CN114555263A - 水口更换器系统的可换式水口、制造这样的水口的方法、包括这样的水口的水口更换器系统和包括这样的水口更换器系统的中间包 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于方坯铸造的水口更换器系统的可换式水口、制造这样的水口的方法、包含这样的水口的水口更换器系统和包含这样的水口更换器系统的中间包。
Description
本发明涉及用于方坯浇铸的水口更换器系统的可换式水口、制造这样的水口的方法、包括这样的水口的水口更换器系统和包括这样的水口更换器系统的中间包。
在方坯浇铸中，尤其是在开放式浇铸中，在连续浇铸装置的中间包中提供熔融金属，特别是钢熔体。在中间包的底部提供出口，通过该出口可将中间包中提供的熔融金属排放到位于中间包下方的模具中。在模具中，熔融金属固化成方坯。
中间包底部的这种出口在连续方坯浇铸中被称为定径水口（metering nozzle）。这些水口调节从中间包流入模具中的熔融金属的流量。
这样的定径水口也被称为水口更换器系统。这样的水口更换器系统包括永久安装在中间包底部的第一水口。固定在中间包底部的这种第一水口被称为“上水口”。这样的上水口通常包括耐火组件，在其中嵌入管状构件。以这样的方式将上水口布置在中间包的底部使得熔融金属可流过管状构件。在实践中，上水口的这种管状构件通常被称为“嵌件”。
除上水口外，水口更换器系统还包括可换式水口，所述可换式水口也包括管状构件，所述管状构件在实践中也通常被称为“嵌件”。在实践中，这样的可换式水口也被称为“飞水口（flying nozzle）”。
可换式水口的管状构件也通常嵌入在耐火材料，特别是陶瓷耐火材料中。
在水口更换系统中，可换式水口可以这样的方式连接到上水口，使得上水口的管状构件和可换式水口的管状构件形成连续通道，通过该连续通道可将熔融金属从中间包排出。
在用于连续浇铸的中间包中使用这样的水口更换器系统具有的特定优点在于，例如在可换式水口磨损的事件中或者如果需要换成另一直径的水口通道，可换式水口可从其与上水口的连接中释放并被新的可换式水口替换。在实践中，水口更换器用于将可换式水口连接在上水口部件（block）上并将其从上水口释放。水口更换器系统的这种水口更换器是装置，特别是机械装置，其也可液压操作。
原则上，这样的水口更换器系统已在实践中证明是可行的。
但是，本发明申请的发明人已经发现，在这样的水口更换器系统中，当熔融金属流过上水口和与其连接的可换式水口时，在上水口和可换式水口之间可形成间隙。但是，这会将熔融金属排入间隙中，其可在间隙中固化。但是，在上水口和可换式水口之间的这种固化金属会阻碍上水口和可换式水口之间的移动，并且在一些情况下甚至堵塞水口更换器系统。
本发明基于的目的是提供一种用于水口更换器系统的可换式水口，其可在熔融金属的浇铸过程中减少在可换式水口和上水口之间出现的间隙。
此外，本发明基于的目的是提供制造这样的水口的方法。
本发明的进一步目的是提供包括这样的水口的水口更换器系统。
最后，本发明的进一步目的是提供包括这样的水口更换器系统的中间包。
为了解决该问题，提供一种用于方坯浇铸的水口更换器系统的可换式水口，所述可换式水口包括以下：
管状构件；
所述管状构件沿纵轴从所述管状构件的第一端延伸到所述管状构件的第二端；所述管状构件进一步包括：
内通路，其穿过所述管状构件沿所述纵轴从所述管状构件的所述第一端延伸到所述管状构件的所述第二端；
入口，其在所述管状构件的所述第一端向所述内通路内开口；和
出口，其在所述管状构件的所述第二端向所述内通路内开口；
所述管状构件由部分稳定的烧结氧化锆组成；
所述部分稳定的烧结氧化锆通过MgO部分稳定化；和
所述部分稳定的烧结氧化锆具有不高于26质量%的稳定化程度；
所述管状构件包含单体碳。
