CN103582535A - 用于输送熔融金属的耐火元件、组件和中间包 - Google Patents

Abstract

一种耐火元件被设置用于阻止或限制钢铸造工艺中钢的再氧化。耐火元件包含以特定几何形状的布置被周边环绕的底座。耐火元件由以特定几何形状的布置被周边环绕的底座构成。

Description

用于输送熔融金属的耐火元件、组件和中间包

背景技术

(1)技术领域

本发明涉及钢的连续铸造，并且尤其是涉及钢的再氧化问题。具体地，本发明涉及一种中间包，其中包括由浇口和环绕的耐火元件构成的组件以避免或限制钢的再氧化并且避免氧化产物进入浇道内。本发明还涉及一种组件，所述组件由浇口和环绕的耐火元件构成以避免或限制钢的再氧化并且避免氧化产物进入浇道内。根据其他方面的应用，本发明还涉及这样一种环绕的耐火元件和连续的钢铸造工艺。

随着对质量和性能控制要求的提高，钢的清洁度变得越来越重要。诸如控制化学成分和均匀性等方面的问题已经被由于存在非金属夹杂物而产生的影响所取代。特别是存在氧化铝和尖晶石的夹杂物被认为是既不利于于生产工艺本身又不利于钢的性能。这些夹杂物主要在钢包内进行的连续铸造所必需的钢脱氧期间形成。在钢熔体的二次冶炼和再氧化期间非金属夹杂物的清除不完全会造成连续铸造期间的浇口堵塞。堵塞材料层通常包含大量集聚的氧化铝。堵塞材料层的厚度与钢的铸造量以及钢的清洁度有关。由于浇口堵塞使单位时间能够铸造的钢更少(直径减小的结果)以及由于更换浇口会同时伴有铸造中断，因此导致生产率下降。除了浇口堵塞以外，存在再氧化产物也会导致浇口侵蚀，并导致在钢内形成夹杂物缺陷。

(2)相关技术介绍

本领域内已经开发出几种防止钢再氧化的解决方案。具体地，熔融的金属流在从铸造容器传送到下游容器(或结晶器)的过程中通常用水口套覆盖以便防止在浇注的钢与周围大气之间有直接接触。经常在浇注口的表面直接喷射氩气以便遮盖熔融的金属流。冶金容器(例如中间包)内的钢熔体表面通常覆盖有液态熔渣层以便防止在钢与周围大气之间有直接接触。可选地(或附加地)，中间包上方的大气可以(通过使用去氧剂或惰性气体例如氩气而)变成惰性气体。

本领域内也已开发出清除存在于中间包内的非金属夹杂物和再氧化产物的解决方案。这些解决方案通常致力于促进这些夹杂物和再氧化产物上浮以通过浮动的熔渣层将其捕获。例如，坝、堰、导流板和／或冲击板可以被用于向上偏转中间包内的熔融金属流。惰性气体起泡设备也可以被用于浮选出夹杂物和再氧化产物。

还存在用于使夹杂物和再氧化产物无害的其他解决方案。例如，钙基合金可以被用于消除由于氧化铝夹杂物的存在而产生的一些问题。

所有这些现有技术中的解决方案都有助于改善钢的整体清洁度。但是一部分现有技术中的解决方案相应地会在钢内产生新的缺陷(例如气体起泡或使用钙基合金)，可能太昂贵(例如使用惰性气体)或不合乎环境要求。为此，希望提出一种可供选择的解决方案来解决上述问题，该解决方案经济实用且又不会带来环境问题。

发明内容

本发明基于以下假设：即使钢能够相对清洁地制成，但是在正常条件下也不可能使其直至结晶器都保持洁净。具体地，钢通过连续铸造中(容器内衬、熔渣、浇口、塞棒等处)使用的耐火元件(通常是金属氧化物)之间的化学反应而再氧化也能生成再氧化产物。另一个潜在的再氧化来源是通过这些耐火元件或通过底壁内衬和浇口入口之间的可渗透连接而渗出的氧或者甚至是从耐火元件释放出来的氧。

因此，本发明的目标是通过防止再氧化产物到达铸造浇口和／或在铸造浇口紧邻处或铸造浇口内生成再氧化产物来解决上述问题。

根据本发明，该目标通过使用环绕的耐火元件、由浇口和环绕的耐火元件构成的组件或者装在中间包内的由浇口和环绕的耐火元件构成的组件来实现，其中所述元件具有底座，所述底座具有主表面、底面和环绕主表面的周边，其中所述周边具有外表面和内表面以及上表面，并且底座的底面和周边外表面的交线包含交线在此的角度不是直角的至少一个点。

本领域内已知围绕中间包的浇注孔设置环绕元件。例如FR—A-2394348公开了一种环，用于保持中间包内的钢直至足够高的高度，并因此达到足够的热质量从而避免“冷”钢进入浇注孔。但是现有技术并未公开这样的元件：具有底座和周边，而且底座的底面和周边外表面的交线包含交线在此的角度不是直角的至少一个点。

JP-A1-2003-205360公开了一种用于钢连续铸造的中间包。该中间包的座砖由两个元件构成。浇口位于座砖的底部内。附加的耐火元件定位在浇口的上部之上以覆盖和保护浇口与座砖之间的水泥接缝。但是这篇文献并未并未公开这样的耐火元件：具有底座和周边，而且底座的底面和周边外表面的交线包含交线在此的角度不是直角的至少一个点。

