CN1094400C - 塞棒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种塞棒，该塞棒的气密性和刚性增强。尤其是，本发明的塞棒有用于在塞棒达到高温时保持使密封垫圈(11、11’)与耐火材料体的环形密封表面(10)接触的压紧力的装置。根据本发明的一个实施例，该装置由具有较高热膨胀系数的材料的衬套(12)提供，该衬套的膨胀使得密封垫圈在塞棒达到高温时保持压紧。

Description

塞棒
本发明涉及一种新的、用于调节从浇铸组中流出的熔融金属流量的塞棒，例如从分流器或浇铸桶中流出的钢或铸铁，尤其涉及一种具有用于安装在提升机构上的装置的单件式塞棒。在一特殊实施例中，该塞棒还有用于在连续浇铸操作过程中将惰性气体如氩气引入金属熔池的装置。
这样的塞棒及其用途已经是技术人员所公知的，尤其是可以通过美国专利4946083和5024422而了解，这两篇文献被本文参引。其中，这些文献介绍的单件式塞棒可以装在提升机构上，该塞棒包括：
a)一个细长的耐火材料体，该细长的耐火材料体有一个与塞棒体同轴的孔，并用于固定安装一个用于将其装在提升机构上的金属杆。该耐火材料体的轴向孔有一放大部分，该放大部分有一个与耐火材料体的上端间隔开的环形密封表面。用于安装金属杆的装置通常位于该放大部分和耐火材料体的下端之间。耐火材料体在其下端可以有将气体引入金属熔池的装置；以及
b)一个细长金属杆，该细长金属杆装在耐火材料体上，并有一个轴向孔，该轴向孔在其下部与耐火材料体的孔相通。该杆有一带有环形密封表面的轴环，该环形密封表面正对着耐火材料体的孔的环形密封表面，以便形成气密密封。杆的上端用于装在提升机构上，该提升机构可以使该塞棒在浇铸组内垂直移动，该浇铸组例如分流器。
通常使该塞棒通过杆的上端与气体供给管道相连，但这不是必须的。安装到耐火材料体上的装置通常位于轴环和金属杆的下端之间。当使用这样的塞棒时，引入塞棒的气体朝着耐火材料体的轴向孔的下部输送。通过在耐火材料体下部的、将气体引入金属熔池的装置，该塞棒将气体引入金属熔池。杆和耐火材料体的对向的环形密封表面防止惰性气体的明显损失和空气的透入。
为了进一步改进该密封，已经提出在该密封表面之间布置一个气密环形垫圈。例如，美国专利4946083指出，当布置有厚度为ca.0.4mm且材料能耐高温的垫圈时(该材料例如石墨)，杆和耐火材料体的环形密封表面之间的交界面提供了能够耐高达3巴的压力的密封。
德国专利DE-C1-4040189公开了一种塞棒，包括一细长耐火材料体，该耐火材料体有：
a)轴向孔和用于安装金属杆的装置(锁定销)；
b)一金属杆；以及
c)一衬套状体，包括在螺母作用下的密封垫圈。
在该文献的装置中，当通过逆着塞棒的上端拧螺母而将安装杆固定在塞棒体上时，必须要正确或精确地调节密封。当塞棒达到最终温度时，该系统不能自己密封，需要人工干预(拧螺母)。这样的在金属熔池上进行的干预很不容易，且极其危险。
该密封主要是为了高等级熔融金属的浇铸。首先，它必须保证能很好地防止将在浇铸过程中氧化熔融金属的空气的渗透。另一方面，它还必须使惰性气体的损失减至最小(当惰性气体通过塞棒而注入时)，该惰性气体的损失将导致生产成本过高，这是不能忽视的。
除了该密封问题，使塞棒尽可能坚固地安装在提升机构上也很重要。
不过，目前所用的系统还不能令人完全满意地解决这两个问题。
通过对该领域的研究，本申请人发现，这些问题实际是由于杆和耐火材料体的彼此相对的环形密封表面之间的密封垫圈不能在整个浇铸过程中保持压紧。
可以认为，密封垫圈不能压紧至少部分是由于构成塞棒的不同材料的热膨胀系数之间的差异。尤其是，在浇铸过程中塞棒所能达到的温度的作用下，金属杆将相对于耐火材料体而高度膨胀。金属杆的这一更大的膨胀导致杆和耐火材料体的环形密封表面分离，因此减小了密封垫圈的压紧力，同时导致了各种不利的后果。
根据本发明，通过使塞棒具有用于在塞棒达到高温时保持使密封垫圈与耐火材料体的环形密封表面接触的压紧力的特定装置而解决该问题。除了用于保持密封垫圈的压紧力的装置，本专利申请的塞棒与美国专利4946083和5024422所介绍的类似，该美国专利4946083和5024422为本文参引。
根据本发明，当塞棒达到高温时保持密封表面的压紧的装置通过一衬套而提供，该衬套呈在其端部开口的柱形形状，并装在金属杆上。
本发明涉及能够装在提升机构上的单件式塞棒，该塞棒包括：
一细长的耐火材料体，该耐火材料体有
