一种滑门阀的防裂阀板的制作方法

专利名称：一种滑门阀的防裂阀板的制作方法
说明本发明一般涉及用在滑门阀中的防裂阀板，这种滑门阀被用于控制一股熔化的金属流，并且本发明特别涉及一种能够防止因热机械应力而产生裂纹的阀板。
滑门阀通常在炼钢和其它冶金加工中被用于控制熔化的金属流。这种阀通常包括一个支撑框架、一个上固定阀板和一个节流板，其中上固定阀板具有一个孔，该孔与一个用于引导熔化的金属流的浇口杯或铸勺嘴相对齐，节流板类似地具有一个可在该固定阀板下面滑动的金属导流孔。在与连续的铸模连接使用的滑门阀中，一个下固定阀板被提供在可移动的节流板的下面，该下固定阀板也类似地具有一个导流孔，该导流孔大体与上固定板的孔相对齐。熔化的金属流的流动速率取决于可滑动的节流板上的孔与上固定板上的孔的重合度。可移动的节流板通常比固定节流板长，这是为了使节流板的孔的前边缘和后边缘都能够对熔化的金属流进行节流，同时通过使节流板的孔与固定板上的孔完全不重合，能够完全切断金属流。通常，该节流板通过一个液压连杆被滑动操纵在固定板之间。
节流板和固定板分别被安装在一个下凹口和一个上凹口中，这些板中的每一个都通过一个成为其支承表面的表面落座在一个凹口中，同时通过一个成为其滑动或工作表面的表面与另一块板相配合。
这种滑门阀的节流板和固定板都采用了耐热和抗腐蚀的耐火材料，例如氧化铝、氧化铝-碳(aluminacarbon)、氧化锆。然而，尽管这种耐火材料能够耐热和抗腐蚀，它们所承受的严重的热机械应力最终会导致某种程度的开裂。例如，在炼钢过程中，每一块阀板在紧邻导流孔的区域处承受大约1600℃的温度，而其外部边缘则只承受环境温度。由于每块板上紧邻导流孔的区域的膨胀率明显大于板的平均膨胀率，所以由此导致的巨大的热梯度会产生大量的热机械应力。这些应力会导致裂纹的形成，这些裂纹从板上的孔向外辐射扩展。如果不采取任何措施抑制这些裂纹的扩展，那么该裂纹就会一直扩展至板的外边缘处，从而使板断裂。
为了防止这种裂纹的扩展和由此导致的阀板断裂，现有技术中已有了多种不同的解决方法。在第一种尝试方法中，有人设计出了改进的夹紧机构。这些机构的目的是在板的周边上施加足够大的压力，从而使源自孔的裂纹不能向板的边缘扩展。一种这样的机构包括一个框架，该框架具有螺旋操纵的楔子，该楔子与板的各个角相配合，该板被沿一个角度截切，该角度与楔子的角度互补。这样一种系统在专利DE-C2-3,522,134中被公开。尽管这种框架和楔型夹紧机构构成了一种改进，但发明者已指出了这种方案中的一些缺点，这些缺点使之不能充分发挥其防裂的潜力。通常来讲，夹紧力并没有均匀地集中在裂纹产生量最大的区域处，该区域即是指，热机械应力最大的孔的邻近区域。另外，申请人已注意到，一般而言，这种板中截切角的角度方向并不能如预想的那样最优地防止裂纹的扩展。这种非最优的原因是，裂纹的形成并非均匀地分布在孔周围360°的范围内，而是沿所有阀板的纵向中心线产生偏离，无论这些阀板是固定的还是可移动的。这种裂纹围绕板孔的非对称分布被认为是由节流板在固定板表面上的纵向滑动造成的。
美国专利No.5,626,164公开了一种防裂阀板；所述板的形状被设计用于防止其中裂纹的形成和扩展。该板具有一条轴线，和一个沿所述轴线布置的用于引导熔融金属的孔，和用于向所述轴线将夹紧力集中在所述孔附近的截切角，其中，每一个所述截切角都与一条直线相正交，该直线从所述孔的一个切点延伸，穿过所述轴线，并且通过各直线的一个交点，这些直线平行于相交的板边缘，这些直线与所述边缘的距离等于所述孔的宽度的一半。
在专利文献WO-A1-98/05451中，公开了另一种此类解决方法，其中板的各个侧表面之间都定义了角度，以便延长板的寿命。
