具有双浇注喷嘴的熔融金属保温和浇注箱

摘要

具有矩形上方部分和金字塔形下方部分的熔融金属保温和浇注箱提供相对恒定的熔融金属流，熔融金属流通过两个底部喷嘴中的每一个从该箱子同时被浇注进两个分开的铸造模具。单一的双喷嘴组件包含这两个底部喷嘴，该单一的双喷嘴组件利于由于磨损需要的替换，或者注满熔融金属的两个分开的铸模中的浇注杯位置的变换。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请主张2011年6月26日申请的美国临时申请案第61/501， 235号的优先权，该案的全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

本申请涉及用于熔融金属的具有金字塔形下方部分的浇注和保温箱 （pouring and holding box）。该下方部分具有容置双喷嘴组件的底部区域连同 一对柱塞杆，可将该双喷嘴组件用于独立的控制从该箱子流入两个铸造模具的 熔融金属外流，该柱塞杆可以独立的控制通过双喷嘴组件中的两个喷嘴的熔融 金属流。

背景技术

在铸造安装（foundry installation）中，可以利用各种设备处理熔融 金属，其中一些设备被以下美国专利公开：2，264，740（Brown）；2，333， 113(Martin等人)；3，395，840（Gardner）；3，549，061（Piene）；3， 801，083（Mantey等人）；3，848，072(Dershem等人)；4，638，980 (Beele)；以及4，953，761(Fishman等人)；美国专利申请号2010/0282784Al (Pavia等人)；以及英国专利申请号GB2，229，384A(Fishman等人)。

在这样的铸造安装中，频繁的将熔融金属从矩形或其他平底保温箱 中浇注进铸造模具中。该保温箱具有通常容置了单个喷嘴的底部区域，该单个 喷嘴控制熔融金属的外部流动的。用于浇注熔融金属的该保温箱有时称为长柄 勺，并且包括具有单个底部浇注喷口的实质封闭的容器，该底部浇注喷口通常 由沿箱子中的熔融金属垂直延伸的柱塞杆控制。美国专利公开号为 2010/0282784的专利公开了流水槽中双喷嘴的使用。对于金属部件的成功铸造 来说，控制从长柄勺或箱子到铸造模具的熔融金属流是极其重要的。另外，维 持喷嘴的温度使其与熔融金属的温度相接近是有效浇注过程的重要发方面。进 一步维持金属的液态、熔融态也是重要的考虑，尤其是当浇注过程遇到意外的 中断时，其可以持续相对长的时间。

作为一般规则，从矩形箱中浇注出的熔融金属的流速与箱中熔融金 属的高度的平方根成正比。该高度通常被称为“头（head）”参数。该头参数 （Ｈ）直接控制与箱子有关的流速（Ｑ），并且他们通过下面的关系相互关 联：

[表达式（1）]

其中Ｑ等于从箱子中浇注出的熔融金属的流速，并且Ｈ等于箱内熔 融金属的高度。

以表达式（1）中的流速（Ｑ）浇注的熔融金属的数量也依赖于箱 子自身中熔融金属的体积。该体积（等于Ｌ×Ｗ×Ｈ的乘积）取决于该箱子的长 度（Ｌ）和宽度（Ｗ）尺寸，该尺寸维持不变。进一步地，该体积还依赖于该 箱子中熔融金属的高度或高度参数（Ｈ）。由于该箱子的高度和宽度尺寸维持 恒定，因此当该高度参数（Ｈ）减小时该箱子中的熔融金属的体积（Ｖ）也减 小，该流速（Ｑ）也是如此。实际上，该关系指示当用矩形箱子盛装的熔融金 属的体积有75%的下降时，相当于高度参数（Ｈ）有75%的下降和流速 （Ｑ）有50%的下降。希望提供一种装置以产生流速（Ｑ），使得当在具有金 字塔形下方部分的金属熔融保温和浇注箱中利用双喷嘴时，该流速不这么直接 依赖该高度参数（Ｈ）。

希望提供具有如下装置的浇注箱，该装置提供相对恒定的熔融金属 流，该熔融金属流通过一对喷嘴从该箱子流出并被一对相邻的铸造模具接收。 这样的方案允许利用具有小开口的双喷嘴，从而降低导致喷嘴阻塞的炉渣的形 成。该恒定的流也利于金属部件的成功铸造。

