CN1628006A - 耐火陶瓷构件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐火陶瓷构件，它例如可以设计成一种冲击釜缶或熔化槽的形式，它具有以下特征：有一个底部(10)、至少两个壁(12，14)－壁(12，14)从底部(10)的相对置的部分(10l，10r)起如此伸展，使得内表面至少分段地(12.1，12.3，12.4)与一个平面(E－E)成一个大于0°并小于90°的角度地、与底部(10)垂直并以相反的倾斜地延伸；在壁(12，14)的两个自由端(12r，14r)之间设有一个开口(O)；在底板(10)和开口(O)之间至少有一个部分(11)，在该部分处该壁(12，14)的间距(dmin，qmin)小于在向着开口(O)和向着底部(10)方向的紧邻着的部位(12u，14u；120o，14o)处的间距。
Description
本发明涉及一种耐火陶瓷构件，该构件例如可以设计成一种冲击釜缶(Pralltopf)或熔化槽的形式。
例如在铁液罐处理之后浇涛入中间容器(中间包)里的金属熔化物由于局部较高的流动速度(例如为3m/s)而导致在耐火的中间容器内衬部位上受到过大的机械负荷，熔化物就冲击到该内衬部位上。此外至少在冲击处的周围产生了紊流。熔化钢水的动能例如达到2至10Ws/kg。
为使正规的耐火内衬的磨损保持在一定限度内，众所周知的是通过一个所谓冲击反射板来加强熔化物的冲击部位。
该冲击板可以由高耐磨的耐火材料构成。
此外还已知所谓冲击釜缶的应用(WO 00/06324，WO 97/37799，EP 0729393 B1，EP 0790873B1)。
这种冲击釜缶的底部基本相当于一个冲击板。已知的冲击釜缶的设计应使其在上端、也就是说在供给熔化物处、但也在熔化物又离开冲击釜缶处具有一个横断面的逐渐缩小部位。这样就形成了一个“根切”的断面。
本发明的任务是从结构上使这种耐火陶瓷构件最优化，从而解决以下任务中的至少一个，最好是所有的任务：
-较小的磨损，
-金属熔化物有目标的导向，
-流动紊流的最小化，
-容易制造。
在解决所述任务时本发明的考虑出发点是：这样来设计该构件，一方面使供给的金属熔化物进行换向，另一方面能减小熔化物的动能。
同时该流动换向应该通过构件的侧面边界来实现。为了减小动能，本发明规定边界壁的相应内表面有特殊的取向/倾斜。
例如，通过一个垂直断面中为漏斗状结构的构件(“漏斗状”是指构件的内部的、敞开的横断面，金属熔化物可进入此断面中)由于一种扩散体作用而可以使动能降低。
能量降低的方式和范围取决于壁内表面的倾斜角度。
这些观点适合于按照一种槽的方式设计的构件，也就是说具有一个底部和两个相互对置的侧面的边界壁。但是鉴于釜缶状构件，也就是说与(水平的)横断面几何形状无关，那么这种考虑也适合于具有或多或少的圆形的、椭圆形或矩形的内横断面的冲击釜缶。
据此，本发明的最一般的实施形式为具有以下特征的一种耐火陶瓷构件：
-一个底部，
-至少两个壁，
-壁从底部的相互对置的部分开始如此伸展，使得其内表面至少局部地与一个平面成一个角度-该角度大于0°并小于90°，垂直于底部，以及以相反的倾斜进行延伸。
-在壁的自由端之间形成一个开口，
-在底部和开口之间至少有一个部分，在该部分处壁的间距小于向着开口和向着底部方向的紧邻着的部位里的间距。
同时在壁的自由端部位处和壁的底部端部位处的壁的内表面间距可能大于所述部位之间的至少一个部位处的间距。
壁内表面的这种所述的变化引起了在底侧端部(也就是在开始浇铸时金属熔化物冲击的地方)和相互对置的敞开端部(也就是金属熔化物流出处)之间的一种“收缩”。这种“收缩”导致了对构件的结构和功能上的划分。
在位于底部和收缩部分之间的部位里实现熔化物动能的有效的降低。此外避免了金属熔化物的一种不可控制的喷射(一种不可控制的反冲)。