尽管美国专利No.5,626,164已经在先前已知方案的基础上构成了一种明显的改进，申请人依旧试图对板的形状进行优化。显然，我们需要一种阀板，该阀板的形状最优地将夹紧力集中在板上最易产生裂纹的区域内，从而尽可能地阻止任何这种裂纹的扩展。理想的情况是，角应该具有足够的长度，以避免角中产生不良的局部机械应力。一般而言，本发明是一种用于滑门阀的防裂阀板组件，该防裂阀板组件能够克服或者至少改善现有技术中的所有缺点，或者该防裂阀板组件的性能至少等同于美国专利No.5,626,164中所公开的板的性能。
这样，本发明涉及一种用于滑门阀的耐火板，该耐火板具有一个用于引导熔化的金属的孔，即浇注孔。通常所述孔是圆形的，更一般地讲，该孔由一个直径为Ф的圆C所限定。
该板可以由一个矩形R所限定，该矩形R具有两条与该板在滑门阀中的滑动轨道相平行的边。矩形R具有一条纵向轴线，该轴线被定义为矩形R最长的对称轴线，并且将与该板的优选滑动轨道相重合。然而，我们应清楚地知道，该优选滑动轨道的概念是根据本发明的板的一个固有特征，并且该板可以沿一个非最优或非优选的方向在一个门阀内滑动。
为了便于加工，矩形R被两条相互垂直的线分成了四个象限，这两条垂直线相交于圆C的圆心处，并且分别平行于矩形R的长边和短边。每个象限具有相交的对角线连接圆C的圆心和矩形R的角的对角线D1、D′1、D″1、D1和连接两条相互垂直的线与矩形R的边的相邻交点的对角线D2、D′2、D″2、D2，其中这两条垂线相交于圆C的圆心。
浇注孔可位于板的中心，但在通常情况下，该孔沿纵向轴线偏移，从而使节流能够产生在较长的区域上。该浇注孔也可以沿一条与纵向轴线垂直的轴线轻微偏移。
该板具有带斜角的边缘—形成了矩形R的截切角—用于将夹紧力向孔附近集中并且向节流区域集中，从而防止其中的裂纹形成和扩展。
根据本发明，至少有一部分边缘被定义如下-距浇注孔最远(因此，距节流区域最近)的边缘大体平行于包含所述边缘的象限的对角线D2，和-距浇注孔最近(因此，距节流区域最远)的边缘大体平行于-一条与包含所述边缘的象限的对角线D1相垂直的线；或-包括所述边缘的象限的一条对角线D2；或-一条夹在如上定义的直线之间的线。
我们将明白，在本说明书的范围内，当两个方向被描述为大体平行时，这意味着这两个方向的平行公差不超过±5°。
实际上申请人已经确定，这样一种板形状最优地将夹紧力集中在该板的两个不同区域上。一方面，节流区域被保持处于压缩状态，从而防止了该区域内裂纹的出现，而另一方面，浇注孔的周边也被保持处于压缩状态，从而防止了裂纹从浇注孔向外辐射扩展。
申请人注意到，这种重新设计的板极为有利。
第一，观察到的裂纹数量大大减少。第二，即使仍然产生裂纹，这些裂纹也不会扩展到板的边缘处，从而空气的进入被明显减少。第三，当根据本发明的板与合适的夹紧装置联合使用时，任何可能出现的裂纹只出现在可接受的区域，即是说，它们不出现在节流区域，同时它们也不直接出现在浇注孔和最近边缘之间的区域内。
该板可以关于其纵向轴线对称，但在推荐实施例中，该板并不关于其纵向轴线对称。
由于这种不对称，该板可以只被安装在上凹口中的一个位置和下凹口中的一个位置，从而在需要对该板进行再循环利用的情况下，当该板从一个位置移动至另一位置时，该板的支承表面就变为其滑动或工作表面。
该板可以只具有如上定义的四个边缘，但是为了避免尖角，它可以具有更多的边缘。在这种情况下，补充的边缘可以(或不可以)平行和/或垂直于纵向轴线。
必须明确的是，根据本发明，该板并非必须为多角形。相反，当在板的周围使用一个夹紧箍时，这种夹紧箍会在由相邻边缘定义的顶角上施加局部机械应力，该应力会转变为裂纹。因此，最好将板角做成圆角。
在推荐实施例中，只有一部分边缘满足上述定义。较优的方案是，各边缘的匹配连接段由连接所述边缘部分的曲线构成，最优方案是各边缘的匹配连接段由所述边缘的过渡半径构成。
对附图的简要说明

