專利名稱：防止湍流的中間包和沖擊墊的制作方法
一般來說本發(fā)明涉及中間包容器，更具體地說本發(fā)明涉及為防止熔化的金屬在中間包里產(chǎn)生湍流而設(shè)計的中間包沖擊墊。
中間包用于盛裝從鑄桶通過鑄桶套管輸送的大量或一罐熔化金屬，例如熔化的鐵或鋼。將中間包安放在鑄桶和鑄造設(shè)備或鑄模之間，鑄造設(shè)備或鑄模放置著熔化的金屬并在其中形成各種形狀的產(chǎn)品。鑄桶位于中間包和鑄桶套管上方幾英尺，以長形管子的形式從鑄桶引到中間包。鑄筒套管將熔化的金屬呈緊密壓實的液流方式輸送至中間包。進入的熔化金屬流可能具有2至10瓦特/噸的動能。
安放在中間包中的澆注墊已廣泛采用，以防止由于進入的熔化金屬液流力對中間包襯套的工作和安全造成的破壞。這種熔化金屬進入液流的動能也會產(chǎn)生湍流，如果沒有很好地控制熔化金屬的流動，則該湍流能通過中間包擴展。經(jīng)常這種湍流對于從中間包中取出的金屬而構(gòu)成的鑄造產(chǎn)品質(zhì)量造成肯定的影響。更確切地說，中間包內(nèi)產(chǎn)生的湍流和高速流動可以有下列的有害作用。
1、過多的湍流可干擾鋼表面，并在鑄桶變化或在有低液面熔化金屬的中間包操作時，促進熔渣的乳化作用。
2、由于澆注區(qū)域內(nèi)的湍流造成的高速度使中間包的工作襯套產(chǎn)生腐蝕，中間包通常是由比沖擊墊密度更低的耐火材料制成。
3、中間包內(nèi)的高度湍流能防礙雜質(zhì)的分離，尤其是尺寸小于50微米的雜質(zhì)更是如此，這是由于這種湍流的振蕩性質(zhì)決定的。
4、高速流動也能增加熔渣進入鑄模的可能性，通過增加熔化金屬的旋渦在中間包內(nèi)使熔渣向下朝向出口。
5、湍流在中間包內(nèi)可造成熔渣/金屬界面間的靠近金屬槽頂部的擾動，并因此促成熔渣卷吸以及在熔渣層里打開一個“眼”或空間的可能性，它可能是使熔化金屬再氧化的源泉。
6、中間包內(nèi)高度的湍流可分離中間包和鑄模之間的澆注液流。這就能造成使鑄造工藝產(chǎn)生困難的澆注液流的“裂隙”和“喇叭口”。
7、中間包內(nèi)的高速液流也產(chǎn)生稱之為“短路”的情況。短路關(guān)系到取自鑄桶至沖擊墊到中間包的最接近出口的熔化金屬液流路徑很短的問題。這是不希望有的情況，因為它減少了雜質(zhì)在槽里擴散的時間。而高速流動使相當(dāng)大量的雜質(zhì)排入鑄模，將鑄模中的鑄造產(chǎn)品質(zhì)量降低。
普通的平面沖擊墊使進入鑄桶的液流沖擊該墊的頂部并快速流到中間包的側(cè)壁或端壁。當(dāng)液流達到側(cè)壁和/端壁時，液流向上反彈至中間包的表面，在這里液流改變方向朝向中間包的中央，或者換句話說是朝向進入鑄桶的液流。這就造成不希望有的在中間包內(nèi)的向內(nèi)方向環(huán)流。中間包另一側(cè)或端壁的相對的液流朝向中間包的中央流動，同時攜帶著溶渣或其他雜質(zhì)，這些熔渣和雜質(zhì)漂浮在中間包內(nèi)槽的表面。結(jié)果這些雜質(zhì)被引向進入的鑄桶液流，然后被迫向下進入槽中朝向出口或中間包的出口。這樣有趨勢造成更多的雜質(zhì)從中間包中出來并進入鑄模中，因此降低了鑄模中制造的產(chǎn)品質(zhì)量。
