CN107427904B - 具有配置的穿孔结构的冶金容器衬里 - Google Patents

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Abstract

一种用于冶金容器的衬里被配置成具有工程化孔隙。所述衬里包含多个区域，每一个区域均在所述衬里的主平面中延伸，每个区域均具有如在所述衬里的主平面中测量的总孔面积或总穿孔面积的不同值。所述衬里可用于形成所述容器的底板或壁的部分或全部工作表面。在铸造使用中，所述衬里在从在金属熔体和所述冶金容器的所述壁和底板之间的界面延伸的金属熔体的相间产生氧化缓冲层，以使得在铸造使用中，在所述氧化缓冲层中的金属流量基本上为零，且在所述氧化缓冲层中的内生夹杂物，特别是氧化物的浓度显著高于在大部分金属熔体中的浓度。

Description

具有配置的穿孔结构的冶金容器衬里
技术领域
本发明概括地涉及金属成形生产线，诸如连续的金属铸造生产线。具体地，其涉及一种用于冶金容器诸如中间包的衬里，该衬里能够大大减少在金属熔体中的氧化物夹杂物的形成。
背景技术
在金属成形工艺中，将金属熔体从一个冶金容器转移至另一个容器中，或转移至模具或工具。例如，利用钢包将冶炼炉内的金属熔体定期地转移到大容量的中间包内。由此实现将金属熔体从中间包连续地浇注进模具或工具中。金属熔体因重力驱动，通过位于冶金容器底部的水口系统从该容器流出，该水口系统通常设有闸门系统以控制(打开或关闭)金属熔体通过该水口系统的流动。为了对抗金属熔体的高温，容器的壁具备耐火材料的衬里。
金属熔体，特别是钢，极易发生氧化反应，因此必须保护金属熔体，防止其受到任何氧化物来源的影响。通常添加少量的铝，从而在氧化物与熔体相接触的情况下使铁钝化。在实践中，这通常不足以防止在熔体中形成氧化物夹杂物，这在由熔体生产的最终部件中产生缺陷。据报道，10公斤的钢铸件可能包含高达十亿个非金属夹杂物，其中的大部分是氧化物。必须通过研磨或切割从最终部件移除夹杂物；这些程序增加了生产成本并产生大量的废料。
夹杂物可能是与金属熔体反应的结果；这些夹杂物被称为内生夹杂物。外来夹杂物为其中的材料不是由金属熔体产生的那些夹杂物，诸如沙、熔渣和水口的碎屑；外来夹杂物通常比内生夹杂物更厚。
内生夹杂物主要包括铁氧化物(FeO)、铝氧化物(Al2O3)和存在于熔体中或与其相接触的其他化合物的氧化物，诸如MnO、Cr2O3、SiO2、TiO2。其他夹杂物可以包括硫化物以及较少的氮化物和磷化物。由于金属熔体处于非常高的温度下(对于低碳钢1600℃级别的高温)，所以显然铁原子极易与氧化物反应且不能阻止该氧化反应。
迄今为止，用于减少在钢铸件中存在的夹杂物的大多数措施是将夹杂物保留在形成该夹杂物的冶金容器中。本发明提出了一种完全不同的解决方案，其是通过用简单、可靠且经济的方式来大大减少在冶金容器中的内生夹杂物的形成。
发明内容
本发明是由所附的独立权利要求限定的。从属权利要求限定各种实施例。具体地，本发明涉及一种用于金属熔体铸造的冶金容器的衬里。示例性的这种冶金容器包括底板，该底板由在该底板的整个周界上方的壁所围绕；以及出口或多个出口，所述出口位于该底板上；其特征在于，底板和/或壁的至少一部分包括一种装置，该装置用于在铸造使用中在从介于金属熔体和冶金容器的壁和底板之间的界面延伸的金属熔体的中间相产生氧化缓冲层，以使得在铸造使用时，在该氧化缓冲层中的金属流量基本上为零，且在该氧化缓冲层中的内生夹杂物，特别是氧化物的浓度显著上高于在大部分金属熔体中的浓度。
