料(例如熔鹽或爐渣)的供應(yīng)源64與供給機(jī)構(gòu)66連通，該供 給機(jī)構(gòu)66與儲(chǔ)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(yīng)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(huán)繞著密封件IO布置，以利于保持密封件的溫度。
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(jìn)行操作以便在熔化/精煉爐床18中使反應(yīng)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，并初始利用熱 源30的工作將金屬保持為熔融狀態(tài)。
圖3顯示了當(dāng)附加熔融金屬72從爐床18流入到鑄模20中時(shí)，沖 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(guò)熱源 30而保持熔融狀態(tài)，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(dāng)沖頂器32被向下拉出時(shí)，鑄模20的水冷壁22將促進(jìn) 金屬72的固化，以形成鑄件34 大約在鑄件34進(jìn)入到通道48的縮 窄段60(見(jiàn)圖2)中的同時(shí)，顆粒玻璃74從供應(yīng)源64通過(guò)供給機(jī)構(gòu)66供給到儲(chǔ)存器62中。盡管鑄件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(chǔ)存器62中形成液 態(tài)玻璃76，儲(chǔ)存器62的邊界由鑄件34的外表面79和孔壁46的內(nèi)表 面47來(lái)限定。如果需要，可操作熱源68，以便通過(guò)孔壁46提供額外 的熱量，從而有助于顆粒玻璃74的熔化，以保證液態(tài)玻璃76的足夠 供應(yīng)源和/或有助于將液態(tài)玻璃保持在熔融狀態(tài)。液態(tài)玻璃76填充了 儲(chǔ)存器62與縮窄部分60之間的空間，以便產(chǎn)生屏障，該屏障阻止外 部的反應(yīng)性氣體44進(jìn)入到熔化腔室16中并與熔融金屬72發(fā)生反應(yīng)。 環(huán)形凸緣54限定了儲(chǔ)存器62的下端邊界，并減小了鑄件34外表面 79和孔壁46內(nèi)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(tài)玻璃76能匯聚在儲(chǔ)存器62 (見(jiàn)圖2)中。儲(chǔ)存器 62中的液態(tài)玻璃76池圍繞著金屬鑄件34延伸，并與鑄件的外表面79 接觸，從而形成了環(huán)形的儲(chǔ)池，該儲(chǔ)池為基本圓柱形并在通道48中。 這樣，液態(tài)玻璃76池形成了液態(tài)密封件。在形成了該密封件之后，一 直使非反應(yīng)性氣體42與反應(yīng)性氣體44分離的底部門(未示出)可以 被打開，以便能夠?qū)㈣T件34從熔化腔室16中取出。
如圖4-5所示，當(dāng)鑄件34繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，液態(tài)玻璃76在其流 經(jīng)儲(chǔ)存器62和通道48縮窄段60時(shí)涂覆鑄件34的外表面79?？s窄段 60減小了鄰近鑄件34的外表面79的液態(tài)玻璃76層的厚度或者使該 液態(tài)玻璃76層變薄，以對(duì)與鑄件34 —起離開通道48的玻璃層的厚度 進(jìn)行控制。然后，液態(tài)玻璃76充分冷卻，以固化為在鑄件34的外表 面79上的固態(tài)玻璃涂層78。處于液態(tài)和固態(tài)形態(tài)的玻璃涂層78提供 了保護(hù)性屏障，以防止形成鑄件34的反應(yīng)性金屬72與反應(yīng)性氣體44 發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)鑄件34被仍然加熱到能夠進(jìn)行這樣的反應(yīng)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(yùn)行通過(guò)供給 機(jī)構(gòu)66而進(jìn)入到通道48的擴(kuò)大段58中，并進(jìn)入到儲(chǔ)存器62中，在 該儲(chǔ)存器中，顆粒玻璃74被熔化以形成液態(tài)玻璃76。