專利名稱：塞棒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種用于控制從冶金容器如中間包中流出的熔融金屬的流量的阻塞器(stopper)。下文中與阻塞器的設(shè)計(jì)、構(gòu)造和/或功能相關(guān)的任何說(shuō)明都是相對(duì)于這種阻塞器的典型應(yīng)用位置，即垂直取向位置而言的。
在鋼鑄造工藝中采用這種阻塞器裝置是眾所周知的，在許多情況下，所述阻塞器裝置是一件式耐火塞棒，所述一件式耐火塞棒具有位于其下端處的所謂“突出端位置(nose position)”和位于其上端處的用于固定金屬棒的裝置，且所述一件式耐火塞棒在提升機(jī)構(gòu)的作用下進(jìn)行垂直移動(dòng)從而關(guān)閉或改變相應(yīng)的冶金容器的排出口的剖面面積。
在EP 0 358 535 B2以及所述歐洲專利所引用的現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)常規(guī)阻塞器設(shè)計(jì)以及將其固定到提升機(jī)構(gòu)上的固定裝置的其它細(xì)節(jié)進(jìn)行了描述。因此，相應(yīng)的披露內(nèi)容構(gòu)成了本說(shuō)明書所披露的內(nèi)容的一部分。
所述類型的阻塞器還被用于將氣體引入熔融鋼水中，所述氣體通常為惰性氣體如氬。這些氣體被注入冶金熔料內(nèi)從而通過(guò)對(duì)熔料中的非金屬夾雜物進(jìn)行浮選的方式而改進(jìn)所述熔料的質(zhì)量。
EP 1 401 600 B1披露了適于在澆注熔融金屬的過(guò)程中輸送氣體的這樣一種單塊式阻塞器。所述阻塞器具有連接內(nèi)室(與所述塞棒的縱向軸線共軸地進(jìn)行延伸)的孔和位于塞棒的最下端處的排氣口，所述排氣口為阻塞器的突出端部的一部分。上述布置帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)在于，在鑄造作業(yè)過(guò)程中，被引至阻塞器的氣體流將不足以等于或超過(guò)由流動(dòng)的鋼水在阻塞器突出端部所產(chǎn)生的真空的抽取潛能，即所謂的“水泵效應(yīng)”。
在這種情況下，位于阻塞器頂部處的真空將所有被供應(yīng)的惰性氣體從阻塞器的孔和供給系統(tǒng)中抽出，從而在系統(tǒng)內(nèi)形成負(fù)壓。
如果在系統(tǒng)中存在任何不良接合處，那么空氣將被吸入以滿足該負(fù)壓且隨后被注入位于阻塞器頂部處的鋼水流內(nèi)。值得關(guān)注的問(wèn)題是在哪個(gè)位置處將對(duì)鑄鋼質(zhì)量以及鑄造工藝的作業(yè)穩(wěn)定性產(chǎn)生最為不利的影響。
通過(guò)增加惰性氣體的供給速率從而超過(guò)“水泵效應(yīng)”的抽取潛能是不可能的，原因在于這樣將會(huì)產(chǎn)生不能接受的質(zhì)量問(wèn)題，如在鑄模中存在過(guò)強(qiáng)的紊流、夾帶夾雜物或在固化鋼制品中存在“針孔”。
在EP 1 401 600 B1披露了校準(zhǔn)裝置，即具有一條或多條沿軸向延伸的氣體通路的棒，所述裝置被設(shè)置在所述孔中以提供預(yù)定流阻。棒必須在阻塞器設(shè)計(jì)中被實(shí)施以便在內(nèi)室的下部底板上面進(jìn)行延伸。在實(shí)踐中，預(yù)先確定流阻并制造出相應(yīng)的阻塞器是非常困難的。有必要進(jìn)行附加的工藝步驟以將棒引入部分完成的阻塞器內(nèi)且與之相關(guān)的困難在于同時(shí)確保有效的固定以及氣密接合從而避免限制行為在作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生改變。
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種上述類型的阻塞器裝置，所述阻塞器裝置易于進(jìn)行制造且提供了用于輸運(yùn)和噴射適當(dāng)氣體的有效方式。
