专利名称：易操作的水口更换装置和水口单元的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及金属连铸生产线。具体而言,本发明涉及ー种水口单元,该水口单元适合与水ロ更换装置一起使用并设置有用于防止所述水ロ単元以错误的定向装载在所述水口更换装置中的装置。
背景技术：
中间包容器(10)用于保持从钢包(11)经钢包长水口(ladle shroud) (12)所传送的一定量的或满容器的例如铁水或钢水等熔融金属(參照图I)。将钢包(11)定位在中间包(10)上方几米处，并且通过形式为从钢包(11)引入中间包(10)内的长管的钢包长水ロ(12)将熔融金属传送到中间包(10)。中间包(10)设置在钢包(11)与铸造设备或模具(mould,或称结晶器)(13)之间，来自中间包(10)的熔融金属经上水ロ( 18)被供给至该铸造设备或模具(13)，该上水ロ( 18)位于中间包内与浇铸水ロ( I)流体连通，该浇铸水ロ( I)位于中间包外部和下方并且供应待成形的熔融金属。·在金属鋳造期间，浇铸水口(I)可能磨损或者水口开ロ(5)可能变得堵塞，并且可能不得不在期间更换浇铸水口(I)。为解决此问题，可使用水口更换装置(100)，该水口更换装置(100)包括用于装载新的管套水口的开ロ( 16)、用于将新水口滑入浇铸位置的推动装置(31)和引导装置(7)以及位于引导装置(7)的相对端处的排出开ロ，该排出开ロ用于通过利用新水口単元(I)推动用过的水口而排出用过的水口。水口単元的装载和卸载通常借助于长夹具手动完成并且要求操作人员具有相当大的力量和精度。适合与这种水口更换装置一起使用的水口単元(I)实际上由具有中央轴向孔的管状部分(4)组成，该孔在一端沿轴线开ロ，而在下出口端沿轴线或通过横向窗ロ(5)开ロ(比较图3 (a)和图3 (b))。所述管状部分在其入口端以板(2)为顶部，该板(2)适合紧密地配合在对应的水口更换结构的开ロ(16)内。该板包括适合沿着对应的固定板(通常为上水口出口的一部分)滑动的顶部滑动表面(2a)。水口単元(I)的板(2 )包括通孔，该通孔与上水ロ的通孔相匹配，并且适合在推入其浇铸位置时与上水ロ的通孔流体连通。在本申请中，浇铸管(4)与板(2)的结合称为“可更换的水口単元”(1)，或者在不会与其它水口混淆时简称为“水口単元”(I)。在紧急情形下，必须可以封闭上水ロ开ロ。为此，可以将类似于如上所述的浇铸管
(4)顶部的板(2)但不带通孔的盲板引入装载开ロ(16)，并推动该盲板与上水ロ对准。ー些可更换的水口単元包括板(2)，其中通孔相对于其平行于引入引导装置内的方向的轴向偏移。这允许将盲板与可更换的水口单元结合成整体，这是因为在其浇铸位置，可更换的水口板(2)的通孔(3)与上水ロ出口流体连通，而在其封闭位置，上水ロ出口面对水口板的盲端表面并因此中断金属熔体流动。由于在所示情形中推动装置(31)适于推动可更换的水口単元，所以整个更换操作始終沿着相同方向进行。由此，板的通孔(3)必然定位在板顶面(2a)的盲端部分的上游侧。实际上，在紧急情形下，推动装置(31)必须适合于将可更换的水口单元从其浇铸位置推动到其封闭位置。虽然很有利，但是这种可更换的水口単元由于以下原因而并非没有危险。水口板(2)的通孔(3)的偏移位置和它应该以位于滑动表面(2a)的盲端部分上游侧的定向提供给水ロ更换装置(100)的这ー约束意味着水ロ单元沿着单一定向被装载到水ロ更换装置(100)上。实际上，如果以通孔(3)位于盲端部分下游侧的定向装载，则后果可能是灾难性的。上水ロ(18)与浇铸水口(I)之间将不形成流体连通或几乎不形成流体连通，从而中断鋳造操作，并且在紧急情形下，推动装置(31，32)将进ー步将板推动到板的理论封闭位置，但是使通孔(3)而不是盲端表面与上水ロ出口对准，从而开启金属流动路径的全流量操作而不是中断金属流动路径。US5188743和W09304805提出给可更换的水口板的底部设置防颠倒套环。该套环可为椭圆形或者设置有一对径向相対的圆罩。然而，该方案将板可能提供给水口更换装置的定向总数从无约束的四个定向限制为具有套环的两个定向。因此，此方案不适合设置有带通孔和盲端表面的长形板的可更换的水口単元的情形，这是因为在此情形中仅允许四个定向中的ー个定向。
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US5211857或US5174908提出闸门安全装置，其中闸门包括与水口更换装置的不対称的装载开ロ相匹配的不对称的前缘和后缘。然而，这些方案由于以下原因并未令人满意地解决问题。首先，此类系统不能与エ业中已经安装好的现有的水口更换装置(100)兼容，而且要求安装特制的水口更换装置，这表示需要客户大量投资。其次，除非右舷和下风板侧缘(2e)之间相当不对称，否则存在如下危险即，操作人员可能在更换管时做激烈动作而使板错误地插入水ロ更换装置的开ロ(16)内并损坏系统。注意的是，在此，右舷(右)和下风板(左)侧缘(2e)是关于朝着待首先向水口更换装置(100)的开ロ( 16)提供的前缘(2c)观看而限定的侧缘。本发明提出一种仅沿着水ロ板的可能的四个定向中的ー个定向将可更换的水ロ単元装载到水口更换装置上的方案，该水口板完全易于操作、廉价并与金属鋳造车间中所使用的现有的水口更换装置兼容。
发明内容
