本發(fā)明涉及一種用于傳送液態(tài)金屬的金屬傳送裝置，特別是（但不排除其它地）用于傳送例如鋁、鋅和這些及其他非鐵金屬的合金等金屬的金屬傳送裝置。

背景技術(shù)：

在金屬精煉和加工廠中，廣泛地使用了被稱為“流槽”的金屬傳送裝置，用于將液態(tài)金屬例如從熔爐傳送到模具中。典型的流槽包括由耐火材料制成的槽道，金屬在重力的影響下可以通過該槽道流動。

流槽可為未加熱或加熱的。加熱的流槽優(yōu)選地用于某些應(yīng)用中，因為它們有助于金屬在傳送過程中保持其溫度。對流槽進(jìn)行預(yù)熱還能夠減少在引入液態(tài)金屬時對耐火材料的熱沖擊，從而減少產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險。

加熱的流槽的一個例子在美國專利公開說明書2010/0109210a1當(dāng)中進(jìn)行了描述。該裝置包括用于運送液態(tài)金屬的槽體、鄰近所述槽體的加熱元件、絕緣層以及由底壁和兩個側(cè)壁限定的外殼。該槽體由導(dǎo)熱的可澆鑄耐火材料制成，其允許熱量從加熱元件向液態(tài)金屬傳遞。槽體的熱導(dǎo)率取決于制造該槽體的耐火材料，對于碳化硅基的耐火材料在約9至11w/m.k的范圍內(nèi)，而對于氧化鋁基的耐火材料則僅在約1.5至約1.9w/m.k的范圍內(nèi)。因此其熱傳遞效率是有限的，當(dāng)使用基于氧化鋁的耐火材料時尤為如此。

另一個問題是，如果槽體破裂，液態(tài)金屬有可能會泄漏到加熱元件，從而使加熱元件由于接觸到液態(tài)金屬而損壞。

國際專利申請wo2012/0175911a描述了另一種加熱的流槽，它包括一個用于容納液態(tài)金屬的鑄槽體、金屬殼和位于槽體與金屬殼之間的包含澆注耐火材料的填料層。該填料層具有高的熱導(dǎo)率，以將熱量從加熱器有效地傳遞至槽體。如果鑄槽體發(fā)生破裂，填料層和金屬殼能夠防止液態(tài)金屬的任何泄漏。

我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在某些情況下，填料層和金屬殼的不均勻熱膨脹可導(dǎo)致金屬殼發(fā)生扭曲變形。另外，如果該液態(tài)金屬需要在流槽中保持相當(dāng)長的時間，則可能難以實現(xiàn)必要的熱輸入以使金屬保持在液體狀態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠緩解上述缺點中的一個或多個的金屬傳送裝置。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種金屬傳送裝置，包括：鑄槽體，其包括用于容納液態(tài)金屬的容器；用于加熱所述鑄槽體的加熱器；設(shè)置在所述鑄槽體的外表面的加強層，所述加強層包括復(fù)合陶瓷材料。

所述復(fù)合陶瓷材料可以包括嵌入在陶瓷基體中的纖維增強材料。所述加強層位于所述槽體和加熱器之間并覆蓋鑄槽體的外表面。例如，在一個實施例中，加強層覆蓋所述鑄槽體的基底和側(cè)壁。一旦槽體發(fā)生泄漏時，加強層提供了滲漏金屬的屏障，阻止它到達(dá)該金屬傳送裝置的加熱器和其他非犧牲部件。同時它也能夠支撐和強化槽體。

該加強層優(yōu)選地包括具有高熱導(dǎo)率的復(fù)合陶瓷材料。這保證了從加熱器到所述槽體的有效熱傳遞。因此，即使液態(tài)金屬需要在流槽中保持相當(dāng)長的時間，它也能夠?qū)崿F(xiàn)使金屬保持在液態(tài)的必要的熱輸入。

由于加強層并非由金屬制成，并具有與槽體近似的熱膨脹系數(shù)，因此該加強層相對于槽體不會產(chǎn)生顯著不同的熱膨脹，因此當(dāng)溫度變化時不會發(fā)生扭曲變形。