在收缩部分和(上部)流出口之间的部位里形成了一种扩散体。由于在流出端处横断面的扩大就避免了流出的金属熔化物与(中心的)输入的熔化物射束的相互作用。与此相反，尺寸设计应保证使它对回流的金属熔化物形成流体技术上的镇定作用。
功能的设定必须按照金属熔化物的数量、粘度、温度和/或速度从结构上如下进行转换，例如将用于损耗能量的底侧空间选择得足够大，以便一方面使熔化物的动能达到所希望的减小，但另一方面也使熔化物射束以希望的方式换向。对于构件的上部流出端则希望进行尽可能是层流的、镇静的熔化物流动，至少在周边处。
按照一种实施形式，所述的倾斜角度在10°和80°之间，按照另一种实施形式在30°和60°之间。
如果相应的装置(构件)已由液态的金属熔化物流满了，那么从原理上来说壁内表面的所描述的倾斜发生变化就可以了。对于一种槽来说，这里至少在收缩部分的上方设计一种用于金属熔化物的“V形的输送腔横断面”。只要此形状充满了，那么在金属熔化物从底部上向上并从构件里流出去之前就可能根据冲击角度而发生不可控制的飞溅。那么这就通过壁(底部之上)之间所述的横断面的减小来加以阻止。
为了避免不可控制的流动换向，本发明的一种改进方案规定了：使各个壁或所述壁的内表面的多个部分设计成具有不同的倾斜角度。按这种方式就可能在构件的内壁处和不对称的几何形状处形成阻碍部分、流动制动部分或者流动导向部分。
同时在一种实施形式中，相邻于壁自由端的部分可以比相邻于构件底部的部分具有一个较大的倾斜角度。总之构件的内横断面应该向着自由的、敞开端的方向变大。
各个倾斜部分可以直接地(连续地)相互过渡(如上所述，也具有不同的角度)。但也可以按截面来看使所述壁的内表面形成有一种锯齿状轮廓断面，从而在壁侧形成“根切区(hinterschnitteneZone)”，这种根切区作为流动制动部分对金属熔化物起作用。所述的收缩可以由一个这样的“齿形几何特性”形成。
同样壁的内表面可以具有倒圆的、相互指向的断面部分或者槽形的凹坑。
例如对于槽形来说，可以形成镜像设计相互对置的壁的内表面，并在一定条件对称地设计整个装置。
这样的实施形式也在以下对图形的描述中要进行详细的叙述。
除了所述的槽形之外，该构件也可以设计成釜缶形。
通过壁表面的弯曲的结构形状使这些壁的端部侧相互连接起来，因而形成一种封闭的构件，该构件具有例如椭圆形或圆形的内横断面(和/或外横断面)。同样也可以设有至少另外两个壁，该壁使这两个已描述过的壁在形成一种(矩形的或多边形的)釜缶状的情况下连接起来。
从流体技术来看提供旋转对称的形式。
环绕的内壁的截面可以按螺旋状、螺纹状或者螺旋线状来变化。
(限制壁的内腔的)高度与宽度比例可以在比较宽的范围内变化。一般大于2∶1至1∶4，但也可以毫无困难地达到比例1∶15。这同样适合于在所述的釜缶状的几何形状时的高度与最大直径的比例。
尤其是在所描述的实施形式中，其中在熔化物的流出端处壁之间的开口的横断面大于底侧端部处的横断面，那么一般就可以无问题地使构件制成整体的，例如通过铸造或压制。可能的一些根切例如可以通过可燃烧的填充物体在制造时来形成。
通过选择各种不同的倾斜角度或者说内壁的异形截面，可以对构件进行精确和单独的设计以匹配于形状和性能(所进入的金属射束的数量、流速、射束直径)。因此也就可以对流动方向和动能的降低进行调节。
在流动转向的表面之间、尤其是倾斜于垂直面的表面之间，也可以设有连接表面，该连接表面可以是水平的(平行于底部)、垂直的(垂直于底部)、与垂直面有一个大于90°的倾斜角度或者具有弯曲的断面轮廓。
本发明的其它特征见从属权利要求所述的特征和其余的申请文件。
以下根据各种不同的实施例对本发明进行详细叙述。图1至4以很简化的示图和横断面分别表示了一种按本发明构件的不同实施形式。
对于相同的或相同作用的元件用相同的附图标记来表示。
按图1所示的实施例表示了一种按照本发明的具有一个底部10的构件的可能的基本几何形状。有两个壁12、14以壁部分12u、14u从底部10的相互对置的部分10l、10r开始伸展，确切地说在相同的方向上(也就是向上)，但具有相反的倾斜，也就是首先相互相对地指向(直至一个最小间距dmin)，然后相互离开(壁部分12o，14o)。