圖5還顯示了 當(dāng)鑄件34向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，在通道48的縮窄段60中形成液態(tài)玻璃涂層。圖5還顯示了在鑄件34與涂層78 —起運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)通道48的擴(kuò)大出口段 61時(shí)，位于該擴(kuò)大出口段61中的在玻璃涂層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足夠程度之后，鑄件34 的一部分就被切割，以形成任意合適長(zhǎng)度的鑄錠80。如圖6和圖7所 示，固態(tài)的玻璃涂層78沿著鑄錠80的整個(gè)周圍延伸。
因此，密封件10提供了阻止反應(yīng)性氣體44進(jìn)入到熔化腔室16 中的機(jī)構(gòu)，并保護(hù)鑄錠、桿棒、板坯或類似形式的鑄件34免受反應(yīng)氣 體44的損害，同時(shí)鑄件34被仍然加熱至其仍可與氣體44反應(yīng)的溫度。 如前所述，鑄模20的內(nèi)表面24為基本圓柱形，以便于生產(chǎn)基本圓柱 形的鑄件34?？妆?6的內(nèi)表面47同樣為基本圓柱形，以便產(chǎn)生用于 儲(chǔ)存器62的空間以及在鑄件34和凸緣54的內(nèi)表面56之間的空間， 以產(chǎn)生密封，以及在鑄件34向下通過(guò)時(shí)還在鑄件上提供合適厚度的涂 層。但是，液態(tài)玻璃76能夠產(chǎn)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(nèi)表面和鑄件的外表面的橫截面形狀優(yōu)選是與孔壁 的內(nèi)表面(特別是向內(nèi)延伸的環(huán)形凸緣的內(nèi)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(tài)玻璃在 儲(chǔ)存器中形成，并且足夠擴(kuò)大，以使得玻璃涂層的厚度足以防止在熱 鑄件與爐外部的反應(yīng)性氣體之間發(fā)生反應(yīng)。為了形成其尺寸被適合地 制成為運(yùn)動(dòng)通過(guò)該通道的金屬鑄件，鑄模的內(nèi)表面的橫截面形狀小于 孔壁的內(nèi)表面的橫截面形狀。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可以對(duì)密封件10和鑄造爐12進(jìn)行附加變化。 例如，爐12可包括多于一個(gè)的熔化腔室，這樣，材料72在一個(gè)熔化 腔室中熔化，并轉(zhuǎn)移到分開的腔室中，在該分開的腔室中，布置有連 續(xù)鑄造鑄模，并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(kuò)大出口段 61。還有，用于容納熔融玻璃或其它材料的儲(chǔ)存器可以形成在通道48 的外部，并與通道流體連通，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(jìn)入到爐中的密封結(jié)構(gòu)，并在金屬
ii鑄件通過(guò)該通道時(shí)涂覆到鑄件的外表面上。在這種情況下，供給機(jī)構(gòu) 可與該可選的儲(chǔ)存器連通，以使固態(tài)材料能夠進(jìn)入到儲(chǔ)存器中并在其 內(nèi)熔化。因此，可選的儲(chǔ)存器可以設(shè)置作為用于固態(tài)材料的熔化位置。
但是，密封件10的儲(chǔ)存器62更簡(jiǎn)單，并使得更容易在金屬鑄件經(jīng)過(guò) 通道時(shí)利用鑄件的熱量將材料熔化。
本發(fā)明的密封件提供了提高的生產(chǎn)率，這是因?yàn)榭梢栽跔t的外部 切割一定長(zhǎng)度的鑄件，同時(shí)，鑄造過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行而不被中斷。此外， 由于在切割時(shí)各個(gè)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(chǎn)量。此外，由于爐沒(méi)有拉出式腔室， 所以鑄件的長(zhǎng)度不再受到這樣的腔室的限制，因此，鑄件可以實(shí)質(zhì)上 具有能夠可行性制造的任何長(zhǎng)度。而且，通過(guò)釆用合適類型的玻璃， 涂覆在鑄件上的玻璃可為鑄件的隨后擠出操作提供潤(rùn)滑。另外，當(dāng)隨 后在進(jìn)行鍛壓之前對(duì)鑄件進(jìn)行加熱時(shí)，鑄件上的玻璃涂層可以提供屏 障，以防止鑄件與氧氣或其它氣體發(fā)生反應(yīng)。