WO2007／009667公开了一种用于在冶金容器内结合浇口使用的元件。但是这篇文献并未并未公开这样的耐火元件：具有底座和周边，其中底座的底面和周边外表面的交线包含交线在此的角度不是直角的至少一个点。

归因于如本发明所述的特殊布置，存在于冶金容器内并且趋向于堆积在容器的底面上并被熔融钢流带走的再氧化产物和／或夹杂物就无法到达浇口的入口。

必须理解：环绕浇口的元件可以是任意合适的形状。在冶金容器设计的功能中，其可为圆形、椭圆形或多边形；其主孔可以是居中或偏心。在本发明的可选实施例中，适合用于元件的形状可以排除圆形。环绕浇口的元件也可被切断以便在一个或多个中间包壁面接近于浇注孔时适应上述情况。元件的主表面可以是平面也可不是平面(其可为截头圆锥体、波纹面或倾斜面)。浇口(例如在用滑板阀控制熔融钢流或者如果装置设有管路或校准的浇口转换器的情况下)可以是内浇口或者(例如在塞棒控制的情况下)可以是浸入式水口或SEN。冶金容器或中间包可以配备一个或多个这样的组件。组件可以作为一体(例如共压)的预装件或分离的零件提供。

由于环绕浇口的元件不必是圆形，并且由于元件可以安置在不必为圆对称的容器内，因此将元件对准浇口并由此对准浇口周围以在浇口附近形成所需的流动模式可能就很重要。因此，元件和浇口可以被构造为具有匹配的视觉标志或标记以在对准或安置为相接触时形成元件和浇口的期望几何布置。可选地，元件和浇口可以被构造为具有配合的几何形状，以使得在这些几何形状相匹配时形成元件和浇口以及组合的元件和浇口跟其周围的期望几何布置。配合的几何形状可以是匹配的凹部和凸部、匹配的凹槽和凸缘、匹配的销钉和钻孔、匹配的凹口和凸起、匹配的凹坑和凸块、匹配的凸纹和凹槽、对正的螺纹接收器、对正的钥匙或卡口接收器或者匹配的非圆形表面几何形状例如椭圆形或多边形表面。元件配合的几何形状可以设置在其主孔内或底座的底面上。单独考虑的元件可以在其主孔内或其底座上包含一个或多个有向的几何形状例如销钉、钻孔、凸部、凹部、斜角、凹坑、凸块、凸纹、凹槽、用于螺钉或卡口式组装件的壳体或者定型或螺纹的接收器部分。元件的钻孔可以是非对称、椭圆或多边形的形状。

在本发明的某些实施例中，元件和浇口可以构成单个部件。

根据本发明，耐火元件包括底座，所述底座具有主表面和环绕主表面的周边；周边的上表面比耐火元件的主表面高。因而，在浇口周围的区域形成一种偏斜的凹陷。必须理解周边的上表面不必是平面。它可以是波浪形或沿周边具有不同高度(例如在靠近容器侧壁的周边区域内较高并且在另一侧较低)。周边可以包含一处或多处中断或开口。周边可以包含高度的分级改变或者可以包含高度的逐渐改变。周边的上表面可以具有锯齿结构、半圆形凹口结构、方形凹口结构、波浪形结构、半圆形凸起结构或者可以包含一级或多级台阶。周边的上表面可以跟向外凸出的凸缘相连。周边的上表面可以跟向内凸出的凸缘相连。周边的上表面可以跟包含至少一个端口的面板或穹顶结构相连。周边可以包含一个或多个端口，这些端口可以是圆形、椭圆形或多边形的形状，并且端口可以具有水平轴、方向为向上且向内的轴、方向为向下且向内的轴或者并不垂直于周边外表面的轴。端口可以被设置为具有跟周边内的圆彼此相切的轴。成对的端口可以被设置为具有在周边内的圆处彼此相交的轴。端口可以是喇叭形。在本发明的中间包、浇口和耐火元件的组合中，耐火元件的至少一部分外周边的高度比中间包的底壁表面更高。因此围绕浇口中间包形成第二障碍以用于防止夹杂物或再氧化产物进入其入口。这种类型的布置特别有利。

本发明所述耐火元件的周边可以采用的形式是壁面具有的测量值以特定的比例或比例范围跟元件的其他测量值相关联。在某些实施例中，从底座底面量起的壁面最大高度跟从底座底面量起的壁面最小高度之比为1：1到6：1或1.1：1到6：1。在某些实施例中，从底座底面量起的壁面最大高度跟底座的最大外径之比为0.1：1到10：1或0.1：1到8.5：1或0.2：1到8.5：1或0.5：1到8.5：1。在某些实施例中，壁面具有的最小厚度为2mm、5mm或10mm。在某些实施例中，壁面具有的最大厚度为60mm、80mm或100mm。在某些实施例中，底座具有的最大厚度为100mm或200mm。

