专利名称：塞棒的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种用于控制从冶金容器如中间包中流出的熔融金属的流量的阻塞器(stopper)。下文中与阻塞器的设计、构造和/或功能相关的任何说明都是相对于这种阻塞器的典型应用位置，即垂直取向位置而言的。
在钢铸造工艺中采用这种阻塞器装置是众所周知的，在许多情况下，所述阻塞器装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处的所谓“突出端位置(nose position)”和位于其上端处的用于固定金属棒的装置，且所述一件式耐火塞棒在提升机构的作用下进行垂直移动从而关闭或改变相应的冶金容器的排出口的剖面面积。
在EP 0 358 535 B2以及所述欧洲专利所引用的现有技术中对常规阻塞器设计以及将其固定到提升机构上的固定装置的其它细节进行了描述。因此，相应的披露内容构成了本说明书所披露的内容的一部分。
所述类型的阻塞器还被用于将气体引入熔融钢水中，所述气体通常为惰性气体如氩。这些气体被注入冶金熔料内从而通过对熔料中的非金属夹杂物进行浮选的方式而改进所述熔料的质量。
EP 1 401 600 B1披露了适于在浇注熔融金属的过程中输送气体的这样一种单块式阻塞器。所述阻塞器具有连接内室(与所述塞棒的纵向轴线共轴地进行延伸)的孔和位于塞棒的最下端处的排气口，所述排气口为阻塞器的突出端部的一部分。上述布置带来的风险在于，在铸造作业过程中，被引至阻塞器的气体流将不足以等于或超过由流动的钢水在阻塞器突出端部所产生的真空的抽取潜能，即所谓的“水泵效应”。
在这种情况下，位于阻塞器顶部处的真空将所有被供应的惰性气体从阻塞器的孔和供给系统中抽出，从而在系统内形成负压。
如果在系统中存在任何不良接合处，那么空气将被吸入以满足该负压且随后被注入位于阻塞器顶部处的钢水流内。值得关注的问题是在哪个位置处将对铸钢质量以及铸造工艺的作业稳定性产生最为不利的影响。
通过增加惰性气体的供给速率从而超过“水泵效应”的抽取潜能是不可能的，原因在于这样将会产生不能接受的质量问题，如在铸模中存在过强的紊流、夹带夹杂物或在固化钢制品中存在“针孔”。
在EP 1 401 600 B1披露了校准装置，即具有一条或多条沿轴向延伸的气体通路的棒，所述装置被设置在所述孔中以提供预定流阻。棒必须在阻塞器设计中被实施以便在内室的下部底板上面进行延伸。在实践中，预先确定流阻并制造出相应的阻塞器是非常困难的。有必要进行附加的工艺步骤以将棒引入部分完成的阻塞器内且与之相关的困难在于同时确保有效的固定以及气密接合从而避免限制行为在作业过程中产生改变。
因此，本发明的目的在于，提供一种上述类型的阻塞器装置，所述阻塞器装置易于进行制造且提供了用于输运和喷射适当气体的有效方式。
本发明所基于的主要思想在于，在所述阻塞器内引入用于惰性气体流的受限(束狭)通道从而提供预定过压，这样将会防止在任意组合的运行工况下在所述阻塞器顶部处产生的真空被传递至所述阻塞器的孔和气体供给系统。所述预定过压特征将取决于a)外部提供的气体流(流量/压力)，b)所述气体通道的长度，c)所述气体通道的剖面，d)所述阻塞器本体内的所述气体通道的布置。
对提供优选的气体吹扫性能所进行的研究表明，小于特定直径的气体通道不能在作业顺序的过程中自始至终提供一致的阻力，原因在于存在由于来自系统内的碎片而导致产生堵塞的风险，或出现与陶瓷材料的热机械性质相关联的较小变化从而导致剖面在作业温度下发生明显变化的风险。研究已经表明，直径小于1毫米的受限通道增加了出现这种可变性能的风险。通过研究已经发现，直径大于1毫米的通道使这些风险降至最小可能。
