CN101873903B - 塞杆 - Google Patents

Abstract

一种塞杆包括细长主体，该细长主体在上部第一端处具有入口和在下部第二端处具有出口。该主体的第二端限定了用于插入到漏斗出口中的鼻部。连续轴向孔从第一端中的入口到第二端中的出口延伸经过主体。限流器具有入口、出口和其间的通路，所述限流器定位在轴向孔中，使得：该限流器的入口比第二端更接近第一端。气体供应导管被布置以将气体供应到限流器入口上方的轴向孔中。

Description

塞杆

技术领域

本发明涉及一种塞杆。具体地，但不绝对地，本发明涉及一种在连续铸造过程期间用于调节从漏斗到模具的熔融金属流动的塞杆。

背景技术

在连续铸造钢铁制造过程中，熔融钢被从钢包灌注入称作漏斗的大型保持容器中。该漏斗具有一个或多个出口，经过它，熔融钢流入一个或多个各个模具。该熔融钢冷在模具中却并开始固化，以形成金属的连续铸造固体长度。淹没的入口喷嘴位于每个漏斗出口和每个模具之间，并且将流经其的熔融钢从漏斗引导到模具。塞杆控制熔融钢经淹没入口喷嘴的流速。

该塞杆通常包括在其一端具有圆形鼻部的伸长体。在使用中，该塞杆沿其轴垂直确定方向，并且其鼻部布置邻近淹没入口喷嘴的喉部，使得：该塞杆的升高和降低打开和关闭淹没入口喷嘴的入口，并且从而控制经过其的金属流。当下降到淹没入口喷嘴的喉部内的就位位置时，该塞杆的鼻部被确定尺寸以完全关闭淹没入口喷嘴的入口。

熔融金属铸造相关的特定问题在于：当它从漏斗流到模具时，夹杂物(例如氧化铝)经常出现在熔融金属中。根据铸造槽内的流动条件，这种夹杂物趋向于沉积在塞杆鼻部上或在淹没入口喷嘴内。相应地，随着时间的流逝，夹杂物的积累可能影响部件的几何形状，达到改变系统的流控制特征的程度，并且可能必须中断连续铸造序列。

将诸如氩的惯性气体注入到塞杆中心下方并从在塞杆鼻部的排放端口出来可减轻氧化铝积累和阻塞。然而，熔融金属流经喷嘴喉部的塞杆的文氏管效应产生负压，其可经排放端口被传送回塞杆，如果任何接头不是气密的，潜在地经过塞杆将空气吸入金属。迄今为止，这个问题已通过在塞杆的主体与鼻部之间的接口处设置限制装置得以解决。该限制装置可以仅是孔变窄，或可由在塞杆中固定的、具有穿过其中的窄孔的插头(或多孔插头)构成。该限制装置产生反向压力，并导致限制上游的塞杆中的正内压。这种正内部压力防止空气吸入氩供应槽，从而减小正铸造金属中污物量。

应该理解所有提及的压力均与大气压相关，使得：负压涉及大气压以下的压力，并且正压涉及大气压以上的压力。

诸如上述的使用典型限制装置的缺点在于：随着时间的流逝，可出现内压增加，其可导致塞杆断裂或甚至被吹开。

因此，本发明的目的在于提供解决上述问题的塞杆。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了一种塞杆，包括：细长主体，其在上部第一端处具有入口和在下部第二端处具有出口，主体的第二端限定了用于插入漏斗出口的鼻部；连续轴向孔，其从第一端中的入口到第二端中的出口延伸经过主体；限流器，其具有入口、出口和其间的通路，所述限流器定位在轴向孔中，使得：该限流器的入口比第二端更接近第一端；和气体供应导管，其布置以将气体供应入限流器入口上方的轴向孔。

