TWI527642B - 管交換裝置、內噴嘴、內噴嘴及管交換裝置之組合以及金屬殼體 - Google Patents

Description

管交換裝置、內噴嘴、內噴嘴及管交換裝置之組合以及金屬殼體

本發明係關於一種連續熔融金屬鑄造的技術，且特別係關於在連續鑄造設備中內噴嘴之夾緊。

在鑄造設備中，在被轉送到另一容槽例如進入一鑄模內之前，熔融金屬一般係包含在例如澆鑄漏斗之冶金容器中。金屬經由一設在冶金容器之基部中的噴嘴系統而從容器被轉送到容槽，此噴嘴系統包括一內噴嘴，至少局部地安裝在冶金容器中且與滑動轉送板(或澆鑄板)緊密接觸，滑動轉送板位於冶金容器之下方及外側並經由供保持及更換滑動轉送板且安裝在冶金容器下方的裝置而與內噴嘴對正。滑板可為刻度板，鑄造管或包括二個以上板之匣缽。因為所有此等類型之板係噴嘴之一部分，其包括一連到管部的板，此管部視應用而變化長度且視使用在如澆斗中的閥門而不同，他們在此被稱為「滑動噴嘴」、「傾倒噴嘴」、「可交換傾倒噴嘴」或其等之結合。傾倒噴嘴能被用於以具短管之自由流動、或具較長且局部淹沒澆鑄管之引導流動形式，來轉送熔融金屬。

如此鑄造設備之一例係敘述在文件EP1289696中。為了在內部噴嘴與滑動噴嘴之間提供緊密接觸，供保持且更換管的裝置包括有：夾緊手段，用於按壓抵接內噴嘴，特別是使其朝下；及推壓手段，用於按壓在傾倒噴嘴之滑板上，特別是使其朝上，以將內噴嘴及傾倒噴嘴彼此相按壓。此等夾緊及按壓手段一般係沿著內噴嘴及滑板之縱邊配置，縱方向係與板位移方向一致。

一個難題在於內噴嘴/滑板介面必須儘可能地達到完全的緊密度，以免當交換一新的傾倒噴嘴時熔融金屬可能流動於兩部分之間而破壞耐火元件之表面。又，缺乏緊密度(兩耐火元件之間的接觸)會使得空氣滲入，而有害於耐火元件及鑄造金屬品質。

本發明的目的在強化內噴嘴板與傾倒噴嘴的滑板之間之接觸表面的緊密度。本發明的目的亦在將耐火元件中的應力分佈予以最佳化，以提高其等之服務壽命。

本發明係定義在所附之獨立項申請專利範圍中。較佳實施例係定義在依附項申請專利範圍中。尤其，本發明係關於一種管交換裝置，用以保持及交換一用於使澆鑄熔融金屬從容器倒出之可交換傾倒噴嘴，管交換裝置包括一具有澆鑄開口的機架，此機架適用來固定到一金屬澆鑄容器的下側且包括在一中間部平面結合之一第1上部及一第2下部，此中間部平面界定一平面，其中一內噴嘴及一可交換傾倒噴嘴在此形成一滑動接觸，此機架之上側部包括：(a)　容納及夾緊手段，用於容納及夾緊內噴嘴的一承載表面，使之位於其傾倒位置之適當處，以抵住機架之上側部的一支撐部，俾內噴嘴之通孔與澆鑄開口作流體連通，及機架之下側部包括：

(b)　一通道，沿第1方向(X)之第1軸延伸於一入口與一出口之間，適用於容納一可交換傾倒噴嘴單元且將其從入口移動到出口，且經過與機架之該澆鑄開口對齊之澆鑄位置

(c)　一移置手段及一引導手段，分別用於將可交換傾倒噴嘴單元從等待位置移動及引導到與該機架之澆鑄開口對齊之澆鑄位置，且選擇地用於引導其到出口，此引導手段大致平行於第1方向(X)移動，

(d)　按壓手段，與引導手段對齊且在傾倒噴嘴澆鑄位置的位準大致平行於第1方向(X)，用以在其澆鑄位置朝該機架之上部的方向按壓可交換傾倒噴嘴單元，其特徵為，該至少兩個夾緊手段配置為橫向於第1方向(X)。

在一較佳實施例中，夾緊手段包括有至少一第1夾緊元件(50a)，其配置為大致垂直於第1方向(X)且與其相交。

在另一實施例中，夾緊手段包括三個夾緊元件，其中在夾緊位置之夾緊元件正交投影到其中間部平面上之各重心形成一三角形之頂點。如熟於此技術者所共同接受者，一平面圖形之重心係將此圖形區分為繞此直線相等力矩之兩個部分所有直線的交點。在一三角形中，重心係定義為中線之交點。尤其，由夾緊手段投影之重心形成的三角形係由下列幾何圖案之任何一個或任何結合所界定：

