CN109690218A - 具有封闭的金属层的冶金容器内衬 - Google Patents

具有封闭的金属层的冶金容器内衬 Download PDF

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Abstract

一种用于耐火容器的内衬结构30，包含第一层34；第二层42，该第二层与第一层接触，包含金属层或金属部件；以及第三层50，该第三层与第二层42接触。第二层中的金属部件64可包含被填充的横向通路，该横向通路在第二层的与第一层44接触的表面和第二层的与第三层46接触的表面之间，产生支撑结构68以在使用中保持耐火容器的结构完整性。

Description

具有封闭的金属层的冶金容器内衬
技术领域
本发明总体上涉及金属成形生产线，例如连续金属铸造生产线。具体地，其涉及一种用于冶金容器(例如中间包)的内衬，该内衬能够大大减少金属熔体中氧化物夹杂物的形成。
背景技术
在金属成形工艺中，金属熔体从一个冶金容器转移到另一个冶金容器、转移到模具或工具。例如，通常通过将金属熔体从熔炉转移到中间包的钢包来将金属熔体馈送到大容量的中间包。这允许金属从中间包连续浇铸到工具或模具中。由重力驱动，金属熔体通过位于容器底部的喷嘴系统流出冶金容器，通常设置有闸门系统以控制(打开或关闭)通过所述喷嘴系统的金属熔体的流动。为了抵抗金属熔体的高温，容器的壁衬有耐火材料。
金属熔体，特别是钢，对氧化具有高反应性，因此必须避开任何氧化物质(oxidative species)源。通常加入少量的铝来钝化铁，以防氧化物质与熔体接触。在实践中，似乎这通常不足以防止在熔体中形成氧化物夹杂物，其在由熔体产生的最终部件中产生缺陷。据观察，10千克钢铸件可含有最多可达10亿的非金属夹杂物，其中大部分是氧化物。聚集的夹杂物形成缺陷。必须通过研磨或切割从最终部件中去除缺陷。这些程序增加了生产成本并产生大量的废料。
夹杂物可以是与金属熔体反应的结果；这些夹杂物被称为内生夹杂物。外来夹杂物是那些不是由金属熔体的反应产生的材料，如沙子、炉渣和喷嘴的碎屑；外来夹杂物通常比内生夹杂物更粗大。
内生夹杂物主要包括铁的氧化物(FeO)、铝的氧化物(Al2O3)，以及存在于熔体中或与熔体接触的其他化合物的氧化物，例如MnO、Cr2O3、SiO2、TiO2。其他夹杂物可包括硫化物，以及在较小程度上的氮化物和磷化物。由于金属熔体处于非常高的温度(对于低碳钢而言为1600℃的量级)，很明显铁原子与氧化物的反应性非常高并且不能阻止反应。
迄今为止，减少钢铸件中夹杂物的存在的大多数措施包括将它们保留在形成它们的冶金容器中。本发明提出了一种不同的解决方案，其是通过用简单、可靠和经济的方法来大大减少冶金容器中内生夹杂物的形成。
发明内容
本发明是由所附的独立权利要求限定的。从属权利要求限定了各种实施例。具体地，本发明涉及一种用于铸造金属熔体的冶金容器的内衬。示例性的这种冶金容器包括底板，所述底板由在所述底板的整个周界上方的壁所围绕，以及位于所述底板上的出口或多个出口，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金属熔体与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处产生氧化缓冲层，使得在铸造使用时，所述氧化缓冲层中的金属流速基本上是零，并且所述氧化缓冲层中的内生夹杂物(特别是氧化物)的浓度显著高于金属熔体的主体中的浓度。