本发明由所附的独立权利要求来限定。从属权利要求限定优选的实施例。具体而言，本发明涉及ー种可更换的水口単元，该可更换的水口単元用于在金属连铸设备中的水ロ更换装置中使用，所述水ロ更换装置所属的类型包括装载开口和引导装置，所述引导装置用于使所述水ロ単元相对于所述水ロ更换装置经所述装载开ロ滑动到浇铸位置，其中，所述水口単元包括A)水口板，其由部分地包覆在金属外壳中的耐火材料制成，所述水口板具有在棱柱中内切的形状，并由以下限定a)第一前缘和第二相对后缘,其限定棱柱的第一基部和第二基部,并且横向于第ー轴线(Xl)，所述基部优选地为多边形，b)上滑动表面和下支承表面，其形成棱柱的第一对相对且平行的接合面，所述上滑动表面由第一轴线和第二轴线(XI，X2)限定，c)第一侧缘和第二侧缘，其大致平行于所述第一主轴线(XI)，连接棱柱的第一基部和第二基部以及第一对相对接合面，
d)通孔，其将上滑动表面和下支承表面流体连接，所述通孔沿着所述第一轴线(Xl)偏移，以及e)管状管道，其包括与水口板的通孔流体连通的中央孔，管状管道的一端固定在水口板的下支承表面上，所述中央孔经位于管状管道的相对端处或者位于管状管道的相对端附近的至少ー个开ロ与环境连通；其中，在后缘处或者邻近后缘设置有至少ー个凸柄，所述至少一个凸柄横向于所述第一主轴线(Xl)且大大超出限定棱柱的基部的周界进行延伸，并且所述至少一个凸柄的弯曲屈服点或最大弯曲カ介于IOkgf与2000kgf (100N与20kN)之间。在本文中，正如本领域技术人员通常理解的，将“屈服点”定义为应力-应变曲线中的处于曲线趋平并且开始发生塑性变形时的点。类似地，在此，将“最大弯曲力”定义为材料在承受所施加的弯曲负载发生断裂之前所耐受的最大力。另ー方面，本发明的水口単元在金属连铸设备中的水口更换装置中使用，所述水ロ更换装置被设置为沿着由水口交換操作时第一轴线(Xl)所定义的纵向方向移动所述水 ロ単元；其中所述水ロ単元包括水ロ板，其具有上滑动表面和下支撑表面，且ー浇铸管道从所述下支撑表面延伸，所述水口板和所述浇铸管道由耐火材料制成；其中所述水口板包括前缘、后缘及连接所述前缘和后缘的侧缘，且一通孔将所述上滑动表面和所述下支撑表面流体连接；其中所述浇铸管道包括中央孔，其与所述水口板的所述通孔流体连接，所述中央孔经至少ー个为排出熔铸金属的开ロ与环境连通；特征在于，在所述水口板的所述后缘处或后缘附近设置有至少ー个金属凸柄，所述金属凸柄相对于所述第一轴线横向地或侧向地凸出(且具有介于IOkgf和2000kgf即100N和20kN之间的弯曲屈服点或最大弯曲力)。在一个优选实施例中，所述至少一个凸柄(6)的弯曲屈服点或最大弯曲カ介于20kgf 与 IOOOkgf (200N 与 IOkN)之间，或者介于 50kgf 与 500kgf (500N 与 5kN)之间，优选地介于75kgf与250kgf (750N与2. 5kN)之间，更优选地介于IOOkgf与200kgf (IkN与2kN)之间，最优选地介于125kgf与175kgf (I. 25kN与I. 75kN)之间。这些カ意味着防止操作人员迫使错误插入的管行进到装载开口上，并且意味着允许机械、气动或液压推动装置通过使凸柄在该过程中弯曲或断裂而将正确装载的管推动到其浇铸位置。棱柱的外接水口板的基部的几何形状可因应用而异。它们例如可为以下形状中的任意一者(a)矩形，(b)平行四边形，(C)梯形，(d)如下矩形该矩形中的至少邻近下支承表面的两个角被切去以与水口更换装置的引导装置的几何形状匹配。可能需要改变棱柱基部的几何形状以使板易于滑动到水口更换装置中，或者用于确保水口単元不能横向于其正确定向而安装在装置开口内。至少ー个凸柄可沿着任何方向超出基部周界进行延伸，但是为了留出更换装置的上滑动表面，优选地，凸柄不在板的上表面上方延伸。优选地，凸柄与至少ー个侧缘邻近，并且超出侧缘的一部分进行延伸。凸柄也可超出下支承表面进行延伸，只要凸柄将与水口更换装置中的一部分通路发生干渉。凸柄也可从至少一个所述水口板的侧缘侧向地凸出。由于可更换的水口単元的板由利用金属外壳(有时称为金属壳体)包覆除了上滑动表面之外的全部表面的耐火材料制成，所以有利的是该至少ー个凸柄由延展性金属制成，并且固定在包覆耐火材料的金属外売上或者为金属外壳的一体部分。水口板也被包覆在金属外壳中，且金属凸柄从金属外壳侧向地凸出。该金属凸柄与金属外壳一体地形成。该凸柄也包括预切削或薄弱的部分(以在水口交换操作时利于弯曲或断裂)。一个或多个凸柄可具有超出限定棱柱板的周界的任意几何形状，并且ー个或多个凸柄的几何形状适于与一起使用的水口更换装置的开ロ发生干渉。具体而言，仅作为示例，该凸柄可具有以下几何形状中的ー种(a)L形的板，其中“L”的竖线固定在板的后缘处或者固定在板的后缘附近，而“L”的水平线超出其邻近的侧缘的表面向外延伸，优选地，位于下支承表面的水平面的下方；(b) L形的板，其中“L”的竖线平行于侧缘延伸，而“L”的水平线超出其邻近的侧缘的表面向外延伸，并且位于后缘处或邻近后缘；(C)板，其超出其邻近的侧缘的表面向外延伸，并且与后缘大致齐平；(d)在水口板的侧缘为不平的边缘的情形中，两个凸柄与后缘邻近，每个凸柄均超出限定棱柱的基部进行延伸，以便被包围在外接基部的最小矩形内，例如
