專利名稱：用于金屬棒料水平鑄造和切割的設備和方法
技術領域：
本發明涉及用于金屬棒料例如鋁棒料連續鑄造的水平鑄造設備，背景技術金屬棒料通常采用垂直直接激冷鑄造作業以及水平鑄造方法進行生產。在美國專利No. 3， 630， 266中描迷了 一種典型的水平鑄型。水平鑄造在能夠連續地生產棒料方面具有優勢，但結果是需要專 用裝置以確保連續平穩地拔出棒料并將其切割成一定長度而不中斷該連續工藝。Gordon和Scott的加拿大專利No. 868， 197中描述一種用于鑄造鋁 棒料的水平鑄造機。該水平鑄造機包括多個用于使該鑄造棒料移動的 夾緊滾子以及用于把棒料切成多種長度的飛鋸.在Klotzbficher等的美國專利No. 4,212,451中，水平鑄造機與一 臺均化爐協同使用。還用一臺飛鋸來切割鑄造棒料，其中棒料夾持器 與鋸工作臺成一整體并與它一起行進。Peytavin等的美國專利No. 3, 835, 740中描述了一種用于切割棒料 的旋轉鋸，其中棒料按照一個與該鋸相對的方向進行旋轉.在Bryscm的美國專利No. 4， 222， 431中，多條帶溝槽的側夾緊帶被用來夾緊一個水平鑄件扁坯的多個側邊緣以便使該扁坯向前運動.Dore等的美國專利No. 3, 598, 173中描述了一種水平鑄造機，它在 一個與滾子型荷栽裝置一起的鏈條驅動裝置上使用多個"V"形溝槽塊 以便從水平鑄造機取出棒料。本發明的目的在于提供一種用于水平處理和切割鑄造棒料的改進 系統，所述改進系統能夠導致棒料質量的提高。 發明內容本發明主要涉及一種用于金屬棒料連續鑄造的設備，包括 一個 具有入口端和出口端的水平鑄型。所述設備包括用于將熔融金屬輸送 到該鑄型入口端的供應流槽以及用于接收來自該鑄型出口端的鑄造棒 料的水平傳送器。 一臺活動切割鋸是可操縱的以便與該傳送器同步運 動從而在該連續棒料被支承在所述傳送器上的同時將其切割成多種長 度。優選在該活動切割鋸下游設置第二水平傳送器以便支承該棒料并 保持住該金屬棒料的多個切下部分.根據本發明的一個實施例，所迷水平傳送器包括至少一個定位在 所述鑄型和所迷切割鋸之間的彈性、連續的"V"形支座.該"V"形 支座為該棒料提供兩點對齊支承，從而防止該棒料沿水平或垂直方向 產生偏移，該"V"形支座通常呈彈性材料連續帶的形式，但也可包括 在一條連續金屬帶上的多個彈性材料"V"形塊或在一條連續彈性帶上 的多個"V"形金屬塊。所述彈性材料通常是一種天然或氯丁橡膠組合 物并且優選是相對不可壓縮的.為了保持該連續帶的精確對齊，所迷連續帶優選包括一個連續槽， 該槽在該帶的底面內沿縱向定位并適于在一個固定、低摩擦支座上進 行輸送，該低摩擦支座被制成相符輪廓以便與該槽的輪廓匹配.同樣 為了保持對齊，所述帶優選由驅動帶輪進行驅動，該帶輪帶有溝槽以 便卡住該帶的多個外邊緣。根據本發明的另一個實施例，由于該"V"形支座如上所述沿水平 和垂直位置均精確固定，因此鑄型被可調節地安裝在一個支座上，借 此該鑄型能夠在垂直、水平、傾斜和偏轉方向上進行調節。通過使該 鑄型與該"V"形支座的中心對齊，任意尺寸的引出棒料會正確地位于 該"V"形內的兩個支承點上。只要保持住該兩點支座，通過改變該"V"形的角度和/或該支座的軸線(即自垂直方向)，該支座就可適應于多種棒料形狀。根據一個優選特征，也可利用鑄型的上述可調節性以便允許該棒 料位置在作業期間被垂直或傾斜地偏移，從而允許在按水平方向鑄造 期間潤滑劑/氣體發生不均勻逸散。根據本發明的又一個的實施例，所述鋸是一臺被設計成按恒定轉 速進行切割的飛鋸。設置一個可變速度驅動裝置來推進該旋轉鋸通過 鑄造棒料，還設置一個適于相反于該鋸通過棒料的運動方向起作用的 阻力荷栽裝置。在作業中，該鋸的旋轉速度被編程為在該鋸片接近棒 料表面時遞增至預先確定的恒定切割速度并且在切割完成情況下遞 減。該阻力荷栽適于阻抑在該飛鋸進入和退出棒料時移動速率的減速 和加速。該阻力荷栽也可充當一個安全裝置，如果動力喪失就采用抬 升鋸片的方法避開工作。