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离心 铸造方法和装置

阅读：93发布：2021-07-03

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权利要求

1.一种由一容器的熔融金属离心铸造物体的方法，所述熔融金属具有液相临界温度，并且在被浇注时具有浇注温度，所述方法包括：
测量在所述容器中的所述熔融金属的所述液相临界温度；
将所述熔融金属浇注到槽中，以将所述熔融金属传送到旋转模具；
测量浇注到所述槽中的所述熔融金属的所述浇注温度；
基于测量到的所述液相临界温度和测量到的所述浇注温度，计算所述熔融金属的流动性；
使所述模具相对于所述槽移动，以将熔融金属布置到所述模具中，其中，所述移动基于所计算的所述流动性来控制，以将一定体积的熔融金属传送到所述模具，以根据预定规格铸造所述物体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述移动根据转换函数来控制，所述转换函数将流动性与用于关于所述模具的所述预定规格的物体的体积需求关联。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述转换函数为经验上得到。
4.根据权利要求2和3中任一项所述的方法，其中，所述浇注步骤包括预定的时间期间，并且其中，所述转换函数包括多个等式，每个所述等式对应于所述时间期间的标识节段。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述等式选自由以下组成的组：
(a)第一延迟等式，对应于从熔融金属离开所述槽的端部时直到预定体积的熔融金属被布置在所述模具中的时间节段；
(b)第一加速度等式，对应于在预定体积的所述熔融金属到达所述模具之后，所述熔融金属在所述槽中的流动速度增大的时间节段；以及
(c)第一减速度等式，对应于在所述容器停止将熔融金属浇注到所述槽之后，所述熔融金属在所述槽中的所述流动速度减小的时间节段。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述转换函数还包括以下的至少一者：
(a)第二加速度等式，对应于所述熔融金属在所述槽中的所述流动速度增加小于在对应于所述第一加速度等式的时间节段期间的时间节段；
(b)第二减速度等式，对应于所述熔融金属在所述槽中的流动速度还相对于对应于所述第一减速度等式的时间节段减小的时间节段；或者
(c)第二延迟等式，对应于从所述时间期间的结束直到停止将熔融金属从所述槽布置到所述模具中的时间节段。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述模具具有多个部分，每个所述部分具有体积需求，所述时间期间的标识节段对应于每一所述部分。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，将多个容量的熔融金属铸造成物体，每一容量的熔融金属具有一种化学组分，其中，所述熔融金属的所述化学组分从第一容量到第二容量是可变的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述容器容纳足够体积的熔融金属以铸造多个物体，并且将铸造单个物体的第一体积的所述熔融金属运输到所述容器，并且在每一次浇注熔融金属用于铸造每个所述物体时，测量在所述容器中的所述熔融金属的所述浇注温度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，对于多个物体的这种铸造，对所述熔融金属的所述容器的所述液相临界温度仅仅测量一次。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物体为管子，且所述金属为铁的合金。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模具包括多个部分，所述多个部分包括钟形部、套管筒和所述钟形部与所述套管筒之间的桶体部。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述移动根据转换函数来控制，所述转换函数将流动性与用于具有预定规格的钟形部、套管筒和桶体部的管子的体积需求关联。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述预定规格包括所述管子的壁厚。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述预定规格包括所述管子在沿着所述管子的长度的预定间隔处的壁厚。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述预定间隔处的所述壁厚选自由以下组成的组：在限定公差范围内的恒定厚度；在预定公差范围内的可变厚度。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定规格包括具有在管子的长度的至少一部分上改变尺寸的截面的所述管子。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述转换函数包括多个等式，至少一个等式对应于所述模具的每个部分。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述等式包括：
(a)标志延迟时间等式；
(b)钟形部加速度等式；以及
(c)套管筒减速度等式。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括以下至少一者：
(a)第二钟形部加速度等式；
(b)第二套管筒减速度等式；或者
(c)套管筒检查等式。
21.一种用于由熔融金属离心铸造物体的装置，所述熔融金属具有液相临界温度，并且在被浇注时具有浇注温度，所述装置包括：
旋转模具；
槽，用于接收从容器浇注的熔融金属并将熔融金属传送到所述模具中；
驱动系统，用于使所述槽或所述模具相对于另一者移动；
控制器，用于控制所述驱动系统；
计算机，用于为所述控制器编程，以控制所述驱动系统来提供所述模具和所述槽相对于彼此的规定的移动；
第一温度传感器，用于测量所述熔融金属的所述液相临界温度；以及
第二温度传感器，用于测量所述熔融金属的所述浇注温度；
其中，所述计算机根据所述测量到的液相临界温度和所述测量到的浇注温度计算所述熔融金属的流动性，所述计算机编程有转换函数，所述转换函数将用于在所述模具上铸造预定规格的物体的熔融金属的流动性与体积需求关联并对应于所述槽和所述模具的相对移动，以及所述计算机为所述控制器编程，以根据所述体积需求控制所述驱动系统来产生所述相对移动，以将熔融金属布置到所述模具中。
22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述驱动系统包括致动器，以使所述模具或所述槽在移动的固定范围内来回地移动。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述致动器包括液压装置、电动机、链接到引擎的皮带传动或链传动联动装置。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的装置，其中，所述槽与所述模具均相对于彼此移动。
25.根据权利要求21所述的装置，其中，所述第一温度传感器为热电偶。
26.根据权利要求25所述的装置，其中，所述热电偶包括一次性杯子。
27.根据权利要求21所述的装置，其中，所述第二温度传感器为双色红外高温计。
28.根据权利要求27所述的装置，其中，所述双色红外高温计与所述计算机通信。
29.根据权利要求21所述的装置，其中，所述第一温度传感器为包括一次性杯子的热电偶，且所述第一温度传感器与所述计算机通信。
30.根据权利要求21所述的装置，其中，所述控制器为从所述计算机接收命令的可编程逻辑控制器。
31.根据权利要求21所述的装置，其中，所述槽为朝向所述模具向下倾斜并轴向延伸到所述模具的内部中。
32.根据权利要求21所述的装置，其中，所述容器为机器浇包。