在一个具体的实施例中，用于在铸造使用中产生氧化缓冲层的结构包括对容器的该底板以及至少一些壁加衬的多孔固定层，该固定层具有开孔孔隙，其中孔或穿孔具有直径和表面能量以使得金属熔体能够在其中穿过，该高孔隙度隙度固定层由相对于该金属熔体基本上为非氧化性的材料制成。金属可以以熔融形式保留在固定层中或可以在固定层中部分或完全地转换为固态。穿孔为穿过层的通道或通路，使得流体从层的一侧流向另一侧。穿透入该固定层的孔隙或穿孔中的金属熔体被拘留在充当笼子的多孔或穿孔结构中；流量变得基本上为零。由于其与对冶金容器的壁和底板加衬的耐火材料紧密接触，该耐火材料被确认为形成内生夹杂物的主要试剂来源，不管是通过环境空气的扩散还是通过其一些组分的反应，捕获在固定层中的金属层包括与大部分金属熔体相比远远更高浓度的内生夹杂物。
穿孔或高孔隙度固定层或蜂窝结构可以由诸如氧化镁、氧化铝、氧化锆、莫来石和这些材料的任意组合之类的材料制成。
在本发明的另一个具体的实施例中，多孔或穿孔结构被配置成具有垂直于直通孔隙方向的多个平面区域，其具有不同的孔或穿孔面积的数值。在本发明的这个实施例的一个实例中，多孔或穿孔结构包含各个孔或穿孔，与孔或穿孔结构的一面相邻处具有较大的孔或穿孔横截面积，而与孔或穿孔结构的另一面相邻处具有较小的孔或穿孔横截面积。
附图说明
在附图中示出了本发明的各种实施例：
图1示意性地示出了典型的连续金属铸造生产线的各种组件；
图2示意性地示出了用于描述根据本发明所述的冶金容器的几何形状的术语的定义；
图3为包含根据本发明所述的衬里结构的冶金容器的透视图；
图4示出了金属流量Q和铁氧化物浓度随着从根据本发明所述的冶金容器的壁或底板起的距离而变化的示意性表示；
图5示意性地示出了用于描述根据本发明所述的冶金容器的几何形状的术语的定义；以及
图6为用于铸造本发明的衬里的穿孔结构的牺牲结构的一部分的透视图。
具体实施方式
如从图1中的铸造器械(10)的描述中可见，中间包通常在容器的一端或两端布置一个或多个出口，且该出口远离从钢包(14)供给金属熔体(12)之处。金属熔体通过滑动水口(16)和钢包水口系统(18)从钢包(14)进入中间包(20)，并通过中间包阀(24)和中间包水口系统(26)从中间包(20)进入模具(28)。中间包的作用非常像具有打开的水龙头和打开出口的浴盆，在中间包内产生金属熔体的流动。这些流动有助于金属熔体的均匀化，也有助于在大部分的任何夹杂物内的分布。关于内生夹杂物，反应速率(主要是氧化)疑似受到反应性分子扩散的强控制。通过实验确认了这一假设，其中将低碳钢熔体保存在被置于不含氧的调节室中的坩埚中。将管引入该金属熔体中并以低速率注入氧气。在一段时间后，使金属熔体凝固并分析由此获得的铸锭的组成。正如预期，氧化区域受限于在氧气管出口周围的小区域，因此确认氧化反应是强扩散控制的假设。由此可见，如果能够停止金属流动，氧化也将停止。当然，这在连续铸造操作中是不可能的，如其名称所示，连续铸造操作的特征在于金属熔体的连续流动。
导致本发明的第二个假设是氧化试剂起源于冶金容器的壁和底板。具体地，氧化试剂被认为来自两个主要来源：
(a)耐火衬里的反应性氧化物，特别是硅酸盐，诸如橄榄石((Mg,Fe)2SiO4)；和
(b)从环境通过冶金容器的耐火衬里扩散并出现在该容器(例如，中间包)的壁和底板表面处的空气和湿气。
该第二个假设是经过实验室测试验证的。
因此，解决方案起始于这两个初始假设：
(a)金属氧化反应速率是扩散控制的，且
(b)将金属氧化试剂从冶金容器的壁和底板供给至熔体。