通過設(shè)置加強層，使得能夠使用不同的材料來制造槽體，允許根據(jù)金屬傳送裝置的預(yù)期應(yīng)用而進(jìn)行優(yōu)化。例如，槽體的材料可被選擇為提供高熱導(dǎo)率、高耐熱沖擊性或高耐磨損性。因此，該金屬傳送裝置可以在多種不同的應(yīng)用中使用多種不同的金屬。

在一種實施方案中，加強層的復(fù)合陶瓷材料具有至少3w/m.k的熱導(dǎo)率，優(yōu)選為具有至少5w/m.k的熱導(dǎo)率，更優(yōu)選為具有至少7w/m.k的熱導(dǎo)率。

在一種實施方案中，所述復(fù)合陶瓷材料包括嵌入在陶瓷基體中的纖維增強織物.

在一種實施方案中，陶瓷基體是基于碳化硅。碳化硅（sic）被用作為陶瓷基體中的填料。因為碳化硅具有高的熱導(dǎo)率（約360w/mk），它賦予陶瓷基體高的熱導(dǎo)率。碳化硅容易獲得和相對較為便宜。陶瓷基體優(yōu)選包括至少15％（重量）的碳化硅，更優(yōu)選為包括至少35％（重量）的碳化硅，進(jìn)一步優(yōu)選為包括至少55％（重量）的碳化硅。陶瓷基體也可以包括其它填料材料，例如硅二硼化物、氧化鋁和/或增加熱導(dǎo)率的金屬細(xì)粒。

在一種實施方案中，纖維增強材料包括玻璃纖維、陶瓷纖維和/或碳纖維。在一種優(yōu)選的實施方案中，纖維增強織物包括玻璃纖維，優(yōu)選為s-玻璃纖維和/或e-玻璃纖維。纖維增強織物可以包括織造織物或無紡織物（織造織物是優(yōu)選的）。

在一種實施方案中，復(fù)合陶瓷材料包括1-15層的纖維增強織物，優(yōu)選為包括2-7層的纖維增強織物，更優(yōu)選的為包括3-4層的纖維增強織物。

在一種實施方案中，復(fù)合陶瓷材料的厚度范圍為2-10mm，優(yōu)選為3-7mm，更優(yōu)選為3-4mm。

該金屬傳送裝置可以包括用于檢測液態(tài)金屬泄漏的檢測器。這種檢測器可以用來向操作者發(fā)出泄漏的警報，使得操作者可以及時采取措施來修復(fù)泄漏，以避免泄漏的金屬導(dǎo)致加熱器或裝置的其他非犧牲部件被損壞。

檢測器可以包括一個或多??個導(dǎo)電元件。檢測器優(yōu)選地位于槽體外表面的鄰近，優(yōu)選地位于槽體的底壁。優(yōu)選地，檢測器嵌入在與槽體外表面相鄰的加強層的復(fù)合陶瓷材料內(nèi)。

在一種實施方案中，鑄槽體和加強層形成整體組件，該組件被構(gòu)造和布置成可從所述金屬傳送裝置的位于該整體組件外部的任何組件（例如加熱器、絕緣層、外殼和/或頂蓋）相分離。這使得例如當(dāng)槽體陳舊或損壞時，可以容易地對該整體組件進(jìn)行更換。

