[发明专利]用于直接冷激铸造的方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求以下申请的在先申请日的优先权：

2013年2月4日提交的共同待决美国专利申请No.61/760,323；

2013年5月16日提交的国际申请No.PCT/US2013/041457；

2013年5月16日提交的国际申请No.PCT/US2013/041459；

2013年5月16日提交的国际申请No.PCT/US2013/041464；以及

2013年11月23日提交的美国专利申请No.61/908,065，上述所有申请通过引用合并于本文中。

技术领域

本申请涉及铝锂(Al-Li)合金的直接冷激铸造。

背景技术

自1938年由美国的Aluminum Company(现在的Alcoa)发明直接冷激(“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。铝铸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。

美国专利No.4,651,804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。

不幸的是，使用这样的系统存在缘于“渗漏”或“漏出”的固有 风险。在正铸造的铝铸锭未在铸模中适当地固化并且允许以液态非期望地和过早地离开模具的情况下会发生“渗漏”或“漏出”。在“渗漏”或“漏出”期间，与水接触的熔融铝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。

使用该方法在全世界当“渗漏”或“漏出”发生时有多次爆炸，其中熔融金属从出自模具的铸锭的侧部和/或从模具的边界脱离。因此，已执行相当多的实验工作以建立用于DC铸造的最安全可能条件。最早并且可能最好的已知工作由美国Aluminum Company的G.Long(“水中熔融铝的爆炸的原因和预防(Explosions of Molten Aluminium in Water Cause and Prevention)”，Metal Progress，1957年5月，第71卷，第107至112页)(在下文中称为“Long”)承担，接着是进一步的研究和设计成最小化爆炸风险的行业“行为守则”的建立。这些守则一般由全世界的铸造厂遵守。守则广泛地基于Long的工作并且通常需要：(1)永久保持在铸坑中的水的深度应当至少为三英尺；(2)铸坑内的水位应当低于模具至少10英尺；以及(3)铸造机和铸坑表面应当清洁、无锈并且涂覆有可靠的有机材料。

在该实验中，Long发现在铸坑中的水池具有两英寸或以下的深度的情况下，不发生很猛烈的爆炸。而是改为较少地发生足以从铸坑排出熔融金属并且将该熔融金属以危险方式分配到铸坑外部的爆炸。因此如上所述的行为守则要求将具有至少三英尺深度的水池永久地保持在铸坑中。Long得出结论，如果铝/水爆炸将要发生，则必须满足某些要求。尤其是当铸坑的底表面被熔融金属覆盖时必须在铸坑的底表面上发生某种类型的触发动作，并且他提出该触发是由于在输入的金属下方截留的很薄的水层突然转化为蒸汽而引起的轻微爆炸。当在铸坑的底部有脂、油或涂料时能够防止爆炸，原因是用于触发爆炸所必需的薄水层不会以与无涂层表面相同的方式被截留在熔融金属下方。

在实践中，至少三英尺的推荐水深通常用于竖直DC铸造，并且在一些铸造厂中(特别是在欧洲大陆的国家)，与以上的推荐(2)相 比，水位很接近模具的下侧。因此用DC方法进行铸造的铝工业已选择为了安全而永久保持铸坑中的深水池。必须强调的是行为守则是基于经验结果；在各种类型的熔融金属/水爆炸中实际发生的情况还无法完全理解。然而，对行为守则的重视已经能够确保实际上肯定避免在铝合金的“漏出”事件中发生意外。