CN105431241A - 耐火陶瓷冲击垫 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐火(耐热)陶瓷冲击垫(也称为冲击罐，德语：Pralltopf)，其典型地在倒入容器的金属熔化物通常撞击容器底部的区域处沿处理冶金熔化物的容器的底部安装。在此情况下，冲击罐具有保护冶金容器的耐热底部(以减小其磨损)和/或将金属熔化物分布在容器内的任务。
Description
本发明涉及一种耐火(耐热)陶瓷冲击垫(也称为冲击罐，德语：Pralltopf)，其典型地在倒入容器的金属熔化物通常撞击容器底部的区域处沿处理冶金熔化物的容器的底部安装。在此情况下，冲击罐具有保护冶金容器的耐热底部(以减小其磨损)和/或将金属熔化物分布在容器内的任务。
在下文中，现有技术的冲击垫以及新设计将关于该功能性陶瓷物件在对应的冶金容器中的常见使用位置来描述。
已经进行了许多尝试来改善此冲击垫。
根据US5358551的冲击垫具有经典的罐形，其中壁的自由上端节段向内转向。在对撞冲击垫的基部之后，金属熔化物初始地沿基部流动，然后沿壁的内侧向上流动，且最后围绕变窄的冲击垫开口向上流入容器。
DE10235867B3公开了一种在其上开口端处具有所谓的扩散器的冲击垫，这意味着冲击垫的截面朝上出口端增大，以减小流出的熔化物的动能。
DE10202537C1包括一种冲击垫，其壁的特点为至少一个缝隙。因此，进入冲击垫中的金属熔化物至少部分地通过壁侧缝隙排出。由于相对较小的缝隙宽度，故流过缝隙的金属熔化物的特点可为较大的流速。因此，引起了进一步的湍流。
论文"MeltflowcharacterisationinContinuousCastingTundishes"(ISIJInternational,Vol.36(1996)，No.6，667-672页)定义了所谓的塞式流动，其中所有流体成分在中间包中具有相同的停留时间，以及所谓的死容积。死容积特征为其停留时间大于中间包中的熔化物的平均停留时间的两倍的流体部分。
在典型的中间包(德语：Verteiler,Tundish)应用中，冲击罐布置在中间包的一端处；换言之：偏离其长度。这导致了冲击罐与中间包的最近端壁之间的相当大的死区。
本发明的主要目的在于改善冲击罐的熔化物分布性质，和/或使对应的冶金容器中的死容积尽可能小。
下文中的细节关于冲击垫(功能位置)的常见功能，其中冲击垫的底部位于冶金容器的基部上或基部中(或为冶金容器的所述基部的一部分)，且其中冲击罐的壁垂直于底部延伸，并因而主要沿向上方向垂直于冶金容器的基部延伸。用语"垂直"不一定对应于刚好90°，而是包括技术上可接受的实现期望的冲击垫功能的任何倾斜，典型地是直角的±30°或＋/-20°或＋/-10°或更少。
为了设计满足这些目标的冲击垫，已经进行了广泛的测试和研究，特别是关于金属熔化物的改善的流动性质。在此情况下，研究和发现了以下内容：
－冶金容器中的死容积主要由该区域中的熔化物的不足速度(湍流)引起，
－熔化物流的不足速度由容器内的冲击垫的偏离位置引起，
－冲击设计应当修改，使得可实现引入这些之前的"死容积"中的熔化物流，
－此要求可通过冲击垫内的水平曲折的熔化物流型实现，即，在熔化物撞击垫的底部的区域与出口区域之间，
－这可在熔化物经由对应的出口开口离开冲击垫之前通过特征为熔化物流的一类U形转向的流型来实现，
－该认识进一步导致发现了出口开口应当由通道类型的出口通路提供而不是几乎没有壁引导的缝隙或孔。
在此情况下，本发明脱离了具有差不多封闭的(连续的)壁的冲击罐的已知设计，而是将一个壁分成至少两个壁(下文称为第一壁和第二壁)，其布置得彼此不同，但成叠盖的方式，以便提供所述需要的流出通道。
这允许很简单的总体设计、容易且廉价的制造，对熔化物具有改善的流动特性。
在其最普通的实施例中，本发明涉及在其功能位置具有以下特征的耐火陶瓷冲击垫：