在一个特定的实施例中，用于在铸造使用中产生氧化缓冲层的结构包括固定层，所述固定层包括金属并内衬容器的所述底板和至少一些壁，所述固定层由耐火材料层封闭。因此，该结构由以下构成：与容器中的金属熔体接触的耐火材料的第一或工作层；在第一层下面是包含金属的第二层；在第二层之下是包括耐火材料的第三层。在使用时，金属可以在第二层中保持固态，或者可以在第二层中部分或完全转化为液态。穿孔是穿过层的通道或通路，使得流体能够从层的一侧传递到另一侧。在本发明的特定实施例中，容器中包含的金属熔体可以渗透到包含在该固定层的第一层中的孔隙或穿孔中，以被结合到第二层中。由于第二层与内衬冶金容器的壁和底板的耐火材料紧密接触，所述耐火材料被认为是形成内生杂物的主要反应物来源，无论是通过环境空气的扩散还是通过其中一些组分的反应，第二层中的金属可以以固体形式作为形成内生夹杂物的反应物的屏障，或者可以以液体形式保持远高于金属熔体的主体中的内生夹杂物浓度。
第一层可以由诸如氧化镁、氧化铝、氧化锆、莫来石以及这些材料中的任意材料的组合的材料制成。
第二层可以由钢、铝、合金或其任意组合制成。
附图说明
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部件；
图2示意性地示出了用于描述根据本发明的冶金容器的几何形状的术语的定义；
图3是包含根据本发明的内衬结构的冶金容器的透视图；
图4示出了金属流速Q和氧化铁浓度随着从根据本发明的冶金容器的壁或底板起的距离而变化的示意性表示；以及
图5示意性地示出了用于描述根据本发明的冶金容器的几何形状的术语的定义。
具体实施方式
从图1中的铸造装置10的描绘中可以看出，中间包通常设置有一个或多个出口，这些出口通常位于容器的一端或两端，并且远离从钢包14馈送金属熔体12的点。金属熔体通过钢包阀16和钢包喷嘴系统18离开钢包14进入中间包20中，并通过中间包阀24和中间包喷嘴系统26离开中间包20进入到模具28中。中间包的作用很像打开水龙头和打开出口的浴缸，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，也有助于任何夹杂物在主体内的分散。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的扩散的强控制。该假设通过实验得到了确认，其中将低碳钢熔体保持在放置在不含氧的调节室中的坩埚中。将管引入所述金属熔体中并以低速率注入氧气。一段时间后，使金属熔体固化，并分析由此获得的铸锭的组成。如所预期的，氧化区域被限制在氧气管出口周围的小区域，因此确认了氧化反应受到强扩散控制的假设。因此，如果可以停止金属流动，氧化也会停止。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剂起源于冶金容器的壁和底板。具体地，氧化剂被认为来自两个主要来源：
(a)耐火内衬的活性的氧化物，特别是硅酸盐，诸如橄榄石((Mg，Fe)2SiO4)；以及
(b)通过冶金容器的耐火内衬从环境中扩散并出现在所述容器(例如，中间包)的底板和壁的表面处的空气和水分。
通过实验室测试验证了该第二假设。
因此，解决方案从这两个初始假设开始：
(a)金属氧化反应速率受扩散控制，及
(b)金属氧化剂从冶金容器的壁和底板馈送至熔体。
本发明人开发了以下解决方案，用于防止在金属熔体的主体中形成内生夹杂物。如果可以将形成金属熔体的原子固定在靠近氧化物质的来源(即冶金容器的壁和底板)处，则会形成“钝化层”或“缓冲层”，其将被氧化，但是，由于扩散非常缓慢并且没有任何明显的流动，氧化反应不会蔓延到金属熔体的主体中。该原理在图4中示意性地示出，其中金属熔体的流速Q在距衬有耐火材料的壁或底板的距离δ上基本为零。厚度δ的该中间相在本文中称为“氧化缓冲层”。在该层中，氧化物的浓度显著高于金属熔体的主体中的氧化物浓度。原因是氧化物质的来源是冶金容器的壁和底板。由于氧化缓冲层中的流速几乎为零，氧化反应是扩散控制的，因此氧化反应不会快速蔓延。然而，在所述氧化缓冲层上方，金属熔体的流速增加并且氧化反应将会更快速地蔓延，但是，由于没有任何氧化剂，在缓冲层上方仅发生非常有限的氧化反应。
显然，尽管在上述说明中已经提到氧化反应，但是如作适当调整，同样适用于其他反应，例如硫化物、氮化物和磷化物的形成，其与诸如Fe的原子的反应速率也是扩散控制的。