過去曾建議并采用多種其他類型的中間包墊，但沒有一種能完全提出所有的上述問題。由SOOfi發(fā)表的美國專利US，5,131,635和US，5,133,535以及Schmidt等人發(fā)表的美國專利US,5,169,591中，介紹了現(xiàn)有的中間包墊的實例。但是，上述專利公開的中間包墊不適于解決上述問題，其原因至少是因為每篇專利都使定向進入鑄桶的液流直接朝向中間包的注口或多個注口。同時這些墊也不能減慢進入鑄桶的液流使其足以能完全解決與上述高速流動相關(guān)的問題。在這方面，由于上面的各專利文獻公開的沖擊墊，將進入液流定向在一個或兩個側(cè)方向，朝著中間包的一個或多個注口，鑄桶液流的速度沒有降低達到足以避免出現(xiàn)上述問題。此外，將鑄桶液流定向朝著中間包的注口或多個注口，正如上述專利文獻中所述，會導(dǎo)致上文所述的“裂隙”、“喇叭口”和“短路”的問題，本發(fā)明提供一種防止湍流的中間包沖擊墊，沖擊墊由底部沖擊表面構(gòu)成，并包括從底部向上延伸的環(huán)形側(cè)壁，整個包圍一個具有上開口的內(nèi)空間，熔化金屬從鑄桶套管直接進入該開口。沖擊墊的環(huán)形側(cè)壁包括環(huán)狀內(nèi)表面，該內(nèi)表面至少有一部分相對底沖擊表面向上延伸并向里朝向沖擊墊開口。環(huán)形側(cè)壁完全包圍沖擊墊的內(nèi)部空間，因此進入的金屬液流重新返回液流中，并造成了使金屬反向流遠離鑄桶套管的金屬流動圖形。
在第一實施例中，沖擊墊的環(huán)形側(cè)壁內(nèi)表面從頂上觀察呈圓形。側(cè)壁內(nèi)表面開始從底部沖擊表面向外向上是凹曲面形，然后向里向上到達限定沖擊墊開口的垂直表面。內(nèi)側(cè)壁表面最好是由底部沖擊表面到限定開口的垂直壁面為連續(xù)彎曲面。
第二個實施例中，本發(fā)明沖擊墊呈矩形，但仍然保持著具有整個包圍由環(huán)形側(cè)壁確定的內(nèi)部空間的特性。在這方面，在貫穿說明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“環(huán)形”并不意指任何特殊的形狀，而是意味指出整個包圍的、環(huán)狀的邊界結(jié)構(gòu)。第二實施例中，內(nèi)側(cè)壁表面至少要包括一部分向上并向里朝向沖擊墊中中央開口延伸的部分。采用本發(fā)明第一個或第二個實施例的沖擊墊結(jié)構(gòu)，都可在中間包中造成同樣的所希望的流動圖型。
本發(fā)明的中間包澆注墊不僅能承受進入鑄桶液流的沖擊，而且還能緩沖通常由液流產(chǎn)生的相關(guān)的湍流。最終解決前述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明構(gòu)成的沖擊墊可將澆注液流返回到液流中，造成反向流動相互減慢速度，因此減少了中間包內(nèi)的湍流和防止高速流動。整個包圍了沖擊墊的空腔由此改變了進入液流從垂直向下到垂直向上的路徑。由沖擊墊造成的流動圖型形成了熔化金屬的路徑，該路徑是慢慢向上朝向金屬槽表面，然后在全部方向上徑向向外朝向中間包的壁面。這不僅有利于漂浮雜質(zhì)的流動條件，同時也提供了中間包內(nèi)溫度的均勻性。更重要的是減小了中間包中過多的湍流和高速流動所造成的有害效果。
本發(fā)明的防止湍流沖擊墊比上述現(xiàn)有技術(shù)沖擊墊提供了更多有利的流動圖型，現(xiàn)有技術(shù)的沖擊墊使進入鑄桶液流直接沖擊中間包的一個或幾個側(cè)面或端面。在這方面，采用本發(fā)明的沖擊墊，進入鑄桶的液流被沖擊墊返回并垂直向上流動，然后徑向向外接近槽的頂部。這樣，推動熔渣或其他雜質(zhì)遠離進入鑄桶的液流。因為這個原因同時也因為本發(fā)明沖擊墊產(chǎn)生的液流流速比現(xiàn)有技術(shù)中沖擊墊產(chǎn)生的流速慢，因而很少有熔渣或其他雜質(zhì)和夾渣帶入槽中。本發(fā)明的中間包沖擊墊，對于起動期間，同時在中間包內(nèi)改變鋼的牌號，或者在低液面中間包中鑄造時特別有利。
