CN1072536C - 带有铸造板的耐火材料浇注管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种带有耐磨板的耐火材料浇注管，包括由不同耐火材料组合物制成的一体的复合构件、围绕构件一部分设置的壳体、壳体中的可浇注耐火材料。复合构件包括具有内孔的管状主体部分和构成平板表面的端部，其带有与孔连通的开孔。端部用耐磨的硬耐火材料制成，管状主体部分用抗热震性的耐火材料制成。第一和第二可浇注耐火材料被浇注到壳体中形成围绕平板表面的耐火材料环和围绕管状主体部分的耐火材料套筒。

Description

带有铸造板的耐火材料浇注管及其制造方法

发明领域

本发明涉及一种在连续铸造过程中用于浇注熔融金属的耐火材料浇注装置，尤其涉及一种用于这种装置中的耐火材料浇注管。

发明背景

在本技术领域中，用来输送熔体，即熔融金属的耐火材料浇注装置是人们熟知的。例如，在一般的铸造过程中，熔体从钢水包输送到中间包，以及从中间包输送到结晶器中。钢水包和中间包都带有底板，底板带有可供熔体流出的部分。可设置某种形式的阀装置来控制熔体从钢水包到中间包，以及从中间包到结晶器的流动。为了将熔体从这些包的底部浇注到冶金容器中，设置了带有耐火材料浇注管的阀装置，耐火材料浇注管包括可供熔体流入和流出的上端和下端。

一种常见的阀装置包括固定在容器底板外表面的板，板带有与容器底板某部分对正的开孔。一管板组合结构安装在固定的板的下方，可以移动到与固定的板上的开孔对正的位置。在铸造过程中，阀被驱动到打开位置，熔体通过板的开孔流出容器进入浇注管。例如，可以参见美国专利No.5,348,202，5,198,126和4,746,037中披露的浇注装置。

在带有浇注管和板组合结构的普通耐火材料浇注装置中，板是用耐磨的混合物制成，以便在同与之配合的阀板的相对滑动中保护板。另外，利用硬的耐磨的混合物制造板还可确保板上开孔的周边具有足够的硬度，能够切断在管中形成的金属薄壳。不会受到滑动摩擦的管的主体部分一般采用比较软的抗热震性更好的耐火材料制造。

在本技术领域中人们都知道，应该避免通过浇注装置将空气带入，因为这样会造成氧化铝沉积物聚集堵塞浇注管或对铸造金属的质量产生不良影响。但是，已有技术的利用独立的耐火材料元件组成的浇注管和板的结构在元件之间有接缝。这样不够理想，因为可能会通过接缝将空气带入，造成前面所述的问题。在一种已知的浇注管结构中，利用金属罩将独立的耐磨耐火材料制成的平板与浇注管连接。这种结构也不能始终防止通过结构中板和管的接缝将空气带入。而且，在使用中，由于制造板和管的不同材料的热膨胀系数不同，导致构件之间出现气隙和分离。

在另外一种浇注管和板组合结构中，板和管是利用不同成分的耐火材料共同压制在一起而构成的一体的复合构件。尽管同利用罩子将分离的元件连接相比，这种结构可以更好地防止将空气带入，但是复合结构的板和管的制造成本很高，并且需要精密的机械加工。通常金属罩也与这种结构结合使用，金属罩直接与管和板复合结构的外表面相接触。因此管和板的外表面必须精确加工以便与罩子形成适当的配合。这样就增加了这种结构的制造成本和加工难度。因此，在本技术领域中需要一种能够克服已有技术中的缺陷的耐火材料浇注管。

发明简述

本发明提出一种带有铸造板的耐火材料浇注管。浇注管和板采用了不同的耐火材料，但成形为基本无接缝的一体结构。因此，本发明的浇注管可以防止将空气带入以及相关的不良影响，如沉积物的聚集、浇注管的堵塞和铸造金属的质量降低。而且，浇注管的不同耐火材料具有相近的热膨胀系数，可最大限度地降低使用中出现气隙的可能性。此外，浇注管易于制造，只需要很少的机械加工，因此制造成本低于已有技术的浇注管。

