CN1094401C - 塞棒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单件式塞棒，该塞棒的气密性增强。尤其是，本发明的塞棒有耐火材料体，该耐火材料体至少局部包括相对不透气的耐火材料。

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。在一特定实施例中，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。用于固定在耐火材料体上的装置通常位于轴环和金属杆的下端之间。
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。
当使用这样的塞棒时，引入的气体向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。杆和耐火材料体的彼此对向的环形密封表面防止惰性气体的显著泄漏和空气的透入。
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环形气密垫圈。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。
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，当通过塞棒注入惰性气体时，它还必须使惰性气体的损失减至最小，该惰性气体的损失将导致生产成本过高，这是不能忽视的。
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不同的原因(杆的拧松、杆的膨胀…)，使得在杆和耐火材料体的彼此相对的环形密封表面之间的密封接头处产生密封损失。
因此，本申请人发现，通过采用一种特殊类型的耐火材料体，可以提高塞棒的密封性。
根据本发明，采用了一种具有耐火材料体的单件式塞棒，该耐火材料体至少局部由相对不透气的耐火材料构成。
因此，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：
(a)一细长的耐火材料体，该耐火材料体有
(i)一个与塞棒体同轴的孔，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；
(ii)用于安装所述金属杆的装置；以及
(b)一个安装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；其特征在于：所述耐火材料体至少局部包括相对不透气的耐火材料。
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。
“相对不透气的材料”的意思是指在塞棒的工作温度附近时材料的特定渗透率(以m2表示)小于通常采用的材料。优选是，在塞棒的工作温度附近时，相对不透气的耐火材料的渗透率小于通常采用的材料的渗透率的一半。普通材料的渗透率通常在5.10-17和5.10-16m2之间。根据本发明，该相对不透气的材料的渗透率优选是小于5.10-17m2。合适的、相对不透气的耐火材料可从包含有能减小孔隙的平均直径的添加剂的混合物中选择。这些添加剂是该领域所公知的。例如，耐火材料成分中可以包含助熔剂如碱金属(Na2O、K2O、CaO、B2O3…)、二氧化硅等。也可以包含在高温时形成碳化物的金属元素。还可以通过用对其颗粒度(granulometry)进行了选择的粉末成分来限制孔隙的平均直径，以便减小平均孔隙直径。
显然，可以将一个或多个这样的方法组合。优选是，在耐火材料成分中包含助熔剂。
本发明人发现，不容易获得能在不透气性和耐熔融金属腐蚀性之间进行很好地折衷的耐火材料。因此，根据本发明的一个特殊实施例，该耐火材料体包括至少两种不同的耐火材料，耐火材料体具有一个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的第一部分和一个包括耐熔融金属腐蚀的耐火材料的第二部分。根据该实施例，耐火材料体的与熔融金属接触的部分优选是主要包括耐腐蚀的耐火材料，而基本环绕着密封连接处所处区域的、包括相对不透气的混合物的部分不与熔融金属接触。
这时，可知相对不透气的材料是在塞棒的工作温度附近时渗透率小于耐腐蚀材料的渗透率的材料。优选是，在塞棒的工作温度附近时，该相对不透气的耐火材料的渗透率小于耐腐蚀材料的渗透率的一半。
普通耐腐蚀材料的渗透率通常在5.10-17和5.10-16m2之间。根据本发明，该相对不透气的材料的渗透率优选是小于5.10-17m2。
本发明的耐火材料体可以通过技术人员公知的任意普通方法制造；尤其是，该耐火材料体可以通过冷或热压制造，或者甚至通过等压压制而制造。为了方便，当耐火材料体包括多种不同的耐火材料时，优选是预先压制至少一个部分，通常该部分是不易接近的。通常，优选是压制耐火材料体的、包围着预先放置有密封垫圈的区域的那部分。
本专利申请所涉及的塞棒基本与美国专利4946083和5024422所介绍的类似，这两篇文献被本文参引。
作为一种变例，该塞棒还可以有用于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装置，正如本申请人在本专利申请的同一天提交的比利时专利申请中所介绍的一样。
图1和图2是根据本发明实施例的塞棒的上端的局部剖视图。
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延伸到其下端(未示出)的轴向孔3。该耐火材料体有用于将惰性气体(未示出)引入金属熔池的装置。
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用于安装一个用于供给惰性气体的连接器(未示出)。而且，该杆的上端8用于安装在提升机构(未示出)上。高压气体例如氩气可以通过杆6引入耐火材料体的轴向孔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。
耐火材料体2包括两种不同的耐火材料；该耐火材料体包括一个由相对不透气的混合物构成并基本环绕着密封垫圈11(和11′)所处区域的第一部分16和一个由耐熔融金属腐蚀的耐火材料构成的第二部分17。
在图1中，金属杆6有带环形密封表面的轴环12，该环形密封表面正对着耐火材料体的孔的环形密封表面10，以便形成气密密封。
在图2中，衬套14安装在杆6上并使垫圈11和11′保持压紧。衬套的上部由垫片13挡住，该垫片13自身再由螺母15夹持住。
优选是，该垫片13与耐火材料体2的上端4接触，以便增加组件的刚性。
衬套14包括热膨胀系数大于金属杆6的材料，并且该衬套足够长，这样，在浇铸过程中塞棒所能达到的温度的作用下，该衬套充分朝金属杆的下端膨胀，以便至少补偿金属杆的膨胀。
优选是，衬套的膨胀能基本精确地补偿金属杆的膨胀。
如图2所示，如果需要，衬套14可以在耐火材料体2的上端伸出，以便使衬套足够长。衬套14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14的上端刚好顶住固定定位在金属杆6上的阻挡装置13和15，这样，在膨胀的作用下，衬套14只能沿与所示阻挡装置相反的方向而轴向伸长。
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。本中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。
根据本发明的特殊实施例，塞棒还有防止金属杆与耐火材料体分离的装置。这样的装置在比利时专利申请No.9800838中介绍，该文献被本文参引。因此，当用有轴向螺纹内孔并锚固在耐火材料体上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松开。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。