盡管本發(fā)明密封件的優(yōu)選實(shí)施例已被描述為與玻璃顆粒物質(zhì)一起
使用以形成玻璃涂層，但也可以使用其它材料來(lái)形成密封件和玻璃涂 層，例如熔鹽或礦渣。
本發(fā)明的裝置和方法對(duì)于高反應(yīng)性金屬例如鈦特別有用，當(dāng)反應(yīng) 性金屬處于熔融狀態(tài)時(shí)，它與熔化腔室外部的氣體具有非常強(qiáng)的反應(yīng) 性。但是，該方法適用于任何等級(jí)的金屬，例如超級(jí)合金，其中，需 要屏障來(lái)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(jiàn)圖8來(lái)進(jìn)一步地介紹鑄造爐12。爐12顯示為處于在制 造設(shè)施或類似物的地板81之上的升高位置。在內(nèi)部腔室16中，爐12 包括為感應(yīng)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(yīng)線圏82圍繞在金屬鑄件34朝向通道壁46 中的通道移動(dòng)的過(guò)程中該金屬鑄件34所經(jīng)過(guò)的通路。因此，在工作過(guò) 程中，感應(yīng)線圏82圍繞著金屬鑄件34，且鄰近金屬鑄件的外周緣布 置，用于將金屬鑄件34的熱量控制在用于使它插入到通道(熔池布置
12在該通道中)中的合適溫度。
還有，在內(nèi)部腔室16中還設(shè)置有為水冷管道84形式的冷卻裝置， 該冷卻裝置用于對(duì)顆粒材料的供給機(jī)構(gòu)或配送器的導(dǎo)管66進(jìn)行冷卻， 以防止顆粒材料在導(dǎo)管66中熔化。管84基本上為環(huán)形的環(huán)，該環(huán)與 金屬鑄件34在外面間隔開，并與導(dǎo)管66相接觸，以便于在管道84 與導(dǎo)管66之間進(jìn)行熱傳遞，從而提供上述冷卻作用。
爐12還包括光學(xué)高溫計(jì)86形式的溫度傳感器，用于在熱檢測(cè)位 置88處檢測(cè)金屬鑄件34外周緣的熱量，該熱檢測(cè)位置88設(shè)置在感應(yīng) 線圏82附近并在孔壁46之上。爐12還包括第二光學(xué)高溫計(jì)90，用 于對(duì)孔壁46的另一熱檢測(cè)位置92處的溫度進(jìn)行檢測(cè)，由此，高溫計(jì) 90能夠確定儲(chǔ)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)或提 升器94、切割機(jī)構(gòu)96、以及取件機(jī)構(gòu)98。提升器94構(gòu)造成在需要時(shí) 降低、升高、或停止金屬鑄件34的運(yùn)動(dòng)。提升器94包括第一提升轉(zhuǎn) 輥100和第二提升轉(zhuǎn)輥102，它們?cè)跈M向上相互間隔開，并能夠如箭 頭A和B所示沿交替方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以便提供金屬鑄件34的各種運(yùn)動(dòng)。 因此，在工作過(guò)程中，轉(zhuǎn)輥100和102相互間隔開的距離大致等于涂 覆的金屬鑄件和接觸涂層78的直徑。切割機(jī)構(gòu)96布置在轉(zhuǎn)輥100和 102的下方，并構(gòu)造成切割金屬鑄件34和涂層78。切割機(jī)構(gòu)96通常 是割炬，但也可采用其它合適的切割機(jī)構(gòu)。取件機(jī)構(gòu)98包括第一取出 轉(zhuǎn)輥104和第二取出轉(zhuǎn)輥106，它們以與轉(zhuǎn)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(dòng)的過(guò)程中同樣地 與涂覆金屬鑄件的涂層78嚙合。如箭頭C和D所示，轉(zhuǎn)輥104和106 能夠沿交替方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