本发明人已提出了用于在大部分金属熔体中防止内生夹杂物的形成的以下解决方案。如果可将形成金属熔体的原子固定在靠近氧化物的来源处，即，冶金容器的壁和底板，则会形成“钝化层”或“缓冲层”，其将被氧化，但是由于扩散非常缓慢且没有任何显著的流动，因此氧化反应不会蔓延到大部分的金属熔体。该原理在图4中示意性地示出，其中金属熔体的流量Q在自衬有耐火材料的壁或底板起距离δ上基本上为零。具有厚度δ的该中间相在本文中被称为“氧化缓冲层”。在该层中，氧化物的浓度显著高于在大部分金属熔体中的浓度。原因是氧化物的来源是冶金容器的壁和底板。由于在氧化缓冲层中的流量几乎为零，氧化反应是扩散控制的，因此不会快速蔓延。然而，在该氧化缓冲层上方，金属熔体的流量增加且氧化反应将更快地蔓延，但是由于没有任何氧化试剂，在缓冲层上方仅发生非常有限的氧化反应。
很明显，尽管已在上述说明中提及了氧化反应，但通过适当的变动其同样适用于其他反应，诸如形成硫化物、氮化物和磷化物，其与原子，诸如Fe的反应速率也是扩散控制的。
能够提出用于形成氧化缓冲层的各种装置或方法。在第一个实施例中，装置采用穿孔衬里结构的形式。该穿孔衬里结构可以是整体式或可以由多个组件组成。穿孔衬里结构可以用于加衬耐火容器的部分或所有底板，且可以用于加衬耐火容器的部分或所有壁。衬里结构的孔或穿孔具有直径和表面能量以使得金属熔体能够在其中穿过。衬里结构由相对于金属熔体基本上为非氧化性的材料制成。
衬里结构应由与金属熔体特别是低碳钢不反应的材料制成。本发明的某些实施例的特征在于没有硅酸盐。用于制造中间包泡沫过滤器的材料适合于制造本发明的衬里结构。具体地，氧化锆、氧化铝、氧化镁、莫来石和这些材料的组合可适合于形成本发明的衬里结构并且在市场上可容易地获得。
衬里结构的孔或穿孔具有与浇铸的金属液体相兼容的壁表面能量，并允许金属熔体通过衬里结构的厚度直到其达到在衬里结构内的吸气体积，且耐火衬里形成冶金容器的内壁和底板。吸气体积被配置成使与耐火衬里相接触的金属熔体的面积最大化。与耐火衬里相接触的金属原子与氧化试剂诸如耐火衬里的扩散氧气或组分相接触，并快速反应在低碳钢熔体中形成氧化物，特别是FeO。然而，金属熔体被捕获在孔或穿孔和吸气体积内且不能流动。由于氧化反应的扩散控制的蔓延在静止的金属熔体中非常慢，因此反应将非常缓慢地传播通过衬里结构的厚度δ。流过衬里结构的金属熔体因此不会被氧化试剂接触直到氧化反应已蔓延通过层的厚度δ，其会比铸造操作花费更长的时间。
从上述说明可以清楚地看出，传统上在铸造操作中被用作过滤器的泡沫材料能够用于形成氧化缓冲层，但其并不用作金属穿过其流入和流出的过滤器而是用于限制金属的流动。在本发明的一个实施例中，具有第一孔隙度或第一总横截面穿孔面积的第一材料被用作与金属熔体的主体相接触的第一层，具有第二孔隙度或第二开放体积的总最大横截面积的第二材料被用作第二层，其被设置在衬里结构的第一层和第三背衬层之间。在这个实施例中第二材料的第二孔隙度或第二开放体积的总最大横截面积大于第一材料的第一孔隙度或第一总横截面穿孔面积。
作为泡沫板的替代物，在本发明的某些实施例中可使用蜂窝板。除了背衬衬里之外，这些还用于背衬衬里上且不用作背衬衬里的替代物。蜂窝单元的轴线(即，从一个开口延伸到另一个)应该垂直于其所施加到的壁或底板。根据在衬里中使用板的位置，每个单元均可充当第一层，其中单元充当孔或穿孔并控制熔体向第二层的流动，该第二层具有更大的孔隙度或吸气体积的横截面积(如在平行于板主平面的平面中测量的)；或充当第二层，其中板的单元充当吸气体积，并且具有吸气体积的更大的总横截面积(如在平行于板主平面的平面中测量的)，这是与具有孔隙度的总横截面积的覆盖第一层(如在平行于板主平面的平面中测量的)相比而言的。蜂窝结构的特征在于六边形单元。其他单元几何形状，诸如具有圆形或正方形的横截面的单元也可以是合适的。氧化锆、氧化铝、氧化镁、莫来石及其任意组合可以用于蜂窝板。
