[發明專利]用于最小化直接冷激鑄造鋁鋰合金時的爆炸可能性的方法和裝置

有效

• 申請號: 201380037685.0
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN104470654B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: R·V·提拉克;R·W·維爾茨;R·M·斯特雷格勒
• 申請（專利權）人: 美國阿爾美有限公司
• 主分類號: B22D11/00
• 分類號: B22D11/00;B22D11/14;B22D11/049
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 柳愛國

技術領域

鋁鋰合金的直接冷激鑄造。

背景技術

自1938年由美國的Aluminum Company(現在的Alcoa)發明直接冷激(“DC”)鑄造以來，傳統的(不含鋰)鋁合金在開底模具中半連續地鑄造。自那以后對方法進行了許多修改和改變，但是基本的方法和裝置仍然類似。鋁鑄錠鑄造領域的技術人員能夠理解新的創新以改善方法，同時仍然保持其主要功能。

美國專利No.4,651,804描述一種更現代的鋁鑄坑設計。略高于地面安裝金屬熔爐并且鑄模處于或接近于地面已成為標準慣例，并且當鑄造操作進行時將鑄錠降低到含水鑄坑中。來自直接冷激的冷卻水流動到鑄坑中并且從鑄坑中連續地被去除，同時在鑄坑內留下永久深水池。該方法目前仍在使用，并且在全世界每年大概有超過5百萬噸的鋁及其合金是通過該方法生產。

不幸的是，使用這樣的系統存在緣于“滲漏”或“漏出”的固有風險。在正鑄造的鋁鑄錠未在鑄模中適當地固化并且允許以液態非期望地和過早地離開模具的情況下會發生“滲漏”或“漏出”。在“滲漏”或“漏出”期間，與水接觸的熔融鋁能夠由于以下的原因而導致爆炸：(1)由將水加熱到>212°F的鋁的熱質量產生的水到蒸汽的轉化；或(2)熔融金屬與水的化學反應，導致引起爆炸性化學反應的能量釋放。

使用該方法在全世界當“滲漏”或“漏出”發生時有多次爆炸，其中熔融金屬從出自模具的鑄錠的側部和/或從模具的邊界脫離。因此，已執行相當多的實驗工作以建立用于DC鑄造的最安全可能條件。最早并且可能最好的已知工作由美國Aluminum Company的G.Long(“水中熔融鋁的爆炸的原因和預防(Explosions of Molten Aluminium in Water Cause and Prevention)”，Metal Progress，1957年5月，第71卷，第107至112頁)(在下文中稱為“Long”)承擔，接著是進一步的研究和設計成最小化爆炸風險的行業“行為守則”的建立。這些守則一般由全世界的鑄造廠遵守。守則廣泛地基于Long的工作并且通常需要：(1)永久保持在鑄坑中的水的深度應當至少為三英尺；(2)鑄坑內的水位應當低于模具至少10英尺；以及(3)鑄造機和鑄坑表面應當清潔、無銹并且涂覆有可靠的有機材料。

在該實驗中，Long發現在鑄坑中的水池具有兩英寸或以下的深度的情況下，不發生很猛烈的爆炸。而是改為較少地發生足以從鑄坑排出熔融金屬并且將該熔融金屬以危險方式分配到鑄坑外部的爆炸。因此如上所述的行為守則要求將具有至少三英尺深度的水池永久地保持在鑄坑中。Long得出結論，如果鋁/水爆炸將要發生，則必須滿足某些要求。尤其是當鑄坑的底表面被熔融金屬覆蓋時必須在鑄坑的底表面上發生某種類型的觸發動作，并且他提出該觸發是由于在輸入的金屬下方截留的很薄的水層突然轉化為蒸汽而引起的輕微爆炸。當在鑄坑的底部有脂、油或涂料時能夠防止爆炸，原因是用于觸發爆炸所必需的薄水層不會以與無涂層表面相同的方式被截留在熔融金屬下方。

在實踐中，至少三英尺的推薦水深通常用于豎直DC鑄造，并且在一些鑄造廠中(特別是在歐洲大陸的國家)，與以上的推薦(2)相比，水位很接近模具的下側。因此用DC方法進行鑄造的鋁工業已選擇為了安全而永久保持鑄坑中的深水池。必須強調的是行為守則是基于經驗結果；在各種類型的熔融金屬/水爆炸中實際發生的情況還無法完全理解。然而，對行為守則的重視已經能夠確保實際上肯定避免在鋁合金的“漏出”事件中發生意外。

在過去的幾年里，越來越關注包含鋰的輕金屬合金。鋰使熔融合金更易于反應。在“Metal Progress”中的上述文章中，Long提到由H.M.Higgins進行的早先工作，H.M.Higgins針對包括Al-Li的多種合金報告鋁/水反應情況并且推斷“當熔融金屬以任何方式分散在水中時，Al-Li合金經歷強烈反應”。(美國的)Aluminum Association Inc.也宣布當通過DC方法鑄造這樣的合金時有特別的危險。美國的Aluminum Company已公布試驗的視頻錄像，其演示這樣的合金在與水混合時會很猛烈地爆炸。