CN218693828U - 用于连续金属浇铸的中间包 - Google Patents
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Abstract
一种用于连续金属浇铸的中间包(10),该中间包的过滤系统的过滤器模块(1)包括过滤单元(1f),该过滤单元设有从通道入口延伸至通道出口的通道(1c)。过滤系统还包括壁模块(2),该壁模块包括限定了开口(2o)的壁,该开口从该底板(10f)在开口高度(h2)上延伸。在该壁模块(2)与该过滤器模块(1)之间限定了具有最大宽度(t12)的旁通通路(2b),使得金属熔体仅可以从入口部分流经该过滤单元(1f)的通道或流经该旁通通路(2b)而流到该出口部分。该壁模块包括具有宽度(t2L)的壁横档(2L)。该过滤器模块(1)进一步包括过滤器横档(1L),该过滤器横档具有宽度(t1L)并且相对于该壁横档(2L)在竖直方向上偏离以与之形成挡板。
Description
技术领域
本实用新型的实施例涉及一种连续金属熔体浇铸的中间包,该中间包设有过滤单元,该过滤单元用于在将金属熔体浇铸到模具或工具中之前去除固体杂质。特别地,本实用新型涉及一种中间包,该中间包包括过滤器模块,该过滤器模块为金属熔体从中间包的入口部分流到出口部分提供了两条可能的通路,该出口部分包括用于将金属熔体浇铸到模具或工具中的中间包出口。金属熔体必须流经过滤单元、或者流经被设计为有助于流动穿过过滤单元的旁通通路。然而,在过滤单元被阻塞的情况下,流可以继续穿过旁通通路。
背景技术
在金属连续成型过程中,金属熔体从一个冶金器皿转移到另一个冶金器皿,转移到模具或工具。例如,钢包填充有来自炉的金属熔体,并且被驱送到中间包上方,以将熔融金属总体上穿过钢包长水口从钢包排放到中间包中。然后金属熔体可以穿过浇注水口从中间包出口浇铸到模具或工具中,以连续形成板坯、方坯、梁、薄板坯等。在重力作用下,金属熔体从钢包流出而进入到中间包中,再从中间包流出而进入到模具或工具中。
浇铸金属零件中存在缺陷(比如夹杂物和杂质)是值得关注的问题。这些缺陷主要来自钢包中存在的碎屑和杂质、或者是由中间包的浇注区域中的耐火材料由于金属熔体与耐火材料之间的冲击和摩擦而导致的磨损造成的。重要的是,防止这样的碎屑和杂质到达中间包出口,以减少浇铸金属零件中的缺陷数量。
为了减少到达中间包出口的碎屑和杂质的量,EP 3470149中已经提出了包括在中间包空腔的整个宽度上延伸的挡板模块,该挡板模块将中间包空腔分为入口部分(被定义为中间包的、接收来自钢包的金属熔体的部分)和出口部分(被定义为中间包空腔的包括中间包出口的部分)。该挡板模块由两个相对于彼此竖直地偏离的平行壁构成,即,第一壁和第二壁,该第一壁与入口部分相邻、在空腔的底板与第一壁的自由边缘之间限定开口,该第二壁从底板延伸至高于由第一壁限定的开口的高度。从入口部分流到出口部分的金属熔体被挡板模块改向,使大部分碎屑和其他固体滞留在第二壁的底部处。然而,如EP 3470149中描述的挡板模块主要截留最重的碎屑和其他固体,它们不能跟随由挡板提供的曲折部流动。另一方面,较轻的固体保持悬浮并且经过挡板模块到达中间包出口。考虑到金属熔体具有高的密度,因此固体容易地保持悬浮,并且此挡板模块的去除效果对许多应用来说并不令人满意。
还提出了引入在中间包空腔的整个宽度上延伸的过滤器模块,用于在入口部分与出口部分之间将中间包空腔分隔。例如,KR 200303465描述了一种中间包,该中间包包括在中间包空腔的整个截面上延伸的过滤器模块,该过滤器模块包括限定了通道的过滤单元,该空腔的入口部分中的金属熔体必须流经这些通道以到达出口部分,由此从到达出口部分的金属熔体中去除大部分碎屑和杂质。使用过滤器模块允许显著地减少从中间包流出而进入到工具中的碎屑和杂质的量,但是也存在很大的危险。实际上,随着时间,碎屑和其他固体积聚在过滤单元的入口侧上,由此显著地减小了过滤单元的渗透性并且增大了为了驱使金属熔体流经过滤单元所需的压力差(ΔP)。因此,空腔入口部分中的金属熔体的液位相对于出口部分中的液位升高,直至其到达过滤器模块的顶部以流动跨过过滤器模块而不是流经过滤单元。如果过滤器模块的高度接近中间包高度,则存在金属熔体从中间包溢出的严重危险,并造成可怕的后果。
为了解决在过滤单元被阻塞的情况下的溢流的问题,KR 101853768描述了一种过滤器系统,该过滤器系统包括上文讨论的EP 3470149和KR 200303465中提出的解决方案的组合,即通过在EP 3470149的挡板模块的第一壁与第二壁之间引入过滤器模块。该过滤器模块低于KR 200303465中描述的过滤器模块,并且其高度类似于由第一壁限定的开口高度。该第一壁的作用是使金属熔体的一部分偏转为流动跨过过滤器模块并且在过滤器模块与第一壁之间限定旁通通路。这样,在过滤单元被阻塞的情况下,金属熔体可以流经旁通通路、流动跨过过滤器模块和第二壁,并且因此到达中间包出口,其中一些最重的碎屑和其他固体留在过滤器模块和第二壁边上。此解决方案的问题在于,甚至在过滤单元没有阻塞时,金属熔体的显著部分流经旁通通路而不流经过滤单元,由此降低了KR 101853768中描述的过滤器系统的效果。
相应地,需要一种克服本领域的限制的改进的过滤系统。
实用新型内容
本实用新型的实施例涉及一种过滤系统,用于有效地去除存在于从入口部分到出口部分流经中间包的金属熔体中的大部分碎屑和其他固体,而不管它们的密度如何,并且同时确保高水平的安全而不存在由于过滤系统的功能障碍而导致金属熔体溢出中间包边缘的风险。在以下各节中将更详细地说明本实用新型的这些优点和其他优点。