該金屬傳送裝置優(yōu)選地包括位于加熱器外部的外殼。

該金屬傳送裝置優(yōu)選地包括位于所述加熱器和外殼之間的絕緣層。

該金屬傳送裝置優(yōu)選地包括位于絕緣層和外殼之間的氣隙。這樣便可對加熱器的位置進(jìn)行調(diào)整，并允許對槽和絕緣層進(jìn)行移除和更換。

金屬傳送裝置最好包括頂蓋。該裝置優(yōu)選地包括位于頂蓋下面的絕緣層。

在一種優(yōu)選的實施方案中，金屬傳送裝置包括流槽，該流槽具有供液態(tài)金屬流動的

兩端開放且頂部開口的流道，液態(tài)金屬可以從槽的一端流至另一端。

附圖說明

對于本發(fā)明的某些實施例，現(xiàn)在將通過舉例的方式參照附圖進(jìn)行描述，其中：

圖1是金屬傳送裝置的截面圖;和

圖2是槽體的等距視圖，其包括圖1所示金屬傳送裝置的一部分。

具體實施方式

圖1和圖2所示的金屬傳送裝置1包括流槽：即，它包含槽道，液態(tài)金屬可以通過該槽道例如從熔爐澆注到模具內(nèi)。該裝置是細(xì)長的，并且具有如圖1所示的基本一致的橫截面。

金屬傳送裝置1包括槽體2，該槽體2包括用于容納液態(tài)金屬的u形槽形式的容器。槽體2限定了頂部開口的開放式通道3，用于容納流過該裝置的液態(tài)金屬。槽體2最好由澆注耐火材料制成。例如，根據(jù)該裝置的預(yù)期應(yīng)用，該槽體可以由熔融石英（sio2）或氧化鋁（al2o3）制成。

槽體2所具有的外表面包括一對側(cè)壁4a、4b和底壁5，它們由包含復(fù)合陶瓷材料的加強層6所覆蓋，所述復(fù)合陶瓷材料包括嵌入在耐火陶瓷基體中的纖維增強材料。槽體2的端壁4c、4d沒有被加強層6所覆蓋。

例如，陶瓷基體可以是基于碳化硅，優(yōu)選地包括至少15％（重量）的碳化硅，更優(yōu)選的是包括至少35％（重量）的碳化硅，最優(yōu)選的是包括至少55％（重量）的碳化硅。耐火陶瓷基體材料還可以含有其它填料材料，例如增加熱導(dǎo)率的金屬細(xì)粉。

例如硅二硼化物（silicondiboride）或氮化鋁等其它填料材料，也可以用于陶瓷基體，無論是作為基體材料的主要成分還是作為基于碳化硅的耐火材料的附加組分。硅二硼化物和氮化鋁都具有非常高的熱導(dǎo)率，但它們是非常昂貴的，因此他們的使用可以被限制在那些要求非常高的應(yīng)用上。

在要求較低的應(yīng)用中，也可以使用那些熱導(dǎo)率略微較低的材料，諸如氧化鋁和氮化硅。

纖維增強材料可以是基于玻璃纖維、陶瓷纖維和/或碳纖維。在一個優(yōu)選的實施方案中，纖維增強材料包括玻璃纖維，優(yōu)選為s-玻璃纖維和/或e-玻璃纖維。纖維增強材料可以由織造織物或無紡織物組成，織造織物是優(yōu)選的。

復(fù)合陶瓷材料優(yōu)選地包括2-15層纖維增強織物，更優(yōu)選地包括3-7層纖維增強織物。它的厚度可以在2-10mm的范圍，優(yōu)選為3-7mm，更優(yōu)選為4-6mm。

加強層6優(yōu)選地具有高的熱導(dǎo)率：即，至少3w/m.k的熱導(dǎo)率，優(yōu)選為至少5w/m.k，更優(yōu)選為至少7w/m.k。

作為一個例子，復(fù)合陶瓷材料可以具有下列配方：

例：

*所引用的膠體二氧化硅值包括60％的水

用于檢測液態(tài)金屬從槽體2泄漏的檢測器8可以設(shè)置在槽體2的外表面附近。圖2示出了一個例子，其中，加強層被省略以示出檢測器8。檢測器8包括一個或多??個電導(dǎo)體（例如導(dǎo)線），其嵌入在槽體2外表面的加強層6內(nèi)。探測器導(dǎo)線8被向后和向前纏繞在槽體2的底壁5上，以對泄漏進(jìn)行檢測。視需要，檢測器導(dǎo)線也可放置在槽體的兩側(cè)。

