專利名稱：用于傳送冶金成分改進(jìn)的熔融金屬的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在傳送和傳遞熔融金屬過程中提高熔融金屬成份冶金工藝的方法和設(shè)備。
在避免能量損失的問題中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將熔融金屬從爐子傳遞到加工設(shè)備并在加工過程中封閉澆鑄包是有效的。此外，另一項(xiàng)最近的創(chuàng)新通過改善爐渣層或熔融金屬的冶金工藝來改善澆鑄液的冶金成份。同時(shí)，保持澆鑄包中熱量或改善澆鑄包中熱量損失。不幸的是，盡管在熔融金屬從高爐傳送到加工位置或生產(chǎn)設(shè)備的過程中，包括加熱和熱量難以到達(dá)的工藝條件的延長期間中，將所述澆鑄包密封能夠帶來冶金、改進(jìn)，卻不能使現(xiàn)有澆鑄控制技術(shù)成功地用在現(xiàn)有容器中。
舉例而言，先前已知的在澆鑄包內(nèi)控制熔液澆鑄的技術(shù)，如在固定的爐子中用機(jī)械臂放置耐火塞和降低噴嘴，并不能在封閉的澆鑄包中采用。并且已知的在Koffron的美國專利No.4,601,415中所述的耐熱體，當(dāng)澆鑄包內(nèi)熔融金屬位于排出噴嘴上方形成漩渦的臨界水平時(shí)并不能在密封澆鑄包中使用。此外，先前的耐熱體形成時(shí)獨(dú)特的比重設(shè)計(jì)使它們在熔液中受到浮力支持，而長期暴露在澆鑄包下，會迅速磨損，從而達(dá)不到它們與熔融金屬和爐渣層界面長期接觸的預(yù)定作用。
因此，本發(fā)明提供了一種能長時(shí)間暴露在熔融金屬中、爐渣中或余熱中的而不易損壞的耐熱體。本發(fā)明的耐熱體提供了相當(dāng)結(jié)實(shí)的結(jié)構(gòu)，它能夠保持耐熱體的完整，與先前無遮擋澆鑄包和先前已知的爐渣控制技術(shù)或生產(chǎn)提高技術(shù)相比，它減少了澆鑄過程中的漩渦。此外，封蓋的澆鑄包具有改進(jìn)的傳送機(jī)制和改進(jìn)的冶金制造系統(tǒng)，它使得合金制造中的精度更高，制造技術(shù)得到改進(jìn)，使用大量高質(zhì)量的金屬，并且能量效率比已知的制造系統(tǒng)更高。
本發(fā)明也適用于系統(tǒng)10，其中中間工藝位置15，例如二次精煉設(shè)備，可以位于制造設(shè)備12和加工設(shè)備16之間。通常，熔爐生產(chǎn)出化學(xué)成份和溫度都在規(guī)定范圍內(nèi)的鋼水，然后鋼水流入澆鑄包并依次被傳送至澆鑄精煉爐、攪拌處、脫氣處——每一處都可描述為中間工藝位置——用于調(diào)整金屬化學(xué)成份?；瘜W(xué)成份和溫度被調(diào)整得更精確，范圍更窄，以達(dá)到顧客訂單對產(chǎn)品等級的要求。因此，最好每次從爐中生產(chǎn)出的熱(澆鑄液)化學(xué)成份范圍基本相同。然后所有不同等級產(chǎn)品在精煉爐中進(jìn)行化學(xué)調(diào)整。舉例而言，加入如Ca，Mn，Al，MgO，Si和碳化鈣等材料，在鋼水中吹氬氣，用電極或其它加熱方式再次加熱，以提高符合規(guī)格的程度。中間工藝最好發(fā)生在引入耐熱體之前，因?yàn)椴荒芡ㄟ^外界手段把耐熱體限制在排出噴嘴之上的位置。
