透气上水口制造技术

描述了用于传送来自冶金容器的液态金属流的水口（１）。结合惰性气体，水口可以将液态金属与氧屏蔽，此外，还可以通过吹入氩气来净化驻留在冶金容器中的液态金属。水口包括透气组合物（１０）和由其包裹的基本上不透气的内衬（９）。不透气内衬可以包括树脂结合的材料，透气组合物最优是采用由碳结合的或者浇注成型的耐火材料。金属外壳（１４）可以包裹水口。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在熔融钢水的铸造中使用的耐火水口，具体指使用惰性气体来减少在钢/水口界面处氧化铝沉积物的有害累积的水口。
技术介绍
在现有技术中，耐火制品是用于控制熔融金属，例如钢水的流动的。这种制品包括上水口、滑板、塞棒以及浸入式水口等，它们通常是配合使用，在浇钢过程中用于钢水控流。由于铝脱氧镇静钢具有人们所期望的冶金性能，在二十世纪七十年代，该类钢种成为钢铁制造工业的一种最常见的产品。然而不幸的是，氧化铝和其它耐火材料组分会在耐火制品和熔融钢水的界面处沉积并累积。这一界面包括水口内孔和上表面。这种沉积最终可能导致水口的完全堵塞或者不能完全关闭熔融钢流。惰性气体已经被用来减少在耐火表面上的有害沉积物。复合水口通常包括多孔的、导气的耐火元件。在水口之内或之外的气体传送系统，例如通道、沟槽或装置，可以将惰性气体引导到多孔元件。这种水口的实例是美国专利No.4,360,190、5,100,035、5,137,189和5,723,055。在操作中，经增压的惰性气体，例如氩气的经过气体传送系统，并滤过多孔的耐火元件。多孔的元件可以限定水口内孔表面的一部分，或者可以是靠近内孔表面，这样惰性气体可以跑到水口内孔中。此外，多孔元件可以靠近或者位于水口的上表面。经过孔的侧面或水口的顶面的小氩气所形成的气泡流可以减少氧化铝在这些区域中的有害沉积。研究表明，氧与水口组分和熔融钢水发生反应会产生氧化铝沉积物。现有技术是通过吹入加压的惰性气体来减小可能引起堵塞的氧气的分压。换言之，现有技术是将惰性气体吹入到水口中，随后再进入到熔融钢流中，使得氧浓度下降，从而相应减少有害沉积物。该解决方法不是完全令人满意的，因为在钢水中还是存在氧，其原因是由于诸如惰性系统的泄漏、惰性气体的污染以及系统中先前就存在有氧。因而堵塞还是会发生。需要有耐火制品来使钢水与氧屏蔽。现有技术中其制品仍旧允许氧通过制品扩散，并进入到钢水中。金属外壳也没有被证明是完全可接受的，因为氧仍旧会沿着耐火制品和钢壳之间的界面渗入。此外，“制壳”大大增加了生产成本。理想情况是，水口在熔融金属周围形成无法渗透的屏障的同时，能将惰性气体中的氧除去或净化。
技术实现思路
本专利技术描述了在钢水的铸造中使用的耐火制品，该制品减少了暴露于钢流表面上的夹杂物尤其是氧化铝的沉积。该表面可以包括水口的内孔或上表面。广义地讲，该制品包括两部分，其一是包括基本上不透气的耐火材料组合物的内衬，其二是围绕该内衬的透气耐火组合物。不透气组合物防止氧扩散到熔融金属中。透气组合物用于惰性气体的扩散，从而将不透气组合物和熔融金属与氧屏蔽。不透气组合物最好为树脂结合的组合物，包括耐火材料本体、结合剂和抗氧化剂(oxygen getter)。抗氧化剂包括可以除去进入熔融金属的气体中氧的化合物，并包括反应性金属。透气组合物可以包括那些碳结合的、氧化物结合的、树脂结合的或者浇铸成型的耐火材料。重要的是，透气组合物允许惰性气体的扩散，使得惰性气体能够基本上防止氧进入不透气组合物和熔融金属。透气组合物的气孔率可以方便地控制惰性气体的扩散。另外通过与气孔率相结合，气体传送系统，例如通道、沟槽或装置，也可以便于惰性气体通过透气材料的传送和扩散。本专利技术的方法包括用基本上不透气组合物内衬于耐火制品的内孔，用透气组合物围绕该不透气组合物的至少一部分，使透气组合物充满惰性气体。其中一个实施方案是，加压的惰性气体将熔融金属与氧屏蔽。其另一个实施方案是，在冶金容器中向熔融金属吹入惰性气体。附图的简要描述附图说明图1示出了本专利技术耐火水口的横截面。图2示出了另一个具体应用，是允许在冶金容器中向熔融金属吹气。本专利技术的详细描述本专利技术涉及用于控制熔融金属尤其是钢的流动的耐火制品。本专利技术可以包括用于引导熔融金属流的任何耐火制品，包括上水口、浸入式水口和滑板。