耐火陶瓷噴嘴的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于冶金應用的耐火陶瓷噴嘴。用語〃噴嘴〃包括如在用于生產(chǎn)鋼的連續(xù)鑄造工藝中使用的潛入式噴嘴(也稱為SEN或鑄造噴嘴)。將在下文中關于此類SEN描述現(xiàn)有技術和本發(fā)明，但不限制本發(fā)明的范圍。
【背景技術】
[0002]在金屬鑄造期間，熔化的金屬從所謂的鑄桶(德語:Pfanne)傳遞到中間包(德語:Verteiler)中，并且從該處經(jīng)由對應的中間包出口傳遞到相關聯(lián)的模具中。
[0003]從中間包傳遞到模具中的熔化物通過噴嘴實現(xiàn)，該噴嘴布置在垂直使用位置，并且其典型地提供以下特征:
大體上管狀形狀，其限定中心縱向噴嘴軸線，并且包括包繞流通通道的內(nèi)噴嘴壁，該流通通道沿在噴嘴的使用位置為上端部的第一噴嘴端部處的入口開口與在使用位置為下端部的第二噴嘴端部處的至少一個出口開口之間的軸向長度延伸，以允許熔化金屬從其入口開口沿所述流通通道經(jīng)由所述(多個)出口開口到相關聯(lián)的金屬熔池中的連續(xù)流動流。
[0004]為了改進此類噴嘴的大體性能，EP2226141B1公開了一種具有呈至少一個出口開口的噴嘴壁的內(nèi)表面中的凹入通道形式的擾動部以便產(chǎn)生遵循側向出口開口的形狀的流體流的噴嘴。
[0005]US3, 991，815A公開了用以改進側向出口開口下方的單獨的底部開口處的受控流的噴嘴設計。
[0006]在這些已知噴嘴的使用期間(即，在鑄造金屬熔化物期間)的主要問題在于在內(nèi)噴嘴壁、開孔和/或端口處形成阻塞，所謂的"阻塞效果〃。阻塞尤其由以下引起:
將存在于金屬熔化物中的氧化物輸送至內(nèi)噴嘴壁，其中它們粘住壁，
熔化物與耐火材料之間的化學反應，其再次將團塊形成到內(nèi)噴嘴壁上，
內(nèi)噴嘴壁處凝固的金屬熔化物。
[0007]此類阻塞、團塊或結塊(德語:Anbackungen)以非受控的方式改變流通通道的內(nèi)截面和/或噴嘴出口面積，以及在該情況下噴嘴流型。
[0008]進行了不同的嘗試來減小阻塞，例如，通過:
使用抗氧化劑來從熔化物除去金屬氧化物[US2007/0045884A1]，
沿流通通道的內(nèi)壁提供螺旋凹槽[JP03673372B2]，
而沒有實現(xiàn)所需的結果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，本發(fā)明的目的在于提供具有改進的抗阻塞性能的噴嘴。
[0010]US2007/0045884 A1的提案基于鑄造系統(tǒng)內(nèi)的化學變化，而根據(jù)JP03673372B2的公開基于用以使對金屬流的攪動效果開始的噴嘴的結構變化。
[0011]進行了包括水模型和計算機模擬的深入調(diào)查來研究熔化物和/或?qū)枞Ч牧鲃有阅堋?br>[0012]在此類試驗期間，發(fā)現(xiàn)了由所述凹槽攪動金屬熔化物并未有效地減少或避免阻塞，因為在兩個凹槽的情況下偏移大約180°的角或在三個凹槽的情況下偏移120°的角的所述凹槽并未在噴嘴的軸向長度上在特征上改變流型。
[0013]本發(fā)明基于如下發(fā)現(xiàn):可通過在內(nèi)壁表面處的熔化物流內(nèi)引起湍流和因此熔化物與壁表面之間的附加剪切應力來較大程度地減小阻塞。
[0014]這通過在沿內(nèi)噴嘴壁的至少兩個凹槽狀凹部之間提供接合部(交叉區(qū)域)來實現(xiàn)。與JP03673372B2相反，新噴嘴設計特征在于不同(相反)定向的螺旋(螺線形式)凹槽，以便提供這些交叉區(qū)域/接合部。
[0015]換言之:新設計迫使金屬流分離/分開成不同定向的不同的部分流(至少一個順時針，至少一個逆時針)，例如:
與噴嘴的中心縱向軸線大致同軸的中心流，
沿第一凹槽的第一螺旋流(沿第一方向，順時針)，
沿第二凹槽的第二螺旋流(沿第二方向，逆時針)，
