专利名称：提高惰性气体注入的密封性的耐火材料部件和组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种耐火材料部件，该耐火材料部件用于对熔融状态的金属例如钢进行处理，并装备有气体供给装置且提供了改进的密封性。尤其是，本发明涉及用于熔融状态金属的连续浇铸的这种部件。
已知液态金属的浇铸通常通过包括各种耐火材料部件的设备来实现，这些耐火材料部件形成在两个连续冶金容器之间的槽道。这些部件执行各种功能，即运送液态金属，防止该液态金属冷却和受到周围大气的化学侵蚀，且优选是还调节液态金属的浇注流量。例如，这些部件可以是支承在与上部冶金容器底部成一体的炉底块(wellblock)上的内水口、浸入式水口(entry nozzle)或保护套管、下水口(collector nozzle)、或者滑阀的固定或活动板。
在形成浇注槽道的这些不同部件之间的接头表面都构成潜在的周围空气进入点。实际上，通过使液态金属流过浇注槽道，将产生很大的负压，该负压将使得空气通过这些接头表面而进入。这样的空气进入(氮气和氧气)对浇铸金属质量的有害影响是已知的，且长期以来一直致力于纠正该有害影响。
目前本领域已知的一种方法涉及将惰性气体例如氩气注入到在浇注槽道的两个相邻耐火材料部件之间的接头表面内。该注入例如可以通过为此而在至少一个部件的表面中制成的槽来实现。实际上，该槽必须尽可能环绕浇注孔，这样，处于正压下的惰性气体能够防止任何空气进入浇注槽道。近来，在国际专利申请WO98/17421中提出了该系统的一种改进形式，该改进形式包括另外注入在载体流体(该载体流体可以是惰性气体)中悬浮的密封剂，这样，在浇铸过程中，在两相邻表面之间可能出现的任何密封故障都会立即消除。
目前本领域已知的另一方法需要将惰性气体直接注入浇注槽道中，以便沿浇注槽道的整个长度形成有防止周围空气污染的屏障。这时，将惰性气体注入到液态金属中通常通过从形成浇注槽道部分的部件的多孔壁中扩散而实现，或者在另一已知的变化形式中，通过环绕浇注槽道布置的呈孔或狭槽形式的一个或多个孔来实现。
而且，在另一已知方法中，以使得惰性气体与液态金属机械配合的方式直接将惰性气体注入浇注槽道中。该类型的惰性气体注入的目的是使位于注入点下游且尤其易受到液态金属流的腐蚀作用的某些耐火材料部件免受腐蚀，该耐火材料部件例如用于调节流量的滑阀的活动板的浇注孔的边缘。将惰性气体注入浇注槽道中的另一已知效果是减小浇注槽道堵塞的问题。实际上，由于在浇注槽道的壁上形成氧化铝沉积而引起的问题已经知道了很长时间，尤其是在浇铸脱铝钢的情况下。这样注入到可能发生该类型的堵塞的点的下游的惰性气体可以使液态金属与浇注槽道机械隔开，或者甚至使该液态金属与浇注槽道热隔离，从而防止或减少该沉积的形成。
最后，也可以为了冷却所述耐火材料部件而注入气体。应当知道，本发明还涉及用于将气体注入包含有熔融金属池的冶金容器底部的部件，例如多孔塞。
对于本专利申请，措辞“气体的注入”既指将惰性气体直接注入浇注槽道或冶金容器的底部，也指将惰性气体(或者在载体流体中悬浮的密封剂，如国际专利申请WO98/17421所述)通过至少部分环绕液态金属浇注孔的槽来注入到在浇注槽道的两相邻耐火材料部件之间的接头表面中，或者指注入冷却气体。
用于注入惰性气体的耐火材料部件通常包括将气体供给到注入装置的装置(通过槽或浇注槽道)。不过，在已知的耐火材料部件的组件中，气体的供给装置和注入装置由相邻的相互连通部件(它们甚至可以由中间耐火材料部件分开，基本特征是该气体能够从供给装置传递给注入装置)来提供。为此，在本发明申请中，将涉及装备有气体供给装置和注入装置的部件，这同样将涉及包括气体供给装置和注入装置的部件或者装备有供给气体的装置和将气体传送和/或输送给注入装置的装置的部件，该注入装置可以由另一耐火材料部件提供。