通过研究进一步发现，阻力取决于由于通道长度及其相应的表面条件而产生的壁摩擦效应。
通过研究已经发现，相应的气体通道的长度必须明显大于相应区域中的耐火材料的“厚度”和/或其壁部应该至少分段地或多或少提供粗糙的表面。
本发明的最通常的实施例涉及一种用于对来自冶金容器的熔融金属进行流量控制的塞棒，所述塞棒包括具有纵向轴线(A)且由耐火陶瓷材料制成的细长本体，从所述本体的上表面朝向其相对下端进行延伸且终止于与所述本体的所述下端的外表面相距一定距离的位置处的钻孔，具有小于所述钻孔的平均剖面面积的剖面面积且从所述钻孔的下端延伸至位于所述本体的所述下端处的至少一个外表面部段的至少一条气体通道，由此所述气体通道的长度大于由其端部之间的直线限定出的距离。
所述阻塞器内的受限通道在所需气体通过速率下在所述阻塞器的孔和供给系统内形成预定过压。该预定过压必须确保在铸造过程中由“水泵效应”在所述阻塞器顶部产生的任何真空将不能克服所述通道的阻力并将所有被供应的气体吸出所述系统。
因此，所述阻塞器系统的限制程度和预定过压必须与实际铸造条件以及所述阻塞器顶部和喷嘴喉部的几何构型相匹配，所述实际铸造条件以及所述阻塞器顶部和喷嘴喉部的几何构型在铸造工序中实际上可能会发生变化。
沿着有利地与所述阻塞器本体的所述纵向轴线共轴地进行布置的所述钻孔(绝大多数情况下沿其开口上端)，布置了上面提到的固定装置，所述固定装置与金属棒的相应装置相配合，所述金属棒的一端被插入到所述钻孔内且另一端被紧固到所述提升机构上。
所述钻孔通常还被称作内室，且被插入其中的任何装置被设计以便允许气体如惰性气体沿所述钻孔的长度进行流动并进入所述气体通道，所述气体通道从所述钻孔的下端延伸至所述耐火阻塞器装置的所述下表面区域。
所述气体通道的长度可以分别是其入口端与出口端之间的相应最短距离的长度或其端部之间沿所述棒的所述纵向轴线方向的距离至少两倍或三倍。
这样就包括一种设计，根据所述设计，所述气体通道的长度大于前面限定的多种距离中的一种距离5倍至30倍。可设置2条或更多条气体通道。
为了在尺寸有限的耐火陶瓷阻塞器部段内设置相应的长通道，可分别以螺旋方式或蜿蜒状方式对所述通道进行设计。只要所述通道长度遵循上述公式，则可采用所有其它的设计。
可通过在高温处理过程中尤其是在所述耐火阻塞器的烧结过程中可以烧掉的任何适当材料提供所述通道。作为一个实例，塑料螺旋形状被整合在等静压力装置中，所述装置随后填充有围绕所述形状的适当陶瓷材料。在进行加工和再成型后，对预制阻塞器进行烧结。此时所述塑料螺旋形状被烧掉且提供了所需的螺旋气体通道。显然，还可借助具有相应设计的预制管道提供所述气体通道。
所述气体通道可被布置以使得其在与所述钻孔的最下端(底板)相距一定距离的位置处进入所述钻孔。这不仅增加了与所述塞棒的下部自由端之间的距离而且避免了由进入所述气体通道的固体材料(碎片)产生的任何堵塞的风险。
典型地，所述通道在与所述钻孔的所述底端上方相距10毫米至100毫米之间的距离的位置处开始进行延伸，但对于特定使用而言，情况可能有所不同。
根据一个实施例，所述气体通道可提供介于0.5平方毫米与4平方毫米之间的平均剖面面积。所述气体通道可具有几乎任何形状。垂直于气体流的所述气体通道的剖面区域可限定出圆形、三角形、方形或所述剖面区域可例如为矩形。