本发明基于的基本发现在于，在熔融金属的浇铸过程中水口更换器系统中的可换式水口和上水口之间的间隙形成归因于可换式水口的管状构件发生显著体积变化的事实。这种体积变化归因于可换式水口中的管状构件由二氧化锆（即氧化锆，ZrO2）组成的事实。但是，众所周知，二氧化锆以取决于温度的各种变型存在，即单斜低温变型，其在1,170℃下首先变成四方的，并在2,370℃下变成立方高温变型。当超过或低于这些温度时，这些变型是可逆的。同时，二氧化锆以具有不同密度的三种变型存在，使得当温度超过或低于所提到的温度时二氧化锆的相变与突然的极端体积变化相关联，这也被称为二氧化锆的“反常热膨胀”。
根据本发明，现在已经确定，在可换式水口的管状构件由二氧化锆构成的情况下，可换式水口和上水口之间的间隙形成是由二氧化锆的这种反常热膨胀引起的。
在最新的现有技术中，已知的是通过用氧化物如CaO、MgO、Y2O3或Ce2O3掺杂二氧化锆来稳定二氧化锆的四方且尤其是立方高温变型。这使四方和立方高温变型能够保持到室温，使得可在加热和冷却的过程中减少或甚至完全抑制由相变引起的二氧化锆的反常热膨胀。
从最新的现有技术中已知的是通过这些掺杂氧化物完全稳定二氧化锆并将二氧化锆稳定为完全稳定的氧化锆（FSZ），或仅部分稳定二氧化锆并将二氧化锆提供为部分稳定的氧化锆（PSZ）。但是，本发明人发现，由于两个原因，由完全稳定的氧化锆组成的管状构件在可换式水口中是不利的。第一个原因在于，完全稳定的氧化锆需要较高量的上述稳定剂（stabilizing）氧化物，如CaO、MgO、Y2O3或Ce2O3，但这损害管状构件的耐火性质，尤其是其耐腐蚀性。此外，尽管完全稳定的氧化锆没有表现出反常热膨胀，但完全稳定的氧化锆的热膨胀（即暴露于温度变化的每个物体的常规体积变化）非常高，且尤其高于非稳定或仅部分稳定的二氧化锆，使得如果管状构件由完全稳定的氧化锆组成，则无法减少间隙的出现。
令人惊讶地，在根据本申请的发明中，本发明人已经发现，如果可换式水口包括由部分稳定的烧结氧化锆制成的管状构件，条件是该部分稳定的氧化锆通过MgO部分稳定，该部分稳定的氧化锆具有不高于26质量%的稳定化程度且管状构件进一步包含单体碳，则可以减少可换式水口和上水口之间出现的间隙，同时不会或仅最低限度地劣化由氧化锆制成的管状构件的耐火性质。
令人惊讶地，发现了在钢的浇铸过程中使用上述类型的水口更换器系统时，如果可换式水口具有这样的管状构件（或“嵌件”），在可换式水口和上水口之间出现显著减少的间隙或几乎没有间隙。根据发明人的研究，这归因于下述事实，即本发明的可换式水口的管状构件在可换式水口在钢的浇铸过程中所经受的温度下保持几乎不受反常热膨胀的影响。尚未最终弄清这是由于什么原因。但是，根据本发明，证明只有在管状构件具有上述特征的特定组合时才发生轻微的体积变化。本发明人推测单体碳进一步稳定氧化锆，且因此，即使氧化锆仅部分稳定，也可广泛地抑制反常热膨胀。此外，由于氧化锆仅部分稳定，氧化锆中的稳定剂氧化物的量小于它们在完全稳定的氧化锆中的量，且因此，管状构件的耐火性质，尤其是其耐腐蚀性几乎不受如此少量的稳定剂氧化物的影响。此外，部分稳定的氧化锆的热膨胀小于完全稳定的氧化锆的热膨胀。
本发明的发明人发现，如果稳定化程度高于26质量%，则无法进一步抑制管状构件的反常热膨胀。但是，关于更高的稳定化程度，需要更高量的稳定剂氧化物，且因此管状构件的耐火性质，尤其是其耐腐蚀性将劣化，并且同时该部分稳定氧化锆的热膨胀将增加，因此氧化锆的稳定化程度不高于26质量%。
根据本发明的可换式水口的管状构件由通过MgO部分稳定的烧结二氧化锆组成，其中该部分稳定的烧结二氧化锆具有不超过26质量%的稳定化程度。稳定化程度已知是指稳定氧化锆相对于氧化锆总质量的质量分数。在这方面，在100质量%的稳定化程度下给出完全稳定的二氧化锆。根据本发明，发现了如果稳定化程度高于15质量%，管状构件的反常热膨胀只会轻微增加，尤其是在浇铸过程中存在的管状构件中的温度下，即尤其是在1,000℃至1,300℃的温度下。此外，已经发现，如果稳定化程度高于1质量%，可极大减少反常热膨胀，并且如果其高于2质量%甚至更好，并且如果稳定化程度高于3质量%甚至还更好。根据一个优选实施方案，部分稳定的烧结二氧化锆因此具有1质量%至26质量%、进一步优选2质量%至20质量%、并且尤其优选3质量%至15质量%的稳定化程度。