因此可認識到，本發(fā)明的中間沖擊墊具有很多優(yōu)點，這些優(yōu)點如下1、為使中間包內(nèi)的熔化金屬慢速流動而將進入鑄桶液流抑制和緩沖，以便有效地將雜質(zhì)漂浮在熔化金屬槽的頂面。
2、造成的流動圖型推動熔渣和其他雜質(zhì)遠離進入鑄桶的液流，由此防止這些不希望有的物質(zhì)帶入槽中。
3、促成熔化金屬定向流動表面，因此在接觸熔渣層和在那里吸收以前，夾渣和雜質(zhì)只升高一段短的路程。
4、由于進入液流沒有直接沖擊中間包的側(cè)壁和端壁，所以側(cè)壁和端壁上的工作襯套的腐蝕減少。
5、熔化金屬在中間包內(nèi)停留的時間增加，這是因為到達中間包出口或多個出口的路程比用現(xiàn)有沖擊墊的程程更長更曲折造成的。
6、在中間包內(nèi)的高速流動減小，漩渦的可能性減少，而這種漩渦使熔渣和夾渣從中間包表面掉入鑄模中。
7、在穩(wěn)定態(tài)操作時，熔渣很少運動，金屬表面非常平靜。
8，由沖擊墊造成的特殊流動圖型，通過產(chǎn)生整個中間包內(nèi)的熔化金屬的完全的慢速循環(huán)而促使溫度均勻一致。
9、起動時的濺射顯著減少。
10、金屬在槽內(nèi)停留的時間增加，換句話說，進入金屬從槽流出到達鑄?；蚨鄠€鑄模里所化費的時間增加。給予雜質(zhì)足夠的時間使雜質(zhì)自然地慢慢漂浮到槽的頂部，由于停留的時間增加，所以雜質(zhì)很少包含在流出的液流中。
對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，結(jié)合附圖參閱下面本發(fā)明最佳實施例的詳細介紹，將更加容易理解本發(fā)明的其他優(yōu)點。


圖1中間包的側(cè)剖視圖，中間包包括放置在底面的本發(fā)明的防止湍流沖擊墊；圖2圖1所示沖擊墊的放大剖視圖；圖3本發(fā)明的沖擊墊的放大俯視圖；圖4圖1所示中間包的俯視圖，圖中表示由本發(fā)明沖擊墊產(chǎn)生的在中間包中熔化金屬槽頂部附近的徑向向外流動圖案；圖5本發(fā)明的中間包沖擊墊的另一實施例俯視圖；圖6沿圖5中6-6線的中間包沖擊墊的側(cè)剖視圖。
參照圖1，10表示傳統(tǒng)的中間包，它包括襯套12和一對套筒塊或出口14，出口14使熔化金屬從包含在中間包10里的槽16連續(xù)流出中間包10進入構(gòu)成金屬鑄件的模子中(未示出)。如傳統(tǒng)的中間包相同，套管18也位于中間包10的上方，并連續(xù)地將熔化金屬液流引入中間包10中。本發(fā)明的中間包沖擊墊20安放在中間包10底面上的中央位置。
如圖2和圖3所示，中間包沖擊墊20最好是圓形，并包括帶有平面沖擊表面24的基座22。沖擊墊20還包括環(huán)形的，最好是圓形的帶有對應(yīng)圓形內(nèi)壁面28的外側(cè)壁26。圓環(huán)的內(nèi)壁表面呈凹面形如圖2所示，而且由平?jīng)_擊表面24向上延伸整個包圍曲面的內(nèi)空間或空腔29。內(nèi)側(cè)壁表面28的一個環(huán)形部分28a從沖擊表面24向外和向上凹入，并接合另一個環(huán)形部分28b，該環(huán)形部分向內(nèi)和向上凹入至垂直的內(nèi)壁表面30。