在塞杆的一个实施例中，该限流器定位使得：当使用塞杆以控制熔融金属自漏斗的流动时，该限流器的出口在漏斗中熔融金属的水平下方。

根据本发明的第二个方面，提供了一种用于控制来自漏斗的熔融金属的流动的装置，包括：漏斗，其配置用于容纳熔融金属到工作(稳态)深度，并具有用于经过它排放熔融金属的至少一个漏斗出口；根据本发明的第一方面的塞杆，其垂直定向，其第二端被设置在至少一个漏斗出口上方并可垂直运动进和出至少一个漏斗出口，从而控制熔融金属经过至少一个漏斗出口的流动；该塞杆中的限流器垂直定位在轴向孔中，使得：在使用中，该限流器的出口在漏斗中的熔融金属表面下方。

该限流器的出口可定位在小于塞杆长度的70％的距离处(当从第二端测量时)。

应该认识到：在稳定状态铸造情况期间，漏斗中熔融金属的水平保持在大致恒定工作深度-自钢包的进入金属流与到模具的离开金属流平衡。还应该认识到：在使用中，炉渣层可形成在熔融金属表面上。通常，在熔融金属表面上将直接存在液体炉渣层，但在液体炉渣的顶部可能存在另外的粉末层。对于本发明的目的，除非另外规定，提及漏斗中的熔融金属的表面实际上是指任何液体炉渣层的表面。虽然各个漏斗/堵漏器组件不同，典型地，在使用中，熔融金属的表面(和炉渣层)为到漏斗上方路径的约70-80％，其中塞杆长度的下部60-70％典型地浸入在漏斗中的熔融金属中。

申请人认为：从塞杆的浸入(热)部脱气可将多个另外的化学物类引入轴向孔。申请人还确定：邻近塞杆的鼻部定位的典型限流器可经历约260℃的绝热冷却效果(温度下降为限流器区域中气体温度的一个函数，鼻部中的温度约为1560℃)：该限流器内的气体绝热膨胀使气体明显冷却，其接着冷却限流器本身。因此，申请人认为：在典型限流器中出现的阻塞可由在限流器内的气体材料(即，脱气物类的反应产品)冷凝和形成沉积物引起，从而限制经过其的气体流并导致反向压力增加，这可引起塞杆断裂或分离。然而，应该指出：检查故障塞杆时，有时在限流器中无阻塞迹象，并且申请人相信：这是因为一旦气体停止流经其中，孔中的温度上升，并且因此，任何沉积物在它们可被探测前蒸发。

考虑到上面内容，申请人已发现：向着塞杆的冷却器(上部)端提供到限流器的入口减小了当它们经过限流器时，由脱气物类冷却和冷凝引起的化学沉积物的可能性，由于这些物类当气体经过限流器时并不存在。

该限流器的轴向长度(即入口与出口之间的距离)可能小于塞杆的长度的10％，并且典型地在约2和5％之间(即，第一端与第二端之间的距离)。

该限流器的出口优选地与塞杆的第二端间隔开。应该认识到：在使用中，压力从入口到出口经过限流器降低。一旦从限流器的出口出现气体，它将膨胀产生低压区域。到塞杆的第二端，这种低压将保持大致恒定。因此，在其中限流器相对较短的情况中，塞杆的大部分浸入部将不受动过压(即，正压力)，并且因此对浸入部的机械应力减小(当使用分开的鼻部附于塞杆的下端的两-部分塞杆时，这尤其优选，或者当使用一个共同压制鼻部/主体组件时，这更优选)。此外，当在塞杆的上半部中时，由于限流器暴露于更少的热量，它可由更广泛的材料制成。还将注意到：该低压区(即，限流器的出口)应在熔融金属的表面下面，以避免经塞杆的多孔壁吸入空气。