氧化锆的稳定化程度可通过X射线衍射（XRD）测定，尤其是根据标准DIN EN13925-2:2003-07。
管状构件由部分稳定的烧结二氧化锆，即二氧化锆的烧结粒子或颗粒组成。在这方面，管状构件是由烧结二氧化锆制成的陶瓷管状构件。部分稳定的烧结二氧化锆优选包括1质量%至3质量%的MgO比例，尤其是1质量%至小于3质量%的MgO比例。根据本发明发现，部分稳定的烧结二氧化锆中的这种MgO比例可实现不高于26质量%，尤其在上述范围内的稳定化程度。部分稳定的烧结二氧化锆中的MgO比例特别优选为1质量%至2.8质量%，并且甚至更优选1.2质量%至2.6质量%。
根据本发明，已经确定，在稳定化程度高于26质量%的情况下，可存在管状构件的仅轻微体积变化。但是，为此，二氧化锆中更高量的MgO是必要的，尤其是高于3质量%的量，从而显著降低管状构件的耐火性质，尤其是耐腐蚀性。
该部分稳定的烧结二氧化锆优选包括不超过1.5质量%的SiO2含量，甚至更优选低于1.5质量%的SiO2含量，并且甚至更优选低于1.2质量%的SiO2含量。此外，该部分稳定的烧结二氧化锆优选包括至少0.5质量%的SiO2含量。
尤其优选地，该部分稳定的烧结二氧化锆包括0.5质量%至1.5质量%，甚至更优选0.5质量%至1.2质量%的SiO2含量。根据本发明确定，通过具有上述MgO比例的部分稳定的烧结二氧化锆中的这种SiO2比例，可实现根据本发明的稳定化程度。
该部分稳定的烧结二氧化锆中的ZrO2和HfO2的总质量优选为至少92质量%，甚至更优选92质量%至98质量%，并且甚至更优选94质量%至97质量%。众所周知，二氧化锆也通常含有二氧化铪（HfO2），因为HfO2在实践中难以与ZrO2分离，因此，照例，在此对部分稳定的烧结二氧化锆中的二氧化锆含量给出部分稳定的烧结二氧化锆中的ZrO2和HfO2的总质量。
根据本发明确定，如果部分稳定的烧结二氧化锆中的ZrO2 + HfO2含量以上述比例存在于部分稳定的烧结二氧化锆中，特别是如果这些比例与上文提到的MgO和SiO2比例一起存在，则可得到根据本发明的部分稳定的烧结二氧化锆。
优选地，部分稳定的烧结二氧化锆中的ZrO2、HfO2、MgO和SiO2的总质量为至少98质量%，并且甚至更优选至少99质量%。
本文给出的关于部分稳定的烧结氧化锆中的MgO、SiO2、ZrO2和HfO2的质量比例的信息基于部分稳定的烧结氧化锆的总质量计。
本文给出的关于部分稳定的烧结二氧化锆中的MgO、SiO2、ZrO2和HfO2的质量比例的信息在每种情况下是关于部分稳定的烧结二氧化锆的化学组成的信息。根据DIN EN ISO12677:2013-02通过X射线荧光分析（XRF）测定这些氧化物在部分稳定的烧结二氧化锆中的比例和烧失量（LOI），即部分稳定的烧结二氧化锆的化学组成和烧失量。
本发明的可换式水口的管状构件包含单体碳，即未结合的碳。
优选地，单体碳遍及管状构件的体积存在（即分布）。根据一个优选实施方案，单体碳存在于管状构件的表面上和开孔中。
根据一个特别优选的实施方案，为了提供这种包含单体碳的管状构件，用含碳浸渗剂（carbon comprising impregnation）（即含碳浸渍剂）浸渍管状构件，此后加热，使得在加热后，含碳浸渗剂的碳作为单体碳保留在管状构件中。
含碳浸渗剂可优选是以下中的至少一种：沥青或焦油。特别优选地，含碳浸渗剂是沥青，尤其是煤焦油沥青。为了用含碳浸渗剂浸渍管状构件，可将含碳浸渗剂施加到管状构件上或浇注在管状构件上。根据一个特别优选的实施方案，为了用含碳浸渗剂浸渍管状构件，用含碳浸渗剂浸泡管状构件。
优选地，管状构件的单体碳的含量为0.1质量%至4.0质量%。根据本发明发现，如果管状构件包括这样比例的单体碳，可特别强地抑制管状构件在浇铸过程中的反常热膨胀，尤其是在浇铸过程中存在的1,100℃至1,200℃的温度下。根据本发明发现，如果单体碳的比例渐增地接近1质量%至2质量%的比例，可进一步降低反常热膨胀，尤其是在上述温度区间内。因此特别优选的是，管状构件的单体碳的含量为0.5质量%至3质量%，并且甚至更优选的含量为1质量%至2质量%。上文提到的以质量%表示的数据相对于除单体碳之外的管状构件的质量计。