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(e)在水口板的棱柱基部由具有至少切去两个角的矩形组成的情形中，两个凸柄
(6)与后缘邻近，每个凸柄均具有该切去部分的几何形状并且补足以形成矩形，(f)在水口板的棱柱基部由具有从邻近一个侧缘的至少ー个边缘突出的至少ー个突出体的矩形组成的情形中，该至少ー个凸柄与该突出体以及邻近下支承表面的下缘大致齐平；(g)固定在下支承表面上的弯杆或叶片；(h)固定在侧缘上的弯曲的半壳体。本发明还涉及ー种水口更换装置，该水口更换装置与如前文所述的可更换的水口単元一起使用用于在连铸金属期间更换水口単元，所述水口更换装置包括(a)第一固定板，其包括适于与金属熔体的源头诸如中间包等流体连通的通孔，所述第一固定板包括第一下滑动表面；( b )装载开ロ，其用于装载第二可移动的水ロ板，所述装载开ロ允许与水ロ板的基部接合，但不允许与该至少ー个凸柄接合；(c)引导装置，其用于使可移动的板沿着平行于第一轴线(Xl)的方向经装载开ロ滑动到浇铸位置，该浇铸位置定义为第一固定板的通孔与第二可移动的板的通孔流体连通的位置；(e)排出开ロ，其位于引导装置的相对端处，用于在使用新水口単元推动用过的水ロ单元时排出用过的水口单元；(f)机械、气动或液压臂，其适于将可移动的水口单元从其装载位置推动到其浇铸位置，并且具有高于该至少ー个凸柄的弯曲屈服力或最大弯曲力的推力，并且其中，(g)可更换的水口単元的上滑动表面适于沿着第一固定板的第一滑动表面滑动并且适合于使第一固定板的通孔和第二可移动的板的通孔流体连通。前文的水口更换装置的机械、气动或液压臂优选地适合(a)用于将第一水口单元从装载位置推动到浇铸位置，(b)用于将第一水口単元从浇铸位置推动到封闭位置，在所述封闭位置，第一固定板的通孔面对水口板的上滑动表面的盲端表面，以及(C)用于将第二水口単元从装载位置推动到浇铸位置，从而将第一可移动的水口单元经排出开ロ推出。通孔在水口板上，其相对于后缘更靠近前缘，从而在第一轴线的方向上通孔的边界和后缘之间的部分具有大于通孔的直径的长度。
在本发明的一个优选实施例中，如果水ロ单元以除了前缘在先之外的任何位置提供，则凸柄几何形状和水ロ更换装置的开ロ甚至不允许将水ロ単元装载接合在装载开ロ内。这样，不存在液压、气动或机械臂迫使可更换的水口单元以错误定向和构造进入水ロ更换装置的风险。其中水口板的所述前缘和后缘互补成形。本发明还涉及ー种金属连铸生产线，该金属连铸生产线包括如上所述的水口更换机构和可更换的水口単元。优选地，该水口更换装置位于中间包的出ロ处。本发明还涉及ー种金属外壳或金属壳体，该金属外壳用于包覆如前文所述的可更换的水口単元的板，该金属外壳的形状适合包覆水口板的除了上滑动表面之外的所有面的至少一部分，并且特征在于，金属外壳包括设置在后缘处或邻近后缘设置的至少ー个凸柄，所述至少一个凸柄横向于第一主轴线(Xl)并且大大超出限定棱柱的基部的周界进行延伸，并且所述至少一个凸柄的弯曲屈服点或最大弯曲カ介于IOkgf与2000kgf (100N与20kN之间)。该弯曲屈服点和最大弯曲力由如上所限定的定义来理解。·该金属外壳和凸柄的几何形状与前文关于可更换的水ロ单兀中的金属外壳和凸柄的几何形状一祥。该至少一个凸柄可使用本领域技术人员公知的任何固定装置如钎焊或焊接生产线、胶水、水泥、铆钉、螺丝等固定在金属壳体上。然而，优选地，凸柄是金属外壳的整体的一部分。凸柄可以是金属外壳的弯曲区段，可以从金属外壳的主体上选择地切去。此外，上滑动表面和下支撑表面共同限定了棱柱的第一组对面的和平行的面，且其中棱柱的面为以下中的任意一者(a)矩形，(b)平行四边形，(C)梯形，(d)如下矩形所述矩形中的至少临近所述下支撑表面的两个角被切去以与所述水口更换装置的所述引导装置(7)的几何形状匹配。
本发明的各种实施例在附图中示出图I示意性地示出了典型的连铸生产线。图2示出水ロ更换装置的剖视图。图3示出根据本发明的水口单元的各种实施例。图4示出根据本发明的水口単元的另ー个实施例。图5示出根据本发明的用于包覆图3的水口板的金属壳体。图6示出根据本发明的水口単元，其中，(a)是水口単元以后缘在先的方式错误装载的图示，而(b)是水口単元以前缘在先的方式正确装载的图示。图7示出根据本发明的水口更换装置的使用原理。
具体实施例方式本发明以简单和可靠的方式解决了以下问题防止将不对称的可更换的水口単元以错误的定向装载到水ロ更换装置(100)的装载开ロ( 16)上，从而避免这种错误可能弓I发的严重后果。根据本发明的可更换的水口単元属于这样的类型其包括带有通孔(3a)的中空管状部分(4)，所述管状部分的一端与板(2)的大致垂直于该管状部分的轴线延伸的第二主面(2b)连接。管状部分的通孔(3a)在板的与前述第二主面(2b)相対的第一主面(2a)上具有与环境连通的开ロ(3)，并且管状部分的通孔(3a)或者沿着管的轴线在管状部分(4)的另一端处具有与环境连通的开ロ(參照图3的(b))，或者在靠近该端部设置在管壁上的窗ロ(5)处与环境连通(參照图3的(a))。由于所述第一主面在滑动到水口更换装置中的浇铸位置时将与上水ロ的对应板表面进行紧密流体接触，所以将所述第一表面(2a)称为“滑动表面”。该滑动表面由耐火材料制成且未被包覆金属，以免ー些熔融金属泄漏并损坏金属包覆表面。因此,板本身由两个相対的主面(2a，2b)组成滑动表面和将板连接到水ロ的管状部分(4)的表面；两个表面通过限定板的周界和厚度的边缘(2c至2e)连接。侧缘包括相对于板安装并且滑动到水口更换装置中的方向而言的一对相对的前缘(2c)和后缘(2d)。该前缘和后缘实际上限定棱柱的基部，板可内切在该棱柱中。在绝大多数情形下，该棱柱是正棱柱，但此特征不是強制性的。由于当第二板的前缘(2c)接触待更换的第一板的后缘(2d)时两个连续的板之间应该形成相当紧密的接触，所以两个相対的前缘和后缘必须互补，并且大多数情形下它们包括两个平行的平坦区段。平行于作为横向的第一方向(X)的、通常垂直于前缘和后缘(2c，2d)延伸的侧缘(2e)通常从前缘线性地延伸到后缘，但是可在两个主面(2a，2b)之间具有任何轮廓。
