CN102917817B - 耐火的陶瓷吸震器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐火的陶瓷吸震器。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐火的陶瓷吸震器(Pralltopf)。
背景技术
这种类型的吸震器例如从以下文件中已知：DE 102 35 867 B3、DE 102 02 537 Cl、US 5,358,551。
在所有情况中涉及减少冶金容器中的紊流，其当金属熔融物撞到固定的底座上时产生。当金属熔融物从盛钢桶(Pfanne)(钢包(ladle))中以几米高的铁磁静态高度撞到分配器(Verteiler)(中间包(tundish))的底部上时，这例如是该情况。
根据文件US 5,358,551的吸震器具有传统的罐形(Topfform)，在其中壁的上自由端向下转向。金属熔融物在撞击到吸震器的底部上之后首先沿着底部流动、然后向上沿着壁的内侧并且最后围绕逐渐尖细的吸震器开口向上流动到分配器容器中。
在根据文件DE 102 35 867 B3的变体中，吸震器在其上部的敞开的端部处构造有所谓的扩散器，这意味着，吸震器的横截面朝向上出口端变大，以减少流出的熔融物的动能。
根据文件DE 102 02 537 C1的建议设置有吸震器，其壁具有至少一个裂缝，其贯穿地从边缘(壁的上自由端)延伸直至底部，其中，在最宽部位处的裂缝宽度应小于平面图(Grundriss)的在宽度的方向上存在的尺寸的10%。
吸震器通常具有圆形的或者矩形的基面。相应地，壁是不断的，或者说其由四个壁截段构成。基面(平面图)也可以不同，例如是椭圆形的或蛋形的，其关于竖直平面镜像地(镜像对称地)来构造。
下面的目的相应涉及吸震器的通常的功能状态(功能位置)，在其中吸震器的底部处于冶金容器的底部上或其中并且吸震器的壁大致垂直于底部且因此大致垂直于冶金容器的底部向上延伸。
根据文件DE 102 02 537 Cl的吸震器导致，到达吸震器中的金属熔融物至少部分地通过壁侧的裂缝在侧面流出。由于相对小的裂缝宽度，流动通过裂缝的熔融物可具有显著的流动速度。由此引起附加的流动紊流。
论文“在连铸中间包中的熔融物流动特性”(ISIJ International, Vol. 36 (1996), No.6, p. 667-672)定义了一种所谓的栓塞流动(plug flow)，在其中所有流体元素在中间包中具有相同的停留时间(residence time)和所谓的死容积(dead volume)。死容积表明该流体份额的特性，其停留时间大于熔融物在中间包中的平均停留时间的两倍。
该特性现象学地下面被传递到金属熔融物在中间包中的流动上，在中间包中集成有根据本发明的吸震器(冲击垫、冲击罐)。
发明内容
本发明的目的是提供一种吸震器，其允许以下优化：
- 在吸震器和中间包中有针对性地引导金属熔融物
- 使中间包中的流动紊流最小化
- 吸震器磨损较小
- 在中间包中较高的带有栓塞流动的流体份额
- 在中间包中无死容积
- 吸震器的有利的制造成本
为了提供一种尽可能满足许多这些要求的吸震器，尤其关于金属熔融物的改善的流动特性执行大量的试验和研究。在此研究：
- 熔融物在撞击在吸震器的底部上之后的流动特性，
- 熔融物在吸震器中的流动过程，
- 熔融物在离开吸震器时的流动特性，
- 熔融物在离开吸震器之后在所属的冶金容器的熔池中的流动特性。
