專利名稱：伸長(zhǎng)阻塞設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制熔融金屬的流動(dòng)的伸長(zhǎng)阻塞設(shè)備，即用于控制熔融金屬在冶金容器例如中間包中的流動(dòng)。
在鑄鋼過程中應(yīng)用單體耐火塞桿是眾所周知的，其中通過使用提升機(jī)構(gòu)垂直移動(dòng)該塞桿以改變相應(yīng)冶金容器出口的橫截面。
這些塞桿也已經(jīng)用于將惰性氣體例如氬引入鋼水中以便從該熔融金屬中除去非金屬包含物。
在所有情況中，該阻塞設(shè)備必須浸入在熔融金屬中經(jīng)受數(shù)小時(shí)。它還必須能夠承受在鑄造開始時(shí)發(fā)生的強(qiáng)熱沖擊和施加到其上的任何機(jī)械力。
在這個(gè)范圍內(nèi)，已經(jīng)進(jìn)行了許多嘗試以改善這種阻塞設(shè)備的機(jī)械和熱屬性和改進(jìn)其在使用中的性能。
EP0358535B2公開了一種適用于提升機(jī)構(gòu)的單體耐火塞桿，包括耐火材料的伸長(zhǎng)塞桿主體，該主體具有鉆孔，其具有縱軸并且從所述主體的上表面向下延伸。在所述軸向鉆孔內(nèi)插入金屬襯套以螺紋接收金屬桿的螺紋部分，插入在所述耐火主體中以附著到相應(yīng)的提升結(jié)構(gòu)上。
在用于將氣體引入到熔化物中的塞桿中，在耐火主體和金屬桿之間提供密封是很重要的，以便防止所述氣體的實(shí)際損失和空氣的滲透。
為了改進(jìn)所需的緊密性，有人提出在對(duì)應(yīng)的密封面之間放置環(huán)形氣密襯墊。根據(jù)EP1135227B1，該主體的的軸向鉆孔具有伸長(zhǎng)部分，其防止了環(huán)形密封面與主體的上端分離。環(huán)形石墨襯墊被放置在所述環(huán)形密封面上并且與設(shè)置在該桿上的軸環(huán)配合。
這種阻塞器設(shè)計(jì)以軸向方式在相似面之間形成密封，其伴隨有被金屬桿與周圍陶瓷主體相比增加的膨脹效應(yīng)破壞該密封的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。
對(duì)于根據(jù)EP0358535B2的阻塞器設(shè)計(jì)也是同樣的。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于控制熔融金屬在包括熔融金屬的容器中的流動(dòng)的伸長(zhǎng)阻塞設(shè)備，其易于生產(chǎn)并且提供有效的密封裝置。
現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所述缺點(diǎn)通常會(huì)發(fā)生在該密封裝置或多或少被單項(xiàng)軸向力專門壓縮在相似面之間時(shí)。這在

圖1中示出，其中描述了根據(jù)EP0358535B2(圖2)的現(xiàn)有技術(shù)。耐火主體B的相似(平行)密封面BS和桿R的RS只會(huì)導(dǎo)致將桿R插入到主體B中的單向壓縮。當(dāng)所述面BS和RS被如圖1a所示布置時(shí)也是一樣。
與已知密封技術(shù)相反，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)通過在不同方向上有效的力壓縮該密封元件時(shí)可以顯著改善預(yù)期的緊密性，例如通過在任何軸向力之外引入徑向力。越多使用徑向力壓縮該密封材料，該密封效果就越好。在該阻塞器設(shè)備的完整工作周期期間，即在任意溫度下，在加熱期間，在最高工作溫度和在冷卻期間，都可以實(shí)現(xiàn)密封和相應(yīng)的緊密性。
因而，該密封元件可以被包含于在不同表面之間限定的空間內(nèi)。這些不同表面可以是由所述鋼桿的外表面和所述阻塞器主體的內(nèi)表面部分提供的表面。由這些密封面所限定的空間的性狀和大小在組裝過程中變化，例如在將金屬桿插入到阻塞器主體的鉆孔中期間，從而進(jìn)行徑向和軸向力的組合，導(dǎo)致該密封元件被壓縮和變形以根據(jù)該密封面相對(duì)于彼此的最終位置而變成新的形狀。
根據(jù)金屬桿在鉆孔內(nèi)的同軸布置可知，該密封元件應(yīng)當(dāng)被或多或少地與該桿同軸和徑向布置。
該密封元件可以在組裝過程期間被寬松設(shè)置在該位置上，或者在成形過程期間以本領(lǐng)域公知的方式同壓在該陶瓷主體內(nèi)，以便成為該陶瓷阻塞器主體結(jié)構(gòu)內(nèi)的集成部件。
