CN107116205A - 金属传送装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的金属传送装置（1）包括铸槽体（2），其包括用于容纳液态金属的容器；用于加热所述铸槽体的加热器（4）；设置在所述铸槽体（2）外表面的加强层（6），其位于铸槽体与加热器之间。加强层（6）包括具有高热导率的复合陶瓷材料。

Description

金属传送装置

技术领域

本发明涉及一种用于传送液态金属的金属传送装置，特别是（但不排除其它地）用于传送例如铝、锌和这些及其他非铁金属的合金等金属的金属传送装置。

背景技术

在金属精炼和加工厂中，广泛地使用了被称为“流槽”的金属传送装置，用于将液态金属例如从熔炉传送到模具中。典型的流槽包括由耐火材料制成的槽道，金属在重力的影响下可以通过该槽道流动。

流槽可为未加热或加热的。加热的流槽优选地用于某些应用中，因为它们有助于金属在传送过程中保持其温度。对流槽进行预热还能够减少在引入液态金属时对耐火材料的热冲击，从而减少产生裂纹的风险。

加热的流槽的一个例子在美国专利公开说明书2010/0109210A1当中进行了描述。该装置包括用于运送液态金属的槽体、邻近所述槽体的加热元件、绝缘层以及由底壁和两个侧壁限定的外壳。该槽体由导热的可浇铸耐火材料制成，其允许热量从加热元件向液态金属传递。槽体的热导率取决于制造该槽体的耐火材料，对于碳化硅基的耐火材料在约9至11W/m.K的范围内，而对于氧化铝基的耐火材料则仅在约1.5至约1.9W/m.K的范围内。因此其热传递效率是有限的，当使用基于氧化铝的耐火材料时尤为如此。

另一个问题是，如果槽体破裂，液态金属有可能会泄漏到加热元件，从而使加热元件由于接触到液态金属而损坏。

国际专利申请WO2012/0175911A描述了另一种加热的流槽，它包括一个用于容纳液态金属的铸槽体、金属壳和位于槽体与金属壳之间的包含浇注耐火材料的填料层。该填料层具有高的热导率，以将热量从加热器有效地传递至槽体。如果铸槽体发生破裂，填料层和金属壳能够防止液态金属的任何泄漏。

我们已经发现，在某些情况下，填料层和金属壳的不均匀热膨胀可导致金属壳发生扭曲变形。另外，如果该液态金属需要在流槽中保持相当长的时间，则可能难以实现必要的热输入以使金属保持在液体状态。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能够缓解上述缺点中的一个或多个的金属传送装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种金属传送装置，包括：铸槽体，其包括用于容纳液态金属的容器；用于加热所述铸槽体的加热器；设置在所述铸槽体的外表面的加强层，所述加强层包括复合陶瓷材料。

所述复合陶瓷材料可以包括嵌入在陶瓷基体中的纤维增强材料。所述加强层位于所述槽体和加热器之间并覆盖铸槽体的外表面。例如，在一个实施例中，加强层覆盖所述铸槽体的基底和侧壁。一旦槽体发生泄漏时，加强层提供了渗漏金属的屏障，阻止它到达该金属传送装置的加热器和其他非牺牲部件。同时它也能够支撑和强化槽体。

该加强层优选地包括具有高热导率的复合陶瓷材料。这保证了从加热器到所述槽体的有效热传递。因此，即使液态金属需要在流槽中保持相当长的时间，它也能够实现使金属保持在液态的必要的热输入。

由于加强层并非由金属制成，并具有与槽体近似的热膨胀系数，因此该加强层相对于槽体不会产生显著不同的热膨胀，因此当温度变化时不会发生扭曲变形。

通过设置加强层，使得能够使用不同的材料来制造槽体，允许根据金属传送装置的预期应用而进行优化。例如，槽体的材料可被选择为提供高热导率、高耐热冲击性或高耐磨损性。因此，该金属传送装置可以在多种不同的应用中使用多种不同的金属。

在一种实施方案中，加强层的复合陶瓷材料具有至少3W/m.k的热导率，优选为具有至少5W/m.k的热导率，更优选为具有至少7W/m.k的热导率。

在一种实施方案中，所述复合陶瓷材料包括嵌入在陶瓷基体中的纤维增强织物.