确定的是，已知的吸震器几何结构尤其关于熔融物在离开吸震器时和在接下来进入所属的冶金容器的熔池中时的流动特性是值得改进的。
当熔融物的一部分在相对大的横截面面积的体积流中在侧面被从吸震器中引出时，是有利的。流动方向在此大致水平或者相对于水平线的角度＜70°、尤其＜45°。另外证实为有利的是如此设计吸震器，使得在侧面离开的体积流向上(朝向吸震器的自由的上部的端部截段)变宽。
这最终导致一吸震器几何结构，在其中吸震器壁具有至少一个带有特定横截面轮廓的开口(例如裂缝)。从吸震器的底部向上直至壁的自由的端部截段观察，开口的宽度(在吸震器的周向上)增大，这意味着，对于裂缝状的开口，侧翼(Flanke)(其在侧面限制裂缝)的间距增大。
以该方式在吸震器的上部的截段中在侧面从吸震器中以相对小的流动速度导出相对宽的体积流。类似地，在吸震器底部附近在侧面离开的体积流更窄且具有更大的流动速度。通过该流动轮廓，在进入冶金容器中的金属熔融物时减少紊流。
这导致吸震器的耐火材料的更小的腐蚀，尤其在开口的侧翼(界限)的区域中。相应地，更少的污物(杂质)到达中间包中的金属熔融物中。
体积流的另一部分(如已知的那样)向上离开吸震器。
开口的特定几何结构和由此引起的熔融物在侧面通过吸震器壁中的开口的特定的流动也导致在中间包中的死容积的所希望的减少且导致更高的栓塞流动份额，如下表所示：
在吸震器的壁区域中构造带有相对大的横截面的开口导致，更少的耐火材料须被使用。这减少制造成本。
在其最普遍的实施形式中，本发明涉及一种在其功能位置中带有以下特征的耐火的陶瓷吸震器：
- 带有下基面和上缓冲面的底部，
- 由多个截段构成的壁，其从底部向上延伸制造自由的端部截段，其中，壁以其内侧和缓冲面限制一腔，其在其与底部相对的上端处是敞开的，
- 壁的至少一个截段具有至少一个开口，其从内侧贯穿地延伸至壁的外侧并且由相对而置的侧翼来限制，
- 开口具有以下横截面轮廓：
- 在壁的周向上观察，开口邻近于自由的端部截段具有其最大宽度，
- 在壁的周向上观察，开口邻近于底部具有其最小宽度，
- 开口的最大宽度大于吸震器的壁的总周长的5%，
- 在纵向上，开口以一轮廓从壁的上部的自由的端部截段竖直向下地在底部的方向上延伸，在该轮廓中多于其横截面的70%在上半部中邻近于壁的自由的端部截段延伸。
在侧视图中对于开口有规律地产生一几何形状，在其中在开口的侧翼之间的间距在上面明显大于下面。可能的横截面轮廓在接下来的附图说明中示出且阐述。
开口可向上穿过(durchlaufen)，使得壁的自由端被打断。但是开口也可作为不连续的开口在壁中延伸并且在四面由壁截段围绕。为了优化流动和流动分配，镜像对称于竖直地从壁的内侧伸出的平面来构造的横截面轮廓是优选的，换言之：在带有圆形的平面图(底部)的吸震器(其壁具有柱形的圆周面)中对称平面径向地延伸。
当开口尤其在最大宽度和最小宽度的截段之间具有拱曲的侧翼时，流动过程被优化。在此，在侧视图中类似于漏斗或喷嘴产生一开口轮廓。
另外的实施形式设置成，开口在最大宽度和最小宽度之间的区域中具有关于开口的中间纵轴线凸状地或凹状地拱曲的侧翼。这意味着，开口的宽度在最大宽度和最小宽度的截段之间持续减小。
开口根据一实施形式与底部有间距地终止。结果是，在吸震器内构造有底壳(Bodensumpf)，在其中在浇注过程中通常存在金属熔融物。
开口应在壁的高度的至少20%上延伸。在该实施形式中在吸震器的高度的80%上将没有侧向的壁开口。熔融物那么将仅在壁的上部的端部截段的区域中在侧面经由该至少一个开口从吸震器中流出。
