CN1913992A - 一种细长的塞棒装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对熔融金属进行流量控制的，即用于控制从冶金容器例如中间包中出来的熔融金属的流量的细长的塞棒装置。

Description

一种细长的塞棒装置
本发明涉及一种用于对熔融金属进行流量控制的，即用于控制从冶金容器例如中间包中出来的熔融金属的流量的细长的塞棒装置。
众所周知，在钢铁铸造中使用一件式耐火塞棒铁芯，通过利用提升机构进行垂直移动，以便改变相应的冶金容器的出口孔的横截面积。
那些塞棒铁芯还被用来将惰性气体例如氩引入到钢水中，用于从熔融金属中除去非金属夹杂物。
在各种情况下，塞棒装置必须经得起数小时的浸没在熔融金属中。塞棒装置还必须能够耐受得住在启动铸造时出现的强烈的热冲击以及施加在其上的任何机械力。
为了改进这种塞棒装置的机械性能和热特性以及使用特性，人们已进行了许多尝试。
EP 0358535B2披露了一种适合于提升机构的一件式耐火塞棒铁芯(杆)，其包括细长的耐火材料塞棒铁芯主体，所述主体上设有钻孔，具有纵向轴线并且从所述主体的上表面向下延伸出。在所述轴向钻孔内，金属衬套被插入，从而螺纹地接收被插入到所述耐火主体中用于附接到相应的提升机构上的金属杆的螺纹部分。
这种装置存在的一个问题是，所述金属衬套与耐火材料主体之间的锚定以及对避免在陶瓷主体和金属衬套插件之间存在应力差的要求，上述问题可能会导致陶瓷材料在使用期间产生机械破裂。
DE 19823990C2公开了一种塞棒装置，提供了一种体现为陶瓷插件的钻孔上部。该插件具有与相应的金属杆外螺纹相对应的内螺纹，在将该杆插入所述螺纹插件中之后，所述金属杆螺纹地固定在所述插件内。虽然使用两种陶瓷材料降低了在主体材料和保持插件之间的应力差的风险，但是问题仍然保持与一种困难相关，即以可接受的成本维持高强度陶瓷材料的精密的螺纹形式。
因此本发明的目的在于提供一种用于对从容纳熔融金属的容器中流出的熔融金属进行流量控制的细长的塞棒装置，所述塞棒装置易于进行制造并且提供了简单的固定手段，用以将相应的金属杆附接在相应的耐火陶瓷主体内。
现在已经发现，这种将金属杆附接到耐火陶瓷主体的相应的钻孔内的做法可使用比圆柱形金属衬套或细长的圆柱形陶瓷插件更简单的设备来实现，即通过至少一个锚定件，例如由一种不同的材料(与主体材料相比)的板片状部件，由此所述锚定件被固定在所述主体之内位于所述主体上表面与相应钻孔的下端之间，并且锚定件径向地伸入到所述钻孔内，其主表面主要垂直于位于主体上部之内的钻孔的纵向轴线进行延伸。
与公开了金属杆固定设备的现有技术结构相反的是，所述已公知的固定设备都沿着细长耐火主体的纵向轴线的较长长度进行延伸，本发明提供了一种固定设备，所述固定设备被布置成主要分别垂直于所述主体和/或所述钻孔的纵向轴线，并且沿着所述主体内的孔的长度位于一个特定位置。这些固定设备远比衬套更小，即更少的不同材料被引入到陶瓷主体内并且固定设备(锚定件)和陶瓷主体之间预期将产生更小的热应力和机械应力。
换句话说：所述锚定件被布置在所述细长塞棒装置的特定高度上，距离它的上表面和它的下端各一定距离处。典型地，所述锚定件被布置在塞棒装置总长度的10％-40％之间的位置上，从耐火主体的上端起算，可以是5-25厘米，典型地大约为10厘米。
显然，这种大体上为径向的固定设备，比沿着塞棒的纵向轴线延伸的任何插件或衬套明显地减少了轴向长度。因此，由所述大体上径向的固定设备上出现的纵向热膨胀效应在陶瓷主体上产生的任何机械应力比现有技术结构上产生的机械应力低得多。
此外，其可以容易地被固定在陶瓷耐火材料外包层(耐火主体材料)之内，例如在等静压制所述塞棒装置时。