说明书全文

离心 铸造方法和装置

技术领域

[0001] 本发明通常涉及离心铸造金属物体的领域，更具体地，涉及离心铸造铁管的领域。

背景技术

[0002] 金属物体(特别是铁管)的离心铸造过程是众所周知的并且已经实践了差不多一个世纪。离心铸造机包括传送系统(例如槽)和旋转模具。将熔融铁从机器浇包浇注到槽中。槽通常轴向地延伸到旋转模具的内部中。模具的一个端部通常包括芯部(例如砂芯)，以精确地成形所谓的管子的钟形部。管子的另一个端部被称为套管筒，在两端中间的细长部分是桶体部。熔融铁在重力的影响下沿槽流下。模具和槽相对于彼此移动，以利用铁通常从钟形端部沿着桶体部到套管筒填充模具。随着模具旋转，离心力将铁以相对均匀的方式围绕模具圆周地布置。通常，如现有技术中已知的，铸造机经由液压机构或其它的机械机构来移动，以如所期望地布置铁。

[0003] 炉料混合物(即用于铸造厂的原料来源，例如废铁)的变化、焦炭和化铁炉操作引起了熔融铁温度和化学组分的变化。这反过来引起了铸造每一根管子的熔融铁的摩擦力、表面张力、热扩散率和流动性的变化，引起了对于模具而言铁的流动速度的不一致。即使利用由可编程逻辑控制器(programmable logic controller，PLC)所控制的液压系统，产物的均匀性和遵守规格可能难以实现。例如，管子的壁厚从一端到另一端可能是不均匀的。铸造操作员不能以及时的方式检测到影响壁厚均匀性的铁的改变，以便调整铸造机控制。使用来自回收来源或废弃来源的材料，在设施中不能成本有效地消除熔融铁成分的变化。

[0004] 熔融铁的成分的变化自身表现在熔融铁的液相临界温度和流动性。液相临界温度(liquidus arrest temperature，LA)为熔融金属改变相到固体状态时的温度。如果熔融金属的精确化学组分是已知的，可以计算出液相临界温度，但是组分可能是未知的。这是真实的，例如，在铸造厂中使用金属的废弃来源或其它回收来源，其含有不同量的关键化学品(碳、硅、和磷)，以及可能影响合金的流动性的大量的未知材料。

[0005] 液相临界温度的变化引起了熔融金属在给定的温度处的流动性的变化。流动性为熔融金属的技术特征，其指示了熔融金属流到模具中的程度。流动性由金属静压力来驱动并由表面张力、热扩散率和摩擦力来阻碍。如在铸造工业和如本文所使用的，术语“流动性”不同于物理学家的用法，物理学家使用这一术语作为粘度的倒数。流动性按照熔融金属(例如铁)将流动通过标准流动性螺旋图案直到凝固阻挡该流动的所流过的距离(英寸)来量化。

[0006] 熔融铁的流动性可以根据已知的等式按照碳当量或合成因子来表达。

[0007] 流动性＝14.9*CE+0.05T–155 (1)

[0008] 其中CE为称为碳当量的量，且T为浇注温度。CE可以表达如下：

[0009] CE＝％C+1/2％Si+1/2％P (2)

[0010] 根据以下等式，碳当量可以用来估计液相临界温度LA：

[0011] LA＝(CE–15.38)/(-0.005235) (3)

[0012] 然而，当熔融铁的化学组分改变时，例如当铸造过程使用废弃材料或回收材料而不是来自铸造厂的生铁用来熔融时，这种不同组合效应对液相临界温度产生影响，该影响并没有在上面的等式中说明并且它不再精确。

[0013] 随着时间过去，流动性对传送到模具的铁的体积产生决定性的影响。在利用来自初始倾斜的浇包的铁填充槽时，每单位时间内进入模具的铁的体积开始增加。在铸造过程的中期，铁到模具的体积传送速度通常达到稳定状态，然后浇包在浇注的结束时缩回，传送的铁减少。速度增大、实现体积稳定状态、和速度增小都是流动性的函数。