如上文解释，根据本发明发现，根据本发明的可换式水口的管状构件在浇铸过程中只有轻微的反常热膨胀，特别是还在与熔融金属的浇铸相关的1,100℃至1,200℃的温度范围内，其中二氧化锆还经历在其单斜低温变型与其四方高温变型之间的相变。在这方面，本发明的可换式水口的管状构件在1,100℃和1,200℃下的线性热膨胀的差异可低于0.1个百分点，特别地甚至低于0.05个百分点。例如，对于根据本发明的可换式水口的管状构件，可测定1,100℃以及1,200℃下的0.75%至0.80%的线性热膨胀。在1,100℃和1,200℃下的这些值之间的差异为最多0.05个百分点。根据标准DIN 51045-4:2007-01测定线性热膨胀。
此外，可换式水口的管状构件，特别是管状构件的几何，可根据最新的现有技术设计。因此，管状构件可沿纵轴从第一端延伸到第二端，并可具有穿过管状构件沿纵轴从第一端延伸到第二端的内通路。管状构件进一步包括在管状构件的第一端向内通路内开口的入口和在第二端向内通路内开口通向管状构件的出口。在使用中，引导熔融金属穿过管状构件的内通路，熔融金属在入口处进入内通路并在出口处离开内通路。因此，管状构件可优选被设计为管状套筒的形式，优选相对于纵轴旋转对称。尤其优选内通路具有圆形横截面，优选相对于纵轴旋转对称。根据一个特别优选的实施方案，内通路的横截面沿纵轴恒定，使得内通路整体上具有圆柱形状。管状构件的壁优选具有圆柱形外轮廓或成圆锥形变化的外轮廓。
管状构件优选嵌入在耐火材料中，尤其在陶瓷耐火材料中。其中嵌入管状材料的这种耐火材料可以基本上是用于可换式水口的任何最新的现有技术的耐火材料。例如，其可以是基于氧化铝（Al2O3）的耐火材料。
嵌入在耐火材料中的管状构件形成可换式水口。
如从最新的现有技术中已知，耐火材料可在外侧至少部分地被金属壳覆盖。
本发明的一个目的还在于一种制造如本文公开的可换式水口的方法，所述方法包括以下步骤：
提供管状构件，
所述管状构件沿纵轴从所述管状构件的第一端延伸到所述管状构件的第二端；所述管状构件进一步包括：
内通路，其穿过所述管状构件沿所述纵轴从所述管状构件的所述第一端延伸到所述管状构件的所述第二端；
入口，其在所述管状构件的所述第一端向所述内通路内开口；和
出口，其在所述管状构件的所述第二端向所述内通路内开口；
所述管状构件由部分稳定的烧结氧化锆组成；
所述部分稳定的烧结氧化锆通过MgO部分稳定；和
所述部分稳定的烧结氧化锆具有不高于26质量%的稳定化程度；
所述管状构件包含单体碳。
管状构件可具有如本文公开的具体特征。
为了向该管状构件提供单体碳，管状构件可如上所述用含碳浸渗剂浸渍，其中可使用上述技术，例如施加、浇注且尤其优选浸泡。
在浸渍后，可优选在400℃至600℃，特别优选450℃至550℃的温度下对管状构件进行加热，尤其是回火。
在浸渍和加热后，可将管状构件嵌入在耐火材料，特别是如上所述的耐火材料中。由此得到可换式水口。
随后，如从最新的现有技术中已知，耐火材料可在外侧至少部分地被金属壳覆盖。
根据本发明的可换式水口，无论是否具有金属壳，可随后连接到上水口。
将可换式水口可拆卸地连接到上水口。根据本发明的可换式水口与上水口的连接可基于从最新的现有技术中已知的技术，特别是从现有技术中已知的水口更换器。
因此，根据本发明的可换式水口可连接到用于方坯浇铸的水口更换器系统的上水口，其中所述上水口包括用于引导熔融金属通过所述上水口的内通路，并且其中所述可换式水口可连接到所述上水口，使得当所述可换式水口连接到所述上水口时，所述上水口的所述内通路和所述可换式水口的所述内通路形成连续通道。
在方坯浇铸，例如开放式浇铸的过程中，可通过该连续通道装载熔融金属。
此外，本发明的一个目的是一种用于方坯浇铸，尤其用于开放式浇铸的水口更换器系统，所述水口更换器系统包括以下：
上水口，所述上水口包括用于引导熔融金属通过所述上水口的内通路；
根据本文公开的可换式水口；
其中所述可换式水口可在第一位置和第二位置之间切换；
