專利名稱：澆注噴嘴的制作方法
澆注噴嘴
本發(fā)明涉及一種澆注噴嘴。這種澆注噴嘴可用于從一個(上部)冶 金容器向第二個(下部)冶金容器輸送金屬熔體，例如用于將鋼水從鋼 包輸送到中間包。
這種澆注噴嘴由至少 一種耐火材料(用于耐受高熔體溫度)制成且 包括管狀區(qū)域和板狀區(qū)域，該管狀區(qū)域限定澆道的第一部分，該板狀 區(qū)域具有限定所述(公共)澆道的第二部分的孔口 。通常與所述管狀區(qū) 域成整體的所述板狀區(qū)域布置于管狀部件的 一端。這導(dǎo)致整個澆注噴
嘴的T形設(shè)計。
典型地，兩個所述澆注噴嘴布置于冶金熔煉容器的流出區(qū)域。所 述兩個噴嘴中的一個噴嘴主要布置于容器的耐火襯里內(nèi)，例如在座磚 (well block)內(nèi)。這種所謂的內(nèi)噴嘴利用其管狀區(qū)域在其上端處安裝且 利用板狀區(qū)域在其下端處安裝。
利用這種設(shè)置，板狀區(qū)域可用作滑動閘閥的一部分。為此，板狀 區(qū)域在其自由(下)端具有平坦表面，該平坦表面垂直于澆道的縱向軸 線延伸，即在澆注噴嘴的安裝位置大約成水平。
相應(yīng)地，第二噴嘴(通常稱為外噴嘴或更換噴嘴)可設(shè)置于所述內(nèi) 噴嘴下方，例如相反地安裝，噴嘴利用其板狀部分在其上端處安裝， 且利用其管狀部分在其下端處安裝。該噴嘴通?？稍诎惭b之后移動。 同樣，板狀區(qū)域的自由表面應(yīng)是平坦的，以便其可用作2個或3個板 滑動才幾構(gòu)內(nèi)的滑動表面。
還已知由金屬包層(envelope)(金屬外殼)封裝(encapsulate)這種噴 嘴的至少一部分。這個外殼使噴嘴穩(wěn)定并便于噴嘴的更換。金屬殼體 還可提供必要的幾何精度，以利用相應(yīng)的操作或更換機構(gòu)和機械支承有效地安裝到較脆的耐火陶^噴嘴構(gòu)件上。
由于在噴嘴的預(yù)熱、更換運動和/或鑄造操作期間形成的熱機械力 的組合，在噴嘴內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，這可導(dǎo)致穿過噴嘴壁的裂縫，尤其是在 板狀部分與管狀部分會合的過渡區(qū)。
本發(fā)明者通過計算機模擬學(xué)習(xí)分析了所述裂縫形成的原因。應(yīng)注 意的是，對于下部(移動)元件，最高應(yīng)力發(fā)生于所述噴嘴的支承機構(gòu) 上且在載入機構(gòu)的中心橫向軸線處最大。在典型的"T"式澆注噴嘴 中，這些支承力在支承表面與澆道之間形成高應(yīng)力區(qū)，沿著這個高應(yīng) 力區(qū)，裂縫可能會從外部蔓延到在支承凸緣(板狀部件)下方的管狀區(qū) l殳的孔(澆道)。
還應(yīng)注意的是，在操作條件下，差脹造成表面偏斜。雖然在澆道 周圍的成對的板的表面保持彼此緊密接觸，但是在外部區(qū)域中的板表 面變得分開，如

圖1所示。
本發(fā)明的目的在于提供 一 種澆注噴嘴，其可用作內(nèi)噴嘴或外噴 嘴，這種澆注噴嘴提供必要精度來有效地安裝于相應(yīng)的保持機構(gòu)或推 動機構(gòu)內(nèi)，同時在組裝、預(yù)熱和操作時所經(jīng)受的溫度范圍內(nèi)提供必要 的穩(wěn)定性。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，可通過在板狀部件的耐火材料內(nèi)或在所述板狀部 件與金屬包層之間布置至少一個加強元件克服現(xiàn)有裝置的缺點。導(dǎo)致 類似結(jié)果的另 一替代是制作金屬包層的加強元件部分使得加強元件 凸出到所述板狀部件的耐火材料內(nèi)。
在最通常的實施例中，本發(fā)明涉及由至少一種耐火材料制成且包 括管狀部件和板狀部件的澆注噴嘴，該管狀部件限定澆道的第一部 分，該板狀部件與所述管狀部件成整體并且在一端沿著其外周從管狀 部件突出，所述板狀部件具有限定所述澆道的第二部分的孔口，和在 其自由端的平坦表面，該平坦表面垂直于所述澆道的縱向軸線延伸， 板狀構(gòu)件和/或管狀部件的至少一部分由金屬包層封裝，其中至少 一個加強元件布置于所述板狀部件的耐火材料內(nèi)、在所述板狀部件與金屬 包層之間或從所述金屬包層凸出到所述板狀部件內(nèi)。
