CN1060980C - 防止湍流的中间包和冲击垫 - Google Patents

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Abstract

一种中间包(10)，具体地说是一种带底冲击表面(24)的冲击垫，冲击垫包括从底面向上延伸的外侧壁(28)，它整个包围具有上开口(30)的内空间或空腔(29)，熔化金属(34)从铸桶套管(18)直接进入上开口。冲击垫(20)的外侧壁(28)包括从底冲击表面(24)延伸至垫(20)开口的内表面(28a，28b)。内侧壁表面包括向内和向上朝向垫(20)开口(30)的环形部分(28b)。在最佳实施例中，内侧壁表面(28a，28b)从底冲击表面(24)连续弯曲至限定垫(20)开口的垂直壁(30)。垫(20)使注入液流(34)返回到液流中造成反液(34，36)以便相互减速，因此减少湍流并防止在中间包(10)内的高速流动，向上液流(38)还有利于远离进入浇注液流朝向槽(16)的表面。

Description

防止湍流的中间包和冲击垫
一般来说本发明涉及中间包容器，更具体地说本发明涉及为防止熔化的金属在中间包里产生湍流而设计的中间包冲击垫。
中间包用于盛装从铸桶通过铸桶套管输送的大量或一罐熔化金属，例如熔化的铁或钢。将中间包安放在铸桶和铸造设备或铸模之间，铸造设备或铸模放置着熔化的金属并在其中形成各种形状的产品。铸桶位于中间包和铸桶套管上方几英尺，以长形管子的形式从铸桶引到中间包。铸筒套管将熔化的金属呈紧密压实的液流方式输送至中间包。进入的熔化金属流可能具有2至10瓦特／吨的动能。
安放在中间包中的浇注垫已广泛采用，以防止由于进入的熔化金属液流力对中间包衬套的工作和安全造成的破坏。这种熔化金属进入液流的动能也会产生湍流，如果没有很好地控制熔化金属的流动，则该湍流能通过中间包扩展。经常这种湍流对于从中间包中取出的金属而构成的铸造产品质量造成肯定的影响。更确切地说，中间包内产生的湍流和高速流动可以有下列的有害作用
1、过多的湍流可干扰钢表面，并在铸桶变化或在有低液面熔化金属的中间包操作时，促进熔渣的乳化作用。
2、由于浇注区域内的湍流造成的高速度使中间包的工作衬套产生腐蚀，中间包通常是由比冲击垫密度更低的耐火材料制成。
3、中间包内的高度湍流能防碍杂质的分离，尤其是尺寸小于50微米的杂质更是如此，这是由于这种湍流的振荡性质决定的。
4、高速流动也能增加熔渣进入铸模的可能性，通过增加熔化金属的旋涡在中间包内使熔渣向下朝向出口。
5、湍流在中间包内可造成熔渣／金属界面间的靠近金属槽顶部的扰动，并因此促成熔渣卷吸以及在熔渣层里打开一个“眼”或空间的可能性，它可能是使熔化金属再氧化的源泉。
6、中间包内高度的湍流可分离中间包和铸模之间的浇注液流。这就能造成使铸造工艺产生困难的浇注液流的“裂隙”和“喇叭口”。
7、中间包内的高速液流也产生称之为“短路”的情况。短路关系到取自铸桶至冲击垫到中间包的最接近出口的熔化金属液流路径很短的问题。这是不希望有的情况，因为它减少了杂质在槽里扩散的时间。而高速流动使相当大量的杂质排入铸模，将铸模中的铸造产品质量降低。
普通的平面冲击垫使进入铸桶的液流冲击该垫的顶部并快速流到中间包的侧壁或端壁。当液流达到侧壁和／端壁时，液流向上反弹至中间包的表面，在这里液流改变方向朝向中间包的中央，或者换句话说是朝向进入铸桶的液流。这就造成不希望有的在中间包内的向内方向环流。中间包另一侧或端壁的相对的液流朝向中间包的中央流动，同时携带着溶渣或其他杂质，这些熔渣和杂质漂浮在中间包内槽的表面。结果这些杂质被引向进入的铸桶液流，然后被迫向下进入槽中朝向出口或中间包的出口。这样有趋势造成更多的杂质从中间包中出来并进入铸模中，因此降低了铸模中制造的产品质量。