下文將參考圖8-圖IO來(lái)描述鑄造爐12的工作的其它方面。參見(jiàn) 圖8，熔融金屬如前所述澆注到鑄模20中，以制造金屬鑄件34。然后， 鑄件34沿著通路從鑄模20向下運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)由感應(yīng)線圏82限定的內(nèi)部 空間，并進(jìn)入到由通道壁46限定的通道中。感應(yīng)線圏82、 68以及高 溫計(jì)86、 90是控制系統(tǒng)的組成部分，該控制系統(tǒng)用于為在儲(chǔ)存器62中形成熔池提供最佳的條件，以提供液態(tài)密封件和涂層材料，該液態(tài)
密封件和涂層材料最終在金屬鑄件34上形成保護(hù)性屏障78。特別是， 高溫計(jì)86在金屬鑄件34的外周緣上的位置88處檢測(cè)溫度，而高溫計(jì) 90在位置92處檢測(cè)通道壁46的溫度，以便于估計(jì)儲(chǔ)存器62中的熔 池的溫度。該信息用于控制供應(yīng)給感應(yīng)線圈82和68的能量，以實(shí)現(xiàn) 上述最佳條件。因此，當(dāng)在位置88處的溫度太低時(shí)向感應(yīng)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(dá)到合適范圍。 同樣的，當(dāng)位置88處的溫度太高時(shí)，減小或切斷供應(yīng)給感應(yīng)線圏82 的能量。優(yōu)選地，位置88處的溫度保持在給定的溫度范圍內(nèi)。類似地， 高溫計(jì)90對(duì)位置92處的溫度進(jìn)行估計(jì)，以確定熔池是否處于合適溫 度。根據(jù)位置92處的溫度，可以增大、減小、或完全地關(guān)閉供應(yīng)給感 應(yīng)線圈68的能量，以便將熔池的溫度保持在合適的溫度范圍內(nèi)。當(dāng)控 制金屬鑄件34和熔池的溫度時(shí)，操作水冷管道84以對(duì)導(dǎo)管66進(jìn)行冷 卻，以便于使得顆粒材料能夠從供應(yīng)源64以固態(tài)形式到達(dá)通道壁46 內(nèi)的通道中，從而防止由于在導(dǎo)管中熔化而將導(dǎo)管66堵塞。
繼續(xù)參見(jiàn)圖8，金屬鑄件運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)密封件10，以便于對(duì)金屬鑄件 34進(jìn)行涂覆而形成涂覆的金屬鑄件，該涂覆的鑄件向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)入到外 部氣體中，并位于轉(zhuǎn)輥IOO和102之間，這兩個(gè)轉(zhuǎn)輥以受控方式與涂 覆的金屬鑄件接合并將其向下降低。涂覆金屬鑄件繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)并與 轉(zhuǎn)輥104和106接合。
參見(jiàn)圖9，然后，切割機(jī)構(gòu)96對(duì)涂覆的金屬鑄件進(jìn)行切割，以便 形成涂覆鑄錠80形式的切割段。因此，當(dāng)涂覆的金屬鑄件到達(dá)切割機(jī) 構(gòu)96的高度時(shí)，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(fā)生反應(yīng)。圖9顯示了處于切割位置的鑄錠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。然后，如圖 10中的箭頭E所示，轉(zhuǎn)輥104和106作為一個(gè)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(zhuǎn)，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。然后，轉(zhuǎn)輥104、 106 如箭頭F和G所示轉(zhuǎn)動(dòng)，以移動(dòng)鑄錠80 (箭頭H方向)，從而將鑄錠80從爐12中取出，這樣轉(zhuǎn)輥104、 106可返回到圖9所示位置，以接 收另外一個(gè)鑄錠段。這樣，取件機(jī)構(gòu)98從圖9所示的鑄錠接收位置移 動(dòng)到圖IO所示的鑄錠卸載位置，并返回到圖9所示的鑄錠接收位置， 這樣就能夠繼續(xù)按照不停歇的方式來(lái)生產(chǎn)金屬鑄件34和利用熔池對(duì) 其進(jìn)行涂覆。