应该认识到：该限流器所需要的是：它对流动提供增加的阻力，以导致其上游的压力增加。

该塞杆的内部形状可构成限流器，或该限流器可以是采用插入轴向孔的插头形式的分离部件。

在特定实施例中，该限流器由诸如难熔的非多孔材料或金属制成，并具有至少一个经过其的孔。在提供单个孔的情况中，它可与塞杆的轴向孔共轴。在提供多个孔(每个优选地具有其入口和出口)的情况中，它们可围绕轴向孔的轴均匀分布。多个孔的每个可与轴向孔平行或倾斜。每个孔的横断面形状并不特别受限，并且每个可独立地是例如圆形、椭圆或矩形。此外，每个孔的横断面形状可沿其长度变化，并且每个孔的横断面面积可沿其长度增加、减小或保持恒定。

可选地，该限流器可由诸如难熔的多孔材料或金属制成。适合的多孔结构的实例包括泡沫和部分熔结的固体。

在其中至少一个孔由圆形横断面的单个孔构成的情况中，它可在最窄点处具有0.5mm到4mm之间的直径，优选地0.75mm到3mm。然而，应该认识到：对于经过塞杆的特定流速，限制装置的尺寸(即孔的横断面面积)将被选择以提供期望的反向压力。

在特定优选的布置中，该限流器具有比出口更窄的入口，例如通过具有阶梯孔。

应该认识到：限流器越长，塞杆关于漏斗中的熔融金属表面的允许位置变化的程度越大，以确保：限流器的出口在炉渣层的顶部下方(即，确保正压力提供在炉渣上方的所有点处，使得防止进气)。然而，该限流器长度的增加将导致反向压力增加。此外，孔的横断面面积的减小也将导致反向应力增加。结果，限流器的长度和孔的横断面面积应仔细选择以取得期望的反向压力。

塞杆通常通过塞杆的轴向孔内紧固的固定杆装配。该气体供应导管可由经过固定杆的通路构成。可选地，该气体供应导管可以是从塞杆的外表面到轴向孔延伸的另外的孔。

在特定实施例中，该塞杆主体在第二端处配置有圆形或截头圆锥形鼻部。该主体可形成单件，或可包括与鼻部共同压制的伸长管状部件。

在使用中，可经轴向孔提供氩。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于控制来自漏斗的熔融金属的流动的方法，包括：提供具有用于经其排放熔融金属的至少一个漏斗出口的漏斗；垂直定向根据本发明的第一方面的塞杆，其中其第二端设置在至少一个漏斗出口内，以暂时防止熔融金属流经其中；使熔融金属流入漏斗到工作深度；并且使塞杆垂直运动进出至少一个漏斗出口，从而控制经过其中的熔融金属流，其中：该限流器垂直定位在塞杆的轴向孔内，使得：当该塞杆正运动进出至少一个漏斗出口时，该限流器的出口在漏斗中的熔融金属的表面下方。

附图说明

现在参照附图，本发明将仅通过实例进行描述，其中：

图1说明了当位于包含有工作深度的熔融金属的漏斗中时，沿塞杆流动的气体的温度变化；

图2显示了气体温度相对于沿塞杆的距离的曲线-如在现有技术中，对于其中限制装置的位置邻近塞杆鼻部的情况；和根据本发明的实施例，其中限流器的位置接近漏斗中的熔融金属的表面的情况；

图3显示了根据本发明实施例的沿塞杆的纵向轴的横断面视图；

图4显示了说明沿图3的塞杆的长度的相关压力变化的曲线；

图5A显示了根据本发明实施例的限流器的顶部俯视图；

图5B显示了图5A的限流器的侧横截面视图；

图5C显示了类似于图5B的放大横截面视图；

图6显示了压力相对于气体温度的计算曲线，其中氩分别以4，6，8，10和12标准升/分钟的进入速度流经图3的塞杆(即在1巴压力和20℃)并表示利用根据描绘温度定位的限流器取得的反向压力；和