根据本发明，可以使用各种设备或装置用于形成氧化缓冲层。在第一实施例中，该设备采用内衬结构的形式，其中金属层或金属部件夹在或封闭在两层耐火材料之间。封闭的金属内衬结构可用于对耐火容器的部分或全部底板进行内衬，并且可用于对耐火容器的部分或全部壁进行内衬。封闭的金属内衬结构的外层或封闭层由相对于金属熔体基本上非氧化性的材料制成。
封闭的金属内衬结构的外层或封闭层应由不与金属熔体(特别是低碳钢)反应的材料制成。本发明的某些实施例的特征在于不存在硅酸盐。用于制造中间包泡沫过滤器的材料适用于制造本发明的外层或封闭层。特别地，氧化锆、氧化铝、氧化镁、莫来石和这些材料的组合可适用于形成本发明的外层或封闭层，并且在市场上易于获得。
第二层配置成使在平行于容器的壁的平面中的金属的面积最大化。如果第二层的金属是固体形式，则它物理地防止氧化剂从第三层进入第一层并因此进入金属熔体的体积中。如果第二层中的金属被部分或完全地转化为熔融形式，则与耐火内衬接触的金属原子与氧化剂(例如，扩散的氧气或耐火内衬的组分)接触，并快速反应形成氧化物，特别是低碳钢熔体中的FeO。然而，任何金属熔体基本上都被困在第二层内，并且不能显著地流入容器内所含的熔融金属的主体中。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缓慢，因此反应将非常缓慢地传播通过内衬结构的厚度δ。因此，在内衬结构上流过的金属熔体不会与氧化剂接触，直到氧化反应进行穿过层的厚度δ，这可能花费比铸造操作更长的时间。
从以上说明中可以清楚地看出，在铸造操作中使用的耐火材料可以用在本发明的内衬结构的第一层和第三层中。第一层和第三层可以是整体的或由板组成。
被结合到第二层中的金属可以以具有明显大于第三或厚度尺寸(dimension)的两个正交尺寸的任何形式提供，例如以箔、片、板、浆料或压制粉末(compressed powder)的形式。为了确保在冶金成形操作期间第一层相对于第三层保持固定，第二层中的金属可以具有由一定距离分开的多个片或板的形式，耐火材料可以放置在该距离中。在本发明的某些实施例中，构成第二层的金属片或板可以设置有横向孔以容纳耐火材料，例如耐火材料构成第一层，使得当片或板被压入第三层时，或者当第一层的耐火材料应用在片或板上时，耐火材料穿透孔并形成相对于第三层固定第一层的位置的支座。在本发明的某些实施例中，构成第二层的金属片或板可以设置有凹陷或突起，使得当将片或板压入第三层时，或当第一层的耐火材料应用在片或板上时，在第一层或第三层中形成用于凹陷或突起的接收几何形状，以使第二层与第一层或第三层接合。
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第三或背衬层的表面之间的间隔或第二层的厚度可以在从(且包括)0.01mm至(且包括)10mm、从(且包括)0.01mm至(且包括)20mm、从(且包括)0.01mm至(且包括)50mm、从(且包括)0.01mm至(且包括)100mm、从(且包括)0.01mm至(且包括)150mm、从(且包括)0.05mm至(且包括)10mm、从(且包括)0.05mm至(且包括)20mm、从(且包括)0.05mm至(且包括)50mm、从(且包括)0.05mm至(且包括)100mm、从(且包括)0.05mm至(且包括)150mm、从(且包括)0.1mm至(且包括)10mm、从(且包括)0.1mm至(且包括)20mm、从(且包括)0.1mm至(且包括)50mm、从(且包括)0.1mm至(且包括)100mm、从(且包括)0.1mm至(且包括)150mm、从(且包括)0.5mm至(且包括)10mm、从(且包括)0.5mm至(且包括)20mm、从(且包括)0.5mm至(且包括)50mm、从(且包括)0.5mm至(且包括)100mm、从(且包括)0.5mm至(且包括)150mm、从(且包括)1mm至(且包括)20mm、从(且包括)1mm至(且包括)30mm、从(且包括)1mm至(且包括)50mm、从(且包括)1mm至(且包括)100mm、从(且包括)1mm至(且包括)150mm、从(且包括)2mm至(且包括)30mm、从(且包括)2mm至(且包括)50mm、从(且包括)2mm至(且包括)100mm、从(且包括)2mm至(且包括)150mm的范围内。