本发明中耐火元件的周边可以采用的形式是壁面具有其中一部分非垂直的外表面。在某些实施例中，该壁面的整个外表面都是非垂直的。在某些实施例中，整个壁面在从元件内部测量时跟主表面形成钝角。在某些实施例中，底座的底面和壁面的外表面之间的夹角具有位于45度到89.5度以及90.5度到135度范围内的角度值。在某些实施例中，底座的底面和壁面的外表面之间的夹角可以围绕元件的周边而有所改变。在特定的实施例中，元件具有非垂直的外壁，并且元件部分地围出一定的容积，其横截面的尺寸随着到浇口或浇口可能所处端口的距离的减小而减小。壁面可以采用的形式是其轴线并不垂直于水平面的柱面。壁面可以采用的形式是截锥体的径向表面，其中截锥体凸出的顶点在主表面的平面下方。壁面可以采用的形式是截锥体的径向表面，其中截锥体凸出的顶点在主表面的平面上方。周边的上表面可以在跟主表面的平面并不平行的平面内构成圆形、椭圆形或多边形的外形。

耐火元件的壁面内部以及耐火元件的底座可以单独或共同地跟一个或多个叶片相连。叶片可以设置为使得叶片平面的凸出部跟浇口的轴线相交。叶片也可以设置为使得叶片平面中没有凸出部跟浇口的轴线相交。叶片可以具有表面和边缘，表面可以是平面，可以一维或两维地弯曲，并且可以是光滑面或具有凹槽。叶片的边缘可以有倒角或具有锯齿结构、半圆形凹口结构、方形凹口结构、波浪形结构、半圆形凸起结构或者可以包含一级或多级台阶。

耐火元件的避免外部可以跟一个或多个叶片相连。叶片可以设置为使得叶片平面的凸出部跟浇口的轴线相交。叶片也可以设置为使得叶片平面中没有凸出部跟浇口的轴线相交。叶片可以具有表面和边缘，表面可以是平面，可以一维或两维地弯曲，并且可以是光滑面或具有凹槽。叶片的边缘可以有倒角或具有锯齿结构、半圆形凹口结构、方形凹口结构、波浪形结构、半圆形凸起结构或者可以包含一级或多级台阶。

环绕的耐火元件可以由气密性材料制成。为了被视为有气密性，这样的材料(在使用温度下)具有低于20％的开孔率(因此低于常规内衬材料通常高于30％的开孔率)。对于耐火材料来说，透气性通常跟孔隙率相关。因此，低孔隙率的材料具有较低的透气性。这样的低孔隙率可以通过在构成环绕元件的材料中包含除氧材料(例如抗氧化剂)而获得。合适的材料有硼或金刚砂或金属例如硅或铝(或其合金)。在这样的实施例中，它们的使用量不超过5wt％。可选地(或附加地)，产生熔融相的产物(例如B2O3)也可以包含在构成环绕元件的材料中。在这样的实施例中，它们的使用量不超过5wt％。可选地(或附加地)，形成更大体积新相(取决于反应或者温度的影响)并且因此关闭现有孔隙率的材料也可以包含在构成预制元件的材料中。合适的材料包括氧化铝和氧化镁的成分。由此在环绕浇口的区域内防止钢的再氧化。在本发明的某些实施例中，耐火材料根据标准的ASTM测试具有小于15cD、20cD、25cD或30cD的透气性数值。可以使用的材料包含0.5—1％或1-5％的二氧化硅、0.005％到0.2％的二氧化钛、75％到95％的氧化铝、0.1％到0.5％的氧化铁、0.5％到1％的氧化镁、0.1％到0.5％的氧化钠、0.25％到2％的氧化硼以及1％到10％的氧化锆+二氧化锆。合适的材料可以具有0到5％的燃烧损耗值。

元件、浇口或者元件层或浇口层可以由气密性材料制成。浇口或元件可以由耐火氧化物(氧化铝、氧化镁和氧化钙)制成并且可以等静压成型。为了在本发明的意义上被视为有气密性，将100g候选材料的取样放置在氩气氛围的熔炉中(平缓的氩气流被(大约1升／分钟地)连续吹入熔炉内)并将温度升高到1000℃。然后(在1小时内)将温度逐渐升高到1500℃并随后保持在1500℃达2小时。然后测量样本在1000℃到1500℃之间的重量损失。该重量损失必须低于2％以保证材料具有合格的气密性。因此，不仅夹杂物或再氧化产物不能到达浇口，而且它们也不能在浇口或元件内形成。这种特定的组合由此提供了协同效应，根据这种协同效应就能铸造一种完美的不合夹杂物和再氧化产物的钢。

构成浇口或元件的材料可以选自三种不同类别的材料：

a)不含碳的材料；

b)基本上由不可还原的耐火氧化物结合碳构成的材料；或者

c)包含跟生成的一氧化碳起反应的元素的材料。优选地，所选材料表现为以上的两类或三类。

第一类合适材料的示例有基于氧化铝、莫来石、氧化锆或氧化镁的材料(尖晶石)。

第二类合适的材料例如是纯铝碳质的成分。具体地，这些成分应该包含非常少量的氧化硅或者通常可以在氧化硅中发现的常规杂质(氧化钠或氧化钾)。具体地，氧化硅以及其中的常规杂质应保持在低于1.0wt％，优选地低于0.5wt％。

第三类合适的材料包括例如能跟一氧化碳结合以生成金属氧化物和游离碳的游离金属。硅和铝适用于这种应用。这些材料也可以或者可选地包括能够跟含氧化合物起反应的碳化物或氮化物(例如硅或硼的碳化物)。