在本发明的另一个实施例中，具有背衬层的耐火容器设有延伸至容器内部的肋状物或突出物。具有孔或穿孔的第一层被安装在耐火容器的内部，以使得第一层的主表面与背衬层的肋状物或突出物相接触。肋状物或突出物被配置成使得吸气体积界定在背离金属熔体的主体的第一层的主表面和面向金属熔体的主体的背衬层的表面之间。在背离金属熔体的主体的第一层的主表面和面向金属熔体的主体的背衬层的表面之间的间隔可以在从(且包括)1mm至(且包括)50mm，从(且包括)1mm至(且包括)30mm，从(且包括)1mm至(且包括)20mm，从(且包括)2mm至(且包括)30mm的范围中。
根据本发明，一种用于耐火容器的衬里结构可以包括(a)第一层，该第一层具有第一层第一主表面以及被设置成与第一层第一主表面相对的第一层第二主表面，以及(b)第二层，该第二层具有第二层第一主表面以及被设置成与第二层第一主表面相对的第二层第二主表面，其中第一层第二主表面与第二层第一主表面相接触，其中第一层包括从第一层第一主表面通至第一层第二主表面的多个孔或穿孔，其中第二层包括至少一个吸气体积，其中至少一个吸气体积与第一层的至少一个孔或穿孔成流体连通，且其中至少一个吸气体积与第二层第二主表面成流体连通；且其中在第一层中的所有孔或穿孔的总横截面积小于在第二层中的所有吸气体积的总的最大横截面积。
在本发明的具体实施例中，第一层和第二层可以包括单个整体结构。衬里结构可以包括氧化锆、氧化铝、氧化镁或莫来石或这些材料的任意组合。在第二层中的所有吸气体积的总的最大横截面积可以是在第一层中的所有孔或穿孔的总横截面积的至少10倍，至少30倍，至少100倍，至少300倍，至少1000倍，至少3000倍或至少10000倍。第二层可以包括从第一层的第二主表面突出的多个支座结构。第二层可以包括多个凹室，其具有内部以及朝向第二层第二主表面方向的开口，且凹室的内部可以包括吸气体积。第二层可以包括多个凹槽，其具有内部以及朝向第二层第二主表面方向的开口，且凹槽的内部可以包括吸气体积。第二层还可以包括多个支座结构，其与第一层和第三层相连通。支座结构可以形成为任何合适的几何形状，诸如球体、圆柱体、圆锥截面或多边形棱柱。第一层和第三层可以设有接收几何形状，以使得当相对于第三层安装第一层时，支座结构被固定。
在本发明的具体实施例中，第一层具有的厚度在从(且包括)5mm至(且包括)150mm的范围中，在从(且包括)5mm至(且包括)100mm的范围中，在从(且包括)10mm至(且包括)150mm的范围中或在从(且包括)10mm至(且包括)100mm的范围中。在本发明的具体实施例中，第二层具有的厚度在从(且包括)1mm至(且包括)50mm的范围中，在从(且包括)2mm至(且包括)50mm的范围中，在从(且包括)5mm至(且包括)50mm的范围中，在从(且包括)1mm至(且包括)25mm的范围中，在从(且包括)2mm至(且包括)25mm的范围中以及在从(且包括)5mm至(且包括)25mm的范围中。
本发明的衬里结构还可以包括非穿孔的第三层或背衬层，其具有与第二层第二主表面相接触或连通的第三层第一主表面。第二层可以由从第三层第一主表面突出的多个支座结构形成或具有由其限定的厚度。
在第一层中的孔或穿孔可以具有在其与第一层主表面的相交处扩张的几何形状。孔或穿孔可以具有选自由圆形几何形状、椭圆形几何形状、卵形几何形状、正方形几何形状、矩形几何形状、多边形几何形状、平行四边形几何形状和透镜几何形状组成的组的横截面几何形状。孔或穿孔具有的最小横截面直径从(且包括)2mm至(且包括)50mm，从(且包括)2mm至(且包括)40mm，从(且包括)2mm至(且包括)25mm以及从(且包括)2mm至(且包括)15mm。孔或穿孔可以采用通道或狭缝的形式，该通道或狭缝是由在形成第一层的相邻板之间的间隔限定的，其中通道或狭缝提供在第一层第一主表面和第一层第二主表面之间的流体连通。
本发明还涉及如之前所述的衬里结构在耐火容器中的使用且涉及一种具有内部和外部的冶金容器，其中冶金容器的内部包括如之前所述的衬里结构。