在本文中，如果某一形状由棱柱包围并“紧密地配合”在该棱柱内部，则可以说所述形状在棱柱中内切，这是在几何学上一般为本领域技术人员所接受的定义。具体而言，在图形相遇的所有点处，它们的边缘必定相切。必然不存在与该内切物体类似、更大并且还被外图形包围的物体。在本发明中，可以说板具有在棱柱中内切的形状，因为侧缘(2e)不一定直接与前缘和/或后缘(2c，2d)相遇或形成鋭角。相反，在很多实例中，使板的角部平滑可能是有利的，要么具有圆角部，要么将角部切去。这有利于操作人员操纵无尖角部的板，而且还有助于在装载开口和引导装置内平滑地对准板。然而，除角部之外，该板具有总体大致棱柱的几何形状。可以说该板不对称，因为通孔在滑动表面(2a)上的开ロ(3)相对于第一方向(X)未在板的中心上。实际上，在许多情形下，开ロ(3)偏移以便紧挨着它限定一盲端区域，该盲端区域允许通过使板从其浇铸位置滑动到盲端位置以中断金属熔体的流动，其中所述浇铸位置为开ロ(3)与对应的上水ロ(18)的通孔(23)流体连通的位置，所述盲端位置为上水口的通孔(23)面向板的盲区(类似于用于相同目的的盲板，称为盲端区域)的位置。现在，如果该板被错误地装载到水ロ更换装置的装载开ロ内，则产生下述情形当将板推入其浇铸位置时，水口単元的上水ロ与开ロ(3)之间不会形成流体连通或者限制流体连通，结果不能流动或几乎没有流动金属熔体。在紧急情形下，当必须将板从其浇铸位置推动至其盲端位置时，开ロ(3)经孔(23)与上水ロ完全流体连通，从而增加金属流动而不是停止金属流动。为了防止发生这种灾祸，本发明提出在后缘(2d)处或者邻近后缘(2d)设置至少一个凸柄(6)，所述至少一个凸柄(6)横向于所述第一主轴线(Xl)并且大大超出限定棱柱的基部的周界进行延伸，并且所述至少一个凸柄(6)的弯曲屈服点或最大弯曲カ介于IOkgf与2000kgf (100N与20kN)之间。由于所述至少ー个凸柄(6)超出限定棱柱的基部的周界横向地延伸，所以凸柄(6)必然与装载开ロ(16)的框架发生干渉，并且将不得不弯曲或断裂以便允许板通过所述装载开ロ并沿着引导装置(7)穿行。如果板以正确定向装载，则所述至少ー个凸柄(6)将邻近板的后缘(2d)定位在板的后部，并且板可由手紧贴地引导通过装载开ロ并且沿着侧缘(2e)的相当一部分长度滑动，直到至少ー个凸柄(6)到达装载开ロ(16)的框架处并且与装载开ロ(16)的框架发生干渉。在所述地点，操作人员不能再用手推动板，因为IOON在鋳造设备中所遇到的条件下用手施加是相当大的力。在此阶段，启动机械、气动或液压臂(31)，以推动板直到板到达其浇铸位置。在该过程中，所述至少ー个凸柄(6)弯曲或断裂，因为20kN仅为用于这种目的设置的力臂可施加的力的一小部分(參照图7)。优选地，所述至少一个凸柄塑性地弯曲而不断裂，以便防止凸柄碎片落入下方的铸模内。万一操作人员将板前后颠倒(S卩，使后缘(2d)朝前且使前缘(2c)向后)装载，如果没有设置防止板沿着错误定向装载的装置，则后果不堪设想。根据本发明的水口単元不能被前后颠倒(即，以后缘(2d)在先的方式)安装，因为所述至少ー个凸柄(6)将与装载开ロ
(16)的框架发生干渉，以防止板搁靠在引导装置上。在鋳造设备的エ况下，所述至少ー个凸柄具有至少100N的机械阻カ(弯曲或折断阻力)，这对于操作人员通过迫使错误定向的板通过装载开ロ而弯曲或断裂来说过高。这样，即使在几次尝试之后，操作人员将迅速地意识到其错误并且翻转板如上所述地将板的前缘(2c)在先地提供给装载开ロ。
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必须从大的方面来理解鋳造设备的エ况。该エ况包括在该装置和水口単元处于冷态或室温的情况下将水口更换装置组装在中间包的出ロ处时的エ况、以及在连铸操作时该装置和水口単元处于热态时的エ况。实际上，在该装置的组装期间，引入水ロ更换装置的第一水口通常处于冷态，因为该装置和水口在后续阶段将与中间包一起被预热。另一方面，在连铸平台上，当装置和水口已经进行操作并且必须将新水口単元引入正在操作的装置内时，则首先对新水口单元进行预热，以减小在与熔融金属接触时的热冲击。在此方面，通常设置有预热エ位，该预热エ位安装在连续平台上，以在800°C -IOOO0C的范围内的温度下预热新水口単元。当需要更换水口时，使待命并随时可用的经预热的水口接合在装载开ロ(16)中。所述至少一个凸柄(6)的屈服点或最大弯曲力的较高的下限值大大降低了迫使板通过装载开ロ的強壮且固执的操作人员的能力。相反，较低的上限值减小了臂(31)用于弯曲或断裂所述至少一个凸柄所需的力。