Claims (9)

1.塞棒，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)，用于固定安装一金属杆(6)，用于将其装在提升机构上，该耐火材料体(2)的轴向孔(3)有一放大部分，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(10)；
(ii)用于安装所述金属杆(6)的装置(5)；以及
(b)一个安装在耐火材料体(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；
其特征在于：该耐火材料体(2)包括至少两种不同的耐火材料，第一部分(16)包括相对不透气的混合物且基本环绕着密封垫圈(11、11′)所处区域，该相对不透气的混合物的特定渗透率小于5.10-17m2，该材料不与熔融金属接触；以及至少一个第二部分(17)包括耐熔融金属腐蚀的耐火材料。
2.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。
3.根据权利要求1所述的塞棒，其特征在于：所述耐火材料体(2)在其下端有用于将气体引入金属熔池的装置。
4.根据权利要求1至3中任意一个所述的塞棒，其特征在于：在包含有能减小孔隙平均直径的添加剂的耐火材料中选择该相对不透气的材料，这些添加剂例如助熔剂和/或在高温时形成碳化物的金属元素。
5.根据权利要求4所述的塞棒，其特征在于：在包含助熔剂的材料中选择该相对不透气的材料，从碱金属氧化物或二氧化硅中选择助熔剂。
6.根据权利要求1至3中任意一个所述的塞棒，其特征在于：该相对不透气的材料由粉末成分制造，对该粉末成分的颗粒分析进行限定，从而获得有减小的特定渗透率的材料。
7.根据权利要求1至3中任意一个所述的塞棒，其特征在于：杆(6)和耐火材料体(2)的密封表面(10)之间的密封是通过位于杆(6)上的轴环(12)而保证的。
8.根据权利要求1至3中任意一个所述的塞棒，其特征在于：它还有用于保持使密封垫圈(11、11′)与耐火材料体(2)的环形密封表面(10)接触的压紧力的装置(14)。
9.根据权利要求8所述的塞棒，其特征在于：它还有装在杆(6)上的衬套(14)，该衬套作为用于保持密封垫圈(11、11′)的压紧力的装置。
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