本发明还涉及一种用于在转移期间使熔融金属的氧化最小化的工艺，其包括(a)将熔融金属转移到具有如之前所述的衬里结构的容器，以及(b)将熔融金属转移出该容器。
图2示出了根据本发明所述的衬里结构30。第一层34具有第一层第一主表面36以及被设置成与第一层第一主表面36相对的第一层第二主表面38。第二层42具有第二层第一主表面44以及被设置成与第二层第一主表面44相对的第二层第二主表面46。第一层第二主表面38与第二层第一主表面44相接触。第三层50具有第三层第一主表面52以及被设置成与第三层第一主表面52相对的第三层第二主表面54。第一层34包括从第一层第一主表面36通至第一层第二主表面38的多个穿孔60。元件62为在附图的平面中的穿孔的横截面。第二层42被示为包括至少一个吸气体积64，其与至少一个第一层的穿孔60成流体连通。至少一个吸气体积64与第二层第二主表面54进行流体连通。元件66为在附图的平面中的吸气体积64的横截面。
图3示出了包含根据本发明所述的衬里结构并具有内部体积82的冶金容器80。元件84为其中包含衬里结构的外壳、绝缘层和耐火安全层。元件84与第三层或背衬层50相连通。第三层或背衬层50与第二层42相连通。第二层42与第一层34相连通。第二层42包含多个吸气体积64。暴露的第一层第一主表面36包含穿孔60，通过其在内部体积82和歧管体积64之间提供流体连通。在使用中，将熔融金属引入内部体积82中。熔融金属中的一部分被允许进入，通过穿孔60并进入歧管体积64。熔融金属在歧管体积64中的移动受到约束。在歧管体积64中的金属可以完全或部分地保持熔融状态，或可以部分或完全地经历相变至固态。在任一相中的金属被认为将有助于本发明的操作，这是因为熔融金属将与背衬层50发出的物质发生反应，以防止其通至内部体积82中，且固体金属将提供针对背衬层50发出的物质的物理屏障。
图4示出了在包含根据本发明所述的衬里结构的冶金容器内的性质图。性质是以相关于自本发明的衬里的第三层50起的距离示出，其中金属熔体的流量Q在自衬里的第三层50起的距离δ处基本上为零，该层可以是衬有耐火材料的壁或底板。厚度δ的该中间相被称为“氧化缓冲层”。在这个实施例中，其对应于由第二层42支撑的第一层34的厚度。第一层34与冶金容器的内部体积82相连通。绘图线90示出了相关于与第三层50的距离的金属流量，其数值从左到右增加。绘图线92示出了相关于与第三层50的距离的氧化物的浓度，其数值从左到右增加。
图5示出了本发明的衬里的横截面100。第一层34由第二层42支撑，第二层42继而被支撑在第三层50的第三层第一主表面52上。第一层34包含穿孔60，其在容器的内部体积82和歧管体积64之间提供流体连通。第一层的内部主平面102为包含在第一层34内并平行于第三层50的第三层第一主表面52的平面。第二层的内部主平面104为包含在第二层42内并平行于第三层50的第三层第一主表面52的平面。
本发明的配置的穿孔结构可以被安装在耐火容器的背衬衬里上，将牺牲结构放置为与背衬衬里相接触。牺牲结构被配置成使得当其通过燃烧、热、化学或物理作用被移除时，将形成第一和第二层，该第一层和第二层具有使其能够发挥根据本发明所述的作用的结构。牺牲结构可以由纤维素、塑料或其他有机材料、石墨材料、玻璃、可渗透矿物质、气态材料或金属及其任意组合构成。用于牺牲结构中的材料可以采用片、粉末、喷涂浆料或凝胶的形式。随后，将一种或多种耐火材料施加至牺牲结构以便在移除牺牲结构之后提供根据本发明所述的第一和第二层。耐火材料可以通过喷补、喷涂、抹光、铸造、干式振动施加、喷射、注浆、浇注、注射或预成形件的放置等方式来施加。随后，耐火材料可以进行干燥、固化或稳定以根据需要使其凝固。随后，将所得到的分层结构暴露于物理或化学作用下，以移除或转化牺牲结构从而在第二层中产生歧管体积，其可以与冶金容器的内部成流体连通。