一般而言，傳送機(jī)械14包括一個(gè)用于傳送熔融金屬負(fù)載的置換器18。在最佳實(shí)施例中，置換器18包括一個(gè)澆鑄包22，它由起重機(jī)20或其他運(yùn)輸設(shè)備支撐，還包括用于起吊澆鑄包22的蓋子90的起重機(jī)20。通常，起重機(jī)20傳送澆鑄包到制造設(shè)備12處，打開澆鑄包22的頂部26以接受從噴嘴或制造設(shè)備12的爐子13的其它開口處排放出的澆鑄液。同樣，澆鑄包包括一個(gè)排出噴嘴28，它使得熔融物流入加工設(shè)備16的漏斗或其它接受容器。最好是，排出噴嘴28有一個(gè)閥門30，閥門30與控制器32相響應(yīng)。
控制器32包括一個(gè)位于噴嘴處的探測傳感器，用于檢測通過噴嘴的流體減少的時(shí)間，即通過漩渦制止器或其它活塞降低流量，以停止金屬從澆鑄包中流出，優(yōu)選在爐渣漂浮在熔融金屬層的熔融金屬混合物頂層之前終止金屬流出。然而，當(dāng)漩渦制止器工作時(shí)，從熔融金屬層到爐渣層的移動(dòng)幾乎是同時(shí)發(fā)生的，因?yàn)殇鰷u制止器通過排除漩渦來排除金屬爐渣混合物。移動(dòng)發(fā)生十分快以至于幾乎不可分離。雖然節(jié)流閥終止響應(yīng)時(shí)，觀察到的并不是最大產(chǎn)出量，但是通常情況下由工人或自動(dòng)探測器發(fā)現(xiàn)爐渣的時(shí)候停止?jié)茶T液流出。節(jié)流效應(yīng)和熔融金屬到爐渣的移動(dòng)可以由工人或自動(dòng)探測器發(fā)現(xiàn)。此外，與節(jié)流或爐渣成份的檢測響應(yīng)，可以人工或自動(dòng)控制控制器32。
如圖2所示，終止流量的響應(yīng)可以通過液壓機(jī)械裝置在探測到節(jié)流后完成。舉例而言，液壓缸40的活塞42與傳導(dǎo)裝置44耦合，液壓缸40與滑動(dòng)殼體46接合?；瑒?dòng)殼體46包括一個(gè)凹形槽，它支撐耐火材料制成的滑動(dòng)盤48。滑動(dòng)盤48相鄰底盤50滑動(dòng)，底盤50也由耐火材料制成，并被支撐在磚形金屬裝置52之間。磚形金屬裝置52包括支撐底盤的四個(gè)側(cè)支撐物和一個(gè)具有螺栓54的連接機(jī)械，當(dāng)磚形金屬裝置安裝到澆鑄包上時(shí)，螺栓54用于調(diào)節(jié)底盤50相對于噴嘴嵌入物的位置，這樣底盤開口56與噴嘴嵌入物60中的開口58在一條直線上。底盤支撐物62安裝或焊接在澆鑄包外殼上，并與滑動(dòng)盤機(jī)構(gòu)64相嚙合，滑動(dòng)盤機(jī)構(gòu)64被螺栓固定在底盤支撐物62上。
開口66與液壓缸40以眾所周知的方式配合，滑動(dòng)盤48的開口66被滑動(dòng)殼體替代。此外，滑動(dòng)塊通過夾臂76(圖3)支持在夾子68內(nèi)，以便斜槽噴嘴70支持在斜槽噴嘴殼體中。斜槽噴嘴70也包括一個(gè)開口74，它可以與滑動(dòng)盤48的開口66、底盤50的開口56和噴嘴嵌入物60中的開口58在一條直線上。斜槽噴嘴殼體72滑入并旋轉(zhuǎn)入卡銷，并固定在滑動(dòng)殼體46上。夾臂76包括一個(gè)偏心的曲柄杠桿機(jī)構(gòu)，它的行動(dòng)響應(yīng)于夾緊把手80，用于保持斜槽噴嘴70與噴嘴嵌入物60在一條直線上，并且通過滑動(dòng)盤48相對于底盤50的滑動(dòng)打開閥門。螺旋彈簧82安裝在受閥門熱量影響最小的位置，用于支持滑塊48的表面負(fù)載。