在本发明的某些实施例中，所选材料属于第二类或第三类；在本发明的某些实施例中，所选材料属于第二类和第三类。

构成不会在使用温度下生成一氧化碳的层的合适材料可以包括60—88wt％的氧化铝、10—20wt％的石墨以及2—10wt％的碳化硅。这样的材料包含吸氧剂例如非氧化物品种譬如氮化物或碳化物，或者包含能跟任何存在的氧起反应的不可还原氧化物。

在一种变形中，只有存在于钢接触面处(浇口内部和外部)的衬垫由这样的材料制成。在另一种变形中，浇口和环绕元件制成整体(整块)。

在环绕元件和浇口之间的接缝不完全紧密的情况下，提供由气密性灰泥制成的灰泥接缝可能更为有利。常规的灰泥具有30—50％的开孔率。根据这一有利的实施例，灰泥应该具有低于20％的开孔率。灰泥可以用类似于元件或浇口的成分制成并且用类似的方式进行处理。

根据本发明的另一种应用，本发明涉及一种特定的在如本发明所述的组件内使用的环绕耐火元件。这种环绕元件包括适合用于跟浇口的至少一部分外表面匹配接合的主孔，主表面环绕主孔而且外周边环绕主表面，周边上表面的高度高于主表面的高度。有利地，环绕的耐火元件由气密性材料制成。由此在环绕浇口的区域内防止钢的再氧化。例如，特别适用于此的成分基本上由高氧化铝材料构成，所述高氧化铝材料包括至少75wt％的Al2O3，小于1.0wt％的SiO2，小于5wt％的C，其余部分由在使用温度下不会被铝(特别是熔融钢内的溶解铝)还原的耐火氧化物或氧化物的混合物(例如氧化钙和／或尖晶石)组成。特别适用的材料是可从VESUVIUS英国公司获得的可铸造的CRITRION92SR。这种材料是用熔融的氧化铝-氧化镁尖晶石强化的高氧化铝低水泥的可铸造材料。这种产品的典型分析如下：

根据本发明的另一种应用，本发明涉及一种用于连续钢铸造的工艺，所述工艺包括通过如上所述的元件或浇口和元件的组合来浇注熔融钢。

附图说明

现参照附图介绍本发明，在附图中：

-图1示出了设有如本发明所述组件的冶金容器的底壁的截面图；

-图2和图3分别示出了如本发明所述环绕元件的俯视图和透视图；

-图4和图5示出了铸造操作结束时在浇口上部聚集的硬壳；

-图6是如本发明所述的元件的截面图；

-图7是如本发明所述的元件的截面图；

-图8是如本发明所述的元件的截面图；

-图9是如本发明所述的元件的透视图；

-图10是如本发明所述的元件的截面图；

-图11是如本发明所述的元件的截面图；

-图12是如本发明所述的元件的截面图；

-图13是如本发明所述的元件的透视图；

-图14是如本发明所述的元件的截面图；

-图15是如本发明所述的元件的透视图；

-图16是如本发明所述的元件的截面图；

-图17是如本发明所述的元件的截面图；

-图18是如本发明所述的元件的截面图；

-图19是如本发明所述的元件的截面图；

-图20是如本发明所述的元件的透视图；

-图21是如本发明所述的元件的透视图；

-图22是如本发明所述的元件的透视图；

-图23是如本发明所述的元件的透视图；

-图24是如本发明所述的元件的透视图；

-图25是如本发明所述的元件的透视图；

-图26是如本发明所述的元件的透视图；

-图27是如本发明所述的元件的透视图；

-图28是如本发明所述的元件的透视图；

-图29是如本发明所述的元件的透视图；

-图30是如本发明所述的元件的截面图；

-图31是如本发明所述的元件的截面图；

-图32是如本发明所述的元件的示意性透视图；

-图33是如本发明所述的元件的示意性透视图；

-图34是如本发明所述的元件的俯视图；

-图35是如本发明所述的元件的俯视图；

-图36是如本发明所述的元件和冶金容器的截面图；

-图37是如本发明所述元件的一部分凸起外周边的正视图；

-图38是如本发明所述元件的一部分凸起外周边的正视图；

-图39是如本发明所述元件的一部分凸起外周边的正视图；

-图40是如本发明所述元件的一部分凸起外周边的正视图；

-图41是如本发明所述元件的一部分凸起外周边的正视图；以及

-图42是如本发明所述的元件的透视图。

具体实施方式

冶金容器(此处为中间包)的底壁3通常由以耐火砖或可铸造材料制造的永久性内衬33构成。可铸造材料制成的工作层32通常存在于永久性内衬33的上方。工作层的表面31在铸造操作期间跟熔融钢相接触。隔热材料层34通常存在于永久性内衬33的下方，目的是为了保护冶金容器的金属外壳35。

浇口1穿过中间包的底面并且用于将熔融钢从中间包输送到连铸结晶器内。浇口设有开向钻孔内的入口11，由此界定出用于熔融钢的通道2。入口的上边缘用标号12表示。图1示出了浸入式水口或SES，但是如上所述其他种类的浇口(例如内浇口)也都包含在本发明的保护范围内。在SEN的情况下，连续铸造操作通常设有铡刀37用于剪断浇口1并终止铸造操作。通常，SEN通过捣打料36保持就位。

环绕的耐火元件4围绕浇口1的入口部分11。环绕元件4包括环绕主孔40的主表面41。主表面在图1中表示为截头圆锥体，而在图2和图3中表示为平面，但是如上所述，其他的设置方式也是可行的。凸起的外周边环绕主表面41，凸起的外周边具有内表面105。周边的上表面42比主表面41的高度更高。