在非浇注延迟阶段，由于喷嘴温度的下降会使得传统的浇注箱遭受 喷嘴阻塞问题。当将该箱子和该铸造模具之间的熔融金属浇注打断以提供连续 的模具铸造时，会发生这些延迟阶段。在这些连续的延迟阶段，当该喷嘴开始 冷却时，包含在某些熔融金属中的液化的炉渣以及这些金属本身会趋于凝固到 浇注箱的内表面，最终导致该喷嘴的阻塞。

进一步的阻塞问题会产生，是由于传统的浇注喷嘴由耐火材料制 成，并且有一个与外部钢壳和位于该浇注箱的喷嘴周围的加强板都相接触的构 造。这种接触导致外部的壳体与该加强板充当了热沉，通常该壳体和该加强板 都是金属，该热沉从该浇注箱吸走热量，因此降低了该喷嘴的温度。提供连续 的流入该喷嘴的可以抵消热沉带走的热量的熔融金属流，可以补偿这些热沉问 题。然而，如果熔融金属的浇注不是连续的，那么喷嘴构造会导致喷嘴附近产 生不同的温度，这很不利的使得喷嘴遭受导致阻塞的冷却效应。

希望提供具有金字塔形下方部分的浇注箱，该浇注箱具有与熔融金 属维持热交换关系的双喷嘴，从而为喷嘴提供恒定的温度。这样的构造允许浇 注喷嘴保持与箱子中的熔融金属相近的温度，并且有效地抵消从外部设备遭遇 的能够导致阻塞问题的任何冷却效应。

可以在模具铸造生产线（mold casting lines）中利用两个（或者双） 底部喷嘴浇注箱，其中串行（一前一后的）或者并排的两个模具中同时装满了 熔融金属。例如如图7所示，在箱子的金字塔形下方部分的底部通过分开的固 定喷嘴开口提供两个喷嘴20。然而，由于铸造生产线中浇口杯之间的距离是可 以变换的，而喷嘴之间的距离是固定的，因此这不是最优的。尤其是由于当箱 子极其热时完成喷嘴的变换是困难的，因此对两个喷嘴的进一步的替换是耗时 间的和困难的。虽然在喷嘴替换之前将热的熔融金属从箱子排除，但是等箱子 冷却到正常的室温通常是不可行的。

本发明的一个目的在于，在具有金字塔形下方部分的熔融金属保温 和浇注箱中提供特可替换的单个（单一的）双（成对的）喷嘴（块）组件，该 金字塔形下方部分能够容置铸造生产线，其中通过两个喷嘴装满熔融金属流的 两个模具的浇口杯之间的距离可以变换。

本发明的另一个目的在于，在具有金字塔形下方部分的熔融金属保 温和浇注箱中提供可替换的单一的双喷嘴组件，该双喷嘴组件比两个分开的喷 组更容易被替换。

本发明的另一个目的在于，提供具有金字塔形下方部分的熔融金属 保温和浇注箱，该金字塔形下方部分具有形成自可互换的单一的双喷嘴组件的 双浇注喷嘴，其中基于具有相同的外形尺寸的喷嘴铸造的选择，可以更换该组 件中的一对喷嘴，并且可以将这样的熔融金属保温箱和浇注箱和两个单独的柱 塞杆定位和控制设备结合在一起使用，该柱塞杆定位和控制设备能够独立的控 制来自该组件中的两个喷嘴中的每一个的流。

发明内容

在本发明的一方面是具有上方矩形部分和金字塔形下方部分的熔融 金属保温和浇注箱。单一的双喷嘴组件位于该下方部分的底部区域。

在本发明的另一方面是具有金字塔形下方部分的熔融金属保温和浇 注箱，该金字塔形下方部分的底部区域具有单一的双喷嘴组件，用于将熔融金 属同时浇注到两个铸造模具。该金字塔形下方部分提供相对恒定的熔融金属 流，该熔融金属流从箱子中通过位于单一的双喷嘴组件中的两个喷嘴中的每一 个被浇注。