(a)　三角形之第1高(altitude)被稱為X-高，通過被稱為X-頂點的第1頂點，大致平行於該第1方向(X)；

(b)　三角形之第1中線被稱為X-中線，通過被稱為X-頂點的第1頂點，大致平行於該第1方向(X)；

(c)　依照(a)或(b)之三角形，其中X-頂點指向入口的方向；

(d)　依照(a)或(b)之三角形，其中X-頂點指向出口的方向；

(e)　三角形之所有內角均為銳角；

(f)　三角形為等腰，較佳為依照(a)或(b)，更佳為依照(a),(b)使得X-頂點為等長之兩側邊的交點，更佳為依照(a),(b)及(e)；

(g)　依照(f)之三角形，其中由澆鑄開口之重心(46)與三角形之除了X-頂點之外的兩個頂點形成的角度2α係在60°與90°之間；

(h)　一三角形，其中由X-頂點形成的角度小於60°。

較佳為，對應於X-頂點之第1夾緊元件橫跨一介於14°與52°之間的角部γ，且另外二個夾緊元件則橫跨一介於10°與20°之間的角部β，所有角度係相對於澆鑄開口之重心而測量。而且較佳為，第1夾緊元件之突出部的內突脊(鄰接澆鑄腔)具有一切線與第1軸(X)垂直相交。在又另一較佳實施例中，延伸垂直於第1方向(X)之第1夾緊元件係可移動地安裝於一惰性位置與一夾緊位置之間，藉一曲柄軸致動手段而從一個位置致動到另一個位置。

在一較佳實施例中，本發明之管交換裝置包括連到一氣體源之至少一個氣體連接部，此連接部配置在三個夾緊元件之其中兩個之間，且較佳為指出大致平行於第1方向(X)。

本發明亦關於一種噴嘴，由耐火核芯材料製成，用於從一冶金容器澆鑄熔融金屬，且適於被安裝在一傾倒管交換裝置之上部，此內噴嘴包括：

(a)　一大致管狀部，具有軸向通孔，其流體連接一入口至一出口，及

(b)　一板，包括一第1接觸表面，垂直於軸向通孔且包含出口；及一第2表面，與第1接觸表面相對且將管狀部之壁結合到板之側邊，側邊界定板的周邊及厚度，其特徵為：內噴嘴板包括從側邊突出的三個分離之承載元件，每一承載元件包括一承載壁架面朝接觸表面之方向且分佈於圍繞板之周邊，其中正交投影到平行於承載壁架之接觸表面的平面之重心形成一三角形之該頂點。

在一較佳實施例中，由三個承載壁架之投影的重心形成的三角形係由下列幾何圖案之任何一個或任何結合所界定：

(a)　三角形之第1高(altitude)被稱為X-高，通過被稱為X-頂點的第1頂點，大致平行於第1軸(X)；

(b)　三角形之第1中線被稱為X-中線，通過該X-頂點，大致平行於該第1軸(X)；

(c)　一三角形，其X-高或X-中線均與該噴嘴穿孔之中心軸(Z)在穿孔重心(46)相交；

(d)　三角形之所有角均為銳角；

(e)　三角形為等腰，較佳為依照(a)或(b)，更佳為為依照(a),(b),及(c)使得X-頂點為等長度之兩側邊的交點，最佳為依照(a),(b),(c)及(d)；

(f)　依照(c)之三角形，其中由穿孔中心與三角形之除了X-頂點之外的兩個頂點形成的角度2α係在60°與90°之間；

(g)　一三角形，其中由X-頂點形成的角度小於60°。

內噴嘴板之除了第1接觸表面以外較佳為至少局部包覆一金屬殼體，且其中三個承載壁架為金屬殼體之局部。在一較佳實施例中，內噴嘴包括氣體連接手段，其內噴嘴的澆鑄通孔作流體連通，使得流動通過內噴嘴的熔融金屬可被如氬、氦、氖及之類的一惰性氣體毯(blanket)覆蓋。該氣體連接手段亦能與置於內噴嘴之接觸表面26之溝作流體連通，為了保護在內噴嘴接觸表面與傾斜噴嘴滑動表面之間介面於洩露狀況下熔融金屬的氧化。氣體連接手段較佳為配置於兩個承載壁架之間。

本發明亦關於一種如上述定義之管交換裝置及內噴嘴的組合，其中內噴嘴包括與管交換裝置之夾緊手段配合的承載元件。較佳為內噴嘴亦為如上述定義者。

本發明亦關於一種金屬殼體，用於包覆如前述之內噴嘴，此金屬殼體包括一主要表面，具有一開口用於適應噴嘴之管狀部；及側邊，從主要表面之周邊延伸，其特徵為金屬殼體包括從側邊突出的三個分離之承載元件，每一承載元件包括一承載壁架背離主要表面，且配置在圍繞金屬殼體之周圍，使得三個承載元件之每個的重心形成一三角形之頂點。名詞「重心」在此意指物體形狀之幾何中心。上述內噴嘴之承載壁架的許多幾何形狀對本金屬殼體作了適當的修正，因為壁架係金屬殼體之部分。

本發明係關於一種管交換裝置，用以保持及交換一滑動噴嘴，其係安裝在冶金容器下方用於澆鑄包含在容器中的熔融金屬，且用於引導滑動噴嘴到一澆鑄位置，其中其係從設在冶金容器上之內噴嘴的澆鑄通道延伸。板交換方向與裝置之縱方向一致，且不平行於此縱方向的方向係與裝置的橫方向一致，垂直於縱方向的方向被稱為法線方向。傾倒噴嘴之滑板及內噴嘴各具有兩個大致縱邊及兩個通常為垂直邊的橫邊。