正如图1中能够看到的那样，使周边的上表面42升高成高于中间包的表面31是有利的。

耐火元件4和浇口1之间的连接处5的灰泥或水泥接缝能够提供进一步的紧密性改善。

已经完成了试验来说明本发明的效果。铸造操作结束时保留在内浇口处的固化钢壳被收集并从中间切开。(作为对比而给出的)图4示出了在常规装置中收集的这种硬壳(没有环绕的耐火元件)，而图5示出了在如本发明所述的装置中收集的这种硬壳。

图4中的硬壳20示出了在区域21、21′内的明显扰动，表明在浇口的内壁出现了沉积的氧化铝。这种氧化铝沉积是造成浇口堵塞以及上述所有不利结果的原因。图4中的硬壳20还示出了在区域22、22′内的放大部分，表明浇口入口的严重侵蚀。

图5所示的硬壳20对应于浇口的内部形状，由此表明浇口既未遭受侵蚀也未遭受氧化铝的堵塞。

图6示出了本发明中元件4的截面图，其中底座102包含主孔40和底座的底面104。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在元件底座的底面104和凸起外周边的外表面106之间形成有角度108。在本实施例中，截面图内示出的两个角度都是钝角。在本实施例中，凸起外周边的高度是恒定的。

图7示出了本发明中元件4的截面图，其中底座102包含主孔40和底座的底面104。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在元件底座的底面104和凸起外周边的外表面106之间形成有角度108。在本实施例中，截面图内示出的两个角度都是钝角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向而有所改变。

图8示出了本发明中元件4的截面图，其中底座102包含主孔40和底座的底面104。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在元件底座的底面104和凸起外周边的外表面106之间形成有角度108。在本实施例中，截面图内示出的两个角度都是钝角。在本实施例中，凸起的外周边中具有固定高度的部分通过高度的过渡段44相连。

图9示出了本发明中具有主孔40的元件4的透视图。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在本实施例中，在元件底座的底面和元件凸起外周边的外表面之间形成的所有角度都是钝角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向而有所改变。凸起外周边上表面的平面和元件底座底面的平面不平行。

图10示出了本发明中元件4的截面图，其中底座102包含主孔40和底座的底面104。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在元件底座的底面104和凸起外周边的外表面106之间形成有角度108。在本实施例中，截面图内示出的两个角度都是锐角。在本实施例中，凸起外周边的高度是恒定的。

图11示出了本发明中元件4的截面图，其中底座102包含主孔40和底座的底面104。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在元件底座的底面104和凸起外周边的外表面106之间形成有角度108。在本实施例中，截面图内示出的两个角度都是锐角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向而有所改变。

图12示出了本发明中元件4的截面图，其中底座102包含主孔40和底座的底面104。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在元件底座的底面104和凸起外周边的外表面106之间形成有角度108。在本实施例中，截面图内示出的两个角度都是锐角。在本实施例中，凸起的外周边中具有固定高度的部分通过高度的过渡段44相连。

图13示出了本发明中具有主孔40的元件4的透视图。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在本实施例中，在元件底座的底面和元件凸起外周边的外表面之间形成的所有角度都是锐角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向而有所改变。凸起外周边上表面的平面和元件底座底面的平面不平行。

图14示出了本发明中元件4的截面图，其中底座102包含主孔40和底座的底面104。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在元件底座的底面104和凸起外周边的外表面106之间形成有角度108。在本实施例中，截面图示出的角度中有一个是锐角，另一个示出的角度是钝角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向是恒定的。凸起外周边上表面的平面和元件底座底面的平面是平行的。

图15示出了本发明中具有主孔40的元件4的透视图。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在本实施例中，在元件底座的底面和元件凸起外周边的外表面之间形成的角度有锐角、钝角，并且在两个点是直角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向而有所改变。凸起外周边上表面的平面和元件底座底面的平面不平行。

图16示出了本发明中元件4的截面图，其中底座102包含主孔40和底座的底面104。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在元件底座的底面104和凸起外周边的外表面106之间形成有角度108。在本实施例中，截面图示出的角度中有一个是锐角，另一个示出的角度是钝角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向而有所改变。凸起外周边上表面的平面和元件底座底面的平面不平行。

图17示出了本发明中元件4的截面图，其中底座102包含主孔40和底座的底面104。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在元件底座的底面104和凸起外周边的外表面106之间形成有角度108。在本实施例中，截面图示出的角度中有一个是锐角，另一个示出的角度是钝角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向而有所改变。凸起外周边上表面的平面和元件底座底面的平面不平行。

图18示出了本发明中元件4的截面图，其中底座102包含主孔40和底座的底面104。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在元件底座的底面104和凸起外周边的外表面106之间形成有角度108。在本实施例中，截面图示出的角度中有一个是锐角，另一个示出的角度是钝角。在本实施例中，凸起的外周边有两部分具有固定的高度，这些部分通过高度的过渡段44相连。凸起外周边上表面高度恒定部分的平面和元件底座底面的平面是平行的。

图19示出了本发明中元件4的截面图，其中底座102包含主孔40和底座的底面104。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在元件底座的底面104和凸起外周边的外表面106之间形成有角度108。在本实施例中，截面图示出的角度中有一个是锐角，另一个示出的角度是钝角。在本实施例中，凸起的外周边有两部分具有固定的高度，这些部分通过高度的过渡段44相连。凸起外周边上表面高度恒定部分的平面和元件底座底面的平面是平行的。