下面參考圖11-14更詳細(xì)地介紹本發(fā)明的、用于供給固態(tài)顆粒材 料的供給機(jī)構(gòu)。參考圖11，供給機(jī)構(gòu)包括料斗110、供給腔室112、 安裝塊114和多個(gè)供給管116，該安裝塊114通常通過(guò)焊接安裝在腔 室壁14上，所述多個(gè)供給管116中的每一個(gè)都與冷卻裝置84連接并 通過(guò)該冷卻裝置84。圖11中顯示了所述供給管116中的四個(gè)，而圖 14中顯示了全部六個(gè)供給管。實(shí)際上，供給管的數(shù)目通常在四個(gè)和八 個(gè)之間。供給機(jī)構(gòu)的這些各種元件提供了供給路徑，顆粒和固態(tài)涂層 材料通過(guò)該供給路徑被供給到儲(chǔ)存器62中。料斗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(gè)內(nèi)的氣體都相同。通常，該氣體包括氬氣或氦氣中的一種， 并可以處于例如與等離子體炬的使用相關(guān)的真空。
參考圖12，料斗110包括出口孑L，該出口孔通常由閥118來(lái)控制。 料斗110的出口孔與安裝在腔室112的頂壁上的管連通，以提供進(jìn)入 所述腔室的進(jìn)口孔120。在料斗110和進(jìn)口孔120之間的連接優(yōu)選是 使用環(huán)形連接器，該環(huán)形連接器可以形成為彈性體材料，該彈性體材 料保持料斗110和腔室112之間的密封，并使料斗110能夠具有可拆 卸性，以便由另外的料斗代替，從而在料斗110的重新充裝過(guò)程中加 快轉(zhuǎn)換處理。進(jìn)口孔120輸入到布置在腔室112內(nèi)的容器或殼體124 內(nèi)，該腔室112與振動(dòng)供給盤126連接，并從該振動(dòng)供給盤126的進(jìn) 口端128向上延伸。可變速度的振動(dòng)器130安裝在盤126的底部，用 于使所述盤振動(dòng)。供給塊132安裝在腔室112內(nèi)，并限定了低于盤126 的出口端136的多個(gè)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，并與孔134連通。各第一管段138 與腔室112的底壁連接并貫穿該底壁延伸。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(bǔ)償在相應(yīng)的第一和第三管段138和142之間的任 何不對(duì)準(zhǔn)。各管段142從第二管段140連續(xù)延伸至在端壁46之上的出 口端(圖11)。因此，塊114具有穿過(guò)其形成的多個(gè)通道，管段142 穿過(guò)這些通道延伸。另一振動(dòng)器144安裝在塊114的底部上，以便使 所述塊和管段142振動(dòng)。
下面將參考圖13更詳細(xì)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(gè)槽道壁148，在這七個(gè)槽道壁之間限定 了六個(gè)槽道150，各個(gè)槽道從進(jìn)口端128延伸至出口端136。盡管槽道 150的尺寸可以變化，但是在示例性的實(shí)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(duì)側(cè)壁154 和156以及與各側(cè)壁154和156連接的后壁158 (圖12)。側(cè)壁154 和156以及后壁158向下延伸，以^使鄰結(jié)盤126的底壁146。不過(guò)， 前壁152具有底邊緣160,該底邊緣160安置于槽道壁148的頂部， 以產(chǎn)生各自由底邊緣160、底壁146和一對(duì)相鄰槽道壁148界定的出 口開口 。
下面參考圖14進(jìn)一步介紹冷卻環(huán)84。環(huán)84具有環(huán)形構(gòu)型，并且 為管狀結(jié)構(gòu)，該管狀結(jié)構(gòu)限定了環(huán)形通道162。環(huán)84限定了金屬鑄件 通路，金屬鑄件34在鑄造處理過(guò)程中通過(guò)該金屬鑄件通路。環(huán)84布 置成相當(dāng)靠近鑄件34和壁46的頂表面164，以便在供給管116的相 應(yīng)出口端166的附近提供對(duì)供給管116的冷卻。環(huán)84具有進(jìn)口孔168 和出口孔170，以便使水172能夠通過(guò)環(huán)84循環(huán)。進(jìn)口孔168與水源 176和泵178連通，該泵178用于泵送水通過(guò)環(huán)84，如圖14中的相應(yīng) 箭頭所示。多個(gè)孔形成于環(huán)84的側(cè)壁中，更小直徑的供給管116通過(guò) 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(nèi)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英寸的范圍內(nèi)，優(yōu)選是不超過(guò)l英寸。