外部封裝的設(shè)計配置便于在支承殼體內(nèi)引入整體加強。由這種整 體式內(nèi)部加強元件所提供的額外剛性獲得了從相應(yīng)的支承機構(gòu)吸收
點載荷力(point loading force)的可能，并且在封裝的耐火陶瓷材^F的較 大區(qū)域上且因此在噴嘴的頭部和管狀區(qū)域上均勻地分布所有的這種 力。
整體式加強元件的各種設(shè)計配置能以最小的重量提供最大強度 并且提供與噴嘴變換裝置的支承才幾構(gòu)的最大兼容性。
根據(jù)一實施例，澆注噴嘴包括布置于所述板狀部件的相對端的兩 個加強元件。典型地，板狀部件成形為平行六面體，尤其是當(dāng)在滑動 閘布置內(nèi)使用時。該澆注噴嘴包括(四個中的)兩個相對的支承凸緣， 支承機構(gòu)作用在支承凸緣上。
加強元件可具有各種形狀。它們可成形為桿，螺旋彈簧、棒等。
在澆注噴嘴包括帶圓形自由表面區(qū)域的板狀部件的情況下，板狀 部件可為環(huán)形。
加強元件(增強元件)可由耐火陶資材料完全包圍(第一可選方案)。 加強元件還可布置于耐火陶瓷材料與金屬包層之間(可選方案2)。在可 選方案3中，增強部件是金屬包層的一部分且類似于凸緣沿著所述包 層的內(nèi)壁布置。將通過下文的實例進一步公開所有的這三個實施例。
加強元件可布置成使得其表面中的一個表面形成板狀部件的平 坦表面的部分。加強元件優(yōu)選地布置于板狀部件的平坦表面外周。這 降低了根據(jù)圖1的板狀部件的外周區(qū)域中的任何偏斜的風(fēng)險。
如在EP 1 133 373 Bl中主要地公開，減振界面區(qū)可布置于基礎(chǔ) (basic)(內(nèi))耐火材料與(多個)加強元件和/或(外)金屬包層之間。所述減 振界面區(qū)可由第二耐火材料制成，第二耐火材料在金屬鑄造中、在使 用所述澆注噴嘴期間所經(jīng)歷的溫度下變得可變形。關(guān)于另外的細(xì)節(jié)， 參考EP 1 133 373 Bl。
6本發(fā)明的原理可應(yīng)用于強T形的澆注噴嘴，即包括板狀區(qū)域的噴
原理也可應(yīng)用于根據(jù)EP 1 133 373 Bl的圖3的包括(與自由平坦表面 相對的)承載表面的噴嘴(與根據(jù)EP 1 590 114 Bl的噴嘴相同)，該承載 表面與澆道的縱向軸線形成不等于90。的角度。
在后一情況下，(多個)加強元件的(多個)部分形成斜切表面區(qū)段 (承載表面)的部分。
(多個)加強元件可由改進用于金屬鑄造的澆注噴嘴的制造、使用 或更換的任何材料制成。最受歡迎的材料中的一種是金屬，但是具有 高撓折模量的陶瓷也是受歡迎的。
在從屬權(quán)利要求和其它申請文獻(xiàn)中公開了本發(fā)明的其它特征。
現(xiàn)將參看附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖示意性地示出 圖1:根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的澆注噴嘴在使用之后的截面圖。 圖2:根據(jù)本發(fā)明的澆注噴嘴的截面圖(實施例2)。 圖3:根據(jù)本發(fā)明的澆注噴嘴的截面圖(實施例3)。 圖4:根據(jù)本發(fā)明的澆注噴嘴的截面圖(實施例1)。
圖1示出具有大致T形設(shè)計的內(nèi)噴嘴IO和外噴嘴12,其帶有具 有類似幾何設(shè)計的凸緣，但是兩個噴嘴10, 12的特征也可為相同的設(shè) 計。
在使用期間，在高溫的操作條件下，差脹在所述已知噴嘴內(nèi)造成 表面偏斜。僅在中心澆道14周圍維持在相應(yīng)平坦表面區(qū)段10s/12s之 間的接觸，而外表面區(qū)域12so分開并形成在關(guān)閉力的壓力(箭頭C)下 自由偏斜的無限制區(qū)域，從而形成集中在板狀部分與管狀元件的會合 點處的彎曲/撕裂應(yīng)力，這可能造成從外部朝向孔14的裂縫"CS"。
圖2的噴嘴12包括限定澆道14的第一部分的管狀區(qū)域12t。所 述管狀部分12t由通常的耐火陶f;材料制成，并且與上部的板狀區(qū)域12p成整體。所述板狀區(qū)域12p具有比部分12t更大的截面積，并且 包括由與管狀部件12t相同的耐火材料制成的內(nèi)部12pi和沿內(nèi)部12pi 的兩個相對側(cè)延伸的兩個金屬部分12pm。雖然金屬部分12pm的內(nèi)表 面接觸耐火部分12pi的相應(yīng)的外表面區(qū)域，^f旦是部分12m的外表面 與包層16相"t妄觸，如下文所述。