因此，所述至少一个凸柄(6)的弯曲屈服点或最大弯曲力可介于20kgf与IOOOkgf (200N与IOkN)之间，或者介于50kgf与500kgf (500N与5kN)之间，优选地介于75kgf与250kgf (750N与2. 5kN)之间，更优选地介于IOOkgf与200kgf (IkN 与 2kN)之间，最优选地介于 125kgf 与 175kgf (I. 25kN 与 I. 75kN)之间。在本申请中，考虑室温下所述至少一个凸柄(6)的弯曲屈服点或最大弯曲力的值。基于エ况和臂可产生的力，本领域技术人员可选择恰当的值或值的范围，以确保既在组装时又在铸造时(冷阶段和热阶段)满足本发明的原理。水口单元(I)的板可具有此类水口中常见的任何形状。具体而言,该板的几何形状在如下棱柱中内切，该棱柱的基部与一方面利用相对的滑动表面和支承表面(2a, 2b)而另一方面利用侧缘(2e)接合的前缘和后缘(2c，2d)相对应。在本文中，术语“棱柱”的几何含义认为由利用多个面接合的两个平行基部限定，使得平行于基部面的所有截面均相同。基部可具有任意几何形状，但它们一般为多边形。板不需要完全地呈棱柱形，而是仅在棱柱中内切，因为板的侧缘(2e)与前缘和后缘(2c，2d)或侧缘(2e)本身接合成的角部可有利地呈圆形或被切去，以有利于装载到水口更换装置(100)的装载台上并被引导通过该装载台。该棱柱的基部(2c，2d)可为以下中的任意一者(a)矩形，(b)平行四边形，(c)梯形，(d)如下矩形该矩形中的邻近下支承表面(2b)的至少两个角被切去以与水口更换装置(100)的引导装置(7)的几何形状匹配。然而，如上所述，板的精确几何形状对于适用于安装在对应的水口更换装置上的任何类型的可更换的水口単元的本发明来说并不关键，即，它必须具有-由耐火材料制成的平坦滑动表面(2a)，-适合于在水口更换装置的引导装置(7)上滑动的侧缘(2e)和支承表面(2b)，以及-前缘(2c)，其平行于相对的后缘(2d)，使得在更换水口単元的过程中当第二板的前缘压靠第一板的后缘时形成紧密接触。该至少一个凸柄(6)必须位于后缘(2d)处或邻近后缘(2d)，并且如图3的(d)至图3的(f)所示，优选地邻近至少ー个侧缘(2e)。作为选择，如图3的(a)至图3的(C)以及图4所示，该至少一个凸柄(6)可位于侧缘下方。由于该至少ー个凸柄优选地具有延展·性并且能够适合于在介于100N与20kN之间的カ下弯曲，所以优选地凸柄由金属制成。由于水口板的除了滑动表面(2a)之外的所有面的至少一部分由金属外壳包覆，所以如图5的(a)、图5的(d)以及图5的(e)所示，该凸柄能够有利地为该外壳的一体部分，或者如图5的(b)、图5的(c)以及图5的(f)所示，利用本领域熟知的任何手段诸如焊接、钎焊、胶粘、铆接、螺纹连接等将凸柄固定在该外壳上。凸柄可具有诸多不同的几何形状。具体而言，它们可具有以下几何形状中的任何ー种形状(a) L形的板，其中“ L”的竖线固定在板的后缘(2d)处或者固定在板的邻近后缘(2d)处，而“L”的水平线超出其邻近的侧缘(2e)的表面向外延伸，优选地，位于下支承表面(2b)的水平面的下方；这种实施例在图3的(a)中示出；(b) L形的板，其中“L”的竖线平行于侧缘(2e)延伸，而“L”的水平线超出其邻近的侧缘(2e)的表面向外延伸，并且位于后缘(2d)处或邻近后缘(2d)，如图3的(b)和图5的(a)所示；(C)长形板，其超出其邻近的侧缘(2e)的表面向外延伸，并且与后缘(2d)大致齐平，如图3的(d)至图3的(f)以及图5的(d)和图5的(e)所示；(d)在水口板的侧缘为不平的边缘的情形中，两个凸柄与后缘邻近，每个凸柄均超出限定棱柱的基部进行延伸，以便被包围在外接所述基部的最小矩形内，例如(e)在水口板(2)的棱柱基部由具有至少切去两个角的矩形组成的情形中，两个凸柄(6)与后缘(2d)邻近，每个凸柄均具有该切去部分的几何形状并且补足以形成矩形，如图3的(f)所示，( f )在水口板(2 )的棱柱基部由具有从邻近一个侧缘(2e )的至少ー个边缘突出的至少ー个突出体的矩形组成的情形中，该至少一个凸柄(6)与该突出体以及邻近下支承表面(2b)的下缘大致齐平,如图3的(e)所示；(g)图3的(C)、图4以及图5的(C)所示的固定在支承表面上的弯杆或叶片(6);(h)图5的(b)所示的固定在侧缘(2e)上的弯曲的半壳体。由于机械原因，板的除了上滑动表面(2a)之外的全部表面的至少一部分以及管状部分(4)的初始区段有时由金属外壳(12)包覆,该金属外壳(12)有时也称为金属壳体,在此认为这两个术语是同义词。如前文所述，优选地，至少ー个金属凸柄(6)是金属壳体本身的一体部分或者固定在金属壳体上。因此，根据本发明的金属外壳(12)的形状类似于现有技术外壳相应的形状，金属外壳(12)的形状为开ロ壳体,金属外壳(12)的几何形状与其将包覆的耐火板之一相匹配，在底部表面具有开ロ，以容纳水口単元(I)的管状部分。本发明的金属外壳(12)与现有技术金属壳体的区别在于，本发明的金属外壳(12)包括设置在后缘(2d)处或邻近后缘(2d)设置的至少ー个凸柄(6)，所述至少一个凸柄(6)横向于第一主轴线(Xl)并且大大超出限定棱柱的基部的周界进行延伸，并且所述至少一个凸柄(6)的弯曲屈服点或最大弯曲カ介于IOkgf与2000kgf (100N与20kN)之间。