壁12、14的下部分12u、14u的最大间距用d表示，壁12、14的上方部分在其自由端12r、14r的间距用D表示。其中D和d大于dmin，而且D大于d。壁12、14镜像对称于一个假想的对称平面E-E地延伸。壁12的下部分与底部10的上侧面的倾斜角度a大约为70°。壁12、14的上部分与平行于平面E-E的一个平面的夹角b约为20°。
总之对于该构件而言就形成了一种由壁所限定的内腔R的横断面几何形状，它类似于一个煮蛋计时器漏沙钟。
在箭头Z1方向上输送的金属熔化物抵达底部10并且沿箭头Z2方向上转向，最后在箭头Z3方向上在壁侧面处向上移动，直至超出壁的外缘12r、14r而离开。
在底部10和所述的收缩处11之间使输入熔化物的动能降低。由于横断面逐渐变小，同时就避免了熔化物的不可控制的飞溅。在位于收缩部分11和上开口O(在边缘部分12r、14r的内表面之间)之间的部分里设计了一个扩散体区域，在该区域内熔化物在壁侧可以不受干扰地并以层流状从构件里流出，而在中间(按箭头1所示)新的金属熔化物则可以进入该构件里。
按图1所示的构件设计成槽形。
按图2所示的构件也是这样。该构件也相对于一个对称平面E设计成镜像对称的，因而其余的几何特征则只按(左)壁12来叙述，对于壁14也是类似的。
从底部10起首先是一个第一内壁部分12.1，它与平面E-E成大约为45°的角α。接着此部分是一个平行于底部10延伸的部分12.2，它向内延伸(指向对置的壁14的方向)。接着该部分12.2是另一部分12.3，该部分与平面E-E成一个约为40°的角度β，一直延伸到壁12的上边缘12r。在部分12.2和12.3之间壁间距dmin为最小。
总之对于构件的内腔R来说，在底部10和外部边缘12r、14r之间得到基本为一种V形的几何形状，但有一个根切区20。这导致了被输入的金属熔化物的可控制的换向。换向的熔化物射束产生一种涡流。熔化物失去了其流动方向。动能就直接在浇铸之后以及在这之后极大程度上消除掉了。
按图3所示的实施例类似于按图2所示的实施例，其中在这里所示的构件中当然就是指一种旋转对称设计的釜缶状构件，也就是一种冲击釜缶。所述旋转对称是对于一条假想的中心纵轴线M-M进行的。
在按图2所示实施例的变型里，位于部分12.1和12.3之间的内壁12的特征是，有另外一个倾斜段12.4和另一个水平延伸的部分12.5，因而产生了另外一个根切区域22。部分12.4的倾斜角度γ大于部分12.3的倾斜角度β。
按照本发明的构思，在图3中所示的对置的壁面称为壁面14。从技术上来看当然是指该同一个壁面12，即图的左半部分所示的壁面，因为根据所描述的釜缶的几何形状这种壁是环绕的。
底部10具有一个球缺形表面10o，它也可以相反地拱起。
图4表示了另一种实施形式的冲击釜缶，其中连接于一个下部倾斜的壁部分12.1的是一个壁部分12.6，它垂直于底部10地延伸，并且紧接着是一个突起的内壁面12.7，该面向着冲击釜缶的自由外边缘12r向外扩展，因而冲击釜缶在上部自由端处具有比在底部10的弹回表面24部位里(直径q)大得多的内径Q。在底部10和开口O之间又是具有空间R的最小横断面(qmin)的位置。
通过图4所述的几何形状也产生了一种环绕的根切的(槽状的)区域20，该区域用于使冶金熔化物换向和镇静，并降低熔化物的动能。
构件体可以由铸造材料(例如以Al2O3为基)整体地制成。
图4用虚线也表示了一种可能的变型。此时所述或多或少呈直线相互连接起来的壁部分12.1、12.6和12.7设计成流线状相互过渡的，其中指向开口O的表面部分12.7的部分具有附加凹下的曲率。相反的拱起(凸起的曲率)也相应于所要求的主题。