采用本發(fā)明中間包墊20的作用在圖1和4中簡略表示了。如圖1所示，用箭頭34代表的熔化金屬的向下垂直液流從鑄桶套管18出來直到基座22的沖擊墊24中央。熔化金屬液流在空腔29中從沖擊表面24的中央徑向向外分散如圖中箭頭35所示，并向上方向跟隨順從著連續(xù)的內(nèi)側(cè)壁表面28。液流流出墊20并且在大致垂直向上的方向流去，如箭頭36所示。因為兩股相對置的垂直液流34，36具有相互抵銷的作用，所以中間包墊20造成的垂直向上運動的液流速度顯著減慢。
熔化金屬的慢速向上液流36繼續(xù)朝著中間包10中的槽16的上表面流去，并且大致朝徑向向外分散，如圖1和圖4中箭頭38所示。大約到達槽16的頂面。如圖4所示，經(jīng)向向外流動的液流38使槽16中頂面的熔渣和其他雜質(zhì)遠離鑄桶套管18和進入的液流34而向外移動，因此熔渣和其他雜質(zhì)很少被進入液流34向下帶到槽16里，如在槽里則熔渣和雜質(zhì)等被輸送最終通過出口套筒塊14流出中間包10，于是污染了成品鑄件。
圖5和6表明本發(fā)明的第二實施例，具體表示一個環(huán)形側(cè)壁結(jié)構(gòu)的替換形狀，該結(jié)構(gòu)使金屬從沖擊墊上造成完全的反流。更具體地說，中間包沖擊墊40包括個有平?jīng)_擊表面44的基座42。沖擊墊40還包括封閉環(huán)形外側(cè)壁46，在此外側(cè)壁46為矩形，外側(cè)壁46帶有從平?jīng)_擊表面向上和向內(nèi)延伸的、整個包圍的空間或空腔49的環(huán)狀矩形內(nèi)壁面48。
更特別是內(nèi)側(cè)壁面48的垂直方向的環(huán)狀部分48a從沖擊墊表面44向上延伸，并接合另一向內(nèi)傾斜的環(huán)狀部分48b，環(huán)狀部分48b是向內(nèi)和向上延伸到達垂直的內(nèi)壁面50的。對于制造本發(fā)明的流動圖型而使沖擊墊獲得滿意的工作來說，垂直方向部分48a并不是絕對必要的。即傾斜部分48b的代替為從表面44向上和向內(nèi)的延伸部分。垂直表面50上確定一個沖擊墊40中的矩形開口，以便放置來自鑄桶套管18的熔化金屬并可使金屬在向上方向流出空腔49。中間包沖擊墊40還包括平的外面頂表面52，該表面包圍由垂直方向矩形壁面50構(gòu)成的開口。沖擊墊40也在中間包內(nèi)制造了相同的流動圖型，如同第一實施例中的沖擊墊20一樣，如圖1和圖4中的箭頭35、36所示。
因此可知，本發(fā)明的中間包沖擊墊20、40使進入鑄桶液流向上方向完全反流，這樣大大減慢液流速度而防止不希望有的中間包10中的高速流動和湍流。再有，在鑄桶套管18或進入液流的所有側(cè)面上產(chǎn)生相對置的徑向向外方向流，以推動熔渣和其他雜質(zhì)遠離進入液流，于是顯著減少將雜質(zhì)帶入槽16中的可能性。
最后產(chǎn)生的流動圖型還促成熔化金屬的定向流動表面，因此在接觸熔渣層和吸收他們以前，雜質(zhì)必須提升的距離較短。造成的流動圖型也減輕了中間包10側(cè)壁和端壁上工作襯套12的腐蝕。這是因為進入液流34以及由于中間包沖擊墊20、40造成的流動圖型沒有直接沖擊中間包10的側(cè)壁或端壁。