(i)一个与耐火材料体同轴的孔，并用于固定安装一个用于将其装在提升机构上的金属杆，该轴向孔有一放大部分，该放大部分有一个与耐火材料体的上端间隔开的环形密封表面；
(ii)用于安装所述金属杆的装置；
一个固定在耐火材料体上的细长金属杆，该金属杆的上端将装在用于使塞棒在浇铸组内垂直位移的提升机构上；以及
一个衬套，该衬套在其下端有密封表面，该密封表面正对着耐火材料体的密封表面，该塞棒有位于金属杆上以阻挡衬套的装置，该塞棒的特征在于：该衬套由热膨胀系数大于金属杆的热膨胀系数的材料制成，并足够长，这样，在浇铸过程中塞棒所达到的温度的作用下，衬套充分膨胀，以便至少补偿金属杆膨胀的影响。
根据本发明的一个特殊实施例，塞棒可以与气体供给管道相连。因此，所述细长的耐火材料体在其下端有用于将气体引入金属熔池的装置，且所述金属杆有轴向孔，该轴向孔的下部与耐火材料体的孔相通。
图1是本发明一特殊实施例的塞棒的上部的局部剖面图。
在该图中，塞棒1包括一细长的耐火材料体2，该耐火材料体有一个从其上端4向其下端(未示出)延伸的轴向孔3。该耐火材料体在其下端可以有用于将惰性气体(未示出)引入金属熔池的装置，也可以没有该装置。该耐火材料体还有用于安装金属杆6的装置5。该金属杆6也有轴向孔7，该轴向孔7穿过该金属杆6从其上端8延伸到其下端9。上端8可以设计成可安装用于供给惰性气体的连接器(未示出)。而且，该杆的上端8用于固定在提升机构(未示出)上。高压气体例如氩气可以通过杆6引入耐热材料体的轴向孔3中，并通过耐火材料体的下端输送到金属熔池。
该耐火材料体2有形成密封表面的放大部分10。两个石墨垫圈(11和11’)靠在该密封表面上，从而防止空气的透入或惰性气体的损失。衬套12安装在杆6上并使垫圈11和11’保持压紧。衬套的上部13由垫片14挡住，该垫片14自身再由螺母15夹持住。
优选是，该垫片14与耐火材料体2的上端4接触，以便增加组件的刚性。
衬套12包括热膨胀系数大于金属杆6的材料，并且该衬套12足够长，这样，在浇铸过程中塞棒所能达到的温度的作用下，该衬套12充分朝金属杆的下端膨胀，以便至少补偿金属杆的膨胀影响。
优选是，衬套的膨胀能基本精确地补偿金属杆的膨胀。
如图1所示，如果需要，衬套12可以在耐火材料体2的上端4伸出，以便使衬套足够长。这时，优选是，垫片14有凸肩16，该凸肩16能够挡住衬套12，同时保证垫片14与耐火材料体2的上端4之间的接触。
衬套12装在金属杆6上，并与它形成自由配合，可以转动、滑动或只能滑动。衬套12的上端13刚好顶住固定定位在金属杆6上的阻挡装置14和15，这样，在膨胀的作用下，衬套12只能以与所示阻挡装置相反的方向而轴向伸长。
根据本发明的一个实施例，该阻挡装置包括类似于美国专利4946083和5024422所介绍的轴环，这两篇文献被本文参引。
构成衬套的材料及其长度根据构成金属杆(通常由热膨胀系数大约为12.5μm℃-1的钢棒加工而成)和耐火材料体(通常包括由等压压制而获得的、热膨胀系数大约为3-6μm℃-1的耐火材料)的材料和尺寸而进行选择。
构成衬套的材料及其长度可以由热物理的基本定律很容易地确定。
以这样在第一近似过程中确定的值开始，可以很容易地通过试验修正而优化该系统，该第一近似过程中确定的值通常能产生很好的结果。
根据本发明，衬套包括有较高的热膨胀系数的材料，能够承受在浇铸过程中塞棒所能达到的温度。例如，可以采用有较高热膨胀系数的耐火材料例如烧结的氧化镁。本申请的优选材料是从有较高热膨胀系数和较高熔点的金属或金属合金中选定的。
通常，衬套选用热膨胀系数为钢杆材料的1.1至3倍的材料。
当金属杆由热膨胀系数大约为12μm℃-1的钢棒加工而成时，不锈钢(例如，热膨胀系数大约为17.5μm℃-1)是特别合适的。
耐火材料体通常由普通的耐火材料构成，例如通常使用的基于硅酸铝石墨的耐火材料。例如，其通常的成分为：按重量百分数，Al2O3：53％，SiO2：13％，碳：31％和大约3％的其它材料，例如氧化锆ZrO2。
气密的环形垫圈11优选是布置于密封表面之间。通常采用的是厚度为0.2至30mm的石墨垫圈。
根据本发明，可以采用一个或多个普通垫圈。该环形密封垫圈布置于衬套的底面和耐火材料体的密封表面之间。
当将两个9mm的石墨垫圈放在衬套底面和耐火材料体的密封表面之间时，效果最好。