本实用新型的实施例提供了一种用于连续金属浇铸的中间包。在多个不同的实施例中,中间包(10)限定空腔,其中,该空腔具有沿着竖直轴线(Z)测量的空腔高度(h10)、沿着纵向轴线(X)测量的空腔长度、和沿着横向轴线(Y)测量的空腔宽度,其中,X⊥Y⊥Z。该空腔包括:入口部分(10i),该入口部分被配置用于接收通过重力从该中间包的外部排放到该中间包的空腔中的金属熔体(20m)流;出口部分(10o),该出口部分包括出口(11o),该出口被配置用于将该金属熔体从该空腔排出而进入到模具中;以及过滤系统,该过滤系统在整个空腔宽度上将该入口部分(10i) 与该出口部分(10o)分隔。该过滤系统包括过滤器模块(1),该过滤器模块在该整个空腔宽度上延伸并且在所述空腔内部延伸,其中,该过滤器模块包括入口侧,该入口侧面向该中间包的入口部分(10i)并且从该空腔的底板(10f)延伸至顶表面,该顶表面离该底板的沿着该竖直轴线(Z)测得的最短距离等于最小过滤器模块高度 (h1),并且其中,该过滤器模块(1)包括过滤单元(1f),该过滤单元沿着该竖直轴线(Z)在过滤器高度(hf)上延伸并且设有通道(1c),这些通道从通道入口(即,面向该中间包的入口部分(10i)的入口侧处的开口)延伸至通道出口(即,该过滤器模块(1)的面向该出口部分并且与该入口侧相隔过滤深度(tf)的出口侧处的开口)。该过滤系统进一步包括壁模块(2),该壁模块包括壁,该壁在该整个空腔宽度上延伸并且在所述空腔内部延伸并且限定了一个或多个开口(2o),该一个或多个开口分布在该壁的宽度和从该底板(10f)沿着该竖直轴线(Z)测得的开口高度(h2)上。该过滤器模块(1)被布置成比该壁模块(2)更靠近该出口(11o),并且在该壁模块(2) 与该过滤器模块(1)之间限定了具有沿着该纵向轴线(X)测量的最大宽度(t12) 的旁通通路(2b),使得该金属熔体仅能够从该入口部分穿过该一个或多个开口流到该过滤器模块(1)的入口侧,并且通过流经该过滤单元(1f)的通道或该旁通通路 (2b)而从该一个或多个开口流到该出口部分。壁横档(2L)在与该底板(10f)相距不超过该最小过滤器模块高度(h1)的壁横档距离(d2L)(即,d2L≤h1)处从该壁模块(2)的壁突出,并且朝向该过滤器模块(1)的入口侧延伸而不接触该过滤器模块(1),该壁横档(2L)具有沿着该纵向轴线(X)测量的宽度(t2L),其中,20mm <t2L<t12。另外,过滤器横档(1L)在与该底板(10f)相距超过该开口高度(h2) 的过滤器横档距离(d1L)(即,d1L>h2)处从该过滤器模块(1)的入口侧突出,并且相对于该壁横档(2L)偏离(即,d1L≠d2L),该过滤器横档朝向该壁模块(2) 延伸而不接触该壁模块或该壁横档,该过滤器横档(1L)具有沿着该纵向轴线(X) 测量的宽度(t1L),其中,20mm<t1L<t12。
在多个不同的实施例中,该开口高度(h2)与该过滤器模块高度(h1)的比率 (h2/h1)包含在20%至95%之间(0.2≤h2/h1≤0.95)、优选地在40%至80%之间。
在多个不同的实施例中,过滤器横档和壁横档的宽度(t1L,t2L)之和与旁通通路的最大宽度(t12)的比率((t1L+t2L)/t12)包含在20%至150%之间(即,0.2≤ (t1L+t2L)/t12≤1.5)、优选地在30%至120%之间、更优选地在50%至100%之间。
在多个不同的实施例中,该壁模块包括单一开口,该单一开口从与该底板相隔该空腔高度(h10)的0至5%的距离的下边界延伸至该壁的下边缘,从而限定该开口高度(h2)为该底板与该下边缘的最远点相隔的距离。替代性地,在第二实施例中,该壁模块包括多于一个开口,其中,顶部开口被定义为具有最远离该底板的边界的开口,最远离该底板的边界与该底板相隔该开口高度(h2)。
在多个不同的实施例中,开口高度(h2)可以与空腔高度(h10)相关,该开口高度(h2)与该空腔高度(h10)的比率(h2/h10)包含在10%至60%之间(0.1≤h2/h10 ≤0.6)、优选地在40至60%之间。
在多个不同的实施例中,旁通通路的曲折度可以非常简单地通过限定在入口部分的底板与出口部分之间延伸经过旁通通路的直线来表征,该直线不存在(因为直线无法到达底板或穿过旁通通路而不与耐火元件邻接)、或者与竖直轴线(Z)形成角度(θ),该角度不超过70°、优选地不超过60°、更优选地不超过45°。
在多个不同的实施例中,过滤器横档(1L)“高于”壁横档(2L)。换言之,过滤器横档距离(d1L)可以大于壁横档距离(d2L)(即,d1L>d2L)。替代性地,过滤器横档(1L)可以“低于”壁横档(2L)。换言之,过滤器横档距离(d1L)可以低于壁横档距离(d2L)(即,d1L<d2L)。但是过滤器横档不与壁横档齐平,即,过滤器横档距离(d1L)不等于壁横档距离(d2L)(即,d1L≠d2L)。
在多个不同的实施例中,该壁模块(2)可以包括多于一个壁横档(2L),这些壁横档彼此平行、从不相互接触、并且分布在该壁模块(2)的高度上。类似地,该过滤器模块(1)可以包括多于一个过滤器横档(1L),这些过滤器横档彼此平行、从不相互接触、并且分布在该过滤器模块(1)的高度上。该一个或多个壁横档和/或过滤器横档组合地在旁通通路中限定额外的挡板。
在多个不同的实施例中,每个挡板至少由壁横档和过滤器横档限定,其中,旁通通路对从空腔的入口部分流到出口部分的金属熔体的沿着纵向轴线(X)的流动方向分量施加反向。
在至少一个实施例中,过滤单元的下边界可以与空腔的底板相隔较小距离(hd),该较小距离包含在0至10cm之间(即,0≤hd≤10cm)、并且优选地在2至5cm之间。过滤单元的上边界可以与底板相隔一定距离(hf+hd),使得所述距离((hf+hd)) 与开口高度(h2)的比率((hf+hd)/h2)包含在0.7至1.2之间(即,70%≤(hf+hd) /h2≤120%)、优选地在80%至100%之间。