同時也可理解到，中間包沖擊墊20、40造成的流動圖型增加了熔化金屬在中間包10內(nèi)停留的時間，因為到達出口嘴或套筒塊14的距離比過去以前的沖擊墊更長更曲折。特別是取代了沿中間包10的底部直接流向出口嘴14的情況，使中間包10內(nèi)熔化金屬流動首先朝槽16的表面直接垂直向上，然后慢慢地圓環(huán)形向下朝向出口嘴或套筒塊14。利用本發(fā)明的中間包沖擊墊20，40造成的慢速流動還減少了槽16內(nèi)的漩渦和表面湍流。由中間包沖擊墊20、40造成的相對置的徑向向外流動還由于在大致整個槽16中產(chǎn)生的連續(xù)流動而促進槽16內(nèi)的溫度均勻性。沖擊墊20、40也明顯地減少起動期間的濺射現(xiàn)象，并且在缺乏其他流動控制裝置如壩、堰、擋板等的情況下，在中間包10中促使大大增加塞流容積。
沖擊墊20和40由傳統(tǒng)的能耐熔化的金屬如鐵和鋼的高溫耐火合成物制成，該溫度可達到3000°F。如現(xiàn)有技術(shù)中已知，適宜的耐火材料可包括MgO，Cr2O3，Al2O3，ZrO2，CaO和SiO2，以及這些材料的混合物，然而，只要選擇的成分能承受往和熔化金屬如鐵和鋼的連續(xù)接觸，其他耐火合成物也可采用。兩種優(yōu)選的合成物分析如下75％Al2O3合成物，MgO合成物Al2O3753MgO ＞1 89SiO2216CaO 1 1Fe2O31 ＞1
其他微量 2 1應(yīng)認識到，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本文公開的本發(fā)明的構(gòu)思條件下，進一步改型和置換是很明顯的。例如，本發(fā)明的沖擊墊優(yōu)選為圓形，同時也顯示和介紹了一種替代的形狀，應(yīng)理解到，沖擊墊側(cè)壁形狀可能有許多種，他們都將落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。整個包圍或限定沖擊墊內(nèi)部空間的環(huán)狀邊界，并將進入熔化金屬流重新流回到熔化金屬中，而且造成的流動圖型遠離鑄桶套管，任何這樣的幾何形狀都將與說明的實施例相似。在回顧前述的申請和申請人基礎(chǔ)上；其他改型將是很顯然的，因此僅由附加的權(quán)利要求書的范圍所界定。
權(quán)利要求
1.中間包沖擊墊，由能夠承受連續(xù)接觸熔化金屬的耐火合成物構(gòu)成，所述沖擊墊包括具有沖擊表面的基座，和從基座向上延伸的環(huán)形外側(cè)壁，外側(cè)壁整個包圍具有放置所述熔化金屬液流的上開口的內(nèi)空間，所述外壁包括帶有至少向里和向上延伸朝向所述開口的第一部分的環(huán)形內(nèi)表面。
2.按照權(quán)利要求1的沖擊墊，其特征是所述環(huán)形內(nèi)表面還包括第二部分，第二部分是從所述沖擊表面向外和向上朝所述第一部分延伸的。
3.按照權(quán)利要求2的沖擊墊，其特征是至少所述第一和第二部分中之一是凹環(huán)形表面。
4.按照權(quán)利要求3的沖擊墊，其特征是所述第一第二部分形成一個連續(xù)的變曲環(huán)形凹狀表面，
5.按照權(quán)利要求4的沖擊墊，其特征是所述彎曲內(nèi)空間呈圓環(huán)形。
6.按照權(quán)利要求5的沖擊墊，還包括從所述第一部分向上延伸并限定所述開口的垂直方向的環(huán)形表面。
7.按照權(quán)利要求1的沖擊墊，其特征是所述內(nèi)空間呈圓環(huán)形。
8.按照權(quán)利要求1的沖擊墊，其特征是所述內(nèi)空間呈矩形。
9.按照權(quán)利要求1的沖擊墊，還包括從所述第一部分向上延伸并限定所述開口的垂直方向環(huán)形表面。
