CN86101933A - 熔融容器出口阀的改进 - Google Patents

Abstract

本发明提供一个熔融容器的出口阀，包括一个装在容器底座内的下插件，该下插件有一个穿过下插件从容器内部通到外部的孔。一个设置在下插件上方并向下压在下插件上的延伸轴，该轴有一个与下插件的上表面相配合的下表面，该轴可相对于下插件绕大致垂直的轴线旋转，穿过下插件的孔道至少从它的上端起向偏离旋转轴线的方向倾斜，轴的下端有一侧面开口，至少能在一个旋转位置上与穿过下插件的孔对齐并相通。

Description

本发明涉及盛有熔融材料（例如金属或玻璃）容器的出口阀。本发明虽然不排斥其它的应用，但特别适用于作为将金属，例如钢水，浇注到连铸模或铸锭模内用的中间包和钢水包的出口阀。

到现在为止，控制熔融金属，例如熔融钢水从中间包到连续铸模的流动，通常靠有限的几种方法中的一种来完成。因此，已使用了开式调节注口，这种注口具有预先选定的、临界的内孔径来作为流动速率的控制因素。这种注口的缺陷在于：首先它们不能用来处理含铝钢，应用这些注口会在流动部位沉积非金属杂质并发生阻塞;第二，在注口的临界孔口内的任何磨损都会导致流速增加，不久流速会太快而使连续浇注口工作状态不正常;第三，注口在工作开始时会出现凝固或在浇注低氧钢时或钢温接近液相点时会遭到阻塞;第四，使得连接在调节注口下部的浸入浇柱管变得难以操作了。

另一种可选择的方法是利用从上部插入的塞棒铁芯挡住注口来控制钢水的流动。这种塞棒铁芯的缺点是：首先它们需要精确地设置，而且在铸造开始阶段很难调整到能确保精确的控制;第二，在塞棒顶部或注口底座形成“浇桶瘤”，特别是在浇铸开始时，能阻碍塞棒的关闭，会不断导致失控和铸模中的钢水外溢，尤其是在具有对较小铸模容量的铸坯机中;第三，工序长，可靠性差。

再一控制钢水流动的方法是利用滑动水口。虽然滑动水口比塞棒铁芯更可靠，但它一旦关闭就可能再打开。实际上，在中间包容器中节制钢水流就足以在浇口系统中形成凝固和堵塞碎块。它们所具有的缺点是：费用昂贵、笨重、不方便和复杂，它们需要靠专业技术人员精密设置和仔细保 养，而且运转费用也是很高的。

有人建议在熔融器的底部装一个出口阀，容器包含有一个环状阀门弹簧，从容器下面将负荷加到容器底部的内衬中形成的环形槽中，阀门的边缘可从下面旋转使豁口从环形槽中通过容器底部移入或移出容器排放开口。

最后描述的设备有许多缺陷。通过负荷弹簧机构底部的结合部位不可避免地要产生空气通道的泄漏问题和钢水凝固的问题。也不能允许阀门部件垂直轴线有偏移。容器下部配置阀门机构意味着任何内衬的烧穿都可能是极具破坏性的。更进一步，在浇注期间，缺口和出口处将严重磨损，这样便导致阀门关闭不严，发生凝固。

本发明的一个目的是提供一种金属熔融容器的出口阀，该阀能克服，至少能大大减轻上面提到的问题和缺陷。

按照本发明，提供了一种熔融容器的出口阀，其包括一个装在容器底部的下插件，它有出口孔，通过出口孔可从容器内部穿到容器外部;一个装在下插件上部并向下压在下插件上的延伸轴，该轴具有一个与下插件上表面配合的下表面，此轴可相对于下插绕大致垂直的轴旋转，穿过下插件的孔是偏斜的，至少在下插件的上端偏离旋转轴。在轴的下端有一侧面开口，能与穿过下插的孔的顶部至少在一个旋转位置上正好对齐。

在一个最佳实施例中，下插件是固定的，轴装配得能够在下插件上绕大致垂直的轴线旋转。

穿过插件的孔最好通到插件的上表面，在能从轴的下复盖面的侧边缘流入的位置处。

轴可以认为是由两部分组成，即一个是下阀体部分，它有侧开口，并至少在其一个旋转位置上与穿过下插件的孔的顶端对齐;第二个是上体部分，上体部分从下阀体部分向上延伸并下压在下阀体上，上轴体部分实际上是可旋转的，随即转动下阀体部分。