在至少一个实施例中,壁横档(2L)从壁的一部分宽度突出;在一些实施例中,壁横档(2L)从壁的整个宽度突出。
在至少一个实施例中,过滤器横档(1L)从过滤器模块(1)的入口侧的一部分宽度突出;在一些实施例中,过滤器横档(1L)从过滤器模块(1)的入口侧的整个宽度突出。
附图说明
以下对所披露的各种方法、工艺、组合物和制品的详细描述参考了附图,在附图中:
图1示出了根据本披露主题的至少一个实施例的包括中间包的冶金设施的侧视剖切视图。
图2示出了根据本实用新型的中间包的空腔的顶视立体图。
图3(a)至图3(d)示出了根据本实用新型的壁部分的多个不同的实施例。
图4(a)至图4(f)示出了根据本实用新型的过滤系统的多个不同的实施例的侧视剖切视图。
图5(a)和图5(b)示出了侧视剖切视图,展示了根据本实用新型的过滤系统的多种不同的尺寸。
图6(a)和图6(b)示出了侧视立体图,展示了如何测量空腔高度(h10)。
图7(a)和图7(b)示出了包括多于一个中间包出口的中间包的两个替代性实施例的顶视立体图。
具体实施方式
在金属连续成型过程中,金属熔体从一个冶金器皿转移到另一个冶金器皿,转移到模具或工具。例如,如图1所示,钢包(5L)填充有来自炉(未示出)的金属熔体,并且被驱送到中间包(10)上方,以将熔融金属总体上穿过钢包长水口(5s)从钢包排放到中间包中。然后,金属熔体可以穿过浇注水口(15)从中间包出口(11o)浇铸到模具或工具(25)中,以连续形成板坯、方坯、梁、薄板坯等。在重力作用下,金属熔体从钢包流出而进入到中间包中,再从中间包流出而进入到模具或工具中。可以通过与钢包和中间包的出口流体连通的滑动水口机构来控制流量。可以使用钢包滑动水口机构(5g)来控制离开钢包的流量,并且甚至在密封位置中断流动。类似地,可以使用中间包滑动水口机构(未示出)来控制离开中间包的流量,并且在密封位置中断流动。通常,流出中间包的流量由塞子(7)而不是滑动水口机构控制。
由于将金属浇铸到模具或工具中要连续进行,因此中间包起缓冲作用,并且在整个浇铸操作期间,中间包中的熔融金属的液位(h20)必须保持基本恒定。然而,中间包中的熔融金属的液位(h20)在用填充了熔融金属的新钢包来更换已经排空的旧钢包期间会下降。通过(1)减少钢包更换的时间和(2)通过塞子(7)或滑动水口机构来控制中间包出口(11o)的孔,来将流出中间包的流量维持为基本上恒定。
浇铸金属零件中存在缺陷(比如夹杂物和杂质)是值得关注的问题。此类缺陷的一个来源是中间包中存在的金属熔体(20m)中存在异物。熔渣(20s)也可能导致这些缺陷。这些缺陷主要来自钢包中存在的碎屑和杂质,或者是由中间包的浇注区域中的耐火材料由于金属熔体与耐火材料之间的冲击和摩擦而导致的磨损造成的。重要的是,防止这样的碎屑和杂质到达中间包出口,以减少浇铸金属零件中的缺陷数量。
根据本披露主题的各种实施例,如图1展示的,一种根据本实用新型的至少一个实施例的用于连续金属浇铸的中间包(10)限定了空腔,该空腔具有沿着竖直轴线(Z) 测量的空腔高度(h10)、沿着纵向轴线(X)测量的空腔长度、和沿着横向轴线(Y) 测量的空腔宽度,其中,X⊥Y⊥Z。该空腔包括入口部分(10i),该入口部分被配置用于接收通过重力从该中间包的外部排放到该中间包的空腔中的金属熔体(20m)流。该空腔包括出口部分(10o),该出口部分包括中间包出口(11o),该中间包出口被配置用于将该金属熔体从该空腔排出而进入到模具或工具(25)中。该空腔包括过滤系统,该过滤系统在该中间包的整个宽度上将该入口部分(10i)与该出口部分(10o) 分隔,并且该过滤系统包括过滤器模块(1),该过滤器模块在整个空腔宽度上延伸,并且从空腔的底板(10f)沿着竖直轴线(Z)在最小过滤器模块高度(h1)上延伸至顶表面,该过滤器模块包括面向中间包的入口部分(10i)的入口侧。该过滤器模块 (1)包括:过滤单元(1f),该过滤单元沿着该竖直轴线(Z)在过滤器高度(hf) 上延伸并且设有通道(1c),这些通道从通道入口(即,入口侧处的开口)延伸至通道出口(即,在过滤器模块(1)的面向出口部分并且与入口侧相隔过滤深度(tf)的出口侧处的开口)。过滤系统包括壁模块(2),该壁模块包括壁,该壁在该整个空腔宽度上延伸并沿着竖直轴线(Z)延伸并且限定了一个或多个开口(2o),该一个或多个开口分布在该壁的宽度和从该底板(10f)沿着该竖直轴线(Z)测得的开口高度(h2) 上。
该过滤器模块(1)被布置成比该壁模块(2)更靠近该出口(11o),并且在该壁模块(2)与该过滤器模块(1)之间限定了具有沿着该纵向轴线(X)测量的最大宽度(t12)的旁通通路(2b),使得该金属熔体仅能够从该入口部分穿过该一个或多个开口(2o)流到该过滤器模块(1)的入口侧,并且通过流经该过滤单元(1f)的通道或该旁通通路(2b)而从该一个或多个开口(2o)流到该出口部分,
空腔:该空腔具有沿着竖直轴线(Z)测量的空腔高度(h10)、沿着纵向轴线(X) 测量的空腔长度、和沿着横向轴线(Y)测量的空腔宽度,其中,X⊥Y⊥Z。该空腔由底板(10f)限定、被外围壁环绕。如图6(a)和图6(b)展示的,空腔高度(h10) 对应于从空腔的底板(10f)测量的填充该空腔的液体的液位,高于该液体液位的流体流过该空腔的边缘流出该空腔(在没有盖子关闭该空腔的情况下)。换言之,该空腔高度是从底板到外围壁的顶部测得的外围壁的最小高度。如果中间包设有溢流口 (10s),则空腔高度(h10)为底板(10f)与该溢流口的底部的分隔距离(参见图6(b))。