供给装置通常包括开口于耐火材料部件的外壁上并与气体供给管道连接的进口孔。该供给管道与浇铸设备的固定的气体供给管路连接，并可以通过柔性管连接，以防止热辐射。通常，在所述耐火材料部件的制造过程中，将金属连接件安装在进口孔中；然后，该连接件和材料通过对部件的耐火材料进行烧结而形成一个整体组件。然后，可以通过螺纹连接(既可以是该连接件装备有超过该部件而伸出的外螺纹部分，管道的内螺纹端拧在该外螺纹上，也可以是该连接件有内螺纹，管道的外螺纹端拧入该内螺纹中)、通过焊接或通过各种机械连接方式而使连接件与气体供给管道连接。这些气体供给装置并不能完全令人满意，首先，螺纹接头并不能形成气密，尤其是那种将在浇铸工作过程中该设备所受的非常高温度下保持气密的接头，其次，由于制成连接件的金属和耐火材料的膨胀系数之间的差别，将不可避免地逐步损坏连接件和耐火材料之间的气密密封。该气密密封损失的负面效果有三个首先，气体的注入量将大很多(已知惰性气体例如氩的价格高)；其次，如上所述，已知整个浇铸槽道相对于外界环境处于负压下时，有空气通过这些损坏的接头而被吸入的危险；第三，当气密密封损失时，实际注入系统内的气体量不能准确控制，因此不可能建立可完全再现的系统。
已经进行了各种努力以改进该情况，例如将耐火材料部件“装”到金属外壳中，该金属外壳在连接件处包括孔；然后进行焊接以保证该连接件的机械保持并改进气体密封。已经报告了这一“改进”的多个缺点。例如，当连接件与金属外壳成一体时，它有从耐火材料上松脱的趋势，并将在它的座周围运动，这将导致损失惰性气体和使空气进入液态金属内，如上所述。
最近，在欧洲专利申请EP703028中提出了一种非常简单的装置，用于将惰性气体供给内水口，其中，接收供气的耐火材料部件的外表面只包括进气孔，与惰性气体供给管道连接的连接接头保持压靠该进气孔。合适时，甚至可以在接头和进口孔之间提供有密封件。
尽管这些装置大大改善了该情况，但是本申请人发现，连接接头和在部件表面上的进气孔之间的气密密封并不总能保证令人满意，即使当密封件插入接头和孔之间时也是如此。
由FR-A-2763012可知一种耐火材料部件，其提供有注入或输送气体的装置和将所述气体从部件的外壁向所述注入装置供给的装置，气体的供给装置包括从部件的外壁延伸的、具有放大横截面的部分以及在一端与该具有放大横截面的部分的内端连通且在另一端与注入或输送气体的装置连通的、具有减小横截面的部分，所述部件还包括抵靠该具有放大横截面的部分的内端而安装的密封件，所述密封件包括孔，该孔至少部分与在具有放大横截面的部分和具有减小横截面的部分之间的连通孔对齐。
通过耐火材料部件的这一特殊结构，气体供给管道可以更深地插入所述部件中，这样，当其中装有合适的密封件时，不仅保证在供给装置的两部件之间的连通处气密密封，而且保证在具有放大横截面的部分的壁处气密密封。可以看出，与欧洲专利申请703028中所述的装置相比，气密密封有非常大的改善(减小了惰性气体消耗、减少了空气进入、并能准确控制注入气体的量)。不过，还希望进一步改进气密密封。
根据本发明，密封件的横截面基本与放大部分的横截面相同。这样，当密封件以合适方式挤压布置时，它不仅抵靠着具有放大横截面的部分的端头，而且抵靠在该部分的侧壁上，从而提供甚至更加气密的密封。
优选是，该密封件的厚度并不超过该具有放大横截面的部分的深度，否则，在气体供给管道的挤压作用下，当密封件变形时，该塑料密封件抵靠在供给装置的外孔的边缘，不再保证在具有放大横截面的部分的内端处的气密密封。
根据本发明的一个特定实施例，具有放大横截面的部分的内端形成具有孔的表面，所述具有放大横截面的部分和具有减小横截面的部分通过该孔连通。这样，可以采用基本呈管形的气体供给管道。
优选是，具有放大横截面的部分包括一个基本圆形横截面的孔，这样的孔易于制造。
还可以使形成具有放大横截面的部分的内端的表面制成为平表面，并基本与该孔的轴线垂直。该结构不仅易于实现，而且，当它通过平行元件的压制而制成时，将改进它的气密密封。
根据本发明的一个特定方面，该密封件的厚度不超过该具有放大横截面的部分的深度。应当知道，该密封件可以与该部件制成一体。