其中在所述第一位置，所述可换式水口连接到所述上水口使得所述上水口的所述内通路和所述可换式水口的所述内通路形成连续通道；
并且其中在所述第二位置，所述可换式水口从所述上水口释放。
上水口可根据最新的现有技术设计，例如如上所述。在这方面，上水口可优选具有管状构件，所述管状构件形成上水口的内通路并可在所述第一位置与本发明的可换式水口的管状构件形成连续通道。
为了将可换式水口引入第一位置和第二位置并将其保持在相应位置，可以使用最新的现有技术中已知的技术，特别是最新的现有技术中已知的水口更换器。
当可换式水口处于第二位置并从上水口拆除时，随后可将新的可换式水口放置在上水口。
本发明的目的还在于一种中间包，其包括上述水口更换器系统。
本发明的进一步特征来源于权利要求、附图、以下附图描述和本发明的实施方案的以下描述。
本发明的所有特征可单独地或组合地与彼此组合。
附图1-3非常示意性地显示本发明的一个示例性实施方案。图4-8也显示测量通用可换式水口的管状构件的线性热膨胀的测量结果。
详细地
图1显示根据本发明的中间包的一个示例性实施方案的剖视图，所述中间包包括根据本发明的水口更换器系统，所述水口更换器系统包括根据本发明的可换式水口；
图2显示根据图1的视图在水口更换器系统的区域中的区段；
图3显示根据图1的中间包，但其中可换式水口在不同的位置；和
图4-8显示测量通用可换式水口的管状构件的线性热膨胀的测量结果。
图1中所示的中间包以其整体用附图标记1标示。如从最新的现有技术中已知，中间包1包括在内侧衬有耐火材料5的金属容器3。在被耐火材料5围起的空间中，可提供熔融金属（未显示）。
中间包1是用于连续方坯浇铸的连续浇铸装置的一部分。
在中间包1的底部7提供流槽（spout）9，通过该流槽9可将提供在中间包1中的熔融金属排放到布置在中间包1下方的模具（未显示）中。
流槽9通过根据本发明的水口更换器系统11的一个示例性实施方案形成。水口更换器系统11包括永久安装在中间包1的底部7中的上水口100和可换式水口200。如下面详细解释，可换式水口200相对于上水口100可移动。
图2显示了中间包1在水口更换器系统11的区域中的放大视图。水口更换器系统11的几何及其在中间包1的底部7的布置对应于最新的现有技术。在这方面，上水口100相对于垂直纵轴L基本旋转对称。上水口100包括由耐火材料制成的管状构件101。管状构件101相对于纵轴L旋转对称，由此管状构件101具有恒定壁厚，使得管状构件101的内轮廓和外轮廓各自具有圆柱形状。管状构件101嵌入在上水口100的耐火材料103中，其中耐火材料103在管状构件101的外侧包围管状构件101。耐火材料103的上段105完全位于中间包1的底部7中。该上段105具有相对于纵轴L旋转对称的圆柱形外轮廓。上水口100的下段107——在上段105下方与上段105毗连——超出中间包1的底部7突出。该下段107也相对于纵轴L旋转对称并且也具有圆柱形外轮廓。下段107比上段105具有更小的外径。在其上端109处，上水口100的上段105成圆锥形向外扩展且并入中间包1的底部7中的区段12中，该区段12也成圆锥形向上扩展。
在上水口100的下方，布置有上水口100上的可换式水口200的一个实施方案。可换式水口200包括管状构件201，其沿纵轴L从第一（此处是上）端209延伸到第二（此处是下）端211。管状构件201以恒定壁厚相对于纵轴L旋转对称，使得管状元件201的内轮廓和外轮廓各自具有圆柱形状。可换式水口200的管状构件201具有与上水口100的管状构件101相同的内径。管状构件201围起内通路213，其沿纵轴L穿过管状构件201从第一端209延伸到第二端211。在第一端209处，入口215向内通路213内开口，并且在第二端211处，出口217向内通路213内开口。
上水口100的管状构件101限定内通路113。在图2中所示的位置处，上水口100的管状构件101的纵轴L与可换式水口200的管状构件201的纵轴L对齐。由于上水口100的管状构件101和可换式水口200的管状构件201具有相同内径，管状构件101和管状构件201形成具有恒定内径的连续通道。