将来自钢包(5L)的金属熔体通过重力浇注到中间包空腔的接收部分中,从而对中间包馈送金属熔体。为了保护浇注流免于大气污染,钢包通常设有钢包长水口(5s)。为了防止浇注流在撞击空腔的底板时将其穿孔,通常在浇注流撞击底板的冲击区域内设置冲击垫(9)(或冲击盒)。一个中间包通常一次由单一钢包(5L)供给。但是本披露内容可以适用于多钢包馈送系统。
如图7(a)和图7(b)展示的,空腔可以包括由钢包(5L)供给的多于一个中间包出口(11o)。在任何情况下,始终存在至少一个与一个或多个中间包出口(11o)相关联的金属馈送区域,每个金属馈送区域限定在接收部分(附图中展示为盒或冲击垫 (9)的位置)与中间包出口(11o)之间延伸的金属流动路径。根据本实用新型,所有流动路径必须被至少一个过滤系统拦截就足够了,如下文更详细定义的。在多于一个中间包出口(11o)的情况下,可能需要多于一个过滤系统来满足这一要求。
如图1、图4(a)至图4(f)、以及图5(a)和图5(b)所示,在稳定模式中,即,当钢包当前正在将新鲜的金属熔体排放到中间包中时,空腔以基本上恒定的金属熔体 (20m)液位(h20)被填充。仅在用新钢包更换空的钢包(5L)的时间段期间,中间包没有被馈送新鲜的金属熔体,并且中间包中的金属熔体液位(h20)随时间下降,因为浇铸在持续进行。流出中间包出口的恒定流量由中间包出口(11o)处的塞子(7) 或滑动水口机构(未示出)根据压力降低来控制。
金属熔体(20m)的液位(h20)不能超过空腔高度(h10)(即,h20<h10),以免金属熔体流过边缘或流经溢流口(10s)而流出中间包。稳定模式下金属熔体的液位(h20)可以包含在空腔高度(h10)的75%至90%之间。较高的液位会过度地增大溢流的风险,而较低的液位会增加尺寸过大的中间包的成本。
过滤系统:该过滤系统将空腔分为入口部分(10i)和出口部分(10o)。入口部分(10i)包括供新鲜金属从钢包(5L)倒入中间包空腔中的区域。出口部分(10o) 包括中间包出口(11o)。金属熔体倒入入口部分中并且必须流经该过滤系统以从中间包出口(11o)流出而进入到模具或工具(25)中。该过滤系统包括壁模块(2)和过滤器模块(1),该过滤器模块包括过滤单元(1f),该过滤单元设有通道(1c),这些通道从通道入口(即,过滤器模块(1)的面向入口部分(10i)的入口侧处的开口) 延伸至通道出口(即,面向出口部分(10o)的出口侧处的开口)。
金属熔体(20m)仅有两种选择,即穿过过滤单元(1f)的通道(1c)来流经过滤单元,或穿过在过滤器模块(1)与壁模块(2)之间限定的旁通通路(2b)。
本披露主题的各种实施例涉及将过滤系统设计成使得在稳定模式中,流经过滤系统的金属熔体的超过50%流经过滤单元(1f)的通道。与任何过滤系统一样,中间包 (10)中使用的过滤单元(1f)会被截留在过滤单元上游的碎屑和固体阻塞。测量过滤单元的阻塞程度的一种方式是监测过滤单元的上游(Pu)相对于下游(Pd)的压降 (ΔP=(Pu-Pd))随时间的演变。随着阻塞程度增加,压降相对于标称压降(ΔP0) 增大。在本实用新型中,优选的是,对于最高达到两倍标称压降的压降(即,对于ΔP/ΔP0≤2),超过50%、优选地超过60%、更优选地超过75%的金属熔体流经过滤单元(1f)。相反,优选的是,小于50%、优选地小于40%、更优选地小于25%的流量穿过旁通通路(2b)。
本披露内容的过滤系统允许在将金属熔体排放到模具或工具(25)中之前,截留存在于金属熔体中的大量碎屑或其他固体。同时,在过滤单元(1f)被过度阻塞而导致过滤单元两端的高压降的情况下,金属熔体可以穿过旁通通路(2b)流到出口部分 (10o)中。这样,金属熔体不会堵在入口部分(10i)中,而堵在入口部分(10i)中导致金属熔体的液位升高至危险地接近或高于入口部分中的空腔高度(h10),并造成金属熔体从中间包溢出的可怕后果。
与上文讨论的KR 101853768中描述的系统相反,本披露内容的过滤系统不需要位于过滤器模块(1)下游的、在过滤器模块(1)与中间包出口(11o)之间的堰。继续详述本披露内容的过滤系统的设计。
壁模块(2):壁模块(2)是本实用新型的过滤系统的两个基本部件之一,过滤系统将空腔分为入口部分(10i)和出口部分(10o)。壁模块(2)与入口部分(10i) 相邻并且通过过滤器模块(1)与中间包出口分隔。壁模块(2)包括壁,该壁在整个空腔宽度上延伸并且沿着竖直轴线(Z)延伸直至上边缘。该壁限定了一个或多个开口(2o),这些开口分布在该壁的宽度和从底板(10f)沿着竖直轴线(Z)测量的开口高度(h2)上。该壁的上边缘高于金属熔体的稳定液位(h20)。该上边缘总体上定位在距底板(10f)一定距离处,该距离包含在空腔高度(h10)的90%至100%之间、优选地在h10的95%至100%之间。在中间包设有溢流口(10s)的情况下,上边缘可以延伸到高于h10、优选地与中间包的不包括溢流口的自由边缘齐平。这在溢流口 (10s)位于出口部分(10o)中的情况下尤其如此。
如图3(a)至图3(d)展示,该一个或多个开口(2o)可以具有各种几何形状。在图3(a)至图3(b)展示的实施例中,单一开口(2o)从底板(10f)延伸至壁的下边缘,该下边缘可以是笔直的且平行于底板(参考图3(a)),或者是弯曲的(参考图3(b))。开口高度(h2)是从底板到下边缘的最远点的距离。在此实施例的变体中,该开口从与底板(10f)相隔一定距离(最高达到空腔高度(h10)的5%)的下边界(形成台阶)延伸至壁的下边缘。开口高度(h2)被定义为底板与下边缘的最远点的分隔距离 (即,忽略台阶的存在)。在空腔的整个宽度上存在台阶阻碍了将留在中间包中的全部金属熔体排空,从而将入口部分(10i)填充至台阶的高度。台阶可以设有排出通道来避免此问题。在图3(c)展示的替代性实施例中,壁可以包括多于一个开口(2o)。顶部开口被定义为具有最远离底板(10f)的边界的开口。开口高度(h2)被定义为所述边界与底板的分隔距离。图3(c)展示了相同的圆形开口。清楚的是,该多于一个开口可以根据需要具有任何几何形状和尺寸。