本發(fā)明所基于的主要思想在于，在所述阻塞器內(nèi)引入用于惰性氣體流的受限(束狹)通道從而提供預(yù)定過(guò)壓，這樣將會(huì)防止在任意組合的運(yùn)行工況下在所述阻塞器頂部處產(chǎn)生的真空被傳遞至所述阻塞器的孔和氣體供給系統(tǒng)。所述預(yù)定過(guò)壓特征將取決于a)外部提供的氣體流(流量/壓力)，b)所述氣體通道的長(zhǎng)度，c)所述氣體通道的剖面，d)所述阻塞器本體內(nèi)的所述氣體通道的布置。
對(duì)提供優(yōu)選的氣體吹掃性能所進(jìn)行的研究表明，小于特定直徑的氣體通道不能在作業(yè)順序的過(guò)程中自始至終提供一致的阻力，原因在于存在由于來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)的碎片而導(dǎo)致產(chǎn)生堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，或出現(xiàn)與陶瓷材料的熱機(jī)械性質(zhì)相關(guān)聯(lián)的較小變化從而導(dǎo)致剖面在作業(yè)溫度下發(fā)生明顯變化的風(fēng)險(xiǎn)。研究已經(jīng)表明，直徑小于1毫米的受限通道增加了出現(xiàn)這種可變性能的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，直徑大于1毫米的通道使這些風(fēng)險(xiǎn)降至最小可能。
通過(guò)研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，阻力取決于由于通道長(zhǎng)度及其相應(yīng)的表面條件而產(chǎn)生的壁摩擦效應(yīng)。
通過(guò)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相應(yīng)的氣體通道的長(zhǎng)度必須明顯大于相應(yīng)區(qū)域中的耐火材料的“厚度”和/或其壁部應(yīng)該至少分段地或多或少提供粗糙的表面。
本發(fā)明的最通常的實(shí)施例涉及一種用于對(duì)來(lái)自冶金容器的熔融金屬進(jìn)行流量控制的塞棒，所述塞棒包括具有縱向軸線(A)且由耐火陶瓷材料制成的細(xì)長(zhǎng)本體，從所述本體的上表面朝向其相對(duì)下端進(jìn)行延伸且終止于與所述本體的所述下端的外表面相距一定距離的位置處的鉆孔，具有小于所述鉆孔的平均剖面面積的剖面面積且從所述鉆孔的下端延伸至位于所述本體的所述下端處的至少一個(gè)外表面部段的至少一條氣體通道，由此所述氣體通道的長(zhǎng)度大于由其端部之間的直線限定出的距離。
所述阻塞器內(nèi)的受限通道在所需氣體通過(guò)速率下在所述阻塞器的孔和供給系統(tǒng)內(nèi)形成預(yù)定過(guò)壓。該預(yù)定過(guò)壓必須確保在鑄造過(guò)程中由“水泵效應(yīng)”在所述阻塞器頂部產(chǎn)生的任何真空將不能克服所述通道的阻力并將所有被供應(yīng)的氣體吸出所述系統(tǒng)。
因此，所述阻塞器系統(tǒng)的限制程度和預(yù)定過(guò)壓必須與實(shí)際鑄造條件以及所述阻塞器頂部和噴嘴喉部的幾何構(gòu)型相匹配，所述實(shí)際鑄造條件以及所述阻塞器頂部和噴嘴喉部的幾何構(gòu)型在鑄造工序中實(shí)際上可能會(huì)發(fā)生變化。
沿著有利地與所述阻塞器本體的所述縱向軸線共軸地進(jìn)行布置的所述鉆孔(絕大多數(shù)情況下沿其開口上端)，布置了上面提到的固定裝置，所述固定裝置與金屬棒的相應(yīng)裝置相配合，所述金屬棒的一端被插入到所述鉆孔內(nèi)且另一端被緊固到所述提升機(jī)構(gòu)上。
所述鉆孔通常還被稱作內(nèi)室，且被插入其中的任何裝置被設(shè)計(jì)以便允許氣體如惰性氣體沿所述鉆孔的長(zhǎng)度進(jìn)行流動(dòng)并進(jìn)入所述氣體通道，所述氣體通道從所述鉆孔的下端延伸至所述耐火阻塞器裝置的所述下表面區(qū)域。
所述氣體通道的長(zhǎng)度可以分別是其入口端與出口端之間的相應(yīng)最短距離的長(zhǎng)度或其端部之間沿所述棒的所述縱向軸線方向的距離至少兩倍或三倍。