在优选实施例中，耐火材料浇注管包括一体的复合构件，该复合构件包括管状的主体部分和形成平板表面的端部。在平板表面上有一开孔，开孔与贯穿管状主体部分的一孔连通。复合构件采用具有不同的耐磨和/或抗热震性能的不同成分的耐火材料组合物制造，同制作端部的耐火材料相比制作管状主体部分的耐火材料最好比较软并且具有更好的抗热震性。各耐火材料最好利用共压法等压地压制成一体的复合构件。一壳体，最好是由金属制成的，套在复合构件外侧，壳体包括围绕管状主体部分的套筒部分和围绕端部的环形接口。壳体的套筒部分和构件的管状主体部分之间是一可浇注耐火材料套筒，壳体的接口和构件的端部之间为一可浇注耐火材料环。环带有外表面，环的外表面与构件的平板表面共同构成了可用于滑阀装置中的耐磨板。

在更具体的优选实施例中，围绕着部分管状主体部分的套筒是用第一可浇注耐火材料制成，围绕端部的环是用另一可浇注耐火材料制成。最好，第一可浇注耐火材料比另一可浇注耐火材料具有更好的绝热性，另一可浇注耐火材料比第一可浇注耐火材料更硬和更耐磨。复合构件的管状主体部分在使用中与熔体的渣线接触处最好带有耐侵蚀层。尽管带有扩大接口的钟罩形状的壳体是较佳的，也可以采用其他形式的壳体。

一种制造本发明的浇注管的较佳方法包括以下步骤，利用共压法制作一体的复合构件，该复合构件包括带有一孔的管状主体部分和构成平板表面的端部，该端部带有与所述孔连通的开孔。复合构件的管状主体部分和端部包括不同成分的耐火材料组合物。构件端部的平板表面被放置在模盘的基面上，壳体被套在管状主体部分的外周，与模盘的基面接触。第一可浇注耐火材料被浇注到壳体和复合构件之间的空间中，向下流到模盘的基面，在构件的端部形成围绕平板表面的耐火材料环。第二可浇注耐火材料被浇注到壳体中形成围绕构件管状主体部分一段长度的耐火材料套筒。

通过阅读下面结合附图对优选实施例的详细描述可以对本发明的其他特点、益处和优越性有清楚的理解。

对附图的简要说明

图1为根据本发明优选实施例构作的耐火材料浇注管的前立面剖视图；

图2为沿图1中箭头2-2方向所取的浇注管的局部侧视图，示出了浇注管的出口端；

图3为沿图1中箭头3-3方向所取的浇注管的平面图，所示为浇注管带有耐磨板的一端；和

图4为沿图1中箭头4-4方向所取的浇注管的剖视图。

对优选实施例的详细描述

参见图1，图中所示为根据本发明优选实施例构作的耐火材料浇注管，该结构包括一体的复合构件10，复合构件10包括端部20和管状的主体部分30，端部20可接受来自冶金容器如钢水包或中间包(图中未示)的熔体(即熔融的金属)。如同下面的论述，端部20和管状主体部分30采用具有不同耐磨和抗热震性能的不同耐火材料制造。

复合构件10的端部20包括轴向延伸部分22和径向延伸部分24。径向延伸部分24带有围绕开孔28的平板平面26。平板平面26包括围绕开孔28的周边边缘29，周边边缘29是用硬质耐火材料制成可以剪断穿过复合构件10中的金属。