[0014] 流动性不仅仅受到液相临界温度的影响，还受到熔融金属的浇注温度的影响。多个物体可以由单一容器的熔融金属来铸造，并且金属随着时间冷却，使得用于最后铸造的熔融金属的流动性可能显著地小于用于第一个物体的来自同一炉的熔融金属的流动性。因此，如果铸造机移动从第一个物体到最后一个物体保持相同，则在铸造时，两个物体将很可能具有不同的物理特性，例如壁厚的差异。

[0015] 因此，流动性提出了复合问题。流动性可以随着组分改变而从一炉熔融铁到另一炉熔融铁改变，并且流动性可以随着熔融铁冷却在同一炉的一次浇注到另一次浇注改变。另外，待用在铸造中的熔融铁的实际流动性直到它被浇注到槽中才可以是已知的。

[0016] 现有的铸造机技术不能说明流动性的这些变化，并且不能基于沿着槽朝向模具向下行进的熔融铁的实际流动性提供任何方式来调整铸造机移动。因此，必须设置铸造机控制来说明接近最坏情况的流动性，以确保所有的管子在规格内。然而，这可能导致缺乏壁厚均匀性的管子，并且需要接受对于规格的较宽误差。因此使用现有技术铸造薄壁管子非常具有挑战性。

[0017] 因此，需要一种测量并说明每一铸造的流动性的改变的装置和方法，以便离心铸造具有均匀的结果并接近遵守预定规格的金属物体。

发明内容

[0018] 本发明的实施方式满足这些需要，但应当理解的是，不是所有的实施方式都满足每个需要。一个实施方式包括一种由一容器的熔融金属离心铸造物体的方法，其包括测量在所述容器中的所述熔融金属的液相临界温度，将所述熔融金属浇注到槽中，以将所述熔融金属传送到旋转模具，测量浇注到所述槽中的所述熔融金属的浇注温度，基于测量到的液相临界温度和测量到的浇注温度，计算所述熔融金属的流动性，以及使所述模具相对于所述槽移动，以将熔融金属布置到所述模具中，其中，所述移动基于所计算的流动性来控制，以将一定体积的熔融金属传送到所述模具，以根据预定规格铸造所述物体。在一个实施方式中，所述移动根据转换函数来控制，所述转换函数将流动性与用于关于所述模具的所述预定规格的物体的体积需求关联。例如，所述物体可以为具有规定的壁厚的铁管。

[0019] 另一个实施方式包括一种对将熔融金属的流动性与旋转模具的体积需求关联的控制等式进行开发的方法，以用于由从容器浇注的熔融金属离心铸造物体。所述方法包括记录在所述容器中的所述熔融金属的所述液相临界温度；将所述熔融金属浇注到槽中，以将所述熔融金属传送到旋转模具；记录浇注到所述槽中的所述熔融金属的所述浇注温度；使所述旋转模具相对于所述槽移动，以将熔融金属布置到所述模具中，其中，所述移动被控制成将一定体积的熔融金属传送到所述模具，以根据预定规格铸造所述物体；在铸造时记录表征所述移动的和所述物体的实际规格的一组预定的参数；以统计上显著多次地重复前述步骤；以及对所述所记录的参数、所记录的规格、和根据所述液相临界温度和浇注温度所计算的流动性执行回归分析，以产生关联所述参数、规格和流动性的控制等式。

[0020] 另一个实施方式包括一种用于由熔融金属离心铸造物体的装置，其包括旋转模具；槽，用于接收从容器浇注的熔融金属并将熔融金属传送到所述模具中；驱动系统，用于使所述槽或所述模具相对于另一者移动；控制器，用于控制所述驱动系统；计算机，用于为所述控制器编程，以控制所述驱动系统来提供所述模具和所述槽相对于彼此的规定的移动；包括热电偶的杯子，其与所述计算机通信，用于测量所述熔融金属的所述液相临界温度；以及高温计，用于测量所述熔融金属的所述浇注温度。所述计算机根据测量到的液相临界温度和测量到的浇注温度计算所述熔融铁的流动性。所述计算机编程有转换函数，所述转换函数将用于在所述模具上铸造预定规格的物体的熔融金属的流动性与体积需求关联并对应于所槽和所述模具的相对移动，以按照所规定的进行铸造。然后，所述计算机为所述控制器编程，以根据所述体积需求控制所述驱动系统来产生所述相对移动，以将熔融金属布置到所述模具中。附图说明

[0021] 本发明将参考某些实施方式和附图仅仅作为示例来阐述，其中：

[0022] 图1为铸造机的一个示例性实施方式，其形成了本发明的装置的一部分；

[0023] 图2为本发明的装置的一个实施方式的框图；

[0024] 图3A为从机器浇包浇注沿着槽向下行进到模具的熔融金属的一个示例性传送曲线；

[0025] 图3B为将铸造机移动与图3A的传送曲线关联以实现均匀的体积传送的示例性转换函数；

[0026] 图3C为根据图3B的转换函数和图3A的熔融金属传送曲线由铸造机移动实现的均匀的体积传送的曲线；

[0027] 图4为本发明的方法的一个实施方式的流程图，即确定组成转换函数的控制等式的过程，所述转换函数将熔融金属的流动性与模具的体积需求关联以在铸造机上铸造具有预定规格的物体；

