專利名稱：塞棒的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新的、用于調節從澆鑄組中流出的熔融金屬流量的塞棒，例如從分流器或澆鑄桶中流出的鋼或鑄鐵，尤其涉及一種具有用于安裝在提升機構上的裝置的單件式塞棒。在一特殊實施例中，該塞棒還有用于在連續澆鑄操作過程中將惰性氣體如氬氣引入金屬熔池的裝置。
這樣的塞棒及其用途已經是技術人員所公知的，尤其是可以通過美國專利4946083和5024422而了解，這兩篇文獻被本文參引。其中，這些文獻介紹的單件式塞棒可以裝在提升機構上，該塞棒包括a)一個細長的耐火材料體，該細長的耐火材料體有一個與塞棒體同軸的孔，并用于固定安裝一個用于將其裝在提升機構上的金屬桿。該耐火材料體的軸向孔有一放大部分，該放大部分有一個與耐火材料體的上端間隔開的環形密封表面。用于安裝金屬桿的裝置通常位于該放大部分和耐火材料體的下端之間。耐火材料體在其下端可以有將氣體引入金屬熔池的裝置；以及b)一個細長金屬桿，該細長金屬桿裝在耐火材料體上，并有一個軸向孔，該軸向孔在其下部與耐火材料體的孔相通。該桿有一帶有環形密封表面的軸環，該環形密封表面正對著耐火材料體的孔的環形密封表面，以便形成氣密密封。桿的上端用于裝在提升機構上，該提升機構可以使該塞棒在澆鑄組內垂直移動，該澆鑄組例如分流器。
通常使該塞棒通過桿的上端與氣體供給管道相連，但這不是必須的。安裝到耐火材料體上的裝置通常位于軸環和金屬桿的下端之間。當使用這樣的塞棒時，引入塞棒的氣體朝著耐火材料體的軸向孔的下部輸送。通過在耐火材料體下部的、將氣體引入金屬熔池的裝置，該塞棒將氣體引入金屬熔池。桿和耐火材料體的對向的環形密封表面防止惰性氣體的明顯損失和空氣的透入。
為了進一步改進該密封，已經提出在該密封表面之間布置一個氣密環形墊圈。例如，美國專利4946083指出，當布置有厚度為ca.0.4mm且材料能耐高溫的墊圈時(該材料例如石墨)，桿和耐火材料體的環形密封表面之間的交界面提供了能夠耐高達3巴的壓力的密封。
該密封主要是為了高等級熔融金屬的澆鑄。首先，它必須保證能很好地防止將在澆鑄過程中氧化熔融金屬的空氣的滲透。另一方面，它還必須使惰性氣體的損失減至最小(當惰性氣體通過塞棒而注入時)，該惰性氣體的損失將導致生產成本過高，這是不能忽視的。
除了該密封問題，使塞棒盡可能堅固地安裝在提升機構上也很重要。
不過，目前所用的系統還不能令人完全滿意地解決這兩個問題。
通過對該領域的研究，本申請人發現，這些問題實際是由于桿和耐火材料體的彼此相對的環形密封表面之間的密封墊圈不能在整個澆鑄過程中保持壓緊。
可以認為，密封墊圈不能壓緊至少部分是由于構成塞棒的不同材料的熱膨脹系數之間的差異。尤其是，在澆鑄過程中塞棒所能達到的溫度的作用下，金屬桿將相對于耐火材料體而高度膨脹。金屬桿的這一更大的膨脹導致桿和耐火材料體的環形密封表面分離，因此減小了密封墊圈的壓緊力，同時導致了各種不利的后果。
根據本發明，通過使塞棒具有用于在塞棒達到高溫時保持使密封墊圈與耐火材料體的環形密封表面接觸的壓緊力的裝置而解決該問題。除了用于保持密封墊圈的壓緊力的裝置，本專利申請的塞棒與美國專利4946083和5024422所介紹的類似，該美國專利4946083和5024422為本文參引。
