CN1514755A - 用于可靠进行气体注入的塞棒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单块塞棒，适于在熔融金属的浇注过程中供给气体，它包括：塞棒本体，该塞棒本体有内部腔室(1)和气体排出口(2)；使内部腔室(1)与气体排出口(2)相连的孔(3)；标定装置(4)，布置在该孔(3)中以提供节流通路。该塞棒的特征在于：该标定装置包括杆(4)，该杆有至少一个沿其轴向延伸的气体通道，该气体通道有一定截面，以便提供预定流动阻力。本发明的塞棒更可靠，并很容易用于各种操作参数。
Description
本发明涉及一种单块塞棒，用于在金属浇注过程中控制熔融金属从一保持容器中的排出注口的流动。
在连续铸造处理中，使用注入到塞棒下面的气体可以明显有利于所铸造的金属的质量。例如，可以注入惰性气体例如氩气或氮气，以便减小由于氧化铝积累和堵塞而引起的问题，或者有助于从排出注口附近除去固化产物。当熔融组份需要变性时，也可以使用反应气体。通常，塞棒提供有内部腔室，该内部腔室在一端与气源装置相连，在另一端与气体排出口相连。
已经开发了各种系统来保证将准确测量流量的气体供给塞棒。已经遇到的问题包括密封该系统以及保证气体流过它的预定通道且不浪费。在EP-A2-358535、WO-A1-00/30785和WO-A1-00/30786中公开了已经证明能够成功解决这些问题的塞棒。
不过，尽管给出了这些有价值的改进，但是还需要解决其它问题。一个问题明显是由于在使大量熔融金属通过排出注口浇注而流过塞棒鼻口的过程中的效应而引起的。在塞棒尖端产生负压，该负压可以通过气体排出口传递到本体中，并返回供给管路，这时，可以通过任何不充分密封的接头而使得空气吸入气流中，同时明显损害浇铸金属的质量。
已经提出了各种方法来限制流入塞棒的气流，从而在塞棒中产生正压。例如，在内部腔室和气体排出口之间简单节流可以提供控制。在所需压力下，内部腔室的节流尺寸计算为直径0.2-0.5mm，并特别容易被气流中所携带的碎屑或灰尘堵塞，从而引起流动损失。还已知将空气可渗透的塞子插入塞棒中，以便提供所需的节流并使塞棒增压。不过，这些系统的问题是，在塞棒的工作寿命中耐火材料的可渗透性特征变化，在浇铸过程中对快速温度变化敏感，且因为它们缺乏可靠性，因此用途有限。
根据例如在GB-A-2254275中所示的另一已知系统，提供了一种单块塞棒，用于在熔融金属的浇注过程中供给气体，它包括：塞棒本体，该塞棒本体有内部腔室和气体排出口；使内部腔室与气体排出口相连的孔；布置在该孔中以提供节流通路的标定(calibrating)装置。该标定装置通过使用专用前部空间而形成，以便形成连接内部腔室和气体排出口的孔的一部分，从而提供了节流狭槽状通路，据说这提供了预定流动阻力，并将在塞棒中保持正压。不过，通过使用专用前部空间而形成的狭槽状通路的形状极其不稳定，且不能形成具有精确预定流动阻力的节流。而且，该形成方法并不能形成非常狭窄的通道。应当知道，在塞棒装置中的正压意味着该压力至少等于塞棒外部的压力。
本发明的目的是克服或至少减轻现有技术的塞棒中所存在的上述问题，特别是缺乏可靠性的问题。
因此，根据一个方面，本发明涉及一种单块塞棒，适于在熔融金属的浇注过程中供给气体，它包括：塞棒本体，该塞棒本体有内部腔室和气体排出口；使内部腔室与气体排出口相连的孔；标定装置，布置在该孔中以提供节流通路。该塞棒的特征在于：该标定装置包括杆，该杆有至少一个沿其轴向延伸的气体通道，该气体通道有一定截面，以便提供预定流动阻力。
沿杆延伸的气体通道的预定流动阻力被计算为能够非常精确和可靠控制气流/内部压力的关系和/或使塞棒内保持静压。