所述至少一条气体通道可至少部分地被布置在耐火成形部分内或周围，所述耐火成形部分位于在所述本体内或被附到所述本体上。例如，所述通道可被设计位于分别沿所述阻塞器或所述耐火本体的相应开口进行布置的耐火成形部分的表面内或表面上。该独立部分可例如通过螺钉、螺栓或类似方式被固定地紧固到所述耐火本体上。所述成形部分还可通过砂浆或粘结剂被固定到所述本体上。该部分可以是未经焙烧或经过焙烧的等静压制的部分。所述通道可被在所述部分内，位于其表面上和/或通过相应的本体区域中的沟槽进行设置。
正如上面已经提到地，所述气体通道的剖面面积可沿其长度产生变化。例如所述气体通道的剖面面积可沿其长度在特定间隔处扩大。这样就增大了反压力且避免出现中断气体流的任何危险。所述气体通道可设有凸部以使所述气体通路更小或/和设有凹部以扩大所述气体通路。凸部和凹部可以是不连续的。它们可围绕所述气体通路区域呈环状延伸。它们可具有任何设计。它们可以尖锐边缘或平滑拐角(或分别以中间部段)的方式沿循规则壁部。
根据一个实施例，入口端与出口端之间的气体通道的总长度介于50毫米与1000毫米之间。尽管如上所述，气体通道的取向、倾斜度、形状和剖面可产生变化，但是在一个实施例中提供了一种设计，根据所述设计，所述气体通道沿所述本体的所述纵向轴线从所述本体的最下表面部段延伸进入所述本体内。换句话说所述气体通道的尾端(沿气体流的方向)平行于所述塞棒的所述纵向轴线且与其共轴。与整个阻塞器装置的典型旋转对称性相结合地，这使得中心气体流能够进入出口喷嘴内且因此实现优化的流动条件和对熔料的优化处理效应。作为另一种可选方式，所述气体通道可设有2个或更多出口端。
在下面的实例中对本发明的设计效果进行说明。从EP 0 358 535 B2的
图1所示的阻塞器设计开始且在施加恒定的气体压力和流速的情况下，当对最初直径为1.4毫米且长度为100毫米的气体通道12进行重新设计使其变为直径同样为1.4毫米但长度为400毫米的气体通道时，所得的内部系统压力增加了0.3巴。
下面，将通过实例并结合附图对本发明的两个实施例进行描述，其中图1和图2是根据本发明的不同实施例的两种阻塞器的不同部分的示意图。在这两个图中，均示出了塞棒的垂直剖视图。
在图1中，附图标记10表示形成棒形的耐火陶瓷本体。其纵向轴线被标记为A-A。
阻塞器的最下端由附图标记12表示。图中示出了下端101的一部分，即所谓阻塞器的突出端部。在附图标记12上方相距一定距离(这里约为80毫米)的位置处，钻孔14(这里具有约40毫米的直径)向上延伸至阻塞器的上端，所述上端具有常规设计且并未在图中示出。
在阻塞器本体10的上端与下部101之间设置有中间部段10i，钻孔14沿所述中间部段设有带螺纹的壁部16，所述带螺纹的壁部与金属棒20的相应外螺纹18相配合，所述金属棒被插入到所述钻孔14内以将阻塞器10固定地紧固到相应的提升机构上。
在与钻孔14的底端14b相距一定距离(h)的位置处，气体通道22从其入口孔22i开始进行延伸。在气体通道向位于最下面的本体部分12处的气体通道的出口孔22o延伸的过程中，气体通道22被设计成以如图1示意性地示出的蜿蜒状形式进行延伸。借助该蜿蜒状设计，与入口孔22i与出口孔22o之间的轴向距离H(沿纵向轴线A)或与入口孔22i与出口孔22o之间的由图1中的“D”标识出的直线距离相比，通道长度显著增加。尽管在典型的塞棒中，“D”或“H”分别在60毫米与100毫米之间变化，但是根据本发明，气体通道22的总长度典型地在120毫米与1000毫米之间，但可能甚至更长。