本發明涉及能夠裝在提升機構上的單件式塞棒，該塞棒包括一細長的耐火材料體，該耐火材料體有(ⅰ)一個與塞棒體同軸的孔，并用于固定安裝一個用于將其裝在提升機構上的金屬桿，該耐火材料體的軸向孔有一放大部分，該放大部分有一個與耐火材料體的上端間隔開的環形密封表面；(ⅱ)用于安裝所述金屬桿的裝置；以及一個固定在耐火材料體上的細長金屬桿，該金屬桿的上端將裝在用于使塞棒在澆鑄組內垂直位移的提升機構上；其特征在于它還有用于在塞棒達到高溫時保持使密封墊圈靠壓耐火材料體的環形密封表面的壓緊力的裝置。
應當知道，本發明所述的“在塞棒達到高溫時保持密封墊圈的壓緊力”的意思是至少保持密封墊圈的壓緊力，這也包括在塞棒達到高溫時密封墊圈的壓緊力增大的情況。
根據本發明的一個特殊實施例，塞棒可以與氣體供給管道相連。因此，所述細長的耐火材料體在其下端有用于將氣體引入金屬熔池的裝置，且所述金屬桿有軸向孔，該軸向孔的下部與耐火材料體的孔相通。
根據本發明的一個實施例，在塞棒達到高溫時保持密封墊圈的壓緊力的裝置由一襯套提供，在其端部具有安裝在金屬桿上的柱形開口。該襯套在其下端有密封表面，該密封表面正對著耐火材料體的密封表面并恰好頂住固定在桿上的阻擋裝置。
圖1是本發明一特殊實施例的塞棒的上部的局部剖面圖。
在該圖中，塞棒1包括一細長的耐火材料體2，該耐火材料體有一個從其上端4向其下端(未示出)延伸的軸向孔3。該耐火材料體在其下端可以有用于將惰性氣體(未示出)引入金屬熔池的裝置，也可以沒有該裝置。該耐火材料體還有用于安裝金屬桿6的裝置5。該金屬桿6也有軸向孔7，該軸向孔7穿過該金屬桿6從其上端8延伸到其下端9。上端8可以設計成可安裝用于供給惰性氣體的連接器(未示出)。而且，該桿的上端8用于固定在提升機構(未示出)上。高壓氣體例如氬氣可以通過桿6引入耐熱材料體的軸向孔3中，并通過耐火材料體的下端輸送到金屬熔池。
該耐火材料體2有形成密封表面的放大部分10。兩個石墨墊圈(11和11’)靠在該密封表面上，從而防止空氣的透入或惰性氣體的損失。襯套12安裝在桿6上并使墊圈11和11’保持壓緊。襯套的上部13由墊片14擋住，該墊片14自身再由螺母15夾持住。
優選是，該墊片14與耐火材料體2的上端4接觸，以便增加組件的剛性。
襯套12包括熱膨脹系數大于金屬桿6的材料，并且該襯套12足夠長，這樣，在澆鑄過程中塞棒所能達到的溫度的作用下，該襯套12充分朝金屬桿的下端膨脹，以便至少補償金屬桿的膨脹影響。
優選是，襯套的膨脹能基本精確地補償金屬桿的膨脹。
如圖1所示，如果需要，襯套12可以在耐火材料體2的上端4伸出，以便使襯套足夠長。這時，優選是，墊片14有凸肩16，該凸肩16能夠擋住襯套12，同時保證墊片14與耐火材料體2的上端4之間的接觸。襯套12裝在金屬桿6上，并與它形成自由配合，可以轉動、滑動或只能滑動。襯套12的上端13剛好頂住固定定位在金屬桿6上的阻擋裝置14和15，這樣，在膨脹的作用下，襯套12只能以與所示阻擋裝置相反的方向而軸向伸長。
根據本發明的一個實施例，該阻擋裝置包括類似于美國專利4946083和5024422所介紹的軸環，這兩篇文獻被本文參引。