当开口在壁的高度的更大部分上延伸时，例如大于40%、大于50%、大于60%、大于70%，该流动过程被优化。不带侧面开口的吸震器壁的区域可对应于壁的高度的至少20%，从底部开始计算。这对应于开口在壁的高度的80%上的最大延伸，从其上端开始计算。
为了将熔融物从吸震器的内部有针对性地朝向开口引导，本发明的一实施形式设置成在底部的缓冲面与开口之间以相对于水平线＜90度的斜度构造壁的内侧。产生一种“上升斜面(Auflaufschraege)”，熔融物在它碰到冲击平面之后沿着其不仅在侧面、而且在侧面朝向上被引离，亦即有针对性地至对应的开口。该实施形式也在接下来的附图说明中详细示出。
最后提及的实施形式假定，开口与吸震器的底部有间距地终止。
但是开口也可从自由端贯穿地延伸直至底部。这原理上对应于根据文件DE 102 02537 Cl的实施形式。与已知吸震器的决定性区别在于，在吸震器的壁中的裂缝(开口)根据本发明明显更大并且尤其特征在于，开口的横截面在壁的上边缘(自由棱边)的方向上显著增大。
开口的最大宽度根据本发明大于吸震器的壁的总周长的5%。对于带有正方形基面和相应地四个相同壁截段的吸震器，这意味着，开口的最大宽度大于相应的壁截段的宽度的20%。该值根据本发明也适用于带有矩形平面图的吸震器，亦即带有该条件(Massgabe)，即开口宽度的值相应涉及开口处于其中的壁截段。
在带有圆形的底部和相应地柱形的壁面的吸震器中适用：开口的最大宽度大于吸震器的壁的总周长的5%。将壁分成四个相同的截段，关于每个截段，用于开口的最大宽度的值又大于20%。
这类似地适用于带有椭圆的平面图的吸震器的实施形式。
除了该条件、即开口的最大宽度应大于壁的总周长的5%之外，以下附加条件适用于其它的几何形状：开口的最大宽度必须大于壁的总周长的四分之一的20%。最大宽度合理地限于吸震器壁的总周长的25%。
开口的最小宽度(在开口/裂缝的端部处，其邻近于吸震器底部)例如＜壁的总周长的4%、＜2.5%、＜1.5%、＜1.0%并且也可例如对于V形裂缝接近零。最大值合理地是最大5%。
具体值例如是：
- 对于最大宽度：＞100 mm、＞150 mm、＞200 mm、＞250 mm、＞300 mm，
- 对于最小宽度：＜100 mm、＜75 mm、＜50 mm、＜25 mm、＜10mm。
根据本发明的一实施形式，开口的相应的侧翼在壁的内侧与壁的相应的外侧之间以变大的间距来布置。由此产生一种“扩散器”，结果是，开口的横截面面积在吸震器的壁的内侧与外侧之间增大(扇形地扩大)。以该方式将气球状的体积流输送到冶金容器的金属池中，这导致冶金容器中紊流的减少。
在该实施例中，侧翼可朝向外围拱曲，由此支持该效果。
本发明的另外的特征由从属权利要求以及其它的申请材料得出。在此，所提及的特征单个地或任意组合地对于实现本发明可以是重要的。只要不明确排除，只要技术原理上可能，各个实施例的特征可相互组合。
附图说明
附图相应以示意性的图示示出：
图1显示吸震器的透视图，
图2显示在吸震器的壁中的开口的可能的横截面形状，
图3显示吸震器的另一实施形式的透视图，
图4显示吸震器的第三实施形式的俯视图、纵剖面图以及侧视图。
具体实施方式
根据图1的吸震器如下来构建：其具有带有下基面10g和上缓冲面10p的矩形的底部10。从底部10的边缘区域延伸有壁20，其相应地包括四个壁截段20a、20b、20c和20d。
带有其内侧20i的壁20和缓冲面10p限制腔30，其朝向上、即与底部相对地敞开。
