[发明专利]模型铸造中热除去速率的控制方法

说明书

本发明涉及把熔融金属装料倾入模子中将其铸造成型的方法。

按照传统方法，金属铸造件是将熔融金属装料倾入置于铸造箱中的可重复使用的永久模子中，或是倾入由非粘结或粘结模型介质构成的一次性使用的模子中。

已经有建议向模型介质的间隙中通入非空气气体，以改进热转移速率。例如，Doutre  1989年5月1日提交的加拿大专利申请描述了一种方法，此法中，用氦气之类的气体置换通常在非粘结模型介质的间隙中存在的空气，因为氦的热导性比空气高得多。

1987年6月7日公布的美国专利4  749  027描述了生产金属带的连续铸造机中，熔融金属和移动铸造带的前缘之间氦膜的使用。使用氦的目的是为了在金属和带之间产生一层气体膜。

S.Engler和R.Ellerbrok在“Influence  of  Various  Gas  Atmospheres  in  Some  Casting  Characteristics  in  Example  Alloy  AlSi12.8”，Giesserie  64（9）227-230（1977）中，描述了在熔炉中、在熔融金属桶中和当熔融金属从桶里倾入模子时，在熔融金属的周围气氛中使用氩或其它气体的作用。这种气体的目的是为了降低金属在熔融和转移期内的冷却速率。该文教导了降低任一气体的压力并用氩气置换空气，将会达到降低冷却速率，即增加固化时间的目的。

日本专利公开44-20733号描述了用加热空气大气流流过铸件，使钢锭冷却的方法。其中描述了对于计算为具有1.15m³体积的钢铸件，使用非常巨大的气流，如1500m³/h的空气流，和5m³/h的水蒸汽流。该钢锭的重量约为9000kg，上述气流量可转换成对9000kg铸件使用了25000l/min或2.8  l/min/kg的空气流速。

1967年10月3日公布的美国专利3  344  840涉及金属锭的直接冷却铸件，其中在金属锭和模子边缘之间形成了收缩空间。这种空间是DC铸造中模子和金属之间形成的典型的宽收缩空间，通常在3.2至1.6mm的量级。向这种宽间隙中引入一种气体，如氦气，可以改进传导性热转移。

本发明的目的是，提供一种可用于各种模子的改进的铸造方法。术语“模子”应理解为包括：

（a）“永久”型模子，它可重复使用，铸造出大量铸件，可以由非金属材料，如碳或石墨，或金属，如铁金属制成，上面可加工出一个空腔和许多供熔融金属进入该空腔的导槽;

（b）“半永久”型模子，它包括一个在永久模子空腔内的非重复使用的粘结模型介质芯，其中该芯子在收回所需的铸件时被打碎;

（c）“非重复使用”型模子，它可由任何模型介质，如模型砂，靠一种粘结剂保持在一起来限定空腔的形状而制成，其中模子在收回所需的铸件时被打碎。

本发明涉及异形铸件的成型方法，包括向最好是涂以耐火模子涂料的模子中倾入熔融金属装料的步骤，冷却和固化金属使之形成铸件，以及从模子中取出铸件。按照该新颖特点，模子内的熔融金属被冷却，直到金属外层固化并收缩，留下铸件表面和模子表面之间的间隙。这时，向铸件表面和模子表面之间注入与空气的热导性不同的气体，以使铸件的冷却速率得到控制。该间隙中的气体基本保持静止状态，因而间隙中的热导性可用于控制铸件的冷却速率。这种“基本静态”是一种状态，在该状态下，间隙内的气体或者是静止的，或者是流动得足够慢，以致基本不会发生大量气体流动造成的冷却。

就本发明的一个方面而言，铸件被加速冷却到低于金属的熔融温度以下的温度，因而从模子中取出铸件的速度比先有的方法更快。

因此，经向该间隙注入与空气的热导性不同的气体，间隙的热导性可被控制，并可使铸件的冷却速率产生较大变化。例如，当注入氦时，铸件的冷却时间可减少30至50%，这视该合金的收缩特性而定。因为铸件的冷却时间代表着模子相当大部分的循环时间，使用氦气加速冷却能使铸造站既定生产速率提高15至25%或更多。另一方面，向铸模的局部地方注入热导性比空气低的气体，该地方的冷却速率可被降低。这种方法可以具有建立冒口（在铸件上金属的某个位置，在该位置金属冷凝最迟，并提供铸件上其它地方的固化收缩）的效应，而无需提供大截面厚度，因而使冒口截面处的固化速率降低。多种具有不同热导性气体的同时使用，使有可能改变或控制模子不同部位的冷却速率，因而能得到所需的有用的方向性固化。因此，本发明使有可能减少粘铸件的总重量，并因此增加铸造产量，即增加包括浇口和冒口在内的铸件成品和铸态铸件的重量比。