可换式水口200的管状构件201由用MgO部分稳定的烧结二氧化锆组成并具有11.9%的稳定化程度。此外，管状构件201的单体碳的含量为1.6质量%。因此，该管状构件已浸渍有煤焦油沥青形式的含碳浸渗剂。为了浸渍，用这样的沥青浸泡管状构件201。此后，管状构件在500℃下进行回火，直至管状元件201中的单体碳的比例达到相对于除单体碳之外的管状元件201计的1.6质量%（持续时间为约1小时）。
在下表1中给出根据DIN EN ISO 12677:2013-02通过X射线荧光分析（XRF）测定的管状构件201的化学组成并指定为E1T。
可换式水口200的管状构件201在其外周上完全被耐火材料203包围并因此嵌入在耐火材料203中。耐火材料203是基于氧化铝的耐火陶瓷浇铸化合物。耐火材料203相对于纵轴L旋转对称并具有上段205和毗连的下段207。上段205具有圆柱形外轮廓，并且毗连的下段207具有成圆锥形渐窄的外轮廓。在其上侧，上段205是平坦的且垂直于纵轴L走向。上水口100的耐火材料103的下段107在其下侧也是平坦的且垂直于纵轴L走向。在图1和2中所示的实例中，可换式水口200的上段205的上表面与上水口100的下段107的下表面完全接触，使得在图中沿上水口100和可换式水口200之间的这一接触表面没有可见间隙。
在其径向外周，可换式水口200的耐火材料203被金属壳219围起。
附图的示例性实施方案中所示的可换式水口200可在第一位置和第二位置之间移动。图1和2显示处于第一位置的可换式水口200，且图3显示处于第二位置的可换式水口200。在图1和2中所示的第一位置，上水口100的内通路113和可换式水口200的内通路213形成如上所示的连续通道。在图3中所示的可换式水口200的第二位置，可换式水口200从上水口100释放。
在图1和2中所示的可换式水口200的第一位置，提供在中间包1中的熔融金属可通过由内通路113和内通路213形成的连续通道从中间包1中排出，并浇注到位于中间包1下方的模具中。
借助于图3中示意性显示并用附图标记300标示的水口更换器，可换式水口200可保持在图1和2中所示的第一位置，并且也可移动到图3中所示的第二位置，其中可换式水口200从上水口100释放。在这一位置，可从水口更换器300中移除可换式水口200并更换成新的可换式水口。然后可通过水口更换器300将这个新的可换式水口移动到图1和2中所示的第一位置。
进行试验以测定可换式水口的管状构件的性质。为了生产管状构件，提供了二氧化锆（粒度< 40 µm）、氧化镁（< 150 µm）和石英粉的粉末以及有机粘合剂。然后将原料和粘合剂以不同比例混合在一起，压制成生坯，然后通过陶瓷烧制进行烧结。然后得到可换式水口的管状构件，在下表1中将其指定为E1、E2、E3和E4，并具有表1中规定的物理值和化学组成。然后将这些管状构件E1、E2、E3和E4中每一个的一个用沥青浸泡并回火，使得得到在表1中指定为E1T、E2T、E3T和E4T的管状构件，它们各自具有基于除单体碳之外的相应管状构件的质量计的约1.6质量%的单体碳比例。在表1中还给出了根据E1T、E2T、E3T和E4T的管状构件的物理性质和化学组成。
根据DIN EN ISO 12677:2013-02通过X射线荧光分析（XRF）测定含单体碳的管状构件E1、E2、E3和E4和不含单体碳的管状构件E1T、E2T、E3T和E4T的化学组成。
表1
| E1 | E2 | E3 | E4 | E1T | E2T | E3T | E4T | |
| 稳定化程度[质量%] | 3.8 | 12.6 | 25.7 | > 33 | 4.6 | 11.9 | 26.5 | 33.5 |
| 堆积密度[g/cm<sup>3</sup>] | 5.07 | 5.07 | 4.53 | 4.42 | 5.13 | 5.08 | 4.66 | 4.53 |
| 开孔率[体积%] | 10.7 | 10.5 | 20.8 | 20.9 | 5.6 | 6.1 | 10.6 | 10.5 |
| MgO[质量%] | 1.82 | 2.42 | 2.22 | 4.00 | 1.81 | 2.45 | 2.22 | 3.90 |