爐12構(gòu)造成具有金屬鑄件通路，該金屬鑄件通路從鑄模20的底 部向下延伸并穿過(guò)儲(chǔ)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(nèi)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(nèi)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。
顆粒涂層材料顯示為基本球形顆粒74，它們沿供給路徑從料斗 110供給到儲(chǔ)存器62。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，堿石灰玻璃能很好地用作涂層材料， 這部分地由于該玻璃可用于基本球形形狀。由于相對(duì)較長(zhǎng)的通路(顆 粒74必須沿該通路運(yùn)行，同時(shí)保持對(duì)它們向下游朝著儲(chǔ)存器62流動(dòng) 的控制)，發(fā)現(xiàn)使用球形顆粒74能非常有利于通過(guò)導(dǎo)管116的供給處 理，該導(dǎo)管116以適合保持該控制流動(dòng)的角度定位。供給管116的段 142沿通常恒定的角度布置，而不管圖11中所示的示意圖如何。顆粒 74具有在5至50網(wǎng)目范圍內(nèi)的顆粒尺寸，通常在更窄范圍，例如8 至42網(wǎng)目；10至36網(wǎng)目、12至30網(wǎng)目、14至24網(wǎng)目，最優(yōu)選是 16至18網(wǎng)目。
下面參考圖11-14介紹供給系統(tǒng)的操作。首先，料斗110用相當(dāng) 數(shù)量的顆粒74充滿，且閥118定位成使它們能夠通過(guò)進(jìn)口孔120流入 腔室112中的殼體124內(nèi)，如箭頭J所示，這樣，殼體124將局部充 滿顆粒74。然后，振動(dòng)器130以合適的振動(dòng)速率來(lái)操作，以便使盤126 和顆粒74振動(dòng)，從而促進(jìn)它們沿槽道150朝著出口端136運(yùn)動(dòng)，其中， 顆粒74從盤126上跌落，并通過(guò)孔134進(jìn)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(xù)它們的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)管段 140并進(jìn)入管段142,如箭頭L所示。振動(dòng)器144工作，以使z使塊114、 管段142和通過(guò)該管段142的顆粒74振動(dòng)，從而額外地促進(jìn)它們朝著 儲(chǔ)存器62的運(yùn)動(dòng)。顆粒74的球形形狀使它們能夠滾過(guò)導(dǎo)管116并沿 供給路徑的各種其它表面滾轉(zhuǎn)，從而基本促進(jìn)它們的運(yùn)行。
當(dāng)顆粒74到達(dá)端部166和從該端部離開供給管116時(shí)，這些顆粒 74完成它們沿供給路徑的運(yùn)行，如圖14中所示。顆粒74在它們通過(guò)段142運(yùn)行至熔化腔室內(nèi)時(shí)被預(yù)熱，這由于它們的較小尺寸而更明顯。不過(guò)，顆粒74保持固態(tài)，直到它們運(yùn)動(dòng)超過(guò)端部166,從而保證供給管116不會(huì)由熔融涂層材料堵塞。為了保證顆粒不會(huì)在供給管116內(nèi)在出口端166附近熔化和保證供給管116在該區(qū)域的整體性，泵178(圖14)工作，以經(jīng)過(guò)進(jìn)口孔168和出口孔170通過(guò)環(huán)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(guò)環(huán)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(該距離甚至小于距離Dl)處為固態(tài)。不過(guò)，顆粒74主要由于新形成的鑄件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(nèi)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(nèi))被熔化。