在一种实施方案中，陶瓷基体是基于碳化硅。碳化硅（SiC）被用作为陶瓷基体中的填料。因为碳化硅具有高的热导率（约360W/mK），它赋予陶瓷基体高的热导率。碳化硅容易获得和相对较为便宜。陶瓷基体优选包括至少15％（重量）的碳化硅，更优选为包括至少35％（重量）的碳化硅，进一步优选为包括至少55％（重量）的碳化硅。陶瓷基体也可以包括其它填料材料，例如硅二硼化物、氧化铝和/或增加热导率的金属细粒。

在一种实施方案中，纤维增强材料包括玻璃纤维、陶瓷纤维和/或碳纤维。在一种优选的实施方案中，纤维增强织物包括玻璃纤维，优选为S-玻璃纤维和/或E-玻璃纤维。纤维增强织物可以包括织造织物或无纺织物（织造织物是优选的）。

在一种实施方案中，复合陶瓷材料包括1-15层的纤维增强织物，优选为包括2-7层的纤维增强织物，更优选的为包括3-4层的纤维增强织物。

在一种实施方案中，复合陶瓷材料的厚度范围为2-10mm，优选为3-7mm，更优选为3-4mm。

该金属传送装置可以包括用于检测液态金属泄漏的检测器。这种检测器可以用来向操作者发出泄漏的警报，使得操作者可以及时采取措施来修复泄漏，以避免泄漏的金属导致加热器或装置的其他非牺牲部件被损坏。

检测器可以包括一个或多​​个导电元件。检测器优选地位于槽体外表面的邻近，优选地位于槽体的底壁。优选地，检测器嵌入在与槽体外表面相邻的加强层的复合陶瓷材料内。

在一种实施方案中，铸槽体和加强层形成整体组件，该组件被构造和布置成可从所述金属传送装置的位于该整体组件外部的任何组件（例如加热器、绝缘层、外壳和/或顶盖）相分离。这使得例如当槽体陈旧或损坏时，可以容易地对该整体组件进行更换。

该金属传送装置优选地包括位于加热器外部的外壳。

该金属传送装置优选地包括位于所述加热器和外壳之间的绝缘层。

该金属传送装置优选地包括位于绝缘层和外壳之间的气隙。这样便可对加热器的位置进行调整，并允许对槽和绝缘层进行移除和更换。

金属传送装置最好包括顶盖。该装置优选地包括位于顶盖下面的绝缘层。

在一种优选的实施方案中，金属传送装置包括流槽，该流槽具有供液态金属流动的

两端开放且顶部开口的流道，液态金属可以从槽的一端流至另一端。

附图说明

对于本发明的某些实施例，现在将通过举例的方式参照附图进行描述，其中：

图1是金属传送装置的截面图;和

图2是槽体的等距视图，其包括图1所示金属传送装置的一部分。

具体实施方式

图1和图2所示的金属传送装置1包括流槽：即，它包含槽道，液态金属可以通过该槽道例如从熔炉浇注到模具内。该装置是细长的，并且具有如图1所示的基本一致的横截面。

金属传送装置1包括槽体2，该槽体2包括用于容纳液态金属的U形槽形式的容器。槽体2限定了顶部开口的开放式通道3，用于容纳流过该装置的液态金属。槽体2最好由浇注耐火材料制成。例如，根据该装置的预期应用，该槽体可以由熔融石英（SiO₂）或氧化铝（Al₂O₃）制成。

槽体2所具有的外表面包括一对侧壁4a、4b和底壁5，它们由包含复合陶瓷材料的加强层6所覆盖，所述复合陶瓷材料包括嵌入在耐火陶瓷基体中的纤维增强材料。槽体2的端壁4c、4d没有被加强层6所覆盖。