[0028] 图5A至图5D为用于铸造铁管的示例性控制等式的图表，其根据图4的实施方式来开发；

[0029] 图6为本发明的方法的另一个实施方式的流程图，即离心铸造金属物体的过程；

[0030] 图7A至图7B为示出了铁管的壁厚的均匀性的示例性图表，其中图7A示出了根据本发明的实施方式的管铸造，图7B示出了根据现有技术的方法的管铸造；以及[0031] 图8为将铸造机移动与铁传送关联的示例性转换函数，其中存在用于管子的各个部分的多个传送速度。

具体实施方式

[0032] 本发明的实施方式提供了一种方法，用于甚至在熔融金属的精确的化学组分未知时，也能基于测量到的熔融金属的液相临界温度和其浇注温度，根据将铸造出物体所使用的熔融金属的流动性的函数，在离心铸造物体的过程中自动控制铸造机的移动。优选的实施方式计算用在每一次铸造中的熔融铁的流动性(说明从一次浇注到下一次浇注的变化)，并且实时确定由这种流动性的金属铸造所期望的规格的物体所需要的精确的铸造机移动，并针对这种铸造机移动使可编程逻辑控制器程序化，从而在将熔融金属浇注到输送系统之后且在它到达模具之前对铸造机移动动态地做出必要的调整。本发明的另外的实施方式提供了一种针对铸造机移动来确定熔融金属的流动性的转换函数的方法，用于在给定的铸造机中根据预定规格铸造特定物体。本发明的另一个实施方式包括实践前述方法的装置。

[0033] 本公开将关于离心铸造具有恒定壁厚的均匀直径的铁管的示例性应用，描述本发明的某些实施方式。本发明的实施方式可以容易地应用于生产变化的(逐渐缩减的)直径或横截面轮廓(例如六边形)的管子，其中壁厚沿着管子的长度而变化。还应当理解的是，通过使用已知的用于该合金的冶金关系代替如在本公开中描述的关于铁的这种关系，本发明的实施方式可以关于由其它合金的熔融金属离心铸造任何物体来进行实践。另外，提到铁应当被理解为提到铁的合金，通常包括大量的碳、硅、和磷，但其还可以包括大量可以影响其特性的的其它元素或化合物。本发明的方法和装置的实施方式理想地适合于由铁或其它的熔融金属在所期望的公差内铸造物体，铁或其它的熔融金属在该铸造过程中具有从一炉到另一炉地不同组分或未知的组分。

[0034] 图1示出了本发明的装置的示例性实施方式100。如图1中所示，铸造机5是现有技术中已知的典型的离心铸造机，其包括输送系统10，将一定量的熔融铁运输到旋转模具20中。在优选的实施方式中，输送系统10包括容纳熔融铁的机器浇包或其它容器25，和U形槽30。机器浇包25优选地每旋转度数分配恒定体积的铁。(然而，应当注意的是，本发明的方法可以使用任何类型的浇包，只要该浇包从一次浇注到下一次浇注提供一致的浇注曲线。)槽
30是略微向下倾斜并轴向延伸到模具20的内部中，终止在喷口35处。当机器浇包25倾斜时，熔融铁从浇包25的唇部流动，在重力的影响下，沿着槽30向下，流出喷口35并流入模具20中。模具20安装到驱动系统40。驱动系统40包括致动器45，以相对于输送系统10的固定端部(即喷口35)，在固定的移动范围内来回地移动模具。致动器45可以是现有技术中已知的移动模具20的任何类型，包括液压装置、电动机、链接到引擎或马达的皮带传动或链传动机械联动装置、它们的任意组合、或现有技术中用于移动模具的其它装置。在一些实施方式中，输送系统10通过驱动系统40相对于模具20纵向地移动，模具20保持固定就位。在本公开中，术语“铸造机速度”或“铸造机移动”指的是驱动系统40相对于模具20的移动(或其速度)，并且可以描述其中任一个部件或两个部件相对于另一个部件移动的装置。如图2中所示，在每个实施方式中，驱动系统40优选地由可编程逻辑控制器(programmable logic controller，PLC)50来控制，PLC从计算机系统55接收命令。铸造机还包括马达60，在铸造过程中，马达60使模具20旋转。因此，熔融铁经由输送系统10传送到旋转模具20，并且模具20相对于输送系统10移动，使得熔融铁沿着模具长度被布置一定体积，旨在提供具有预定规格(例如，包括壁厚)的铸造物体(如图所示，管子)。

[0035] 实施方式100还包括用于测量熔融铁的液相临界温度和浇注温度的仪器。由于熔融金属的化学组分可以从一炉到另一炉地改变，因此不能够直接计算液相临界温度。如现有技术中已知的，随着熔融金属冷却，液相临界温度(以及关于它的化学组分的信息)可以从其随着时间的温度变化的曲线(即它的冷却曲线)来确定。这一确定通常通过使用用于熔融金属的热分析的市场上可买到的一次性杯子(包括热电偶)来进行。将熔融金属浇注到杯子中，分析热电偶的输出来确定熔融金属的特性。在优选的实施方式中，由贺利氏电测骑士(Heraeus Electro-Nite)公司制造的QuiK-Cup QC 4010用来确定熔融铁的液相临界温度。如图2中所示，在优选的实施方式中，杯子65的输出由计算机系统55来采集。计算机系统55分析杯子65中熔融铁的冷却曲线，来确定液相临界温度。