其中第一螺旋流和第二螺旋流取決于它們的相應長度和傾斜(斜度，德語:SteigungsmaP )來在多個接合部處穿過彼此。
[0016]該大體構想可類似地轉(zhuǎn)移至在內(nèi)噴嘴壁中具有三個、四個或甚至更多凹槽的噴嘴設計，因此增加了接合部的數(shù)量。
[0017]雖然本發(fā)明遵循了根據(jù)JP03673372B2的沿噴嘴的內(nèi)壁表面的凹槽的構思，但其基于不同的結構途徑，并且導致了熔化物的不同流動性能。交叉凹槽負責熔化物流內(nèi)的壁附近湍流的相當大的形成，并且這些湍流負責阻塞的相當大的減少，而沒有對大體熔化物流的不利影響。
[0018]雖然相似的湍流也可通過由從內(nèi)壁表面突出的螺旋翅片替換所述凹槽來實現(xiàn)，但由于相對翅片區(qū)段之間的壁附近室的形成提供不宜的死區(qū)，故不能夠由這些手段實現(xiàn)阻塞的相當大的減少。
[0019]在其最普通的實施例中，本發(fā)明可限定如下:
耐火陶瓷噴嘴，其特征在于:
大體上管狀形狀，其限定中心縱向噴嘴軸線(A)，并且包括包繞流通通道的內(nèi)噴嘴壁，該流通通道沿在噴嘴的使用位置為上端部的第一噴嘴端部處的入口開口與在使用位置為下端部的第二噴嘴端部處的至少一個出口開口之間的軸向長度(L)延伸，以允許熔化金屬從其入口開口沿所述流通通道經(jīng)由所述出口開口到相關聯(lián)的金屬熔池中的連續(xù)流動流，其中至少兩個凹槽沿內(nèi)噴嘴壁提供，包括
第一凹槽，其以螺旋方式沿所述內(nèi)噴嘴壁內(nèi)的流通通道的軸向長度的至少一部分提供，
第二凹槽，其以螺旋方式沿所述內(nèi)噴嘴壁內(nèi)的流通通道的軸向長度的至少一部分提供，
第一凹槽和第二凹槽在多個接合部處穿過彼此。
[0020]凹槽沿噴嘴壁的內(nèi)表面延伸，該內(nèi)表面在許多情況下將具有圓形截面，但也可具有任何其它設計。
[0021]在該情況下，用語〃螺旋〃不一定意思是圓柱形螺旋/螺旋線，而是包括所有3維形狀，其中相應的凹槽環(huán)繞3維空間，S卩，噴嘴的流通通道，金屬沿該流通通道從入口端口(入口開口)流動至一個或更多個出口端口(出口開口)。在該情況下，〃螺旋〃包括例如(1.a.)橢圓形形狀、矩形形狀以及多邊形形狀。
[0022]接合部的數(shù)量取決于相應凹槽的長度和斜度。以下是用以設計可獨立地或以任意組合實現(xiàn)的噴嘴的可能的任選方案(如果未重復或排除):
至少兩個凹槽具有相對于中心縱向噴嘴軸線(A)的大于20°且小于80°的螺旋角。
[0023]所述凹槽中的至少一個具有相對于中心縱向噴嘴軸線(A)的大于30°的螺旋角。
[0024]所述凹槽中的至少一個具有相對于中心縱向噴嘴軸線(A)的大于40°的螺旋角。
[0025]所述凹槽中的至少一個具有相對于中心縱向噴嘴軸線(A)的小于70°的螺旋角。
[0026]所述凹槽中的至少一個具有相對于中心縱向噴嘴軸線(A)的小于55°的螺旋角。
[0027]至少第一凹槽和第二凹槽具有相同螺旋角，其中該實施例包括平均角[(第一角+第二角):2] +/-10°的容限。
[0028]第一凹槽和第二凹槽沿垂直于中心縱向噴嘴軸線(A)的平面(P)偏移180° +/-30°。在180°偏移的情況下，兩個凹槽可以以與包括中心縱向軸線的平面成鏡面對稱的方式延伸。
[0029]至少第一凹槽和第二凹槽沿流通通道的相同軸向長度延伸。
[0030]在具有三個凹槽的實施例中，凹槽彼此偏移120°。
[0031]所述凹槽中的至少一個在離噴嘴的入口開口的一距離(d)處開始。
[0032]所述凹槽中的至少一個在離噴嘴的出口開口的一距離(d)處終止。
[0033]所述凹槽中的至少一個具有半圓形截面。例如，其它截面形狀為:橢圓形、矩形、漸開線狀。
[0034]其中凹槽直徑在3到15mm之間。
[0035]其中凹槽直徑大于5mm和/或小于10mm。
[0036]至少所述第一凹槽和所述第二凹槽至少在它們的端部中的一個處合并成共同的環(huán)形凹槽。
[0037]