耐火陶瓷铸造喷嘴的制作方法

本发明涉及用于冶金应用的陶瓷耐火铸造喷嘴。用语"喷嘴"包括允许金属熔体流过对应的铸造通道的所有类型的大致管形的耐火部分。即，这包括所谓的浸入式水口(SEN)和所谓的钢包长水口(LS)。

此类耐火陶瓷铸造喷嘴通常特征为：

－具有内喷嘴表面和外周喷嘴表面的大致管形的耐火陶瓷本体，

－内喷嘴表面包绕铸造通道，该铸造通道沿所述喷嘴的轴向长度在作为喷嘴的使用位置中的上端的第一喷嘴端处的入口开口与作为使用位置中的下端的第二喷嘴端处的至少一个出口开口之间延伸。

下文将相对于钢包长水口描述现有技术和本发明，但有其它应用。

已知的钢包长水口特征在于圆柱形上(第一)喷嘴端，后接(朝下的第二喷嘴端)渐缩区段，其然后后接比上圆柱形区段外径更小的另一个圆柱形区段。此设计也在附图中显示。

渐缩的外表面区段用作支承表面以将长水口布置在钢包长水口保持器的对应万向悬架环中。

为了避免所述万向悬架环与外(陶瓷)周喷嘴表面之间的直接接触，还已知通过对应的金属罩壳(金属封壳)封装喷嘴的上端，包括所述渐缩区段，金属罩壳收缩或结合到外周喷嘴表面上。

尽管上喷嘴部分的该"机械增强"，陶瓷材料内的裂缝的形成不可避免。此裂缝(主要是垂直裂缝(在钢包长水口的安装位置中))通常在如上文提到的圆柱形区段与渐缩区段之间的过渡区域中出现。

因此，本发明的目的在于提供避免或至少减少普通铸造喷嘴中的裂缝形成的手段。

在对应的试验期间，观察到与耐火材料接触的钢(与耐火本体接触的金属罩壳)在冶金应用期间加热，且经历大于耐火陶瓷本体的热膨胀。在一些点处，金属膨胀至其不再将耐火材料保持在压缩下的某点。这尤其在上喷嘴端处恶化喷嘴的总体稳定性，且因此提高了裂缝形成的风险。

本发明接受此现象，但试图通过在陶瓷本体与金属罩壳之间提供材料来抵消此效果，该材料在所述喷嘴经历热负载时将压缩力引入陶瓷本体中。

尽管金属和陶瓷的不同热膨胀系数不可完全克服，但本发明提供了不但填充根据金属罩壳和陶瓷本体的对应表面之间的这些不同热性能形成的间隙，而且还提供到(通常环形的)上喷嘴端上和其中的机械压缩的手段，对应的浮集式水口在金属浇铸期间突入其中。换言之：机械压缩力在热负载下在所述外金属壳(封壳)与陶瓷本体的对应相邻表面区段之间生成。

该压缩力可由在热负载下膨胀的材料提供。

在其最一般的实施例中，本发明涉及一种陶瓷耐火铸造喷嘴，特征在于：

－具有内喷嘴表面和外(周)喷嘴表面的大致管形的耐火陶瓷本体，

－内喷嘴表面包绕铸造通道，该铸造通道沿所述喷嘴的轴向长度在作为喷嘴的使用位置中的上端的第一喷嘴端处的入口开口与作为使用位置中的下端的第二喷嘴端处的至少一个出口开口之间延伸，其中

－所述第一喷嘴端的外周喷嘴表面利用金属壳封装，金属壳在第一喷嘴端的轴向长度的至少一部分上延伸，

－在热负载下膨胀的材料以一种方式置于所述外周表面与所述金属壳之间，使得允许压缩力引入陶瓷耐火本体中。

所述材料可以以不同方式组装在陶瓷本体与所述金属封壳之间。

尤其是在应用于在其上端处具有圆柱形轮廓的喷嘴时，本发明提供其中可膨胀材料组装为一个或多个环状条的喷嘴。换言之：材料可组装为以连续形状应用于圆柱形外喷嘴表面上的包带、带或环。

所述条可直接地应用于外表面上(例如，胶合到耐火材料上)，且/或置于沿外周喷嘴表面提供的对应的环形凹口中。

这些实施例允许了沿一致和/或径向方向引起所述压缩力。

根据另一个实施例，材料在多个离散点处组装，沿外周喷嘴表面布置得离彼此一定距离。这些"点"可为任意形状的离散条，例如，沿垂直轴向方向伸长且布置得离彼此一定距离的条。另外，这些条(点)可置于外周喷嘴表面内的对应凹口中，或直接固定(例如，胶合)到所述表面上。

为了实现恒定的压缩力，有利的是以恒定间隔布置所述点。

根据其它实施例，材料以一种方式立基于所述外周喷嘴表面与所述金属壳之间，以允许在耐火陶瓷本体上和其中产生大于0.1N/mm²的压缩力。为了改善所述效果，所述最小压缩力可在≥0.2; ≥0.3; ≥0.6; ≥1.0; ≥2.0或≥3.0 N/mm²下增大，其中压缩力根据以下协议测量：