图1和图2是本发明的板的俯视平面图。
对推荐实施例的详细说明现参看图1，其中所有图中类似的标号表示类似的组件，本发明涉及一种用于滑门阀的阀板1，这种滑门阀被用于控制从浇口杯流向铸模或从铸勺流向浇口杯的熔化钢或其它金属流。
板1具有一个用于浇注熔化的金属流的孔3。所述浇注孔3由一个以4为圆心的圆C所限定。图1表示了一个带有非圆形浇注孔的板，而图2表示了一个板，该板带有与圆C相应的浇注孔3。矩形R可在图1和图2中看到。矩形R限定了板1，并且矩形R的最长边与该板在滑门阀中的滑动轨道2相平行。
为了便于加工，必须画两条相互垂直的直线5和6，这两条直线相交于圆C的圆心4处，并且分别平行于矩形R的短边和长边。这样，这些直线限定了矩形R的四个象限。每个象限都具有相交的对角线连接圆C的圆心4和矩形R的四个角(7，8，9，10)的对角线D1、D′1、D″1、D1和连接直线5和6与矩形R的边的相邻交点(11，12，13，14)的对角线D2、D′2、D″2、D2。
根据本发明，被特别设计用于将夹紧力集中在节流区域处的板边缘至少有一部分(即承受夹紧力的部分)平行于包含所述边缘的象限的对角线D2或D′2，该边缘即是指边缘15和16，这两条边缘距浇注孔3最远，从而距节流区域最近。
在图1和图2中，边缘15的至少一部分平行于对角线D2，而边缘16的至少一部分平行于对角线D′2。在图1中，边缘15和16完全平行于对角线D2和D′2，而在图2中，边缘15和16只有一部分平行于对角线D2和D′2。
被特别设计用于将夹紧力集中在浇注孔3周围的板边缘可以垂直于包含所述边缘的象限的对角线D″1或D1，或者换句话说，平行于方向19或20，方向19和20被定义为对角线D″1或D1的垂线，其中所述边缘即是指距浇注孔3最近的边缘17和18。该实施例如图2中的边缘17和18所示，该边缘17和18分别垂直于对角线D″1和D1。
或者，这些边缘17和18可以平行于包含它们的象限的对角线D″2或D2，如图1中的边缘18所示，该边缘18平行于对角线D2。
在另一种方案中，边缘17和18的方向可以介于上文所定义的两个方向之间，如图1中的边缘17所示。边缘15、16、17和18可以相互接触，从而形成一个四边形板1，该四边形板1由连接在一起的对角线D2、D′2、D″2和D2所限定。显然，为了避免机械应力，最好避免这种尖头形板角。因此，推荐边缘15、16、17和18不直接接触。它们可被直线分隔开，推荐这些直线平行于矩形的边，如图1所示。
更加优选的方案是，它们被过渡曲线分隔开。
在图2中，边缘15和16及边缘17和18通过过渡半径21和22相互连接。
根据本发明，最主要的参数是边缘15、16、17和18的方向，该方向将决定这些边缘对夹紧力进行集中以避免出现裂纹的方式。它们相对浇注孔3的位置，即边缘15、16、17和18沿各自的对角线D1，D′1，D″1，D1的位置对于这一标准而言不是很重要。然而，边缘15、16、17和18最好不要过长，从而避免因尖头形板角而产生机械应力，同时也不要过短，从而能够在需要处有效地对夹紧力进行集中。
因此，距节流区域最近的边缘，即边缘15和16(或其凸出部分)在矩形R短边上的截切点应该优选地分别介于矩形R短边长度的1/8和3/8之间以及5/8和7/8之间。
这种要求对于该板的其它边(即边缘距浇注孔最近处的边)而言不是很重要，从而边缘17和18(或其凸出部分)在矩形R短边上的截切点应该优选地介于矩形R短边长度的1/10和9/10之间。
为了确定一个板是否根据本发明而设计，必须构造出限定该板的矩形R。如果该板是不规则的-通常情况都如此-那么限定所述板的矩形就有无穷多个。然而，只有一个矩形R既能够限定该板又具有平行于该板的优选轨道的边缘。该板的优选轨道可以很容易被找到。事实上，根据上文定义的板的加工规则，我们应该知道，在距浇注孔最远的边上，板(1)的至少一部分边缘(15，16)必须平行于矩形R的一个象限的对角线(D2或D′2)。
