TWI238748B - Refractory ceramic component - Google Patents

Description

1238748 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種耐熱陶党元件，其可設計成例如擂板 釜（baffle pot，衝擊墊）或熔融槽的型式。 【先前技術】 金屬熔體因其部分高的流速（例如：3 m/s)，在例如在澆 斗過私之後麵成餵槽（tundish)時，會對有炫體衝擊其上之 耐熱餵槽襯壁區域產生向機械載荷。除此之外，至少在衝 擊點的四週會產生紊流（turbulence)。熔體噴射（meU」叫的 動能相當於例如2至10 Ws/kg。 為了維持正常耐熱襯壁的磨耗於限制範圍内，已知的原 則是以所謂的擋板強化熔體的衝擊區域。 该擋板可由高度耐磨的耐熱材料製成。 此外，分別使用所謂的擋板釜或衝擊墊也是已知的（w〇 00/06324 ^ WO 97/37799 ^ EP 0 729 393 B1 > EP 0 790 873 B1) 〇 此擋板釜的底部基本上相當於—個擋板。已知的擋板釜 係設計成在其上端（亦即熔體流入的該點）及熔體再離開該 釜的該點，顯現錐狀（tapering)截面的型式。此產生一種 ”回添（cut-back)，，的狀態。 【發明内容】 本發明是以能使此耐熱陶瓷元件的設計發揮最大效用的 問題為基礎，因而使下列目的之至少一個，較佳地是全部 都能獲得解決： -低磨耗； 87193 1238748 •金屬熔體的特定引導； -流料紊流的最小化； -易於製造。 解決這些問題時，本發明對元件的設計概念，係使一方 面導向金屬熔體之方向可以偏向，同時另一方面熔體動能 可以降低。 、在此情況下，期望流料偏向是由元件的侧邊界來完成。 為了降低動此本發明以界線壁之相考内側表面的特殊排 列/傾斜度預做安排。 例如’藉由元件之垂直剖面（金屬熔體由此通過流入）的 漏斗形叹计（應了解”漏斗形π一詞表示元件之内侧開口截 面），動能可由一種擴散效應降低。 月匕量降低的型怨和大小視該壁之内侧表面的傾斜角而 定。 這些考量可應用到設計成槽狀型式，亦即具有一個底部 和兩個相對侧邊壁的元件上。然而，這些考量也可用到蒼 狀的7L件上，尤其是不拘（水平）截面幾何形狀，例如具有約 為圓形、橢圓形、或矩形内部截面的擒板蒼。 因此，在其一般具體實施例中，本發晛係關於一種具有 下列特性的耐熱陶瓷元件·· "一個底部； 至少兩個壁； 該兩壁是由底部的相對剖面以這樣的方式延伸：其内 侧表面至少在部分剖面是以對垂直^底部之—個平 87193 1238748 面主>〇且<90度的角度向上延伸，並具有相反的傾斜 度； ' 有一個開口在兩壁的自由端間形成，· 在底邵和開口間至少有一個剖面，其兩壁間的距離小 於朝開口和底部連結的區域。 在此h況下，在兩壁自由端和底部端區域之兩壁内側表 面間的距離可以大於在其間之至少一個區域。 在底部端（亦即金屬熔體於鑄造時衝擊的該點）和相對的 開口端（亦即在金屬熔體流出的該點）間，兩壁内側表面的該 路段會有一種，，頸部結構，，產生。該”頸部結構”導出該元件的 結構和功能性部分。 在底邵和頸邵結構間的區域間，熔體的動能有效地降 低。除此之外，將避免金屬熔體之難以控制的潑濺（難控制 的反彈）。 在頸部結構和（上方）出口端間的區域間，一種擴散形 成。由於出口端的截面變寬，其目的為將可避免流出金屬 熔體與（中央）導入熔體喷射間之相互作用。相對地，應調整 其大小以使逆流的金屬熔體可利用機械流工具穩定下來。 這些功能性的需求係在以金屬熔體的體積、黏度、溫度、 和/或速度為基礎的設計方式下執行。例如為了一方面達到 所要的熔體動能的降低，一方面又要使熔體噴射以所要的 方式轉向，依此選擇底部區域以使能量的去除夠大；至於 元件的上方出口端，至少在其周邊上希望有一種儘可能接 近層流的穩定金屬流。 87193 1238748 根據一個具體實施例，該傾斜角是在丨〇和80度間；而根 據另一個具體實施例，其在30和60度間。 因為相當的裝置（元件）已經填滿金屬熔體，所述之該内 側壁表面的傾斜路段原則上是足夠的。因此，在槽狀物中， 一種金屬熔體之”V-形截面的運送區域”至少會在變窄處之 上形成。因為該形體可被填滿，視衝擊角度而定，金屬熔 體在其被由底部再引上來並流出元件前，會難以控制地到 處流動。現在這已可由（底部上方）兩壁間截面的減少來預