优选是，该密封件的横截面基本与放大部分的横截面相同。这样，当密封件以合适方式挤压布置时，它不仅抵靠着具有放大横截面的部分的端头，而且抵靠在该部分的侧壁上，从而提供甚至更加气密的密封。重要的是，该密封件的厚度并不超过该具有放大横截面的部分的深度，否则，在气体供给管道的挤压作用下，当密封件变形时，该塑料密封件抵靠在供给装置的外孔的边缘，不再保证在具有放大横截面的部分的内端处的气密密封。
优选是，该密封件成垫圈的形式。不过，可以根据所需的密封件厚度来提供这样的垫圈的叠垛。本领域技术人员能够很容易地确定该密封件的优选厚度。
优选是，该密封件由塑料材料制成，这样，在工作温度下，当压力施加在它上面时，它可以充分变形，以便与具有放大横截面的部分的端头的底壁和侧壁形成气密密封。粘土和石墨是适于该用途的材料，石墨是优选。
根据另一方面，本发明涉及一种包括上述耐火材料部件和气体供给管道的组件，其中，该气体供给管道的一端插入具有放大横截面的部分中，该气体供给管道在具有放大横截面的部分的内端处挤压保持密封件，并使该密封件抵靠着该具有放大横截面的部分的侧壁。该组件的的优点如上所述。
根据本发明的一个特定实施例，该耐火材料部件装备有金属外壳(例如为内水口时)或金属带(例如为滑阀板时)，该金属外壳或金属带至少在气体供给装置区域中局部覆盖该耐火材料部件。因此，可以在供给管道(通过焊接或螺纹连接)和外壳或带之间形成牢固连接，从而避免例如在振动时的气密密封损失。
优选是，插入具有放大横截面的部分中的管道端头设置成与密封件一起形成气密接头。例如，该端头可以形成为锥形或截头锥形，这样，它“键”入接头中。作为一种变化形式，该管道的端头可以形成有螺纹，以便能使该管道“拧入”接头中。还可以提供自身攻丝的端头，这样，将在密封件中就地形成完全相配的螺纹，并使管道/密封件接头完全密封。根据该变化形式，优选是将管道端头拧入密封件中的动作将所述密封件压向具有放大横截面的部分的侧壁。
最后，根据本发明的最特殊的实施例，具有放大横截面的部分足够深，这样，在插入该具有放大横截面的部分中的管道端头的热膨胀作用下，将增加对密封件的挤压。实际上，当管道与外壳或带牢固连接时，它只能朝着具有放大横截面的部分的、布置有密封件的端头膨胀。
为了更好地解释本发明，下面将参考附图介绍两个非限定的实施例，附图中
图1是内水口的轴向剖视图；图2是图1中的圆I的放大图。
图3是滑阀板的轴向剖视图。
图1表示了内水口1，该内水口1包括形成浇注槽道3的耐火材料本体2和板4。该内水口1还包括将气体注入浇注槽道3中的装置，该气体例如惰性气体如氩气。这些注入气体的装置例如由安装在形成于耐火材料本体2中的槽6内的多孔材料衬套5形成。该槽6与气体供给装置(7、8)相连。如图1所示，这些供给装置可以形成于板4的上表面处。图中还表示了气体供给管道9的一部分以及环绕内水口板4的金属外壳10。
图2表示了在气体进口和内水口的板4处的气体供给装置之间的连接处的详细情况。这些气体供给装置包括通过孔11连通的、具有放大横截面的部分7和具有减小横截面的部分8。具有放大横截面的部分的内端装备有例如石墨的密封件12，图中还表示了气体供给管道9的、插入具有放大横截面的部分7内的一端。可以看出，管道9通过环形焊缝13而与外壳10牢固连接。
图3表示了滑阀的耐火材料板14，该耐火材料板14有一个用于金属浇注的孔15。该板有圆形槽16，该圆形槽16在浇注孔15周围，并与邻近该板14的耐火材料部件(未示出)的表面一起形成在这些相邻部件之间的气体注入槽道。槽16与气体供给装置相连，该气体供给装置包括通过孔21连通的、具有放大横截面17的部分和具有减小横截面18的部分。图中还表示了气体供给管道19，该气体供给管道19插入具有放大横截面的部分内，并通过点焊23而与板14的金属带20牢固连接。当该板在使用时，在组件升高到的温度的作用下，在点焊缝23和管道19的内端之间的管道19部分朝着扩大部分17的内端膨胀，并挤压密封件22。
参考标号1.内水口2.耐火材料本体3.浇注槽道4.板5.多孔衬套6.槽7.具有放大横截面的部分8.具有减小横截面的部分9.气体供给管道10. 金属外壳11. 连通孔12. 密封件13. 焊缝14. 板15. 板的浇注孔