該飛鋸優選被安裝在一個可沿棒料輸送方向進行運動的已公知類 型的滑架上，并且設置一個驅動裝置以便相對于該飛鋸上游的傳送器 速度以一預定速度運動該滑架.因此，在使用中該鋸滑架被定位在它的上游盡頭位置，并且為了起動切割而被加速到該"V"形支座的移動速度并在切割開始之前與該驅動裝置同步.在完成該切割時，該鋸滑 架和該下游水平傳送器相對于上游水平傳送器被加速，并且該鋸滑架的加速小于下游"V"形支座的加速。這就造成下游棒料切斷部分與上游引出棒料切割端部隔開一個預定值，此時該鋸滑架停止運動而且該 鋸滑架重新定位在其上游位置，并且該下游傳送器速度與該上游傳送器速度同步。根據本發明的一個優選特征，該引出棒料借助于一系列下壓在該 棒料上的滾子而牢固地保持與該水平傳送器相接觸，因此所述一系列 滾子形成多個滾子夾持器，該鋸滑架被安裝在一對軌道上，所述軌道與多個棒料支承傳送器 對齊但與它們相隔開，而且該鋸滑架被一種傳統類型的線性致動器沿 與鑄造方向相平行的方向受到驅動，該引出棒料從來不堅固地固定在該鋸滑架上，而是通過鋸自身和 通過多個滾子夾持器接觸所述鋸滑架。作為本發明特征的多個彈性支座以及鋸機構和運動的隔離的結合 對于將來自切割和傳送作業的低頻和高頻振動傳至鑄型減至最低程度 是有效的。已經發現，從水平鑄造機中引出的棒料表面質量不僅受鑄 型設計和操作的影響，而且也受到傳遞至引出棒料正在凝固表面的低 率和高頻率振動的影響，因此本發明能夠獲得改善的棒料表面質量.
圖l是根據本發明的棒料水平連續鑄造設備的正視圖；圖2是圖1所示設備的一部分的等軸視圖，圖中示出了笫一傳送器部分；圖3是圖1所示設備的另 一部分的等軸視圖，圖中示出了棒料切割部分；圖4是更詳細地顯示出困3中的一部分的等軸視圖； 圖5是圖4中所示的棒料切割部分的端視困； 圖6是困3中所示的棒狀切割部分的另 一端視圖； 圖7是圖1所示設備的一部分的等軸視圖，圖中示出了第二傳送器 部分；圖8是"V"形帶和支座的剖視圖；圖9是一個驅動帶輪的部分截面的正視圖；圖IO是用于鑄造圃柱形棒料的鑄型組件的等軸視圖11是示出多個分開的棒料切割部分的示意側視圖；而 圖12是示出根據本發明的切割作業操作程序的流程圖.具體實施方式
在圖1中總體地顯示出本發明的一個優選實施例，其中鑄造站包括 一個熔融金屬供應流槽10、 一個鑄型11以及一個在該流槽和鑄型之間 的可拆卸的金屬傳遞部段12,該連續鑄造作業自身以及用于這一用途 的鑄型不構成本發明的重要部分，所以對此將不作詳細討論.當然， 應該理解，引出和連續鑄造的多根棒料會在它們受到下游處理的時間 點以前充分凝固，因而該鑄造金屬棒料的物理構造或表面質量特征不 會受到有害影響。在2003年U月11日提出的、并且轉讓給本發明同 一受讓人的題為"Horizontal Continuous Casting of Metals"的未 審定的申請No. 10/735， 076中更加充分地描述了適合的鑄型，該專利 申請的披露內容被收編于此作為參考，而在2003年U月ll提出的、 并且轉讓給本發明同一受讓人的題為"Heated Trough for Molten Metal"的未審定的申請No.l0/735， 075中更加充分地描述了適合的金 屬供應流槽和傳遞部分，該專利申請的披露內容被收編于此作為參考.該鑄造站包括鄰近鑄型11出口的第一傳送器13。該第一傳送器和 鑄型被安裝在一個下支架14上，從而形成一個模件部分.第一傳送器模件的下游是帶有飛鋸15的切割模件，該飛鋸被安裝 在它自身的下支架16上。再往下游是一個同樣被安裝在自身的下支架l8上的笫二傳送器 17。這些下支架相互連接以便保證該系統的良好對準。圖2是第一傳送器模件的等軸視圖'圖中示出了一種特別優選的設 計，其中可以按該系統的"左手"和"右手"構型鑄造兩根相鄰的棒料。