在本发明的另一方面是具有上方矩形部分和容置了具有一对喷嘴的 单一的双喷嘴组件的下方倒金字塔形部分的熔融金属保温和浇注箱。该单一的 双喷嘴组件位于该下方倒金字塔形部分的底部区域内，并且由导热材料构成， 并且在浇注和非浇注期间，当与盛装在箱子中的熔融金属热接触时，通过该一 对喷嘴与该下方倒金字塔形部分绝缘接触。可以安排该对柱塞杆中的每一个， 使得当将该对柱塞杆的喷嘴插入端插入该对喷嘴的圆锥烟斗形入口以阻止通过 该对喷嘴的熔融金属流时，该对喷嘴中的每一个中的圆锥烟斗形入口的一部分 与箱子中的熔融金属相接触。可以在该单一的双喷嘴组件中的该对喷嘴中的每 一个的出口周围，将单一的双喷嘴固位板可拆卸的固定在箱子的金字塔形下方 部分的底部。

在本发明的另一方面是将熔融金属从具有上方矩形部分和下方金字 塔形部分的熔融金属保温和浇注箱中浇注进一对模具的方法。该箱子具有位于 该下方金字塔形部分的底部的单一的双喷嘴组件，并且该单一的双喷嘴组件有 一对喷嘴。将该一对模具传输至与箱子构成熔融金属接收的关系，该单一的双 喷嘴组件具有与箱子中的热熔金属相同的温度，通过该单一的双喷嘴组件中的 该对喷嘴中的每一个将该熔融金属从箱子浇注出，使得盛装在箱子中的熔融金 属的75%被浇注进该一对模具，该熔融金属流速的有不超过大约30%的下降。

在本发明的另一方面是替换具有上方矩形部分和将熔融金属浇注进 一对模具的下方金字塔形部分的熔融金属保温和浇注箱的中的现存的单一的双 喷嘴组件的方法，该现存的单一的双喷嘴组件位于该下方金字塔形部分的底 部，并且具有以第一距离彼此空间隔离的一对喷嘴。绝缘材料环绕现存的单一 的双喷嘴组件，并且单一的双喷嘴固位板将现存的单一的双喷嘴组件的底部固 定在箱子中。通过将一对保持件（retaining fittings）从将该单一的双喷嘴组件 固位板固定到箱子底部的一对限位柱（retaining posts）中移除，来将该单一的 双喷嘴组件固位板从该现存的单一的双喷嘴组件的底部移除。将环绕该现存的 单一的双喷嘴组件的边缘的绝缘材料移除以将该现存的单一的双喷嘴组件从箱 子中释放。将新的单一的双喷嘴组件插入到该箱子的底部。该新的单一的双喷 嘴组件具有与该现存的单一的双喷嘴组件相同的外形尺寸，并且具有以第二距 离彼此空间隔离的一对喷嘴，该第二距离与用于该现存的单一的双喷嘴组件中 的第一距离不同。将该绝缘材料安装在该新的单一的双喷嘴组件的边缘附近， 并且通过将该一对保持件插入到该一对限位，以使该单一的双喷嘴组件固位板 抵在该新的单一的双喷嘴组件的底部，从而将该单一的双喷嘴组件固位板安装 在该新的单一的双喷嘴组件的底部。