[0036] 熔融金属的浇注温度(T)为从机器浇包25浇注到槽30中时的熔融金属的实际温度。现有技术中有许多用于测量熔融金属的浇注温度的已知仪器，并且任何这样的仪器都可以使用。在优选的实施方式中，使用双色红外高温计70。即使在样本流中存在造成封闭的烟和发射率的变化，高温计70也允许精确测量浇注温度。高温计70的输出被输入到计算机系统55中，优选通过将高温计直接耦合到计算机系统55上的数据采集或其它的输入端口。

[0037] 图3A示出了从输送系统10传送到模具20的铁的体积随着时间的示例性曲线。如由曲线的节段310所示出的，熔融铁首先越过机器浇包25的唇部浇注并沿着槽30向下行进时，铁的体积建立。如由节段320所示出的，随着循环继续，铁流达到恒定状态。如由节段340所示出的，随着机器浇包25在点330处缩回而接近铸造循环的结束时，铁流体积减小，然后停止。用于给定熔融铁(尤其来源于回收材料)的浇注的实际铁传送流动曲线非常难以预测，并且从一炉熔融铁到另一炉熔融铁地改变。因此，在一组给定规格的严格公差内铸造物体可能是困难的。

[0038] 如图3C中所示，在一个实施方式中，待铸造的物体是均匀壁厚的管子。如线380所示，壁厚是传送到模具的铁的函数，从而每单位距离传送的铁的体积应当在模具的长度上是恒定的，以提供均匀壁厚的管子。均匀的壁厚(或其它所期望的规格)可以通过根据转换函数控制输送系统10相对于模具20的移动来实现，该转换函数将铸造机5的相对移动的所需要的加速度、减速度、和速度与模具20的体积传送需求精确地关联，以实现所期望的规格。在图3B中示出了这种转换函数的示例，该示例示出了浇注机速度关联于槽30的喷口35的位置。如由曲线350所示的，浇注机在对应于管子的钟形部的部分S1中加速。如由线360所示的，在对应于管子的桶体部的部分S2中机器达到恒定速度。如由曲线370所示的，机器然后在对应于管子的套管筒附近的桶体部和管子的套管筒部分的部分S3中减速套管筒套管筒。在一个实施方式中，喷口在这些节段上的位置可以通过下面的等式来表征：

[0039] S1＝0.5*at2

[0040] S2＝vt

[0041] S3＝0.5*at2

[0042] 其中，a为铸造机的加速度，t为时间，以及v为速度。因此，PLC 50由计算机55来程序化以根据这种转换函数的输出控制铸造机5，来提供适当的移动以铸造具有所期望的规格的物体。

[0043] 在图8中示出了用于铸造机速度关联于槽30的喷口35的位置的另一个示例性转换函数。在这一转换函数中，存在用于管子的不同部分的多个加速曲线和减速曲线，以提供图3A中示出的铁传送曲线和图3C的均匀的管子厚度。如由曲线850所示的，铸造机首先以第一速度在对应于管子的钟形部的至少一部分的部分S1中加速。如由曲线855所示的，然后随着在槽中的铁的体积更慢地建立，机器在部分S2中减慢加速度的速率。如由线860所示的，在对应于管子的桶体部的部分S3中机器达到恒定速率。如由曲线870所示的，然后机器以第一速率在对应于管子的套管筒附近的桶体部的部分的部分S4中减速套管筒。如由曲线875所示的，然后随着在槽中的铁的体积减小，机器然后进一步在部分S5中增大减速度的速率。在一个实施方式中，在这些节段上，喷口的位置可以通过下面的等式来表征：

[0044] S1,S2＝0.5*at2

[0045] S3＝vt

[0046] S4,S5＝0.5*at2

[0047] 其中a、t和v具有与上述相同的意义。

[0048] 流动性是在与传送流动曲线(例如图3A中所示的)相关联的熔融金属移动的速度中关键性的决定因素。熔融铁的流动性可以根据液相临界温度和浇注温度来计算。转换函数可以被开发成将所计算的流动性与铸造机5的移动关联，以生产具有一组预定规格的物体。

[0049] 首先，必须计算流动性。等式(1)为用于根据碳当量计算流动性的标准等式：

[0050] 流动性＝14.9*CE+0.05T–155 (1)

[0051] 如所注意的是，来自回收材料的熔融铁中的未知化合物的存在排除了依赖标准公式(等式(2))精确地计算碳当量。然而，用于确定熔融铁的合成因子的等式可以通过在给定的环境中熔融铁的热特性的多重回归分析来确定，用于确定熔融铁的合成因子可以替代等式(1)中的碳当量的值。这种回归分析通过用于熔融铁的热分析的一次性杯子(例如杯子60)的制造商来执行。贺利氏电测骑士公司，作为优选用作杯子60的QuiK-Cup QC 4010的制造商，提供了下面的等式，该等式根据多重回归分析进行开发，用于根据在QC 4010杯子中测量到的液相临界温度计算熔融铁的合成因子：

[0052] CF＝14.45–0.0089*((LA–32)*0.5556) (4)