10.按照權(quán)利要求1的沖擊墊，其特征是所述環(huán)形內(nèi)表面還包括從所述沖擊表面向上延伸到所述第一部分的第二部分。
11.盛裝定量溶化金屬并帶有底面和包圍沖擊和排放部位側(cè)壁的中間包容器，其改進包括位于沖擊部位的沖擊墊，它包含帶有沖擊表面的基座和從基座向上延伸的環(huán)形外側(cè)壁，外側(cè)壁整個包圍的空間，該空間帶放置所述熔化金屬的液流的上開口，所述外壁包括帶有至少向里和向上延伸朝向所述開口的第一部分的環(huán)形內(nèi)表面。
12.按照權(quán)利要求11的沖擊墊，其特征是所述環(huán)形內(nèi)表面還包括第二部分，第二部分從所述沖擊表面向外和向上朝所述第一部分延伸。
13.按照權(quán)利要求12的沖擊墊，其特征是至少所述第一和第二部分中之一是凹環(huán)形表面。
14.按照權(quán)利要求13的沖擊墊，其特征是所述第一和第二部分形成一個連續(xù)的彎曲環(huán)形凹狀表面。
15.按照權(quán)利要求14的沖擊墊，其特征是所述彎曲內(nèi)空間呈圓環(huán)形。
16.按照權(quán)利要求15的沖擊墊，還包括從所述第一部分向上延伸并限定所述開口的垂直方向的環(huán)形表面。
17.按照權(quán)利要求11的沖擊墊，其特征是所述內(nèi)空間呈圓環(huán)形。
18.按照權(quán)利要求11的沖擊墊，其特征是所述內(nèi)空間呈矩形。
19.按照權(quán)利要求11的沖擊墊，還包括從所述第一部分向上延伸并限定所述開口的垂直方向的環(huán)形表面。
20.按照權(quán)利要求11的沖擊墊，其特征是所述環(huán)形內(nèi)表面還包括從所述沖擊表面向上延伸到所述第一部分的第二部分。
21.防止熔化金屬在中間包內(nèi)湍流和高速流動的方法，該方法包括以下步驟將熔化金屬的進入液流垂直向下定向到所述中間包中，以便在所述中間包里產(chǎn)生熔化金屬槽；使所述液流垂直向上反向流動，以及使所述中間包內(nèi)的所述熔化金屬在所述進入液流的各面上造成基本上徑向向外的流動；因此所述的流動各個都遠離進入流液朝向熔化金屬的所述槽的表面。
全文摘要
一種中間包(10)，具體地說是一種帶底沖擊表面(24)的沖擊墊，沖擊墊包括從底面向上延伸的外側(cè)壁(28)，它整個包圍具有上開口(30)的內(nèi)空間或空腔(29)，熔化金屬(34)從鑄桶套管(18)直接進入上開口。沖擊墊(20)的外側(cè)壁(28)包括從底沖擊表面(24)延伸至墊(20)開口的內(nèi)表面(28a，28b)。內(nèi)側(cè)壁表面包括向內(nèi)和向上朝向墊(20)開口(30)的環(huán)形部分(28b)。在最佳實施例中，內(nèi)側(cè)壁表面(28a，28b)從底沖擊表面(24)連續(xù)彎曲至限定墊(20)開口的垂直壁(30)。墊(20)使注入液流(34)返回到液流中造成反流(34，36)以便相互減速，因此減少湍流并防止在中間包(10)內(nèi)的高速流動，向上液流(38)還有利于遠離進入澆注液流朝向槽(16)的表面。
文檔編號B22D11/112GK1135193SQ94194177
公開日1996年11月6日 申請日期1994年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月16日
發(fā)明者卡爾·J·塞勒 申請人:Ccpi公司