为了从入口部分流到出口部分,金属熔体必须经过壁的该一个或多个开口。没有替代方案,除非入口部分中的金属熔体的液位增大超过壁的上边缘。开口高度(h2) 与空腔高度(h10)的比率(h2/h10)优选地包含在10%至60%之间(即,0.1≤h2/h10 ≤0.6)、优选地在15%至50%之间、更优选地在20%至40%之间。开口高度(h2)很重要,因为如图1(虚线)展示的,它迫使金属熔体在撞击了冲击垫(9)而朝向金属熔体的表面向上反弹之后其流动路径向下。存在从底板突出的台阶可以用于截留最重的固体,但是其存在不是必需的。
壁模块(2)还包括壁横档(2L),该壁横档在与底板(10f)相距壁横档距离(d2L) 处从壁的整个宽度突出,并且朝向过滤器模块(1)的入口侧延伸而不与之接触,壁横档(2L)具有沿着纵向轴线(X)测量的宽度(t2L)。对于包括具有笔直上边缘的单一开口的壁,壁横档可以与上边缘齐平,使得壁横档距离(d2L)等于开口高度(h2) (即,h2L=h2),例如如图1、图3(a)、图4(a)、图4(b)、图4(e)、和图5(a)展示的。替代性地,壁横档(2L)可以与底板相距任何距离(d2L),使得h2<d2L<80%h10,优选地d2L小于h10的70%。图3(d)、图4(c)、图4(d)、图4(f)和图5(b)中展示了壁横档不与顶部开口的上边缘齐平的实施例。在一些实施例中,壁横档(2L)从壁的一部分宽度突出;在一些实施例中,壁横档(2L)从壁的整个宽度突出。
壁模块(2)可以包括分布在壁模块(2)的高度上的多于一个壁横档(2L),如图4(e)展示。在多个不同的实施例中,该多于一个壁横档是笔直的并且彼此平行且与底板(10f)平行地延伸。如果彼此不平行,则该多于一个壁横档(2L)优选地不相互接触。壁横档距离(d2L)是最靠近底板(10f)的壁横档到底板的距离。在多个不同的实施例中,壁和壁横档(2L)由耐火材料制成,优选地相同的耐火材料衬在空腔的外围壁和底板上。
过滤器模块:过滤器模块(1)在整个空腔宽度上延伸,并且从空腔的底板(10f) 沿着竖直轴线(Z)在最小过滤器模块高度(h1)上延伸至顶表面。过滤器模块被定位成与出口部分(10o)相邻,并且包括面向中间包的入口部分(10i)的入口侧。过滤器模块(1)包括过滤单元(1f),该过滤单元设有通道(1c),这些通道从通道入口(即,入口侧处的开口)延伸至通道出口(即,在过滤器模块(1)的面向出口部分并且与入口侧相隔过滤深度(tf)的出口侧处的开口)。过滤单元(1f)优选地在顶表面下方竖直地延伸,使得顶表面不是过滤单元(1f)的一部分。过滤单元(1f)可以根据需要在中间包宽度的任何部分上延伸。平面(Y,Z)内的面积越大,穿过具有给定渗透率的过滤单元的体积吞吐量越高。
在至少一个实施例中,过滤器横档(1L)在与底板(10f)相距超过开口高度(h2) 的过滤器横档距离(d1L)(即,d1L>h2)处从过滤器模块(1)的入口侧的整个宽度突出。过滤器横档(1L)相对于壁横档(2L)偏离(即,d1L≠d2L),使得它们不会在同一高度处面向彼此。过滤器横档(1L)朝向壁模块(2)延伸而不接触壁模块或壁横档,过滤器横档(1L)具有沿着纵向轴线(X)测量的宽度(t1L)。在一些实施例中,过滤器横档(1L)从过滤器模块(1)的入口侧的一部分宽度突出;在一些实施例中,过滤器横档(1L)从过滤器模块(1)的入口侧的整个宽度突出。
过滤器模块(1)可以包括分布在过滤器模块(1)的高度上的多于一个过滤器横档(1L),如图4(f)展示。在至少一个实施例中,该多于一个过滤器横档是笔直的并且彼此平行且与底板(10f)平行地延伸。如果彼此不平行,则该多于一个过滤器横档(1L)优选地不相互接触并且不接触壁横档(2L)。过滤器横档距离(d1L)是最靠近底板(10f)的过滤器横档到底板的距离。
在一个实施例中,过滤器横档到底板的距离(d1L)大于壁横档距离(d2L)(即,d1L>d2L)。图1、图4(a)至图4(c)、图4(e)、图5(a)和图5(b)中展示了此实施例。在图4(d)和图4(f)展示的替代性实施例中,过滤器横档到底板的距离(d1L)小于壁横档距离(d2L)(即,d1L<d2L)。
过滤单元(1f)可以是连续金属浇铸领域已知的任何类型的过滤单元。过滤单元(1f)的功能是将所有碎屑和固体(=滞留物)截留在过滤单元的上游,同时允许金属熔体穿过通道(1c)流经过滤单元(=滤出物)并由此流到中间包出口(11o)。这些通道可以是笔直的或者是曲折的,在曲折时,这些通道的尺寸(截面和长度)有助于限定过滤单元的渗透率。过滤单元的渗透率取决于特定应用的要求,并且技术人员知道如何相应地优化过滤单元(1f)的特性。
过滤单元(1f)的下边界可以与空腔的底板(10f)相隔较小距离(hd),该距离包含在0至10cm之间(即,0≤hd≤10cm)、并且优选地在2至5cm之间。类似地,过滤单元(1f)的上边界可以与底板(10f)相隔一定距离(hf+hd),使得所述距离 ((hf+hd))与开口高度(h2)的比率((hf+hd)/h2)包含在0.7至1.2之间(即, 70%≤(hf+hd)/h2≤120%)、优选地在80%至100%之间。