过去曾建议并采用多种其他类型的中间包垫，但没有一种能完全提出所有的上述问题。由SOOfi发表的美国专利US，5，131，635和US，5，133，535以及Schmidt等人发表的美国专利US，5，169，591中，介绍了现有的中间包垫的实例。但是，上述专利公开的中间包垫不适于解决上述问题，其原因至少是因为每篇专利都使定向进入铸桶的液流直接朝向中间包的注口或多个注口。同时这些垫也不能减慢进入铸桶的液流使其足以能完全解决与上述高速流动相关的问题。在这方面，由于上面的各专利文献公开的冲击垫，将进入液流定向在一个或两个侧方向，朝着中间包的一个或多个注口，铸桶液流的速度没有降低达到足以避免出现上述问题。此外，将铸桶液流定向朝着中间包的注口或多个注口，正如上述专利文献中所述，会导致上文所述的“裂隙”、“喇叭口”和“短路”的问题。
上述介绍的Schmidt等人的美国专利US．5169591中，公开了一种至少有一个开端的垫。开端或端部使进入铸桶的液流再流向中间包内液体的表面下侧到达位于中间包底部一定距离的出口。开端或端部意味着铸桶液流不再向上方向流动，专利中陈述了这种情况可导致增加表面湍流。
根据发明，中间包冲击垫是由能够承受连续接触熔化金属的耐火合成物材料制成，该垫包括具有冲击表面的基座，以及由基座向上延伸的外侧壁，外侧壁至少包围带有放置熔化金属液流的上开口的部分内空间，外壁包括环形内表面，该内表面带有至少一个向内和向上延伸朝向开口的第一部分，其特征是外壁是环形并整个包围的内空间。
本发明提供一种防止湍流的中间包冲击垫，冲击垫由底部冲击表面构成，并包括从底部向上延伸的环形侧壁，整个包围一个具有上开口的内空间，熔化金属从铸桶套管直接进入该开口。冲击垫的环形侧壁包括环状内表面，该内表面至少有一部分相对底冲击表面向上延伸并向里朝向冲击垫开口。环形侧壁完全包围冲击垫的内部空间，因此进入的金属液流重新返回液流中，并造成了使金属反向流远离铸桶套管的金属流动图形。
在第一实施例中，冲击垫的环形侧壁内表面从顶上观察呈圆形。侧壁内表面开始从底部冲击表面向外向上是凹曲面形，然后向里向上到达限定冲击垫开口的垂直表面。内侧壁表面最好是由底部冲击表面到限定开口的垂直壁面为连续弯曲面。
第二个实施例中，冲击垫呈矩形，但仍然保持着具有整个包围由环形侧壁确定的内部空间的特性。在这方面，贯穿说明书和权利要求书中使用的术语“环形”并不意指任何特殊的形状，而是意味指出整个包围的、环状的边界结构。第二实施例中，内侧壁表面至少要包括一部分向上并向里朝向冲击垫顶部中央开口延伸的部分，采用本发明的第一个或是第二个实施例的冲击垫结构，都可在中间包里造成同样的所希望的流动图型。
中间包冲击垫不仅能承受进入铸桶液流的冲击，而且，还能缓冲通常由液流产生的相关的湍流。最终解决前述现有技术中存在的问题，如上所述，浇注液流返回到液流中，造成反向流动相互减慢速度，因此减少了中间包内的湍流并防止高速流动。整个包围了冲击垫的空腔由此改变了进入液流从垂直向下到垂直向上的路径。由冲击垫造成的流动图型形成了熔化金属的路径，该路径是慢慢向上朝向金属槽表面，然后在全部方向上径向向外朝向中间包的壁面。这不仅有利于漂浮杂质的流动条件，同时也提供了中间包内温度的均匀性。更重要的是减小了中间包中过多的湍流和高速流动所造成的有害效果。
