CN102006949B - 连续铸造用浸入式水口 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于通过在筒状耐火物上以里外双重结构设置金属壳体，防止筒状耐火物的颈部由于压紧力或者应力而破损。根据本发明的连续铸造用浸入式水口具有设置在筒状耐火物(1)的一部分或者整个外表面上的内侧金属壳体(12)、对应于所述筒状耐火物(1)的锥形部(11a)且形成在内侧金属壳体(12)上的金属锥形部(12a)、设置在所述内侧金属壳体(12)的外侧的外侧金属壳体(13)，所述各金属壳体(12、13)的至少一部分相接合。

Description

连续铸造用浸入式水口

技术领域

本发明涉及一种连续铸造用浸入式水口，尤其涉及为了防止筒状耐火物的颈部由于压紧力或者应力而破损，在筒状耐火物上以里外双重结构设置金属壳体的新的改进。 

背景技术

以往，在金属的最后一道冶炼工序中，熔融金属从中间包等容器经过采用滑动水口板或者塞棒等的流量控制装置而注入到铸造用结晶器，并逐渐凝固成预定的形状。虽然未图示，例如对滑动水口装置来说，设置在中间包的底部，并以上水口、两至三层滑板、下水口、浸入式水口的组合来使用。熔融金属从中间包的内部经过上水口、滑板、下水口、浸入式水口注入到铸造用结晶器。 

这些耐火物之间(例如滑板与下水口、下水口与浸入式水口等)存在接合部。然而，由于空气从该接合部进入，因此会氧化熔融金属、导致品质劣化，而且接合部可能会发生金属渗透，严重时还会陷入不能运转的困境。 

为了解决这种问题，一种方法是将多个耐火物形成为一个构件(例如将下水口与浸入式水口一体化)，还有一种方法是提高用于固定各耐火物的压紧压力而使各耐火物之间紧密贴合。 

作为上述的第一种方法的例子，有将上水口与上板形成一体的方法、或者利用金属壳体将分别制造的上水口与上板设置成成套组件而一体化的方法。并且，还实施有同样地将下板、下水口和浸入式水口一体化的方法。例如，专利文献1的图1和图5中记载有由如下结构构成的连续铸造用耐火物模块，即将板砖以及浸入式水口的一体化组合体的外周面直接容纳在一体型金属壳体中。并且，专利文献1的图3和图4中还记载有由如下结构构成的连续铸造用耐火物模块，即将从板至浸入式水口作为一体式耐火物制造，并且将该耐火物直接容纳在一件金属壳体中。尤其，对于具有在铸造过程中能够更换安装于流量控制装置的浸入式水口的浸入式水口快速更换装置的流量 控制装置所用的浸入式水口来说，考虑到操作性，广泛地使用将从下板至浸入式水口形成一体的浸入式水口(以下，称为一体式浸入水口)。 

即，如图10所示，包含尺寸较长的筒状耐火物1的包含外周的外表面被第一金属壳体2以及第二金属壳体3包覆，各金属壳体2、3通过焊接其接合部4而呈一体状。 

专利文献1：实开平6-553号公报 

专利文献2：特开2001-314949号公报 

发明内容

技术问题 

由于现有的连续铸造用浸入式水口具有如上所述的构成，因此存在以下问题： 

对于上述的一体式浸入水口来说，虽然能够在从下板至结晶器之间消除耐火物的接合线，但是耐火物的整个长度必然会变长。在使用过程中，该浸入式水口受到在铸造用结晶器内部流动的钢水引起的振动，并且受到更换浸入式水口时发生的冲击，发生物理破损。根据这种振动或者冲击而瞬间产生向上的力5，根据该向上的力5而产生的应力(以下，称为动应力)主要集中在水口的颈部，并且该应力的大小随着浸入式水口的长度的增加而会变大。为了保护浸入式水口的颈部使其不会因使用过程中加载的振动或者冲击而被破坏，如图10所示，采用金属壳体来增加从浸入式水口的凸缘部1a至本体部的部分的强度的方法是有效的。即，对于一体式浸入水口来说，即使是从板至浸入式水口的部分以一体式的耐火物制成的无接合线的结构，采用金属壳体来增强其颈部的强度的措施也是有效的。 