所述板狀部件12p在其自由端(與管狀部分12t相對)處具有平坦的 上表面12s,表面12s由耐火部分12pi和代表加強元件的所述兩個金 屬增強嵌件12pm的相應(yīng)表面的組合所限定。按照這種外部(外周)設(shè) 計，所述加強元件(金屬部分12pm)的特征為上部垂直外表面12pmo， 之后為傾斜表面部分12pmi,而各個內(nèi)壁,人上表面12s豎直地延伸到 各個下端。
金屬殼體16封裝板狀部件12p和管狀部件12t的附屬區(qū)域。這種 噴嘴12的縱向軸線被標(biāo)記為"L"。
當(dāng)圖1的噴嘴12由具有帶有整體式加強部件的圖2所示的設(shè)計 的噴嘴所替換時，由運行所造成的溫度條件同樣在板表面12s上產(chǎn)生 熱偏斜差。然而，所述加強元件12pm承受來自關(guān)閉機構(gòu)的壓力，并 且防止它們在噴嘴12的耐火材料上形成任何彎曲應(yīng)力力矩。
除了這個重要作用之外，根據(jù)圖2的噴嘴12提供其它優(yōu)點由 與表面區(qū)段12pmi相對的殼體區(qū)段提供的噴嘴的斜切承載表面提供了 增強的機械穩(wěn)定性，這是由于加強元件12pm直接布置于這個承載表 面的后面。
可由根據(jù)圖4的澆注噴嘴12實現(xiàn)類似的作用，圖4的澆注噴嘴 12與圖2的澆注噴嘴的不同只是在于所述兩個加強元件12 pm的布 置。
兩個加強元件12pm設(shè)計為桿(棒)，并且放置于板狀部件12p的耐 火陶瓷材料內(nèi)，即它們由所述耐火材料完全包圍。
各個截面區(qū)域適應(yīng)板狀部件12p的外部設(shè)計。尤其，所述加強元 件12pm提供平行于金屬殼體16的相應(yīng)傾斜承載表面16b延伸的傾斜的下部表面區(qū)段12pmi。
圖3示出根據(jù)圖1的內(nèi)噴嘴10的用作內(nèi)噴嘴的澆注噴嘴10。
噴嘴10同樣包括管狀部分10t,之后(此處，在其下端)為;tl狀部 分10p。在管狀部分10t與板狀部分10p之間的過渡區(qū)被標(biāo)記為"T"。
圖3示出管狀部分10t在其下端由套筒18包圍，套筒18由與部 分10t的耐火材料不同的耐火材料制成。這種套筒18圍繞板狀部件 10p延伸，并且又由外部金屬包層16封裝，該外部金屬包層16結(jié)束 于噴嘴10下端的自由平坦表面區(qū)域10s的前方不遠(yuǎn)處。
在耐火澆注噴嘴元件10p與第二圍繞耐火套筒18之間可引入減 振界面層"S",減振界面層"S"由在使用所述澆注噴嘴期間所經(jīng)歷 的溫度下變得可變形的材料制成。
按照套筒18的形狀，殼體16的特征為在其上端的圓柱形部分， 之后為傾斜(向外延伸)部分16b和向外延伸的水平部分16h，之后為最 后的豎直延伸部分16v。
由水平部分16h和豎直部分16v所提供的包層16的部分由兩個 加強元件10pm機械增強，這兩個加強元件10pm從包層16的相對的 內(nèi)壁凸出。所述加強元件都設(shè)計成具有矩形截面的桿。它們替換套筒 18的封裝材料的部分。
管狀部分10t的耐火材料延伸到板狀部件10p的區(qū)域內(nèi)，并且特 征為向外成錐形的部分10pi,其提供澆道14周圍的表面區(qū)段10s的內(nèi) 部。
同樣，兩個金屬棒10pm作為加強元件，類似于圖2和圖4中的 加強元件。根據(jù)圖3的實施例，這些加強元件10pm是外部金屬包層 16的整體部分。
在所示實施例中的任何實施例中，殼體和任何鄰近的加強裝置(如 12pm或10pm)的形狀可具有適于任何特定機構(gòu)配置的輪廓。
權(quán)利要求
