用于铸造铝锂合金的装置制造方法及图纸

直接冷激铸造方法允许在铸造期间将惰性流体连续或按次序地引入冷却剂流中，如果出现“渗漏”或“漏出”，则允许停止冷却剂流并且仅将惰性流体作为冷却剂引入。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于铸造铝锂合金的装置
铝锂合金的直接冷激铸造。
技术介绍
自1938年由美国的AluminumCompany(现在的Alcoa)专利技术直接冷激(“DC”)铸造以来，传统的(不含锂)铝合金在开底模具中半连续地铸造。自那以后对方法进行了许多修改和改变，但是基本的方法和装置仍然类似。铝锭铸造领域的技术人员能够理解新的创新以改善方法，同时仍然保持其主要功能。从使用该方法开始，水一直被用作优选的冷却剂以冷却底开式模具，在形成实心铸锭外壳的过程中起到主要的冷却作用，水也可以用于在模具底部的下方辅助地冷却铸锭外壳。不幸的是，在铸造方法期间存在缘于“渗漏”或“漏出”的固有风险。由于该方法的这种固有特性，铸锭外周包括固化金属的薄外壳，该外壳保持局部固化的液态熔融金属构成的内腔，如果正铸造的铝锭未适当地固化，那么该液态熔融金属将从铸锭的外壳中流出。如果水能通过在模具底部下方的铸锭外壳上的裂缝进入铸坑和铸锭腔中，那么熔融的铝能够在铸坑和铸锭腔内的不同位置处(例如铸锭尾部或底部和始用粗料(startingblock)之间，金属(通常为钢)制成的底模基底上、铸坑壁上或铸坑的底部)相应地接触水冷却剂。水在“渗漏”或“漏出”期间能够由于以下的原因而导致爆炸：(1)由将水加热到>212°F的铝的热质量产生的水到蒸汽的转化；或(2)熔融金属与水的化学反应，导致引起爆炸性化学反应的能量释放。美国专利US4651804描述一种更现代的铝铸坑设计。略高于地面安装金属熔炉并且铸模处于或接近于地面已成为标准惯例，并且当铸造操作进行时将铸锭降低到含水铸坑中。来自直接冷激的冷却水流动到铸坑中并且从铸坑中连续地被去除，同时在铸坑内留下永久深水池。该方法目前仍在使用，并且在全世界每年大概有超过5百万吨的铝及其合金是通过该方法生产。但是，使用这种持久保持深水位的水不能防止铸坑中出现的所有爆炸，原因在于，爆炸仍会出现在铸坑中的其他位置上，如上所述，会出现在水接触熔融铝的位置上。尽管已经出现这些改进，但是，即使使用这种深水位铸坑，每年在铸造方法过程中仍会出现大量爆炸。随着铝锂合金的出现，爆炸危险进一步增加，原因在于，一些通常用于最小化熔融金属和水发生爆炸的可能性的预防措施不再有效。再次参照美国专利US4651804，在过去的几年中，对含锂的轻质金属合金的兴趣不断增加。锂会使熔融金属更容易起反应。在“金属进展(MetalProgress)”上刊登的一篇文章(1957年5月，第107至112页，下文中称之为“Long”)中，Long引用了H.M.Higgins先前的研究，H.M.Higgins针对许多合金(包括铝锂合金)介绍了铝/水反应，得出如下结论：熔融金属以任何方式分散在水中时，铝锂合金发生激烈的反应。美国铝业协会公司宣布，通过直接冷却方法铸造这种合金时，存在特定的危险。美国铝业公司随后发表了测试视频文件，展示了这类合金与水混合时，会猛烈爆炸。其它工作也已证明与没有锂的铝合金相比，与将锂加入铝合金相关联的爆炸力能够使爆炸能量的性质增加若干倍。当包含锂的熔融铝合金与水接触时，发生氢的快速析出，原因是水离解成Li-OH和氢离子(H+)。美国专利US5212343教导加入铝、锂(以及其它元素)和水以启动爆炸反应。这些元素(特别是铝和锂)在水中的放热反应产生大量氢气，典型地每一克含3％锂的铝合金能产生14立方厘米的氢气。该数据的实验验证可以在美国能源部资助的研究合同号#DE-AC09-89SR18035下执行的研究中找到。应当注意美国专利US5212343的权利要求1描述了执行该剧烈相互作用以便经由放热反应产生水爆炸的方法。该专利描述一种方法，其中诸如锂的元素的加入导致每个单位体积的材料的高能量反应。如美国专利US5212343和US5404813中所述，锂(或某种其它的化学反应元素)的加入促进爆炸。这些专利教导了爆炸反应是期望结果的方法。与没有锂的铝合金相比，这些专利增强了将锂加入“渗漏”或“漏出”的爆炸性。美国专利US4651804所述的改进铸坑设计的目的是，最小化铸造铝锂合金过程中出现“渗漏”或“漏出”时在铸坑底部产生爆炸的可能性。即使在渗漏之后，该技术仍继续使用冷却剂水来冷却模具和铸锭外壳。如果停止输送冷却剂，那么可能会产生更严重的问题：由于模具熔穿或铸锭外壳的进一步熔穿，因此在熔融的铝-锂和水形成接触时，会引起附加的爆炸可能性。出现“渗漏”或“漏出”现象之后让水冷却剂流动具有两种不同的缺点：1)在铸坑顶部附近或铸锭熔坑中的不同位置处可能会出现熔融金属和水爆炸；2)由于产生氢气(如上所述)，可能会出现氢爆炸。在进行直接冷激铸造的另外的方法中，已公布专利涉及使用铸锭冷却剂而不是水提供铸锭冷却来铸造Al-Li合金而没有来自“渗漏”或“漏出”的水-锂反应。美国专利US4593745描述使用卤代烃或卤代醇作为铸锭冷却剂。