图20示出了本发明中具有主孔40的元件4的透视图。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在本实施例中，在元件底座的底面和元件凸起外周边的外表面之间形成的角度都是钝角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向而有所改变。凸起外周边上表面的平面和元件底座底面的平面不平行。元件的翅片120从元件凸起外周边的内表面105伸出。最靠近主孔40的翅片表面跟垂直方向成一定角度。

图21示出了本发明中具有主孔40的元件4的透视图。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在本实施例中，在元件底座的底面和元件凸起外周边的外表面之间形成的角度都是钝角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向而有所改变。凸起外周边上表面的平面和元件底座底面的平面不平行。两个元件翅片120从元件凸起外周边的内表面105伸出。

图22示出了本发明中具有主孔40的元件4的透视图。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在本实施例中，在元件底座的底面和元件凸起外周边的外表面之间形成的角度都是钝角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向而有所改变。凸起外周边上表面的平面和元件底座底面的平面不平行。三个元件翅片120从元件凸起外周边的内表面105伸出。

图23示出了本发明中具有主孔40的元件4的透视图。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在本实施例中，在元件底座的底面和元件凸起外周边的外表面之间形成的角度都是钝角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向而有所改变。凸起外周边上表面的平面和元件底座底面的平面不平行。元件的翅片120从元件凸起外周边的内表面105伸出。最靠近主孔40的翅片表面是垂直的。

图24示出了本发明中具有主孔40的元件4的透视图。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在本实施例中，在元件底座的底面和元件凸起外周边的外表面之间形成的角度都是钝角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向而有所改变。凸起外周边上表面的平面和元件底座底面的平面不平行。元件的翅片120从元件凸起外周边的内表面105伸出。翅片向上延伸到元件凸起外周边的上表面42的最大高度以上。

图25示出了本发明中具有主孔40的元件4的透视图。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在本实施例中，在元件底座的底面和元件凸起外周边的外表面之间形成的角度都是钝角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向而有所改变。凸起外周边上表面的平面和元件底座底面的平面不平行。元件的翅片120从元件凸起外周边的内表面105向内伸出并且从元件凸起外周边的外表面106向外伸出。翅片向上延伸到元件凸起外周边的上表面42的最大高度以上。

图26示出了本发明中具有主孔40的元件4的透视图。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在本实施例中，在元件底座的底面和元件凸起外周边的外表面之间形成的角度都是钝角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向而有所改变。凸起外周边上表面的平面和元件底座底面的平面不平行。元件的翅片120从元件凸起外周边的外表面106向外伸出。

图27示出了本发明中具有主孔40的元件4的透视图。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在本实施例中，在元件底座的底面和元件凸起外周边的外表面之间形成的角度都是钝角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向而有所改变。凸起外周边上表面的平面和元件底座底面的平面不平行。元件的翅片120从元件凸起外周边的内表面105向内伸出。翅片向上延伸到元件凸起外周边的上表面42的最大高度以上。

图28示出了本发明中具有主孔40的元件4的透视图。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在本实施例中，在元件底座的底面和元件凸起外周边的外表面之间形成的角度都是钝角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向是恒定的。凸起外周边上表面的平面和元件底座底面的平面是平行的。多个横向端口124从元件凸起外周边的内表面105延伸至从元件凸起外周边的外表面106。这些端口可以是圆柱形，或者可以在一端或两端呈喇叭形。

图29示出了本发明中具有主孔40的元件4的透视图。凸起的外周边被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106和上表面42。在本实施例中，在元件底座的底面和元件凸起外周边的外表面之间形成的角度都是钝角。在本实施例中，凸起外周边的高度围绕元件周边的方向是恒定的。凸起外周边上表面的平面和元件底座底面的平面是平行的。多个成对的横向端口128从元件凸起外周边的内表面105延伸至从元件凸起外周边的外表面106。这些端口可以是圆柱形，或者可以在一端或两端呈喇叭形。这些端口可以取向为使得每一对端口的纵向轴都在由元件部分围出的容积内也就是在由元件凸起外周边的内表面105部分围出的容积内的一个圆中相交。

图30示出了本发明中元件4的截面图，其中底座102包含主孔40。凸起的外周边140被连接至底座，凸起的外周边具有外表面106。在本实施例中，方向朝外的轮缘132跟元件凸起外周边的外表面106相连。在图示的实施例中，方向朝外的轮缘132是水平的，在其他的实施例中也可以取向为向上或向下倾斜。

图31示出了本发明中元件4的截面图，其中底座102包含主孔40。凸起的外周边140被连接至底座，凸起的外周边具有内表面105。在本实施例中，方向朝内的轮缘134跟元件凸起外周边的内表面106相连。在图示的实施例中，方向朝内的轮缘采用截头圆锥体的形状，在其他的实施例中也可以是水平的。