[0053] 其中LA为测量到的液相临界温度(以华氏度为单位)。用等式(4)替代等式(1)中的碳当量，提供了一个可以基于测量到的浇注温度(T)和液相临界温度(LA)来计算出流动性的等式：

[0054] 流动性＝14.9*(14.45–0.0089*((LA–32)*0.5556))+0.05T–155 (5)[0055] 其中，流动性的单位为英寸，所有的温度以华氏度为单位。根据等式(5)，下面的表1示出了在不同的液相临界温度(LA)和浇注温度(T)处的流动性。

[0056]

[0057]

[0058] 表1

[0059] 在已经建立了计算流动性的方法之后，提供转换函数的等式可以根据对用于铸造物体的统计上显著的数据样本的回归分析来进行开发，该转换函数将流动性与铸造机移动关联以根据预定规格铸造物体。优选地，对于将在其上铸造出每个这种物体的每个铸造机，为具有一组给定规格的每个物体开发出转换函数。例如，关于管子，通过下面的段落中描述的重复的过程，为每个直径和种类的管子(例如8”(8英寸)、第52类的球墨铸铁管)且为将在其上铸造出每一这种管子种类的每个独特的铸造机开发出转换函数。

[0060] 图4示出了确定控制等式的过程的实施方式，该控制等式提供了将熔融金属的流动性与旋转模具的体积的需求关联的转换函数，以用于经由所控制的铸造机的移动，在给定的铸造机中根据预定规格离心铸造具体的物体。可以利用例如图1至图2中所示出的装置来实践这一方法。作为引文，所有的使用仪器应当被校准并处于良好的工作状态。如步骤405中所示，测量并记录熔融金属的液相临界温度，优选通过将熔融金属的样本从保持金属的容器运输到杯子65来测量并记录，杯子65允许计算机55采集将用在铸造中的熔融铁的实际的液相临界温度。应当注意的是，在一个典型的铸造设置中，每一炉熔融铁在称为处理浇包(处理浇包保持有足够体积的铁来铸造多个物体)的容器中进行，然后铸造一个单位的一定体积的铁被运输到机器浇包25。因此，在这种设施中，可以测量来自处理浇包(而非来自机器浇包25)的单炉的熔融金属的液相临界温度。下一步，如步骤410中所示，将熔融金属浇注到槽30中，以将熔融铁传送到旋转模具20。在步骤415中，在浇注金属时，使用高温计70或其它合适的仪器测量并记录浇注温度，高温计70或其它合适的仪器优选与计算机55通信。
下一步，在步骤420中，按照典型的行业惯例中，物体(在一个实施方式中为管子)被铸造，这优选地通过由计算机55和PLC 50控制的驱动系统40移动铸造机(即模具20相对于输送系统
10移动，或者反之亦然)来将所期望体积的熔融金属传送到模具，以试图根据所需要的规格铸造物体。规格可以包括在物体上限定点处或限定间隔处的壁厚。如在步骤425中所示，记录铸造过程的所有相关参数，并基于在铸造物体期间测量到并记录的液相临界温度和浇注温度，根据等式(5)计算熔融铁的流动性。相关参数包括在图3A中描述的传送循环的每个部分期间的经过时间和浇铸机移动(例如位置、速率和加速度)。优选地，这些参数的记录由与计算机55协力的PLC 50执行，虽然可以使用其它的使用仪器。

[0061] 无限制地，参数包括以下内容。随着对应的机器移动，记录初始延迟，该初始延迟对应于从熔融金属离开槽的喷口时直到预定体积的熔融金属被布置在模具中的经过时间。在铸造管子的示例中，这对应于从熔融铁离开喷口时直到填满管子模具的钟形部的时间，该段时间被认为是标志延迟时间，在该标志延迟时间的期间，铸造机是静止的，其中在管子的桶体部的端部附近的槽将熔融铁布置到钟形部中。随着在传送循环的下一阶段期间的铁的体积增加，记录机器的加速度和位置以及经过时间。在管子的示例中，这通常对应于填充在模具20的钟形端部附近的桶体部的部分。同样地，在熔融铁的体积传送为恒定量的时间期间，在槽相对于模具的移动处于恒定速率时，记录经过时间和机器速率。在管子的示例中，这对应于沿着桶体部的大部分长度填充模具。随着在机器浇包停止将熔融铁浇注到槽中之后铁的体积的减小，记录机器的减速度和经过时间。在管子的示例中，这对应于填充管子的套管筒端部附近的桶体部的部分。最后，延迟时间对应于从铸造机在模具20的端部处停止的时间到熔融金属停止从槽30的喷口35浇注到模具20中的经过时间。在管子的示例中，这对应于铸造机静止在模具的套管筒端部处的时间，并被称为套管筒检查时间或驻留时间。

[0062] 如在步骤430中所示，除了在金属传送循环的每个阶段期间记录关于经过时间和对应的铸造机的移动，还测量在铸造时的物体的实际规格。测量到的一组规格对应于用于铸造过程旨在实现的物体的所期望的或预定的一组规格，例如包括壁厚。对于管子的示例，通常沿着管子的长度在有规律的间隔处进行壁厚的多个测量，通常为从管子的钟形部到套管筒以一英尺的间隔在直径上相对(即分开180°)的位置处的两个测量。作为实际测量到的这些规格指示物体的在其长度上的均匀性、与预定规格的符合性、和铸造机移动匹配到熔融金属传送曲线的程度，以沿着模具的长度提供所需要的金属的体积。