在前文中已详尽地说明了该至少一个凸柄(6)，前文内容在经过必要修改后适用于金属外壳的至少ー个凸柄。具体而言，该至少一个凸柄可以是金属外壳的一体部分，或者作为选择，该至少ー个凸柄可以利用诸如钎焊或焊接生产线、水泥、铆钉、螺丝等固定装置固定在金属外壳上。金属壳体可在金属加工车间通过诸如锻压、折叠、使用压カ机或锻压机冲孔、下料、模压、弯曲、折边、压印、焊接等技术铸造或成形。然后，金属壳体通常被运输到水口単元·制造商的设备处，在该处，通常使用水泥将金属壳体施加在水口単元的耐火芯部上。为了缩小売体在运输到水口単元制造商的过程中的包装体积，优选地，该至少一个凸柄为如下形式，即金属外壳装配在具有大致类似或略大于滑动表面(2a)的一个面的矩形长方体中。图5的(d)和图5的(f)以及图3的(e)和图3的(f)中图示了外壳的此类实例。如果外壳包括用于包覆水口単元的管状部分(4)的顶部的管状区段，正如例如图4中所看到的，则凸柄也可如图3的(C)、图4以及图5的(c)所示从下支承表面(2b)延伸。凸柄可包括预切削或较薄弱的部分以利于凸柄弯曲或断裂。此结构允许精确地定位弯曲或断裂的区域并且减小水ロ板(2)上的应变。凸柄固定在外売上的固定装置的位置也可有助于形成较薄弱的部分。凸柄的优选形状为图4所示的凸柄的形状。当水口単元沿着错误的定向被装载时该形状允许与装载开ロ发生明显干渉。另ー方面，当水口単元沿着正确的定向被装载时，凸柄沿着弯曲方向预成形并且允许平滑变形。在水口板耐火部分上没有引起应变或者几乎没有引起应变。因此，避免或減少了裂纹。图4的凸柄也相当易于制造。本发明的水口单元与水口更换单元(100)—起使用，该水口更换单元(100)包括(a)第一固定板(22)，其包括适合于与金属熔体的源头诸如中间包(10)等流体连通的通孔(23)，所述第一固定板包括第一下滑动表面(22a);此种固定板通常是中间包
(10)的上水ロ(18)的一部分并且包括滑动表面，该滑动表面将与本发明的可移动的水口单元的滑动表面(2a)形成紧密接触面；(b)装载开ロ(16)，其用于装载本发明的可移动的水口単元(I)的板(2 )，所述装载开ロ允许与水口板(2)的由前缘和后缘(2c，2d)形成的基部接合，但不允许与该至少ー个凸柄(6)接合；(C)引导装置(7)，其用于使可移动的板(2)沿着平行于第一轴线(Xl)的方向经所述装载开ロ(16)滑动到浇铸位置，该浇铸位置定义为第一固定板(22)的通孔(23)与第二可移动板(2)的通孔(3)流体连通的位置，可移动板(2)的滑动表面与上水ロ的固定板的滑动表面在接触时必须形成金属熔体紧密接触面；
(e)排出开ロ，其位于引导装置(7)的相对端处，用于在使用新水口単元(I)推动用过的水口単元(I)时排出用过的水口単元(I);以及(f)机械、气动或液压臂(31)，其适合于将可移动的水口単元(I)从其装载位置推动到其浇铸位置，并且具有高于该至少ー个凸柄(6)的弯曲屈服力或最大弯曲力的推力，并且其中，(g)可更换的水口単元(I)的上滑动表面(2a)适合于沿着第一固定板(22)的第ー滑动表面(22a)滑动并且适合于使第一固定板的通孔(23)和第二可移动板的通孔(3)流体连通。装载开ロ(16)可以是这样的，即如果将可移动板(2)以其后缘(2d)在先的方式错误地提供，则板不能被放置在引导装置上。作为选择，为了减轻拿着水ロ単元的操作人员的负担，可将板放置在引导装置上，但没有深到足以允许臂(31)在前缘(2c)上推动，如图6的(a)所示。由于所述至少ー个凸柄(6)的弯曲屈服点或最大弯曲カ介于IOkgf与2000kgf(100N与20kN)之间，所以其对于操作人员用手施加压カ来说过高，并且由于臂(31)过于在·前而不能到达前缘(2d)，所以板卡在那里且不能进ー步滑动。因此，操作人员的唯一选择是收回水口単元(1)，将水口単元(I)前后翻转并且以其前缘在先的方式将板引入装载开ロ内，并且将板放置在引导装置上，利用手力向深处推动板穿过引导装置，直到该至少ー个凸柄(6)与装载开ロ(16)发生干渉。在所述阶段，臂(31)抵靠在后缘(2d)上定位，并且通过使凸柄(6)弯曲或断裂而迫使所述至少一个凸柄(6)通过装载开ロ，直到板到达其浇铸位置。如图6的(b)和图7所示，如果板被正确地装载到装载开口上，则臂(31)因此适于与水口単元(I)的板的后缘(2d)接触，优选地，(a)用于将第一水口単元(I)从装载位置推动到浇铸位置，(b)用于将第一水口単元(I)从浇铸位置推动到封闭位置，在封闭位置，第一固定板(22)的通孔(23)面对水口板(2)的上滑动表面(2a)的盲端表面，以及(c)用于将第ニ水口単元(I)从装载位置推动到浇铸位置，从而将第一可移动的板(I)经排出开ロ推出。因此，包括根据本发明的水口更换装置(100)和水口単元(I)的金属连铸生产线免于由于板以其后缘在先的方式错误装载所导致的中断，该中断是ー种比我们想象更频繁发生的事故。这种系统特别适用于中间包，其中水口更换装置(100)位于所述中间包下方的出口处。
权利要求