复合构件10的管状主体部分30包括内孔32和外表面34。管状主体部分30的外表面34包括与直径缩小部分38连接的锥形或阶梯形段36，如同下面的论述，直径缩小部分38的作用是固定构成浇注管的元件以防止其出现相对运动。管状主体部分30带有出口端42，出口端42包括端壁44和一个或几个可供熔体流出浇注管的开孔46。图2所示为可进行熔体浇注的复合构件10出口端42的开孔46，例如可将熔体从钢水包浇注到中间包，或从中间包浇注到铸模。开孔46是由便于熔体的浇注的带角度的表面48构成，这是本技术领域的一般知识。如图4所示，在优选实施例中采用了两个开孔48，但是，开孔的数量不是很重要。

复合构件10最好通过将具有不同的耐磨和抗热震性能的不同成分耐火材料共压而成。例如，可以按照美国专利No.5,348,202中提出的方法将不同成分的耐火材料共压成构件10，这里引用该专利的全部内容作为参考。利用共压法制造复合构件10是比较适宜的，因为可以在一个步骤中成型具有所需硬度和抗热震性能的耐火材料元件。具体地说，复合构件10的端部20采用了相对于管状主体部分30具有高的硬度和耐磨性的耐火材料制作，而管状主体部分30应该采用相对于端部20具有高的抗热震性的耐火材料制作。端部20是用硬的具有耐磨性的耐火材料制成，因此平板表面26可以承受当浇注管被用在耐火材料滑阀装置中时由相对滑动引起的摩擦。

复合构件10的端部20和管状主体部分30可以采用各种成分的耐火材料制造。适用于端部20的优选耐火材料成分包括氧化铝、石墨、熔凝氧化锆、莫来石、和结合有酚醛树脂的相对少量的铝，适用于管状主体部分30的优选耐火材料成分包括结合有酚醛树脂的石墨和氧化铝。还可以根据美国专利No.5,348,202所披露的内容来选择耐火材料的成分，即一种氧化铝、二氧化硅、氧化锆、碳的组合物可用来制造复合构件10的端部20，一种氧化铝、二氧化硅、碳的组合物可用来制造复合构件10的管状主体部分30。

用来制造构件10的端部20的材料除了具有一定硬度和耐磨性外，因为要与熔体接触优选地还应该具有耐侵蚀性。而且由于制造端部的材料是耐火材料，它还应具有一定的抗热震性。由于构件10的管状主体部分30也要接触熔体，因此用来制造它的材料优选地也应该具有耐侵蚀性，并且浇注管的外表是暴露在空气中的，因此制造它的材料优选地应该具有适当的抗氧化性。用来制造管状主体部分30的材料还应该具有抗热震性，在优选实施例中制造管状主体部分30的材料比端部20的材料软并且有更好的抗热震性。如图1所示，构件10的管状主体部分30最好带有一段耐磨的耐火材料段50，为了在将浇注管用作浸入式浇注时能够承受熔体和浮在熔体上的渣的侵蚀，该材料具有很高的耐侵蚀性。段50最好用含有氧化锆、石墨和结合有酚醛树脂的硅金属的材料制造。还可以根据美国专利No.5,348,202中所提出的材料制造段50。

可以在复合构件10的管状主体部分30中有选择地设置内槽40，以便进行惰性气体(如氩气)冲洗来防止空气被带入中心孔32中，这也是本技术领域的一般性知识。而且，在使用浇注管时，气体喷枪110可以伸到中心孔32中，气体喷枪带有径向导向装置从而使气体喷枪对准中心孔。在本技术领域中人所共知，喷枪110可以用来清除浇注装置各个零件上的出口或开孔处的金属，在熔体进入中心孔32中时喷枪110则被毁掉。