為了避免難以控制的流動偏向，本發明的又一具體實施 例對於個別的壁或該壁之數個内侧表面的剖面以不同傾斜 角度設計的方式預做安排。依此方式，將彎道（chicanes)、 流料制動器（flow brakes)、或流料導溝（fl〇w guides)設置在 元件的内侧壁上，且形成非對稱幾何形狀是可能的。 在此情況下，一個鄰近該壁自由端的剖面比鄰近元件底 部的剖面顯現較大傾斜角之具體實施例是可能的。在每種 情況下’元件的内侧截面應朝自由開口端放大。 個別的傾斜剖面可各自互相直接（連續）結合（亦如所示以 不同角度結合）。然而，將該壁的内侧表面（以各剖面分開考 量）设汁成銀齒斷面也是可能的，因此”回添區域，，係在壁邊 上形成，其有效地做為金屬熔體的流料制動器。所提的變 窄處至此可由此一 ’’齒狀幾何形”形成。 壁的内部表面也可以呈現圓形且相對的斷面或凹槽狀的 鋸齒形（groove-shaped indentation)。 87193 •10- 1238748 在槽狀型式中， 設計成鏡像的選擇 稱的。 例如可提供一種將相對之壁的内部表面 ，且若適當的話，整個配置可設計成對 此-具體實施例在下面的圖形描述中會作更詳細的說明。 除了所述的槽狀型式外，元件也可以設計成荃狀物。 利用壁表面形成的彎曲，其可在終端邊連結，因此形成 一種具有例如Μ圓或圓形内部截面（和/或外部截面）的密閉 元件。同樣地，至少尚可提供兩個壁以與已提及的兩壁連 接，形成一種（矩形或多邊形的）釜狀物。 1 從技術流動的觀點來看，迴轉對稱的型式是一種選擇。 在此情況下之周圍内壁的側面配置可以螺旋（screw)、螺紋 (thread)或盤旋（spiral)的型式向上蔓延。 向對寬（屬於由該壁所界定之内部區域者）的比可在寬廣 的範圍間變動。此通常相當於>2:1至1:4，但也可毫不費力二 地延伸至1:1 5的比。同理可用到上述具爸狀幾何形者之高 對最大直徑的比。