1.一种水口单元(I)，其用于在金属连铸设备中的水口更换装置(100 )中使用，所述水口更换装置(100)所属的类型包括装载入口和引导装置(7)，所述引导装置(7)用于使所述水口单元相对于所述水口更换装置经所述装载入口滑动到浇铸位置，其中，所述水口单元(I)包括 A)水口板(2)，其由部分地包覆在金属外壳中的耐火材料制成，所述水口板具有在棱柱中内切的形状，并由以下限定 a)第一前缘(2c)和第二相对后缘(2d)，其限定所述棱柱的第一基部和第二基部，并且横向于第一轴线(Xl)，所述基部优选地为多边形， b)上滑动表面(2a)和下支承表面(2b)，其形成所述棱柱的平行的第一对相对接合面，所述上滑动表面(2a)由第一轴线和第二轴线(XI，X2)限定， c)第一侧缘和第二侧缘(2e)，其大致平行于所述第一主轴线(X1)，连接所述棱柱的所述第一基部和第二基部(2c，2d)以及所述第一对相对接合面(2a，2b)， d)通孔(3)，其将所述上滑动表面(2a)和所述下支承表面(2b)流体连接，所述通孔沿着所述第一轴线(Xl)偏移，以及 B)浇铸管道(4)，其包括与所述水口板的所述通孔(3)流体连通的中央孔(3a)，所述浇铸管道(4 )的一端固定在所述水口板(2 )的所述下支承表面(2b )上，所述中央孔(3a)经位于所述浇铸管道(4)的相对端处或者位于所述浇铸管道(4)的相对端附近的至少一个开口(5)与环境连通； 特征在于，在所述后缘(2d)处或者邻近所述后缘(2d)设置有至少一个凸柄(6)，所述至少一个凸柄(6)横向于所述第一主轴线(Xl)且大大超出限定所述棱柱的基部的周界进行延伸，并且所述至少一个凸柄(6)的弯曲屈服点或最大弯曲力介于IOkgf与2000kgf(100N 与 20kN)之间。
2.—种水口单元(I )，其用于在金属连铸设备中的水口更换装置(100 )中使用，所述水口更换装置(100)被设置为沿着由水口交换操作时第一轴线(Xl)所定义的纵向方向移动所述水口单元(I);其中所述水口单元(I)包括水口板(2 )，其具有上滑动表面(2a)和下支撑表面(2b )，且一浇铸管道(4 )从所述下支撑表面(2b )延伸，所述水口板和所述浇铸管道由耐火材料制成；其中所述水口板包括前缘(2c)、后缘(2d)及连接所述前缘和后缘的侧缘(2e )，且一通孔(3 )将所述上滑动表面(2a)和所述下支撑表面(2b )流体连接；其中所述浇铸管道(4)包括中央孔(3a)，其与所述水口板的所述通孔(3)流体连接，所述中央孔经至少一个为排出熔铸金属的开口(5)与环境连通；特征在于，在所述水口板的所述后缘处或后缘附近设置有至少一个金属凸柄(6),所述金属凸柄相对于所述第一轴线横向地或侧向地凸出。
3.根据权利要求I或2所述的水口单元(1)，其中， 所述至少一个凸柄(6)的弯曲屈服点或最大弯曲力介于20kgf与IOOOkgf (200N与IOkN)之间，或者介于50kgf与500kgf (500N与5kN)之间，优选地介于75kgf与250kgf(750N与2. 5kN)之间，更优选地介于IOOkgf与200kgf (IkN与2kN)之间，最优选地介于125kgf 与 175kgf (I. 25kN 与 I. 75kN)之间。
4.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的水口单元(I)，其中， 所述棱柱的所述基部(2a，2b)为以下中的任意一者(a)矩形，(b)平行四边形，(C)梯形，(d)如下矩形所述矩形中的至少邻近所述下支承表面(2b)的两个角被切去以与所述水口更换装置(100)的所述引导装置(7)的几何形状匹配。
5.根据前述任一项权利要求所述的水口单元(I)，其中所述上滑动表面(2a)和所述下支撑表面(2b)共同限定了棱柱的第一组对面的和平行的面，且其中所述棱柱的所述面为以下中的任意一者(a)矩形，(b)平行四边形，(C)梯形，(d)如下矩形所述矩形中的至少临近所述下支撑表面的两个角被切去以与所述水口更换装置的所述弓I导装置(7)的几何形状匹配。
6.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的水口单元(I)，其中， 所述至少一个凸柄(6)邻近至少一个侧缘(2e)。
7.根据权利要求I或2所述的水口单元，其中所述凸柄从至少一个所述水口板的侧缘侧向地凸出。
8.根据权利要求I或2所述的水口单元，其中所述凸柄由延展性金属制成。
9.根据权利要求I或2所述的水口单元，其中所述水口板的所述前缘、后缘和侧缘被包覆在金属外壳中，且所述凸柄从所述金属外壳侧向地凸出。
10.根据权利要求9所述的水口单元，其中所述凸柄与所述金属外壳一体地形成。
11.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的水口单元(1)，其中， 所述至少一个凸柄(6)具有以下几何形状中的一种形状 (a)L形的板，其中所述“L”的竖线固定在所述板的所述后缘(2d)处或者固定在所述后缘(2d)附近，而所述“L”的水平线超出其邻近的所述侧缘(2e)的表面向外延伸，优选地，位于所述下支承表面(2b)的水平面的下方； (b)L形的板，其中所述“L”的一条线平行于所述侧缘(2e)延伸，而所述“L”的另一条线超出其邻近的所述侧缘(2e)的表面向外延伸，并且位于所述后缘(2d)处或邻近所述后缘(2d)； (c)板，其超出其邻近的所述侧缘(2e)的表面向外延伸，并且与所述后缘(2d)大致齐平； (d)在水口板的所述侧缘为不平的边缘的情形中，两个凸柄与所述后缘邻近，每个所述凸柄均超出限定所述棱柱的所述基部进行延伸，以便被包围在外接所述基部的最小矩形内，例如 (e)在水口板(2)的棱柱基部由具有至少切去两个角的矩形组成的情形中，两个凸柄(6)与所述后缘(2d)邻近，每个所述凸柄均具有切去部分的几何形状并且补足以形成矩形， (f)在水口板(2)的棱柱基部由具有从邻近一个侧缘(2e)的至少一个边缘突出的至少一个突出体的矩形组成的情形中，所述至少一个凸柄(6)与所述突出体以及邻近所述下支承表面(2b)的下缘大致齐平； (g)固定在所述下支承表面上的弯杆或叶片(6)； (h)固定在所述侧缘(2e)上的弯曲的半壳体。