－底部，其限定上冲击表面；
－第一壁，其从所述底部向上延伸且在顶视图中提供以下形状中的至少一者：C、U、V、W、E、3，其中相对的自由端区段具有到彼此的最小距离X1，
－第二壁，其从所述底部向上延伸且在顶视图中提供以下形状中的至少一者：C、U、V、W、E、3，其中相对的自由端区段具有到彼此的最大距离X2，其中，
－X1大于X2，
－第二壁区段的自由端区段布置在第一壁的第一端区段之间，
－第一壁的自由端区段沿水平方向叠盖第二壁的自由端区段，
－通道形成在所述第一壁的相邻自由端区段和所述第二壁之间。
为了实现熔化物的期望的曲折流或熔化物流的至少一个U形转向，所述第一壁和所述第二壁布置得"彼此相对"，即，某种"镜面对称方式"；换言之：其中一个壁的自由端区段与另一个壁的自由端区段相反延伸，例如，如下文所阐述，一个壁的两个端区段伸入另一个壁的两个端区段之间的空间中。"相反"和"镜面对称"并非是指完全相反或成镜面设计，而是沿不同定向。
关于壁形状，应当注意以下内容：它们特征为两个端区段，其从至少一个主区段(其间)伸出(沿水平方向)达到不等于180°的角度。该角度可设置在30°的下限值与150°的上限值之间，其中典型下限值为50°、60°、70°，且典型上限值为110°、120°、130°、140°。对于＜90°的角度，相对的自由端区段的自由端之间的距离X1小于对应的壁的中间主区段的宽度，而其在具有＞90°的至少一个角度的设计中较大。
这允许将两个壁布置成使得第一壁和第二壁的相邻端区段可形成它们之间的通道状流出区域，该通道可具有平行延伸的壁、发散壁和会聚壁(总是在对应熔化物的流动方向上查看)。
对应通道的长度取决于第一壁和第二壁的对应(相邻)端区段的布置。
这可根据权利要求1的那些特征实现，其限定了第一壁和第二壁的端区段的距离(X1、X2)以及这些端区段到彼此的布置。
以下示例说明了总体构想，其可根据相关的壁和壁端区段及其自由端(边缘)的不同尺寸、不同形状等变化：
在具有带U形的第一壁和带U形(但具有较小尺寸)的第二壁的冲击垫的情况下，第二U可布置到较大的U"中"，同时保持较小的U的端区段的自由端与第一壁的主(中间)壁区域之间的距离。该设计允许第一壁和第二壁的相应端区段之间的两个流出区域，且迫使对应的熔化物在离开冲击垫之前产生曲线状的U形转向。
这允许将沿相应通道流动的熔化物流引导到期望方向，同时过量的熔化物可沿任何其它方向溢出所述两个壁。
从上文得出第一壁和第二壁的公开形状(C、U、V、W、E、3)仅限定对应的壁的总体形状，且包括保持两个壁的总体构想的变型，两个壁以叠盖方式布置以允许所述壁的对应端区段之间的对应流出通道，该通道以一种方式布置成使得冲击垫内的对应熔化物必须在流出所述垫之前产生至少一次转向。
根据一个实施例，所述第一壁和第二壁的所述自由端区段中的至少一者为平面的。这在类似于U、V、W、E的壁形状(在顶视图中)的情况下特别是如此。
所述第一壁和第二壁的所述自由端区段中的至少一者还可围绕垂直轴线弯曲。这在主要遵循C或数字3的壁形状(在顶视图中)中实现。
第一壁或第二壁的至少一部分可在至少两个端区段之间为平面的。该设计可利用具有U形、V形、W形、E形的壁实现，而该至少两个端区段之间的弯曲区域例如可通过所述第一壁和/或第二壁的C形或W形或3形(顶视图中)来实现。
根据总体设计，新的冲击垫的壁至少固定在冲击垫的底部中。在此方面，所述第一壁或第二壁中的至少一者的下端区段可插入设在所述底部内的至少一个对应凹穴中。壁可具有不同高度和水平地伸出的上边沿。
固定壁和底部的另一个选项在于将底部和壁设计为一个整体件。此冲击垫可通过铸造或在对应的压机(如液压机或等静压机)中制造。
本发明包括其中冲击垫的底部由对应容器的底部提供的实施例，意味着壁然后固定在容器的底部内。