可以使用任何合適的纏繞模式，只要檢測器導(dǎo)線8彼此不交叉，并且相鄰導(dǎo)線之間的間距相當(dāng)?。ɡ缂s1-5cm）。在圖2的實施例中，導(dǎo)線8沿著槽體2的底壁5的長度來回地延伸。各導(dǎo)線的一個端部10沿著一個側(cè)壁4a向上延伸并伸出至槽體2的上邊緣之外，以便連接到外部檢測器裝置12。各導(dǎo)線的另一個端部14位于槽體2的底壁5上，并嵌入在加強層6內(nèi)。

槽體2、加強層6和檢測器導(dǎo)線8一起構(gòu)成一個整體結(jié)構(gòu)，它可以從金屬傳送裝置的其他部分相分離，下文將進(jìn)一步描述。這種整體結(jié)構(gòu)在本文中稱為槽盒13，可以作為金屬傳送裝置的可更換部件單獨制造和出售。

槽盒13可以按以下方式進(jìn)行制造。首先，槽體2由合適的可澆注耐火材料形成或模制成“生坯狀態(tài)（greenstate）”，然后在升高的溫度下燒制，以產(chǎn)生具有所需形狀的硬質(zhì)陶瓷狀結(jié)構(gòu)。然后將檢測器導(dǎo)線8按照所選擇的纏繞模式例如使用粘接帶附著在槽體2的外表面。

然后將加強層6設(shè)置在槽體2的外表面4a、4b和5上。加強層6通過在槽體2的外表面4a、4b和5敷設(shè)纖維加強織物層而形成，然后通過纖維增強織物研磨所選陶瓷基體材料的漿料，使其附著在槽體2上。根據(jù)需要重復(fù)這個過程，直至加強層6達(dá)到所需的厚度。然后將加強層6在烘箱中干燥并燒制，以便在槽體2的外表面4a、4b和5形成堅硬且強度高的表層。

探測器導(dǎo)線8通過粘接帶固定就位，并由加強層6覆蓋。在燒制過程中，粘接帶被燒掉，使得導(dǎo)線嵌入在鄰近槽體2外表面的加強層6內(nèi)。

該金屬傳送裝置的外部部件14包括一個例如由鋼制成的金屬外殼15，其包括一個基底15a和兩個側(cè)壁15b，從而形成一個u形通道。由熱絕緣材料（例如低密度纖維板）制成的基層16填充該通道的下部并支撐槽盒13。

一對加熱板18與槽盒13的側(cè)面相鄰地安裝在外殼15內(nèi)，每一個加熱板包括嵌入在陶瓷支撐基體內(nèi)的電加熱元件。這些加熱板18可以在外殼15內(nèi)朝向或遠(yuǎn)離槽盒13而水平移動，并且可以被夾緊在所選擇的位置。在操作使用過程中，加熱板18被定位成抵靠著槽盒13的加強層6，以確保熱量從加熱板有效地傳遞到槽體2。加熱板18也可以從槽盒13移開，以便對陳舊或損壞的槽盒13進(jìn)行移除和更換。

每個加熱板18在其外表面上包括由合適的熱絕緣材料（例如低密度纖維板）制成的絕緣層20。在絕緣層20和相鄰的外殼側(cè)壁15b之間設(shè)置有氣隙22，以允許對加熱板18進(jìn)行側(cè)向位移，和進(jìn)一步減少傳遞到外殼15的熱量。槽盒13、外殼15和加熱板18的上部由一對鋼制頂板24所覆蓋，每個頂板24由絕緣材料26（例如陶瓷纖維層或低密度纖維板）制成的上層進(jìn)行熱絕緣。頂板24是可移除的或可通過鉸鏈附接至外殼，使得它們可以被移除或重新定位，以便能夠進(jìn)入或觸及金屬傳送裝置的內(nèi)部，例如用于拆卸和更換槽盒13或者調(diào)整或維護(hù)加熱板18。