1. 一種澆注噴嘴，其由至少一種耐火材料制成并且包括管狀部件(10t，12t)和板狀部件(10p，12p)，所述管狀部件(10t，12t)限定澆道(14)的第一部分，所述板狀部件(10p，12p)與所述管狀部件(10t，12t)成整體并且沿著其外周在一端處從所述管狀部件(10t，12t)突出，所述板狀部件(10p，12p)具有限定所述澆道(14)的第二部分的孔口和在其自由端的平坦表面(10s，12s)，所述平坦表面(10s，12s)垂直于所述澆道(14)的縱向軸線(L)延伸，所述板狀部件(10p，12p)和/或所述管狀部件(10t，12t)的至少一部分由金屬包層(16)封裝，其中，至少一個加強元件(10pm，12pm)布置于所述板狀部件(10p，12p)的耐火材料內(nèi)、在所述板狀部件(10p，12p)與所述金屬包層(16)之間或者從所述金屬包層(16)凸出到所述板狀部件(10p，12p)內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的澆注噴嘴，其特征在于，所述澆注噴嘴 包括布置于所述板狀部件(10p, 12p)的相對側(cè)的兩個加強元件(10pm, 12pm)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的澆注噴嘴，其特征在于，所述加強元件 具有桿的形狀。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的澆注噴嘴，其特征在于，所述加強元件 具有螺旋彈簧的形狀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的澆注噴嘴，其特征在于，所述加強元件 具有環(huán)的形狀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的澆注噴嘴，其特征在于，所述加強元件 (10pm)是所述包層(16)的部分，所述加強元件(10pm)從所述包層的內(nèi) 壁凸出到所述板狀部件(1 Op)的所述耐火材料內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的澆注噴嘴，其特征在于，所述加強元件 (12pm)布置成使得所述加強元件的表面中的一個形成所述板狀部件 (12p)的平坦表面(12s)的部分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的澆注噴嘴，其特征在于，所述加強元件 (12pm)布置于所述板狀部件(12p)的平坦表面(12s)的外周處。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的澆注噴嘴，其特征在于，所述板狀部件在25。與85。之間的角度cc。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的澆注噴嘴，其特征在于，所述加強元 件的部分形成所述斜切表面區(qū)段的部分。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的澆注噴嘴，其特征在于，所述澆注噴 嘴包括在所述包層(16)、所述加強元件(10pm)和所述板狀部件(10p)之 間的第二耐火區(qū)(18)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的澆注噴嘴，其特征在于，減振界面區(qū) (S)布置于區(qū)(18)與板狀部件(10p)之間并且由在使用所述澆注噴嘴期 間所經(jīng)歷的溫度下變得可變形的耐火材料制成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的澆注噴嘴，其特征在于，所述澆注噴 嘴包括至少一個金屬加強元件(10pm， 12pm)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的澆注噴嘴，其特征在于，所述澆注噴 嘴包括至少 一個高密度陶瓷加強元件(1 Opm， 12pm)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種澆注噴嘴。這種澆注噴嘴可用于從一個(上部)冶金容器向第二個(下部)冶金容器輸送金屬熔體，例如用于將鋼水從鋼包輸送到中間包。
文檔編號B22D41/50GK101547761SQ200780026309
公開日2009年9月30日 申請日期2007年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月13日
發(fā)明者I·普勞德富特, S·李 申請人:里弗雷克特里知識產(chǎn)權(quán)兩合公司