本发明的配置的穿孔结构可以通过提供预成形的结构以用作第一层并将预成形的结构置于接近第三层处而被安装在耐火容器的背衬衬里上。第一层和第三层可以经由从第一层突出的支座，经由从第三层突出的支座，或经由被设置在第一层和第三层之间的间隔物而彼此连通。第二层形成在第一层和第三层之间，且歧管体积形成在第二层的未被支座、间隔物或其他支撑结构占据的体积中。支座、间隔物或其他支撑结构可以被设置成提供第二层，其具有的厚度从(且包括)0.25mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm和10mm至(且包括)5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、15mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm和100mm。
在第一层中的穿孔可以具有允许从金属熔体主体通过第一层向第二层的歧管体积流动的任何结构。在第一层中的穿孔可以采用任何形式或形式的组合，其使它们能够发挥根据本发明所述的作用。穿孔具有圆柱形、棱柱形或截头圆锥形。穿孔可以在其与第一层的第一表面相交处具有斜面、圆锥形、直角或圆形轮廓。在第一层中的穿孔可以采用通道或狭缝或间隙的形式，该通道或狭缝或间隙在第一层包括相邻板的阵列的配置中形成在相邻的板之间。该通道或狭缝或间隙可以形成连续的网络。使一对相邻板相分离的各个通道或狭缝或间隙可以是连续的或可以是不连续的。板可以设有支座，其可以朝向第三层进行定向。可以通过机械方法，诸如移除牺牲材料，通过冲压，或通过钻孔来形成穿孔。
在第一层中的穿孔可以通过在被施加至第三层的整体材料中提供牺牲材料(其结合有或没有与第三层相连通的牺牲结构)而形成。随后，可以通过之前所述的方法移除或转化牺牲材料和牺牲结构。
在第二层中的歧管可以采用体积的形式，其中在第一层和第三层之间的间隔是由圆柱形式、圆锥形固体形式、矩形棱柱形式、多边形棱柱形式、球体或肋状物保持。
图6示出了可用于形成根据本发明所述的配置的穿孔结构的牺牲结构110。牺牲结构包含牺牲歧管图案112，其与第一层穿孔图案114相连通。牺牲歧管图案112可以包括第二层的支座穿孔116，其在安装在耐火容器中的第一层和第三层之间提供连通。在使用中，牺牲结构110被置于与第三层相连通处，以使得牺牲歧管图案112与第三层相连通。随后，在第一层穿孔图案上铸造耐火材料，以使得在第一层穿孔图案114的组件之间形成第一层的板，且使得铸造材料填充第二层的支座穿孔116。可替代地，牺牲结构110可以被配置成与第三层相配合，以使得源于第三层的突出物占据第二层支座穿孔116的至少一部分。填充第二层支座穿孔116的铸造材料在配置的穿孔结构的第一层和耐火容器的衬里的第三层之间形成支座结构。随后，可以通过之前所述的工艺移除牺牲材料。由填充在第一层穿孔图案114中的空体积的铸造材料得到的配置的穿孔结构的第一层包含可以采用在相邻板结构之间的通道或狭缝或间隙形式的穿孔。通道或狭缝或间隙可以沿板结构的边缘为连续的或可以是不连续的。通道或狭缝或间隙可以在板之间限定间隔，该间隔从(且包括)0.1mm至(且包括)10mm，从(且包括)0.5mm至(且包括)10mm，从(且包括)1mm至(且包括)10mm，从(且包括)2mm至(且包括)10mm，从(且包括)5mm至(且包括)10mm，从(且包括)0.1mm至(且包括)20mm，从(且包括)0.5mm至(且包括)20mm，从(且包括)1mm至(且包括)20mm，从(且包括)2mm至(且包括)20mm，从(且包括)5mm至(且包括)20mm，从(且包括)0.1mm至(且包括)30mm，从(且包括)0.5mm至(且包括)30mm，从(且包括)1mm至(且包括)30mm，从(且包括)2mm至(且包括)30mm，且从(且包括)5mm至(且包括)30mm。狭缝为长且窄的开口。狭缝可以具有等于或大于比其宽度大一个数量级的长度。