使用该杆能够在设置“预定”流动阻力时有极大的灵活性，该杆能够在塞棒的制造处理的末期插入塞棒本体中，因此，本发明的塞棒能够仅仅通过改变杆而用于较宽的工作参数范围。而且，与和塞棒一起制成的情况相比，单独制造的杆可以更被注意，因此更可靠。这样的杆通常可用作热电偶的鞘。
优选是，该杆由气体可透过的耐火材料制成，因此，可以避免气体在杆处的泄漏，从而增加标定能力。优选是，材料也抗磨损，在杆的整个寿命中，预定流动阻力保持恒定。合适的材料包括富铝红柱石、烧结的铝硅酸盐、铝、重结晶氧化铝、氧化锆-氧化铝和其它具有所需特征的其它耐热材料。
优选是，沿杆轴向延伸的通道(或多个通道)有毛细孔或狭槽的形状，以便增加压力损失。不过，应当知道，已经成功使用了等于2或3mm的更大空气通道。特别是，优选是将通道设置成使塞棒在音速状态下工作(气体流过通道的速度至少等于音速)。实际上知道，在这样的状态下，能够获得更可靠的气流，因为气体排出流量与在气体排出尖端的外部压力无关，而只取决于塞棒内或供气装置内的压力。
或者，在杆中提供有多个通道。
应当知道，可以通过改变气体通道的总截面或改变杆的长度而对标定进行微调。
根据本发明的特别优选变化形式，杆超过内部腔室的底面从孔中凸出。该结构实际上提供了在杆的凸出部分周围的“收集器”，它使灰尘和微粒保留在塞棒中，从而使它们不会堵塞气体通道。这时，杆应当超过内部腔室底面而充分凸出，以避免微粒到达气体通道进口。使杆超过内部腔室底面的高度至少1厘米，优选是至少2厘米将可以实现该目的。
根据本发明的另一实施例，优选是由可压缩耐火材料制成的密封件布置在杆的至少一部分和孔壁之间。低密度石墨密封件适于该用途。该密封件可以在塞棒的制造过程中或在以后的阶段中布置就位。
可以使杆一直延伸到排出口；当气体通道作为毛细孔或狭槽而形成于杆中时，该实施例特别有利。这能够使气体作为细小气体射流(而不是较大气泡)而注入熔融金属中。在变化形式中，还可以在孔部分中提供多孔材料，该多孔材料布置在杆的下端和气体排出口之间。在该结构中，气体射流破碎，并转变成分散的小气泡。根据优选实施例，多孔塞子通过气体排出口插入该孔中。
通常，杆将只延伸到内部腔室的底面之上几厘米，这样，沿该杆轴向延伸的气体通道与内部腔室和气体排出口连通。不过，在特别的变化形式中，该杆向上延伸并与供气装置相连。在该状态下，供给塞棒的气体通过气体通道直接在气体排出口排出，甚至不排出到内部腔室中。这样的装置能避免由于塞棒材料的渗透性而引起的所有气体损失。
本发明的塞棒可以根据不同制造方法来制造。根据第一方法，有至少一个轴向延伸气体通道的杆与塞棒本体共同压制。在该方法的变化形式中，在共同压制步骤之前，将耐火材料密封件布置在杆周围，这样，该密封件在杆和构成塞棒本体的材料之间压缩。
根据另一制造方法，杆在以后的步骤中插入孔内。该杆可以通过气体排出口或通过内部腔室插入孔内。可以环绕该杆添加灰泥或水泥，以便将它固定在孔内。优选是，一个或几个密封件可以在杆插入之前环绕该杆布置，以便补偿不同材料可能有的热膨胀差。可能需要将密封件压入孔内。优选是，密封件材料通过灰泥或水泥而防止氧化。孔的将接收密封件的区域可以设计成锥形，这样，密封件在插入过程中保持压缩，并在杆的整个使用寿命中保持压缩。
由于几个原因，第二制造方法为优选：它能够有标准塞棒设计，只需要使它在制造处理的最后阶段适合于特殊操作参数，还避免了由于标定杆在压制和随后的烧制操作过程中的可能破裂而废弃。
在第二制造方法的特别变化形式中，孔的最低区域有内部螺纹，并设计成接收外螺纹的多孔插入件。该插入件实现将气体扩散到熔融材料中的功能，并保护杆的下部(防止熔融材料进入)和密封件(防止氧化)。这时，多孔塞子也可以与密封件的下部接触，这样，它也有助于保持密封件压缩。