構成襯套的材料及其長度根據構成金屬桿(通常由熱膨脹系數大約為12.5μm℃-1的鋼棒加工而成)和耐火材料體(通常包括由等壓壓制而獲得的、熱膨脹系數大約為3-6μm℃-1的耐火材料)的材料和尺寸而進行選擇。
構成襯套的材料及其長度可以由熱物理的基本定律很容易地確定。
以這樣在第一近似過程中確定的值開始，可以很容易地通過試驗修正而優化該系統，該第一近似過程中確定的值通常能產生很好的結果。
根據本發明，襯套包括有較高的熱膨脹系數的材料，能夠承受在澆鑄過程中塞棒所能達到的溫度。例如，可以采用有較高熱膨脹系數的耐火材料例如燒結的氧化鎂。本申請的優選材料是從有較高熱膨脹系數和較高熔點的金屬或金屬合金中選定的。
通常，襯套選用熱膨脹系數為鋼桿材料的1.1至3倍的材料。
當金屬桿由熱膨脹系數大約為12μm℃-1的鋼棒加工而成時，不銹鋼(例如，熱膨脹系數大約為17.5μm℃-1)是特別合適的。
耐火材料體通常由普通的耐火材料構成，例如通常使用的基于硅酸鋁石墨的耐火材料。例如，其通常的成分為按重量百分數，Al2O353％，SiO213％，碳31％和大約3％的其它材料，例如氧化鋯ZrO2。
氣密的環形墊圈11優選是布置于密封表面之間。通常采用的是厚度為0.2至30mm的石墨墊圈。
根據本發明，可以采用一個或多個普通墊圈。該環形密封墊圈布置于襯套的底面和耐火材料體的密封表面之間。
當將兩個9mm的石墨墊圈放在襯套底面和耐火材料體的密封表面之間時，效果最好。
根據本發明的一個優選實施例，由耐火材料體2的放大部分10形成的密封表面和密封墊圈11(和11’)都是平的。實際上，這時能更好保持對墊圈11(和11’)的壓緊。在一個實施例中，耐火材料體通過等壓壓制而成(熱膨脹系數3.6μm℃-1)，其厚度為9mm。金屬桿由熱膨脹系數為12.5μm℃-1的鋼棒加工而成。
如果所用的不銹鋼襯套的熱膨脹系數為17.5μm℃-1，通過計算，襯套的長度將為ca.61mm。
根據本發明的另一實施例，當塞棒處于高溫時用于保持密封墊圈的壓緊力的裝置通過使金屬桿安裝到耐火材料體上的安裝點位于密封表面和桿的上部之間的位置處而形成。這時，膨脹越大，密封墊圈由于金屬桿在澆鑄過程中塞棒所達到的溫度的作用下膨脹而被壓得越緊。
根據本發明的一個特殊實施例，塞棒有防止金屬桿與耐火材料體分離的裝置。因此，當錨固在耐火材料體上并有軸向螺紋內孔的金屬插入件作為將桿固定在耐火材料體上的裝置時，通過使該桿在從耐火材料體中露出的位置處有一對平行平表面，并使一牢固連接在耐火材料體上的整體叉形凸緣支承在該平表面上，從而能防止該桿從插入件上擰松。該牢固連接可以通過用銷釘插入一個穿過叉形凸緣的軸并伸入耐火材料體中而實現。這時，有利的是，本發明的墊片還能起到叉形凸緣的作用。根據本發明的另一實施例，塞棒的耐火材料體至少局部包括相對不能透過氣體的耐火材料。尤其是，該耐火材料體包括至少兩種不同的耐火材料，第一部分包括相對不透氣的混合物且基本環繞著密封墊圈所處區域，第二部分包括耐熔融金屬腐蝕的耐火材料。
權利要求
1. 塞棒包括(a)一細長的耐火材料體，該耐火材料體有(ⅰ)一個與塞棒體同軸的孔，用于固定安裝一個金屬桿，用于將其裝在提升機構上，該耐火材料體的軸向孔有一放大部分，該放大部分有一個與耐火材料體的上端間隔開的環形密封表面；(ⅱ)用于安裝所述金屬桿的裝置；以及(b)一個固定在耐火材料體上的細長金屬桿，該金屬桿的上端將裝在用于使塞棒在澆鑄組內垂直位移的提升機構上；其特征在于它還有用于在塞棒達到高溫時保持使密封墊圈靠壓耐火材料體的環形密封表面的壓緊力的裝置。