12.根据权利要求I或2所述的水口单元，其中所述水口板的所述前缘和后缘互补成形。
13.根据权利要求I或2所述的水口单元，其中所述凸柄包括预切削或薄弱的部分。
14.根据权利要求I或2所述的水口单元，其中所述通孔(3)在所述水口板上，其相对于所述后缘更靠近所述前缘，从而在所述第一轴线的方向上所述通孔的边界和所述后缘之间的部分具有大于所述通孔的直径的长度。
15.一种组合套件，包括如前述权利要求中任一项权利要求所述的水口单元(I)和用于在金属连铸期间更换水口单元的水口更换装置(100)，其中所述水口更换装置包括 (a)第一固定板(22)，其包括适于与金属熔体的源头诸如中间包(10)等流体连通的通孔(23)，所述第一固定板包括第一下滑动表面(22a); (b)装载开口(16)，其用于装载第二可移动的水口板(2)，所述装载开口允许与所述水口板(2)的基部(2c，2d)接合，但不允许与所述至少一个凸柄(6)接合； (c)引导装置(7)，其用于使所述水口板(2)沿着平行于所述第一轴线(Xl)的方向经所述装载开口(16)滑动到浇铸位置，所述浇铸位置定义为所述第一固定板(22)的通孔(23)与所述第二可移动的水口板(2)的通孔(3)流体连通的位置； (e)排出开口，其位于所述引导装置(7)的相对端处，用于在使用新水口单元(I)推动用过的水口单元(I)时排出用过的水口单元(I);以及 (f)机械、气动或液压臂(31)，其适于将可移动的水口单元(I)从其装载位置推动到其浇铸位置，并且具有高于所述至少一个凸柄(6)的弯曲屈服力或最大弯曲力的推力，并且， (g)可更换的所述水口单元(I)的所述上滑动表面(2a)适于沿着所述第一固定板(22)的所述第一下滑动表面(22a)滑动并且适合于使所述第一固定板的通孔(23)和所述第二可移动的水口板的通孔(3 )流体连通。
16.根据权利要求15所述的组合套件，其中， 所述臂(31)适合(a)用于将第一水口单元(I)从所述装载位置推动到所述浇铸位置，(b)用于将第一水口单元(I)从所述浇铸位置推动到封闭位置，在所述封闭位置，所述第一固定板(22)的所述通孔(23)面对所述水口板(2)的所述上滑动表面(2a)的盲端表面，以及(c)用于将第二水口单元(I)从所述装载位置推动到所述浇铸位置，从而将所述第一可移动的板(I)经所述排出开口推出。
17.根据权利要求15或16所述的组合套件，其中， 如果以除了所述前缘(2c)在先的位置之外的任何其它位置提供，所述水口单元(I)均不能被装载以接合在所述装载开口(16)内。
18.一种金属连铸生产线，包括根据权利要求15至17中任一项权利要求所述的组合套件。
19.根据权利要求18所述的金属连铸生产线，其中， 所述水口更换装置(100 )位于中间包的出口处。
20.一种用于包覆根据权利要求I至14中任一项权利要求所述的水口单元(I)的所述板(2)的金属外壳(12)，所述金属外壳(12)的形状适合包覆所述水口板(2)的除了所述上滑动表面(2a)之外的所有面的至少一部分， 特征在于，所述金属外壳(12)包括设置在所述后缘(2d)处或邻近所述后缘(2d)设置的至少一个凸柄(6)，所述至少一个凸柄(6)横向于第一主轴线(Xl)且大大超出限定所述棱柱的基部的所述周界进行延伸，并且所述至少一个凸柄(6)的弯曲屈服点或最大弯曲力介于 IOkgf 与 2000kgf (100N 与 20kN 之间)。
21.根据权利要求20所述的金属外壳(12)，其中，所述至少一个凸柄(6)是如权利要求2至5中任一项权利要求所述的凸柄(6)。
22.根据权利要求20或21所述的金属外壳(12)，其中， 所述至少一个凸柄(6)是所述金属外壳的一体部分。
23.根据权利要求20或21所述的金属外壳，其中， 所述至少一个凸柄(6)利用诸如钎焊或焊接生产线、水泥、胶水、铆钉、螺丝等固定装置固定在所述金属外壳上。
全文摘要
本发明涉及一种用于在金属连铸设备中的水口更换装置中使用的水口单元，水口更换装置包括装载入口和用于使水口单元相对于水口更换装置经装载入口滑动到浇铸位置的引导装置，其中水口单元包括由包覆在金属外壳中由耐火材料制成的水口板。板在后缘处或邻近后缘设置有至少一个凸柄，该至少一个凸柄横向于第一主轴线(X1)并且大大超出限定棱柱的基部的周界延伸，使得装载开口允许与水口板的基部接合，但不允许与凸柄接合。该凸柄的弯曲屈服点或最大弯曲力介于10kgf与2000kgf(100N与20kN)之间。仅在以板的前缘在先的方式装载的情形下，利用臂使凸柄弯曲或断裂，以将板推动到浇铸位置。
文档编号B22D41/56GK102784910SQ20121015302
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者史蒂法纳·塔布里 申请人:维苏维尤斯集团有限公司