采用金属壳体来增加强度的基础上，从应力缓和方面考虑，从相当于下板的帽檐状的部分(以下，称为凸缘部1a)至本体部采用一件金属壳体来保护尽可能宽的范围固然好，但是，尤其对于具有浸入式水口快速更换装置的流量控制装置所用的浸入式水口来说，多数情况下，在形状上金属壳体的拉深深度必然会变大，还经常发生不能制造长度较长的金属壳体的情况。在这种情况下，采用分别制造凸缘部用金属壳体和本体部用金属壳体，然后将两者通过焊接而连接的方法。例如，专利文献1的图2中，采用砂浆(mortar)来接合容纳在筒状的金属壳体的浸入式水口和容纳在另一个金属壳体的板 砖，并且将各金属壳体焊接成一体。然而，如此将分开的金属壳体上下焊接成一体时，多数情况下，导致连接强度不足，因此如专利文献2所示，还可以考虑采用补强金属件来增加两者的强度的方法。但是，采用这种金属件来增加强度时，不仅耗工时、在成本上不具有优势，而且不能均等地增加整个周向的强度。 

并且，虽然上述的第二种方法也是有效的解决方法，但是从装置的能力、耐火物的强度来看，能够向耐火物施加的夹紧压力有限。并且，对于板、浸入式水口等耐火物来说，在铸造过程中，由于钢水流通过其内侧，因此从内侧开始温度升高而逐渐膨胀。据此，每个耐火物变成在钢水流通过的内孔侧互相顶压的状态，并且在周边部产生缝隙。在此状态下，如图11所示，浸入式水口的外侧根据向上的力5而从下部向上部被挤压，并且压紧压力越大，产生于耐火物的颈部的应力(以下，称为静应力)就会越大。由于浸入式水口的强度相比板、其他的水口较低，因此对于滑动水口式的流量控制装置而言，通常在用于压紧板的加压装置之外，再单独设置浸入式水口用加压装置，以此在浸入式水口材料能够承受的范围内设定压紧压力(8000～10000MPa左右)。然而，有时会发生浸入式水口的颈部未能承受过度的载荷，发生龟裂而破损的情况。因此，如上述的图10以及专利文献1和2所示，虽然以保护耐火物为目的，采取通过金属壳体来增加浸入式水口的颈部的强度，并确保刚性的措施，但是目前仍然存在不足之处。 

技术方案 

根据本发明的连续铸造用浸入式水口用于使来自容器的熔融金属注入到铸造用结晶器内，并且由筒状耐火物构成，所述浸入式水口具有与所述筒状耐火物的锥形部对应的金属锥形部，并且配备有设置在所述筒状耐火物的一部分或者整个外表面上的内侧金属壳体、设置在所述内侧金属壳体的外侧的外侧金属壳体，所述外侧金属壳体和内侧金属壳体的至少一部分相接合。并且，所述外侧金属壳体由垂直板部和水平板部构成，剖面呈L形，由所述水平板部来承受来自外部下方的压紧力。并且，与所述筒状耐火物的锥形部对应的所述内侧金属壳体的金属锥形部的倾斜角度相对于所述筒状耐火物使用时的垂直方向被设定成20°到60°的范围。并且，所述内侧金属壳体和外侧金属壳体之间填充有金属壳体用耐火材料。并且，所述筒状耐火物的耐火材料采用氧化铝-碳或者氧化铝-二氧化硅-碳，并且所述筒状耐火物的耐火材料 形成为双层结构，该双层结构包括材质互不相同的上层以及下层，所述上层的耐火材料的材质的热膨胀率相比所述下层的耐火材料的材质的热膨胀率更大。并且，所述上层与下层的所述耐火材料的热膨胀率之间的差值为15％以上。并且，所述内侧金属壳体呈圆筒状，所述外侧金属壳体呈四棱柱状。并且，所述内侧金属壳体以及外侧金属壳体呈四棱柱状。 