很顯然，該密封元件必須具有在任意溫度下變形以在組裝期間形成氣密密封的性能。同時(shí)，該密封元件必須耐受該阻塞設(shè)備使用時(shí)存在的那些溫度。同時(shí)，它應(yīng)當(dāng)在組裝后保持其新形狀，該密封元件應(yīng)當(dāng)具有在使用中達(dá)到的更高溫度發(fā)生進(jìn)一步變形的性能。
雖然該密封元件初始可以是具有彎曲或平行平坦上表面和/或下表面的環(huán)狀形狀，但是它在壓縮后可以變成任何不同形狀，這取決于按壓在它之上的表面的各自位置。
在最一般的實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種用于控制熔融金屬在容器中的流動(dòng)的伸長(zhǎng)阻塞設(shè)備，包含熔融金屬，其中所述設(shè)備包括-由耐火陶瓷材料制成的主體，
-鉆孔，具有縱軸并且從所述主體的上表面向下延伸，-桿，一端穿透入所述鉆孔中并且被牢固固定在所述主體內(nèi)，-密封元件，被布置在與所述鉆孔相鄰或是其一部分的空間內(nèi)，所述空間至少部分地由所述桿和所述主體的不同表面部分限定。
該密封元件在組裝期間當(dāng)所述金屬桿被插入到該耐火主體的鉆孔中時(shí)變形。從而該密封元件被變?yōu)樾碌呐渲?，即其外形發(fā)生變化。
在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中(EP1135227B1的圖1)，該密封元件被顯示為在組裝期間僅由相似表面軸向壓縮，從而該密封元件的橫截面會(huì)減小，但是它的一般矩形截面被保持。與此相反，該新的阻塞設(shè)備為所述密封元件提供了一個(gè)空間，所述空間由不同的密封面輪廓(密封面)限定，從而該密封元件同時(shí)受到軸向和徑向的壓力，這導(dǎo)致該密封元件的橫截面的變形(和外形的改變)。同時(shí)，當(dāng)該放置密封元件的空間變小時(shí)，該密封材料將變形并且穿透入任何相鄰空間，例如在該陶瓷主體的鉆孔和金屬桿的主要部分之間的任何空間。下面將根據(jù)附圖對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
即使在作業(yè)期間，該新設(shè)計(jì)還開發(fā)出了其它優(yōu)點(diǎn)。在作業(yè)期間(高溫負(fù)載下)，增加溫度所產(chǎn)生的不同膨脹導(dǎo)致該金屬支撐桿發(fā)生比其周圍的陶瓷主體更大的徑向膨脹，從而通過進(jìn)一步在徑向上壓縮該密封元件而增加密封效率。
在這個(gè)范圍內(nèi)，引用了不同的密封面輪廓，其是指那些不互相平行運(yùn)動(dòng)的相對(duì)面。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，限定該用于所述密封元件的空間的這些表面部分中的至少一個(gè)(密封面輪廓)至少部分垂直于所述鉆孔的縱軸而延伸。
在作業(yè)期間，當(dāng)把該阻塞設(shè)備固定到相應(yīng)的提升機(jī)構(gòu)并且垂直延伸時(shí)，該表面部分被水平布置。該水平部分可以由擴(kuò)大的鉆孔部分提供。所述水平定向的表面部分與根據(jù)EP1135227B1的圖1的環(huán)形密封面10相等。該相應(yīng)鉆孔的相鄰垂直壁部分甚至等于所述現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在，決定性的差別在于，其它(相對(duì))密封面中的至少一個(gè)允許對(duì)該密封元件進(jìn)行多向壓縮。因此，所述其它密封面被定向?yàn)橄鄬?duì)于鉆孔縱軸成＞0且＜90度的角。這可以通過提供該桿的對(duì)應(yīng)斜面部分而簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)，下面將根據(jù)附吐對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步說明。
如果該鋼桿的對(duì)應(yīng)密封面具有輻射狀輪廓而不是成角度形狀，也將發(fā)生相似的多向壓縮。