| SiO<sub>2</sub>[质量%] | 0.99 | 1.01 | 0.04 | 1.06 | 0.99 | 0.96 | 0.04 | 0.97 |
| ZrO<sub>2</sub> + HfO<sub>2</sub> [质量%] | 96.0 | 95.2 | 96.7 | 93.9 | 96.1 | 95.5 | 96.6 | 94.0 |
| LOI | 0.21 | 0.13 | 0.24 | 0.17 | 1.29 | 1.27 | 2.88 | 3.25 |
在表1中，只有管状构件E1T和E2T对应于根据本发明的可换式水口中的管状构件。
根据标准DIN 51045-4:2007-01测定根据表1的管状构件的线性热膨胀。这些试验的结果显示在图4至8中。
测定在室温和1,500℃之间的温度区间的线性热膨胀。
图4显示了可换式水口E1T（实线）和E1（虚线）的线性热膨胀。可以清楚地看出，直到略低于1,200℃的温度之前，管状构件E1和E1T的线性热膨胀是类似的。但是，就在略低于1,200℃的温度下，管状构件E1的线性热膨胀突然下降。
管状构件E1的线性热膨胀从1,100℃下的约0.80%变成1,200℃下的约-0.20%，且因此在这一温度区间内的变化为约1.00个百分点。相较之下，管状构件E1T的线性热膨胀在1,100℃下为约0.77%，并且在1,200℃下为约0.75%。在这方面，管状构件E1T在这一温度区间内的线性热膨胀的差异仅为约0.02个百分点。
在图5中显示了管状构件E2T的线性热膨胀的同样轻微的变化，其中管状构件E2T的线性热膨胀由实线表示并且管状构件E2的线性热膨胀由虚线表示。
在根据图4、5、7和8的实验中在氩气气氛中测量线性热膨胀，而根据图6的测量在空气气氛中进行。管状构件E2T的浸渗剂（impregnation）被完全氧化。图6清楚表明在这种情况下管状构件E2和E2T具有大致相同的线性热膨胀。
根据图7，管状构件E3T（实线）和E3（虚线）具有大致相同的线性热膨胀。
图8也表明管状构件E4T（实线）和E4（虚线）具有大致相同的线性热膨胀。
如图4和5所示，在稳定化程度在管状构件中不大于26%的情况下，只有根据本发明在管状构件包含单体碳时才能观察到线性热膨胀变化的减小，尤其是在1,100℃至1,200℃的温度区间内。
如果这种单体碳再次燃尽，如图6中所示，无法测得这种线性热膨胀变化的减小。
图7还表明如果稳定化程度高于26%，不再能观察到管状构件中的线性热膨胀的减小。
Claims (15)
1.一种用于方坯浇铸的水口更换器系统(11)的可换式水口(200)，所述可换式水口(200)包括以下：
1.1 管状构件(201)；
1.1.1 所述管状构件(201)沿纵轴(L)从所述管状构件(201)的第一端(209)延伸到所述管状构件(201)的第二端(211)；所述管状构件(201)进一步包括：
1.1.2 内通路(213)，其穿过所述管状构件(201)沿所述纵轴(L)从所述管状构件(201)的所述第一端(209)延伸到所述管状构件(201)的所述第二端(211)；
1.1.3 入口(215)，其在所述管状构件(201)的所述第一端(209)向所述内通路(213)内开口；和
1.1.4 出口(217)，其在所述管状构件(201)的所述第二端(211)向所述内通路(213)内开口；
1.2 所述管状构件(201)由部分稳定的烧结氧化锆组成；
1.2.1 所述部分稳定的烧结氧化锆通过MgO部分稳定；和
1.2.2 所述部分稳定的烧结氧化锆具有不高于26质量%的稳定化程度；
1.3 所述管状构件(201)包含单体碳。
2.根据权利要求1所述的可换式水口(200)，所述部分稳定的烧结氧化锆具有1质量%至26质量%的稳定化程度。