澆鑄包的開放頂部26由蓋子90封閉，蓋子可以由耐火材料或以耐火材料覆殼制成。蓋子90由起重機(jī)24支持和定位。蓋子90可以被放置或懸吊到澆鑄包上，以便在封閉的噴嘴28和開放的頂部26之間封閉澆鑄包的內(nèi)膛23。這種用于封閉澆鑄包的內(nèi)膛23來保存熱量的蓋子是先前已知的。并且，由于保存澆鑄包內(nèi)的熱量，可以在傳送時(shí)對澆鑄包內(nèi)的鋼水進(jìn)行冶金工藝方面的調(diào)整。特別是，在蓋子90放置在澆鑄包22的開放頂部26之前，另外的合金元素和催化劑可以被加入到內(nèi)膛23內(nèi)，從而進(jìn)行鋼水的精練。特別是，由于爐渣層繼續(xù)提供催化劑和從熔融金屬中去除雜質(zhì)，避免了雜質(zhì)的再次介入，使內(nèi)膛23內(nèi)熔融金屬的成份可以被保持在所設(shè)計(jì)的合金及化合物的成份范圍。
最好不要在傳送時(shí)進(jìn)行調(diào)整，而是在澆鑄包處在中間工藝位置15或二次熔煉爐中時(shí)進(jìn)行。直至鋼水的化學(xué)成份和溫度達(dá)到窄小的目標(biāo)范圍內(nèi)后，澆鑄包才離開中間工藝位置15或二次熔煉爐。最好是耐熱體在中間工藝位置15或二次熔煉爐進(jìn)行的所有調(diào)整結(jié)束后再插入澆鑄包。不論中間工藝發(fā)生在精煉爐，還是在運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)爐的過程中，或是在生產(chǎn)爐中，都最好在蓋子90放置在澆鑄包的頂部之前，并且最好在耐熱體介入之前結(jié)束中間工藝。
封閉澆鑄包的開放頂部26和噴嘴28的結(jié)果是，內(nèi)膛23難以被進(jìn)一步改進(jìn)，從而當(dāng)需要排放熔融金屬澆鑄液時(shí)，使用漩渦制止器來控制熔融金屬層和爐渣層的混合物。此外，當(dāng)澆鑄包通過機(jī)械機(jī)構(gòu)24傳送到加工設(shè)備16的目標(biāo)容器17時(shí)，不能打開蓋子90，直至熔融金屬澆鑄液大量或全部流出。在一些工廠中，當(dāng)澆鑄包幾乎流空以后再打開蓋子。可以在一個(gè)澆鑄包基本排空，而另一個(gè)用于繼續(xù)澆鑄的基本充滿的澆鑄包尚未封閉時(shí)進(jìn)行開蓋操作。
結(jié)果，將漩渦制止器引入封閉的澆鑄包表示完全不同的一個(gè)期間，在此期間內(nèi)耐熱體與熔融金屬與爐渣層的接觸更大，這與已知的使用不同。與先前已知的漩渦制止器不同，澆鑄步驟中耐熱體的比重和耐火性都調(diào)整到了合適的程度，該澆鑄步驟發(fā)生在澆鑄包灌滿并在長時(shí)間的封閉傳送之后。澆鑄最好發(fā)生在中間工藝之后。盡管澆鑄的持續(xù)時(shí)間范圍為35-180分鐘，耐熱體必須在澆鑄步驟的最后時(shí)間內(nèi)，如10分鐘，提供良好的性能。
舉一個(gè)例子，當(dāng)耐熱體的比重范圍為4.8-5.2，即通常保持爐子中爐渣層和熔融金屬層分離2-10分鐘的比重范圍，耐熱體在封閉澆注包環(huán)境中是無效的，其中2-10分鐘指從阻止?fàn)t中熔融金屬，在臨界高度形成漩渦，到節(jié)流或到使用其它終止方式以終止鋼水從噴嘴排出的時(shí)間。因此，對澆鑄包環(huán)境中的漩渦制止器作了幾項(xiàng)對其壽命有貢獻(xiàn)的改進(jìn)。特別是，氧化鋁(Al2O3)在剩下組分中的重量百分比從45％增加到了70％，其含量增加到了高溫范圍，性質(zhì)也增加并保持下來。此外，耐熱體組份與如1％至2％的重量百分比的高溫水泥混合，例如鈣鋁高溫水泥、高強(qiáng)度水泥或低含水量水泥。