可以按如下方法进行制造：将前述的锚定件例如板片状部件的端部放置在合适的心轴(芯棒)的相应的缝隙中。将橡胶外模具放置在心轴组件上，且将耐火陶瓷材料填充在心轴和模具之间的圆柱形空间中。此后，包含耐火材料的模具，包括固定设备受到等静压制。然后拆下外模具，并且从压实的制品上拆下由至少两个纵向运行部件制成的心轴，使得锚定件(板片状部件)的外部部分牢固地嵌入在陶瓷主体内，并且它们的内部末端伸入达到陶瓷孔内的预定位置。
在所述制造期间，还可进一步在所述模具之内放置密封构件，在下文中将对此进行描述。
本发明最普通的实施例涉及一种用于对从容纳熔融金属的容器中流出的熔融金属进行流量控制的细长的塞棒装置，所述装置包括：
-由耐火陶瓷材料制成的主体，
-钻孔，所述钻孔具有一条纵向轴线并且从所述主体的上表面向下延伸出，
-所述钻孔沿其长度装备有由不同的材料制成的至少一个锚定件，所述锚定件被固定在所述主体之内位于所述主体上表面和所述钻孔的下端之间并且径向伸入到所述钻孔之内，其主表面主要地垂直于钻孔的纵向轴线进行延伸，
-所述锚定件适于接收并且固定被插入到所述钻孔中的金属杆的一个螺纹端。
根据一个实施例，所述金属杆在其插入端具有至少为部分带螺纹的部段。该带螺纹的部段与锚定件(固定设备)一起用来将所述金属杆附接到所述耐火主体的所述钻孔内。
通过提供仅一个径向伸入到所述钻孔内的锚定件如板片状部件，就能够充分实现所述附接。在将所述杆插入到钻孔中的过程中，所述杆上的带螺纹的部段将沿所述固定部件进行运行，并且为所述杆在所述主体内提供必要的附接。
显然，该固定(锚定)装置最好应具有一定的圆周长度。它可以在所述钻孔的内壁上延伸20°至≤360°乃至更多。
特别是在其延伸大于20°的情况下，这将有利于将所述板片状部件布置成相对于钻孔的纵向轴线具有一定倾斜(下降的梯度或斜率)，但是对实现所需的锁定并不是必需的。
如果锚定件(板片状部件)或多或少是环形的，即在环绕内孔表面的圆周方向延伸超过180°，尤其是在超过270℃时，情况更是如此，并且当该部件具有大于360°的长度时，那么所述部件必须是倾斜的。卡环设计提供了另一种可能的选择。
虽然所述锚定件可以设计成一个环，所述环例如具有圆周长度为270°至≤360°或者高达450°或者300°至400°，但是也可以用至少两个锚定件来制备所述固定装置，每个锚定件都设计得像环形截面并且被布置成沿假想的螺旋线彼此间隔一定距离。进一步的实施例提供了由三个锚定件制成的固定装置，每个锚定件都设计成像环形截面并且被布置成沿假想的螺旋线彼此间隔相等的距离。即便是两个或三个沿径向布置的彼此隔开的销，也可以提供必要的锚定设备，用来将杆紧固和保持在主体内。还可以沿着垂直于杆的纵向轴线的平面布置锚定件。
通过上面的解释说明很清楚的是，即一件式固定装置是用于简易制造所述塞棒装置的最便利的方式。
所述固定装置可由任何不同于耐火主体的材料制成，并且足够坚固，从而螺纹地接收相应金属杆上的螺纹部分。例如，所述固定装置可由金属或特种陶瓷如氮化硅、氧化锆或氧化铝制成。
如上面所述，可沿所述钻孔并且最好邻近于所述固定装置布置所述密封构件。
这样就改善了陶瓷主体和金属杆之间的密封度，特别是在所述塞棒铁芯用于将气体引入冶金熔料中的情况下更是如此。
相应的密封构件(垫圈)可以放置在被设置在钻孔的一定高度上的相应的环状密封表面上。这种结构在EP 1135227B1中被进一步公开，所述专利申请的公开内容被本文引用。
所述密封装置也可以沿着所述钻孔的圆周壁布置在所述固定部件的上面或者下面，并且沿径向延伸进入所述钻孔中，在纵向上沿着所述钻孔的一定长度，并且适于以螺纹的方式接收所述杆。
所述用语“上面”，“上部”，“降低”，“向下”等等指的是这种主要是垂直运行的塞棒铁芯的典型使用。
如上面所述，用来附接相应的杆的板片状部件沿着主体的限定的纵向位置进行布置。因此，当引入该杆时，所述杆的相应的外螺纹将在所述固定装置上面向下伸出。带螺纹的杆部段的伸出部分现在被用来提供有效的密封，这是因为它将被旋入所述垫圈中。耐受高温的垫圈材料由此渗入螺纹中，并且分别在所述封口和所述杆的相应长度上产生了有效的密封和紧固。