在此说明书及随附的权利要求中描述本发明的这些和其它发面。

附图说明

出于说明本发明的目的，附图中示出了目前优选的形式，然而，应 当理解的是本发明并不限于示出的精确的安排和工具。

图1是透过本发明中的熔融金属浇注和保温箱的一个实施例中的图 3中的线A-A看的简化的横截面视图，图解了在箱子中金字塔形下方部分安装 的单一的双喷嘴组件。

图2是将单一的双喷嘴组件从图1中的该熔融金属浇注和保温箱中 移除后的横截面视图。

图3是本发明中的在箱子的金字塔形下方部分具有单一的双喷嘴组 件的熔融金属浇注和保温箱的一个实施例的俯视立体图。

图4是图3所示的熔融金属浇注和保温箱的仰视立体图。

图5是图3所示的熔融金属浇注和保温箱的侧面立视图。

图6是图3所示的熔融金属浇注和保温箱的仰视图。

图7是单个喷嘴的立体图。

图8是单一的双喷嘴固位板的一个实施例的立体图，该双喷嘴固位 板在本实施例中用于将该单一的双喷嘴组件固定在本发明中的熔融金属浇注和 保温箱中。

图9（a）限位柱的一个实施例的立体图，该限位柱在本发明中用于 将图8所示的该单一的双喷嘴固位板安装在该熔融金属浇注和保温箱中。

图9（b）是配件（fitting）的一个实施例的立体图，该配件用于当 将其安装在图9（a）所示的限位柱时，将图8所示的固位板固定在该熔融金属 保温和浇注箱上。

图10（a）是用于熔融金属保温和浇注箱的一个实施例中的单一的 双喷嘴组件的一个实施例的等距视图，该熔融金属保温和浇注箱具有本发明中 的金字塔形下方部分；图10（b）是图10（a）所示的单一的双喷嘴组件的俯 视图；图10（c）是通过图10（b）中的线C-C看的该单一的双喷嘴组件的横 截面立视图；以及图10（d）是通过图10（a）中的线D-D看的该单一的双喷 嘴组件的横截面立视图。

图11是具有本发明中的金字塔形下方部分的熔融金属保温和浇注 箱的部分横截面立视图，该熔融金属保温和浇注箱具有本发明中的与两个柱塞 干定位和控制设备一起使用的单一的双浇注底部喷嘴组件。

具体实施方式

现在参考附图，其中数字指示元件，图中示出了具有金字塔形下方 部分的熔融金属浇注和保温箱10的一个实施例，该金字塔形下方部分具有可 以在铸造厂中的自动成型系统（molding system）中使用的单一的双喷嘴组件 12。典型的自动成型系统包括传统的输送线，其将多个相邻的模具传送到铸造 站，通过单一的双喷嘴组件中的喷嘴12b和12c，将即将被铸造的两个相邻的 模具装满来自箱子10中的熔融金属。通常当将两个模具装满后，该模具输送 线以恒定的速度一次传送两个模具，模具串行或并行排列。熔融金属保温和浇 注箱10提供用于模具铸造的熔融金属源。

该熔融金属保温和浇注箱10将至少一个单一的双喷嘴组件12放置 在金字塔形下方部分。例如，如图11所示，可以将熔融金属保温和浇注箱10 放在一对铸造模具80的正上方。如果需要特殊的安装，例如英国专利申请公 开号为GB2，229，384A的专利公开的一对正交的X方向的和Y方向的滑车组 件，允许调整两个喷嘴相对于模具80中的浇口杯80a的位置，熔融金属被浇注 进该浇口杯80a。

熔融金属保温和浇注箱10包括上方矩形部分10a和下方金字塔形部 分10b。外部结构壳体14容纳了至少耐火材料层16，该耐火材料层16形成内 部熔融金属保温矩形和金字塔形容积。如现有技术中的，箱子10可以有横跨 该矩形部分10a的上方的箱盖。可以通过箱盖中的可关闭的开口将熔融金属装 入箱子10中。箱子10在区域10a内形成出料口92，用于当箱子如英国专利申 请公开号为GB2，229，384A的专利公开的一样，将熔融金属从箱子浇注出。

如现有技术中的，例如英国专利申请公开号为GB2，229，384A的 专利进一步公开的，可以通过垂直的热耐火材料挡板将箱子10划分成浇注区 域和回填区域。

该箱盖有单个或一对分开的开口，用于将两个柱塞杆94插入箱子 10中提供通路。美国专利号4，953，761或美国专利申请公开号2010/0282784 Al的专利公开了该柱塞杆和相关的定位和控制装置，其全文以引用的方式并入 本文中。可以将柱塞杆94与坐落在（啮合）喷嘴12b和12c上的入口12b’和 12c’上的柱塞杆顶端94a独立的定位，以阻挡熔融金属流，或者通过该相关的 定位和控制装置独立的将柱塞杆94升高以允许熔融金属流通过一个或两个喷 嘴。

如果需要用于特殊的应用，例如英国专利申请公开号为GB2， 229，384A的专利公开的，该熔融金属保温和浇注箱10可以包括用于使其自身 倾斜的装置，从而可以通过出料口92将没有使用的熔融金属从箱子中移除。