I 特別是對於上述的具體實施例（其中在炫體出口端之兩 壁間的開口截面係大於在底部端者），該元件通常可以順利 地，例如以鑄造或鍛造的方式設計成一種單品。可能的回 添可以例如藉由填料（其可在製造過程中燒掉）形成。 分別藉由不同傾斜角的選擇或内側壁的斷面配置，可獲 得一種精確且獨特設計的元件以適應形狀和特性性質（流 入之金屬喷射的體積、流速、流動直徑）。其亦容許流料的 偏向及動能的降低。 87193 -11 - 1238748 在流料偏向的表面（特別是傾斜到垂直軸的表面）間，連 接表面也可以水平地（平行於底部）、垂直地（垂直於底部）， 以對垂直軸呈>90。之傾斜角配置，或具有彎曲的斷面。 本發明的其他特徵可由申請專利範圍附屬項和其他申請 文件的特點中獲得。 下文將以各種不同的具體實施例更詳細說明本發明。在 此情況下，圖1至4 (每一種情況均以大量圖樣代表且以截面 表示）顯示根據本發明元件之不同具體實施例形狀。 相同的或具有相同效果的要件乃以相同的參考號碼表示。| · 【貫施方式】 根據圖1之具體實施例顯示一種根據本發明元件之可能 的基本幾何形，具有底部1 〇。兩個壁丨2、丨4以壁剖面丨2u、 14u，由底部1〇的相對剖面1〇丨、1〇r延伸，特別是以相同方 向（亦即向上），但以相反的傾斜度延伸；特別是起初是互相「 相對的（直到一個最小的距離dmin);然後再互相分離地向上 延伸（壁剖面12〇、14〇)。 在兩壁12、14之下方壁剖面12u、14u間的最大距離以d零 表不’而在其自由端12r、i4r區域中之兩壁12、14之上方壁 剖面間的距離是以D表示，依此，。兩壁 12、14係以對一個對稱概念平面E-E呈鏡像的方式延伸。兩 壁12、14之下方剖面對底部1〇的上方約呈7〇。的傾斜角& 兩壁12、14冬上方剖面以對一個平行於平面E_E的平面呈約 20°的角b向上延伸。 因此’衍生出一種由該兩壁所界定之内部區域尺之元件的 87193 •12- 1238748 整個截面幾何形，其係類似於蛋形計時器的形狀。 以箭頭zi的方向將金屬熔體導入底部1〇之上，並偏轉到 奇 >員Z2的方向，然後在壁邊以箭頭u的方向將其引導向 上，直到其由壁的外邊緣121·、14r導出。導向熔體的動能在 底邵10和該變窄點丨i間降低。由於截面的變窄，熔體之難 以控制的潑濺可同時避免。在變窄處u和上方開口0(邊緣 剖面12r、14Γ之内側表面）間的剖面形成一個擴散區域，在 其中熔體可由元件中平靜地且以層流的方式流出，同時中 央的（根據箭頭Z1)新金屬熔體可以進入該元件中。 根據圖1之元件係設計成一種槽狀物。 同理應用到根據圖2的元件，其亦做成對對稱平面E呈鏡 像的設計，因此更多的幾何形係以左邊的壁12為主說明， 然後類推用到壁14上。 由底邵10開始，第一内壁剖面丨2 · 1首先以對平面E-E呈約 45度的角度向上延伸。連接到此剖面的是剖面122，其以