因此，爐12提供了一種簡(jiǎn)單的裝置，用于連續(xù)鑄造和保護(hù)金屬鑄件(該金屬鑄件在處于熱態(tài)時(shí)可與外部氣體發(fā)生反應(yīng))，從而能顯著地提高生產(chǎn)率，并能顯著地改善最終產(chǎn)品的質(zhì)量。
在前述說(shuō)明中，為了簡(jiǎn)要、清楚、易于理解而采用了一些術(shù)語(yǔ)。由于這些術(shù)語(yǔ)是為了介紹性的目的而采用的，所以，這些術(shù)語(yǔ)并不暗示著任何不必需的、超出現(xiàn)有技術(shù)需求的限定作用，而應(yīng)當(dāng)寬泛地理解這些術(shù)語(yǔ)。
而且，本發(fā)明的說(shuō)明和圖示是示例性的，本發(fā)明并不局限于所示或所述的確切的細(xì)節(jié)內(nèi)容。
18
權(quán)利要求
1.一種裝置，其包括連續(xù)鑄模，該連續(xù)鑄模適用于生產(chǎn)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，適用于使得金屬鑄件能夠通過(guò)其；儲(chǔ)存器，該儲(chǔ)存器鄰近所述金屬鑄件通路，適用于容納熔池，該熔池用于向金屬鑄件的外周緣施加熔融材料涂層；供給路徑，該供給路徑與儲(chǔ)存器連通，適用于將固態(tài)顆粒供給到儲(chǔ)存器中；以及第一振動(dòng)器，該第一振動(dòng)器鄰近供給路徑，用于使供給路徑振動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)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(yīng)于第一振動(dòng)器的振動(dòng)而振動(dòng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，還包括第二振動(dòng)器；以及在供 給路徑上的導(dǎo)管，該導(dǎo)管與供給盤連通并位于該供給盤的下游，該導(dǎo) 管能夠響應(yīng)于第二振動(dòng)器的振動(dòng)而振動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，還包括在供給路徑上的導(dǎo)管， 該導(dǎo)管能夠響應(yīng)于第一振動(dòng)器的振動(dòng)而振動(dòng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，還包括內(nèi)部腔室，該內(nèi)部腔室 由側(cè)壁界定；以及安裝在側(cè)壁上的塊；其中，導(dǎo)管和第一振動(dòng)器安裝 在該塊上，儲(chǔ)存器處于內(nèi)部腔室中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，還包括在供給路徑上的多個(gè)導(dǎo) 管，這些導(dǎo)管與儲(chǔ)存器連通；以及分配器，該分配器與導(dǎo)管連通并位 于導(dǎo)管的上游，用于將來(lái)自容器的顆粒流分配至導(dǎo)管中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中分配器包括多個(gè)槽道，所 述槽道具有相應(yīng)的用于接收顆粒的進(jìn)口端以及相應(yīng)的排列成用于將顆 粒供給到導(dǎo)管中的出口端。
8. 根據(jù)權(quán)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(jìn)口端之上的槽道上，并從該槽道向上延伸。
9. 根據(jù)權(quán)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，并位于該分配器的上游。
10. 根據(jù)權(quán)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(chǔ)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，用于冷卻供給路徑。