如图1所示，壳体60围绕着复合构件10设置，壳体最好包括套筒部分62和环形的接口64。套筒部分62和环形接口64可以分别加工成型，再用适当的连接方式66连接起来，如利用焊接、金属结合等方法。壳体60最好是一个金属罩子，形状大体为钟罩形并带有相对于套筒部分62加大的接口64。壳体60的接口64包括径向向外延伸水平板68，水平板68与向上翻转的侧壁70连接，侧壁70终止于外侧边缘72。壳体60围绕着复合构件10长度的一部分，因此在壳体的内表面和构件的外表面之间形成了一个空间。这个空间可以看作是包括两个部分，第一部分位于端部20和环形接口64之间，第二部分位于管状主体部分30和套筒部分62之间。

根据本发明，用可浇注耐火材料填充在壳体60的环形接口64中可形成耐火材料环80。类似地，用可浇注耐火材料填充在壳体60的套筒部分62中形成耐火材料套筒90。耐火材料环80包括围绕复合构件10端部20的平板表面26的平的外表面82。因此，本发明的浇注管的一端带有由构件10端部20的平板表面26和耐火材料环80的外表面82构成的耐磨板。

壳体60的套筒部分62中用可浇注耐火材料填充形成围绕管状主体部分30上部(以及端部20的一些轴向延伸部分)的耐火材料套筒90。除了填充壳体60和管状主体部分30之间的空隙，套筒90还起到将壳体固定在构件10上的作用，下面将做叙述。尽管可以使用同样的可浇注耐火材料来制作耐火材料环80和耐火材料套筒90，最好是采用不同的材料。尤其，用作耐火材料环80的可浇注耐火材料应该是强度高和耐磨的。这样，在本发明的浇注管接受熔体一端制成的板是硬的和耐磨的。适宜于制造环80的可浇注耐火材料包括结合有铝酸钙水泥的铝酸镁和氧化铝。用于制造耐火材料套筒90的耐火材料最好是良好绝热体，能够将从复合构件10到壳体60的热传导减少到最低限度。适宜于制造环80的可浇注耐火材料为NARCON 93，它是由俄亥俄州克利夫兰市的北美耐火材料公司(North American Refractories Co.，of Cleveland，Ohio)生产的，适宜于制造套筒90的可浇注耐火材料是HPV-3000，也是由上述公司生产的。

耐火材料环80和耐火材料套筒90还将壳体60固定在环绕复合构件10的位置上。如图1所示，管状主体部分30的锥形部分36与直径缩小部分38连接，可防止壳体60和耐火材料套筒90相对于构件10向下移动。在这些元件之间不希望出现相对移动，因为这样可能造成间隙，在浇注熔体时空气会通过这些间隙被带入，空气被带入的不良影响前面已经有过论述。此外，复合构件10端部20的径向延伸部分24可防止壳体60和耐火材料环80相对于构件10的向上移动。因此，复合构件10、耐火材料环80、耐火材料套筒90和壳体60处在可靠地固定在一起的状态，可防止空气被带入本发明的浇注管中。而且，制造构件10、环80和套筒90的耐火材料应该具有相近的热膨胀系数，在使用中彼此之间不会产生明显的应力作用，这样就进一步减少了出现间隙从而带入空气的可能性。

图3所示为构件10的端部20的平板表面26以及耐火材料环80的外表面82形成的耐磨板。在耐火材料环80上可设置一槽，如U型槽100，作为惰性气体保护(如氩气)的通路，来防止空气与熔体接触，这是本技术领域的常见做法。从图1中可以看到，壳体60的边缘72最好与耐火材料环80的外表面82有一小的距离，以防止边缘72与滑阀装置(图中未示)上相邻的板发生卡阻或刮擦。

下面是对本发明浇注管的较佳制造方法的叙述。如前所述，复合构件10最好利用共压法以不同成分的耐火材料制成。构件10进行机械加工，加工出中心孔32，出口46，段38等。然后构件10的端部20被放置在支承面上并且置于中心位置，支承面可以是模盘(图中未示)的基面。壳体60穿越过构件10管状主体部分30的出口端42与模盘基面接触。为了使构件10端部20的接口64的边缘72与环80的表面82之间有一小的距离，模盘基面最好带有一凸起的部分，在壳体穿越过构件10之后，边缘72可落在凸起部分之上。可浇注耐火材料被浇注到壳体60内形成耐火材料环80。如果使用相同的可浇注耐火材料制造环80和套筒90，浇注过程就继续进行直至壳体60的套筒部分62中填充了构成套90所需数量的材料为止。固化之后，浇注管就可以从模盘上取下。