单一的双喷嘴组件12由导热材料构成，并且在箱子10中向上延 伸，使得不论柱塞杆是否与组件12中的一个或两个喷嘴啮合，其上方周边入 口表面12a和12a’都恒定的保持与箱子10中的熔融金属（M）接触。优选地单 一的双喷嘴组件12由铝/二氧化硅或者其它合适的低热阻耐火金属构成，并且 优选地这里使用的喷嘴具有环形内径，具有锥形烟斗形入口12b’和12c’，以及 圆柱形出口12b’’和12c’’。单一的双喷嘴组件12的构造提供其与箱子10内部 的熔融金属恒定的接触，尤其在该组件的两个喷嘴之间的中心区域12a’。这种 恒定的接触导致组件12中的两个喷嘴总是维持与熔融金属的热交换关系。这 种热交换关系延迟了可能在喷嘴可能遭受的任何冷却状态期间发生的两个喷嘴 的阻塞。

进一步地，该单一的双喷嘴组件12的构造消除了热沉问题，在该 问题中，箱子10本身的金属结构（客体14和英国专利申请公开号为GB2， 229，384A的专利公开的用于支撑浇注喷嘴的加强板）从浇注喷嘴吸走热量， 在本发明中，该单一的双喷嘴组件12由绝缘材料18（如图1所示）以及下面 进一步描述的双喷嘴组件固位板70上的绝缘压铆螺母柱70a环绕，该绝缘材料 18将该双喷嘴组件与热沉绝缘。

例如，如图11所示的单一的双喷嘴组件12，被安装在具有金字塔 形下方部分的熔融金属浇注和保温箱中。可以用于本发明的单一的双喷嘴组件 22的一个实施例的细节由图10（a）至图10（b）图解。也可以将该单一的双 喷嘴组件22用于如美国专利申请号2010/0282784Al的专利描述的平底槽中。 在图10（a）中，基于该一对模具上的浇口杯之间的最大空间选择特殊的单一 的双喷嘴组件22的外形尺寸，通过该单一的双喷嘴组件中的喷嘴将熔融金属 浇注到该浇口杯中。在图10（a）中，该单一的双喷嘴组件中的喷嘴24a和24b 铸态或其它铸态之间，喷嘴中心之间的最大空间定义为x₁。图10（a）示出了 单一的双喷嘴组件的后续的安装和使用，为满足空间上更相近的喷嘴的需求， 例如图10（b）中的喷嘴对24a’和24b’，可以将单一的双喷嘴组件中的喷嘴中 心之间的空间铸造为x₂，该单一的双喷嘴组件具有如图10（a）所示的单一的 双喷嘴组件一样的外形尺寸，以容置浇口杯中心之间的距离，该距离小于该最 大空间。

虽然喷嘴组件由热阻材料形成，但是经过一段时间的使用，该喷嘴 组件会磨损从而与熔融金属接触，因此需要将其更换。通常不需要将环绕该喷 嘴组件的浇注箱结构冷却下来就可以完成更换，因此，优选地应尽可能快而有 效的完成喷嘴组件的更换。在双浇注应用中，单个双喷嘴组件，诸如图10 （a）至图10（d）中的双喷嘴组件12或22满足这样的要求。进一步地，当对 双喷嘴组件的替换是原始铸造或其他方式形成时，本发明中的单个双喷嘴组件 允许改变其中每个喷嘴的开口之间的距离。例如图10（b）所示的，可以将用 于喷嘴对24a和24b（实线所示）的喷嘴开口的中心之间的距离x₁改变为用于 24a’和24b’（虚线所示）的喷嘴开口的中心之间的距离x₂，该喷嘴对24a和 24b被铸造成第一个双喷嘴组件，该喷嘴对24a’和24b’被铸造成第二个双喷嘴 组件，该第二个双喷嘴组件具有与第一个双喷嘴组件相同的外形尺寸。因此， 可以获得具有相同的外形尺寸的单个双喷嘴组件之间的距离和相对位置的重要 改变。相对地，如果使用两个单个可替换的喷嘴组件，在实际将这两个单个可 替换的喷嘴组件安装到热浇注箱的底部期间，必须确定喷嘴开口的中心之间的 距离。改变两个分开的喷嘴开口中心之间的长度的能力，与例如图11所示的 双浇注自动模具生产线中的相邻的模具中的浇注杯80a之间的长度（或者位 置）有关。即，在利用了具有金字塔形下方部分的单个熔融金属保温和浇注箱 的双浇注过程中，如果双浇注自动模具生产线中的相邻的模具中的浇注杯之间 的相对位置改变了，那么也需要通过更换该喷嘴组件来改变该双喷嘴的相对位 置。可以利用美国专利申请号2010/0282784Al公开的柱塞杆定位和控制装置 的柱塞杆定位特征快速地调整每个装置的柱塞杆的位置，以适应新安装的单一 的双喷嘴组件中的喷嘴在位置上的变化。