一根連續的圃柱形棒料20從鑄型11內引出并受到第一傳送器13 的支承，所述第一傳送器包括一根由驅動帶輪23和空轉帶輪24承栽 的"V"形帶".空轉帶輪"可包括一個用以在帶22內提供適當張緊 力的水平調節裝置25。棒料20借助于一個或更多滾子夾持器26牢固 地保持緊靠在帶22上.該切割模件可結合參照圖3至6進行理解.圖3示出了用于雙股系 統的切割模件的等軸視圖。為了清楚起見，該模件從該傳送器模件的 該機器相對側面進行顯示.圖4更詳細地顯示圖3中的一個部分，并且為了清楚起見而去掉了一些部件。該切割模件包括一個鋸支座(框 架)30，它能在與鑄造方向平行的多根軌道32上自由運動.該鋸支座 包括多個滾子支座34和滾子夾持器36，以便在該鋸接觸棒料20的同 時支承該棒料，而不使用如同現有技術裝置中所用的實心夾緊裝置. 鋸馬達48和鋸片40自身以偏離水平面45。的角度被支承在多根軌道38 上。因此鋸片40按照橫切該棒料并以自該水平面偏轉45。角的方向進 行運動。帶有附加鋸片40的鋸馬達48借助于致動器42沿著該45°角在軌道 38上進行運動并且克服阻力荷栽44,該阻力荷栽可以機械或氣體彈簧 的形式存在.氣體彈脊44是一個高壓缸，它不僅能產生一個用于該鋸進給的阻 力荷栽，還能對該驅動機構內任何沖擊產生阻抑功能。致動器42用一 個電磁耦合器46保持在該鋸支座上.萬一發生緊急情況停車，電磁扭 合器46斷開，因而使致動器42脫開與該鋸馬達的連接，于是該鋸片 和氣體彈簧44 (不再以對抗該致動器方式進行工作)能使該鋸馬達和 鋸片返回到原始位置。在切割作業期間，頂住棒料20表面產生的力基本向下，如困6所
示。鋸片40沿著箭頭50所示方向進行旋轉，并且在鋸驅動裝置和相 對氣體彈簧的作用下沿照箭頭51方向進行運動.所產生的鋸片荷栽52 處于一個大致朝下的方向，在此處它與來自"V"形滾子34的多個接 觸點54的荷栽是相對的.圖7示出了按照與第一傳送器模件相對齊的形式進行取向的第二傳 送器模件的等軸視圖。第二傳送器模件17包括又一根用于承栽棒料20 的割去部分的"V"形傳送帶56，所述帶56由一個驅動帶輪57和一個 空轉帶輪58進行承栽。棒料20借助于另一些滾子夾持器59牢固地保 持處于與帶56相接觸的狀態.該第二傳送器支承該棒料在完成鋸切后 的多個切割部分，并將它們輸送到一個遞出工作臺(未顯示)或類似 的產品處理裝置.該第二傳送器模件還方便地保持用來在作業期間控制該鑄造站的控制設備。圖8和9更加詳細地示出了棒料在該"V"形支座中的裝栽方式. 對于第一傳送器而言，該"V"形支座被更加詳細地顯示在困8中，其 中終止于底部狹槽66的"V"形支座60被顯示處于帶22的頂面內， 而一個凹槽部分61被顯示處于該帶的底面并位于帶22外邊緣的脊部62 之間。 一個例如用潤滑劑浸漬尼龍形成并由一個支承框架64承栽的低 摩擦支座63與多個脊部62和凹槽61緊密配合以便使該帶能可靠地阻 止橫切輸送方向的運動。圖9中示出了一個驅動帶輪23的細節，借助于多個驅動帶輪溝槽 65， "V"形帶22能阻止進行任何橫向運動。可以理解，第二傳送器 也按照類似的方式受到支承和被穩定住。如圖10所示，鑄型11能沿垂直和橫切方向進行運動，也能夠傾斜， 以便保證與第一傳送器帶很好地對齊，這借助于將鑄型安裝在一個支 承組件67中而實現，支承組件67包括一塊具有用來接納該鑄型的孔69
的前支承板68 金屬通過入口 70送入.板68借助于多個可調夾緊螺 栓74被保持在一塊后板72上。在多個夾緊螺栓74松開的情況下，板 68能借助于機構75上下運動或借助于機構76水平運動或措助于機構 77a和77b傾斜和偏轉。
優選通過多個伺服驅動系統對所有運動進行控制。"V"形帶驅動 裝置優選是由伺服運動控制器驅動的兩級減速齒輪箱.鑄型垂直調節 裝置、鋸滑架進給裝置和鋸片進給裝置優選都是由伺服運動控制器驅 動的螺旋致動器，優選通過伺服運動控制器對所有速度、運動和位置 進行控制。
該"V"帶驅動裝置可借助于被稱作凸輪控制的伺服過程來驅動. 上游的"V"帶驅動裝置被認為是主動裝置而下游的驅動裝置為從動裝 置。該從動裝置被裝備用以配合該主動裝置(上游驅動裝置)的運動 直到被指示按另一種方式為止， 一個變型實例為在鋸切割過程中， 下游驅動裝置加速以便將棒料與該鋸和上游產品分開.
