TW201440924A - 澆桶底部及澆桶 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一澆桶底部及一對應冶金澆桶，該澆桶底部係用以處理一金屬熔融物之一冶金澆桶之一部份。

Description

澆桶底部及澆桶
本發明係有關於一種澆桶底部及對應冶金澆桶，該澆桶底部係用以處理一金屬熔融物之一冶金澆桶之一部份。
該澆桶底部係由一耐火陶瓷本體構成，該耐火陶瓷本體提供一上表面、一下表面及在上表面與下表面之間延伸之一澆注通道。該澆桶底部係嵌合在一對應壁部之一端內作為該澆桶之一部份，其中該壁由該澆桶底部之外周緣延伸。
澆桶及澆桶底部各如以上所述地在該澆桶底部水平地配置且在該澆桶之下端之一位置。
一金屬熔融物透過該澆桶之一開口上端澆(注)入該澆桶。在被重新導入而沿該澆桶底部之上表面向該澆注通道流動前，該金屬流先撞擊該澆桶底部，且該澆注通道在這鑄造程序之階段被一填砂封閉以避免該金屬熔融物之不受控制之流出。在這鑄造程序之階段產生數個問題，其中包括：當該金屬流撞擊該耐火材料時耐火材料沿該衝擊區域 之相當大之磨損。
該填砂，特別是由該澆桶底部之上表面突出之任一填充材料以一不受控制之方式被該金屬流沖走，因此在後續鑄造程序中產生多數凹凸及/或缺陷。
為解決磨損問題，已提出多種建議。為減少該磨損，將比較不會磨損之耐火材料用於該衝擊區域及/或提供配置在該上底表面之頂部上之一分開的所謂衝擊墊是已知的。
該填砂問題尚未解決。
當在該澆桶中該熔融物之氣體處理時，該單塊填充材料更產生許多問題。通常該處理氣體係透過配置在該澆桶之底及/或壁部中之所謂氣體沖灌栓送入該金屬熔融物中，在該熔融物體積內產生渦流。在放液開始前，填砂又被這些渦流意外地沖走。
這在所謂“硬攪拌”時尤真，且該“硬攪拌”係藉由用於包含100,000至300,000公斤金屬熔融物之一工業用澆桶之>40m3/h(通常40至70m3/h)之一氣體體積定義。“軟攪拌”表示以在該40m3/h以下，特別是10至30m3/h之氣體體積處理。
由氣體沖刷所造成之問題亦尚未解決。
因此本發明之目的在於提供減少或避免不受控制地清除(沖走)沿該澆注通道且在該澆注通道之頂部上配置之填砂之一技術解決方式，且該澆注通道係由該澆桶底 部之上表面向其下表面及例如噴嘴/滑板等之相鄰安裝件延伸。
在包括水模型化及數學研究之多次調查中，已發現多種因素造成上述缺點，其中包括：該熔融物之總質量及該熔融物速度。在包含150,000至250,000公斤鋼熔融物之一典型冶金澆桶中，該填充時間只為大約4至6分鐘，最嚴苛條件係在該鑄造程序開始及在該澆桶中該熔融物之氣體處理時，該澆桶底部之總尺寸及在衝擊區域與澆注通道間之距離，該熔融物由該衝擊區域前進至該澆注通道之路徑及方向。
考慮這些及其他因素，本發明提出其最上位實施例，即一澆桶底部，其包含以下特徵：它係由一耐火陶瓷本體構成，該耐火陶瓷本體具有一上表面、一下表面及延伸在上表面與下表面間之一澆注通道，其中該澆注通道由一擴散箱延伸，且該擴散箱係藉由該上表面之一加深部份界定，其中該擴散箱之特徵在於以下特徵：它配置在相對作為澆注在該澆桶底部上之一金屬熔融物之一衝擊區域使用之該澆桶底部之一表面區域一距離處， 它配置在相對該澆桶底部內之各氣體沖灌元件一距離處，它具有至少沿面向該衝擊區域之邊界之一階部，其中該階部具有一在40與200mm間之垂直高度，它具有一最小水平面積及一最大水平面積，其中r=該澆桶底部之半徑且r0.75m並且對具有2m之一有效半徑之所有澆桶底部而言rmax=2m，且π=圓周率=3.14(以下稱為公式I)，該澆注通道之一入口端係配置成偏離沿面向該衝擊區域之邊界之該階部。