图32示出了本发明中元件4的示意性透视图，其中底座102包含主孔40。凸起的外周边140被连接至底座。在图示的实施例中，凸起的外周边具有缺口。

图33示出了本发明中元件4的示意性透视图，其中底座102包含主孔40。凸起的外周边140被连接至底座。在图示的实施例中，凸起的外周边具有两个缺口。

图34示出了本发明的元件4和浇口1的组件的俯视图。俯视图示出了元件的主表面41和环绕元件主表面的外周边，凸起外周边的内表面105是可见的，凸起外周边的上表面42同样可见。元件的主孔40的内部具有被设置用于跟浇口1的外部几何形状相配合的非圆形几何形状。在图示的实施例中，相应的几何形状是六边形。对应的几何形状围绕浇口限定元件4的位置以使垂直和水平方向不对称的元件能够准确定位在冶金容器内。

图35示出了本发明的元件4和浇口1的组件的俯视图。俯视图示出了元件的主表面41和环绕元件主表面的外周边，凸起外周边的内表面105是可见的，凸起外周边的上表面42同样可见。元件的主孔40的内部具有被设置用于跟浇口1的外部几何形状相配合的非圆形几何形状。在图示的实施例中，主孔40内部的凹口接纳浇口1表面上的凸起。对应的几何形状围绕浇口限定元件4的位置以使垂直和水平方向不对称的元件能够准确定位在冶金容器内。

图36示出了如本发明所述的元件4和冶金容器的壁面152的截面图。为了清楚起见，省略了冶金容器的浇口和底板。塞棒154被定位成垂直移动以允许或中断通过主孔40的流动。示出了元件凸起外周边的内表面105和外表面106。示出了元件和冶金容器壁面之间的缺口162。还示出了内表面105和主孔40之间的距离164。图示的元件实施例的不对称设计允许在每一个冶金容器壁面152和元件顶部之间有相同尺寸的缺口，而且还允许在内表面105和主孔40之间有恒定或近似恒定的距离，同时允许塞棒154被定位成更加接近于冶金容器的一个壁面而不是另一个。

图37示出了元件4中凸起外周边的一部分170。元件凸起外周边的上表面42包含多个方形凹口。

图38示出了元件4中凸起外周边的一部分170。元件凸起外周边的上表面42包含多个半圆形凸起。

图39示出了元件4中凸起外周边的一部分170。元件凸起外周边的上表面42被成形为锯齿状的模式。

图40示出了元件4中凸起外周边的一部分170。元件凸起外周边的上表面42包含多个半圆形凹口。

图41示出了元件4中凸起外周边的一部分170。元件凸起外周边的上表面42被成形为波浪形的模式。

图42是本发明中元件4的透视图，其中底座102包含主孔40并且跟凸起的外周边140相连。凸起的外周边140围出上表面42。示出了元件底座的最大外部尺寸202、元件底座的最小外部尺寸204、元件顶部的最大外部尺寸206、元件顶部的最小外部尺寸208、元件底座的厚度222、元件凸起外周边的厚度224、元件的最大外部高度232、元件的最大内部高度234、元件的最小外部高度236以及元件的最小内部高度238。

因此如本发明所述的一种耐火元件可以包括：具有底面和主表面的底座，穿过主表面的主孔，以及环绕主表面的周边，其中主孔具有内表面，其中周边具有内表面、外表面和上表面，其中周边的上表面比耐火元件的主表面更高，其中周边跟底座的底面相交，并且其中周边的外表面跟底座的底面在其交线内的至少一个点形成不同于直角的角度。周边的外表面可以跟底座的底面在其交线内的两个点形成直角，可以跟底座的底面在其交线内的所有点都形成锐角，或者可以跟底座的底面在其交线内的所有点都形成钝角。周边外表面的平面和底座底面的平面可以是不平行的平面。周边的上表面包括通过两个非垂直非水平的过渡部分相连接的上层和下层。元件的主表面可以具有从圆形、椭圆形、截圆形、截椭圆形和多边形的几何形状构成的组中选择的几何形状。元件还可以包括从周边内表面伸出的一个或多个翅片，或者包括从周边外表面伸出的一个或多个翅片。元件可以包括从周边外表面延伸至周边内表面的一个或多个端口。元件可以在其表面上例如在主孔的内表面或底座的底面上包括某种特征，所述特征可以是标记、凹部、凸部、凹槽、凸缘、销钉、钻孔、凹口、凹坑、凸块、凸纹、螺纹接收器、钥匙接收器、卡口接收器、斜角和非圆形几何形状或者任意其他的能够限制元件绕轴线移动的设备或特征。本发明的耐火元件可以由单个部件或多个部件构成。本发明的耐火元件可以由高氧化铝材料制成，所述高氧化铝材料包括至少75wt％的Al2O3，小于1.0wt％的SiO2和小于5wt％的C。耐火元件可以被构造为使得元件的周边具有小于或等于100毫米的厚度，并且元件的底座具有小于或等于100毫米的厚度。

如本发明所述的耐火元件和浇口的组件可以由单个部件或多个部件构成。耐火元件可以包括具有非圆形几何形状的主孔，并且其中耐火浇口包括具有被设置用于跟耐火元件相配合的非圆形几何形状的径向外表面。耐火元件包括具有配合特征的主孔内表面，其中耐火浇口包括具有被设置用于跟主孔内表面配合特征相接合的对应配合特征的径向外表面。浇口的配合特征和元件的配合特征在接合时可以阻止元件围绕浇口钻孔纵向轴的旋转动作。