所述密封构件可具有圆柱形形状。所述密封构件应该伸入到钻孔中。
钻孔中的接收密封构件的部分可以是成圆锥形的设计，其更小的部分在其下端。
然后，所述杆在其邻近于所述密封构件的部分比其在顶部上的部分可具有更小的宽度。
所述密封构件可由任何能够耐受在使用塞棒装置的过程中会产生的高温的材料制成。石墨是那些材料中的一种。一种可能的材料是压缩石墨材料，其具有纯度＞95重量％的碳和大约1,4g/cm3的密度。该密封件可以是预制部件，在制造过程中既可以刚好在安装金属支架杆之前被插入塞棒主体中，或者也可以在制造过程中与塞棒铁芯的陶瓷主体共同形成。
另一种可选方式是，在制造塞棒的过程中，该密封件可以通过压缩包括分层的石墨粉末或者石墨箔卷材的石墨元件而制成，所述密封件围绕成形工具(模具)进行放置，然后在装模过程中被塞棒的陶瓷主体材料所包绕。
通过以上描述可见，如果所述塞棒装置用于引入气体，则相应的杆将装备有可通过供给气体的轴向孔。主体上相应的钻孔在其下端将会设置至少一个开口。
将在从属权利要求和其它申请文件中对本发明的进一步细节进行描述。
下面，将结合一个实施例对本发明进行详细描述，该实施例并不限制所要求保护的塞棒装置的范围。
唯一的附图图1示意性地示出了塞棒装置上部的局部纵向截面图。
塞棒装置包括细长的耐火主体10，所述耐火主体具有相对于主体10同轴设置的且适合于牢固地接收金属杆14以将其附接到提升机构上(未示出)的中心钻孔12。
中心钻孔12或多或少具有圆柱形形状且从耐火材料主体10的上表面10u开始向下延伸(箭头D)，并且终止于所述耐火材料主体10下端的开口处(未示出)。
在距离上表面10u距离d处，板片状金属环16与耐火材料主体10成一体。所述环沿径向伸入到所述钻孔12中。主表面(上表面16u；下表面161)主要垂直于所述钻孔12的纵向轴线进行延伸。
在图1中，所述扁平环16这样地进行布置，使得相对于水平面(垂直于纵向轴线A)存在大约(ca.)3度的角度α。该角度可适于与金属杆14上的螺纹牙型的螺距相匹配。所述环16不闭合而是存在缝隙，并且环绕成大约330°的角度。所述环的自由端在钻孔12的纵向方向上存在偏移。
将在下文中进行描述的作为所述杆14的固定装置的该板片状环16已经与耐火材料主体10共同受到挤压。它凸入(伸入)到钻孔12中超过一定宽度，从而使得螺纹地接收金属杆14的下部141的外螺纹14t(图中用点表示)，金属杆14的下部141可以具有中心的、纵向的贯穿通道14c(图中用线表示)。
在组装过程中，所述金属杆14被引入到钻孔12中，由此进行转动，从而使得杆14的外螺纹14t与环16的凸出部件16p相接合。
然后，杆14进一步被引入到钻孔12中(向下，如箭头D所示)，并且与圆柱形石墨垫圈18相接合，所述石墨垫圈被布置在钻孔12的内壁12w前面，跨越的长度为L。
在将所述杆14进一步引入到钻孔12中的过程中，垫圈材料渗入螺纹14t的空间中，从而在长度L范围内在耐火材料主体10与杆14之间提供了紧密密封。
如图所示，杆14在钻孔12内的最终位置的特征在于，螺纹端14e较少地凸出通过密封构件18的端部。另一种可选方式是，螺纹杆终止于密封元件的长度之内。
耐火材料主体10的上表面10u与固定地设置在金属杆14上的阻塞设备20、22相邻接，从而使得杆14不能与箭头D相反方向地伸长。阻塞设备20、22具有类似螺母的形状，并且制备具有与杆14的螺纹14t相应的内螺纹。
所述板片状固定设备(开口环16)的限制尺寸和它相对于细长塞棒的通常为水平的(径向)布置，保证了杆14在钻孔12中的安全固定，即便在高热负荷下，所述金属固定设备和所述金属杆将沿径向相等地进行膨胀，而在轴向上存在很少或者没有不均匀的膨胀。
与向下的以下密封垫圈一起，所述设计产生可用于不同目的的改进的塞棒装置，即用于将气体沿着槽14c和钻孔12供给到熔融金属中。垫圈18与杆14的外螺纹14t之间的紧密接触进一步使得密封元件受到径向压缩，并且改善所述装置的密封度。金属杆在工作温度时产生的膨胀用于通过维持封口的压缩力而进一步提高密封效率。