在优选实施例中，如同前面的解释，耐火材料环80和耐火材料套筒90是用不同的材料制成的。因此，在较佳制造方法中，复合构件10被制成所需的形状并且被放置在模盘上之后，足够数量的第一种可浇注耐火材料被浇注到壳体60中形成耐火材料环80，耐火材料环80最好延伸到或靠近壳体60套筒部分62与环形接口64的连接处；但是，环80的确切的终止位置(和套筒90起始位置)可以是不同的。然后，第二种可浇注耐火材料被浇注到壳体60中形成耐火材料套90，浇注的材料数量决定了套90沿构件10管状主体部分30延伸的长度。第二种可浇注耐火材料的浇注可以在第一种可浇注耐火材料固化期间或固化之后进行。

本发明的浇注管比已有装置具有明显的优越性。一体的复合构件与可浇注耐火材料的组合实现了可以避免带入空气以及相关问题的基本是无缝的结构。而且，采用具有类似热膨胀性能的耐火材料可防止在使用中由于元件分离造成的空气的带入。此外，本发明的浇注管比已有技术的浇注管更易于生产，为了与金属铸件进行适当地配装，已有技术的浇注管需要大量的机械加工，而适当的配装是防止带入空气所必须的。根据本发明，可浇注耐火材料被浇注到壳体中，与复合构件的外表面和壳体的内表面相吻合形成耐火材料环和套筒。因此，无须象已有技术的浇注管那样对复合构件进行精确的机械加工，所以生产本发明的浇注管难度和成本更低。

前面对本发明浇注管的叙述是结合耐磨板进行的，耐磨板是与包括滑阀装置一部分的相邻的板配合工作的。但是，应该理解本发明的应用不仅局限于滑阀装置中。而且本技术领域的一般技术人员可以理解，可以将本发明用作耐高温的收集器喷管。本发明的浇注管也适用于更换旧浇注管的已知的浇注管更换装置。还应该理解在前面的叙述中所使用的相对性的术语如“上部”和“下部”，只是为了对图示的浇注管做清晰的描述而已，对本发明的结构、作用或应用无限制意义。

尽管已经根据实施例对本发明做了详细的叙述，但可以理解本发明还可能做出许多变化。例如，壳体最好是金属的罩子，也可以用不同的材料来制作。壳体还可以是单一的整体元件而不是固定在一起的套筒部分和环形接口，但是从制造的角度考虑，最好是分别制成套筒和环形接口再将它们连接在一起。而且，尽管为了形成具有较大外表面的耐火材料环，带有加大的环形接口的壳体是较佳的，环形接口相对于壳体套筒部分的具体尺寸是可以改变的。还有，尽管钟罩形状的壳体是较佳的，壳体还可以是直线形的，椭圆形的，圆形的或任何其他形状。用于制作本发明的复合构件和耐火材料环以及套筒的耐火材料成分，根据特定的用途可以有不同的选择。此外，尽管最好是使用两种不同的可浇注耐火材料来制作环和套筒，但也可以使用一种可浇注耐火材料来制作这两个元件。

因此，尽管已经结合优选实施例对本发明做了详细的叙述，但可以理解，本领域的一般技术人员可以不偏离本发明的精神和范围的情况下，对本发明做出其他的变化和修改。

Claims (18)

1.一种耐火材料浇注管，包括：

由具有不同耐磨和抗热震性能的不同成分的耐火材料制成的一体的复合构件，该复合构件包括带有一孔的管状主体部分，和构成平板表面的端部，平板表面带有开孔和环绕开孔的边缘，该开孔与所述孔连通；

