[发明专利]用于在铸造操作过程中分配金属的动态定位的扩散器

说明书

本文提供了用于连续铸造金属的设备和方法，更具体地涉及通过在铸造过程中控制喷嘴尖端或扩散器的位置以保持喷嘴尖端或扩散器在凝固前沿附近(铸件中液态金属和固态金属之间的过渡位置)的机制来减少宏观偏析的设备和方法。设备可以包括：支撑模具的模具框架，该模具限定了模腔；液体扩散器；致动器，其配置成使所述模具框架和所述液体扩散器中的至少一个相对于彼此移动，其中所述致动器被配置成响应于来自至少一个传感器的信号而使所述模具框架和所述液体扩散器中的至少一个相对于彼此移动。

技术领域

本发明涉及用于连续铸造金属的系统、设备和方法，且具体地涉及通过在铸造过程中控制喷嘴尖端或扩散器的位置以保持喷嘴尖端或扩散器在凝固前沿附近(铸件中液体金属和固态金属之间的过渡位置)的机制来减少宏观偏析。

背景技术

金属产品可以通过多种方式形成；然而，许多形成方法首先需要铸锭、坯件或其它铸件，这些铸锭、坯件或其它铸件可以用作可以从其制造金属最终产品的原材料。制造铸锭或坯件的一种方法是通过称为直接冷铸的半连续铸造过程，其中竖直定向的模腔位于平台上方，所述平台竖直地向下平移到铸造坑中。起始块可以至少在开始时位于平台上并形成模腔的底部，以开始铸造过程。将熔融金属倒入模腔中，之后，熔融金属通常使用冷却流体冷却。其上具有起始块的平台可以按预定义的速度下降到铸造坑中，以允许金属离开模腔并随起始块下降而凝固。随着更多的熔融金属进入模腔，平台继续降低，并且固体金属离开模腔。这种连续铸造过程允许根据模腔的轮廓来形成金属铸锭和坯件，并且金属铸锭和坯件的长度仅受铸造坑深度和在其中移动的液压致动平台的限制。

在整个铸造过程中，随着温度分布和梯度的变化，金属在模腔内以及在离开模腔的铸件的熔融区中的金属分布很复杂。凝固物理学显示出宏观偏析的形成，由此铸件在整个铸件的尺寸上可能具有不均匀的化学组成。由铸造过程形成的宏观偏析在铸件的加工过程中是不可逆的，因此必须在铸造过程中使宏观偏析最小化。

发明内容

本发明的实施例一般涉及用于连续铸造金属的设备和方法，且具体地涉及通过在铸造过程中控制喷嘴尖端或扩散器的位置以保持喷嘴尖端或扩散器在凝固前沿附近(铸件中液体金属和固态金属之间的过渡位置)的机制来减少宏观偏析。实施例可以提供用于将液体分配到模腔中的设备，该设备包括：支撑模具的模具框架，该模具限定了模腔；液体扩散器；致动器，其配置成使所述模具框架和所述液体扩散器中的至少一个相对于彼此移动，其中所述致动器被配置成响应于来自至少一个传感器的信号而使所述模具框架和所述液体扩散器中的至少一个相对于彼此移动。液体扩散器可包括尖端，并限定穿过其中的液体通道，其中至少一个传感器可包括紧邻扩散器的尖端布置的热电偶。

根据一些实施例，致动器包括线性致动器，其中限定穿过模腔的轴线，沿着该轴线可以拉伸铸件，并且该致动器被配置为沿轴线相对于彼此移动模具框架和液体扩散器中的至少一个。液体可以包括金属，其中液体扩散器的尖端可以浸没在模腔中的液体金属池中，其中模具框架和液体扩散器之间的相对运动可以导致液体扩散器在液体金属池内移动。响应于来自热电偶的信号，线性致动器可以被配置为将液体金属池中的液体扩散器的尖端保持在对应于液体金属的预定温度范围的位置。

响应于来自热电偶的信号，一些实施例的致动器可以被配置为在铸造操作期间将液体扩散器的尖端保持在液体金属池的靠近金属内聚点的区域中。实施例可以包括控制器，其中控制器可以被配置为控制致动器以及模具框架和液体扩散器之间的相对位置，其中可以至少部分地基于来自热电偶的信号和扩散器分配的液体的至少一种特性，建立模具框架和液体扩散器之间的位置。液体的至少一种性质可以包括在给定压力下分配的液体的液相线温度。

本发明的实施例可以提供一种方法，该方法包括：接收要在模腔中铸造的材料的指示；从材料的指示类型确定材料的温度分布类型；通过扩散器将液体形式的材料分配到模具的腔中；检测在模具的腔内的扩散器尖端的温度；和响应于扩散器的尖端，使扩散器或模具中的至少一个相对于另一个相对移动，以基于与温度分布相关的预定温度范围将扩散器的尖端保持在液体形式的材料的池内。实施例可以包括响应于材料池的一种或多种性质来控制通过扩散器的材料的流动。