有益效果 

由于根据本发明的连续铸造用浸入式水口具有如上所述的构成，因此能够得到以下效果。 

即，用于使来自容器的熔融金属注入到铸造用结晶器内并且由筒状耐火物构成的连续铸造用浸入式水口，具有：设置在所述筒状耐火物的一部分或者整个外表面上的内侧金属壳体，其具有对应所述筒状耐火物的锥形部且形成在内侧金属壳体上的金属锥形部；设置在所述内侧金属壳体的外侧的外侧金属壳体。所述外侧金属壳体和内侧金属壳体的至少一部分相接合。根据这种结构，足以对应因使用时的振动或者冲击而产生的动应力，并且对于来自装置的压紧力和由于耐火物的热膨胀而产生的动应力也具有能够防止颈部破损的足够的刚性，而且能够对于浸入式水口的从凸缘部到本体部之间的部分增加其强度以符合要求。 

并且，所述外侧金属壳体由垂直板部和水平板部构成，剖面呈L形，由所述水平板部来承受来自外部下方的压紧力。根据这种结构，可以获得能够承受动应力的外侧金属壳体。 

并且，与所述筒状耐火物的锥形部对应的所述内侧金属壳体的金属锥形部的倾斜角度相对于所述筒状耐火物使用时的垂直方向被设定成20°到60°的范围。根据这种结构，能够对于所述应力具有足够的强度。 

并且，由于所述内侧金属壳体和外侧金属壳体之间填充有金属壳体用耐火材料，因此能够进一步提高刚性。 

并且，所述筒状耐火物的耐火材料采用氧化铝-碳或者氧化铝-二氧化硅-碳，并且所述筒状耐火物的耐火材料采用双层结构来形成，该双层结构包括材质互不相同的上层以及下层，所述上层的耐火材料的材质的热膨胀率相比所述下层的耐火材料的材质的热膨胀率更大。这种浸入式水口能够在上部材料的位置上受到金属壳体的约束。 

并且，由于所述上层与下层的所述耐火材料的热膨胀率之间的差值为 15％以上，因此能够得到与上述相同的效果。 

并且，由于所述内侧金属壳体呈圆筒状，所述外侧金属壳体呈四棱柱状，因此能在两者之间填充耐火材料。 

并且，由于所述内侧金属壳体以及外侧金属壳体呈四棱柱状，因此得到金属壳体相互重叠的双重结构，可以提高刚性。 

据此，由于浸入式水口的凸缘部至本体部之间使用双层结构的金属壳体结构，该金属壳体由安装于流量控制装置的外侧金属壳体和支撑耐火物的内侧金属壳体构成，因此具有以下效果：第一、通过将与耐火物直接接触的内侧金属壳体设置成圆筒状(椭圆形)，并且形成为不以直角弯曲的、拉深较小的形状，由此即使使用高强度的钢材，也能够以单件(一体物)来确保充分的厚度和充分的长度，从而对于振动或者冲击所产生的动应力具有较高的抵抗力；第二、内侧金属壳体的锥形即漏斗状部分改变从下方挤压浸入式水口的力的方向，以使变成从垂直方向倾斜的方向而传递到耐火物，从而能够抑制产生于浸入式水口颈部的拐点的静应力；第三、内侧和外侧金属壳体形成为至少一部分接触的双层结构，据此能够显著提高金属壳体的整体刚性，从而不仅可以防止动应力引起的变形，也可以防止静应力引起的变形。 