此外，材料桥可设在所述第一壁和第二壁的相邻自由端区段之间，以提高整体冲击垫的稳定性。
另外，出于相同目的，至少一个材料桥可布置在所述第一壁和第二壁的主要部分之间。
本发明的其它方面可从从属权利要求的特征和其它申请文件得到。这些包括根据所附示意性附图的各种示例，以下在附图中示出：
图1：根据本发明的耐热陶瓷冲击垫的顶视图。
图2-图14：各种设计选项的顶视图。
图15：根据图14的冲击垫的三维视图。
在附图中，相同部分或至少功能类似的部分由相同数字表征。
根据图1的冲击为在其功能位置具有以下特征的耐热(耐火)陶瓷冲击垫。
－底部10，限定上冲击表面10i，
－第一壁20，从所述底部10向上延伸且在如图所示的顶视图中提供U形，包括两个相对的自由端区段22、24，其从中间主壁区段23成直角延伸。自由端22e、24e具有到彼此的距离X1。
－第二壁30，也具有U形(在顶视图中)，具有主壁区段33和也与主区段33成直角延伸的端区段32、34。所述端区段32、34的自由端32e、34e具有到彼此的距离X2。
－X1大于X2加端区段32e、32e的壁厚。
－第二壁30的自由端区段32、34布置在所述第一壁20的自由端区段22、24之间，其中所述第一壁20的自由端区段22、24沿水平方向叠盖第二壁30的自由端区段32、34，因此形成所述第一壁20和第二壁30的相邻自由端区段22、32;24、34之间的通道40、50。叠盖/通道区域在图1中圈出。
由于第二壁30的自由端32e、34e布置成与第一壁20的主壁区段23成距离d，在撞击该冲击垫的中心点区域S之后可对于金属熔化物实现曲折状的流型，其中流动流由箭头F1、F2标出。换言之，在熔化物进入由U形第二壁30限定的空间之后，其首先朝第一壁20的主要部分23流动，且然后产生U形转向以通过分别具有宽度D的通道40、50流出所述冲击垫。
在图1中，D＞d，但其也可相反。
根据倒入冲击垫的熔化物的体积，其它熔化物将在第一壁20和第二壁30的顶沿20r或30r溢出。
金属流的再定向允许将熔化物流引导到对应的冶金容器内的之前的"死容积"中，且因此提供冶金处理容器内的熔化物的均一性方面的相当大的改善。这些"死容积"的区域标记为DV，而对应的中间包壁标记为TW。
根据图2-图14的实施例遵循根据图1的冲击垫的总体设计，具有以下修改：
图2：壁30的会聚端区段32、34。
图3：壁30的发散端区段32、34。
图4：壁20的会聚端区段22、24。
图5：壁20、30的发散端区段22、24;32、34。
图6：壁20的会聚端区段和壁30的发散端区段以实现恒定宽度的通道40、50。
图7：壁20的发散端区段22、24。
图8：C形壁20、30。
图9：C形壁30。
图10：W形壁20和壁30的会聚端区段32、34。
图11：如图10的但具有C形壁20。
图12：如图9的但具有3形壁20。
图13：如图7的但具有提供成角度的壁部分的壁30。
图14：如图7的但具有成角度的端区段32、34。
在全部的图2-图14中，矩形区域10标出了对应冲击垫的底部10。
图15的实施例对应于图14，附带条件在于壁20、30的顶沿20r、30r伸出所述壁20、30的对应下(相邻)壁区段，其中所述边沿20r、30r大致平行于底部10延伸。
图16至图18代表耐热陶瓷冲击垫的其它实施例。它们全部区别于根据图1至图15的实施例在于它们包括从底部10延伸的额外的壁。
从根据图13的实施例和视图开始，图16的实施例特征为第三壁40，其如壁20那样设计且以镜面对称方式布置成使得其相对的自由端区段42、44朝壁20伸出中间壁区段43。
相比于图13的实施例，通过省略中间壁部分33，壁30分成了两个部分30.1、30.2。因此，各个壁部分30.1、30.2特征为彼此成角度的三个子区段。
撞击点区域S的金属熔化物可在再定向和流过由对应的端区段22、32.1o;23、32.2o;32.2u、44;42、32.1u限定的通道区域之前沿壁区段30.1、30.2朝壁20、40流动。