旁通通路:过滤系统中限定的旁通通路(2b)是本实用新型的要旨。该旁通通路必须确保甚至在过滤单元(1f)被阻塞的情况下浇铸仍可以顺利继续,并且同时它无法提供比穿过过滤单元(1f)更容易的流动路径,使得在稳定条件下,至少50%的金属流经过滤单元到达中间包的出口部分(10o)。为此,本披露内容的旁通通路被设计为对金属熔体流赋加沿着纵向方向(X)的速度矢量的方向的第一次和第二次反向。这是通过壁横档(2L)与过滤器横档(1L)的组合来实现的,该壁横档和过滤器横档对该壁与过滤器模块(1)之间限定的通路提供了挡板。
如关于图1、图4(a)至图4(c)、图4(e)、图5(a)、和图5(b)讨论的,壁横档(2L) 可以低于过滤器横档(1L)(即,更靠近底板(10f))。这样,距底板(10f)高于开口高度(h2)的金属熔体部分被壁阻挡并且向下改向(即,朝向开口(2o)),由此可以在接近底板(10f)时改变方向而朝向过滤器模块(1)。金属熔体可以向上流动到壁的正后方,直至其到达壁横档(2L)的下表面。如果壁横档(2L)与开口齐平(即, d2L=h2),则金属熔体根本无法向上流动到壁的正后方。类似地,距底板(10f)低于开口高度(h2)的金属熔体部分无法向上流动到壁的正后方,并且被强制流向过滤器模块(1)。当金属熔体撞击壁横档(2L)的下表面时,该流朝向过滤器模块(1) 改向。过滤器部分笔直地流动(平行于纵向轴线(X))或抵靠过滤单元(1f)向下流动。旁路部分抵靠过滤器模块(1)的入口侧向上流动,直至其撞击过滤器横档(1L) 的下表面。这使该流以平行于纵向轴线(X)的速度矢量分量(=X分量)的反向进行改向,使得该流的X分量沿入口部分(10i)的方向返回。该流撞击壁,并且速度矢量的X分量再次反向,使得该流沿出口部分(10o)的方向返回。如图4(e)所示,壁模块(2)可以包括在壁横档(2L)上方的第二壁横档,以迫使速度矢量朝向与纵向轴线(X)更平行的方向。过滤单元可以包括额外的过滤器横档,以与对应的额外壁横档组合作为额外的挡板以改变速度矢量的X分量。
如关于图4(d)和图4(f)讨论的,过滤器横档(1L)可以替代性地低于壁横档(2L)(即,更靠近底板(10f))。这样,在感觉到流经过滤单元(1f)的阻力时,一部分金属熔体向上改向并且撞击过滤器横档(1L)的下表面。这使该流以速度矢量的X分量的反向进行改向,使得该流的X分量沿入口部分(10i)的方向返回。接着,该流撞击壁并且再次向上改向直至其撞击壁横档(2L)的下表面,从而迫使其将速度矢量的X分量的方向再次沿出口部分(10o)的方向改变。因此,金属熔体可以继续朝向出口部分(10o)流动跨过过滤器模块(1)并且向下流到中间包出口(11o)。过滤单元可以包括额外的过滤器横档,以与对应的额外壁横档组合作为额外的挡板以改变速度矢量的X分量。
技术人员可以通过改变旁通通路(2b)的尺寸以使之或多或少地曲折并且因此与经过过滤单元相比或多或少地容易地流通来调整被迫穿过给定过滤单元(1f)的所需金属熔体部分。相关尺寸例如为最大宽度(t12)(其中t12>0)、过滤器横档宽度(t1L)、壁横档宽度(t2L)、过滤器横档距离(d1L)、壁横档距离(d2L)、沿着竖直轴线(Z) 测量的壁横档与过滤器横档的分隔距离(|d1L-d2L|)等等。
根据至少一个实施例,过滤器横档和壁横档(1L,2L)的宽度(t1L,t2L)之和与旁通通路(2b)的最大宽度(t12)的比率((t1L+t2L)/t12)包含在20%至150%之间(即,0.2≤(t1L+t2L)/t12≤1.5)、优选地在30%至120%之间、更优选地在50%至100%之间。
流经过滤单元的部分还取决于开口高度(h2)和最小过滤器模块高度(h1)。根据至少一个实施例,开口高度(h2)与过滤器模块高度(h1)的比率(h2/h1)包含在20%至95%之间(即,0.2≤h2/h1≤0.95)、优选地在40%至80%之间。
表征出旁通通路的曲折度的简单方式是绘制从入口部分中的底板(10f)经过旁通通路(2b)延伸到出口部分的直线。根据至少一个实施例,这样的直线不存在,因为该线无法到达底板,如图4(b)和图4(d)展示的,或者该线与竖直轴线(Z)形成角度(θ),该角度不超过70°、优选地不超过60°、更优选地不超过45°、最优选地不超过35°。图4(a)和图4(c)中展示了该角度。
上述条件防止金属熔体找到从底板(金属熔体从钢包(5L)排放后反弹的地方) 穿过旁通通路(2b)的笔直流动路径。如果可获得这样的流动路径,则显著部分的熔融金属将绕过过滤单元(1f)而替代地流经旁通通路,这显然不能令人满意。
例如,对于空腔高度(h10)包含在800至1800mm之间、优选地在1000至1300 mm之间的中间包,开口高度(h2)可以包含在80至600mm之间、优选地在100 至500mm之间。旁通通路(2b)中将该壁与该过滤器模块分隔的最大宽度(t12)可以包含在60至800mm之间、优选地在80至600mm之间。过滤器横档到底板的距离(d1L)可以包含在80至650mm之间、优选地在100至620mm之间,并且壁横档到底板的距离(d2L)可以包含在80至600mm之间。
在多个不同的实施例中,壁横档宽度(t2L)和过滤器横档宽度(t1L)可以包含在20至200mm之间;在一些实施例中,壁横档宽度(t2L)和过滤器横档宽度(t1L) 可以包含在50至150mm之间。在至少一个实施例中,壁横档宽度(t2L)和过滤器横档宽度(t1L)中的每一个具有为20mm的最小值。在至少一个实施例中,壁横档宽度(t2L)和过滤器横档宽度(t1L)中的每一个具有为200mm的最大值。然而,在一些实施例中,壁横档宽度(t2L)和过滤器横档宽度(t1L)可以基于中间包(10) 的大小和尺寸来调整或定制。然而,在多个不同的实施例中,壁横档宽度(t2L)和过滤器横档宽度(t1L)中的每一个为非零值;换句话说,本披露主题的各种实施例包括壁横档和过滤器横档的存在,而不管其相应的宽度如何。