根据本发明，用于耐火容器的内衬结构可包括(a)第一层，该第一层具有第一层第一主表面和与第一层第一主表面相对设置的第一层第二主表面，和(b)第二层，该第二层具有第二层第一主表面和与第二层第一主表面相对设置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接触；以及(c)非穿孔的第三层，该第三层具有与第二层第二主表面接触的第三层第一主表面，其中第二层包括金属部件，该金属部件具有与第二层第一主表面(或第三层第一主表面)平行或相邻的主表面。第一层、第二层和第三层都可以平行取向。非穿孔层是未经过产生穿过层并使流体能够从层的一侧传递到另一侧的通道或通路的过程的层。主表面是具有大于物体的所有表面的中值的面积的表面。与第三层第一主表面或第二层第一主表面平行或相邻的金属部件表面的面积可具有第三层第一主表面的面积或第二层第一主表面的面积的从(且包括)50％至(且包括)100％、从(且包括)50％至(且包括)99％、从(且包括)50％至(且包括)95％、从(且包括)80％至(且包括)95％、或从(且包括)80％至(且包括)99％的值。内衬结构的第一层可包括耐火材料，例如氧化镁、氧化铝、氧化锆、莫来石、以及这些材料的任意组合。内衬结构的第三层可包括耐火材料，例如氧化镁、氧化铝、氧化锆、莫来石、以及这些材料的任意组合。第二层中的金属部件可包含在第二层第一主表面和第二层第二主表面之间的通路。通路可以填充有耐火材料，以在第一层和第三层之间产生支撑结构。金属部件中的通路的横截面积的总和或通过金属部件的支撑结构的横截面积的总和可以具有第二层第一主表面的面积的从(且包括)0.1％至(且包括)10％、从(且包括)0.5％至(且包括)10％、或从(且包括)1％至(且包括)10％、从(且包括)0.1％至(且包括)30％、从(且包括)0.5％至(且包括)30％、以及从(且包括)1％至(且包括)30％的值。
内衬结构的第二层可包括由箔、片、板或一定体积的浆料或压制粉末构成的金属部件，其具有平行于第二层第一主表面定向的、三个正交尺寸中的较大的二个尺寸，其中第二层中的金属部件中的所有间隙或中断的、在平行于第二层的主平面的平面中的总面积小于第二层中的金属部件的、在平行于第二层的主平面的平面中的总面积。在本发明的某些实施例中，第二层中的金属部件中的所有间隙或中断的、在平行于第二层的主平面的平面中的总面积(定义为“a1”)和第二层中的金属部件的、在平行于第二层的主平面的平面中的总面积(定义为“a2”)可以具有比率r＝a1/a2，使得r等于或小于1.0、等于或小于0.5、等于或小于0.1、等于或小于0.05、等于或小于0.02、等于或小于0.01、等于或小于0.007、等于或小于0.005、或者等于或小于0.002。
在本发明的特定实施例中，第二层可以包括从第三层的第一主表面突出的多个支座结构，设置成将第二层的金属部件保持就位。在本发明的特定实施例中，第二层可包括从第一层的第二主表面突出的多个支座结构，设置成将第二层的金属部件保持就位。支座结构可以形成为任何合适的几何形状，例如球体、圆柱体、圆锥截面或多边形棱柱。第一层和第三层可以设置有接收几何形状，使得当第一层相对于第三层安装时，支座结构被固定。