主要之特徵係該所謂擴散箱，其相對於該澆注通道、任一氣體沖灌元件、該衝擊區域及該澆桶底部全體之尺寸及方位。
該用語“擴散箱”實現其主要工作，即減緩該金屬熔融物前進至該澆注通道之速度，其中澆注通道係配置在該擴散箱內，即在相對其邊界一相當大距離處。
依據一實施例，該澆注通道之入口端係配置在該擴散箱之一表面部份內，且該表面部份覆蓋少於該擴散箱之總表面區域之90%，但是如此界定之表面部份必須在該總表面區域內居中。較佳的是減少這值至<80%、<70%、<60%或<50%。
該擴散箱之設置及設計對於在該熔融物到達該 澆注通道之入口端前且因此在該熔融物與在該澆注通道內及/或在該澆注通道頂部上之任一填充材料(填砂)接觸前，減少該金屬熔融物之動能是重要的。該擴散箱之設置及設計對於在氣體沖灌處理時減少在該澆桶內之熔融物之渦流亦是重要的。
該擴散箱之特徵在於該澆桶底部之上表面之一凹陷(加深)部份(區域)，因此提供用以在由正常上表面區域流入該凹陷部份時重新導引該金屬流之裝置。
本發明提供沿在撞擊該衝擊區域後且在進入該澆注通道前該金屬流所採用之路徑之一階部。該用語“階部”係定義為一幾何不連續部。該擴散箱之兩直角及相鄰表面部份以及該澆桶底部之剩餘正常表面區域分別顯示該理想階部，但是在技術條件下亦可接受些許變化(<+/-30度，較佳的是<+/-20度，更佳的是<+/-10度)。
這階部顯著地減少該熔融物速度。該階部之(垂直)高度係設定在40與200mm之間，其中上限亦可設定在160mm、150mm、140mm、125mm或甚至在100mm，而最小高度亦可設定在45mm、50mm、55mm或甚至60mm。小於40mm之一高度不會充分地影響該金屬熔融物之速度以保護在該澆注通道中之填砂。由於過大飛濺，大於200mm之一高度抵消該效果。
該擴散箱係配置在相對該衝擊區域一距離處以減少環繞該衝擊區域飛濺之效果及在衝擊區域與該澆注通道間提供一足夠距離。
依據一實施例，在沿該衝擊區域之上表面之一中心點與沿該擴散箱之上表面之一中心點間之距離係該澆桶底部之最大水平延伸之大約30至75%，且可能下限在40、45或50%並且可能上限在65與70%。當該澆桶底部之最小直徑係界定在1.5m時，可以500至1200mm之距離達成良好之結果。當在上述公式中考慮之最大直徑係設定在4m時，即使是具有>4m之一有效直徑之一澆桶底部，對大澆桶底部而言，亦可以>1500mm之距離達成良好之結果。
該衝擊區域之“中心點”可定義為流入該澆桶之金屬流之中心縱軸撞擊之點。該擴散箱之中心點係可落在由該澆注通道之入口端所界定之區域中之幾何中心。
該擴散箱之總尺寸(以m2表示)係由上述兩公式(I)界定。該等上與下限判明在該澆桶中一熔融物之一第二冶金處理時氣體沖灌之影響。這些界限對於減少在由該擴散箱界定之空間中及特別鄰近其表面之渦流是有明確結果的。
通常鄰近該底表面之該金屬熔融物之速度達到0.3m/s。高速度係因為“硬攪拌”，在“軟攪拌”時會以較低值為主。在此情況下，Amax主要是受“軟攪拌”影響，而在“硬攪拌”時Amin界定該較佳尺寸。
換言之：該熔融物通常在該澆桶中藉由“軟攪拌”及“硬攪拌”間隔氣體處理。在此情況下該擴散箱之總尺寸係由兩者界定。
當“硬攪拌”決定該擴散箱之表面區域之總尺寸 應為<(Amin+Amax)/2時，最好儘可能接近Amin，而當以“軟攪拌”為主時它應為>(Amin+Amax)/2且儘可能接近Amax。一正好(Amin+Amax)/2之表面積係在兩選擇對象間之一折衷。 類似結果可以在(Amin+Amax)/2之+/-10%或+/-20%之範圍內之該擴散箱之一總表面積達成。
如果是“硬攪拌”，則更佳的是提供一擴散箱，且該階部之高度在上述範圍之上端，特別是>80mm或>100mm。
在所有實施例中，與上述澆桶底部之習知設計比較，填砂在氣體沖灌時被沖走比較少。