壁截段20a至20d的自由端20k向内拉伸，使得在壁截段20a至20d的竖直区域与自由端20k(端部截段)之间产生相应的底切(Hinterschnitt)20h。
在壁截段20a中构造有开口40，其从自由端20k延伸直至超过壁截段20a的高度H的一半。开口40的竖直高度h对应于大约0.6H。该开口在其上端具有其最大宽度Bg而在其下端具有其最小宽度Bk。在其之间，开口40的侧翼40f关于开口40的中间纵轴线M-M相互镜像地拱曲，使得从开口的上端至下端产生连续减小的横截面几何结构。侧翼40f以90°延伸至壁20的内侧20i。
开口40的最大宽度Bg为所属的壁截段20a的平均长度L的大约35%且相应地为壁20的总周长的大约9%。流入吸震器中的金属熔融物(示意性地通过箭头S表示)在它沿着壁20的内侧20i向上伸延之前，首先碰到缓冲面10p并且然后沿着缓冲面10p分布。当在壁截段20b、20c和20d的区域中的熔融物接下来在构造有底切的自由端20k的区域中转向且从吸震器被向上导出时(同样的适用于在开口40旁边沿着壁20a流动的熔融物)，熔融物的很大的体积份额通过开口40离开腔30。流动速度类似地随着开口40的宽度增加而降低。流动方向在开口40的窄端尽可能水平，在上部的宽的端部处倾斜地指向上。以该方式产生将熔融物从吸震器中有利地输送到所属的冶金容器中或者说到位于那里的熔融物中。
图2显示了壁开口40的一些可能的横截面形状。1号与图1中的示例相似地来构造，其中，然而开口向下贯穿直至底部区域。变体2号近似具有漏斗的横截面轮廓。在3号中，开口的侧翼碗型地延伸。根据4号的开口完全构造在壁20中并且其余对应于根据2号的上部。在5号中侧翼不拱曲，而是阶梯式地设计。根据6号的横截面几何形状类似于高脚杯。
根据图3的实施例与根据图1的实施例由此不同，即开口40延伸直至底部10、也就是说直至缓冲面10p并且在其下部的截段中裂缝式地以恒定宽度Bk来构造。与根据图1的实施例的另一区别在于，侧翼40f朝向壁20a的外侧20s敞开，由此在金属熔融物从吸震器中流出时达到附加的扩散器效果。
在根据图4的实施例中，与其余示出的实施例的显著区别在于，壁20a的内侧20i在(相对于水平线)大约45°的角度α下从缓冲面10p在开口40的方向上上升，由此对于金属熔融物朝向开口40形成一种上升斜面。如侧视图所示，开口40类似于根据图1的实施例与缓冲面10p有间距地终止并且与图3类似具有扩散器区域。
对于所有实施变体适用的是：
吸震器由耐火的陶瓷材料构成，例如以氧化镁、氧化镁亚铬酸盐、铁矾土、Al2O3或者其混合物为基础。
在其中壁(壁部分)的上部的自由的端部截段向内变宽的吸震器是有利的，使得向上从吸震器中流出的熔融物之前被向内改道。
吸震器的基面实际上是任意的。然而带有圆形的底部和柱形的壁的吸震器以及带有矩形的、尤其正方形的底部和相应地四个彼此以直角延伸的壁截段的吸震器鉴于制造和流动特性明确是优选的。
在每个吸震器中在壁侧构造有至少一个所说明类型的开口。尤其在带有矩形横截面的吸震器中可在相对而置的壁截段中构造类似的开口。
每个开口在其与底部相邻的截段中明显比在其与吸震器壁的上边缘(上棱边)相邻的截段处更窄。由此通常在侧视图中产生一横截面轮廓，在其中开口的宽度从上向下减小。正如此，所希望的体积流可在侧面离开并且实现流动速度的所希望的分布。
还重要的是，每个开口的整个横截面的至少70%在一截段中延伸，其限定壁的上半部，在竖直方向上观察。