16. 气体流通槽17. 具有放大横截面的部分18. 具有减小横截面的部分19. 气体供给管道20. 金属带21. 连通孔22. 密封件23. 焊缝
权利要求
1.一种耐火材料部件(1，14)，其设有注入或输送气体的装置(5、16)和将所述气体从该部件的外壁向所述注入装置(5、16)供给的装置，该气体的供给装置包括一个从该部件的外壁延伸的、具有放大横截面的部分(7、17)以及一个在一端与该具有放大横截面的部分(7、17)的内端连通，而在另一端与注入或输送气体的装置(5、16)连通的、具有减小横截面的部分(8、18)，所述部件还包括抵靠该具有放大横截面的部分的内端而安装的密封件(12、22)，所述密封件(12、22)包括孔，该孔至少部分与在具有放大横截面的部分和具有减小横截面的部分之间的连通孔(11、21)对齐，其特征在于该密封件(12、22)的横截面基本与该放大部分(7、17)的横截面相同。
2.根据权利要求1所述的耐火材料部件，其特征在于具有放大横截面的部分(7、17)的内端形成一个具有孔(11、21)的表面，所述具有放大横截面的部分(7、17)和具有减小横截面的部分(8、18)通过该孔(11、21)连通。
3.根据权利要求1或2所述的耐火材料部件，其特征在于具有放大横截面的部分(7、17)包括基本圆形横截面的孔。
4.根据权利要求3所述的耐火材料部件，其特征在于形成具有放大横截面的部分(7、17)的内端的表面为平表面，并基本与该孔的轴线垂直。
5.根据权利要求1至4中任意一个所述的耐火材料部件，其特征在于该密封件(12、22)的厚度不超过该具有放大横截面的部分(7、17)的深度。
6.根据权利要求5所述的耐火材料部件，其特征在于该密封件(12、22)由一个或多个塑性材料垫圈构成。
7.一种包括如权利要求5至6中任意一个所述的耐火材料部件(1、14)和气体供给管道(9、19)的组件，其中，该气体供给管道的一端使密封件(12、22)保持成压靠在该具有放大横截面的部分(7、17)的侧壁上。
8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于该耐火材料部件装备有金属外壳(10)或金属带(20)，其中，该气体供给管道(9、19)经过所述外壳或带，或者与所述外壳或带邻接，且在该管道和外壳或带之间形成牢固连接。
9.根据权利要求7或8所述的组件，其特征在于该气体供给管道(9、19)的、插入耐火材料部件中的端头设置成与密封件(12、22)一起形成气密接头。
10.根据权利要求9所述的组件，其特征在于该气体供给管道(9、19)的、插入耐火材料部件中的端头包括插入密封件中的螺纹。
11.根据权利要求9所述的组件，其特征在于该气体供给管道(9、19)的、插入耐火材料部件中的端头形成为锥形或截头锥形，该锥形或截头锥形插入密封件(12、22)中。
12.根据权利要求7至11中任意一个所述的组件，其特征在于该具有放大横截面的部分(7、17)足够深，这样，在插入所述具有放大横截面的部分中的气体供给管道(9、19)部分的膨胀作用下，将使密封件(12、22)压靠在该具有放大横截面的部分(7、17)的内端和压靠在该具有放大横截面的部分(7、17)的侧壁上。
全文摘要
一种耐火材料部件(1，14)，设有注入或输送气体的装置(5、16)和将所述气体从部件的外壁向所述注入装置(5、16)供给的装置，以及一种包括如上所述的耐火材料部件(1、14)和气体供给管道(9、19)的组件，其中，该气体供给管道的一端插入具有放大横截面的部分中，并使密封件(12、22)保持成压靠该具有放大横截面的部分(7、17)的侧壁。
文档编号B22D41/42GK1444514SQ01808578
公开日2003年9月24日 申请日期2001年4月27日 优先权日2000年4月28日
发明者埃里克·汉泽, 约翰·里绍 申请人:维苏维尤斯·克鲁斯布公司