在本发明的特定实施例中，第二层可包括与第二层的金属部件接触的牺牲结构。牺牲结构被配置成使得当通过燃烧、热、化学或物理作用将其去除时，第二层中的金属将能够随着温度的升高而膨胀，而不会损害其所接触的耐火层的结构完整性。在本发明的一些实施例中，第二层中的金属片或其他金属部件中的一些或全部穿孔或孔可以填充有牺牲材料，以适应加热时金属的体积膨胀。牺牲结构可由纤维素、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。牺牲结构中使用的材料可以采用片、粉末、喷涂浆料或凝胶的形式。牺牲结构被放置成与第二层中的金属接触，作为在制备根据本发明的内衬中组装第二层的过程的一部分。然后将一种或多种耐火材料应用到牺牲结构上，以在去除牺牲结构后提供根据本发明的第一和第二层。
牺牲结构的体积可以在与其接触的金属的体积的从(且包括)0.05％至(且包括)20％、从(且包括)0.05％至(且包括)15％、从(且包括)0.05％至(且包括)10％、0.05％至(且包括)5％、从(且包括)0.05％至(且包括)2％、从(且包括)0.05％至(且包括)1％、从(且包括)0.05％至(且包括)0.5％、从(且包括)0.1％至(且包括)20％、从(且包括)0.1％至(且包括)15％、从(且包括)0.1％至(且包括)10％、从(且包括)0.1％至(且包括)5％、从(且包括)0.1％至(且包括)2％、从(且包括)0.1％至(且包括)1％、从(且包括)0.1％至(且包括)0.5％、从(且包括)0.2％至(且包括)20％、从(且包括)0.2％至(且包括)15％、从(且包括)0.2％至(且包括)10％、从(且包括)0.2％至(且包括)5％、从(且包括)0.2％至(且包括)2％、从(且包括)0.2％至(且包括)1％、从(且包括)0.2％至(且包括)0.5％的范围内。
在本发明的特定实施例中，第一层的厚度可以在从(且包括)1mm至(且包括)150mm的范围内、从(且包括)1mm至(且包括)100mm的范围内、从(且包括)1mm至(且包括)50mm的范围内、从(且包括)5mm至(且包括)150mm的范围内、从(且包括)5mm至(且包括)100mm的范围内、从(且包括)5mm至(且包括)50mm的范围内、从(且包括)10mm至(且包括)150mm的范围内、从(且包括)10mm至(且包括)100mm的范围内、或从(且包括)10mm至(且包括)50mm的范围内。
在本发明的特定实施例中，第二层的厚度可以在从(且包括)0.01mm至(且包括)150mm的范围内、从(且包括)0.01mm至(且包括)100mm的范围内、从(且包括)0.01mm至(且包括)50mm的范围内、从(且包括)0.05mm至(且包括)150mm的范围内、从(且包括)0.05mm至(且包括)100mm的范围内、从(且包括)0.05mm至(且包括)50mm的范围内、从(且包括)0.1mm至(且包括)150mm的范围内、从(且包括)0.1mm至(且包括)100mm的范围内、从(且包括)0.1mm至(且包括)50mm的范围内、从(且包括)0.5mm至(且包括)150mm的范围内、从(且包括)0.5mm至(且包括)100mm的范围内、从(且包括)0.5mm至(且包括)50mm的范围内、从(且包括)1mm至(且包括)150mm的范围内、从(且包括)1mm至(且包括)100mm的范围内、从(且包括)1mm至(且包括)50mm的范围内、从(且包括)5mm至(且包括)150mm的范围内、从(且包括)5mm至(且包括)100mm的范围内、从(且包括)5mm至(且包括)50mm的范围内、从(且包括)10mm至(且包括)150mm的范围内、或从(且包括)10mm至(且包括)100mm的范围内、或从(且包括)10mm至(且包括)50mm的范围内。
本发明还涉及如前所述的内衬结构在耐火容器中的用途，以及具有内部和外部的冶金容器，其中冶金容器的内部包括如前所述的内衬结构。
本发明还涉及一种在转移过程中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如前所述的内衬结构的容器中，和(b)将熔融金属转移出容器。