此外，鋼壓艙物對耐火材料的比值減小，從而得出比重最佳值為3.7左右，適合值范圍大致為2.7-4.5。另外，優(yōu)選把由特殊碳材料制成的滲透抑制劑加入到耐火材料混合物中，以減少耐熱體與熔融金屬或爐渣長期接觸被其浸入而導(dǎo)致的破壞、侵蝕、腐蝕、損壞和剝落的數(shù)量。然而，還可以加入其它的無機(jī)化合物作為防滲物，最好是硅、硼硅酸鹽和其它玻璃。
一般可以使用更多的昂貴的耐火材料，如MgO，但為了限制成本應(yīng)盡量避免使用。無論如何耐熱體包括鋼壓艙物與耐火材料的混合物，并根據(jù)先前已知的耐熱漩渦制止器，將耐熱體比重作了調(diào)整。調(diào)整可以包括由于設(shè)計(jì)的目標(biāo)化學(xué)成份所引起的變化，例如可以包括不銹鋼絲、硅碳、鎂耐火材料、鉻耐火材料、鋯石耐火材料、氧化鋯耐火材料、片狀氧化鋁耐火材料、mallite耐火材料等。調(diào)整也由規(guī)定的塊狀密度和熔融金屬的平均壽命決定。鋼壓艙物的最佳壽命為每立方英尺300-400#，最佳重量百分比在30％至80％之間，而前面公開了上述耐火材料的重量百分比為30％至80％。高溫水泥的粘合劑至少應(yīng)經(jīng)受住1000°F高溫，但最好可以承受2400°F-3300°F的高溫而無實(shí)質(zhì)破壞，最佳重量百分比為2％至12％。
鋼壓艙物對耐火材料的比值減小了，其比重小于澆鑄包中熔融金屬與爐渣界面處的熔融金屬浮力支持耐熱體所需比重的比值，但最好是比重高于爐渣層中完全支持耐熱體浮力所需比重的比值。結(jié)果，比重和耐熱性(在液態(tài)金屬環(huán)境中支撐和存留的能力)的調(diào)整，使得耐熱體即使在長時(shí)間暴露在從爐子向接收容器傳遞的封閉澆注包環(huán)境中的熔融金屬中依舊保持工作的形狀，能進(jìn)行漩渦制止器和節(jié)流的工作。改變耐熱體比重使耐熱體不過早地被吸附到排出噴嘴。
盡管圖示和描述了一個(gè)發(fā)明實(shí)施例，并不試示并描述本發(fā)明的所有可能形式的實(shí)例。而且，說明書中詞句為不作限制性描述詞句，應(yīng)理解為在不背離本發(fā)明的精神和范圍情況下可作不同改變。
權(quán)利要求
1.一種用于在傳送過程中持續(xù)處理熔融金屬的漩渦制止器，熔融金屬由澆鑄包(22)傳遞，澆鑄包(22)具有設(shè)在所述開口上的可以封閉的蓋子(90)和設(shè)在澆鑄包(22)內(nèi)的排出噴嘴(28)，所述漩渦制止器包括形狀與所述澆鑄包開口相配合的耐熱體；所述耐熱體具有可調(diào)節(jié)比重，通過將鋼壓艙物對耐火材料的比值減小至小于所述澆鑄包中熔融金屬浮力支持耐熱體所需比重的比值，而獲得所述調(diào)節(jié)比重；所述耐熱體具有滲透抑制劑，以防止?fàn)t渣和熔融金屬對所述耐熱體的破壞。
2.如權(quán)利要求1所述的漩渦制止器，其中，所述滲透抑制劑包括添加到所述的混合物中的含碳微粒材料。
3.如權(quán)利要求1所述的漩渦制止器，其中，所述滲透抑制劑為氧化硅或硅酸鹽基玻璃。
4.如權(quán)利要求1所述的漩渦制止器，其中，所述耐火材料包括耐火土。
5.如權(quán)利要求1所述的漩渦制止器，其中，所述耐火材料包括氧化鋁。
6.如權(quán)利要求5所述的漩渦制止器，其中，所述耐火材料中氧化鋁的含量為45％至70％。
7.如權(quán)利要求1所述的漩渦制止器，其中，所述混合物中含有高溫粘合劑。
8.如權(quán)利要求7所述的漩渦制止器，其中，所述混合物中高溫粘合劑的重量百分比為1-2％。
9.如權(quán)利要求7所述的漩渦制止器，其中，所述粘合劑為鋁酸鹽水泥。
10.如權(quán)利要求1所述的漩渦制止器，其中，所述調(diào)節(jié)比重的范圍為2.7-4.5。