上述設(shè)計(jì)在該主體的上部提供了擴(kuò)大的鉆孔部分。雖然該桿可以相應(yīng)地提供有不同直徑的部分，另一個(gè)實(shí)施例建議在所述擴(kuò)大的鉆孔部分中布置套管。在這個(gè)實(shí)施例中，該套管填充該桿和擴(kuò)大的鉆孔部分之間的圓柱形空間。同時(shí)，該套管提供了一個(gè)表面，限定包括該密封元件的腔(襯墊)。因此，所述套管的對(duì)應(yīng)密封面可以具有相對(duì)于該鉆孔縱軸的定向，其與進(jìn)一步限定包含該密封元件在其中的腔的至少一個(gè)表面部分不同。
所述空間的橫截面可以具有任何形狀，只要存在至少一個(gè)表面部分使得通過多向力對(duì)該密封元件進(jìn)行壓縮即可。因此，該鉆孔或該桿的分別限定所述空間的至少一個(gè)表面部分可以提供相對(duì)于該縱軸成＞0且＜90度的角，或者所述表面部分可以提供適當(dāng)?shù)那妗?br> 三角或五角橫截面是許多可能中的兩種。
典型地，將提供不對(duì)稱的橫截面。
如將參照附圖描述的，該桿可以在其鄰近所述空間的部分即在其頂部具有更小的寬度。
所述具有更小寬度的部分可以在所述空間下方延伸。
該密封元件可以由石墨制成。
滿足上述需要的有用的密封元件由具有純度＞95重量百分比的碳和密度為大約1.4g/cm3的壓縮石墨材料制成。
使用環(huán)形密封襯墊是很方便的。
該密封元件可以由卷繞帶(石墨箔片線圈)制造。然后，所述密封元件的繞線應(yīng)當(dāng)分別在鉆孔或該桿的縱向方向上延伸。可選地，也可以使用由多個(gè)片狀環(huán)制成的密封元件，其中一個(gè)放在另一個(gè)之上并且綁定在一起。
所述石墨密封元件(襯墊)可以用于典型為800-1200攝氏度的作業(yè)溫度而沒有問題。這種石墨襯墊在這些溫度時(shí)不會(huì)發(fā)生剛性變化或者燒結(jié)。另一方面，即使在這些溫度下，該密封元件也能保持進(jìn)一步變形的性能，以便增強(qiáng)該密封結(jié)構(gòu)的效率和吸收可能會(huì)在作業(yè)期間導(dǎo)致機(jī)械損壞的機(jī)械壓力。
該壓縮的密封元件具有這些預(yù)期屬性。在該裝置中缺少氧氣供給和通過所述桿的軸向孔和/或陶瓷主體的鉆孔進(jìn)行氣體注入而提供的惰性大氣防止了在作業(yè)期間由氧化作用導(dǎo)致的任何老化。
本發(fā)明的最重要特征是，如前所述，當(dāng)該桿被插入到陶瓷主體中時(shí)，該密封元件變形為完全新穎的結(jié)構(gòu)，這形成了所需要的圓周連接輪廓，用于填充該金屬桿的外部和該陶瓷阻塞器主體的鉆孔的對(duì)應(yīng)壁之間的空間。
該密封元件可以被布置在其它固定裝置之上或之下，其可以被設(shè)計(jì)為具有螺紋孔的襯套，與該桿的外螺紋相配合。
所述固定裝置可以由任何材料制成，與該耐火主體的材料不同并且強(qiáng)度足以接收和固緊相應(yīng)的金屬桿。例如，該固定裝置可以由金屬或特殊陶瓷例如氮化硅、氧化鋯或鋁制成。
在本說明的范圍內(nèi)，引用了“之上”、“上部”、“下部”、“向下”等，是指這種塞桿的典型使用主要是垂直運(yùn)行。
根據(jù)上述說明似乎可以清楚，如果使用所述阻塞設(shè)備引入氣體，那么相應(yīng)的桿將配有通過其供給該氣體的軸向孔。然后，該主體的對(duì)應(yīng)鉆孔將在其下端提供有至少一個(gè)開口。
本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)將在從屬權(quán)利要求和其它申請(qǐng)中描述。
現(xiàn)在將對(duì)于一個(gè)實(shí)施例來描述本發(fā)明，其決不是用于現(xiàn)知所要求保護(hù)的阻塞設(shè)備的范圍。
圖2示意性示出了阻塞設(shè)備上部的部分縱向截面圖。
該阻塞設(shè)備包括具有中央鉆孔12的伸長(zhǎng)耐火主體10，該鉆孔12被相對(duì)于主體10同軸設(shè)置，并且適于固定接收金屬桿14以使其附著到提升結(jié)構(gòu)(未示出)。
鉆孔12是或多或少的圓柱形。它具有特征為直徑d1的上部12u和特征為更小直徑d2的下部12l。
在上部12u和下部12l之間的過渡部分由環(huán)形表面12a提供，在其上放置環(huán)形石墨襯墊18。該襯墊18由盤繞在所述環(huán)形上的石墨箔片制成，如圖2所示。
在所述襯墊18下方，具有內(nèi)螺紋16t的陶瓷螺絲16被布置在主體10的陶瓷耐火材料內(nèi)，以螺紋接收桿14的對(duì)應(yīng)外螺紋14t。
桿14被設(shè)計(jì)為如下它的下部14l具有所述外螺紋14t，并且具有略小于d2的直徑d3。