图7显示了漏斗中使用的根据本发明实施例的塞杆。

具体实施方式

图1显示了当位于包含至工作深度106的熔融钢104的漏斗102中(即，超过漏斗102底板上方的特定高度)时，沿塞杆100的气体温度变化。该塞杆100包括伸长管状部112，在其下部(第二)端116处具有共同压制的圆形鼻部114。从管状部112的上(第一)端120到鼻部114的尖端122设置了连续轴向孔118。该孔118具有沿管状部112的长度的大致恒定的圆形横断面，并在鼻部114中向内渐缩。利用固定杆126，该塞杆100采用垂直位置保持在漏斗102中。该塞杆100的长度与漏斗102的高度近似相同。可以看到，在其工作深度106处的熔融钢104的表面近似为从其下端116直到塞杆100路途的约70％(和到漏斗102路途的约70％)。

在使用中，漏斗102中的熔融钢104的温度约1560℃。然而，该塞杆100的轴向孔118内的气体温度(和因此塞杆的孔118的内表面的温度)沿其长度变化。因此，邻近塞杆100的上端120，气体的温度近似为200℃；并且刚好在漏斗102中的熔融钢104的工作水平106上方的位置处，温度约为500℃。在向下近似熔融钢104的深度的1/5处，气体温度约为1400℃；在向下近似熔融钢104的深度的约1/2处，温度约为1,500℃；并且在向下近似熔融钢104的深度的3/4处，温度约为1550℃。

在图2中图形显示了在沿塞杆100的多个位置处的计算气体温度，对于其中限流器(未显示)邻近塞杆鼻114定位(图1中标记的位置′A′)的情况，和对于其中限流器32(在图3中显示)位于熔融钢104的工作(溶渣)水平106(图1中标记位置′B′)的情况。因此，申请人已发现：当限流器在位置A处时，流经轴向孔118的气体在邻近塞杆鼻部114处经受突然的温度下降，这会导致在前述脱气阶段产生材料的冷凝(当塞杆100的温度在约900和1400℃之间时)。然而，当限流器32定位接近熔融钢104的工作水平106时，气体在脱气材料生成的上游经受温度下降，并且因此存在更少的不期望化学类沉积在限流器32中的机会。因此，将限流器32设置在朝向塞杆100的冷却器上端120更高处，减小了由于化学物类的物理沉积所导致的限流器32被阻塞的可能性。

虽然不希望受理论束缚，申请人相信：如下化学反应可发生作为在塞杆100中脱气的结果。在超过983℃时，形成一氧化碳(公式1)。然后，一氧化碳与硅反应，以形成二氧化硅(公式2)。此外，氧化镁可与碳反应，以形成镁和一氧化碳(公式3)。然后，镁橄榄石可由镁和二氧化硅形成(公式4和5)。

C_(S)+O_2(g)→CO_(g)+1/2O_2(g)            公式1

Si_(S，l)+CO_(g)SiO_(g)+C_(s)             公式2

MgO_(s)+C(S)→Mg_(g)+CO_(g)              公式3

Mg_(g)+4SiO_(g)→Mg₂SiO_4(S)+3Si_(s，l)   公式4

2Mg_(g)+SiO_(g)+3/2O_2(g)Mg₂SiO_4(S)+3Si_(s，l)    公式5

一些或所有上述反应可能是阻塞使用中的传统限流器的化学沉积物的原因。然而，因为上述原因，可以相信：本发明的实施例克服了这个问题。

参照图3，说明根据本发明实施例的塞杆10。该塞杆10具有通过共同压制两个部件形成的伸长管状部12，在其下部(第二)端16处具有圆形鼻部14。从管状部12的上(第一)端20到鼻部14的尖端22提供连续轴向孔18。该轴向孔18沿管状部12的长度具有约38mm的大致恒定圆形横断面。在鼻部14的上部，在形成存在于尖端22的逐渐向内变尖截头圆锥喷管24前，该孔18的侧壁23向内弯曲。典型地，在自尖端22的出口处的孔18具有约3-5mm的直径。

使用时，该管状部件12的上端20被构造以容纳固定杆26。因此，朝向上部端20，螺纹陶瓷插入物28被设置在孔18的侧壁中，用于与固定杆26的端部接合。在陶瓷插入物28的上游，密封垫30被设置在固定杆26与管状部件12之间，以在其间产生气密密封。该固定杆26具有孔，氩气可经过该孔被供给到塞杆的轴向孔18中，并且因此在这个实施例中用作气体供应导管。此外，该固定杆26的自由端被连接到支撑机构(未显示)，该支撑结构被构造用于控制使用中的塞杆10的高度和位置。