這樣就包括一種設(shè)計(jì)，根據(jù)所述設(shè)計(jì)，所述氣體通道的長(zhǎng)度大于前面限定的多種距離中的一種距離5倍至30倍?？稍O(shè)置2條或更多條氣體通道。
為了在尺寸有限的耐火陶瓷阻塞器部段內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的長(zhǎng)通道，可分別以螺旋方式或蜿蜒狀方式對(duì)所述通道進(jìn)行設(shè)計(jì)。只要所述通道長(zhǎng)度遵循上述公式，則可采用所有其它的設(shè)計(jì)。
可通過(guò)在高溫處理過(guò)程中尤其是在所述耐火阻塞器的燒結(jié)過(guò)程中可以燒掉的任何適當(dāng)材料提供所述通道。作為一個(gè)實(shí)例，塑料螺旋形狀被整合在等靜壓力裝置中，所述裝置隨后填充有圍繞所述形狀的適當(dāng)陶瓷材料。在進(jìn)行加工和再成型后，對(duì)預(yù)制阻塞器進(jìn)行燒結(jié)。此時(shí)所述塑料螺旋形狀被燒掉且提供了所需的螺旋氣體通道。顯然，還可借助具有相應(yīng)設(shè)計(jì)的預(yù)制管道提供所述氣體通道。
所述氣體通道可被布置以使得其在與所述鉆孔的最下端(底板)相距一定距離的位置處進(jìn)入所述鉆孔。這不僅增加了與所述塞棒的下部自由端之間的距離而且避免了由進(jìn)入所述氣體通道的固體材料(碎片)產(chǎn)生的任何堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。
典型地，所述通道在與所述鉆孔的所述底端上方相距10毫米至100毫米之間的距離的位置處開始進(jìn)行延伸，但對(duì)于特定使用而言，情況可能有所不同。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述氣體通道可提供介于0.5平方毫米與4平方毫米之間的平均剖面面積。所述氣體通道可具有幾乎任何形狀。垂直于氣體流的所述氣體通道的剖面區(qū)域可限定出圓形、三角形、方形或所述剖面區(qū)域可例如為矩形。
所述至少一條氣體通道可至少部分地被布置在耐火成形部分內(nèi)或周圍，所述耐火成形部分位于在所述本體內(nèi)或被附到所述本體上。例如，所述通道可被設(shè)計(jì)位于分別沿所述阻塞器或所述耐火本體的相應(yīng)開口進(jìn)行布置的耐火成形部分的表面內(nèi)或表面上。該獨(dú)立部分可例如通過(guò)螺釘、螺栓或類似方式被固定地緊固到所述耐火本體上。所述成形部分還可通過(guò)砂漿或粘結(jié)劑被固定到所述本體上。該部分可以是未經(jīng)焙燒或經(jīng)過(guò)焙燒的等靜壓制的部分。所述通道可被在所述部分內(nèi)，位于其表面上和/或通過(guò)相應(yīng)的本體區(qū)域中的溝槽進(jìn)行設(shè)置。
正如上面已經(jīng)提到地，所述氣體通道的剖面面積可沿其長(zhǎng)度產(chǎn)生變化。例如所述氣體通道的剖面面積可沿其長(zhǎng)度在特定間隔處擴(kuò)大。這樣就增大了反壓力且避免出現(xiàn)中斷氣體流的任何危險(xiǎn)。所述氣體通道可設(shè)有凸部以使所述氣體通路更小或/和設(shè)有凹部以擴(kuò)大所述氣體通路。凸部和凹部可以是不連續(xù)的。它們可圍繞所述氣體通路區(qū)域呈環(huán)狀延伸。它們可具有任何設(shè)計(jì)。它們可以尖銳邊緣或平滑拐角(或分別以中間部段)的方式沿循規(guī)則壁部。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，入口端與出口端之間的氣體通道的總長(zhǎng)度介于50毫米與1000毫米之間。盡管如上所述，氣體通道的取向、傾斜度、形狀和剖面可產(chǎn)生變化，但是在一個(gè)實(shí)施例中提供了一種設(shè)計(jì)，根據(jù)所述設(shè)計(jì)，所述氣體通道沿所述本體的所述縱向軸線從所述本體的最下表面部段延伸進(jìn)入所述本體內(nèi)。換句話說(shuō)所述氣體通道的尾端(沿氣體流的方向)平行于所述塞棒的所述縱向軸線且與其共軸。與整個(gè)阻塞器裝置的典型旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性相結(jié)合地，這使得中心氣體流能夠進(jìn)入出口噴嘴內(nèi)且因此實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的流動(dòng)條件和對(duì)熔料的優(yōu)化處理效應(yīng)。作為另一種可選方式，所述氣體通道可設(shè)有2個(gè)或更多出口端。