根据本发明构造的一种容器可以用于冶金工艺中。一种使用方法可以包括将熔融金属引入具有根据本发明所述的衬里的容器中，且随后通过水口从该容器移除熔融金属。
实例1
制备了衬有短效(fugitive)(或牺牲)内(或第二)层的多层中间包的样本板。短效内层被配置成在制造板的期间使第一(或外)层和第三(或背衬)层分离。
牺牲层可以由聚苯乙烯片、发泡聚乙烯片、硬纸板、泡沫聚合物或波纹片或将在2000华氏度(1100摄氏度)下烧掉并留下最少残留物的任何类似的材料形成。对于所述的具体实例而言，使用了在每一侧上具有波纹的硬纸板(加厚B型波纹heavy duty B flute)。在硬纸板的每一侧上的波纹的高度大约为3mm。
钢制切入孔成形机用于在波纹硬纸板中产生孔。具有3mm直径和38mm长度的木榫被插入垂直于硬纸板平面的孔中。
制备了五个板以供测试。
基板是由与在钢制中间包的内部被用作安全衬里的材料类似的超低水泥氧化铝可浇注料制备的。每个基板的尺寸为36英寸×24英寸×5英寸(90cm×60cm×12.5cm)。首先，使用Basilite喷涂机在基板上喷涂中间包衬里材料(Basilite，包含>70重量％的氧化镁的基于菱镁矿的轻质喷涂材料)至约1英寸(2.5cm)的厚度。随后，将具有根据表1的不同开口配置的牺牲层片(20英寸×12英寸，或50cm×30cm)牢固地按压在Basilite衬里上。随后，在整个表面上将基于氧化铝的材料(氧化铝>80重量％)喷涂至约为1英寸(2cm)的厚度。
在其中使用两个单独并排的牺牲层片的板中(板2、3和4)，将并排的牺牲层片布置成以约一英寸(2.5cm)的间隙分离。
在所选板的构造中，在牺牲层片中设有矩形开口。在牺牲层片中的矩形开口被测量为1"×6"(2.5cm×15cm)。在板构造期间，这些开口的体积填充有耐火材料，以使得通过开口在与牺牲层片的每一个表面相接触的衬里之间实现直接接触。
表1
在喷涂氧化铝喷涂料之后，板1、2、3和4保持完好。在板5上，喷涂的氧化铝开始向下滑动。在板5的氧化铝表面中产生可见的裂纹。
在热风干燥三小时后，所有的板均被垂直提升并移至炉底板。
观察到的是，波纹硬纸板的分层和压平发生在其是潮湿且不受支撑的时候，如在板5的情况下。Basilite衬里的表面平整度在短效层的适当放置中是很重要的。在喷涂基于氧化铝的层之后制作孔并将榫钉置于孔中只有在喷涂Basilite层之后硬纸板受到支撑时才能发挥作用。
随后将板置于炉底板上以在900华氏度(480摄氏度)下进行干燥。在烧制后，板1和2未显示明显的分裂裂纹。板3、4和5显示分裂裂纹，主要在基板-Basilite的界面上。
在板2上进行间隙连续性检查。将油墨引入形成在板的第一(或外)层中的开口中。观察到油墨流动到在板的第一层中形成的其他开口中，因此确认了吸气体积的网络的形成，其延伸遍及通过移除牺牲层而形成的整个区域。
在由短效层中的矩形狭槽产生的接触区域中观察到Basilite和氧化铝的粘合强度降低。
实例2
将多层材料的一部分从根据实例1中的描述而形成的板移除并使其固化以在2000华氏度(1100摄氏度)下烧制2小时。发现硬纸板短效层在烧制后留下9重量％的残留物，其具有为90.8重量％的LOI(灼烧失重)值。该残留物包含15.51重量％的Al2O3、23.84重量％的SiO2、51.32重量％的CaO、3.15重量％的MgO、0.70重量％的Na2O、0.330重量％的P2O5、1.63重量％的Fe2O3、0.62重量％的K2O、0.019重量％的Cr2O3、1.020重量％的TiO2和0.053重量％的ZrO2。