图2描绘了根据本发明的内衬结构30。第一层34具有第一层第一主表面36和与第一层第一主表面36相对设置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和与第二层第一主表面44相对设置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接触。第三层50具有第三层第一主表面52和与第三层第一主表面52相对设置的第三层第二主表面54。在本发明的某些实施例中，第一层34包括从第一层第一主表面36到第一层第二主表面38的多个穿孔60。元件62是在附图的平面中的穿孔的截面。第二层42示出为包含与至少一个第一层穿孔60接触的第二层的金属部件64。金属部件64与第二层第二主表面46接触。元件66是金属部件64的面积的尺寸。元件68是支撑结构，其在内衬结构30的构造期间能够定位金属部件64，并且能够保持第一层34和第三层50之间的间隔。支撑结构68可以包括来自第三层50的耐火材料，当金属部件64被按压成与第三层50接触时，来自第三层50的耐火材料被迫进入第二层42。支撑结构68可以包含来自第一层34的耐火材料，该耐火材料是由将耐火材料应用到第二层第一主表面，以及填充第二层第一主表面44和第二层第二主表面46之间的金属部件64中的开口或通路得到的。支撑结构68可以包括构成金属部件64的分开的金属片之间的体积，或者可以包括从第二层第一主表面44延伸到第二层第二主表面46的金属部件64中的开口或通路。支撑结构70的截面的尺寸是在数学上产生支撑结构的截面积的尺寸。
图3描绘了包含根据本发明的内衬结构的冶金容器80，并且其具有内部容积82。元件84是壳体、绝缘层和耐火安全层，其中包含内衬结构。元件84与第三层或背衬层50接触。第三层或背衬层50与第二层42接触。第二层42与第一层34接触。第二层42包含金属部件体积64。在冶金容器80的使用期间，暴露的第一层34的第一层第一主表面36接触熔融金属。在使用中，熔融金属被引入到内部容积82中。第二层42中的金属可以完全地或部分地保持在固态，或者可以部分地保持或者完全经历相变至熔融状态。第二层42中的任何熔融金属都将受到约束。据信，任一相的金属都将有助于本发明的操作，因为熔融金属将与背衬层50发出的物质反应以防止它们进入内部体积82，并且固体金属将为通过背衬层50发出的物质提供物理屏障。
图4描绘了含有根据本发明的内衬的冶金容器内的性质图，假设第二层42中的金属至少部分熔融。示出了相关于自本发明的内衬的第三层50起的距离的性质，其中金属熔体的流速Q在距离内衬(其可以是衬有耐火材料的壁或底板)的第三层50的距离δ上基本为零。厚度δ的该中间相被称为“氧化缓冲层”。在该实施例中，它对应于由第二层42支撑的第一层34的厚度。第一层34与冶金容器的内部容积82接触。绘图线90表示相关于距第三层50的距离的金属流速，其值从左向右增加。绘图线92表示相关于距第三层50的距离的氧化物的浓度，其值从左向右增加。
图5描绘了本发明的内衬的截面100。第一层34由第二层42支撑，第二层42转而又支撑在第三层50的第三层第一主表面52上。第一层内部主平面102是包含在第一层34内并平行于第三层50的第三层第一主表面52的平面。第二层内部主平面104是包含在第二层42内并平行于第三层50的第三层第一主表面52的平面。元件68是能够在内衬结构30的构造期间定位金属部件64并且保持第一层34和第三层50之间的间隔的支撑结构。它可以由在内衬构造期间通过朝向第三层50的、金属部件64上的压力挤压的通过金属部件64中的通路的耐火材料形成，或者由在内衬构造期间通过朝向第三层50的、金属部件64上的压力围绕金属部件64的一部分的周边挤出的耐火材料形成。