防止湍流的垫比上述现有技术中的垫提供了更多有利的流动图形，现有技术的垫使进入铸桶液流直接冲击中间包的一个或多个侧面或端面。在这方面，进入铸桶的液流被垫返回并垂直向上流动，然后径向向外接近槽的顶部。这样推动熔渣或其他杂质远离进入铸桶的液流。因为这个原因；同时也因为垫产生的液流速度比现有技术中的流速慢，因而很少有熔渣或其他杂质和夹渣带入槽中。在起动期间，同时在中间包中改变钢牌号，或者在低液面中间包铸造时，这种垫特别有益处。
因此可认识到，本发明的中间冲击垫具有很多优点，这些优点如下：
1、为使中间包内的熔化金属慢速流动而将进入铸桶液流抑制和缓冲，以便有效地将杂质漂浮在熔化金属槽的顶面。
2、造成的流动图型推动熔渣和其他杂质远离进入铸桶的液流，由此防止这些不希望有的物质带入槽中。
3、促成熔化金属定向流动表面，因此在接触熔渣层和在那里吸收以前，夹渣和杂质只升高一段短的路程。
4、由于进入液流没有直接冲击中间包的侧壁和端壁，所以侧壁和端壁上的工作衬套的腐蚀减少。
5、熔化金属在中间包内停留的时间增加，这是因为到达中间包出口或多个出口的路程比用现有冲击垫的程程更长更曲折造成的。
6、在中间包内的高速流动减小，漩涡的可能性减少，而这种漩涡使熔渣和夹渣从中间包表面掉入铸模中。
7、在稳定态操作时，熔渣很少运动，金属表面非常平静。
8，由冲击垫造成的特殊流动图型，通过产生整个中间包内的熔化金属的完全的慢速循环而促使温度均匀一致。
9、起动时的溅射显著减少。
10、金属在槽内停留的时间增加，换句话说，进入金属从槽流出到达铸模或多个铸模里所化费的时间增加。给予杂质足够的时间使杂质自然地慢慢漂浮到槽的顶部，由于停留的时间增加，所以杂质很少包含在流出的液流中。
对于本领域的普通技术人员，结合附图参阅下面本发明最佳实施例的详细介绍，将更加容易理解本发明的其他优点。
图1：中间包的侧剖视图，中间包包括放置在底面的本发明的防止湍流冲击垫；
图2：图1所示冲击垫的放大剖视图；
图3：本发明的冲击垫的放大俯视图；
图4：图1所示中间包的俯视图，图中表示由本发明冲击垫产生的在中间包中熔化金属槽顶部附近的径向向外流动图案；
图5：本发明的中间包冲击垫的另一实施例俯视图
图6：沿图5中6-6线的中间包冲击垫的侧剖视图。
参照图1,10表示传统的中间包，它包括衬套12和一对套筒块或出口14，出口14使熔化金属从包含在中间包10里的槽16连续流出中间包10进入构成金属铸件的模子中(未示出)。如传统的中间包相同套管18也位于中间包10的上方，并连续地将熔化金属液流引入中间包10中。本发明的中间包冲击垫20安放在中间包10底面上的中央位置。
如图2和图3所示，中间包冲击垫20最好是圆形并包括带有平面冲击表面24的基座22。冲击垫20还包括环形的，最好是圆形的带有对应圆形内壁面28的外侧壁26。圆环的内壁表面呈凹面形如图2所示，而且由平冲击表面24向上延伸整个包围曲面的内空间或空腔29。内侧壁表面28的一个环形部分28a从冲击表面24向外和向上凹入，并接合另一个环形部分28b，该环形部分向内和向上凹入至垂直的内壁表面30。
采用本发明中间包垫20的作用在图1和4中简略表示了。如图1所示，用箭头34代表的熔化金属的向下垂直液流从铸桶套管18出来直到基座22的冲击垫24中央。熔化金属液流在空腔29中从冲击表面24的中央径向向外分散如图中箭头35所示，并向上方向跟随顺从着连续的内侧壁表面28。液流流出垫20并且在大致垂直向上的方向流去，如箭头36所示。因为两股相对置的垂直液流34，36具有相互抵销的作用所以中间包垫20造成的垂直向上运动的液流速度显著减慢。