在与杆向上延伸并与供气装置相连的情况相对应的另一制造方法变化形式中，该方法还包括使杆与供气装置相连的步骤。
下面将通过实例并参考附图介绍本发明的某些实施例，附图中，图1至4是本发明不同实施例的四个塞棒的底部的示意图。
在这些附图中，参考标号1表示形成于塞棒本体内的内部腔室。内部腔室1与供气装置(未示出)连通。塞棒也有位于塞棒最下端的气体排出口2。孔3使内部腔室1与气体排出口2相连。杆4位于孔3内。杆4有一个或几个沿它轴向延伸的气体通道。气体通道的总截面计算为可提供预定流动阻力，以便使塞棒内保持正气体压力。由低密度石墨制成并环绕杆4布置的密封件5能够防止气体泄漏，从而增加系统的可靠性。
图1的塞棒的杆4与内部腔室1的底面平齐。图2至4表示了类似的塞棒，但是塞棒4超过内部腔室1的底面而凸出，因此，在内部腔室1中的灰尘和颗粒(例如由气流携带或由塞棒内的磨损产生)不能到达气体通道进口。
在图3表示的特定实施例中，杆4和低密度石墨密封件5与该塞棒一起共同压制。
在图4表示的另一实施例中，将多孔塞子6引入环绕孔3钻出的凹孔中，并在气体排出口2的高度处。
参考标号
1.内部腔室
2.气体排出口
3.孔
4.杆
5.密封件
6.多孔材料
Claims (14)
1.一种单块塞棒，适于在熔融金属的浇注过程中供给气体，它包括：塞棒本体，该塞棒本体有内部腔室(1)和气体排出口(2)；使内部腔室(1)与气体排出口(2)相连的孔(3)；标定装置(4)，其布置在该孔(3)中以提供节流通路，其特征在于：该标定装置包括杆(4)，该杆有至少一个沿其轴向延伸的气体通道，该气体通道有一截面，以便提供预定流动阻力。
2.根据权利要求1所述的塞棒，其特征在于：该杆(4)由耐火材料制成。
3.根据权利要求2所述的塞棒，其特征在于：该杆(4)由重结晶氧化铝制成，优选是通过挤出而制成。
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：该通道有毛细孔或狭槽的形状。
5.根据权利要求1至4中任意一个所述的塞棒，其特征在于：该杆(4)延伸而高于内部腔室(1)的底面。
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：密封件(5)环绕杆(4)而布置，该密封件优选是耐火材料密封件，更优选是石墨密封件。
7.根据权利要求1至6中任意一个所述的塞棒，其特征在于：多孔材料(6)布置在杆(4)的下端和气体排出口(2)之间。
8.根据权利要求7中所述的塞棒，其特征在于：多孔塞子(6)插入孔(3)的一部分内，该部分位于杆(4)的下端和气体排出口(2)之间。
9.根据权利要求1至8中任意一个所述的塞棒，其特征在于：气体通道与内部腔室(1)和气体排出口(2)连通。
10.根据权利要求1至8中任意一个所述的塞棒，其特征在于：杆(4)向上延伸并与供气装置相连。
11.一种制造如权利要求1至10中任意一个所述的塞棒的方法，包括以下步骤：
a)将耐火材料引入合适的模具中；
b)在模具内压制耐火材料；
c)从该模具中取出所压制的塞棒；
d)烧制所压制的塞棒；
f)将杆引入孔内。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：它还包括在插入杆之前钻孔或扩孔的步骤。
13.根据权利要求11或12所述的方法，还包括：使杆与供气装置相连的步骤。
14.一种制造如权利要求1至10中任意一个所述的塞棒的方法，包括以下步骤：
a)将耐火材料和杆引入合适的模具中；
b)在模具内对耐火材料和杆进行共同压制；
c)从该模具中除去共同压制的塞棒；
d)烧制所压制的塞棒。
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