通常合适是，所述的回弹体(构件)的一个或多个内部底面和壁面可以成直线或者弯曲布置，更确切地说凸起或凹下地弯曲，也可以相互过渡，具有相同的或不同的倾斜角/曲率半径地延伸，因而熔化物的流动性能可以适应于具体的应用场合。
若这在图4中所示的与平面E-E夹角大于0并小于90°的直线的壁部分由曲线部分来代替的话，那么并不是整个壁部分与平面E-E倾斜成一个唯一的角度。壁部分的每个部分与平面E-E倾斜的角度β则对于壁部分内轮廓的每个点来说由该点处的切面与该平面之间的角度来确定。
由于其弯曲变化，这些壁部分12.1、12.6和12.7分别具有与平面E-E的不同的夹角。
在图4中例如在位于指向开口O的表面部分12.7上的点P处作切面T。在点P处表面部分12.7与平面E-E成大约为80°的角度β地延伸。
Claims (19)
1.耐火的陶瓷构件，该陶瓷构件具有如下特征：
1.1一个底部(10)，
1.2至少两个壁(12，14)，
1.3壁(12，14)从底部(10)的相对置的部分(101，10r)起如此伸展，使得该壁的内表面至少局部地(12.1、12.3、12.4)与一个平面E-E成一个大于0°并小于90°的角度地、垂直于底部(10)并以相反的倾斜地延伸，
1.4在壁(12，14)的自由端(12r，14r)之间设有一个开口(O)，
1.5在底板(10)和开口(O)之间至少有一个部分(11)，在此部分处壁(12，14)的间距(dmin，qmin)小于在向着开口(O)和向着底部(10)方向的紧邻着的部位(12u，14u；12o，14o)处的间距。
2.按权利要求1所述的构件，其中每个内表面具有多个部分(12.1，12.3，12.4，12.7)，它们具有不同的倾斜角度。
3.按权利要求1所述的构件，其中每个内表面具有多个有不同倾斜角度的部分(12.1，12.3，12.4，12.7)，而且邻接于壁(12，14)的自由端(12r，14r)的部分(12.3，12.7)具有比邻接于底部(10)的部分(12.1)处更大的倾斜角度。
4.按权利要求1所述的构件，其中壁(12，14)的内表面从断面来看具有一种锯齿轮廓断面。
5.按权利要求1所述的构件，其中壁(12，14)的内表面具有倒圆的、相互指向的异形断面部分(12.7)。
6.按权利要求1所述的构件，其中壁(12，14)的内表面至少具有一个槽形的凹坑(20，22)。
7.按权利要求6所述的构件，其中该槽形凹坑(20，22)在其纵向长度上来看呈倾斜变化。
8.按权利要求1所述的构件，其中壁(12，14)的对置的内表面是镜像对称的。
9.按权利要求1所述的构件，其形状为一个向上敞开的槽。
10.按权利要求1所述的构件，该构件具有至少另外两个壁，它们将所述两个壁(12，14)连接起来形成一个釜缶形状。
11.按权利要求1所述的构件，该构件是一个釜缶形状的，俯视图上看具有椭圆的、矩形的或圆形的几何形状。
12.按权利要求1所述的构件，在该构件中由壁(12，14)所围绕的腔室(R)的高度与宽度的比例、或者高度与最大直径的比例为2∶1至1∶4。
13.按权利要求1所述的构件，在该构件中由壁(12，14)所围绕的腔室(R)的高度与宽度的比例、或高度与最大直径的比例为直至1∶15。
14.按权利要求1所述的构件，其壁(12，14)的内表面的倾斜角度在10°和80°之间。
15.按权利要求1所述的构件，其壁(12，14)的内表面的倾斜角度在30°和60°之间。
16.按权利要求1所述的构件，该构件是整体的。
17.按权利要求1所述的构件，该构件具有一个球缺形的底部(10)。
18.按权利要求1所述的构件，其中壁(12，14)的内表面的间距向着壁的自由端(12r，14r)扩大。
19.按权利要求1所述的构件，其中壁(12，14)的内表面的间距在壁(12，14)的自由端(12r，14r)部位处和底端(12，14b)的部位处都大于其间的至少一个部位(11)处的间距。
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