上体部分和阀体部分可以是一整体的单一部件，或者是固定在一起的 分离部件。

轴和下插件最好是用耐熔材料制造，并且可以是复合的耐熔体，耐熔体的不同部分有不同的组分以满足各部件的需要。例如：轴的上体部分可由较廉价的耐熔材料组成，而阀体部分的下工作表明可以由增强的耐熔材料构成，以低抗孔周围的熔蚀，也可以用不同的金属和成分逐变的金属构成。另外，阀体部分和下插件的配合表面可采用有特定硬度的材料，因为它们要在相互受压接触状态下相对旋转。因此，如果采用硬度低的材料，相对旋转的表面将起到自动研磨两表面的作用，可提高两接触面之间的密封性。

配合表面可以采用任何理想的适用的形状以便使轴保持在下插件上。因此，阀体部分的下工作表面可以是凹面形，插件的上表面可以是与配合的凸面形，或者反过来也可以。例如：配合表面可以部分或整体为半球或圆锥体，插件的上表面上也可有平面或碟形区域，这样有助于自动研磨。

阀体部分的侧孔可以是从一侧切去一部分的形状，或是有一通道由此通过，或者也可以是任何其它适合的形状。

在阀体部分可以有不同形状的一个以上的这样的孔或通道。可在浇注循环的不同时期使用这些通道。

可以对轴的阀体部分与下插件的配合表面上供应一种气体，例如氩气。这种气体进入下插件的孔内并产生扰动以阻止非金属杂质的形成。气体可以通过一条穿过轴的风管送到阀体部分和插件处，或者气体可以送到插件处。气体可以经过轴和/或插件内的一个或多个风道或多孔塞流到配合表面。在给轴阀体部分供应气体的区域内，在每一通道或切除部分的顶部或侧面，切出或钻出风道。

本发明包括在这里所描述的有一个阀的金属熔融容器范围内，以及使用阀来控制熔融金属容器流出方法。

为了更容易理解本发明，现在参照附图来描述一些实施例，在附图中：

图1是简略的侧视图，表明了依照本发明在中间包内的、包括有简单的机械驱动齿轮的一个阀门。

图2是图1中部分装置的平面图。

图3是图1中的部分装置的放大轴向剖面图。

图4是图3中的装置的另一侧面的放大简图。

图5是图1装置的另一替代装置的部局部视图。

现在参照附图中的图1至图4，可以看到，阀体包括有一耐熔的下插件（或“穹顶”）1，它装在中间包3的底座2的基块内，并有孔4（截面可以是矩形、椭园形或园形的）。孔4在其上端5处偏离了插件1的垂直中心线，其底端与浸入浇注管7相连。

耐熔的延伸轴8置于插件1上部并向下压在插件1上，轴8包括一上体部6和下阀体部13。轴8的阀体部13的下表面9和插件的上表面10是半球形结构，目的是当轴8下压时，造成两个紧密的配合表面。有一实际应用的例子，插件上表面的曲率半径大约为150毫米，水平方向的直径大约为185毫米。轴的高大约为800毫米。

轴8靠一个横悬臂11向下压在插件1上，横悬臂11装在穿过固定支承61的滑柱60上并连接在气压或液压活塞和活塞缸体座62上。它们可在横悬臂11上提供一向下的力，并用于在调整时抬高横臂。

轴8的阀体13上有一孔14（可以是矩形截面），它能对准插件内孔4的上端5处的开口，使得金属从孔内流过。另外，孔的方位可调，可使两孔处于不相通的位置，这时阀是关闭的。阀体13还有一缺口或缝55，它也能与孔4的上端对齐接通，使金属通过孔流动。缺口55开在与孔14正好相反的位置处。轴8可以作360°旋转运动，以实现上述这些定位。

我们可以注意到，轴8的上端6上装有一钢帽19，钢帽上有一支承销21以承受横悬臂11向下的压力，同时还允许轴旋转。轴8上端6为平顶锥形形状，同与之连接的钢帽19类似。钢帽19安装在上端，支承销21位于横 臂11内的下凹座22内，下凹座与一个上凹进部23相连，这上凹进部用来接收高温润滑剂，使工作时减少磨损并有助于轴旋转。