附图说明

图1为示出根据本发明的连续铸造用浸入式水口的第一实施例的剖视图。 

图2为示出本发明的第二实施例的俯视图和剖视图。 

图3为示出本发明的第三实施例的俯视图和剖视图。 

图4为示出本发明的第四实施例的俯视图和剖视图。 

图5为示出本发明的第五实施例的俯视图和剖视图。 

图6为示出本发明的第六实施例的俯视图和剖视图。 

图7为示出本发明的第七实施例的俯视图和剖视图。 

图8为沿着图7的箭头C方向观察的剖视图。 

图9为示出本发明的第八实施例的剖视图。 

图10为示出现有的连续铸造用浸入式水口的剖视图。 

图11为示出图10的要部的变形状态的说明图。 

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种连续铸造用浸入式水口，该连续铸造用浸入式水口通过在筒状耐火物上以里外双重结构设置金属壳体，防止筒状耐火物的颈部由于压紧力或者应力而破损。 

实施例 

以下，结合附图来说明根据本发明的连续铸造用浸入式水口的优选实施例。 

另外，与现有的实施例相同或者等同的部分使用相同的符号来说明。 

图1为示出本发明的第一实施例的图，在图1中用符号1来表示的部件是长筒形的筒状耐火物，用于构成在滑动阀中所使用的连续铸造用浸入式水口10，该筒状耐火物1的轴心位置被贯通而形成有钢水注入孔10a。 

所述筒状耐火物1的外表面11由上部的锥形部11a和形成在该锥形部11a的下部的直线部11b构成。 

设置在一部分或者整个所述外表面11上的金属构件12A由内侧金属壳体12和外侧金属壳体13构成。 

所述内侧金属壳体12沿着所述锥形部11a和直线部11b而形成，且所述锥形部11a处对应其形状而形成金属锥形部12a。 

所述金属锥形部12a的外周位置设有剖面呈L形且由垂直板部13a以及水平板部13b构成的所述外侧金属壳体13，在所述锥形部11a和所述外侧金属壳体13之间形成的剖面呈三角形的空间14内填充有金属壳体用耐火材料15。 

所述外侧金属壳体13和内侧金属壳体12通过焊接等工艺至少被接合一部分或者整体被接合，所述内侧金属壳体12以及外侧金属壳体13形成在所述筒状耐火物1的整个外周，或者形成在部分外周。 

图2为示出图1的连续铸造用浸入式水口10的另一种平面构成以及剖视图的第二实施例。所述外侧金属壳体13呈四棱柱的同时，所述内侧金属壳体12呈圆筒状，所述垂直板部13a和水平板部13b以一体弯曲而形成。 

图3示出本发明的第三实施例，所述内侧金属壳体12的上部形成有垂直部12B，该垂直部12B接合于所述垂直板部13a的内表面而构成。 

并且，图4示出本发明的第四实施例，在所述垂直板部13a的内表面上将所述金属锥形部12a构成为相比图1更短的长度，通过焊接等工艺相接合。 

并且，图5示出本发明的第五实施例，将所述筒状耐火物1以双层结构形成为上层1A和下层1B。 

并且，图6示出本发明的第六实施例，其示出未在所述内侧金属壳体12和外侧金属壳体13之间填充所述金属壳体用耐火材料15的构成。 

并且，图7以及图8示出本发明的第七实施例，其示出将所述内侧金属壳体12和外侧金属壳体13均以四棱柱状相重叠的构成。 

图9示出本发明的第八实施例，所述筒状耐火物1分为上层1A和下层1B，图9中，A表示上层1A的长度，B表示内侧金属壳体12的金属锥形部12a的长度，C表示内侧金属壳体12的长度，D表示从凸缘部1a弯曲的拐点，t表示内侧金属壳体12的厚度。 

本发明的图1中示出的第一实施例的连续铸造用浸入式水口10用于将熔融金属从中间包等容器注入到铸造用结晶器，该连续铸造用浸入式水口10安装在位于中间包侧的流量控制装置而使用，并且是容纳在由外侧金属壳体13和内侧金属壳体12构成、通过将外侧金属壳体13和内侧金属壳体12的至少一部分相接合而形成双层结构的金属壳体中的连续铸造用水口。该外侧金属壳体13适合安装于流量控制装置以及能够承受使用时的压紧力；内侧的单体圆筒状内侧金属壳体12从凸缘部1a跨至本体部，并在整个部分或者一部分具有由金属锥形部12a构成的漏斗状部。内侧金属壳体12和外侧金属壳体13的厚度均优选为1.5mm以上，更优选为2.0mm以上。对于内侧金属壳体的长度来说，跨越浸入式水口的颈部的拐点D的上下沿着垂直方向的长度优选为60mm以上，更优选为100mm以上。并且，如果没有直接接合内侧金属壳体12和外侧金属壳体13的至少一部分，则不能获得满意的效果。 