本披露内容的中间包的优点在于,在将金属熔体(20m)浇铸到工具(25)中之前,从该金属熔体中去除大部分碎屑和其他固体。当过滤单元(1f)是新的或其通道是干净的且没有任何固体碎屑时,过滤单元的特征为:过滤单元的入口侧与出口侧之间的压降(ΔP)等于标称压降(ΔP0)。在使用时,被通道截留的碎屑和其他固体聚集,并且部分地并最终完全堵塞一些或所有通道。压降(ΔP)增加,使金属熔体更难以流经过滤单元(1f)。在压降(ΔP)增加时,发现金属熔体更容易流经旁通通路(2b) 而不是流经过滤单元。
例如,当过滤单元(1f)完全操作时(例如,ΔP/ΔP0<2),超过50%、优选地超过60%、更优选地超过75%、最优选地超过85%的金属熔体流经过滤单元(1f),从入口部分(10i)流经过滤系统流到出口部分(10o)的金属熔体流经过滤单元(1f),其余地流经旁通通路(2b)。然而,在过滤单元被显著阻塞的情况下(即,压降达到高值,例如ΔP/ΔP0>10),发现金属熔体很难流经过滤单元(1f)、并且更容易通过流经旁通通路(2b)而流出。这降低了在入口部分中看到金属熔体液位(h20)升高至接近空腔高度(h10)的危险液位的风险。
除了有效且易于模块化地满足特定应用的要求之外,此解决方案的实施也非常简单,仅需要简单设计的两个模块,分别为壁模块(2)和过滤器模块(1)。此解决方案也因此非常经济,并且确保了金属浇铸期间的连续性。
一种用于连续金属浇铸的中间包(10),该中间包限定了空腔,其中,该空腔具有沿着竖直轴线(Z)测量的空腔高度(h10)、沿着纵向轴线(X)测量的空腔长度、和沿着横向轴线(Y)测量的空腔宽度,其中,X⊥Y⊥Z,并且其中,该空腔包括:入口部分(10i),该入口部分被配置用于接收通过重力从该中间包的外部排放到该中间包的空腔中的金属熔体(20m)流;出口部分(10o),该出口部分包括出口(11o),该出口被配置用于将该金属熔体从该空腔排出而进入到模具中;以及过滤系统,该过滤系统在整个空腔宽度上将该入口部分(10i)与该出口部分(10o)分隔。该过滤系统包括过滤器模块(1),该过滤器模块在该整个空腔宽度上延伸并且在所述空腔内部延伸,其中,该过滤器模块包括入口侧,该入口侧面向该中间包的入口部分(10i) 并且从该空腔的底板(10f)延伸至顶表面,该顶表面离该底板的沿着该竖直轴线(Z) 测得的最短距离等于最小过滤器模块高度(h1),并且其中,该过滤器模块(1)包括过滤单元(1f),该过滤单元沿着该竖直轴线(Z)在过滤器高度(hf)上延伸并且设有通道(1c),这些通道从通道入口(即,面向该中间包的入口部分(10i)的入口侧处的开口)延伸至通道出口(即,该过滤器模块(1)的面向该出口部分并且与该入口侧相隔过滤深度(tf)的出口侧处的开口)。该过滤器系统进一步包括壁模块(2),该壁模块包括壁,该壁在该整个空腔宽度上延伸并且在所述空腔内部延伸并且限定了一个或多个开口(2o),该一个或多个开口分布在该壁的宽度和从该底板(10f)沿着该竖直轴线(Z)测得的开口高度(h2)上。该过滤器模块(1)被布置成比该壁模块 (2)更靠近该出口(11o),并且在该壁模块(2)与该过滤器模块(1)之间限定了具有沿着该纵向轴线(X)测量的最大宽度(t12)的旁通通路(2b),使得该金属熔体仅能够从该入口部分穿过该一个或多个开口流到该过滤器模块(1)的入口侧,并且通过流经该过滤单元(1f)的通道或该旁通通路(2b)而从该一个或多个开口流到该出口部分,其特征在于,
a.该开口高度(h2)与该过滤器模块高度(h1)的比率(h2/h1)包含在20%至95%之间(0.2≤h2/h1≤0.95)、优选地在40%至80%之间,
b.壁横档(2L)在与该底板(10f)相距不超过该最小过滤器模块高度(h1) 的壁横档距离(d2L)(即,d2L≤h1)处从该壁的整个宽度突出,并且朝向该过滤器模块(1)的入口侧延伸而不接触过滤器模块,该壁横档(2L)具有沿着该纵向轴线 (X)测量的宽度(t2L),其中,0<t2L<t12,
c.过滤器横档(1L)在与底板(10f)相距超过开口高度(h2)的过滤器横档距离(d1L)(即,d1L>h2)处从过滤器模块(1)的入口侧的整个宽度突出,并且相对于壁横档(2L)偏离(即,d1L≠d2L);并且该过滤器横档朝向壁模块(2)延伸而不接触壁模块或壁横档,过滤器横档(1L)具有沿着纵向轴线(X)测量的宽度 (t1L),其中0<t1L<t12,并且
d.该过滤器横档和壁横档(1L,2L)的宽度(t1L,t2L)之和与该旁通通路(2b) 的最大宽度(t12)的比率((t1L+t2L)/t12)包含在20%至150%之间(即,0.2≤(t1L +t2L)/t12≤1.5)、优选地在30%至120%之间、更优选地在50%至100%之间。
前面的描述仅为了清楚理解而给出,不应从中理解不必要的限制,因为在本实用新型的范围内的修改可以是本领域的普通技术人员显而易见的。
Claims (14)
1.一种用于连续金属浇铸的中间包(10),所述中间包限定空腔,其中,所述空腔具有沿着竖直轴线(Z)测量的空腔高度(h10)、沿着纵向轴线(X)测量的空腔长度、和沿着横向轴线(Y)测量的空腔宽度,其中,X⊥Y⊥Z,并且其中,所述空腔包括:
入口部分(10i),所述入口部分被配置用于接收通过重力从所述中间包的外部排放到所述中间包的所述空腔中的金属熔体(20m)流;