销21的上延伸件25延长穿过臂11，与链轮56固接，链轮56靠链57与主动轮58连接在一起。有一手柄59用来转动主动链轮58。这种装置使轴旋转360°是可能的。

浇注钢水时，喷射进一种惰性气体，如氩气，可以减少非金属杂质在耐熔孔内沉积，可延长浇注次数。基于这个原因，设置有氩气导管24，使氩气从氩气供给管（图中未画出）沿轴向下输送。在轴8的阀体13处喷射氩气的一种方案表示在图3和4中，从图中可以看出，风道53从氩气导管24通到阀体13和插件1的配合表面9和10上。插件1的上表面10邻近风道53的出口处可以有一碟形凹下部分52，来接收氩气并有助于氩气扩散。另外，风孔54可以向下延伸，穿过插件1进入孔4的上端5，这样设置了一个轴和插件的轴向输入孔，可以在浇铸期间，从孔内补充喷射进金属丝状或粉末/气态状的反应物。

设置这个孔通道的优点是：出口处的钢水静压力较低，因此，就不需要很高的气体压力来阻止钢水流入。另外，或作为替代，一个横向风道（或多孔塞）65，可从氩气导管24延伸到孔14敞露的上部。最好是使用多孔塞，因为在这个地方如果设置一敞口的风道，由于周围金属的压力，需要供给相当高的氩气流来防止钢水进入和阻塞。同样（见图4），在缺口55的上面27内，设置一通到氩气导管24的通道或多孔塞26，用于将气体引入插件内孔的上端5来产生扰动以阻止非金属杂质的沉积。

在插件1的工作表面顶部有凹陷区或碟形区52，确保中部隆起区域实际上不承受任何负荷。这就大大改善了支承表面（特别是周边的支承表面）剩余区的完整性。两配合表面最初是靠使轴每个方向旋转几圈来进行研磨的。由于半球表面中央的旋转线速度比边缘外旋转线速度低得多，会使中部隆起区变得凸起更高，中部没有碟形凹陷区，多少会妨碍两表面良好 的配合。由于配合面边缘配合不严，轴势必要以中心线为轴旋转。这些凹陷也可以是浅圆锥或作用较小的“小平面”。

以上述讨论的方式引入惰性气体带来额外的好处是在对从中间包流入浸注管的钢水进行节流时通常要产生的部分真空会大大减小，因而减少了从下端和浇注管之间的结合部吸入空气的趋势。这种阀内的氩气系统的应用效果与用在塞棒铁芯上的氩气系统的应用效果是不同的，其特征优点是气体引入插件内孔5的顶部，可以达到最佳效果。将气体喷射进塞棒头部对阀座区没有影响，非金属杂质容易聚积，使控制能力有所降低。

另一种有旋转延长轴的配置方案表示在图5中，在这种方案中，横悬臂、联接链和链轮旋转机构都装在保护罩66内。利用一托架67和滑柱60，用螺母和螺栓68将保护罩固定在托架67上，螺母，螺栓是拧在托架67的槽缝内的，允许沿轴向和横向调整横悬臂，以便准确地使下插件对准。

轴8受传动装置69约束，并受传动装置69向下的压力，传动装置包括一个方向联轴节70（可对阀体有垂直偏差，使传动容易），通过联轴节70来传递旋转驱动力。传动装置69的下部开有一方截面的开槽71，轴8的上部6也是方截面，可嵌入开槽71中。

轴和插件可由任一适合的耐熔材料制成，例如：硬度低的石墨材料，这样分别在轴和插件的配合表面9和10之间提高“自研磨”作用。另外，这两表面也可以有一层增强耐熔材料。在轴的孔和缺口周围以及在插件的孔道周围可以嵌一层氧化锆的嵌衬以保护整个表面的完好，使之免于腐蚀磨损。

我们可以注意到，在某些实例中，阀可以简单地用作开关阀。按照本发明，用连续铸造机生产钢锭时，使用的钢水不含铝，定径注口与阀一起使用，因此，阀只仅仅作为开关阀来使用。另一方面，用于生产含铝钢的连续铸造机，需要有大直径的孔道以便用来解决铝杂质沉积问题，而阀本身也可用作有部分开口的节流装置。

当使用有大孔道注口的方式铸造时，即使猛烈地对液态金属流进行节流时（即使注入很小的铸模）也不需要添加安全装置，这与通常使用的塞棒装置是一样的。在节流操作期间，靠喷射进氩气来减少从缺口到孔道周围的沉积物。另外，节流的程度能靠手动来控制或靠自动控制，例如利用来自辐射源和安装在连续铸模上的闪烁计数器系统的信号来调节铸模内金属液的水平面。