在所有情况中对于流出的金属熔融物由此得出，熔融物流在开口区域中从下向上变宽并且在上面具有比在下面更小的流动速度。流动方向可通过相应构造开口的侧翼来调整，尤其在如此引导流动使得体积流的横截面随着与吸震器的间距增加而增大的意义中。
Claims (12)
1.一种耐火的陶瓷吸震器，其在其功能位置中带有以下特征：
1.1底部(10)，其带有下基面(10g)和上缓冲面(10p)，
1.2由多个截段(20a-d)构成的壁(20)，其从所述底部(10)向上延伸直至自由端(20k)，其中，所述壁(20)以其内侧(20i)和缓冲面(10p)限制腔(30)，其在它的与所述底部(10)相对的上端处敞开，
1.3所述壁(20)的至少一个截段(20a)具有至少一个开口(40)，其从所述内侧(20i)贯穿地延伸至所述壁(20)的外侧(20s)并且由相对而置的侧翼(40f)来限制，
1.4所述开口(40)具有以下横截面轮廓：
1.4.0. 所述开口(40)在所述壁(20)的至少40%的高度(H)上延伸，
1.4.1在所述壁(20)的周向上观察，所述开口(40)邻近于所述自由端(20k)具有其最大宽度(Bg)，
1.4.2在所述壁(20)的周向上观察，所述开口(40)邻近于所述底部(10)具有其最小宽度(Bk)，
1.4.3所述开口的最大宽度(Bg)大于所述吸震器的壁(20)的总周长的5%，
1.4.4在纵向上，所述开口以一轮廓从所述壁(20)的上自由端(20k)竖直向下地在底部的方向上延伸，在所述轮廓中多于其横截面的70%在所述壁(20)的上半部中邻近于所述壁(20)的自由端(20k)延伸。
2.根据权利要求1所述的吸震器，在其中，所述开口(40)在最大宽度(Bg)与最小宽度(Bk)之间的区域中具有拱曲的侧翼(40f)。
3.根据权利要求1所述的吸震器，在其中，所述开口(40)在最大宽度(Bg)与最小宽度(Bk)之间的区域中具有关于所述开口(40)的中间纵轴线拱曲的侧翼(40f)。
4.根据权利要求1所述的吸震器，在其中，所述开口(40)与所述底部(10)有间距地终止。
5.根据权利要求4所述的吸震器，在其中，所述壁(20)的内侧(20i)在所述底部(10)的缓冲面(10p)与所述开口(40)之间以相对于水平线＜90度的斜度延伸。
6.根据权利要求4所述的吸震器，在其中，所述开口(40)在所述壁(20)的至多90%的高度(H)上延伸。
7.根据权利要求1所述的吸震器，在其中，所述开口(40)从所述自由端(20k)延伸直至所述底部(10)。
8.根据权利要求1所述的吸震器，在其中，所述开口(40)的对应的侧翼(40f)在所述壁(20)的内侧(20i)与所述壁(20)的对应的外侧(20s)之间以变得更大的间距延伸。
9.根据权利要求8所述的吸震器，在其中，所述开口(40)的对应的侧翼(40f)在所述壁(20)的内侧(20i)与所述壁(20)的对应的外侧(20s)之间朝向周围环境的方向上拱曲。
10.根据权利要求1所述的吸震器，其带有所述壁(20)的四个截段(20a-d)，其中，相邻的截段(20a-20b, 20b-20c, 20c-20d, 20d-20a)彼此大致以直角延伸。
11.根据权利要求1所述的吸震器，在其中，所述开口(40)镜像对称于一平面来构造，所述平面竖直地从所述壁(20)的内侧(20i)伸出。
12.根据权利要求1所述的吸震器，其上自由端(20k)向内、朝向所述腔(30)转向或变宽。
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