在下面的實(shí)例中對(duì)本發(fā)明的設(shè)計(jì)效果進(jìn)行說(shuō)明。從EP 0 358 535 B2的
圖1所示的阻塞器設(shè)計(jì)開始且在施加恒定的氣體壓力和流速的情況下，當(dāng)對(duì)最初直徑為1.4毫米且長(zhǎng)度為100毫米的氣體通道12進(jìn)行重新設(shè)計(jì)使其變?yōu)橹睆酵瑯訛?.4毫米但長(zhǎng)度為400毫米的氣體通道時(shí)，所得的內(nèi)部系統(tǒng)壓力增加了0.3巴。
下面，將通過(guò)實(shí)例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例進(jìn)行描述，其中圖1和圖2是根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的兩種阻塞器的不同部分的示意圖。在這兩個(gè)圖中，均示出了塞棒的垂直剖視圖。
在圖1中，附圖標(biāo)記10表示形成棒形的耐火陶瓷本體。其縱向軸線被標(biāo)記為A-A。
阻塞器的最下端由附圖標(biāo)記12表示。圖中示出了下端101的一部分，即所謂阻塞器的突出端部。在附圖標(biāo)記12上方相距一定距離(這里約為80毫米)的位置處，鉆孔14(這里具有約40毫米的直徑)向上延伸至阻塞器的上端，所述上端具有常規(guī)設(shè)計(jì)且并未在圖中示出。
在阻塞器本體10的上端與下部101之間設(shè)置有中間部段10i，鉆孔14沿所述中間部段設(shè)有帶螺紋的壁部16，所述帶螺紋的壁部與金屬棒20的相應(yīng)外螺紋18相配合，所述金屬棒被插入到所述鉆孔14內(nèi)以將阻塞器10固定地緊固到相應(yīng)的提升機(jī)構(gòu)上。
在與鉆孔14的底端14b相距一定距離(h)的位置處，氣體通道22從其入口孔22i開始進(jìn)行延伸。在氣體通道向位于最下面的本體部分12處的氣體通道的出口孔22o延伸的過(guò)程中，氣體通道22被設(shè)計(jì)成以如圖1示意性地示出的蜿蜒狀形式進(jìn)行延伸。借助該蜿蜒狀設(shè)計(jì)，與入口孔22i與出口孔22o之間的軸向距離H(沿縱向軸線A)或與入口孔22i與出口孔22o之間的由圖1中的“D”標(biāo)識(shí)出的直線距離相比，通道長(zhǎng)度顯著增加。盡管在典型的塞棒中，“D”或“H”分別在60毫米與100毫米之間變化，但是根據(jù)本發(fā)明，氣體通道22的總長(zhǎng)度典型地在120毫米與1000毫米之間，但可能甚至更長(zhǎng)。
圖2示出了一端(下端)，特別是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種可選構(gòu)型的突出端部，下面將對(duì)所述構(gòu)型所具有的主要差別進(jìn)行討論。代替采用蜿蜒狀設(shè)計(jì)的方式，氣體通道22以螺旋狀方式進(jìn)行布置且所述氣體通道終止于略微擴(kuò)大的端部22o，所述端部再次與縱向軸線A共軸以便在所述阻塞器被共軸地布置在相應(yīng)的出口噴嘴上方時(shí)，避免在金屬熔料中產(chǎn)生任何紊流或使所述紊流降至最小程度。
此外，借助氣體通道22的螺旋設(shè)計(jì)，所述氣體通道的長(zhǎng)度將明顯大于其入口位置22I與出口位置22o相距的軸向距離。因此將增加沿氣體通道22流動(dòng)的任何氣體的流阻，從而允許在作業(yè)過(guò)程中避免出現(xiàn)與未受限的氣體流和真空效應(yīng)相關(guān)聯(lián)的潛在問(wèn)題。