如本发明所述的耐火元件和浇口的组件可以配置在冶金容器内用于铸造熔融金属。在典型的配置中，耐火浇口可以具有入口部分以形成穿过冶金容器底壁的通道，还有如前所述环绕浇口的入口部分的耐火元件，其中浇口的入口部分具有顶部外缘，其中浇口的入口部分具有纵向轴，其中元件的主孔适合用于跟浇口的至少一部分外表面匹配接合，其中元件的底座主表面具有最低高度，所述最低高度低于浇口入口部分的顶部外缘，并且其中耐火元件的至少一部分周边高于中间包的底壁表面。元件可以由气密性耐火材料构成。浇口或元件可以由气密性耐火材料构成。在浇口和耐火元件之间可以使用气密性的灰泥。

一种用于连续铸造钢的工艺可以包括将熔融钢从钢包浇注到装有如上所述的耐火元件和浇口组件的冶金容器内，并由此浇注到铸造结晶器内。

本发明有多种可行的修改和变形。因此应该理解本发明在所附权利要求的保护范围内均可实施而并不是非要按照具体介绍过的内容实施。

Claims (26)

1.一种用于输送熔融金属的耐火元件，包括：

具有底面和主表面的底座，

穿过主表面的主孔，以及

环绕主表面的周边，

其中主孔具有内表面，

其中周边具有内表面、外表面和上表面，

其中周边的上表面比耐火元件的主表面更高，

其中周边跟底座的底面相交，并且

其中周边的外表面跟底座的底面在其交线内的至少一个点形成不同于直角的角度。

2.如权利要求1所述的耐火元件，其中周边的外表面跟底座的底面在其交线内的两个点形成直角。

3.如权利要求1所述的耐火元件，其中周边的外表面跟底座的底面在其交线内的所有点都形成锐角。

4.如权利要求1所述的耐火元件，其中周边的外表面跟底座的底面在其交线内的所有点都形成钝角。

5.如权利要求1所述的耐火元件，其中周边外表面的平面和底座底面的平面不平行。

6.如权利要求1所述的耐火元件，其中周边的上表面包括通过两个非垂直非水平的过渡部分相连接的上层和下层。

7.如权利要求1所述的耐火元件，其中主表面具有从圆形、椭圆形、截圆形、截椭圆形和多边形的几何形状构成的组中选择的几何形状。

8.如权利要求1所述的耐火元件，进一步包括从周边内表面伸出的翅片。

9.如权利要求1所述的耐火元件，进一步包括从周边内表面伸出的多个翅片。

10.如权利要求1所述的耐火元件，进一步包括从周边外表面伸出的翅片。

11.如权利要求1所述的耐火元件，进一步包括从周边外表面伸出的多个翅片。

12.如权利要求1所述的耐火元件，进一步包括从周边外表面延伸至周边内表面的至少一个端口。

13.如权利要求1所述的耐火元件，进一步包括位于从主孔内表面和底座底面构成的组中选择的位置的特征，其中所述特征从标记、凹部、凸部、凹槽、凸缘、销钉、钻孔、凹口、凹坑、凸块、凸纹、螺纹接收器、钥匙接收器、卡口接收器、斜角和非圆形几何形状构成的列表中选出。

14.一种用于输送熔融金属的组件，包括：

如权利要求1所述的耐火元件，以及

跟耐火元件相连通的耐火浇口，

其中浇口包括具有纵向轴的钻孔，并且

其中浇口具有径向外表面。

15.如权利要求14所述的组件，其中耐火元件和耐火浇口共同构成单一部件。

16.如权利要求14所述的组件，其中耐火元件包括具有非圆形几何形状的主孔，并且其中耐火浇口包括具有被设置用于跟耐火元件相配合的非圆形几何形状的径向外表面。

17.如权利要求14所述的组件，其中耐火元件包括具有配合特征的主孔内表面，其中耐火浇口包括具有被设置用于跟主孔内表面配合特征相接合的对应配合特征的径向外表面。

18.如权利要求14所述的组件，其中配合特征和对应配合特征在接合时阻止元件围绕浇口钻孔纵向轴的旋转动作。

19.一种用于铸造熔融金属的冶金容器，包括：

耐火浇口的组件，具有入口部分以形成穿过冶金容器底壁的通道，以及

如权利要求1所述环绕浇口的入口部分的耐火元件，

其中浇口的入口部分具有顶部外缘，

其中浇口的入口部分具有纵向轴，

其中元件的主孔适合用于跟浇口的至少一部分外表面匹配接合，

其中元件的底座主表面具有最低高度，所述最低高度低于浇口入口部分的顶部外缘，并且

其中耐火元件的至少一部分周边高于中间包的底壁表面。

20.如权利要求19所述的冶金容器，其中所述元件由气密性耐火材料构成。

21.如权利要求19所述的冶金容器，其中所述浇口由气密性耐火材料构成。

22.如权利要求19所述的冶金容器，进一步包括浇口和耐火元件之间的气密性灰泥。

23.如权利要求1所述的元件，基本上由高氧化铝材料构成，所述高氧化铝材料包括至少75wt％的Al2O3以及小于1.0wt％的SiO2和小于5wt％的C。

24.用于连续铸造钢的工艺，包括将熔融钢从钢包浇注到如权利要求19所述的冶金容器内以及从冶金容器浇注到铸造结晶器内。

25.如权利要求1所述的耐火元件，其中元件的周边具有等于或小于100毫米的厚度。

26.如权利要求1所述的耐火元件，其中元件的底座具有等于或小于100毫米的厚度。

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