熔化金属的慢速向上液流36继续朝着中间包10中的槽16的上表面流去，并且大致朝径向向外分散，如图1和图4中箭头38所示。大约到达槽16的顶面。如图4所示，经向向外流动的液流38使槽16中顶面的熔渣和其他杂质远离铸桶套管18和进入的液流34而向外移动，因此熔渣和其他杂质很少被进入液流34向下带到槽16里，如在槽里则熔渣和杂质等被输送最终通过出口套筒块14流出中间包10，于是污染了成品铸件。
图5和6表明本发明的第二实施例，具体表示一个环形侧壁结构的替换形状，该结构使金属从冲击垫上造成完全的反流。更具体地说，中间包冲击垫40包括个有平冲击表面44的基座42。冲击垫40还包括封闭环形外侧壁46，在此外侧壁46为矩形，外侧壁46带有从平冲击表面向上和向内延伸的、整个包围的空间或空腔49的环状矩形内壁面48。
更特别是内侧壁面48的垂直方向的环状部分48a从冲击垫表面44向上延伸，并接合另一向内倾斜的环状部分48b，环状部分48b是向内和向上延伸到达垂直的内壁面50的。对于制造本发明的流动图型而使冲击垫获得满意的工作来说，垂直方向部分48a并不是绝对必要的。即倾斜部分48b的代替为从表面44向上和向内的延伸部分。垂直表面50上确定一个冲击垫40中的矩形开口，以便放置来自铸桶套管18的熔化金属并可使金属在向上方向流出空腔49。中间包冲击垫40还包括平的外面顶表面52，该表面包围由垂直方向矩形壁面50构成的开口。冲击垫40也在中间包内制造了相同的流动图型，如同第一实施例中的冲击垫20一样，如图1和图4中的箭头35、36所示。
因此可知，本发明的中间包冲击垫20、40使进入铸桶液流向上方向完全反流，这样大大减慢液流速度而防止不希望有的中间包10中的高速流动和湍流。再有，在铸桶套管18或进入液流的所有侧面上产生相对置的径向向外方向流，以推动熔渣和其他杂质远离进入液流，于是显著减少将杂质带入槽16中的可能性。
最后产生的流动图型还促成熔化金属的定向流动表面，因此在接触熔渣层和吸收他们以前，杂质必须提升的距离较短。造成的流动图型也减轻了中间包10侧壁和端壁上工作衬套12的腐蚀。这是因为进入液流34以及由于中间包冲击垫20、40造成的流动图型没有直接冲击中间包10的侧壁或端壁。
同时也可理解到，中间包冲击垫20、40造成的流动图型增加了熔化金属在中间包10内停留的时间，因为到达出口嘴或套筒块14的距离比过去以前的冲击垫更长更曲折。特别是取代了沿中间包10的底部直接流向出口嘴14的情况，使中间包10内熔化金属流动首先朝槽16的表面直接垂直向上，然后慢慢地圆环形向下朝向出口嘴或套筒块14。利用本发明的中间包冲击垫20，40造成的慢速流动还减少了槽16内的漩涡和表面湍流。由中间包冲击垫20、40造成的相对置的径向向外流动还由于在大致整个槽16中产生的连续流动而促进槽16内的温度均匀性。冲击垫20、40也明显地减少起动期间的溅射现象，并且在缺乏其他流动控制装置如坝、堰、挡板等的情况下，在中间包10中促使大大增加塞流容积。
冲击垫20和40由传统的能耐熔化的金属如铁和钢的高温耐火合成物制成，该温度可达到3000°F。如现有技术中已知，适宜的耐火材料可包括Mg O，Cr2O3，Al2O3，ZrO2，CaO和SiO2，以及这些材料的混合物，然而，只要选择的成分能承受往和熔化金属如铁和钢的连续接触，其他耐火合成物也可采用。两种优选的合成物分析如下：