图2示出了一端(下端)，特别是示出了根据本发明的另一种可选构型的突出端部，下面将对所述构型所具有的主要差别进行讨论。代替采用蜿蜒状设计的方式，气体通道22以螺旋状方式进行布置且所述气体通道终止于略微扩大的端部22o，所述端部再次与纵向轴线A共轴以便在所述阻塞器被共轴地布置在相应的出口喷嘴上方时，避免在金属熔料中产生任何紊流或使所述紊流降至最小程度。
此外，借助气体通道22的螺旋设计，所述气体通道的长度将明显大于其入口位置22I与出口位置22o相距的轴向距离。因此将增加沿气体通道22流动的任何气体的流阻，从而允许在作业过程中避免出现与未受限的气体流和真空效应相关联的潜在问题。
图3示出了阻塞器的下端101，所述阻塞器的突出端部包括独立成形的部分30，所述独立成形的部分被螺合在突出端部的相应开32内。部分30包括被布置成螺旋形的气体通道22，所述气体通道的入口端22i与钻孔14流体相连且其出口端22o终止于位于阻塞器10的最下端处的外表面10s。还可通过位于部分30与本体10的相应表面中的一个表面或两个表面中的凹进部在所述部分与本体的所述相应表面之间设置通道22，如虚线23所示。
权利要求
1.用于对来自冶金容器的熔融金属进行流量控制的塞棒，所述塞棒包括a)具有纵向轴线(A)且由耐火陶瓷材料制成的细长本体(10)，b)从所述本体的上表面朝向其相对下端(101)进行延伸且终止于与所述本体(10)的所述下端(101)的外表面(10s)相距一定距离的位置处的钻孔(14)，c)具有小于所述钻孔(14)的平均剖面面积的剖面面积且从所述钻孔(14)的下端(14b)延伸至位于所述本体(10)的所述下端(101)处的至少一个外表面部段的至少一条气体通道(22)，由此d)所述气体通道(22)的长度大于由其端部(22i、22o)之间的直线限定出的距离。
2.根据权利要求1所述的塞棒，其中所述气体通道(22)的长度大于由其端部(22i、22o)之间的直线限定出的距离的5倍至30倍。
3.根据权利要求1所述的塞棒，其中以螺旋方式对所述气体通道(22)进行布置。
4.根据权利要求1所述的塞棒，其中以蜿蜒状方式对所述气体通道进行布置。
5.根据权利要求1所述的塞棒，其中所述气体通道(22)在与钻孔(14)的所述最下端(14b)相距一定距离的位置处进入所述钻孔。
6.根据权利要求5所述的塞棒，其中所述距离介于20毫米与200毫米之间。
7.根据权利要求1所述的塞棒，其中所述气体通道提供介于0.5平方毫米与4平方毫米之间的平均剖面面积。
8.根据权利要求1所述的塞棒，其中所述气体通道(22)的剖面面积沿其长度产生变化。
9.根据权利要求1所述的塞棒，其中所述气体通道(22)具有介于50毫米与1000毫米之间的总长度。
10.根据权利要求1所述的塞棒，其中所述气体通道(22)沿所述本体的所述纵向轴线(A)从所述本体(10)的最下表面部段(12)延伸进入所述本体(10)内。
11.根据权利要求1所述的塞棒，其中所述至少一条气体通道(22)至少部分地被布置在耐火成形部分(30)内或周围，所述耐火成形部分位于所述本体(10)内和/或被附到所述本体(10)上。
全文摘要
本发明主要涉及一种用于控制从冶金容器如中间包中流出的熔融金属的流量的阻塞器。下文中与阻塞器的设计、构造和/或功能相关的任何说明都是相对于这种阻塞器的典型应用位置，即垂直取向位置而言的。
文档编号B22D41/14GK101080293SQ200680001346
公开日2007年11月28日 申请日期2006年6月16日 优先权日2005年6月21日
发明者S·李, I·普罗德福特 申请人:里弗雷克特里知识产权两合公司