通過參照示意圖11和流程困12能更好地理解該切割作業.笫一傳 送器13被用來從鑄型中拔出鑄造棒料20，并且其速度根據對于特定合 金和鑄型的鑄造實踐設置為一個目標速度.保持棒料20緊靠第一傳送 器的滾子夾持器26之一包括一個具有傳統結構的速度編碼器，而且將 來自這個編碼器的測得速度與傳送器13驅動裝置的速度進行比較.一 旦該滾子速度小于該傳送器速度，可以設想該棒料正在該傳送器上"滑 動"，于是可起動迅速關閉程序，這在2003年12月ll提出的、并且 轉讓給本發明同一受讓人的題為"Method and Apparatus for Starting and Stopping a Horizontal Casting Machine" 的未審定的申請 No. 10/735, 074中得到更加充分的描述，該專利申請的披露內容被收編 于此作為參考。 使用傳統控制裝置對第二傳送器17的速度進行控制，從而與第一 傳送器13的速度(主動)同步(從動)，除了在下文描述的一個切割 程序的加速階段之外，在鋸片與棒料接觸實際時間段內的一個實際切割程序期間該鋸滑架速度同樣是同步的，在作業中，如同流程圖12所示，該鋸滑架被運動到一個在將進行 切割位置上游的預定位置處.該滑架和鋸沿棒料傳送方向被加速直到 該鋸和滑架以與該傳送器上承栽的棒料精確地相同的速度進行運動為 止。此時，該鋸開動以便完成該棒料的切割。 一旦切割完成，下游傳 送器17和該鋸滑架的速度相對于該上游傳送器的速度得到加速，而且 該鋸滑架的加速低于該下游傳送器的加速。這個動作直到下游棒料切 割部分20a離開上游部分20b為止，如圖11所示.此時該鋸滑架停止 運動，該鋸縮回并且該滑架重新定位在其上游位置，而且下游傳送器17 的速度與上游傳送器13的速度重新同步，
權利要求
1. 一種用于金屬棒料連續鑄造的設備，包括 一個具有入口端和出口 端的氷平鑄型； 一個用來將熔融全屬輸送到該鑄型入口端的供應流槽； 一個用于接收來自該鑄型出口端的鑄造棒料的水平傳送器；以及一臺 活動切割鋸，所述切割鋸是可操縱的以便與該傳送器同步運動從而在 該連續棒料在所述傳送器上運行的同時將其切割成多種長度，其特征 在于，所述水平傳送器包括至少一個定位在所述鑄型和所迷切割鋸之 間的彈性、連續的"V"形支座。
2. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述連續"V"形支座包 括一條環帶。
3. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述鋸為一臺飛鋸.
4. 根據權利要求3所述的設備，其特征在于，包括至少一個彈性"V"形支座的另一個水平傳送器被定位在該飛鋸的下游。
5. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所迷"V"形支座包括一 根由彈性材料形成的連續"V"形帶。
6. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述"V"形支座包括一 系列被安裝在一根連續金屬帶上的彈性"V"形支座.
7. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述"V"形支座包括一 系列被安裝在一根連續彈性帶上的金屬"V"形支座.
8. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述"V"形支座包括一 根具有連續槽的連續帶，所述槽沿縱向在該帶底面內取向并且適于在一個固定的低摩擦支座上進行輸送，所述低摩擦支座被制成相符輪廓以便與該槽的輪廓匹配。
9. 根據權利要求2所迷的設備，包括一個帶有多個用于接合該環帶的 溝槽的驅動帶輪。
10. 根據權利要求9所述的設備，其特征在于，所述環帶受到至少 一個另外的帶輪的支承，而且在多個所述帶輪之間具有張緊裝置.
11. 根據權利要求10所述的設備，包括一個連接在所述驅動帶輪上 的馬達驅動裝置.