出口部分(10o),所述出口部分包括出口(11o),所述出口被配置用于将所述金属熔体从所述空腔排出而进入到模具中;
过滤系统,所述过滤系统在整个空腔宽度上将所述入口部分(10i)与所述出口部分(10o)分隔,所述过滤系统包括
过滤器模块(1),所述过滤器模块在所述整个空腔宽度上延伸并且在所述空腔内部延伸,其中,所述过滤器模块包括入口侧,所述入口侧面向所述中间包的所述入口部分(10i)并且从所述空腔的底板(10f)延伸至顶表面,所述顶表面离所述底板的沿着所述竖直轴线(Z)测得的最短距离等于最小过滤器模块高度(h1),并且其中,所述过滤器模块(1)包括过滤单元(1f),所述过滤单元沿着所述竖直轴线(Z)在过滤器高度(hf)上延伸并且设有通道(1c),这些通道
从通道入口,即,面向所述中间包的所述入口部分(10i)的入口侧处的开口
延伸至通道出口,即,所述过滤器模块(1)的面向所述出口部分并且与所述入口侧相隔过滤深度(tf)的出口侧处的开口;以及
壁模块(2),所述壁模块包括壁,所述壁在所述整个空腔宽度上延伸并且在所述空腔内部延伸,并且限定了一个或多个开口(2o),所述一个或多个开口分布在所述壁的宽度和从所述底板(10f)沿着所述竖直轴线(Z)测得的开口高度(h2)上,
其中,所述过滤器模块(1)被布置成比所述壁模块(2)更靠近所述出口(11o),并且在所述壁模块(2)与所述过滤器模块(1)之间限定了具有沿着所述纵向轴线(X)测量的最大宽度(t12)的旁通通路(2b),使得所述金属熔体仅能够从所述入口部分穿过所述一个或多个开口流到所述过滤器模块(1)的所述入口侧,并且通过流经所述过滤单元(1f)的所述通道或所述旁通通路(2b)而从所述一个或多个开口流到所述出口部分,
其特征在于,
壁横档(2L)在与所述底板(10f)相距不超过所述最小过滤器模块高度(h1)的壁横档距离(d2L)处从所述壁模块(2)的所述壁突出,并且朝向所述过滤器模块(1)的所述入口侧延伸而不接触所述过滤器模块(1),所述壁横档(2L)具有沿着所述纵向轴线(X)测量的宽度,其中,所述壁横档(2L)的宽度大于20mm且小于所述最大宽度(t12),
过滤器横档(1L)在与所述底板(10f)相距超过所述开口高度(h2)的过滤器横档距离(d1L)处从所述过滤器模块(1)的所述入口侧突出,并且相对于所述壁横档(2L)偏离,所述过滤器横档朝向所述壁模块(2)延伸而不接触所述壁模块或所述壁横档,所述过滤器横档(1L)具有沿着所述纵向轴线(X)测量的宽度,其中,所述过滤器横档(1L)的宽度大于20mm且小于所述最大宽度(t12)。
2.根据权利要求1所述的中间包,其特征在于,所述开口高度(h2)与所述过滤器模块高度(h1)的比率包含在20%至95%之间、或在40%至80%之间。
3.根据权利要求1所述的中间包,其特征在于,所述过滤器横档(1L)的宽度和所述壁横档(2L)的宽度之和与所述旁通通路(2b)的最大宽度(t12)的比率包含在20%至150%之间、或在30%至120%之间、或在50%至100%之间。
4.根据权利要求1所述的中间包,其特征在于,所述壁模块(2)包括单一开口(2o),所述单一开口从与所述底板(10f)相隔所述空腔高度(h10)的0%至5%的距离的下边界延伸至所述壁的下边缘,从而限定所述开口高度(h2)为所述底板与所述下边缘的最远点相隔的距离。
5.根据权利要求1所述的中间包,其特征在于,所述壁模块(2)包括多于一个开口(2o),其中,顶部开口被定义为具有最远离所述底板(10f)的边界的开口,最远离所述底板(10f)的所述边界与所述底板相隔所述开口高度(h2)。
6.根据权利要求1所述的中间包,其特征在于,所述开口高度(h2)与所述空腔高度(h10)的比率包含在10%至60%之间、或在40至60%之间。
7.根据权利要求1所述的中间包,其特征在于,在所述入口部分的所述底板(10f)与所述出口部分之间延伸经过所述旁通通路(2b)的直线
不存在,或者
与所述竖直轴线(Z)形成角度(θ),所述角度不超过70°、或不超过60°、或不超过45°。
8.根据权利要求1所述的中间包,其特征在于,所述过滤器横档距离(d1L)大于所述壁横档距离(d2L)。
9.根据权利要求1所述的中间包,其特征在于,所述壁模块(2)包括多于一个壁横档(2L),这些壁横档彼此平行、从不相互接触、并且分布在所述壁模块(2)的高度上。
10.根据权利要求1所述的中间包,其特征在于,所述过滤器模块(1)包括多于一个过滤器横档(1L),这些过滤器横档彼此平行、从不相互接触、并且分布在所述过滤器模块(1)的高度上。
11.根据权利要求1所述的中间包,其特征在于,所述旁通通路(2b)对从所述空腔的所述入口部分(10i)流到所述出口部分(10o)的所述金属熔体的沿着所述纵向轴线(X)的流动方向分量施加反向。
12.根据权利要求1所述的中间包,其特征在于,
所述过滤单元(1f)的下边界与所述空腔的所述底板(10f)相隔较小距离(hd),所述较小距离包含在0至10cm之间、或在2至5cm之间,和/或其中,
所述过滤单元(1f)的上边界与所述底板(10f)相隔的距离为所述过滤器高度(hf)与所述较小距离(hd)之和,使得所述距离与所述开口高度(h2)的比率包含在0.7至1.2之间、或在80%至100%之间。
13.根据权利要求1所述的中间包,其特征在于,所述壁横档(2L)从所述壁的一部分宽度或所述壁的整个宽度突出。
14.根据权利要求1所述的中间包,其特征在于,所述过滤器横档(1L)从所述过滤器模块(1)的所述入口侧的一部分宽度或所述过滤器模块(1)的所述入口侧的整个宽度突出。
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