图8图解了单一的双喷嘴固位板70的一个实施例，其可以用于为安 装在本发明中的熔融金属浇注和保温箱上的双喷嘴组件提供支撑。可以直接地 或通过间接的连接偏移支架（connecting offset bracket）72a合适地将限位柱72 （图9（a）中）连接到到箱子10的底部。固位板70上的环形坐垫（annular  offsets）70c固定在箱子的底部，在每个喷嘴的出口12b”和12c”周围具有开口 70c，并且限位柱72的长度通过固位板上的开口70b。例如，如图9（b）所示 的，将配件（fitting）74插入每个限位柱中的开口72’以确保该单一的双喷嘴固 位板在适当的位置。在更换双喷嘴组件时，将配件74从限位柱上移除以释放 固位板，从而提供移除安装的单一的双装配组件的快速方法。移除绝缘材料18 之后，可以将单一的双喷嘴从箱子10中移除，并且用周围包裹了新的绝缘材 料的新的单一的双喷嘴组件来替换，以及重新安装该单一的双喷嘴固位板。由 于绝缘材料18和该单一的双喷嘴组件上的绝缘环形坐垫70a实质上环绕了单一 的双喷嘴组件12，因此，本发明中，实质消除了现有技术中的热沉问题。这种 安排与双喷嘴组件的区域12a和12a’总是与箱子中的熔融金属相接触相结合， 有效的消除了前面提到的阻塞问题。

如图中所示的，箱子10包括上方矩形部分10a和在其底部区域容置 了单一的双喷嘴组件12的下方倒置金字塔形部分10b，该上方矩形部分10a可 以包含熔融金属的容积V₁，可以将该容积表示为：

V₁=0.5·H·W·L[表达式（2）]。

其中W和L分别代表箱子10的宽度和长度尺寸，以及H代表高度（H） 尺寸。

该下方倒置的三角形部分10b可以包含熔融金属的容积V₂，可以将 该容积表示为：

V₂=1/6·H·W·L[表达式（3）]。

当装满熔融金属时，可以将箱子10的总容积V_T表示为：

V_T＝V₁+V₂=2.3·H·W·L[表达式（4）]。

在特殊的金字塔形部分10b中，箱子10的形状利于提供相对恒定的 熔融金属流速（Q）（如参考表达式（1）讨论的），该熔融金属从双喷嘴组 件的每个喷嘴流出至铸造模具。如前面讨论的，相对恒定的流速（Q）不仅利 于模具铸造过程本身，还允许利用具有小开口的喷嘴，反过来，该小开口的喷 嘴易于实现对来自箱子10的熔融金属流的精确控制任务。尤其，该金字塔形 部分10b提供了浇注配置，其可以使盛装在箱子10中的熔融物的体积（V_T） 的大约75%从双喷嘴被浇注进一对铸造模具中，伴随着压头（H）只有50%的 相应的下降，并且流速（Q）只有30%的下降。本发明提供的流速（Q）和压 头（H）参数使熔融金属以恒定的方式经过该双浇注喷嘴中的每一个。

在本发明的一些实施例中，该单一的双喷嘴组件中的该对喷嘴不必 有相同的尺寸。

可以在图10所示的熔融金属保温和浇注箱10的外部提供刻痕 10c，用以定位成像装置，其用于决定什么时候两个浇注杯中的每一个中的熔 融金属已经达到要求的水平面，该浇注杯由例如美国专利号为4，744，407的 专利公开的单一的双喷嘴组件中的开口喷嘴填满。

以优选实施例和实施方式对本发明进行了描述。除了那些明确陈述 的之外，等同、替换和修改是可能的，并且在本发明的范围之内。