例如，陶瓷基体可以是基于碳化硅，优选地包括至少15％（重量）的碳化硅，更优选的是包括至少35％（重量）的碳化硅，最优选的是包括至少55％（重量）的碳化硅。耐火陶瓷基体材料还可以含有其它填料材料，例如增加热导率的金属细粉。

例如硅二硼化物（silicon diboride）或氮化铝等其它填料材料，也可以用于陶瓷基体，无论是作为基体材料的主要成分还是作为基于碳化硅的耐火材料的附加组分。硅二硼化物和氮化铝都具有非常高的热导率，但它们是非常昂贵的，因此他们的使用可以被限制在那些要求非常高的应用上。

在要求较低的应用中，也可以使用那些热导率略微较低的材料，诸如氧化铝和氮化硅。

纤维增强材料可以是基于玻璃纤维、陶瓷纤维和/或碳纤维。在一个优选的实施方案中，纤维增强材料包括玻璃纤维，优选为S-玻璃纤维和/或E-玻璃纤维。纤维增强材料可以由织造织物或无纺织物组成，织造织物是优选的。

复合陶瓷材料优选地包括2-15层纤维增强织物，更优选地包括3-7层纤维增强织物。它的厚度可以在2-10mm的范围，优选为3-7mm，更优选为4-6mm。

加强层6优选地具有高的热导率：即，至少3W/m.k的热导率，优选为至少5W/m.k，更优选为至少7W/m.k。

作为一个例子，复合陶瓷材料可以具有下列配方：

例：

*所引用的胶体二氧化硅值包括60％的水

用于检测液态金属从槽体2泄漏的检测器8可以设置在槽体2的外表面附近。图2示出了一个例子，其中，加强层被省略以示出检测器8。检测器8包括一个或多​​个电导体（例如导线），其嵌入在槽体2外表面的加强层6内。探测器导线8被向后和向前缠绕在槽体2的底壁5上，以对泄漏进行检测。视需要，检测器导线也可放置在槽体的两侧。

可以使用任何合适的缠绕模式，只要检测器导线8彼此不交叉，并且相邻导线之间的间距相当小（例如约1-5cm）。在图2的实施例中，导线8沿着槽体2的底壁5的长度来回地延伸。各导线的一个端部10沿着一个侧壁4a向上延伸并伸出至槽体2的上边缘之外，以便连接到外部检测器装置12。各导线的另一个端部14位于槽体2的底壁5上，并嵌入在加强层6内。

槽体2、加强层6和检测器导线8一起构成一个整体结构，它可以从金属传送装置的其他部分相分离，下文将进一步描述。这种整体结构在本文中称为槽盒13，可以作为金属传送装置的可更换部件单独制造和出售。

槽盒13可以按以下方式进行制造。首先，槽体2由合适的可浇注耐火材料形成或模制成 “生坯状态（green state）”，然后在升高的温度下烧制，以产生具有所需形状的硬质陶瓷状结构。然后将检测器导线8按照所选择的缠绕模式例如使用粘接带附着在槽体2的外表面。

然后将加强层6设置在槽体2的外表面4a、4b和5上。加强层6通过在槽体2的外表面4a、4b和5敷设纤维加强织物层而形成，然后通过纤维增强织物研磨所选陶瓷基体材料的浆料，使其附着在槽体2上。根据需要重复这个过程，直至加强层6达到所需的厚度。然后将加强层6在烘箱中干燥并烧制，以便在槽体2的外表面4a、4b和5形成坚硬且强度高的表层。

探测器导线8通过粘接带固定就位，并由加强层6覆盖。在烧制过程中，粘接带被烧掉，使得导线嵌入在邻近槽体2外表面的加强层6内。

该金属传送装置的外部部件14包括一个例如由钢制成的金属外壳15，其包括一个基底15a和两个侧壁15b，从而形成一个U形通道。由热绝缘材料（例如低密度纤维板）制成的基层16填充该通道的下部并支撑槽盒13。