為減少填充材料之意外磨損，更有利的是在任一氣體沖灌元件與該澆注通道之間保持一最小距離。較佳地，在該擴散箱區域中沒有氣體沖刷/沖灌元件且該最小距離係對應地界定為在該衝擊點與澆注通道間之最小距離。
以表提供該水平擴散面積之有用上與下值[以m2表示]：
該絕對上值(Amax)可設定在2.3m2、2.2m2、2.1m2或2.0m2。該擴散箱之總尺寸(Amin)對於容許該金屬熔融物分布在該擴散面積上且因此進一步減速亦是重要的。Amax對於容許在衝擊區域(及/或氣體沖灌元件)與澆注通道間之 一足夠(最小)距離是重要的。
最後，在該擴散箱內該澆注通道之位置影響所需效果。由上述揭露內容可知，靠近該邊界(階部)或與一相鄰澆桶壁部份直接接觸之一位置將抵觸所述效果。在此情況下建議配置該澆注通道偏離該邊界且偏離該澆桶壁。
依據一實施例，該澆注通道係配置在相對沿面向該衝擊區域之該邊界延伸之該階部一距離處，該距離係等於或大於該澆注通道之最大水平延伸之3倍。在一圓柱形澆注通道之情形下，該最大距離對應於其直徑之3倍，其中該“水平延伸”或“直徑”分別定義為在其長度上之最小值。該最小距離可延伸>5、>6、>7、>8或>9之一倍數。
在具有40mm之直徑之一澆注通道之情形中，在澆注通道與階部間之最小距離係120mm，但亦可到達280mm或280mm以上。
本發明包括如上所述之一底部之一澆桶。兩者(澆桶及澆桶底部)係顯示在附圖中。
該底部可依據一或一以上下列任選特徵改變：該階部最重要的不是沿該金屬熔融物在衝擊墊與擴散箱間採取之路徑，而是可水平地延伸至兩側。在此情況下，該階部(與該擴散箱至少部份地鄰接)可沿該擴散箱之邊界之至少75%(或至少80%或至少95%)延伸。
該階部亦可沿該擴散箱之全部邊界延伸。這給予該擴散箱相對於該澆桶底部之其餘上表面一槽狀設計。
這包括該擴散箱係配置在該澆桶底部之外周緣 之一設計。其邊界之一部份則係藉由對應澆桶壁界定。
本發明包括該擴散箱具有連續傾斜進入該澆桶底部之相鄰正常上表面區域(包含該衝擊區域)之一或一以上邊界部份。在擴散箱與該澆桶底部之相鄰部份間之該平順過渡區域可較佳地配置成與所述“階部”相對且藉由相對於水平之在60與<90°間之角度界定。
界定該擴散箱之外部幾何(形狀)可為任意者，例如矩形、圓形或橢圓形。就一矩形而言，在長度/寬度間之關係可為，例如，>1.5或>2.0或>2.5或>3.0。相同之關係適用藉由在相對部份間之最長及最短距離界定長度與寬度之橢圓形。
依據另一實施例，該擴散箱之水平面積對應於該澆桶底部之總表面積之3.7至32.9%。最小值亦可設定在5.8%而上值可等於或小於該澆桶底部之總表面積之25.5%。
本發明更提供一實施例，其特徵在於在衝擊區域與擴散箱間之一堰狀突起以便進一步減少沿該底部區域由該衝擊區域向該擴散箱流動之熔融物速度。這突起實質垂直於該對應金屬熔融物在撞擊該衝擊區域後由該衝擊區域流入該擴散箱之一方向延伸。換言之：該熔融物暫時被擋在該突起(障壁)前方且只會在已通過該障礙後繼續其流動。
本發明之其他特徵可由申請專利範圍依附項或其他申請文獻得到。
該擴散箱之尺寸可藉由以下公式II相對該公式I替代地界定或界定為另一條件：因此該擴散箱之較佳面積之特徵分別在於公式I及公式II之交集。
Amin=x+10/161．ln[M]
Amax=5y+4/25．ln[M]
且x=0.16至0.20且y=0.20至0.16
M=在相關澆桶中之公稱質量(以1000公斤表示)且Amin及Amax為平方公尺(m2)，且可能之限制範圍係：x=0.16至0.17且y=0.20至0.19
x=0.16至0.18且y=0.20至0.18。
10‧‧‧底部；澆桶底部
10d‧‧‧底部
10i‧‧‧衝擊區域