[0063] 如在步骤435中所示，针对在统计上显著的若干物体重复前述过程，多炉熔融铁用于在统计上显著数目的物体。优选地，熔融金属的组分从一炉到下一炉稍微改变，并且刻意改变浇注温度，以模拟可以在使用回收源材料的生产中发现的条件，从而将利用各种流动性的熔融铁来制成铸件。随着分析所记录的数据，铸造机移动可以被调整以便铸造更接近于所期望的规格的物体。在统计上显著的多个物体被铸造之后，在步骤440中，选择最接近符合预定规格的物体的子集，该物体的子集也由各种流动性的熔融金属制成。在步骤445中，对用于所选择的物体的子集所收集的数据执行回归分析，所收集的数据包括所记录的过程参数、在铸造时的物体的规格、和根据测量到的液相临界温度和浇注温度所计算的流动性。回归分析提供了用于铸造过程的每个阶段的控制等式，包括初始延迟时间、加速期间、恒定传送期间(如有必要)、和减速期间，以及第二延迟时间。取决于待铸造的物体的形状和大小和对应的模具，可以有其它的期间(例如减速阶段)来适应模具形状，以在特定的区域中提供增大的壁厚或者填充更大的体积模具部分。在管子的示例中，为标志延迟时间、钟形部加速度、套管筒减速度、和套管筒检查时间开发控制等式。在另一个实施方式中，与图8一致，可以有多于一个的用于钟形部加速期间和套管筒减速期间的控制等式套管筒。

[0064] 在前述过程的一个示例中，在单个的铸造机上由不同流动性的多炉熔融铁铸造100根管子(第52类，8英寸直径)。记录每一根管子的液相临界温度、浇注温度、和过程参数，以及每一根管子的沿着管子的长度向下以一英尺的间隔在直径上相对的位置处的壁厚。基于等式(5)以及液相临界温度和浇注温度计算并记录每一根管子的流动性。选择具有最均匀的壁厚的10根管子的子集。对关于这些管子所采集的数据上进行回归分析。开发了用于标志延迟时间、钟形部加速度、套管筒减速度、和套管筒检查时间的以下控制等式，这些控制等式如图5A至图5D所示：

[0065] 标志延迟时间＝-0.129(流动性)+4.2654 R2＝0.9837

[0066] 钟形部加速度＝0.3814(流动性)+12.34 R2＝0.9952

[0067] 套管筒减速度＝0.058(流动性)2–0.6828(流动性)+1.5036 R2＝0.9993[0068] 套管筒检查时间＝0.0082(流动性)2–0.3994(流动性)+5.1153 R2＝0.9831[0069] 其中R2为表示等式与数据相关程度的相关性因子。应当理解的是，在图5A至图5D中示出的控制等式仅仅是示意性的，用于独特的铸造机上单一直径和类别的管子。

[0070] 同时，控制等式提供了将铸造机移动与熔融金属传送曲线关联的转换函数以铸造具有预定规格的物体，该转换函数由每一次浇注的所计算出的流动性确定。优选地，控制等式上传到计算机55中以控制PLC 50，PLC 50反过来根据转换函数控制输送系统10相对于模具20的移动。

[0071] 利用上传到计算机55中的控制等式，在图6中示出了用于根据本发明的实施方式铸造物体的过程。容器(例如处理浇包或机器浇包25)填充有熔融金属。通常，来自处理浇包的一炉熔融铁包含足够的熔融金属来铸造多个物体。如在本公开中其它地方所描述的，每一炉熔融金属成分上可以改变，尤其是当来源于废弃材料或回收材料时。在步骤605中，测量熔融金属的液相临界温度，优选通过将金属样本从容器(处理浇包或机器浇包25)运输到杯子65中来测量，杯子65允许计算机55采集将用在铸造中的熔融金属的实际的液相临界温度。下一步，如在步骤610中所示，将熔融金属浇注到槽30中，以将熔融铁传送到旋转模具20。在浇注金属时，在步骤615中，使用高温计70或其它合适的仪器测量浇注温度，高温计70或其它合适的仪器优选与计算机55通信。在步骤620中，利用已经测量到的液相临界温度和浇注温度，来计算熔融铁的流动性。优选地，液相临界温度和浇注温度由计算机55采集，计算机55自动并快速地计算流动性。在优选的实施方式中，使用贺利氏电测骑士公司的QuiK-Cup QC4010，根据等式(5)计算流动性。

[0072] 在步骤625中，在熔融金属离开槽的喷口之前，使用控制等式和所计算的流动性，优选利用计算机55可以确定铸造机的适当移动，并且可以动态地编程铸造机控制(该PLC 50)。因此，铸造机控制和随后的移动得以实时调整，以针对从一次浇注到下一次浇注熔融金属的冷却(无论如何轻微)补偿流动性的任何改变，或者针对从一炉到下一炉机器浇包25中熔融金属的组分的改变，补偿流动性的任何改变。