在纵向方向上，固定设备应该尽可能小。它的“厚度”可以是≤5毫米、≤3毫米、≤2毫米乃至≤1毫米，而所述密封设备的“长度”(L)可以是≥10毫米、≥20毫米、≥30毫米或者≥40毫米。
本发明包括具有两个或更多固定设备的实施例，所述固定设备沿着细长的塞棒铁芯的纵向轴线处于不同的位置，即各个固定设备彼此之间具有一定的距离(在钻孔的纵向方向上)。该距离可以在几厘米或更多的范围内。这些特殊的固定设备可以与金属杆的一个或多个外螺纹共同作用。

Claims (20)

1.一种用于对从容纳熔融金属的容器中流出的熔融金属进行流量控制的细长的塞棒装置，所述装置包括：
a)由耐火陶瓷材料制成的主体(10)，
b)钻孔(12)，所述钻孔具有一条纵向轴线(A)并且从所述主体的上表面(10u)向下延伸出，
c)所述钻孔(12)沿其长度装备有由不同的材料制成的至少一个锚定件(16)，所述锚定件被固定在所述主体(10)之内位于所述主体(10)上表面(10u)和所述钻孔(12)的下端之间并且径向伸入到所述钻孔之内，其主表面(16u、16l)主要地垂直于钻孔(12)的纵向轴线(A)进行延伸，
d)所述锚定件(16)适于接收并且固定被插入到所述钻孔(12)中的金属杆(14)的一个螺纹端(14l)。
2.根据权利要求1所述的塞棒装置，其中所述金属杆(14)在其插入端具有至少部分带有螺纹的部段(14l)。
3.根据权利要求1所述的塞棒装置，包括邻近所述锚定件(16)布置的密封构件(18)。
4、根据权利要求3所述的塞棒装置，其中所述密封构件(18)沿着所述钻孔(12)的圆周壁(12u)被布置在所述部件(16)下面，沿径向延伸进入所述钻孔之内，并且纵向地沿着所述钻孔(12)的一定长度(L)延伸，并且适于螺纹的方式接收所述杆(14)。
5、根据权利要求3所述的塞棒装置，其中所述密封构件(18)具有圆柱形形状。
6、根据权利要求3所述的塞棒装置，其中钻孔(12)接收密封构件(18)的部分是成圆锥形的设计，其更小的部分在其下端。
7、根据权利要求3所述的塞棒装置，其中所述杆(14)在其首先进入所述密封构件(18)的部分比其在顶部上的部分具有更小的宽度。
8、根据权利要求3所述的塞棒装置，其中所述密封构件(18)由石墨制成。
9、根据权利要求1所述的塞棒装置，其中所述锚定件(16)具有板片状形状，其主表面(16u、16l)主要地垂直于钻孔(12)的纵向轴线(A)进行延伸。
10、根据权利要求1所述的塞棒装置，其中所述锚定件(16)由至少两个板片构成，每个板片都被设计成类似环形截面，并且沿假想的螺旋线彼此间隔一定距离进行布置。
11、根据权利要求1所述的塞棒装置，其中所述锚定件(16)由三个板片构成，每个板片都被设计成类似环形截面，并且沿假想的螺旋线彼此间隔相等距离进行布置。
12、根据权利要求1所述的塞棒装置，其中所述锚定件(16)是卡环。
13、根据权利要求12所述的塞棒装置，其中所述卡环环绕大于180°。
14、根据权利要求12所述的塞棒装置，其中所述卡环环绕小于360°。
15、根据权利要求12所述的塞棒装置，其中所述卡环环绕360°。
16、根据权利要求12所述的塞棒装置，其中所述卡环环绕大于360°。
17、根据权利要求12所述的塞棒装置，其中所述卡环环绕小于450°。
18、根据权利要求1所述的塞棒装置，其中所述锚定件(16)由金属制成。
19、根据权利要求1所述的塞棒装置，其中所述杆(14)具有轴向孔(14c)。
20、根据权利要求1所述的塞棒装置，其中所述锚定件(16)被布置成相对于垂直于钻孔(12)的纵向轴线(A)的平面存在1°-5°的角度α。
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