本發明提議沿著內噴嘴之橫邊施加夾緊力，而按壓力被施加到傾倒噴嘴的縱邊，使得在內噴嘴之橫邊/滑板接觸平面之緊密度被改善。換言之，由於依此方式配置的夾緊手段及推動手段，可施加一力而設定接觸在內噴嘴/滑板接觸平面之整個周圍，因而有優異的緊密度及零件的較長服務壽命及改善的鑄造金屬品質。尤其，本發明人注意到，以此方式施加力量比當施加相對的插入力及夾緊力時更有利，因為如在先前技術中，在內噴嘴之縱邊及滑板上的高壓可能會造成各橫邊彎曲及分離。

進一步，位於橫方向的夾緊手段有助於更進一步相對於管交換裝置沿著縱方向引用內噴嘴，這是特別有利的。事實上，在傾倒噴嘴更換的期間內噴嘴沿著縱方向受到相當的剪斷力，且分佈於橫方向的夾緊力有助於強化內噴嘴在縱方向的穩定性，且因而不管由於板更換的剪斷壓力而能將此噴嘴鎖住於縱方向。

名詞「夾緊手段」係指可旋轉地安裝在管交換裝置之機架上的手段，用於施加夾緊力到內噴嘴之夾緊表面，此力量被傳遞到一相對的承載表面而抵住管交換裝置之機架上的配合支撐表面。通常，由夾緊手段施加到內噴嘴上的力係向下的力，被施加到內噴嘴之頂表面上，且由按壓手段施加到滑動噴嘴板上的力係與前者相對且一般為朝上，被施加到板之底表面上。直立方向係定義為熔融金屬在冶金容器出口的流動方向。名詞「橫向」係定義為正割於縱方向的任何方向，且法線方向係垂直於縱及直立方向二者，使得縱、法線及直立方向定義一正交座標。又，須提及者，前方係參照在管交換裝置中噴嘴更換方向而界定，板係從後方移動到前方而採取下列依次的位置：待機位置(當另一噴嘴已經在澆鑄位置時)，澆鑄位置(當傾倒噴嘴之孔與內噴嘴之通孔對齊時)、密封位置(當設於傾倒噴嘴面之板上的一密封表面且密封內噴嘴通孔出口時)，及射出位置(當板滑動面從管交換裝置釋放時)。而且必須提及者，內噴嘴及傾倒噴嘴兩者之板的數個耐火表面一般包覆一金屬殼體。傾倒噴嘴通常包括一依應用而改變長度的管狀延伸部。管狀延伸部可足夠地延伸，以使得其端部可含浸於下游之如連續鑄造模的冶金容器中。被含浸的澆鑄管係由耐火元件製成。

隨後，與澆鑄方向一致的大致垂直方向係被稱為Z-方向，且內部噴嘴通孔之中心軸被稱為Z-軸，當內噴嘴被安裝在管交換裝置上的澆鑄位置時其與Z-方向平行。與板更換方向對應的縱方向被稱為X-方向，其大致垂直於Z-方向；X-軸係平行於X-方向且通過管交換裝置之澆鑄開口的重心(centroid)。

本發明係根據觀察，在如揭示於EP1289696之習知管交換裝置上，其中用於保持在機架之上部的內管之夾緊手段被定位為大致平行於X-方向，且大致在按壓手段18之頂部，其按壓傾倒噴嘴向上抵住於內噴嘴12之接觸表面而產生緊密度問題。本發明人進行澆鑄開口周圍的應力分佈分析且了解到，在板之橫向部中的壓縮應力之大小係比縱向側低很多，因而產生薄但無法接受的間隙之可能形成，此間隙會導致熔融金屬之漏出(參照第6a圖)。本發明提議之解決此問題的方案，在將至少兩個較佳為三個夾緊元件20安裝為橫向於X-方向，按壓手段18沿著此方向排列。此明顯簡單的解決方案意外地解決先前技術交換管系統之洩漏風險，從下面可看出。

在如針對澆鑄熔融鋼之連續熔融金屬澆鑄設備中，用於保持及交換滑動噴嘴的一裝置10係用於使被包含在如澆鑄漏斗的冶金容器中之金屬，轉移到如一個或複數個鑄造模具之容器。局部顯示於第2圖中的裝置10係安裝於冶金容器的下方，與其地板中的開口對齊，以便插通一內噴嘴12，讓內噴嘴12以例如接合劑固定到管交換裝置10之機架及附接到冶金容器之基部。一典型的管交換裝置之側視圖可見於EP1289696之第1圖中。內噴嘴12之通孔14界定一澆鑄通道且裝置10係配置為可引導一傾倒噴嘴之滑板到一澆鑄位置，使得後者之軸孔與內噴嘴之通孔14作流體連通。為了此目的，裝置10包括有手段16用於引導滑動噴嘴通過一入口且從一待機位置至一澆鑄位置。例如，引導手段可為導軌16之型式。軌16沿著裝置10之的通道的縱邊17a、17b配置，從裝置入口引導到空轉位置且到澆鑄位置。進一步，在傾倒噴嘴澆鑄位置，裝置10包括有配置為平行於X-方向的手段18，其用於按壓傾倒噴嘴之板以抵住內部噴嘴12之接觸表面，此按壓手段例壓縮彈簧，此按壓手段配置為施加一力到傾倒噴嘴之滑板的兩個縱邊之每一個之底表面上，以按壓板而與內部噴嘴12之接觸表面作緊密接觸，且因而使得內噴嘴之通孔14與傾倒噴嘴之軸孔之間形成流密連接。如第2圖所示，彈簧18沿著大致平行於X-方向的裝置10之縱邊17a,17b分佈。裝置10另包括用於夾緊內噴嘴的手段20，將在下面更詳細說明，手段20配置為施加一力到內噴嘴12之兩橫邊的一頂部表面，以便保持內噴嘴壓抵住於裝置10。名詞「橫向」在本文中意思並非平行於，而係為與X-方向正割(secant)。