其特征在于，该端部是采用比所述管状主体部分具有更高硬度的耐火材料制成的，而该管状主体部分是采用相对于所述端部较软并且具有更好的抗热震性的耐火材料制成的；

环绕该复合构件的壳体；

位于壳体和管状主体部分之间的可浇注耐火材料的套筒；和

位于壳体和复合构件端部之间的可浇注耐火材料的环，该环包括环绕该复合构件平板表面的外表面。

2.如权利要求1所述的耐火材料浇注管，其特征在于，该套筒和环是采用不同的可浇注耐火材料制成。

3.如权利要求2所述的耐火材料浇注管，其特征在于，制成环的可浇注耐火材料比制成套筒的可浇注耐火材料具有更好的耐磨性能。

4.如权利要求1所述的耐火材料浇注管，其特征在于，制造管状主体部分的耐火材料组合物包括氧化铝和石墨，制造端部的耐火材料组合物包括氧化铝、石墨、熔凝氧化锆、莫来石和铝。

5.如权利要求1所述的耐火材料浇注管，其特征在于，该环的外表面完全围绕着复合构件的平板表面。

6.如权利要求5所述的耐火材料浇注管，其特征在于，壳体为钟罩形状，带有围绕着所述环的环形接口。

7.如权利要求6所述的耐火材料浇注管，其特征在于，壳体的环形接口带有外边缘，该外边缘偏离所述环的外表面。

8.如权利要求1所述的耐火材料浇注管，其特征在于，壳体包括围绕着可浇注耐火材料的套筒的直段部分和围绕着可浇注耐火材料环的扩大的接口部分。

9.如权利要求8所述的耐火材料浇注管，其特征在于，复合构件的管状主体部分包括处于壳体直段部分中的直径缩小部分，复合构件的端部包括设置在壳体环形接口上的径向延伸部分。

10.如权利要求1所述的耐火材料浇注管，其特征在于，壳体为一金属罩。

11.如权利要求1所述的耐火材料浇注管，其特征在于，复合构件的管状主体部分的一段用耐侵蚀层包裹。

12.如权利要求1所述的耐火材料浇注管，其特征在于，所述耐火材料环包括围绕所述平板表面并且形成所述平板表面的延续部分的外露表面。

13.如权利要求12所述的耐火材料浇注管，其特征在于，耐火材料套筒和耐火材料环是由具有不同硬度和抗热震性能的不同耐火材料制成。

14.一种耐火材料浇注管的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

制作一体的带有管状主体部分和一端部的复合构件，该端部构成了带有开孔的平板表面和围绕该开孔的周边边缘，管状主体部分带有与平板表面的开孔连通的孔；

制作耐火材料复合构件的端部，制作端部的耐火材料组合物的硬度比管状主体部分要高；

将壳体套在该复合构件的外周，从而在壳体的内表面与管状主体部分之间以及壳体的内表面与端部之间形成一空间；和

将可浇注耐火材料浇注到壳体中，形成围绕管状主体部分的耐火材料套筒以及围绕复合构件端部的耐火材料环，该耐火材料环带有与平板表面配合的构成浇注管一端耐磨平面的外表面。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，浇注可浇注耐火材料的步骤包括浇注第一可浇注耐火材料形成耐火材料环和浇注第二可浇注耐火材料形成耐火材料套筒，第一和第二可浇注耐火材料具有不同的硬度和抗热震性能。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，浇注可浇注耐火材料步骤的实施是这样的，将复合构件的平板表面放置在支承物上，将壳体穿越过管状主体部分与支承物接触，然后将第一和第二种可浇注耐火材料浇注到壳体中。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，该壳体带有可用可浇注耐火材料填充以构成耐火材料环的扩大的环形接口。

18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，复合构件是利用等压的共压法加工成形的。