桿14的上部14u具有略小于d1但大于d2的直徑d4。
如從圖2可以看出的，下部14l和上部14u之間的過渡區(qū)域的特征是一個(gè)傾斜部分14s。
雖然環(huán)形表面12a被布置成分別垂直于鉆孔12和桿14的縱軸A，但是傾斜密封面14s提供相對(duì)于軸A的大約45度的角α。
在組裝期間，當(dāng)所述桿14被引入(螺旋)到所述鉆孔12中時(shí)，密封面14s壓縮密封元件18，其受到多向力的推動(dòng)，該多向力由傾斜密封面14s引起以改變其形狀和構(gòu)成新的(不同的)壓縮形狀，而同時(shí)流入桿14和鉆孔12之間的相鄰間隙(空隙)。這最佳地可以從圖2a中看出，其對(duì)應(yīng)于在將桿14進(jìn)一步按壓入主體10中后的圖2的環(huán)繞部分。
根據(jù)圖2a可以清楚，在桿14和主體10之間提供緊密密封，該緊密密封主要由限定用于容納密封元件18的空間的不同(不相似)表面部分完成。
該密封的圓周元件將被進(jìn)一步壓縮，并且該緊密性在作業(yè)中由(進(jìn)一步的)徑向和軸向膨脹力改進(jìn)，該膨脹力是由該鋼支撐桿14相比該阻塞設(shè)備的耐火陶瓷主體10更高的膨脹系數(shù)而導(dǎo)致的。
再次桿14鄰接密封元件18的不同輪廓14s與鉆孔12的對(duì)應(yīng)表面部分12a和內(nèi)壁12i相比，能夠在組裝過程和作業(yè)期間提供用于密封元件18的變形裝置。
該密封效應(yīng)還可以通過一個(gè)擴(kuò)大的空間而改進(jìn)，該密封材料可以變形到該空間內(nèi)。圖2b示出了對(duì)應(yīng)的實(shí)施例，從而該金屬桿14的輪廓包括凹槽14c，其中可以通過移動(dòng)桿14而使得該石墨材料變形到該凹槽14c中，從而增加該密封的圓周面積和緊密性。
圖3示出了阻塞設(shè)備的另一實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，通過螺母16的上表面提供環(huán)形密封面12a。密封元件18被直接放置到螺母16上。
桿14沿著其在主體10內(nèi)運(yùn)行的部分具有恒定直徑d3，從而在桿14和具有擴(kuò)大直徑d1的孔12的上部12u之間提供圓柱形空間22。
套管24被插入到所述空間22中。套管24在其下端具有刀形輪廓24k。可以理解，在圖3左側(cè)和右側(cè)的不同輪廓24k示出了兩個(gè)可能的實(shí)施例，而實(shí)際上該套管僅具有一個(gè)輪廓。
為了鎖定該各個(gè)部件(主體10，桿14，套管24，襯墊18)，在主體10的上表面10u上提供盤形墊圈26，而在墊圈26和套管24之間布置彈簧盤28以將套管24向下(方向D)按壓入密封裝置18中，以使得密封裝置18變形和填充桿14與鉆孔12內(nèi)壁12i之間的任何空間(空隙)。
本發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行了測(cè)試來比較所述新型氣體排除阻塞設(shè)備的有效性特別是其在使用期間的緊密性。該氣流在被施加3巴(bar)的壓力下的速度是5升/分鐘。
已經(jīng)示出，從啟動(dòng)時(shí)間、溫度增加(達(dá)到大約900℃，其是典型的在作業(yè)應(yīng)用期間測(cè)量的溫度)至少45分鐘期間以及隨后的冷卻期間，都可以實(shí)現(xiàn)完全和加強(qiáng)的緊密性。
在與現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備的比較測(cè)試中，當(dāng)沒有使用襯墊時(shí)，在加熱20分鐘后緊密性喪失。
在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的阻塞設(shè)備中(在矩形截面的空間內(nèi)布置有襯墊)，在溫度到達(dá)800℃以上時(shí)喪失密封緊密性，并且在隨后的冷卻周期期間沒有達(dá)到充分的緊密性。
權(quán)利要求