內噴嘴12包括一金屬殼體22包覆除了由耐火材料製成的內部噴嘴板24之第1接觸表面(26)以外的部份，如第1b圖所示。金屬殼體22補強耐火元件24且較佳為使用接合劑結合到板。耐火板對支撐無論在何處噴嘴接觸熔融金屬時的高溫係不可缺少者，但是無論何處有應力集中時，其機械性質，尤其是剪斷、摩擦及磨損抵抗不足夠。為此，無論機械應力施加於何處，耐火板被包覆一金屬殼體以遠離與熔融金屬之任何可能接觸。金屬殼體之厚度可從1mm變化至大於6mm，當金屬殼體由鑄鐵製成時，一般使用較厚的壁。金屬殼體置放於離開內部噴嘴之接觸表面26(參照第1b圖)，因為後者與傾倒噴嘴之板的滑動表面緊密接觸。金屬不能用於包覆接觸表面，因為假若金屬急遽熔融時的任何漏出均會傷害接觸表面。如前所述，內部噴嘴之接觸表面26係設計為當噴嘴藉裝置10被推到適當處之澆鑄位置亦即面對內部噴嘴12時，會與傾倒噴嘴之滑動表面緊密接觸。內部噴嘴通孔14之一端開在接觸表面26。

內噴嘴12包括三個分離的承載元件30a,30b,30c突出於側邊且沿板之周圍分佈。每一承載元件包括一承載壁架(34a,34b,34c)面朝向接觸表面26的方向。各壁架正交投影在一平行於接觸表面26上之重心形成一三角形之頂點。承載元件及其壁架事實上係內噴嘴之板的金屬殼體包覆部件之部分。這是有利的，因為夾緊力被施加到一金屬表面，當暴露於高度壓縮及剪斷應力集中時其並不像耐火材般碎裂。三個壁架之表面界定承載表面。其等較佳為共平面，但是對本發明並不重要。較佳為其等與接觸表面26平行但此也是不甚重要，因為壁架之稍微傾斜有助於內噴嘴在管交換裝置10上的定中心(centre)。但是明顯地，內噴嘴之承載壁架必須與管交換裝置10之支撐部及夾緊手段20配合。與承載壁架34a,34b,34c相對，內噴嘴包括夾緊表面(32a,32b,32c)用於容納管交換裝置之夾緊手段，以便將內噴嘴之承載壁架夾緊於適當處，以抵住管交換裝置之機架的配合支撐部。夾緊表面宜為金屬且可為板之第2表面的部分，與接觸表面相對或者其等可為承載元件之部分但是與此第2表面分離，如第1圖所示。

承載元件30a,30b,30c為分開且從內噴嘴12之板的周圍表面36突出，此表面36從板之底部接觸表面26延伸，較佳但不一定需要，在大致直立的方向Z。在一個實施例中，耐火材料可延伸於承載壁架與內部噴嘴之一承載元件的夾緊表面之間。在此實施例中，耐火材之一部分暴露於夾緊手段20之壓縮應力，但是任何應力集中係藉金屬層加以分散，此層將耐火材從夾緊手段及管交換裝置之支撐表面分離。在一較佳實施例中，承載壁架及相對的夾緊表面僅藉金屬分離。此可確保夾緊力絲毫不施加到耐火材，但僅到金屬。如圖中顯示之例，三個承載元件30a,30b,30c全部由金屬製成，即僅有金屬在承載壁架34a,34b,34c與夾緊表面32a,32b,32c之間。

如第3圖所示，內部噴嘴12可具有兩個大致縱向之相對邊40a,40b及兩個大致垂直於縱邊之相對邊42a,42b。更進一步，一直立中心縱平面P可由X-及Z-軸界定且三個承載元件30a,30b,30c可在內噴嘴12之周圍36上配置為Y形狀，Y之基部44a係配置於與X-軸共軸的中心縱平面P，且Y之兩臂44b,44c係分別配置在此平面P之兩側，且Y之所有的臂在內部噴嘴通孔14之重心46交會。更具體地，第2及第3承載元件30b及30c具有第2及第3承載壁架34b及34c，此等第2及第3承載壁架34b及34c的每一個分別配置於縱平面P之兩側。在已說明的例中，第2及第3承載壁架係對稱地配置，但是並不一定是這樣的情況。又，三個承載壁架34b,34c之各個在平行於接觸表面26之一平面上的正交投影具有一重心34’b,34’c位於相對於縱平面P在30與45°之間的一角部α(alpha)，此角度係參照與澆鑄開口28之中心對應的內部噴嘴12之重心46。又，第2及第3承載壁架34b及34c之各個係包含於一位於10與20°之間的角部β(beta)，此角部β係參照內部噴嘴12之重心46。又，第1承載元件30a具有通過噴嘴12之縱平面P的第1承載壁架34a。更具體地，承載壁架34a大致對稱於縱平面P延伸，此表面之重心34’a係位於縱平面P中。承載壁架34a可延伸於一包含在一位於14與52°之間的角部γ(gamma)之平面中，角部γ係參照內部噴嘴12之重心46。在第3圖顯示之情況中，承載壁架之投影之重心34’a,34’b,34’c係與夾緊表面之投影的重心32’a,32’b,32’c對應。