一对加热板18与槽盒13的侧面相邻地安装在外壳15内，每一个加热板包括嵌入在陶瓷支撑基体内的电加热元件。这些加热板18可以在外壳15内朝向或远离槽盒13而水平移动，并且可以被夹紧在所选择的位置。在操作使用过程中，加热板18被定位成抵靠着槽盒13的加强层6，以确保热量从加热板有效地传递到槽体2。加热板18也可以从槽盒13移开，以便对陈旧或损坏的槽盒13进行移除和更换。

每个加热板18在其外表面上包括由合适的热绝缘材料（例如低密度纤维板）制成的绝缘层20。在绝缘层20和相邻的外壳侧壁15b之间设置有气隙22，以允许对加热板18进行侧向位移，和进一步减少传递到外壳15的热量。槽盒13、外壳15和加热板18的上部由一对钢制顶板24所覆盖，每个顶板24由绝缘材料26（例如陶瓷纤维层或低密度纤维板）制成的上层进行热绝缘。顶板24是可移除的或可通过铰链附接至外壳，使得它们可以被移除或重新定位，以便能够进入或触及金属传送装置的内部，例如用于拆卸和更换槽盒13或者调整或维护加热板18。

一个完整的流槽系统由多个如上所述的单个金属传送装置组成，它们首尾相连而形成连续的可供液态金属流动的通道3。浇注液态金属之前，各金属传送装置1通过向加热板18提供电流而进行预加热，从而使槽体2达到所需的温度。通常，这个温度接近液态金属的温度，从而使槽体2在浇注金属时承受较小的热冲击或者不存在热冲击。对金属传送装置1进行预热还可以确保液态金属在流过该装置时损失很少或者不损失热量。加强层6的高热导率保证了从加热板18到槽体2的有效热传递。

该金属传送装置1的目的主要是（但不排除其它地）用于非铁金属，例如铝、锌和这些及其他非铁金属的合金。但也可以用于含铁金属，例如钢。

如果该装置旨在用于铝或锌合金，该槽体2可以采用例如基于二氧化硅（熔融石英）的耐火材料而制成，其具有很低的热膨胀系数，因此能够抵抗热冲击。这使得它特别适合于需要对加热器频繁开启和关闭的应用。

如果使用侵蚀性更强的合金，例如那些含锂或镁的合金，则熔融石英可能不适合作为槽体2的材料，因为它会受这些金属的影响而迅速减少（侵蚀）。对于这些应用，可以优选使用基于矾土（氧化铝）的耐火材料，其为惰性的，因此对于侵蚀具有强得多的抵抗力。通常，氧化铝不被考虑用作槽体的材料，因为其热膨胀系数较高，因而更容易受到热冲击。然而在本发明中，热冲击的风险可以通过对装置进行预热而大大地降低。

对于某些必须对金属温度进行主动控制的应用，例如，在连续铸造操作中，可以优选地使用基于碳化硅的耐火材料来制造槽体，因为其具有非常高的热导率，从而确保热量从加热器的高效传递。

对于每一个这些应用，加强层6的复合陶瓷材料应具有高的热导率，以确保有效的热传递。碳化硅基陶瓷基体材料是对于大多数应用来说是一种合适的选择。

尽管通过对装置进行预热具有以上所述的优点和好处，但槽体2还是有可能会破裂或失效，从而使液态金属从通道3朝加热板18泄漏（存在使液态金属朝向热源流动的趋势）。泄漏的液态金属由加强层6所遏制而在重力作用下朝底壁5向下流动。检测器单元12被设计为在检测器导线8之间施加小的电势，并检测流过该导线的电流。通常情况下，导线之间相互电绝缘，因此没有电流。然而，如果发生泄漏，液态金属接触到导线而使它们短路，从而允许电流流过。该电流触发检测器单元12，其产生一个报警信号，以向操作者发出检测到泄漏的警报。