在塞杆10的上半部分中，采用“插头”形式的限流器32被设置在孔18内。在所示实施例中，该限流器32被定位在塞杆10的上端20的下游，约塞杆10长度的30％。该限流器32包括圆柱体36，具有穿过其中恒定横断面的中央圆形孔38。该限流器32由氧化铝制成，并且具有约1mm的孔38直径和约35mm的长度(即，入口34与出口35之间的距离)(其对应于塞杆10长度的约3.5％)。

应该认识到：在使用中，该限流器32导致流经轴向孔18的阻力增加，并且这导致限流器入口34上游的压力增加(即，反向压力)。通过仔细选择孔38的尺寸(即长度和横断面面积)和经轴向孔18的气体(例如氩)的流速，可以提供预定量的反向压力38。在特定实施例中，由于这种布置防止在限流器32上方吸入空气和由于限流器32下方的高压而减小机械应力，所以期望的是：使限流器32上游的压力为正(即，等于或大于大气压)，并且限流器32的下游的压力为负。图4显示了诸如其中气体进入塞杆10的上端20和从塞杆10的下端16出来处的点之间压降的曲线。因此，可以看到：在限流器32的孔38的入口34和出口35之间受到大的压降(从正到负)。刚好在限流器32的出口35下方，该气压略微增加但保持负。该气体压力则保持到塞杆鼻部14大致恒定。由于鼻部14中的孔18向尖端22向内渐缩，气体的压力在它从塞杆10出来前略微下降。应该认识到：该塞杆10的下端16中的负压水平取决于经过塞杆鼻部14的熔融金属的流速和塞杆10和它正使用的浸没入口喷嘴的几何形状。

图5A，B和C显示了可选限流器40，在本发明的实施例中，其可用在图3中所示的塞杆中。该限流器40包括截头圆锥体42，略向外地朝向主体42的上端44渐缩。在上端44处，提供与水平约成45°向内渐缩的另一截头圆锥体区46。该截头圆锥体区46具有约为上端44宽度一半的上部终结平面48。浅圆形尖端50从平面48向上延伸。窄孔52(1mm直径)被垂直设置经过尖端50的中央。在平面48中，该孔52成台阶状以形成延伸经过截头圆锥区46和主体42的更大孔54(3mm直径)。相应地，在这个实施例中，入口56被设置在窄孔52的上端处，并且出口57被设置在更大孔54的下端处。

图6显示了限流器32上游计算压力相比气体温度的曲线，这时氩气分别以4，6，8，10和12标准升/分钟的速度流经图3的塞杆10(即具有1mm直径的孔38)。该温度尺度表示限流器在塞杆的轴向孔内的位置(即，更高温度表示限流器定位在孔更向下的地方)。因此，可以从图6看到：流经传统鼻部位置(1500℃)中的限流器的8L/min流速产生1.5bar的相对反向压力，而当位于炉渣线(500℃)处时，可以以相同相对反向压力使用12L/min的流速。这是优选的，因为增加的氩生产能力意味着：塞杆可以与更大模具结合使用。

图7显示了漏斗62中使用的根据本发明另一实施例的塞杆60的横断面视图。该塞杆60与图3中显示的大致类似，并且因此，相似标号将用于相似部件。如可以从图7看出，该塞杆60被垂直定位在漏斗62的底部66中的出口64上方。将熔融金属引导到下部模具(未显示)的浸没入口喷嘴包围出口64。该浸没入口喷嘴68的入口包括凸起弯曲喉部区域70。在使用中，该塞杆60的圆形鼻部14在喉部区域68内上升和下降，以控制经过浸没入口喷嘴68的熔融金属流。钢包盖72被设置在从塞杆60去除的位置处。虽然未显示，该钢包盖72被构造以从设置在其上方的钢包引导金属。