     75％Al2O3合成物， MgO合成物
Al2O3      75                  3
MgO          ＞1                 89
SiO2        21                  6
CaO          1                   1
Fe2O3      1                   ＞1
其他微量       2                   1
应理解到可以进行进一步的改型和置换。例如，本发明的冲击垫最佳选择是圆环形，并同时也介绍了另一种替换的形状，但应认识到，冲击垫的侧壁可能有许多形状，这些都落入到本发明的范围内。整个包围或限定冲击垫内部空间的环状边界，并将进入熔化金属流重新流回到熔化金属中，而且造成的流动图形远离铸桶套管，任何这样的几何形状都将与说明书的实施例相似。

Claims (10)

1、中间包冲击垫(20，40)，由能够承受连续接触熔化金属的耐火合成物构成，该垫(20，40)包括具有冲击表面(24，44)的基座(22，42)，和从基座向上延伸的并至少包围部分内空间(29，49)的外侧壁(26，46)，内空间(29，49)具有放置熔化金属液流的上开口(30，50)，外壁(26，46)是环形的，并且整个包围内空间(29，49)。
2、按照权利要求1的垫，其特征是环形内表面还包括第二部分(28a，48a)，第二部分从冲击表面(24，44)向上延伸至第一部分(28b，48b)。
3、按照权利要求1的垫，其特征是环形内表面还包括第二部分(28a，48a)，第二部分从冲击表面(24，44)向外和向上延伸朝向第一部分(28b，48b)。
4、按照权利要求3的垫，其特征是至少第一部分和第二部分(28a，28b)中之一是凹环形表面。
5、按照权利要求4的垫，其特征是第一和第二部分(28a，28b)形成连续弯曲环形凹表面(28)。
6、按照上述任何权利要求之一的垫，其特征是内空间(29)呈圆环形。
7、按照权利要求1至3中任一权利要求的垫，其特征是内空间(4a)呈矩形。
8、按照上述任何权利要求之一的垫，还包括从第一部分(28b，48b)向上延伸并限定开口(30，50)的垂直方向的环形表面。
9、盛装定量熔化金属的中间包容器(10)，带有底面和包围冲击，排放(14)和冲击垫(20，40)部位的侧壁，如前述权利要求冲击垫位于冲击部位。
10、防止熔化金属在中间包(10)内湍流和高速流动的方法，该方法包括：在中间包(10)内设立冲击垫(20，40)，冲击垫(20，40)包含带有冲击表面(24，44)的基座(22，42)，以及从基座向上延伸并至少局部包围内空间(29，49)的外侧壁(26，46)，内空间(29，49)带有放置熔化金属液流的上开口(30，50)，外壁(29，49)包括环形内表面(28，48)，内表面至少有向内和向上朝开口(30，50)延伸的第一部分，开口将熔化金属液流垂直向下进入中间包(10)并对着冲击垫(20，40)，以便在中间包(10)中造成熔化金属槽，液流反向垂直向上和向内朝向进入液流，在中间包(10)中造成熔化金属通常的径向流动，其特征是外侧壁(26，46)是环形的，并整个包围内空间(29，49)，径向流动造成向外流动并在进入液流并在进入液流的所有侧面上进行，因此流动远离进入液流朝向熔化金属槽的表面。
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