內噴嘴12可另包括氣體連接手段48，其與內噴嘴中心孔14及/或一置於接觸表面26的槽作流體連通，較佳為此手段48配置於第2承載元件30b與第3承載元件30c之間。在此例中，手段48包括一或兩個通道開放到一橫向垂直表面或屬於周圍表面36之橫邊49，且連接兩個承載元件30b,30c。噴出的氣體例如為氬氣。

管交換裝置之夾緊手段20包括兩夾緊元件配置成橫向於X-軸。較佳為三個夾緊元件50a,50b,50c在內噴嘴12之周圍配置為Y形狀(參照第2圖)，亦即在Y之基部的第1夾緊元件50a配置在中心縱平面P之後部且在Y之兩臂端部之第2及第3夾緊元件50b及50c配置於此平面P之前部的兩側。如圖中可看出夾緊手段配置為施加其力量到內噴嘴之橫邊42a,42b。夾緊元件50a,50b,50c具有承載元件30a,30b,30c之補助結構，依此方式，第1、第2及第3夾緊元件50a,50b,50c分別施加一夾緊力在上述之第1、第2及第3承載壁架34a,34b,34c上。

第2及第3夾緊元件50b,50c可為大致相同。僅元件50b的結構需要參照第2及2a說明。夾緊元件50b可轉動地安裝在一固定於機架31之軸52b，大致在橫方向延伸。元件50b有一自由端承載所謂的夾緊表面54b，係用於與承載元件30b之夾緊表面32b接觸，藉按壓於其上此等表面而施加夾緊力在此表面32b。為了此目的，元件50b可藉一作為與元件50b接觸之凸輪的旋轉裝置56b(繞一直立軸樞轉)而致動。更具體上，當凸輪56轉動時，其施加一水平力在元件50b之自由端上，如第2a圖之箭號所示，其繞自由端朝下樞轉，且因而使表面54b繞軸52b樞轉。表面54b之向下樞轉因此產生一夾緊力在表面32b，此力被傳遞到相對的承載壁架34b，使其被夾緊於抵住對應的機架支撐部之位置。須提及，元件50b不僅施加一向下夾緊力，而且亦施加一水平力，用來水平地鎖住壁架34b。熟於此技術者周知的其他夾緊手段可使用在本發明範圍中，因為方向而非夾緊手段之夾緊手段形成本發明之主旨。

第1夾緊元件50a的結構將參照第4,5及5a至5d圖說明。第1夾緊元件50a具有與顯示於第2a圖中之元件50b之相似形狀，除了其比元件50b可延伸一較大表面以外。元件50a係可轉動地安裝在一固定於機架31之軸52a，朝向一橫向於X-方向之方向延伸，且具有一自由端承載的夾緊表面54a，係用於藉按壓於其上而與夾緊表面32a接觸。元件50a能以不同於元件50b的方式致動，尤其藉作為連桿的手段致動。更具體地，其係由一繞軸樞轉地安裝之旋轉裝置56a而致動，在例子中此軸垂直於X-軸且作為一與圓筒58接觸之凸輪。圓筒58可朝X方向平移。其承載作為連桿之一桿60，其一個端62可轉動地繞夾緊元件58之自由端安裝且其相對端64可轉動地繞夾緊元件50a之自由端安裝，元件50a係作為連桿用。又，圓筒58形成一桿66之殼體，此桿66係由在惰性位置的夾緊元件50a之返回手段68，如一已壓縮彈簧而返回。

夾緊元件50a係可移動地安裝於一惰性位置與一夾緊位置之間，藉一連桿系統致動，說明如下。惰性位置顯示於第5a圖中。為了移動到夾緊位置，必須使可移動裝置56a繞其軸轉動，因而使其朝箭號70所示的水平方向移動圓筒58。由於此平移，連桿60使元件50a繞其軸52a轉動，如第5b,5c及5d圖所示，使得夾緊元件之夾緊表面54a按壓於承載元件之夾緊表面32a，且夾緊元件50a使用其夾緊位置。與圓筒58平移之同時，桿66緊靠抵住於承載元件30a之直立壁而將彈簧68壓縮，如第5c及5d圖所示。藉此彈簧之壓縮的手段，此系統可簡單地藉轉動作為如凸輪56a的裝置而回到惰性位置。事實上，在此曲軸系統中，當元件50a在其夾緊位置時，如第5d圖所示，裝置56a之轉動使得圓筒58在已放鬆的彈簧68之作用下朝箭號72所指示的方向平移，且因而使得夾緊元件返回到第5a圖所示的位置。