1.一種用于控制熔融金屬從包含熔融金屬的容器流動(dòng)的伸長(zhǎng)阻塞設(shè)備，所述設(shè)備包括a)由耐火陶瓷材料制成的主體(10)，b)鉆孔(12)，具有縱軸(A)并且從所述主體的上表面(10u)向下延伸，c)桿(14)，一端(14l)穿透入所述鉆孔(12)中并且被牢固固定在所述主體(10)內(nèi)，d)密封元件(18)，被布置在與所述鉆孔(12)相鄰或是其一部分的空間內(nèi)，所述空間至少部分地由所述桿(14)和所述主體(10)的不同表面部分(12a，12i，14s)分別限定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻塞設(shè)備，其中所述表面部分(12a)中的至少一個(gè)至少部分垂直于所述鉆孔(12)的縱軸(A)而延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的阻塞設(shè)備，其中所述垂直于所述鉆孔(12)的縱軸(A)而延伸的表面部分(12a)是擴(kuò)大的鉆孔部分(12u)的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻塞設(shè)備，其中所述表面部分(14s)中的至少一個(gè)以相對(duì)于所述鉆孔(12)的縱軸(A)成＞0且＜90度的角α延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻塞設(shè)備，其中所述空間的一側(cè)由密封面(24k)限定，該密封面(24k)由套管(24)提供并且被布置成與所述鉆孔(12)同軸或在所述鉆孔(12)之內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的阻塞設(shè)備，其中所述套管(24)提供了用于所述密封元件(18)的上密封面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻塞設(shè)備，其中所述套管(24)的所述密封面(24k)具有相對(duì)于所述鉆孔(12)的縱軸(A)的定向，其與限定所述空間并且由所述主體(10)和所述桿(14)提供的表面部分(12a，12i)中的至少一個(gè)不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻塞設(shè)備，其中所述空間提供了一個(gè)三角或五角形橫截面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻塞設(shè)備，其中所述空間提供了一個(gè)不對(duì)稱橫截面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻塞設(shè)備，其中所述桿(14)在其鄰近所述空間的部分(14s，14l)比其頂部(14u)具有更小的寬度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻塞設(shè)備，其中所述具有更小寬度的部分(14l)在所述空間下方延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻塞設(shè)備，其中所述密封元件(18)由石墨制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻塞設(shè)備，其中所述密封元件(18)是環(huán)形。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻塞設(shè)備，其中所述密封元件(18)由卷繞帶制成，從而所述密封元件(18)的繞線平行于所述鉆孔(12)的縱軸(A)延伸。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻塞設(shè)備，其中在生產(chǎn)過程期間，密封元件被集成在該陶瓷主體中。
全文摘要
一種用于控制熔融金屬在包含熔融金屬的容器中的流動(dòng)的伸長(zhǎng)阻塞設(shè)備，所述設(shè)備包括a)由耐火陶瓷材料制成的主體(10)，b)鉆孔(12)，具有縱軸(A)并且從所述主體的上表面(10u)向下延伸，c)桿(14)，一端(14l)穿透入所述鉆孔(12)中并且被牢固固定在所述主體(10)內(nèi)，d)密封元件(18)，被布置在與所述鉆孔(12)相鄰或是其一部分的空間內(nèi)，所述空間至少部分地由所述桿(14)和所述主體(10)的不同表面部分(12a，12i，14s)分別限定。
文檔編號(hào)B22D41/18GK101018631SQ200580021961
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月22日
發(fā)明者S·李 申請(qǐng)人:里弗雷克特里知識(shí)產(chǎn)權(quán)兩合公司