10o‧‧‧上水平表面；上表面
10od‧‧‧上表面
10p‧‧‧外周緣
10u‧‧‧下水平表面；下表面
12‧‧‧澆桶壁
14‧‧‧開口端；開口上端
16‧‧‧澆注通道
18‧‧‧井型噴嘴
20‧‧‧內噴嘴
22‧‧‧外噴嘴
24,26‧‧‧滑板
B‧‧‧邊界(邊界線)
CP1,CP2‧‧‧中心點
DB‧‧‧擴散箱
F,F',F"‧‧‧箭號
FS‧‧‧填砂
GP‧‧‧氣體沖灌栓
h‧‧‧高度
M‧‧‧箭號
MS‧‧‧金屬流
R‧‧‧肋部
S‧‧‧階部
SC‧‧‧砂錐
附圖示意地顯示：圖1係在一縱截面圖及一俯視圖中之一習知澆桶。
圖2係在一縱截面圖及一俯視圖中之依據本發明之一澆桶。
圖3係具有相鄰組件之一擴散箱之稍微不同形狀之放大縱截面圖。
對提供相同或至少類似特徵之部件使用相同符號。
圖1之澆桶具有一圓形、水平延伸底部10，該底部10具有一上水平表面100及一下水平表面10u。一實質圓柱形澆桶壁12由該澆桶底部10之外周緣10p向上延伸。該澆 桶之一開口上端係以符號14表示。
一金屬流MS係以箭號M顯示，由其開口端14進入該澆桶，在撞擊澆桶底部10之上表面10u之一衝擊區域10i之前垂直向下流動。
該金屬流之至少一部份繼續流向配置成偏離該衝擊區域10i之一澆注通道16，且該澆注通道16由上表面10u返回下表面10o。
如圖1所示，該澆注通道16填滿一所謂填砂FS且可在通道16之頂部看到一砂錐SC。它用以避免在填充該澆桶時意外放液。在這情況下，它在鑄造程序內具有一重要功能。
在依據圖1之一習知澆桶中，該砂SC會被該熔融物流(箭號F)沖走，在後續鑄造程序中造成嚴重不確定性及風險。在藉氣體沖灌栓氣體處理該熔融物之情形下，會進一步至少部份地沖走這填充材料，且一氣體沖灌栓係藉GP顯示及代表。
依據圖2、3之新澆桶設計提供環繞該澆注通道16且偏離(以一距離分開)該衝擊區域10i之一擴散箱DB。
該擴散箱DB之特徵在於在上表面10o內一凹部，即相對上表面10o之相鄰區域加深且因此沿該擴散箱DB之邊界(邊界線)B提供一階部S之一部份。擴散箱DB之上表面部份被稱為10od。該階部S之垂直部份相對該上底表面10o/10od之兩相鄰部份形成一直角。
該擴散箱DB具有一大致矩形上表面10od。一井 型噴嘴18係配置在該擴散箱DB之底部10d中。
該井型噴嘴18之中央貫穿孔界定澆注通道16之一上部。
一本身習知之內噴嘴20係配置在該井型噴嘴18之下部內，以一習知方式再加上具有滑板24、26之一滑閘及界定該澆注通道16之中間及下部之一外噴嘴22。
該澆注通道16係以填砂FS填充，且該填砂FS包括在井型噴嘴18之頂部之一砂錐SC(類似圖1)。
該擴散箱DB之尺寸如下：階部S之高度h：100mm
長度：1370mm，寬度：1085mm
沿噴嘴20、22之澆注通道16之直徑：80mm
在該衝擊區域10i之一中心點CP1(沿該上表面10u)與沿該擴散箱DB之上表面之一中心點CP2間之距離：2200mm
該澆桶底部10之內徑：3530mm
該金屬流M以一習知方式撞擊該衝擊區域10i(且CP1係中心撞擊點)，但是它的速度接著在前進至該澆注通道16途中被該擴散箱DB且特別被該階部S減慢，同時該階部S重新導引該金屬流M兩次(圖3：F、F'、F")。
藉由這裝置，該填充材料受到保護而不會被沖走直到該澆桶大致完全被充滿且該澆注通道16以一習知方式打開為止。
因為該接著旋轉之熔融物以一相當慢之速度 “溢流”該擴散箱之該區域至一相當大範圍，故即使在該熔融物之一(習知)氣體處理之情形下，該填充材料亦保持大致完整及在其原位。
安裝在澆桶底部10之數個氣體沖灌栓中之一氣體沖灌栓係顯示為GP。在其中心縱軸與CP2間之距離係1020mm。