12. 根據權利要求4所述的設備，包括用于使該飛鋸上游和下游的 傳送器的速度同步的裝置，
13. —種用于金屬棒料連續鑄造的設備，包括 一個具有入口端和 出口端的水平鑄型； 一個用來將熔融金屬輸送到該鑄型入口端的供應 流槽； 一個用于接收來自該鑄型出口端的鑄造棒料的水平傳送器和一 臺活動切割鋸，所述切割鋸是可操縱的以便與該傳送器同步運動從而 在該連續棒料在所述傳送器上運行的同時將其切割成多種長度，其特 征在于，所述傳送器提供一個用于該棒料的"V"形支座，所迷支座處 于一個固定的水平和垂直位置，并且所述鑄型被可調節地安裝在一個 支座上，借此所述鑄型可沿垂直、水平、傾斜和偏轉方向進行調節.
14. 根據權利要求13所述的設備，包括至少一個滾子夾持器，所述 滾子夾持器被設置用以在鑄造和鋸割期間頂住該"V"形支座以便在該 棒料上施加一個向下的壓力.
15. 根據權利要求13所述的設備，其特征在于，所述鑄型可調節的 安裝適于產生垂直偏移，借此從該鑄型中釋放出氣體/潤滑劑.
16. —種用于金屬棒料連續鑄造的設備，包括 一個具有入口端和 出口端的水平鑄型； 一個用來將熔融金屬輸送到該鑄型入口端的供應 流槽； 一個用于接收來自該鑄型出口端的鑄造棒料的水平傳送器和一 臺活動切割鋸，所述切割鋸是可操縱的以便與該傳送器同步運動從而在該連續棒料在所述傳送器上運行的同時將其切割成多種長度，其特 征在于，所述鋸是一種飛鋸，它具有一個用于推進該正在旋轉的鋸通過所述鑄造棒料的驅動裝置以及一個適于提供與該鋸通過所述棒料的 運動方向相反的荷載的阻力荷栽裝置。
17. 根據權利要求16所述的設備，其特征在于，所迷阻力荷栽裝置 包括機械或氣體彈簧。
18. 根據權利要求17所述的設備，其特征在于，所述飛鋸被安裝在 可沿所述棒料輸送方向進行運動的滑架上，并且設置用于以一個以該 飛鋸上游傳送器速度為基準的預定速度使該滑架的進行運動的驅動裝置。
19. 根據權利要求18所述的設備，其特征在于，所述阻力荷栽裝置 適于阻抑在進入和退出所述棒料時該飛鋸輸送速率的減速和加速.
20. —種用于控制與連續鑄造機相關聯的飛鋸切割的方法，其中所 述鑄造機包括一個用于鑄造金屬棒料的金屬鑄型； 一個在該鑄型和該 鋸之間的上游棒料傳送器，所述鋸是一個安裝在框架上的旋轉鋸；以 及一個在該鋸下游的下游棒料傳送器，所述下游傳送器以與所述上游傳送器的速度同步的速度進行運動，所述用于控制所述切割的方法包 括以下步壤；(a )運動所述鋸框架以便將該鋸定位在要進行切割位置上游的一個 預定位置處，(b)加速所述框架和鋸，從而使得它們以與該上游傳送器相同的速 度進行運動，(c )旋轉該鋸并使其垂直于所述棒料進行運動以便切割通過所述棒 料，(d) 在完成所述切割之后，相對于該上游傳送器加速該下游傳送器，(e) 相對于該上游傳送器加速所迷框架和鋸，但其低于該下游傳送 器的加速，且(f)在所述棒料的切割面已被分開預定量之后，將該鋸返回到其原 來的上游位置，停止該框架的運動并將它返回到其開始位置，并 使所述下游傳送器的速度相對于所述上游傳送器重新同步。
全文摘要
一種用于金屬棒料連續鑄造的設備，包括一個具有入口端和出口端的水平鑄型。所述設備包括用于將熔融金屬輸送到該鑄型入口端的供應流槽以及用于接收來自該鑄型出口端的鑄造棒料的水平傳送器。一臺活動切割鋸是可操縱的以便與該傳送器同步運動從而在該連續棒料被支承在所述傳送器上的同時將其切割成多種長度。該棒料受到彈性支承并且該鋸機構是隔振的，以至于將來自切割和傳送作業的低頻和高頻振動向鑄型的傳遞減至最小程度。
文檔編號B26D1/56GK101124057SQ200480037052
公開日2008年2月13日 申請日期2004年12月9日 優先權日2003年12月11日
發明者J·D·特雷弗里, J·S·廷蓋, J·博爾曼, J·漢比, M·科斯米基, W·L·鮑爾斯 申請人:諾維爾里斯公司