11.如權(quán)利要求10所述的漩渦制止器，其中，所述調(diào)節(jié)比重為3.7。
12.一種利用金屬澆鑄包(22)改進(jìn)金屬澆鑄工藝的方法，所述金屬澆鑄包(22)內(nèi)盛有熔融金屬并且具有排出噴嘴(28)，所述方法包括引進(jìn)調(diào)整了比重的耐熱體，通過將鋼壓艙物對耐火材料的比值減小至小于在所述熔融金屬中浮力支持所述耐熱體所需的比重，而得到所述調(diào)整后比重；用蓋子封閉金屬澆鑄包；和將所述耐熱體保持在所述澆鑄包中，直至熔融金屬排出。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，進(jìn)一步包括在澆鑄包內(nèi)進(jìn)行中間工藝處理。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述中間工藝包括澆鑄包精煉。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述精煉步驟包括在加蓋步驟之前平衡澆鑄包內(nèi)成份。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述精煉步驟包括脫氣。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述精煉步驟包括攪拌。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，進(jìn)一步包括在耐熱體引進(jìn)之前，對耐熱體添加滲透抑制劑進(jìn)行處理，以抑制耐熱體的損壞。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述處理是在制備耐熱體的同時(shí)將硅酸材料與耐熱材料混合。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述引進(jìn)步驟包括引入耐熱體，所述耐熱體的比重高于在爐渣層中完全浮力支持耐熱體所需的比重。
全文摘要
一種提高熔融金屬冶金工藝的方法和設(shè)備，包括一個(gè)封閉的澆鑄包內(nèi)膛(23)，它避免了澆鑄包從制造容器如爐子(13)傳送到中間工藝(15)或精煉位置，或在處理和傳送到接收容器例如漏斗(17)的過程中的熱損失。該方法包括在澆鑄包內(nèi)膛(23)內(nèi)引進(jìn)一個(gè)耐熱體，此耐熱體具有可調(diào)整的比重，其中鋼壓艙物對耐火材料的比值減小，其比重小于此澆鑄包中熔融金屬與爐渣界面處的熔融金屬支持耐熱體所需的浮力的比重。最好此比重高于爐渣層中完全支持耐熱體浮力所需比重。此方法包括封閉澆鑄包(22)，例如用蓋子(90)封閉澆鑄包和將耐熱體保持在澆鑄包內(nèi)直至熔融金屬從澆注包中基本排出。最好此方法也包括中間精煉，例如在澆注包封閉之前向其中加入平衡成份。為達(dá)到最佳比重，鋼壓艙物對耐火材料的比值可以根據(jù)耐熱體的其它耐溫、耐腐蝕變化進(jìn)行調(diào)整。例如，與先前所知的耐熱體的材料不同，可以采用耐高溫氧化鋁作為耐更高溫度的耐火材料，在耐火材料和鋼壓艙物組份中可以加入高溫水泥和由含碳或硅酸的材料制成的滲透抑制劑，它可以減小澆鑄包中耐熱體與鋼水和爐渣長期接觸造成的破壞。
文檔編號C21C5/46GK1452666SQ00819543
公開日2003年10月29日 申請日期2000年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月17日
發(fā)明者羅伯特·J·克弗龍, 羅斯·A·雅克布 申請人:特創(chuàng)公司