圖3顯示配置成偏離澆桶壁12之一擴散箱DB，即具有一圓周地延伸之邊界線B及階部S。它更包括成形為一肋部R之一障壁，該肋部R係在該階部S之前方及/或在該澆注通道16之前方(以該金屬熔融物MS之流動方向F來看)以進一步減少該熔融物速度。在此情況下，該障壁係配置成橫越(垂直於)在CP1與CP2間之一直線，且該直線係在該熔融物在其由衝擊區域10i前進至澆注通道16之路徑上以箭號F、F'、F"表示之方向。這障壁可以包括凹凸表面部份、堰、角柱等之一或一以上突起形狀取代。
10d‧‧‧底部
10i‧‧‧衝擊區域
10o‧‧‧上水平表面；上表面
10od‧‧‧上表面
10u‧‧‧下水平表面；下表面
16‧‧‧澆注通道
18‧‧‧井型噴嘴
B‧‧‧邊界(邊界線)
CP1,CP2‧‧‧中心點
DB‧‧‧擴散箱
F,F',F"‧‧‧箭號
GP‧‧‧氣體沖灌栓
M‧‧‧箭號
S‧‧‧階部

Claims (14)

  1. 一種澆桶底部，係由一耐火陶瓷本體構成，該耐火陶瓷本體具有一上表面、一下表面及延伸在上表面與下表面間之一澆注通道，其中該澆注通道由一擴散箱延伸，且該擴散箱係藉由該上表面之一加深部份界定，其中該擴散箱之特徵在於以下特徵：a)它配置在相對作為澆注在該澆桶底部上之一金屬熔融物之一衝擊區域使用之該澆桶底部之一表面區域一水平距離處，b)它具有至少沿面向該衝擊區域之邊界之一垂直階部，其中該階部具有一在40與200mm間之高度，c)它配置在相對該澆桶底部內之各氣體沖灌元件一距離處，d)它具有一最小水平面積及一最大水平面積，其中r=該澆桶底部之半徑且r0.75m並且對具有2m之一有效半徑之所有澆桶底部而言rmax=2m，e)該澆注通道之一入口端係配置成偏離沿面向該衝擊區域之邊界之該階部。
  2. 如請求項1之澆桶底部，其中該階部係沿該擴散箱之邊界之至少75%延伸。
  3. 如請求項1之澆桶底部，其中該階部係沿該擴散箱之全部邊界延伸。
  4. 如請求項1之澆桶底部，其中界定該擴散箱之外部幾何之該邊界具有一矩形、圓形或橢圓形狀。
  5. 如請求項1之澆桶底部，其中該擴散箱之水平面積對應於該澆桶底部之總表面積之3.7至32.9%。
  6. 如請求項5之澆桶底部，其中該擴散箱之水平面積等於或大於該澆桶底部之總表面積之5.8%。
  7. 如請求項5之澆桶底部，其中該擴散箱之水平面積等於或小於該澆桶底部之總表面積之25.5%。
  8. 如請求項1之澆桶底部，其中該澆注通道係配置在相對沿面向該衝擊區域之邊界的該階部一距離，且該距離係等於或大於該澆注通道之最大水平延伸之3倍。
  9. 如請求項1之澆桶底部，其中在沿該衝擊區域之上表面之一中心點與沿該擴散箱之上表面之一中心點間之一距離係該澆桶底部之最大水平延伸之30至75%。
  10. 如請求項1之澆桶底部，其中在沿該衝擊區域之上表面之一中心點與沿該擴散箱之上表面之一中心點間之一距離係該澆桶底部之最大水平延伸之50至65%。
  11. 如請求項1之澆桶底部，其中在配置於該澆桶底部中之一氣體沖灌栓之一中心縱軸與沿該擴散箱之上表面之一中心點間之一距離係該澆桶底部之最大水平延伸之30至75%。
  12. 如請求項1之澆桶底部，其中在配置於該澆桶底部中之 一氣體沖灌栓之一中心縱軸與沿該擴散箱之上表面之一中心點間之一距離係該澆桶底部之最大水平延伸之50至65%。
  13. 如請求項1之澆桶底部，具有在衝擊區域與擴散箱間之一堰狀突起，且該突起實質垂直於一對應金屬熔融物在撞擊該衝擊區域後由該衝擊區域流入該擴散箱之一方向延伸。
  14. 一種冶金澆桶，具有如請求項1之澆桶底部且與請求項2至13中一或更多項之特徵選擇性地組合。
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