图17的实施例也是冲击垫的顶视图，其与图16的实施例的差别仅在于相邻壁区段之间的角度。
相比于图16的那些，关于图18的实施例同样如此，其中另一个附带条件在于，壁20的端区段22、23和壁40的端区段42、44以彼此会聚的方式布置。
Claims (14)
1.耐火陶瓷冲击垫，在其功能位置具有以下特征：
1.1底部(10)，其限定上冲击表面(10i)，
1.2第一壁(20)，其从所述底部(10)向上延伸，且在顶视图中提供以下形状中的至少一者：C,U,V,W,E,3，其中相对的自由端区段(22,24)具有到彼此的最小距离X1，
1.3第二壁(30)，其从所述底部(10)向上延伸且在顶视图中提供以下形状中的至少一者：C,U,V,W,E,3，其中相对的自由端区段(32,34)具有到彼此的最大距离X2，其中
1.4X1大于X2，
1.5所述第二壁(30)的自由端区段(32,34)布置在所述第一壁(20)的自由端区段(22,24)之间，
1.6所述第一壁(20)的自由端区段(22,24)沿水平方向叠盖所述第二壁(30)的自由端区段(32,34)，
1.7至少一个通道(40,50)形成在所述第一壁(20)的相邻自由端区段(22,24)和所述第二壁(30)之间。
2.根据权利要求1所述的耐火陶瓷冲击垫，其特征在于，所述第一壁(20)和所述第二壁(30)的相邻自由端区段(22,24;32,34)平行于彼此布置。
3.根据权利要求1所述的耐火陶瓷冲击垫，其特征在于，所述第一壁(20)和所述第二壁(30)的相邻自由端区段(22,24;32,34)以彼此会聚的方式布置。
4.根据权利要求1所述的耐火陶瓷冲击垫，其特征在于，所述第一壁(20)和所述第二壁(30)的相邻自由端区段(22,24;32,34)以彼此发散的方式布置。
5.根据权利要求1所述的耐火陶瓷冲击垫，其特征在于，所述第一壁(20)和所述第二壁(30)的所述自由端区段(22,24;32,34)中的至少一者为平面的。
6.根据权利要求1所述的耐火陶瓷冲击垫，其特征在于，所述第一壁(20)和所述第二壁(30)的所述自由端区段(22,24,32,34)中的至少一者围绕垂直轴线弯曲。
7.根据权利要求1所述的耐火陶瓷冲击垫，其特征在于，所述第一壁(20)的至少一部分在所述至少两个端区段(22,24)之间为平面的。
8.根据权利要求1所述的耐火陶瓷冲击垫，其特征在于，所述冲击垫具有在所述第一壁与所述第二壁(30)之间的至少一个材料桥。
9.根据权利要求1所述的耐火陶瓷冲击垫，其特征在于，所述冲击垫具有在所述第一壁(20)和所述第二壁(30)的相邻自由端区段(22,32;24,34)之间的至少一个材料桥。
10.根据权利要求1所述的耐火陶瓷冲击垫，其特征在于，所述第一壁(20)或所述第二壁(30)中的至少一者的下端区段插入设在所述底部(10)内的至少一个对应凹穴中。
11.根据权利要求1所述的耐火陶瓷冲击垫，其特征在于，所述底部(10)与所述第一壁(20)或所述第二壁(30)中的至少一者设计为一个整体件。
12.根据权利要求1所述的耐火陶瓷冲击垫，其特征在于，所述第一壁(20)和所述第二壁(30)具有垂直于所述底部(10)的不同高度。
13.根据权利要求1所述的耐火陶瓷冲击垫，其特征在于，所述第一壁(20)或所述第二壁(30)中的至少一者提供上沿(20r,30r)，所述上沿(20r,30r)沿平行于所述底部(10)的至少一个方向伸出相邻的壁区段。
14.根据权利要求13所述的耐火陶瓷冲击垫，其特征在于，所述边沿(20r,30r)朝所述垫的区域伸出，对应的熔化物在所述区域处撞击所述底部(10)。
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