根据本发明的一个优选实施例，由耐火材料体2的放大部分10形成的密封表面和密封垫圈11(和11’)都是平的。实际上，这时能更好保持对垫圈11(和11’)的压紧。在一个实施例中，耐火材料体通过等压压制而成(热膨胀系数：3.6μm℃-1)，其厚度为9mm。金属杆由热膨胀系数为12.5μm℃-1的钢棒加工而成。
如果所用的不锈钢衬套的热膨胀系数为17.5μm℃-1，通过计算，衬套的长度将为ca.61mm。
根据本发明的另一实施例，当塞棒处于高温时用于保持密封垫圈的压紧力的装置通过使金属杆安装到耐火材料体上的安装点位于密封表面和杆的上部之间的位置处而形成。这时，膨胀越大，密封垫圈由于金属杆在浇铸过程中塞棒所达到的温度的作用下膨胀而被压得越紧。
根据本发明的一个特殊实施例，塞棒有防止金属杆与耐火材料体分离的装置。因此，当锚固在耐火材料体上并有轴向螺纹内孔的金属插入件作为将杆固定在耐火材料体上的装置时，通过使该杆在从耐火材料体中露出的位置处有一对平行平表面，并使一牢固连接在耐火材料体上的整体叉形凸缘支承在该平表面上，从而能防止该杆从插入件上拧松。该牢固连接可以通过用销钉插入一个穿过叉形凸缘的轴并伸入耐火材料体中而实现。这时，有利的是，本发明的垫片还能起到叉形凸缘的作用。根据本发明的另一实施例，塞棒的耐火材料体至少局部包括相对不能透过气体的耐火材料。尤其是，该耐火材料体包括至少两种不同的耐火材料，第一部分包括相对不透气的混合物且基本环绕着密封垫圈所处区域，第二部分包括耐熔融金属腐蚀的耐火材料。

Claims (13)

1.塞棒(1)，包括：
(a)一细长的耐火材料体(2)，该耐火材料体有
(i)一个与耐火材料体(2)同轴的孔(3)，并用于固定安装一金属杆(6)，用于将其装在提升机构上，该轴向孔(3)有一放大部分(10)，该放大部分有一个与耐火材料体(2)的上端(4)间隔开的环形密封表面；
(ii)用于安装所述金属杆(6)的装置(5)；
(b)一个固定在耐火材料体(2)上的细长金属杆(6)，该金属杆的上端(8)将装在用于使塞棒(1)在浇铸组内垂直位移的提升机构上；以及
(c)一个衬套(12)，该衬套(12)在其下端有密封表面，该密封表面正对着耐火材料体(2)的密封表面(10)，该塞棒有位于金属杆(6)上以阻挡衬套(12)的装置(14、15)，
其特征在于：该衬套(12)由热膨胀系数大于金属杆(6)的热膨胀系数的材料制成，并足够长，这样，在浇铸过程中塞棒所达到的温度的作用下，衬套(12)充分膨胀，以便至少补偿金属杆(6)膨胀的影响。
2.根据权利要求1所述的塞棒，其特征在于：该塞棒包括一个或多个与耐火材料体(2)的密封表面(10)接触的环形密封垫圈(11、11’)。
3.根据权利要求2所述的塞棒，其特征在于：该环形密封垫圈(11、11’)与耐火材料体(2)的密封表面(10)都是平的。
4.根据权利要求1所述的塞棒，其特征在于：所述金属杆(6)有轴向孔(7)，该轴向孔的下部(9)与耐火材料体(2)的孔(3)相通。
5.根据权利要求1所述的塞棒，其特征在于：该耐火材料体(2)在其下端有用于将气体引入金属熔池的装置。
6.根据权利要求1至5中任意一个所述的塞棒，其特征在于：该衬套(12)在耐火材料体(2)的上端(4)处凸出。
7.根据权利要求1至5中任意一个所述的塞棒，其特征在于：该衬套(12)由热膨胀系数是构成金属杆(6)的材料的热膨胀系数的1.1至3倍的材料构成。
8.根据权利要求1至5中任意一个所述的塞棒，其特征在于：该衬套(12)由不锈钢构成，该金属杆(6)包括钢，而该耐火材料体(2)由通过等压压制而获得的耐火材料构成。
9.根据权利要求1至5中任意一个所述的塞棒，其特征在于：在金属杆(6)上阻挡衬套(12)的装置包括轴环。
10.根据权利要求1至5中任意一个所述的塞棒，其特征在于：在金属杆(6)上阻挡衬套(12)的装置是一个螺纹固定在金属杆(6)上的螺母(15)，衬套(12)抵住该螺母。
11.根据权利要求10所述的塞棒，其特征在于：在金属杆(6)上阻挡衬套(12)的装置还包括一个或多个垫片(14)。
12.根据权利要求11所述的塞棒，其特征在于：所述垫片(14)有内轴肩，这样，衬套(12)可以在耐火材料体(2)的端头(4)处凸出，同时垫片(14)与耐火材料体(2)的上端(4)接触。
13.根据权利要求1至5中任意一个所述的塞棒，其特征在于：该塞棒还包括防止金属杆(6)与耐火材料体(2)分离的装置。
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