本发明的图2中示出的第二实施例的连续铸造用水口容纳在下述的金属壳体内。即，在上述的双层结构的金属壳体12、13中，内侧金属壳体12的金属锥形部12a的角度使用时相对于垂直方向E处于20度到60度之间。浸入式水口的耐火物构件由内侧金属壳体12中的具有角度的金属锥形部12a来支撑。该角度越小，内侧金属壳体12的拉深深度就会越小，因此在形状上易于实现长尺寸化。但是，如果小于20度，则不能稳定地支撑耐火物构件。另一方面，如果超过60度，则内侧金属壳体12的拉深深度就会变大，使得金属壳体的厚度变得不均匀，难以制造长度足够长的单体内侧金属壳体12。 

本发明的图3以及图4的第三、第四实施例的连续铸造用浸入式水口10 根据下述的双层结构的金属壳体12、13而被容纳。即，在上述的双层结构的金属壳体12、13中，尤其为了在凸缘部分较大的快速更换用浸入式水口中有效提高凸缘部1a的加固效果，外侧金属壳体13与内侧金属壳体12之间填充浇注成形耐火物等金属壳体用耐火材料15而构成双层结构，或者将外侧金属壳体13与内侧金属壳体12根据金属桥(未图示)相接合而构成双层结构。虽然能够通过直接接合外侧金属壳体13与内侧金属壳体12来充分确保对静应力的刚性，但是如果进一步在外侧金属外壳和内侧金属外壳之间填充浇注成形耐火物等耐火材料、采用金属桥(未图示)进行接合，则刚性能够提高到3～4倍。由于使用的浇注成形耐火物不直接接触钢水，因此只要能够得到一定的强度和表面精度，则对于材料的化学组成或者组成原料没有限制。但是，如果热膨胀率过高，则由于铸造开始时的热冲击而会断裂，或者在铸造时引起一体式浸入式水口的凸缘部1a变形。为此，浇注成形耐火物的干燥后的热膨胀率在1000℃下优选为0.20～0.60％范围。 

浸入式水口的材料通常可以使用氧化铝-碳或者氧化铝-二氧化硅-碳材料。根据使用条件，即可以使用一种材料，也可以组合使用多种材料。本发明的图5及图9的第五、第八实施例的连续铸造用水口中，金属壳体12、13内的筒状耐火物1由不同的双层材料构成，即上层1A和下层1B分别采用氧化铝-碳以及氧化铝-二氧化硅-碳材料，并且上层1A的材料的热膨胀率相比下层1B的材料的热膨胀率更大。用金属壳体来包覆浸入式水口材料时，通常采用的是使用砂浆来设置的方法。当浸入式水口的材料采用一种材料时，浸入式水口材料在使用过程中根据内侧金属壳体而均匀地受到约束，但是当上下两层的材料不同，且上部材料相比下部材料其热膨胀率更大时，浸入式水口在上部材料的位置上被金属壳体所约束。从接合面到最长不超过漏斗状部的三分之二的范围内设置上层，据此能够进一步缓和作用于从浸入式水口的凸缘部至本体部的颈部的应力。就该应力缓和而言，两种材料的热膨胀率之间的差值优选为15％以上。 

关于具有代表性的浸入式水口材料的化学组成，考虑到耐腐蚀性、耐热裂性，多数情况下选择35～90重量％的氧化铝、0～30重量％的二氧化硅、10～35重量％的碳。为了提高热膨胀率，通常采用增加其中的氧化铝成分比例的方法，能够将其作为上层1A的材料来使用。并且，也可以通过添加硅、铝等金属、碳化硅等硅化物、碳化硼等硼化物，提高热膨胀率。 