如果泄漏发生，加强层6可以防止泄漏的金属触及加热板18。因此金属传送装置1的外部部件被损坏的风险可以极大地降低。

一旦检测到泄漏，由于采用了整体结构，流槽系统的泄漏部分的槽盒13可以容易地拆除和更换，而不必更换该金属传送装置1的外部部件。

虽然本发明主要针对流槽系统中的应用进行描述，但容易理解的是，该装置的设计原理和物理配置可以容易地适用于其它液态金属处理装置，例如托架，坩埚和过滤器等。

本领域技术人员容易想到，在不脱离本发明的精神实质和范围的前提下，以上所描述的本发明可以通过多种方式进行改变。任何和所有这样的修改都被认为包括在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (22)

1.金属传送装置，包括：

a.铸槽体，其包括用于容纳液态金属的容器，

b.用于加热所述铸槽体的加热器，和

c. 设置在所述铸槽体的外表面的加强层，所述加强层包括复合陶瓷材料。

2.根据权利要求1所述的金属传送装置，所述复合陶瓷材料具有至少3W/m.k的热导率，优选为具有至少5W/m.k的热导率，更优选为具有至少7W/m.k的热导率。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的金属传送装置，所述复合陶瓷材料包括嵌入在陶瓷基体中的纤维增强材料。

4.根据权利要求3所述的金属传送装置，其中所述陶瓷基体是基于碳化硅。

5.根据权利要求4所述的金属传送装置，其中所述陶瓷基体包括至少15％（重量）的碳化硅，优选为包括至少35％（重量）的碳化硅，更优选为包括至少55％（重量）的碳化硅。

6.根据权利要求4或权利要求5所述的金属传送装置，其中所述陶瓷基体包括在包含流变改性剂、增稠剂和粘合剂的列表中选择的一种或多种附加组分。

7.根据权利要求3至6中的任一项所述的金属传送装置，其中所述纤维增强材料包括玻璃纤维、陶瓷纤维和/或碳纤维。

8.根据权利要求3至7中的任一项所述的金属传送装置，其中，所述纤维增强材料包括玻璃纤维，优选为S-玻璃纤维和/或E-玻璃纤维。

9.根据权利要求3至8中的任一项所述的金属传送装置，其中，所述纤维增强材料包括织造织物或无纺织物。

10.根据权利要求3至9中的任一项所述的金属传送装置，其中所述复合陶瓷材料包括1-15层的纤维增强织物，优选为包括2-7层的纤维增强织物，更优选为包括3-4层的纤维增强织物。

11.根据权利要求3至10中的任一项所述的金属传送装置，其中，所述复合陶瓷材料的厚度范围为2-10mm，优选为3-7mm，更优选为3-4mm。

12.根据前述任一权利要求所述的金属传送装置，包括用于检测液态金属泄漏的检测器。

13.根据权利要求12所述的金属传送装置，其中所述检测器包括一个或多​​个导电元件。

14.根据权利要求12或权利要求13所述的金属传送装置，其中，所述检测器邻近所述槽体的外表面。

15.根据权利要求14所述的金属传送装置，其中所述检测器嵌入在所述加强层内。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的金属传送装置，其中，所述铸槽体和所述加强层形成整体组件，该整体组件被构造和布置成可从所述金属传送装置的位于该整体组件外部的任何组件相分离。

17.根据前述权利要求任一项所述的金属传送装置，包括位于所述加热器外部的外壳。

18.根据权利要求17所述的金属传送装置，包括位于所述加热器与所述外壳之间的绝缘层。

19.根据权利要求18所述的金属传送装置，包括位于所述绝缘层与所述外壳之间的气隙。

20.根据前述权利要求任一项所述的金属传送装置，包括顶盖。

21.根据权利要求20所述的金属传送装置，包括位于所述顶盖下面的绝缘层。

22.根据前述权利要求中的任一项所述的金属传送装置，其中所述金属传送装置包括流槽，所述流槽具有供液态金属流动的流道。