本发明构造的结构可以通过提供耐火材料(例如超低水泥氧化铝可浇注料)的基板和在基板上喷涂中间包内衬材料(例如含有从(且包括)70重量％的镁砂(magnesite)至(且包括)100重量％的镁砂的镁砂喷涂材料)以形成第三层而形成。然后将金属部件片牢固地压在基板上的镁砂喷涂材料上以形成第二层。然后将氧化铝基材料(例如含有从(且包括)80重量％的氧化铝至(且包括)100重量％的氧化铝的材料)喷涂在第二层上以形成第一层。用于金属部件的支撑结构可以通过将金属部件片压在第三层上，使得第三层的材料围绕金属部件片或者使得第三层的材料被迫进入金属片的横向开口中而形成。在本发明的另一个实施例中，金属粉末可用于形成金属部件或层，第一和第三层中的耐火材料可以以干式可振动(dry-vibratable)的耐火内衬的形式提供。在本发明的又一个实施例中，可以将含金属的浆料喷涂到第三层上以形成金属部件或层。
耐火材料可以通过喷补(gunning)、喷涂(spray)、涂抹(trowelling)、铸造(casting)、干式振动施加(dry-vibration application)、喷射(shotcreting)、灌浆(grouting)、浇注(pouring)、注射(injection)或放置预成形件来应用。然后可以将耐火材料干燥、硬化或稳定化，以根据需要固化它们。然后将所得的层状结构暴露于物理或化学作用以除去或转化任何牺牲结构，以提供容纳金属部件的热膨胀的体积。
第二层的厚度可以从(且包括)0.01mm、0.02mm、0.05mm、0.10mm、0.25mm、0.50mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm至(且包括)5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、15mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm。
根据本发明构造的容器可用于冶金工艺。使用方法可包括将熔融物金属引入到具有根据本发明的内衬的容器中，随后通过喷嘴从容器中除去熔融金属。
实例I
为了测试，基板由超低水泥氧化铝可浇注料(类似于在钢中间包内部被用作安全内衬的材料)制备。每个基板的尺寸为36英寸(inches)×24英寸×5英寸(90cm×60cm×12.5cm)。首先，使用Basilite喷涂机将中间包内衬材料(Basilite，含有>70重量％的氧化镁的轻质镁砂基喷涂材料)喷涂在基板上至约1英寸(2.5cm)的厚度。具有不同开口布置的金属部件片(20英寸×12英寸，或50cm×30cm)牢固地压在Basilite内衬上。然后，在表面上喷涂氧化铝基材料(氧化铝>80重量％)至约1英寸(2cm)的厚度。
在所选的板的构造中，将在金属部件片中提供通路或开口。在板的构造期间，这些开口的容积将被填充耐火材料，使得通过开口在与金属部件片的每个表面接触的内衬之间形成直接接触。
将金属部件风干，然后在1000华氏度下烧制3小时，以提供关于内衬的干燥表现以及结构完整性的信息。
实例II
使用MgO坩埚(12英寸高，7.5英寸ID)进行测试。将具有所需厚度和5.5英寸-6英寸OD以及10.5英寸高的金属空心圆柱体置于坩埚的中心。金属空心圆柱体可以在内部侧表面和外部侧表面之间设置有穿孔。在坩埚的构造期间，这些穿孔可以填充牺牲材料。MgO坩埚的内壁和金属圆柱体的外壁之间的空间填充有中间包内衬材料(例如Basilite)。然后将圆柱形的金属心轴放置在已经包含中空金属圆柱体的坩埚的中心。然后，金属圆柱体的内壁和心轴之间的空间被中间包内衬材料(主要是高氧化铝)填充。在230华氏度下将坩埚干燥1小时后去除心轴。然后将坩埚在450华氏度下干燥24小时，随后在2700华氏度下烧制5小时。然后检查坩埚。
本发明的许多修改和变化都是可行的。因此，应理解，在所附权利要求的范围内，本发明可以以不同于具体描述的方式实施。
本发明的元件：
10.铸造装置
12.金属熔体
14.钢包
16.钢包阀
18.钢包喷嘴系统