顯示於附圖中的裝置10另包括在兩個夾緊元件50b,50c之間的噴嘴12之氣體噴出通道，其開放於裝置10之直立橫向表面51。依此，當元件50a在夾緊位置時，裝置10之噴出通道從噴嘴12之通道48延伸且元件50b,50c之夾緊位置提供此通道之一特別緊密接合。

將根據圖中所示之實施例說明將內噴嘴12夾緊於裝置10中的方法。在夾緊方法之開始，內噴嘴12單純地被放置到管交換裝置10之機架31上。夾緊方法包括第1步驟如下：將配置於承載元件30b,30c之間的噴嘴12之橫向直立表面49緊靠抵住於裝置10之機架31的橫向直立表面51，接著將夾緊位置中的第1夾緊元件50a加以致動。第1夾緊元件50a因而依第5a圖中之箭號70的平移而移動，緊靠抵住於承載元件30a，按壓內噴嘴12抵住於裝置10之前橫邊51，因而很精確地引用內噴嘴12抵住於此前邊。須了解，夾緊元件50a之夾緊位置的建立同時引起配置於氣體噴出通道48的密封壓縮。該等密封可位於內噴嘴或裝置上。其等較佳係由石墨製成。沿著箭號70之平移能產生受控制的壓縮。一旦夾緊元件50a在夾緊位置時，組合方法係接著選擇地同時作動在夾緊位置之兩個夾緊元件50b,50c。在第2步驟中，第1夾緊元件50a之夾緊接著兩個夾緊元件50b,50c之夾緊能達成一特別簡單的方法，所有夾緊元件50a,50b,50c及其致動手段形成一特別有利的夾緊系統。

在如上述內噴嘴12及管交換裝置10的優點之中，須提到的是夾緊手段施加其力到內噴嘴的橫邊42a,42b，而按壓手段18施加其力到滑動傾倒噴嘴之板的縱邊以抵住於裝置10的縱邊17a,17b。因而，壓力被施加到內噴嘴12與滑板之間的接觸表面之大致整個周圍，因而達到優異的緊密度(參照第6(c)圖)。

本發明之另一優點在於，在內噴嘴12之使用後，相同的金屬殼體22可再度被用於包覆新的耐火元件24。

本發明明顯地強化內噴嘴之接觸表面26與在管交換裝置10中之傾倒噴嘴的板之滑動表面之間的介面之流體緊密度。第6圖係顯示依據澆鑄口周圍附近之夾緊手段的配置計算的壓縮應力分佈：顏色越黑時壓縮應力越高。在第6(a)圖中顯示如EP1289696中揭示的先前技術之構造，其具有夾緊手段20用於將內噴嘴沿著平行於X-軸之縱邊夾緊於適當位置，且大致被安置於按壓手段18之頂部，此按壓手段用於按壓傾倒噴嘴之滑動表面抵住於內噴嘴之接觸表面26。可看出壓力僅在靠近縱邊的部分為高，而低壓則沿著橫向，而在鑄造時產生熔融金屬漏出及顯著空氣吸入的高風險。第6(b)及(c)圖在另一方面係依照本發明。

在第6(b)圖中，有兩個夾緊元件20用於夾緊內噴嘴，其等係位在大致垂直於X-軸。可看出包括X-軸的板之部分暴露於比第6(a)圖前者之幾何形狀更高度的壓力中。在第6(c)圖中，有三個夾緊元件配置圍繞於內噴嘴之周邊，其中每一夾緊元件20在其夾緊位置時在內噴嘴之接觸表面之平面上的正交投影之重心形成一三角形之頂點，或者如上述一Y形之兩臂在內噴嘴之通孔的重心46結合。在第6(c)圖中可看出，壓縮程度係非常均勻，使得板的整個周邊暴露在高壓，因而確保內噴嘴與傾倒噴嘴之兩個表面之間的介面之流體緊密度。因為三個夾緊系統似乎很有效，三個夾緊系統之數個實施例受到討論。

三角形之高係一直線通過頂點且垂直於相對的邊的直線。高之交點係垂心(orthocenter)。三角形之中線係通過一頂點及相對的邊的中點之直線，並將三角形分為兩個相等面積。三角形之中線的交點稱為重心。

在一實施例中，較佳為一條中線稱為X-中線及/或一條高稱為X-高，均通過透投影三角形之X-頂點之二者與X-軸為同軸，如第2(a)及6(c)圖所示。其他兩個夾緊元件20位於X-軸之兩側。較佳為三角形係等腰三角形具有兩等邊相結合於X-頂點，如上述圖中所示。

X-頂點可指向入口的方向。此構造在氣體連接部位於除了X-頂點以外的第2與第3頂點之間是有利的，因為藉插入管交換裝置之下部或從其抽出之傾倒噴嘴而朝縱方向施加的摩擦力會推內噴嘴抵住此氣體連接部，因而確保氣體緊密連接。又，如上所述，摩擦力與安裝在第1夾緊手段的曲柄軸系統合作。或者，X-頂點可指向出口。

較佳為所有三角形之角均為銳角，以確保夾緊手段在圍繞噴嘴周圍之均勻分佈。尤其，較佳為X-頂點小於60°。另一方面，由澆鑄口及除了X-頂點以外的三角形之2個頂點形成之角度2α宜包括在60與90°之間。