平行於底部10的方式向内（朝對面之壁14的方向）延伸。連接 到此剖面12.2的是又一剖面12·3，其係以對平面Ε·Ε呈約4〇 度的角度冷向上延伸直到壁12之上緣12r。因此，兩壁間的 取小距離間隔心化是在剖面^二和^^間。 在底邵10和外緣121*、14r間衍生出一種元件内部區域尺的 整個基本V-形幾何形，但具有一個回添區域2〇，此可獲得 控制導入金屬熔體之方向偏向的結果。偏向的熔體噴射產 生而經歷完全的旋渦渦流效應，該熔體失去其流動方向。 動能直接在鑄造後產生，且之後大程度地消散。 87193 -13 - 1238748 根據圖3之具體實施例類似於根據圖2者，在此狀況下所 表示的元件是一種迴轉對稱設計的釜狀元件，換言之是一 種擋板釜。迴轉對稱是相對於概念中心縱軸所衍生出 來的結果。 做為根據圖2之具體實施例的衍生，在剖面丨2」和丨2 3間 足内壁12的特徵為尚有一個傾斜剖面124和一個水平的延 伸剖面12.5，其結果是產生一個附加的回添區域22。剖面 I2.4的傾斜角r乃大於剖面n 3的傾斜角万。 在本發明的觀念和目的中，圖3所示之對面壁表面命名為· 壁表面14。此壁由於所述的釜幾何形，係環繞其周緣延伸， 技術考置上當然將其視為與圖形左邊部分所示的壁表面Η 是相同的。 底部10顯示一種球狀的表面10〇，其可在相反的方向彎 曲。 * — 圖4顯示擋板釜的又一具體實施例，依此，壁剖面12 6連 接到下万的斜壁剖面12·ι並垂直於底部1〇向上延伸，之後 接著一個似桶腹的内壁表面12.7，其向外延伸直到擔板爸· 的自由外緣12r，因此擋板釜在上方自由端展現一個比在底 部1〇(直稜q)之衝擊表面24之區域中明顯更大的内徑卩。空 巧之/、有取小截面（qmin)的位置是在底部區域和開口〇 之間。 根據圖4所述的幾何形，產出一種周圍的回添（凹槽狀）區 域20 ’其作為偏向及穩定冶金熔體與驅散其動能之用。 亥主隨可由一種鑄塊（例如以Al2〇3為主者）製成單品。 87193 1238748 圖4亦以虛線顯示—種可能的具體實施例。在此情況下， 係將約以直線互相連接之壁剖面12丨、12 6和12 7設計成互 相融合，依此’直接朝向開口 〇之表面剖面12 7的部分係以 附加的凹狀曲線設計。相反的曲線（凸狀曲線）亦符合所申請 的目的。 通常，所用的原則是所述擋板體（元件）之一或多個内底部 和壁表面可以直線或曲線（且特別是凸出和凹陷曲線）延 伸，並以相同或不同的傾斜角度/曲度半徑互相融合。因 此，熔體的流動行為可適用於特定的應用狀況。 · 若圖4所示之直線壁剖面（其與平面e-E形成一個> 〇且< 9〇°的角）以彎曲壁剖面取代，則並不是整個壁剖面都是以對 平面E-E呈單一的角度傾斜。因此，藉由每一獨立點之切線 與該平面形成的角對壁剖面之内侧周線的每一點進行角万 (壁剖面之個別部份以此角度對平面E-E傾斜）的測量。 因為其曲度，彎曲壁剖面12」、12.6和12.7的每一個部分 均以對平面E-E呈不同的角度延伸。 例如在圖4中，切線τ與點p(其位於直接朝向開口◦之表面% d面12.7上）接觸，在點p處，表面剖面12 7以對平面呈 約80度的角召延伸。 【圖式簡單說明】 圖1是一種根據本發肩_元件之可能基本幾何形； 圖2是本發明之另一具體實施例，其顯示一種鏡像設計的 元件； 圖3是本發明之又一具體實施例，其顯示一種迴轉對稱設 87193 •15-

Claims (1)

1238748 拾、申請專利範圍： 1. 2. 一種耐熱陶瓷元件，其包括： 11 一個底部（10); 12 至少兩個壁（12、14);

該兩壁（12、14)是由底部（10)的相對剖面（1〇1、 1〇Γ)延伸而出，其中該兩壁之内側表面至少在部 分剖面（12·!、丨2.3、12.4)是以相對於底部（1〇) 之一平面E-E呈>0度且<90度的角度，並具有相

反的傾斜度； 4在一形成於兩壁Ο2、M)的自由端（12Γ、141〇間 之開口（0); 5 在底邵（10)和開口（0)間，至少有一個剖面（11) 其在兩壁（12、14)間的距離（dmin、qmin)小於與其 在朝開口（0)和底部（10)方向連接的區域（12u、 14ιι ; 12ο、14ο) 〇