如可从图7看到，当熔融金属被设置在漏斗中的工作深度74时，钢包盖的下端在炉渣层76下方。此外，在这个实施例中，该限流器40被设置在塞杆60中，其入口56在炉渣76的顶部表面下，并且其出口57被设置在炉渣层76的底部表面上方。因此，在使用中，正压将提供在限流器40上方(即，炉渣层76上方)，并且负压将提供在限流器40下方(即，炉渣层76下方)。因此，将避免限流器40上方的进气，并且由于其在塞杆60内更高、更冷的位置处，大大地减小了由于限流器40中的化学种类的物理沉积而导致的阻塞危险。

本领域的技术人员将理解到：在不背离本发明范围的情况下，可以对上述实施例进行多种修改。例如，虽然上述讨论关于漏斗中使用的塞杆，本发明的方面同样可应用于其它应用的塞杆。

Claims (12)

1.一种塞杆，包括：

细长主体，所述细长主体在上部第一端处具有入口和在下部第二端处具有出口，所述细长主体的第二端限定了用于插入到漏斗出口中的鼻部；

连续轴向孔，所述连续轴向孔从入口到出口延伸经过细长主体；

限流器，所述限流器具有入口、出口和其间的通路，所述限流器定位在所述连续轴向孔中，使得所述限流器的入口与第二端相比更接近第一端；和

气体供应导管，所述气体供应导管被布置以将气体供应到限流器入口上方的连续轴向孔中。

2.根据权利要求1所述的塞杆，其中：所述限流器的轴向长度小于所述塞杆的长度的10％。

3.根据任一前述权利要求所述的塞杆，其中：所述限流器的出口与所述塞杆的第二端间隔开。

4.根据权利要求1所述的塞杆，其中：所述限流器由插入轴向孔中的插头构成。

5.根据权利要求1所述的塞杆，其中：所述限流器包括多孔材料。

6.根据权利要求1所述的塞杆，其中：所述限流器包括非多孔材料，并且所述通路由至少一个经过非多孔材料的孔构成。

7.根据权利要求1所述的塞杆，其中：所述通路由与塞杆的连续轴向孔共轴的孔构成。

8.根据权利要求1所述的塞杆，其中设置多个通路。

9.根据权利要求1所述的塞杆，其中：所述限流器具有比出口更窄的入口。

10.一种用于控制来自漏斗的熔融金属的流动的装置，包括：

漏斗，所述漏斗被配置用于使熔融金属被容纳至工作深度，并具有用于经过其排放熔融金属的至少一个漏斗出口；

根据任何前述权利要求之一的塞杆，所述塞杆被垂直定向，其第二端被设置在所述至少一个漏斗出口的上方并可垂直移动地进出所述至少一个漏斗出口，从而控制熔融金属经过所述至少一个漏斗出口的流动；

所述塞杆中的限流器，其垂直定位在轴向孔中，使得在使用中，所述限流器的出口在漏斗中的熔融金属表面的下方。

11.根据权利要求10所述的装置，其中：当从第二端测量时，所述限流器的出口定位在小于塞杆长度的70％的距离处。

12.一种用于控制来自漏斗的熔融金属的流动的方法，包括：

提供具有用于通过其排放熔融金属的至少一个漏斗出口的漏斗；

垂直定向根据权利要求1到9任一项所述的塞杆，其中所述塞杆的第二端设置在所述至少一个漏斗出口内，以暂时防止熔融金属通过所述至少一个漏斗出口流动；

使熔融金属流入漏斗到工作深度；和

使塞杆垂直运动进出所述至少一个漏斗出口，从而控制熔融金属通过所述至少一个漏斗出口流动，

其中：所述限流器垂直定位在塞杆的连续轴向孔内，使得当所述塞杆运动进出至少一个漏斗出口时，所述限流器的出口在漏斗中的熔融金属的表面的下方。

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