11. 根據(jù)權(quán)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(jìn)口孔和在管上的流體出口孔。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，還包括在供給路徑上的導(dǎo)管， 該導(dǎo)管穿過(guò)所述管。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述管包圍通路；且多 個(gè)導(dǎo)管穿過(guò)該管。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中鑄模具有內(nèi)周緣；金屬 鑄件通路具有外周緣，該外周緣與鑄模的內(nèi)周緣基本相同，并從鑄模 延伸至儲(chǔ)存器；供給路徑具有出口端，該出口端與儲(chǔ)存器連通，并在 通路的外周緣的1.0英寸內(nèi)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括儲(chǔ)存器壁，該儲(chǔ)存器 壁具有用于界定熔池的內(nèi)周緣，鑄模具有內(nèi)周緣，金屬鑄件通路具有 外周緣，該外周緣與鑄模的內(nèi)周緣基本相同，并從鑄模延伸至儲(chǔ)存器； 且儲(chǔ)存器壁的內(nèi)周緣的各部分離通路的外周緣都不超過(guò)1.0英寸。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括固態(tài)顆粒；其中，該 顆粒為基本球形。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括固態(tài)顆粒，其中，該 顆粒的尺寸在5至50網(wǎng)目的范圍內(nèi)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，顆粒具有在10至30 網(wǎng)目的范圍內(nèi)的尺寸。
19. 一種裝置，其包括連續(xù)鑄模，該連續(xù)鑄模用于生產(chǎn)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，適用于使得金 屬鑄件能夠通過(guò)其；儲(chǔ)存器，該儲(chǔ)存器鄰近所述金屬鑄件通路，適用于容納熔池，該熔池用于向金屬鑄件的外周緣施加熔融材料涂層；固態(tài)顆粒供給路徑，該固態(tài)顆粒供給路徑具有與儲(chǔ)存器連通的出 口端，并且適用于將固態(tài)顆粒供給到儲(chǔ)存器中；以及冷卻裝置，該冷卻裝置鄰近供給路徑的出口端，用于冷卻供給路徑。
20. —種裝置，其包括連續(xù)鑄模，該連續(xù)鑄模用于生產(chǎn)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，適用于使得金 屬鑄件能夠通過(guò)其；儲(chǔ)存器，該儲(chǔ)存器鄰近所述金屬鑄件通路，適用于容納熔池，該 熔池用于向金屬鑄件的外周緣施加熔融材料涂層；容器，該容器用于容納固態(tài)顆粒；多個(gè)導(dǎo)管，這些導(dǎo)管與儲(chǔ)存器連通，并且適用于將固態(tài)顆粒供給 到儲(chǔ)存器中；以及分配器，該分配器與容器連通且位于容器的下游，并與導(dǎo)管連通 且位于導(dǎo)管的上游，用于將來(lái)自容器的顆粒流分配至導(dǎo)管中。
全文摘要
用于具有熔化腔室的連續(xù)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，用于制造金屬鑄件。當(dāng)鑄件運(yùn)動(dòng)通過(guò)通道時(shí)，鑄件的外表面和通道的內(nèi)表面限定了在它們之間的儲(chǔ)存器，用于容納液態(tài)玻璃或其它熔融材料，以防止外部大氣進(jìn)入熔化腔室。供給到儲(chǔ)存器中的顆粒材料通過(guò)來(lái)自鑄件的熱量而熔化，以形成熔融材料。當(dāng)鑄件運(yùn)動(dòng)通過(guò)通道時(shí)，熔融材料涂覆鑄件并固化，以形成涂層，從而保護(hù)熱鑄件不與外部大氣反壓。優(yōu)選地，鑄模具有內(nèi)表面，該內(nèi)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(nèi)表面的橫截面形狀基本相同。
文檔編號(hào)B22D11/12GK101678441SQ200880014506
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月2日
發(fā)明者B·W·馬丁, F·P·斯帕達(dá)福拉, K-O·余, M·P·雅克 申請(qǐng)人:Rti國(guó)際金屬公司