2. 根據權利要求1所述的塞棒，其特征在于所述金屬桿有軸向孔，該軸向孔的下部與耐火材料體的孔相通。
3. 根據權利要求1或2所述的塞棒，其特征在于所述耐火材料體在其下端有用于將氣體引入金屬熔池的裝置。
4. 根據權利要求1至3中任意一個所述的塞棒，其特征在于保持密封墊圈的壓緊力的裝置包括一襯套，在其下端有密封表面，該密封表面正對著耐火材料體的密封表面，所述襯套包括熱膨脹系數大于金屬桿的熱膨脹系數的材料，并足夠長，這樣，在澆鑄時塞棒所達到的溫度的作用下，襯套充分膨脹，以便至少補償金屬桿的膨脹的影響，同時，用于阻擋所述襯套的裝置位于金屬桿上。
5. 根據權利要求4所述的塞棒，其特征在于所述襯套包括熱膨脹系數大于金屬桿的熱膨脹系數的材料，并足夠長，這樣，在澆鑄時塞棒所達到的溫度的作用下，襯套充分膨脹，以便基本精確地補償金屬桿的膨脹的影響。
6. 根據權利要求4或5所述的塞棒，其特征在于該襯套在耐火材料體的上端4處凸出。
7. 根據權利要求4至6中任意一個所述的塞棒，其特征在于該襯套包括熱膨脹系數是構成金屬桿的材料的熱膨脹系數的1.1至3倍的材料。
8. 根據權利要求4至7中任意一個所述的塞棒，其特征在于該襯套包括不銹鋼，該金屬桿包括鋼，而該耐火材料體包括通過等壓壓制而獲得的耐火材料。
9. 根據權利要求4至8中任意一個所述的塞棒，其特征在于它還包括一個或多個與耐火材料體的密封表面接觸的環形密封墊圈。
10. 根據權利要求9所述的塞棒，其特征在于該環形密封墊圈與耐火材料體的密封表面都是平的。
11. 根據權利要求4至10中任意一個所述的塞棒，其特征在于在金屬桿上阻擋襯套的裝置包括軸環。
12. 根據權利要求4至10中任意一個所述的塞棒，其特征在于在金屬桿上阻擋襯套的裝置是一個螺紋固定在金屬桿上的螺母，襯套抵住該螺母。
13. 根據權利要求12所述的塞棒，其特征在于在金屬桿上阻擋襯套的裝置還包括一個或多個墊片。
14. 根據權利要求13所述的塞棒，其特征在于所述墊片有內軸肩，這樣，襯套可以在耐火材料體的端頭處凸出，同時墊片與耐火材料體的上端接觸。
15. 根據權利要求1至3中任意一個所述的塞棒，其特征在于當塞棒處于高溫時保持密封墊圈的壓緊力的裝置通過使金屬桿安裝到耐火材料體上的固定點位于密封表面和桿的上部之間的位置而形成。
16. 根據權利要求1至15中任意一個所述的塞棒，其特征在于它還包括防止金屬桿與耐火材料體分離的裝置。
全文摘要
本發明涉及一種塞棒,該塞棒的氣密性和剛性增強。尤其是,本發明的塞棒有用于在塞棒達到高溫時保持使密封墊圈(11、11’)與耐火材料體的環形密封表面(10)接觸的壓緊力的裝置。根據本發明的一個實施例,該裝置由具有較高熱膨脹系數的材料的襯套(12)提供,該襯套的膨脹使得密封墊圈在塞棒達到高溫時保持壓緊。
文檔編號B22D11/10GK1326389SQ9981346
公開日2001年12月12日 申請日期1999年11月16日 優先權日1998年11月20日
發明者埃里克·漢斯 申請人:維蘇維尤斯·克魯斯布公司