[0073] 下一步，在步骤630中，通过使模具相对于槽移动以将熔融金属布置到模具中来铸造物体，其中基于所计算的流动性来控制该移动，以将一定体积的熔融金属传送到模具来根据预定规格铸造物体。在优选的实施方式中，对于待铸造的物体的预定规格且对于待使用的特定的铸造机，这一移动利用由计算机55和PLC 50控制的驱动系统40来完成，如所描述的根据将流动性与待铸造的物体的体积需求关联的转换函数来动态地编程PLC 50。铸造机的位置和移动被控制以将金属传送曲线匹配到针对模具的每个部分的熔融金属的所需要的体积。通常，这一传送是根据上面所描述的包括初始延迟时间、加速度阶段、减速度阶段、和最终延迟时间的控制等式来完成。如在步骤635中所示，在最终延迟时间已经过去之后，允许旋转模具旋转减慢，允许铸造物体冷却，并且为了按照需要进一步加工和完成而将物体从模具移除。

[0074] 当多个物体可以由容器(例如处理浇包)或机器浇包25保持一定体积的熔融金属铸造时，对于来自那一炉熔融金属的所有的物体的铸造可以仅仅测量一次液相临界温度。然而，应当为每一次铸造测量浇注温度，这是由于机器浇包25中的熔融金属随着时间冷却并且浇注温度因此通常而降低。因此，对于由同一炉熔融铁铸造的每个物体，熔融金属的流动性可以改变。由于熔融金属的组分可以从一炉到另一炉地变化，因此应当为每一炉测量液相临界温度。

[0075] 当在生产环境中铸造物体时，可以为每一次铸造记录相关过程参数、物体规格、和流动性。对于每一类别的物体和铸造机，可以在该增加的数据集上执行额外的回归分析，以进一步改善控制等式和转换函数。

[0076] 前述的过程可以用于离心铸铁管。在一个实施方式中，管子具有钟形部、套管筒、和钟形部与套管筒之间的桶体部，其中模具20具有对应的部分。管子的规格可以包括具有恒定直径桶体部的圆形横截面，其中该恒定直径桶体部具有在预定公差范围内均匀的壁厚。在其它的实施方式中，如可以需要特殊应用时，管子可以是六边形或其它形状的，具有非均匀或逐渐缩减的直径或非均匀的或逐渐缩减的横截面尺寸，并且具有均匀的或非均匀的壁厚。例如，可以期望的是，在六边形铸铁电线杆的更宽的基础部处具有更厚的壁，六边形铸铁电线杆朝向其顶端或尖端逐渐缩减到更小的横截面。在任意实施方式中，如本文所描述的，控制等式可以被开发用于所期望的规格的物体。

[0077] 返回到具有钟形部、套管筒、和桶体部且具有均匀壁厚的恒定直径管子的实施方式，用于标志延迟时间、钟形部加速度、套管筒减速度、和套管筒检查时间中每一者的至少一个控制等式被上传到计算机55中。测量待用在铸造中的一炉熔融铁的液相临界温度，优选通过杯子65来测量，杯子65将指示铁的温度冷却曲线的信号提供给计算机55。将熔融铁从机器浇包25浇注到槽30中，并测量浇注温度，优选通过与计算机55通信的高温计70来测量。计算机55基于测量到的液相临界温度和浇注温度计算流动性，计算控制等式的输出，并将对应的命令提供给PLC 50。然后PLC 50根据上面的控制等式和所计算的流动性使槽30相对于旋转模具20移动，以铸造具有所期望的规格的管子。

[0078] 已经发现，相较于现有技术的方法，本发明的装置和方法的实施方式生产出具有更均匀性并具有更严格公差的壁厚的管子。图7A示出了根据本发明的实施方式铸造的20英尺管子的壁厚。图7B示出了根据现有技术的方法在相同的铸造机上铸造的相同规格的20英尺管子的壁厚。壁厚的测量沿着每根管子的长度以1英尺的间隔在直径上相对的位置处进行。附图将管子的每一侧上的壁厚绘制为分开的线。如可以容易看到的是，根据本发明的实施方式铸造的图7A中的管子的壁厚在其长度和周长上远比根据现有技术的方法铸造的图7B中的管子均匀。

[0079] 由本发明的实施方式提供的提高的精度和控制允许管子被制造出比以前可能的壁更薄的壁。这显著地节约了熔融金属的材料成本并减轻了成品的重量。此外，对于更厚壁的管子，确保了与规格和标准的符合性，并且制造比给定类别所需要的壁更厚的管壁浪费更少的材料。铸造之后，将铁管运送到退火炉，在退火炉中将管子在高温下退火。由于根据本发明的实施方式铸造的管子接近遵守规格且比现有技术使用更少的材料，因而有更少的铁要退火，在时间上节约了能量成本。

[0080] 尽管本发明已经关于本发明的某些优选的实施方式进行了描述并示出，但是其它的实施方式也是可能的。因此，前述的描述在所有方面中被视为说明性而非限制性的。因此，本发明应当关于权利要求和它们的等同方式来进行限定，权利要求的精神和范围不应当限于本文所包含的优选实施方式的描述。

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