如申請專利範圍第1項之元件，其中每一個内侧表面均 形成有數個具有不同傾斜角的剖面（12.1、12.3、12.4、 12.7)。 3.如申請專利範圍第1項之元件，其中每一個内側表面均 形成有數個具有不同傾斜角的剖面（丨2.1、12.3、12.4、 12.7)，且該兩壁（12、14)之鄰近自由端（12Γ、14r)的剖面 (12.3、12·7)較之鄰近底邵（1〇)的剖面（12.1)顯現較大的 傾斜角。 4.如申請專利範圍第1項之元件，其中該兩壁（12、14)之内 87193 1238748 側表面在各剖面上開形成 5, 9. ,^ $成有一鋸齒狀的側面。 如申請專利範圍第1項 、兀件，其中該兩壁Π2、Izn、如 側表面形成有圓形的、相 内 相對的斷面（12.7)。 如申請專利範圍第1項> -μ ^ 頁 <兀件，其中該兩壁（12、14)之内 表面形成有—凹槽狀的鑛齒形（20、22)。 如申請專利範圍第6項之亓杜甘士、、 (20 ”、六甘 心牛，其中孩凹槽狀的鋸齒形 22)在其縱向上，具有—傾斜延伸段。 如申請專利範圍第1項之；I 甘A、、 示/、又兀件，其中-薇兩壁（12、14)之相 對内側表面係設計成鏡像的。 如申請專利範圍第丨項之元半， 月 < 兀仟其係主開口朝上的槽狀 型式。 1〇·如申請專利範圍第K之元件，進一步包括兩個與該兩 壁（12、14)連接的壁，因而形成一個釜狀物。 1 ·如申晴專利範圍第丨項之元件，其具有一種具橢圓形、 矩形、或圓形幾何形狀平面的釜狀物。

如申w專利範圍第1項之元件，其由該兩壁（丨2、丨4)圍成 、巴域（R)具有2:1至1:4之南對寬、或高對最大直徑的 比。 13.如申請專利範圍第1項之元件，其由該兩壁（12、14)圍成 的區域（R)具有直至1:15之高對寬、或高對最大直徑的 比。 14·如申請專利範圍第1項之元件，其中該兩壁（12、14)之内 側表面的傾斜角是在1〇度和80度間。 15,如申請專利範圍第1項之元件，其中該兩壁（12、14)之内 87193 1238748 16. 17. 18. 19. 側表面的傾斜角是在30度和60度間。 如申請專利範圍第1項之元件，其形成一單件式。 如申明專利範圍第1項之元件，其具有一種球狀底部 (10) 〇 如申請專利範圍第1項之元件，其中該兩壁（12、14)之内 侧表面間的距離係朝自由端（12r、14〇漸宽。 如申請專利範圍第1項之元件，其中在該兩壁（12、14) 之内側表面與底部端（1〇卜1 〇Γ)間的距離大於其間之至少 一個區域（11)的距離。 87193

—p4S2l2l387號專利申請案 整正替處晉明書替換1(94年3月} —LiSf\J蒼狀元件或一種播板蒼；且 圖4是圖3的又一具體實施例。 【圖式代表符號說明】 10 1(H、10r 10〇 11 12、14 12u、12〇、14u、14〇 12r、14r 11 卜 12.2、12·3、12·4、12·5、12·6、12.7 20 > 22 24 a b、β、γ D d dmin Λ Qmin Ε-Ε Μ-Μ Ο Ρ Qmax R Τ Ζ 卜 Ζ2、Ζ3 底部 底部的兩相對剖面 球狀的底部表面 兩壁間距離最小處之剖面 相對的兩壁 壁剖面 自由端 兩壁之内側表面的剖面 回添區域 衝擊表面 傾斜角 傾斜角 兩壁上方自由端間的距離 的最大距離 兩壁之内側表面間的最小距離 概念平面 概念中心縱軸 上方開口 朝向開口之表面剖面上的點 兩壁上方自由端間的最大距離 内部區域 切線 金屬熔體的流動方向 87193-940325.doc -16-