圖3示出了阻塞器的下端101，所述阻塞器的突出端部包括獨(dú)立成形的部分30，所述獨(dú)立成形的部分被螺合在突出端部的相應(yīng)開32內(nèi)。部分30包括被布置成螺旋形的氣體通道22，所述氣體通道的入口端22i與鉆孔14流體相連且其出口端22o終止于位于阻塞器10的最下端處的外表面10s。還可通過(guò)位于部分30與本體10的相應(yīng)表面中的一個(gè)表面或兩個(gè)表面中的凹進(jìn)部在所述部分與本體的所述相應(yīng)表面之間設(shè)置通道22，如虛線23所示。
權(quán)利要求
1.用于對(duì)來(lái)自冶金容器的熔融金屬進(jìn)行流量控制的塞棒，所述塞棒包括a)具有縱向軸線(A)且由耐火陶瓷材料制成的細(xì)長(zhǎng)本體(10)，b)從所述本體的上表面朝向其相對(duì)下端(101)進(jìn)行延伸且終止于與所述本體(10)的所述下端(101)的外表面(10s)相距一定距離的位置處的鉆孔(14)，c)具有小于所述鉆孔(14)的平均剖面面積的剖面面積且從所述鉆孔(14)的下端(14b)延伸至位于所述本體(10)的所述下端(101)處的至少一個(gè)外表面部段的至少一條氣體通道(22)，由此d)所述氣體通道(22)的長(zhǎng)度大于由其端部(22i、22o)之間的直線限定出的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塞棒，其中所述氣體通道(22)的長(zhǎng)度大于由其端部(22i、22o)之間的直線限定出的距離的5倍至30倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塞棒，其中以螺旋方式對(duì)所述氣體通道(22)進(jìn)行布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塞棒，其中以蜿蜒狀方式對(duì)所述氣體通道進(jìn)行布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塞棒，其中所述氣體通道(22)在與鉆孔(14)的所述最下端(14b)相距一定距離的位置處進(jìn)入所述鉆孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的塞棒，其中所述距離介于20毫米與200毫米之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塞棒，其中所述氣體通道提供介于0.5平方毫米與4平方毫米之間的平均剖面面積。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塞棒，其中所述氣體通道(22)的剖面面積沿其長(zhǎng)度產(chǎn)生變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塞棒，其中所述氣體通道(22)具有介于50毫米與1000毫米之間的總長(zhǎng)度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塞棒，其中所述氣體通道(22)沿所述本體的所述縱向軸線(A)從所述本體(10)的最下表面部段(12)延伸進(jìn)入所述本體(10)內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塞棒，其中所述至少一條氣體通道(22)至少部分地被布置在耐火成形部分(30)內(nèi)或周圍，所述耐火成形部分位于所述本體(10)內(nèi)和/或被附到所述本體(10)上。
全文摘要
本發(fā)明主要涉及一種用于控制從冶金容器如中間包中流出的熔融金屬的流量的阻塞器。下文中與阻塞器的設(shè)計(jì)、構(gòu)造和/或功能相關(guān)的任何說(shuō)明都是相對(duì)于這種阻塞器的典型應(yīng)用位置，即垂直取向位置而言的。
文檔編號(hào)B22D41/14GK101080293SQ200680001346
公開日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2006年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月21日
發(fā)明者S·李, I·普羅德福特 申請(qǐng)人:里弗雷克特里知識(shí)產(chǎn)權(quán)兩合公司