利用在下插件和轴之间的半球配合表面，可使轴向偏差很容易调节，由于两表面有精密配合，即使有偏差也无论如何不会造成阀性能的降低。

我们注意到，虽然在所说明的实施例中只表示出插件内的一个孔道，但也可有通入孔4内的第二条孔道，以防万一第一孔道被杂质沉积物阻塞或严重阻塞。

本发明的阀有许多优点。由于采用半球形配合表面，在轴线偏斜相当程度时也同样适用，因此，不需要使位于下插件上的轴保持严格的对齐状态，装配起来也很容易。再之，与常规的塞棒比较，在调整期间，如果塞棒处于偏离中心线的状态，由于塞棒的撞击，会产生破损，而本发明不存在这样的缺陷。另外在铸造过程中关键的初始阶段，以及在进行了长期的铸造后，阀也能可靠地关闭。在阀关闭后，通过易发生凝固的中间包容器的孔内不会有钢柱留下，象在使用的滑动水口系统时便是这样，阀关闭时，使穿过中间包壁的“向上液流”孔内的钢水很容易发生凝固。因而当阀重新打开时，配合表面9和10下面的钢柱会被排出，穿过插件的孔便直接暴露于中间包内的钢水。由于插件的孔和轴底部的两半球形配合表面保持异常贴近的状态，不会受到塞棒顶部或基底那种程度的烧蚀，可长期令人满意地使用。

在最佳工作状态中，阀体13内的通道14，正好直接与插件1内的孔上端5的配合开口对齐，不使插件1的上表面10敝露（因此起到保护作用）。在预热期间采用这种装置目的是保护圆顶的配合表面。预热后，轴旋转并 关闭插件内的孔，熔融金属便可供给中间包。铸造开始阶段温度较低，封闭的孔14内的钢水势必停滞和固化，但在敞口更大的缺口55内情况却不是这样。因此，为了在浇注开始阶段使孔相通，将轴旋转到将缺口55与孔4的上端5对齐的位置。在长时间铸造期间，使用缺口会使插件1的上表面10发生烧蚀。因此在开始浇注后，阀体13（以及通道14内的金属）变热时，使轴旋转180°，使通道14与孔4的上端5相通。这样，浇注时可继续防止烧蚀。在对铸坯机的大口径孔进行猛烈节流和有易烧蚀的极软碳钢的情况下，这样的操作程序尤为适用。

在轴内也可以用两个通道来代替一个通道和一个缺口，如图3所示，用另外一个通道15来代替缺口。在工作开始时，其中一个通道填充有耐熔填充粉末。在装置预热时，“清洁”孔能与插件内的孔相通，然后当开始从中间包烧注钢水时，填充的粉末可防止钢水流入第二孔，直到轴旋转到第二个孔与插件内的孔相通，这时粉末通过孔落下，钢水也随后落下，这样可使浇铸开始阶段就保持洁净。这一技术对于阀是与不可动浸注管连在一起的情况下显得特别重要，浸注管在浇铸开始阶段是不能使用氧气的。

另一种可选择的方案也是可行的，即：轴内有一单通道，插件内有一分叉孔道。如果浇铸时分叉孔道中的一条孔道被阻塞了，可以很容易地接通另一条未使用的孔道。轴内的单通道由于是位于高温盛钢容器内，所以与插件孔道比较起来不易阻塞。可以看出，这种阀中，氧气可从轴的单孔道向下输送到风道65内，有助于阀的开启。

可以注意到：在轴内还有一比插件内的孔更小的通道。节流可作用于插件内的大孔道的每一侧。孔和通道采用矩形截面是有利的，因为与矩形孔的截面积相等的园形截面的孔将向下插件和轴的外边缘延伸，这样会减小“密封”区。

通道14和15的截面虽然被描述成矩形的，但其它形状也是可以的，例如圆形，方形，不规则四边形或椭圆形。

本发明的阀的优点如下：

a.阀是自动排放的，即使经过很长时期的打开和关闭，也几乎不会发生再开启的故障。因此对连续铸造中的管式转换系统来说，使用这种阀是理想的。旋转阀的可靠动作能将泄漏的危险减小到最低限度，而且对钢水流率也可在很大范围内给予精确控制。