浸入式水口的制造方法如下：将氧化铝、二氧化硅、碳等原料与粘合剂一起搅拌，填充到成型模具中，优选地采用CIP(冷等静压成型)工艺来成形，并进行干燥，烘烤。关于本发明，虽然说明了若干个实施例，但是本发明不限于上述实施例，包括本领域的技术人员容易应用的等同的范围。 

[表1] 

第一表(示出本发明的产品所使用的耐火物的品质) 

*浇注料是在110℃下，干燥24小时后的品质 

上述的表1示出本发明中所使用的耐火物的品质，示出各材料1～4在1000℃下的热膨胀率。 

[表2] 

第二表 

上述的表2表示，对于采用表1的材料的本发明的产品，通过应力计算来确认浸入式水口的颈部的抗折损性的结果。实施例1中从接合面到本体部采用了相同的材料，实施例2～5中锥形部11a的上层1A采用了与下层1B不同的材料。另外，这里所提到的锥形部11a是指拐点D上侧的整个部分，拐点D是从凸缘部1a向本体部过渡的拐点。当构成为上下两个不同层时，如果上层1A材料的热膨胀率相比下层1B材料更高，则金属壳体12、13的约束力就会集中在上层1A材料上，因此减少产生在位于下层1B材料的颈部的拐点D的应力。 

对于除了上述的表2以外的各种实例进行研究的结果，当上层1A材料的热膨胀率相比下层1B材料的热膨胀率大15％以上时，颈部折损防止效果尤其显著。 

Claims (6)

1.一种连续铸造用浸入式水口，该浸入式水口用于使来自容器的熔融金属注入到铸造用结晶器内，并且具有筒状耐火物(1)，其特征在于，

所述浸入式水口用于具有浸入式水口快速更换装置的流量控制装置，

所述浸入式水口具有：设置在所述筒状耐火物(1)的一部分或者整个外表面(11)上的内侧金属壳体(12)；对应于所述筒状耐火物(1)的锥形部(11a)且形成在所述内侧金属壳体(12)上的金属锥形部(12a)；设置在所述内侧金属壳体(12)的外侧的外侧金属壳体(13)，

所述外侧金属壳体(13)和内侧金属壳体(12)的至少一部分相接合，与所述筒状耐火物(1)的锥形部(11a)对应的所述内侧金属壳体(12)的金属锥形部(12a)的倾斜角度相对于所述筒状耐火物(1)使用时的垂直方向(E)被设定成20°到60°的范围，

所述筒状耐火物(1)的耐火材料采用氧化铝-碳或者氧化铝-二氧化硅-碳，并且所述筒状耐火物(1)的耐火材料形成为双层结构，该双层结构包括材质互不相同的上层(1A)以及下层(1B)，所述上层(1A)的耐火材料的材质的热膨胀率相比所述下层(1B)的耐火材料的材质的热膨胀率更大。

2.如权利要求1所述的连续铸造用浸入式水口，其特征在于所述外侧金属壳体(13)由垂直板部(13a)和水平板部(13b)构成，并且剖面呈L形，由所述水平板部(13b)来承受来自外部下方的压紧力。

3.如权利要求1或2所述的连续铸造用浸入式水口，其特征在于所述内侧金属壳体(12)和外侧金属壳体(13)之间填充有金属壳体用耐火材料(15)。

4.如权利要求1所述的连续铸造用浸入式水口，其特征在于所述上层(1A)的热膨胀率比下层(1B)的热膨胀率大15％。

5.如权利要求1或2所述的连续铸造用浸入式水口，其特征在于所述内侧金属壳体(12)呈圆筒状，所述外侧金属壳体(13)呈四棱柱状。

6.如权利要求1或2所述的连续铸造用浸入式水口，其特征在于所述内侧金属壳体(12)以及外侧金属壳体(13)呈四棱柱状。

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