一個完整的流槽系統(tǒng)由多個如上所述的單個金屬傳送裝置組成，它們首尾相連而形成連續(xù)的可供液態(tài)金屬流動的通道3。澆注液態(tài)金屬之前，各金屬傳送裝置1通過向加熱板18提供電流而進(jìn)行預(yù)加熱，從而使槽體2達(dá)到所需的溫度。通常，這個溫度接近液態(tài)金屬的溫度，從而使槽體2在澆注金屬時承受較小的熱沖擊或者不存在熱沖擊。對金屬傳送裝置1進(jìn)行預(yù)熱還可以確保液態(tài)金屬在流過該裝置時損失很少或者不損失熱量。加強層6的高熱導(dǎo)率保證了從加熱板18到槽體2的有效熱傳遞。

該金屬傳送裝置1的目的主要是（但不排除其它地）用于非鐵金屬，例如鋁、鋅和這些及其他非鐵金屬的合金。但也可以用于含鐵金屬，例如鋼。

如果該裝置旨在用于鋁或鋅合金，該槽體2可以采用例如基于二氧化硅（熔融石英）的耐火材料而制成，其具有很低的熱膨脹系數(shù)，因此能夠抵抗熱沖擊。這使得它特別適合于需要對加熱器頻繁開啟和關(guān)閉的應(yīng)用。

如果使用侵蝕性更強的合金，例如那些含鋰或鎂的合金，則熔融石英可能不適合作為槽體2的材料，因為它會受這些金屬的影響而迅速減少（侵蝕）。對于這些應(yīng)用，可以優(yōu)選使用基于礬土（氧化鋁）的耐火材料，其為惰性的，因此對于侵蝕具有強得多的抵抗力。通常，氧化鋁不被考慮用作槽體的材料，因為其熱膨脹系數(shù)較高，因而更容易受到熱沖擊。然而在本發(fā)明中，熱沖擊的風(fēng)險可以通過對裝置進(jìn)行預(yù)熱而大大地降低。

對于某些必須對金屬溫度進(jìn)行主動控制的應(yīng)用，例如，在連續(xù)鑄造操作中，可以優(yōu)選地使用基于碳化硅的耐火材料來制造槽體，因為其具有非常高的熱導(dǎo)率，從而確保熱量從加熱器的高效傳遞。

對于每一個這些應(yīng)用，加強層6的復(fù)合陶瓷材料應(yīng)具有高的熱導(dǎo)率，以確保有效的熱傳遞。碳化硅基陶瓷基體材料是對于大多數(shù)應(yīng)用來說是一種合適的選擇。

盡管通過對裝置進(jìn)行預(yù)熱具有以上所述的優(yōu)點和好處，但槽體2還是有可能會破裂或失效，從而使液態(tài)金屬從通道3朝加熱板18泄漏（存在使液態(tài)金屬朝向熱源流動的趨勢）。泄漏的液態(tài)金屬由加強層6所遏制而在重力作用下朝底壁5向下流動。檢測器單元12被設(shè)計為在檢測器導(dǎo)線8之間施加小的電勢，并檢測流過該導(dǎo)線的電流。通常情況下，導(dǎo)線之間相互電絕緣，因此沒有電流。然而，如果發(fā)生泄漏，液態(tài)金屬接觸到導(dǎo)線而使它們短路，從而允許電流流過。該電流觸發(fā)檢測器單元12，其產(chǎn)生一個報警信號，以向操作者發(fā)出檢測到泄漏的警報。

如果泄漏發(fā)生，加強層6可以防止泄漏的金屬觸及加熱板18。因此金屬傳送裝置1的外部部件被損壞的風(fēng)險可以極大地降低。

一旦檢測到泄漏，由于采用了整體結(jié)構(gòu)，流槽系統(tǒng)的泄漏部分的槽盒13可以容易地拆除和更換，而不必更換該金屬傳送裝置1的外部部件。

雖然本發(fā)明主要針對流槽系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行描述，但容易理解的是，該裝置的設(shè)計原理和物理配置可以容易地適用于其它液態(tài)金屬處理裝置，例如托架，坩堝和過濾器等。

本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到，在不脫離本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍的前提下，以上所描述的本發(fā)明可以通過多種方式進(jìn)行改變。任何和所有這樣的修改都被認(rèn)為包括在本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。