b.对于陶瓷部件和致动机构来说，与滑动水口阀系统的必需组件相比，旋转阀的初投资较低。

c.不需要像滑动水口阀那样用价格昂贵的金刚砂来研磨配合表面。

d.该计算是坚固耐用的-主要部件是在受压状态下工作，材料呈最坚固的状态，可避免破损。

e.阀开启时缓慢地并有控制地向连续铸模内浇注是准确安全的。这一点很重要，因为快速开启能导致铸造金属冲出。相反，塞棒系统经常在会有严重后果的关键时刻频繁地出错。

f.轴杆可以允许有较大程度的垂直偏斜。

g.在盛钢水容器下面不需要再设置挡住操作人员规线的驱动机构。此外，不会像其它从下面操纵的装置那样在易损部位有发生破损的危险。

h.由于主要浇注出口是在工作表面的边缘内侧，靠旋转轴的自动研磨作用来保持严密的密封。尽管浇注孔道周围出现局部磨损，也能保持密封。

j.该阀不需要辅助的安全切断装置来克服浇注区内出现的故障，以防损坏设备，而常用的塞棒则需要这种装置。

k.该阀能比其它流动控制系统更容易克服铝杂质在孔道内聚积和阻塞问题。

l.万一插件内的孔被阻塞，也能允许猛烈的氧气流通过，并使浇注继续下去，而且不会损坏配合表面。而塞棒顶部却能被氧气严重破坏。

m.由较不熟练的操作人员就能完成该阀系统的安装，它使用起来比较简单。

n.在方坯连铸机上，一个操作人员能很好地操作几个铸坯，而用塞棒系统时就不能这样。发生紧急故障时，阀可及时有效地关闭。

p.喷射氩气的方法可以被局部节流的低孔处不会出现负压状态而产生使空气进入管道连结处的问题，而塞棒侧会出现这一问题。

Claims (18)

1、一个熔融容器的出口阀，包括有一个装在容器底座内的下插件，它有一从容器内部通过下插件通向外部的出口孔道；一个在下插件上并向下压在下插件上的延伸轴，该轴有一个与下插件的上表面相配合的下表面，该轴可相对于下插件绕一大致垂直的轴线旋转，通过下插件的孔道是倾斜的，至少在孔的上端开始向偏离旋转轴的方向倾斜的，该轴在其下端有一侧面开口，能至少在一个旋转位置上与通过下插件的孔道顶端对齐相通。

2、根据权利要求1所述的阀，阀上的下插件是固定不动的，轴安装得可以在下插件上绕大致垂直的轴线旋转。

3、根据权利要求1所述的阀，其中穿过下插件的孔道到下插件的上表面上钢水能从轴的下表面边缘处流入的位置。

4、根据权利要求1所述的阀，其中轴和插件是由耐熔材料制成的。

5、根据权利要求4所述的阀，其中轴和插件是复合耐熔材料组件，轴的下表面和下插件上表面是由增强的耐熔材料制成，可抵抗孔周围的熔蚀并有助于两表面之间的密封。

6、根据权利要求5所述的阀，其中轴的下表面和插件的上表面是由低硬度石墨材料制成。

7、根据权利要求1所述的阀，其中轴和插件的配合表面至少是部分半球体。

8、根据权利要求1所述的阀，其中轴包含有多个在其周围间隔布置侧面开口。

9、根据权利要求1所述的阀，其中轴的侧面开口或至少一个轴的侧面开口，包括一个向轴内延伸并穿过该轴，一直通到轴下表面的通道。

10、根据权利要求9所述的阀，其中轴有一个缺口状的侧面开口，该缺口向下延伸到轴的下表面并与轴内的上述通道间隔配置，缺口能通到穿过下插件的孔道的顶端。

11、根据权利要求1所述的阀，其中在插件内有一分叉孔，该分叉孔有两个分开的通道到插件的上表面。

12、根据权利要求1所述的阀，其中至少有一个孔和/或通道是一般的矩形形状。

13、根据权利要求1所述的阀，包括一个喷气导管，该导管穿过轴延伸至至少一个通道或开口内。

14、根据权利要求13所述的阀，其中喷气导管沿轴向穿过轴并与插件内一个类似的喷气导管对齐并相通，该导管则与插件内的孔相通。

15、根据权利要求1所述的阀，其中轴靠一个能向下施加压力的悬臂压在下插件上，该悬臂在熔器的上部延伸并与轴的顶部相连。

16、根据权利要求15所述的阀，其中轴是从其上部靠与悬臂相联的联动装置来旋转的。

17、使用如权利要求1所述的阀来控制来自熔融容器的金属流的方法。

18、熔融容器装有一个如权利要求1所述的阀。

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