第1步骤，在室温(22℃)下：所述材料的圆形本体(直径：19mm，厚度：5mm)对称地布置在压力变换器的两个平行板之间，

第2步骤：实验设置(包括变换器和本体)置于熔炉中且在70min内加热至300℃，

第3步骤：测量和记录由所述本体在所述变换器板上生成的压力。

相同测试可在步骤2中在高达400℃下进行，其中需要至少1.0N/mm²、至少1.9N/mm²、优选≥3N/mm²，更优选≥5N/mm²的压缩力。

这些数据考虑到，由于金属罩壳在大于其包绕的耐火材料的热膨胀的速率下不可避免的膨胀，故将产生所述材料在膨胀期间必须填充的间隙。

为了实现这些效果，材料必须保持所需的压力，同时仍自由填充喷嘴加热引起的使用中产生的任何间隙。

该效果不但可通过以不同方式将所述材料置于罩壳与耐火材料之间实现，而且可通过改变所述材料的相应量和/或通过选择允许在特定使用条件下引发所述力的特殊材料来实现。

适合的材料为膨胀型成分。

材料可为

－可膨胀石墨，和/或

－其中一些间隙水在其组装之前除去的可膨胀石墨，和/或

－无机可膨胀材料，诸如具有或没有粘结剂的可膨胀蛭石和/或可膨胀珍珠岩。

添加剂(如非可膨胀石墨、橡胶、生橡胶、云母和流体)可以相应量加入来调整所需的膨胀性质。

可选择特征为相同或相似性质的其它材料。

特殊膨胀型材料可描述为以下，＜1mm的颗粒组分中的所有固体成分：

22M.-%的可膨胀石墨

20M.-%的非可膨胀石墨

9M.-%的粘结剂(酚醛清漆树脂)

9M.-%的水

16M.-%的氯丁橡胶

24M.-%的云母

且通过滚至适合厚度和宽度的对应的条来提供，这可在30℃下干燥3小时之后以所述方式使用。

如上文所公开，所述可膨胀材料可应用在喷嘴的中心轴向长度上。这包括以下备选方案：

－材料在整个接触表面上应用在罩壳与耐火材料之间。

－材料至少应用在从上喷嘴端向下的一定长度上。

－材料沿上喷嘴端应用在罩壳与耐火材料之间。

－材料沿恒定直径的上喷嘴端应用在罩壳与耐火材料之间。

将在从属权利要求和其它应用文献中描述本发明的其它特征。

现在将参照附图来描述本发明，其中分别以示意性方式示出了：

图1：根据现有技术的与对应浮集式水口接触的钢包长水口的上端的垂直截面。

图2：根据本发明的钢包长水口的上端(在垂直截面视图中)。

在附图中，相同或相似的部分由相同标号表示。

图1显示了耐火陶瓷铸造喷嘴，即，钢包长水口10，其包括以下特征：

－具有内喷嘴表面12i和外周喷嘴表面12o的大致管形的耐火陶瓷本体12，

－内喷嘴表面包绕铸造通道14，铸造通道14沿所述喷嘴的轴向长度L在作为喷嘴10的所示使用位置中的上端的第一喷嘴端18处的入口开口16与作为其使用位置中的喷嘴的下端的第二喷嘴端(未显示)处的至少一个出口开口(未显示)之间延伸，其中

－所述第一喷嘴端18的外周表面12o利用金属罩壳/壳20封装，其从第一喷嘴端18的最上部表面18u向下延伸至所述喷嘴的中间区段22，相比于所述环形上表面18u的外径D₁，中间区段22具有较小直径D₃。

－如可从图1所见，在所述圆柱形上区段(具有所述直径D₁)与具有所述直径D₃的所述区段22之间存在渐缩区段，其中所述截头圆锥形渐缩区段提供用于钢包长水口保持器(未显示)的所谓万向悬架环GR的对应支承表面。

浮集式水口CN使其下端突入喷嘴10的漏斗形入口开口16中，其间具有环形密封件S。

由所述浮集式CN引入所述长水口10中的力和/或由所述万向悬架环引入所述长水口10中的力在图1中由对应的箭头标出。

新的钢包长水口在图2中显示，且特征为沿第一喷嘴端18的外周表面12o的环形凹口24，其中所述凹口24填充有可膨胀的石墨材料30的条(包带)，即，膨胀型材料，其在200℃的温度下膨胀，因此将由箭头CF标出的压缩力引入第一喷嘴端18处的相邻耐火陶瓷材料。

当外金属罩壳20沿径向向外封闭所述凹口时，这些压缩力归因于所述凹口24内的石墨材料的热膨胀。甚至在热负载下，当在所述金属罩壳20与第一喷嘴端18的耐火材料之间产生一定间隙时，石墨材料仍膨胀，使得压缩力CF将以所需方式维持，即，其中在至少300℃的温度下压缩力大于0.6N/mm²。

这些压缩力能够补偿由如图1中所示的对应喷嘴CN引起的任何非期望的压缩力。

结果，避免或大大减少了裂缝的产生，特别是如图1中由HC显示的垂直裂缝。