3.根据前述权利要求中至少一项所述的可换式水口(200)，所述部分稳定的烧结氧化锆具有2质量%至20质量%的稳定化程度。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的可换式水口(200)，其中所述管状构件(201)在1,100℃和1,200℃下的线性热膨胀的差异低于0.1个百分点。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的可换式水口(200)，所述部分稳定的烧结氧化锆具有1质量%至3质量%的MgO含量。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的可换式水口(200)，所述部分稳定的烧结氧化锆具有不高于1.5质量%的SiO2含量。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的可换式水口(200)，所述部分稳定的烧结氧化锆具有至少92质量%的ZrO2 + HfO2含量。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的可换式水口(200)，所述部分稳定的烧结氧化锆具有94质量%至97质量%的ZrO2 + HfO2含量。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的可换式水口(200)，相对于除所述单体碳之外的所述管状构件(201)的质量计，所述管状构件(201)的单体碳的含量为0.1质量%至4.0质量%。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的可换式水口(200)，其中所述管状构件(201)嵌入在陶瓷耐火材料(203)中。
11.根据前述权利要求中至少一项所述的可换式水口(200)，其中所述陶瓷耐火材料(203)至少部分地被金属壳(219)覆盖。
12.根据前述权利要求中至少一项所述的可换式水口(200)，所述可换式水口(200)可连接到用于方坯浇铸的水口更换器系统(11)的上水口(100)，其中所述上水口(100)包括用于引导熔融金属通过所述上水口(100)的内通路(113)，并且其中所述可换式水口(200)可连接到所述上水口(100)，使得当所述可换式水口(200)连接到所述上水口(100)时，所述上水口(100)的所述内通路(113)和所述可换式水口(200)的所述内通路(213)形成连续通道。
13.一种制造根据前述权利要求中至少一项所述的可换式水口的方法，所述方法包括以下步骤：
13.1 提供管状构件，
13.1.1 所述管状构件沿纵轴从所述管状构件的第一端延伸到所述管状构件的第二端；所述管状构件进一步包括：
13.1.2 内通路，其穿过所述管状构件沿所述纵轴从所述管状构件的所述第一端延伸到所述管状构件的所述第二端；
13.1.3 入口，其在所述管状构件的所述第一端向所述内通路内开口；和
13.1.4 出口，其在所述管状构件的所述第二端向所述内通路内开口；
13.1.5 所述管状构件由部分稳定的烧结氧化锆组成；
13.1.6 所述部分稳定的烧结氧化锆通过MgO部分稳定；和
13.1.7 所述部分稳定的烧结氧化锆具有不高于26质量%的稳定化程度；
13.2 用含碳浸渗剂浸渍所述管状构件。
14.一种用于方坯浇铸的水口更换器系统(11)，所述定径水口更换器系统(11)包括以下：
14.1 上水口(100)，所述上水口(100)包括用于引导熔融金属通过所述上水口(100)的内通路(113)；
14.2 根据权利要求1至12中至少一项所述的可换式水口(200)；
14.3 其中所述可换式水口(200)可在第一位置和第二位置之间切换；
14.3.1 其中在所述第一位置，所述可换式水口(200)被连接到所述上水口(100)使得所述上水口(100)的所述内通路(113)和所述可换式水口(200)的所述内通路(213)形成连续通道；
14.3.2 并且其中在所述第二位置，所述可换式水口(200)从所述上水口(100)释放。
15.一种中间包(1)，其包括根据权利要求14所述的水口更换器系统(11)。
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