为了方便，上水口应该指任何被用来引导熔融金属流的耐火制品。图1示出了本专利技术的一个具体实例。制品1包括水口本体2，该水口本体具有确定了内孔4的内表面3、围绕着内孔4的入口6的上表面5、与入口6相连导流的出口7以及外表面8。内孔4的作用是将钢水从入口6传送到出口7。内表面3包括含有基本上不透气组合物的内衬9。内衬9限定了内孔4的至少一部分，一般是内孔4的全部。水口2的外部部分10围绕衬里9，并且包括透气组合物。水口2适于接收惰性气体流。在铸造过程中，导管11可以将气体传递到水口2，并且结合水口2内或围绕其的各种通道、沟槽或装置12，气体透过外围的透气组合物10有效地将内孔4中的熔融金属与大气屏蔽开来。不透气组合物必须基本上是不透气的。本领域的技术人员知道使用一些化学和机械途径来生产不可透过材料的几种方法。例如，熔剂、釉料、颗粒尺寸分布、结合体系、耐火材料的组成以及过程条件可以单独和共同影响渗透性。熔剂降低玻璃化温度并便于玻璃化。釉料在耐火物的表面上产生不能渗透的涂层。在耐火聚集体中的颗粒尺寸分布可以很大程度地影响最终产品的孔隙率，并最终影响其中的渗透性。过程条件，例如焙烧温度和压制，对渗透性有很深的影响。耐火和粘结体系的化学组成也会对渗透性有很大的影响。不透气组合物可以由任何类型的材料制成，包括树脂结合的、碳结合的、氧化物结合的以及浇注成型耐火材料。碳结合的耐火材料包括已经在还原条件下焙烧的耐火聚集体、石墨和结合剂的混合物。焙烧意味着在能够形成金属碳化物尤其是碳化铝的温度下加热组合物。这种温度一般高于800℃，但是取决于焙烧时间温度可以更高些。氧化物结合的组合物在高温下烧结，通常显著高于碳结合所需的温度。树脂结合的耐火材料在低于约800℃的温度、经常是低于约500℃的温度下固化。与前面的材料不同，浇注成型耐火材料一般不需要压制，并且可以在接近环境的温度和压力下成型。浇注成型耐火材料包括在工业中通常使用的耐火水泥状产品。在优选的实施方案中，不透气组合物包括树脂结合的材料。这种材料不需要特殊处理过程或化学物质，并且类似于用于钢铁工业的耐火材料的制造。该材料的优点是，树脂结合组合物在低温下固化，可以形成防堵塞材料，并且可以含有抗氧化剂，该抗氧化剂经受不住碳结合或氧化物结合的材料所需的高温焙烧。合适的树脂结合组合物包括至少一种耐火材料聚集体、可固化的树脂结合剂以及反应性金属。耐火聚集体包括适合钢水铸造的任何耐火材料，包括但不仅限于氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化锆、氧化硅以及它们的化合物和混合物。优选地，那些可能在高温下产生挥发性氧化物例如氧化硅和氧化镁的化合物应该避免使用，因为挥发性氧化物是向熔融金属中传输氧的一个途径，并且氧的进入与氧化铝的沉积是相互关联的。应该存在一定量的可固化树脂结合剂，以实现在压制和固化之后的足够生坯强度。固化通常在低于约300℃下发生。一种可以被加热到低于约800℃、最好是在低于约500℃的温度下处理。结合剂的量并不是固定的，取决于例如所使用的结合剂类型以及期望的生坯强度。结合剂的量一般在1～10wt％就足够了。一般来讲，结合剂是有机的，并且通常使用的结合剂是碳化物树脂，例如由沥青或树脂得到的含碳结合剂。结合剂可以包括其它类型的有机结合剂，例如酚的化合物、淀粉或木素亚磺酸盐。不透气结合剂还可以包括抗氧化剂。抗氧化剂与扩散进入的或者在不透气组合物形成的氧反应，从而使得在熔融本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于熔融金属铸造的耐火水口，其具有入口、与入口流体连接的出口、外表面、在入口和出口之间限定内孔的内表面、以及围绕入口的顶面，该水口适于接收惰性气体流，其特征在于：ａ）衬于内表面至少一部分的基本上不透气的耐火组合物；ｂ）围绕不 透气组合物的至少一部分的透气耐火组合物，该透气组合物具有足以允许惰性气体扩散的气孔率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J里绍，
申请(专利权)人：维苏维尤斯克鲁斯布公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]