如附圖所示，三角形宜為等腰三角形且X-中線宜與X-軸為共軸。更佳為X-頂點必須為等長度之兩邊的交點(以此構造，X-中線與X-高為共軸)。

10．．．管交換裝置

12．．．內噴嘴

14．．．內噴嘴通孔

16．．．引導手段

17a,17b．．．裝置之縱邊

18．．．按壓手段

20．．．夾緊手段

22．．．金屬殼體

24．．．耐火元件

26．．．接觸表面

28．．．澆鑄口

30a,30b,30c．．．承載元件

31．．．機架

32a,32b,32c．．．承載元件之夾緊表面

34a,34b,34c．．．承載元件之承載壁架

36．．．周圍表面

40a,40b．．．噴嘴之縱邊

42a,42b．．．噴嘴之橫邊

44a．．．Y之基部

44b,44c．．．Y之兩臂

46．．．內噴嘴之通孔的重心

48．．．氣體噴出手段

49．．．噴嘴之橫表面

50a,50b,50c．．．夾緊元件

51．．．裝置之橫表面

52a,52b．．．夾緊元件軸

54b．．．夾緊元件之夾緊表面

56a,56b,56c．．．夾緊元件之轉動裝置

58．．．圓筒

60．．．作為連桿用之桿

66．．．桿

68．．．返回手段

70．．．水平方向

72．．．方向70之反方向

本發明可由閱讀參照附圖之下列說明而更清楚了解，但此說明僅作為本發明範圍之非限制性例子。

第1a圖係依照一個實施例之內噴嘴的立體圖，其中內部噴嘴係朝向其澆鑄方向；

第1b圖係朝垂直方向翻轉後的第1a圖噴嘴的立體圖；

第2圖係第1圖之噴嘴夾緊於本發明之管交換裝置之適當位置的俯視圖；

第2a圖係顯示第2圖之夾緊元件之構造的剖面圖；

第3及3a圖係第1圖之噴嘴的俯視圖；

第4圖係夾緊元件之剖面圖；

第5圖係第1圖之內噴嘴在被夾緊之前站立於其在管交換裝置上的澆鑄位置之剖面側視圖；

第5a至5d圖係沿著一縱平面之剖面圖，顯示第4圖中用於夾緊內噴嘴之一個支撐壁架的夾緊手段之夾緊步驟；

第6a-c圖係顯示針對內噴嘴夾緊手段之許多分佈時在澆鑄通道周圍之壓縮應力分佈。

12．．．內噴嘴

14．．．內噴嘴通孔

16．．．引導手段

17a,17b．．．裝置之縱邊

18．．．按壓手段

20．．．夾緊手段

30a,30b,30c．．．承載元件

31．．．機架

50a,50b,50c．．．夾緊元件

Claims (17)