因此，如果这些边缘部分被延长直至相交，就可以形成一个具有一个顶点的扇形，该顶点是延长的边缘(15和16)的交点。该扇形与由对角线D2和D′2及它们的顶点(11)所形成的扇形相似。另一方面，至少存在一对(通常是无穷多对)平行线(E1，E2)，其中一条线(E1)包括限定浇注孔(3)的圆C的圆心(4)，而另一条线(E2)与板的一条边缘相切，该边缘远离浇注孔(3)。对每一对平行线(E1，E2)而言，只有一条线(E3)既同时垂直于平行线E1和E2，又包括限定浇注孔(3)的圆C的圆心(4)。
最后，这些直线(E1，E2，E3)组合中只有一组使得E1和E3与相互垂直的直线(5和6)重合，其中直线(5和6)被用于板的加工。因此，如果如上所定义的扇形的顶点(通过平移)被移到垂直线E2和E3的交点上，则这些线(E2和E3)只有一种可能的方向使得产生上述扇形的直线与对角线D2和D′2重合，同时使直线E2和E3的交点与顶点11重合。根据这种加工规则，对角线D2和D′2与直线E1(这样，该直线与直线5重合)的交点应该位于该板的边界上或位于板外，但决不会位于板内。找出这一方向后，就可以很容易地画出矩形R，该矩形R具有平行于直线5和6(或E1和E2)的边。
权利要求
1.一种滑门阀的耐火板(1)，该板具有一个浇注孔(3)，该浇注孔由一个以圆心(4)为中心的圆C所限定，板(1)由一个矩形R所限定，矩形R有两条边平行于板(1)在滑门阀中的优选滑动轨道，矩形R被两条相互垂直且相交于圆心(4)的直线(5，6)划分为四个象限，其中垂直线(5，6)分别平行于矩形R短边和长边，每个象限都具有相交的对角线连接圆C的圆心(4)和矩形R的角(7，8，9，10)的对角线D1、D′1、D″1、D1和连接两条相互垂直的线(5，6)与矩形R的边的相邻交点(11，12，13，14)的对角线D2、D′2、D″2、D2，其中这两条垂线相交于圆C的圆心(4)，其特征在于，板(1)的边缘(15，16，17，18)中至少有一部分被定义如下-距浇注孔(3)最远的边缘(15，16)分别大体平行于包含所述边缘的象限的对角线D2或D′2，和-距浇注孔(3)最近的边缘(17，18)分别大体平行于一条与包含所述边缘的象限的对角线D″1或D1相垂直的线(19，20)；或包括所述边缘的象限的一条对角线D″2或D2；或一条夹在直线19或20和D″2或D2之间的线。
2.如权利要求1所述的板，其特征在于，该板不关于该板的优选滑动轨道对称。
3.如权利要求1或2所述的板，其特征在于，边缘15和16或其凸出部分在矩形R短边上的截切点分别介于矩形R的所述短边长度的1/8和3/8之间以及5/8和7/8之间。
4.如权利要求1至3其中之一所述的板，其特征在于，边缘17和18或其凸出部分在矩形R短边上的截切点介于矩形R的所述短边长度的1/10和9/10之间。
5.如权利要求1至4其中之一所述的板，其特征在于，边缘15和16通过过渡曲线相互连接，优选通过过渡半径相互连接。
6.如权利要求1至5其中之一所述的板，其特征在于，边缘17和18通过过渡曲线相互连接，优选通过过渡半径相互连接。
全文摘要
本发明涉及一种用于滑门阀的耐火板(1),该板具有一个浇注孔(3),该浇注孔由一个以(4)为圆心的圆C所限定,板(1)的边缘(15,16,17,18)中至少有一部分被加工成斜角,从而最优地将夹紧力集中在节流区域内和浇注孔周围。
文档编号B22D41/24GK1362902SQ00806744
公开日2002年8月7日 申请日期2000年12月5日 优先权日1999年12月10日
发明者汉斯·罗斯福斯, 文森特·保斯德奎因 申请人:维苏维尤斯·克鲁斯布公司