在烧制板之后，短效内层被转换成灰分或其他残留物。在这种情况下，大部分残留物来自于用于制造波纹硬纸板的加工添加剂。
本发明的许多修改和变化是可行的。因此，应理解在所附权利要求的范围内，本发明可以以与具体描述不同的其他方式实施。

Claims (18)

1.一种用于耐火容器的衬里结构，包括：
a)第一层，所述第一层具有第一层第一主表面以及被设置成与所述第一层第一主表面相对的第一层第二主表面，以及
b)第二层，所述第二层具有第二层第一主表面以及被设置成与所述第二层第一主表面相对的第二层第二主表面；
其中所述第一层第二主表面与所述第二层第一主表面相接触；
其中所述第一层包括从所述第一层第一主表面通至所述第一层第二主表面的多个穿孔；
其中所述第二层包括至少一个吸气体积，其中所述至少一个吸气体积与至少一个第一层穿孔成流体连通，且其中所述至少一个吸气体积与所述第二层第二主表面成流体连通；以及
其中在所述第一层中的所有穿孔的总的横截面积小于在所述第二层中的所有吸气体积的总的最大横截面积。
2.根据权利要求1所述的衬里结构，其中所述第一层和所述第二层包括单个整体结构。
3.根据权利要求1所述的衬里结构，其中所述衬里结构由选自以下组中的材料构成：由氧化镁、氧化铝、氧化锆、莫来石以及这些材料中的至少两者的组合所组成的组。
4.根据权利要求1所述的衬里结构，其中在所述第二层中的所有吸气体积的所述总的最大横截面积是在所述第一层中的所有穿孔的所述总的横截面积的至少10倍。
5.根据权利要求1所述的衬里结构，其中所述第二层包括从所述第一层第二主表面突出的多个支座结构。
6.根据权利要求1所述的衬里结构，其中所述至少一个吸气体积包括至少一个凹室。
7.根据权利要求1所述的衬里结构，其中所述至少一个吸气体积包括至少一个凹槽。
8.根据权利要求1所述的衬里结构，其中所述第一层具有在从5mm至100mm的范围中的厚度，并且包括5mm和100mm的厚度。
9.根据权利要求1所述的衬里结构，其中所述第二层具有在从1mm至50mm的范围中的厚度，并且包括1mm和50mm的厚度。
10.根据权利要求1所述的衬里结构，所述衬里结构还包括非穿孔的第三层，所述第三层具有与所述第二层第二主表面相连通的第三层第一主表面。
11.根据权利要求10所述的衬里结构，其中所述第二层包括从所述第三层第一主表面突出的多个支座结构。
12.根据权利要求1所述的衬里结构，其中所述穿孔在其与所述第一层第一主表面相交处具有扩张的几何形状。
13.根据权利要求1所述的衬里结构，其中所述穿孔具有选自由圆形几何形状、椭圆形几何形状、卵形几何形状、正方形几何形状、矩形几何形状、平行四边形几何形状和透镜几何形状组成的组的横截面几何形状。
14.根据权利要求1所述的衬里结构，其中所述穿孔具有多边形的横截面几何形状。
15.根据权利要求1所述的衬里结构，其中所述穿孔具有从2mm至50mm并且包括2mm和50mm的最小横截面直径。
16.根据权利要求1所述的衬里结构，其中所述第一层包括相邻板的阵列，且其中所述穿孔包括由相邻板界定的多个狭缝。
17.一种具有内部和外部的冶金容器，其中所述冶金容器的所述内部包括根据权利要求10所述的衬里结构。
18.用于使熔融金属的氧化最小化的工艺，包括：
a)将熔融金属转移到具有根据权利要求1所述的衬里结构的容器中，以及
b)将所述熔融金属转移出所述容器。
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