1. 一種管交換裝置(10)，用以保持及交換一用於使澆鑄熔融金屬從容器倒出之可交換傾倒噴嘴，該管交換裝置包括一具有澆鑄開口的機架，該機架用於被固定到一金屬澆鑄容器的下側且包括在一中間部平面結合之一第1上部及一第2下部，該中間部平面界定一平面，其中一內噴嘴(12)及一可交換傾倒噴嘴在此形成一滑動接觸，該機架之上側部包括：(a)容納及夾緊手段(50a,50b,50c)，用於容納及夾緊該內噴嘴(12)的一承載表面，抵住機架之上側部的一支撐部，使之位於其傾倒位置之適當處，俾該內噴嘴(12)之通孔與該澆鑄開口作流體連通，及機架之下側部包括：(b)一通道，沿第1方向(X)之第1軸延伸於一入口與一出口之間，用於容納一可交換傾倒噴嘴單元且將其從該入口移動到該出口，且經過與該機架之該澆鑄開口對齊之澆鑄位置，(c)一移置手段及一引導手段(16)，該引導手段(16)用於將該可交換傾倒噴嘴單元從等待位置引導到與該機架之該澆鑄開口對齊之澆鑄位置，且選擇地用於引導其到該出口，該引導手段(16)大致平行於該第1方向(X)延伸，(d)按壓手段(18)，與該引導手段對齊且在傾倒噴 嘴澆鑄位置的位準大致平行於該第1方向(X)延伸，用以在其澆鑄位置朝該機架之上部的方向按壓該可交換傾倒噴嘴單元，其特徵為，該夾緊手段包括三個夾緊元件(50a,50b,50c)，其中在夾緊位置之該等夾緊元件在其中間部平面上的正交投影之各重心形成三角形之頂點，該夾緊手段(50a,50b,50c)配置為橫向於該第1方向(X)。
2. 如申請專利範圍第1項之管交換裝置，其中該夾緊手段包括至少一第1夾緊元件(50a)，其與該第1方向(X)相交且配置成大致垂直於該第1方向(X)。
3. 如申請專利範圍第1項之管交換裝置，其中由該三個夾緊元件之重心形成的該三角形係由下列幾何圖案之任何一個或任何結合所界定：(a)三角形之第1高(altitude)被稱為X-高，通過被稱為X-頂點的第1頂點，大致平行於該第1方向(X)；(b)三角形之第1中線被稱為X-中線，通過被稱為X-頂點的第1頂點，大致平行於該第1方向(X)；(c)依照(a)或(b)之三角形，其中X-頂點指向入口的方向；(d)依照(a)或(b)之三角形，其中X-頂點指向出口的方向；(e)三角形之所有角均為銳角；(f)三角形為等腰； (g)依照(f)之三角形，其中由澆鑄開口之重心(46)與三角形之除了X-頂點之外的兩個頂點形成的角度2α係在60°與90°之間；(h)三角形，其中由X-頂點形成的角度小於60°。
4. 如申請專利範圍第1項之管交換裝置，其中與該X-頂點對應之第1夾緊元件(50a)橫跨一介於14°與52°之間的角部γ，且另外二個夾緊元件(50b,50c)則橫跨一介於10°與20°之間的角部β，所有角度係相對於該澆鑄開口之重心(46)而測量。
5. 如申請專利範圍第3項之管交換裝置，其中與該X-頂點對應之該第1夾緊元件之突出部的內突脊具有一切線與該第1軸(X)垂直相交。
6. 如申請專利範圍第2項之管交換裝置，包括連到一氣體源之至少一個氣體連接部，該連接部配置在三個夾緊元件之其中兩個(50b,50c)之間，且指向該第1方向(X)。
7. 如申請專利範圍第6項之管交換裝置，其中該連接部指向大致平行於該第1方向(X)。
8. 如申請專利範圍第2至7項中任一項之管交換裝置，其中延伸垂直於該第1方向(X)之該第1夾緊元件(50a)係可移動地安裝於一惰性位置與一夾緊位置之間，藉一曲柄軸致動手段(60,50a)，從一個位置致動到另一位置。
9. 一種噴嘴(12)，由耐火核芯材料製成，用於從一冶金容器澆鑄熔融金屬，且適於安裝在一傾倒管交換裝置之上 部，該內噴嘴包括：(a)一大致管狀部，具有軸向通孔，其流體連接一入口(14)至一出口(28)，及(b)一板，包括一第1接觸表面(26)，垂直於軸向通孔且包含該出口(28)；及一第2表面，其相對於該第1接觸表面(26)，且將管狀部之壁結合到板之側邊(22,36,49)，該側邊界定該板的周邊及厚度，其特徵為：該內噴嘴板包括從該側邊突出的三個分離之承載元件(30a,30b,30c)，每一承載元件包括面朝該接觸表面(26)之方向且分佈於圍繞該板之周邊的一承載壁架(34a,34b,34c)，其中正交投影到平行於該承載壁架之該接觸表面(26)的平面之重心形成三角形之該頂點。
10. 如申請專利範圍第9項之噴嘴(12)，其中內噴嘴板之除了第1接觸表面(26)以外的所有接觸表面均至少局部包覆一金屬殼體，且其中該三個承載壁架為該金屬殼體之局部。
11. 如申請專利範圍第9項之噴嘴(12)，其中由三個承載壁架之投影的重心形成的該三角形係由下列幾何圖案之任何一個或任何結合所界定：(a)三角形之第1高被稱為X-高，通過被稱為X-頂點的第1頂點，大致平行於第1軸(X)；(b)三角形之第1中線被稱為X-中線，通過該X-頂點，大致平行於該第1軸(X)； (c)三角形，其X-高或X-中線均與該噴嘴穿孔之中心軸(Z)在穿孔重心(46)相交；(d)三角形之所有角均為銳角；(e)三角形為等腰；(f)依照(c)之三角形，其中由穿孔中心(46)與三角形之除了X-頂點之外的兩個頂點形成的角度2α係在60°與90°之間；(g)三角形，其中由該X-頂點形成的角度小於60°。
12. 如申請專利範圍第9至11項中任一項之內噴嘴(12)，包括氣體連接手段(48)，與澆鑄通孔(14)及/或與置於該內噴嘴(12)之該接觸表面(26)之溝作流體連通。
13. 如申請專利範圍第12項之內噴嘴(12)，其中該氣體連接手段係配置於兩個承載壁架(30b,30c)之間。
14. 一種內噴嘴(12)及如申請專利範圍第1至7項中任一項之管交換裝置(10)的組合，其中該內噴嘴(12)包括與該管交換裝置之該夾緊手段(50a,50b,50c)配合的承載元件(30a,30b,30c)。
15. 如申請專利範圍第14項之組合，其中該內噴嘴係如申請專利範圍第9至11項中任一項之內噴嘴，而該管交換裝置係如申請專利範圍第1項之管交換裝置。
16. 一種金屬殼體(22)，用於包覆如申請專利範圍第9至11項中任一項之內噴嘴(12)，該金屬殼體(22)包括一主要表面，具有一開口用於適應噴嘴之管狀部；及側邊，從該 主要表面之周邊延伸，其特徵為該金屬殼體包括從該側邊突出的三個分離之承載元件(30a,30b,30c)，每一承載元件包括一承載壁架(34a,34b,34c)背離該主要表面，且配置在該金屬殼體之周圍，使得該三個承載元件之每個重心形成三角形之該頂點。
17. 如申請專利範圍第16項之金屬殼體(22)，其中該三個承載壁架之位置在當該金屬殼體包覆於內噴嘴(12)上時，定義於申請專利範圍第11項中。