20.中间包
24.中间包阀
26.中间包喷嘴系统
28.模具
30.内衬结构
34.第一层
36.第一层第一主表面
38.第一层第二主表面
42.第二层
44.第二层第一主表面
46.第二层第二主表面
50.第三层
52.第三层第一主表面
54.第三层第二主表面
60.穿孔
62.穿孔的截面的尺寸
64.金属部件
66.第二层的金属部件的面积的尺寸
68.支撑结构
70.支撑结构的截面的尺寸
80.冶金容器
82.冶金容器的内部容积
84.冶金容器的壳体
90.相关于距第三层的距离的金属流速
100.本发明的内衬的截面
102.第一层内部主平面
104.第二层内部主平面。

Claims (16)

1.一种用于耐火容器的内衬结构30，包括：
a)第一层34，其具有第一层第一主表面36和与第一层第一主表面36相对的第一层第二主表面38，以及
b)第二层42，其具有第二层第一主表面44和与第二层第一主表面44相对的第二层第二主表面46；
其中所述第一层第二主表面38与所述第二层第一主表面44接触；以及
c)非穿孔的第三层50，其具有第三层第一主表面52，所述第三层第一主表面与所述第二层第二主表面46接触，
其中所述第二层42包括金属部件64，所述金属部件具有与所述第三层第一主表面52相邻的主表面。
2.根据权利要求1所述的内衬结构30，其中所述金属部件64与所述第三层第一主表面52相邻的面积为所述第三层第一主表面52的面积的50％(含50％)至100％(含100％)。
3.根据权利要求2所述的内衬结构30，其中所述金属部件64与所述第三层第一主表面52相邻的面积为所述第三层第一主表面52的面积的50％(含50％)至99％(含99％)。
4.根据权利要求3所述的内衬结构30，其中所述金属部件64与所述第三层第一主表面52相邻的面积为所述第三层第一主表面52的面积的50％(含50％)至95％(含95％)。
5.根据权利要求1所述的内衬结构30，其中所述金属部件64与所述第三层第一主表面52相邻的面积为所述第三层第一主表面52的面积的80％(含80％)至99％(含99％)。
6.根据权利要求1所述的内衬结构30，其中所述内衬结构的所述第一层34的材料包括选自氧化镁、氧化铝、氧化锆、莫来石或这些材料的任一材料组合的材料集合。
7.根据权利要求6所述的内衬结构30，其中所述内衬结构的所述第一层34包括氧化铝。
8.根据权利要求1所述的内衬结构30，其中所述内衬结构的所述第三层50的材料包括选自氧化镁、氧化铝、氧化锆、莫来石或这些材料的任一材料组合的材料集合。
9.根据权利要求8所述的内衬结构30，其中所述内衬结构的所述第三层50包括氧化镁。
10.根据权利要求1所述的内衬结构30，其中所述金属部件64包括在所述第二层第一主表面44和所述第二层第二主表面46之间的通路。
11.根据权利要求10所述的内衬结构30，其中所述金属部件64中的所述通路的横截面积的总和为所述第二层第一主表面44的面积的1％(含1％)至30％(含30％)。
12.根据权利要求1所述的内衬结构30，其中所述第一层34具有在1mm(含1mm)至50mm(含50mm)的范围内的厚度。
13.根据权利要求1所述的内衬结构30，其中所述第二层42具有在0.01mm(含0.01mm)至50mm(含50mm)的范围内的厚度。
14.根据权利要求1所述的内衬结构30在耐火容器中的应用。
15.一种冶金容器，其具有内部和外部，其中所述冶金容器的所述内部包括根据权利要求1所述的内衬结构30。
16.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所述的内衬结构30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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