美国专利US4610295、US4709740和US4724887描述使用乙二醇作为铸锭冷却剂。为此，卤代烃(典型地是乙二醇)必须没有水和水蒸汽。这是爆炸危险的解决方案，但是引入强火风险并且实现和维护成本高。在铸坑内将需要灭火系统以控制潜在的醇火。为了实现包括醇处理系统、使醇脱水的热氧化剂和铸坑防火系统的基于醇的铸锭冷却剂系统，成本一般为大约$5百万到$8百万美元(用如今的美元衡量)。用100％醇作为冷却剂进行铸造导致另一问题。醇或其它卤代烃的冷却能力不同于水，并且使用该类型的方法需要不同的铸造实践以及铸造工具。与使用醇作为直接冷却剂联系的另一缺点在于由于醇具有比水低的热导率和表面热传递系数，因此用于100％醇作为冷却剂铸造的金属的微结构具有更粗的非期望冶金成分并且在铸造产品中呈现更高量的中线收缩孔隙度。缺少更精细的微结构并且同时存在更高浓度的收缩孔隙度对从这样的初始原料制造的最终产品的性质产生不利影响。在试图减小Al-Li合金的铸造中的爆炸危险的另一种情况下，如美国专利US4237961中所述，在直接冷激铸造期间将水从铸锭中去除掉。在欧洲专利No.0-183-563中，描述用于在铝合金的直接冷激铸造期间收集“渗漏”或“漏出”熔融金属的装置。收集“渗漏”或“漏出”熔融金属将浓缩熔融金属的该质量。该教导不能用于Al-Li铸造，原因是它将产生人为爆炸条件，其中当水正被收集以便去除时水的去除将导致水的池化。在熔融金属的“渗漏”或“漏出”期间，“渗漏”材料也将在池化水区域中浓缩。如美国专利US5212343中教导的，这将是产生反应水/Al-Li爆炸的优选方式。因此，十分需要一些改进的装置和方法过程来进一步最小化直接冷激铸造铝锂合金过程中出现爆炸的可能性，同时能够生产更高质量的铸造产品。附图说明图1是直接冷激铸造系统的一个部分的剖视图。图2是图1中的系统的一部分的简要顶视图，示出了一种布置结构，该布置结构可用于将冷却剂和惰性流体同时地或依次地注入直接冷却铸造模具或冷却剂输送装置中，以在正常铸造操作期间冷却铸锭。图3是图1中的系统的一部分的简要顶视图；在检测出“渗漏”或“漏出”现象期间或之后，停止输送液态冷却剂(水)流，之后，仅注入惰性流体作为冷却剂。具体实施方式现在请参照附图，图1示出了直接冷激铸造(DC)系统的部件。系统10包括铸坑1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，所述装置包括：铸坑，所述铸坑具有支撑模具的模具台；冷却剂输送装置，所述冷却剂输送装置与所述模具相关联以允许冷却剂冲击到正被铸造的金属的固化区上，所述装置包括阀系统，所述阀系统至少包括第一阀和第二阀，所述第一阀允许让冷却剂进入所述冷却剂输送装置中，所述第二阀允许让惰性气体进入所述冷却剂输送装置中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.17 US 13/474,6161.一种用于直接冷激铸造的装置，所述装置包括：铸坑，所述铸坑具有支撑模具的模具台；冷却剂输送装置，所述冷却剂输送装置与所述模具相关联以允许冷却剂冲击到正被铸造的金属的固化区上，所述装置包括阀系统，所述阀系统至少包括第一阀和第二阀，所述第一阀允许让冷却剂进入所述冷却剂输送装置中，所述第二阀允许让惰性气体进入所述冷却剂输送装置中；熔融金属渗漏检测装置；和控制器，所述第一阀、所述第二阀和所述熔融金属渗漏检测装置电联接至所述控制器，其中，所述控制器包括非瞬时性机器可读指令，当所述控制器执行所述非瞬时性机器可读指令时，一旦通过所述熔融金属渗漏检测装置检测到熔融金属的渗漏，就促使所述第一阀关闭以停止冷却剂流，并且促使所述第二阀打开以将惰性气体流引入冷却剂输送容腔中。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阀系统位于所述冷却剂输送装置中，以使得能够将冷却剂、冷却剂和惰性气体的混合物、或者仅惰性气体选择性地输送至正被铸造的铸锭的固化区。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述模具包括容腔，所述阀系统位于所述容腔的上游。4.根据权利要求1所述的装置，还包括联接至所述第二阀的惰性气体源，其中所述惰性气体源包括氦气。5.根据权利要求1所述的装置，还包括联接至所述第二阀的惰性气体源，其中，惰性气体是氦气和氩气的混合物。6.根据权利要求1所述的装置，还包括联接至所述第二阀的惰性气体源，其中，惰性气体是氦气和氩气的混合物，所述混合物至少包括20％的氦气。7.根据权利要求1所述的装置，还包括联接至所述第二阀的惰性气体源，其中，惰性气体是氦气和氩气的混合物，所述混合物至少包括60％的氦气。8.根据权利要求1所述的装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·V·提拉克，R·W·维尔茨，R·M·斯特雷格勒，
申请(专利权)人：美国阿尔美有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US