熔融金属滑动水口的抗裂纹阀板组件制造技术

一种用在滑动水口中的抗裂纹阀板组件。阀板组件包括一个具有沿其纵向中心线布置的孔眼的耐火材料阀板，并且阀板的角部被截削以便使夹紧力向中心线集中在所述孔眼附近，从而防止裂纹的产生和扩散。每个截削角部的角度定向都随孔眼沿纵向中心线的位置而改变。特别是，每个被截削的角部都垂直于一条直线，该直线从孔眼切点出发、穿过中心线、并通过阀板两交汇长宽边之平行线的交点，该平行线距离长宽边的距离等于板有效操作时最大孔眼直径的一半。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术总体涉及滑动水口上用于控制熔融金属流动的阀板，具体涉及在热应力下防止产生裂纹的阀板组件。在炼钢和其它冶金过程中，滑动水口通常用来控制熔融金属的流动。这类水口包括了一个支承框架；一个带有孔眼的上固定阀板、其孔眼与中间包或钢包的水口对齐以便熔融金属流动；以及一个带有金属流动孔的节流板，它可在固定阀板下面滑动。在与连铸结晶器相配的滑动水口中，活动节流板的下面还有一个下固定阀板，这个固定阀板上同样也带有金属流动孔，并且该孔眼基本上与上固定阀板的孔眼对齐。熔融金属的流动速率取决于可滑动节流板和上固定板上孔眼的重合度。活动节流板通常比固定节流板长，以便能从其孔眼的前边和后边均可以调节熔融金属的流动，而且，可以通过使自己的孔眼与固定板的孔眼完全不重合来切断熔融金属的流动。通常，可以依靠液压连杆装置使节流板在固定板之间滑动操作。这类滑动水口上的节流板和固定板均由耐热和耐腐蚀的耐火材料制成，如氧化铝、碳化铝、氧化锆。然而，不管这些耐火材料的耐热和耐腐蚀性如何，它们所承受的严重的热应力最终将导致不同程度的裂纹产生。例如在炼钢生产中，每个滑动水口上紧靠其流动孔眼的区域的温度大约是2900℃，而滑动水口外周边的温度仅仅是环境温度。由于每块阀板孔眼周围的区域以显著大于阀板平衡的速率膨胀，所形成的巨大温度梯度就产生了很大的机械应力。这些应力就形成了从阀板孔眼沿径向向外扩展的裂纹。如果不采取任何措施抑制这些裂纹的扩展，裂纹就会一直扩展到阀板的外周，最终导致阀板断裂。为了防止这类裂纹的扩展以及由此导致的阀板断裂，现有技术中研制了各种夹紧机构。这些机构的作用是在阀板的周边施加足够大的压力，这样发源于孔眼的裂纹就不会向阀板的周边扩展。在一个这样的夹紧机构中，每个阀板的周边上都缠绕着一个钢箍。遗憾的是，申请人发现采用这种钢箍型夹紧机构至少有三个缺点。首先，由于制造箍带的钢材的导热性优于本来围绕在阀板周围的空气，使用钢箍实际上增加了阀板长度和宽度方向上的温度梯度，因而导致更多裂纹的产生。其次，当钢箍因邻近熔融金属而被加热后，钢箍膨胀的速度大于构成阀板之耐火材料的膨胀速度，而这降低了作用在阀板周边上用以减小裂纹扩展速度的压紧力。第三，如果阀板的角部不是圆形的，这种夹紧钢箍就会在阀板的角部作用局部机械应力，而这将在这些区域产生意想不到的裂纹。为了克服这些和其它缺点，对夹紧系统进行了改进，它包括了一个带有螺纹操纵之楔形体的框架，该楔形体与阀板的角部啮合，而阀板的角部被切成与楔形体角度互补的角度。虽然这种框架楔形体型的夹紧机构明显优于仅在阀板周围采用钢箍的夹紧机构，专利技术者也进一步指出，这种设计至少存在两个缺点而妨碍了其完全延缓裂纹的可能。在这种设计的各种变型中，中请人意识到不论孔眼沿阀板纵向中心线的位置如何，对应于阀板长度或宽度方向的每个被截削角部的角度是一样的。因此，在孔眼偏离阀板纵向中心线的阀板中(实际上包括了所有的阀板)，夹紧力不能均匀作用在发生裂纹最多的区域，即出现最大热应力的孔眼附近的区域。而且，即使孔眼位于阀板的中心，申请人业已发现在阀板被截削角部的角度方位上，并不能象想象的那样最佳地防止裂纹扩展。这种非最佳的结果源于裂纹的形成不是围绕孔眼沿360°均匀分布，不论固定阀板还是活动阀板，裂纹的分布都是沿阀板的纵向中心线偏置的。这种裂纹环绕阀板孔眼的非对称分布被认为是由于节流板沿固定阀板表面的纵向滑动造成的。先有技术的夹紧机构还存在另一缺点，即在某些场合下，它们相对于阀板纵向边的角度小于20°。除了提供不合适的夹紧力以闭合沿阀板横向轴线的裂纹外，由于夹紧楔形体对被截削角部作用巨大的压紧力，使用这种小角度时也会产生巨大的局部应力。这种局部应力可以在阀板角部区域产生裂纹和裂缝，这就直接背离了夹紧机构的整个目的。总的来说，这类阀板的最终缺点是缺乏对被截削角部的长度的优化，或者是对阀板的长度和宽度相对于孔眼直径的优化。虽然角部的长度必须具有最小的尺寸，以避免在阀板的这些区域产生不希望的局部机械应力集中，但是它们也不能做得太大。显然，需要将阀板的角部截削成一定的角度，以使夹紧力恰当地作用在最容易产生裂纹的区域，以便最大程度地阻滞任何这种裂纹的延伸。理想地，阀板的角部应具有足够的长度以避免在角部产生所不希望的局部机械应力。专利技术概述一般说来，本专利技术是一种用在滑动水口上的抗裂纹阀板组件，它克服或者至少改善了先有技术中的所有缺点。所述组件包括了一个耐火阀板，该阀板带有用于引导熔融金属并沿阀板中心线分布的孔眼，以及被截削的角部，以便夹紧力向中心线集中在孔眼附近以防止裂纹在此产生和扩展，其中每个被截削角部的角度方位随孔眼沿中心线上的位置而变化。该组件还包括一个夹紧框架，用来将所需的夹紧力作用到每个被截削的角部上。为了实现上述的夹紧力集中作用，每个被截削的角部都与落入一个角度内的直线相互垂直，该角度的顶点是孔眼直径的一个切点。该角的一边起源于穿过中心线的切点，并且通过角部被截削前阀板相交边的交点。该角的另一边起源于穿过中心线的切点，还经过平行于阀板相交边并距离该相交边缘一个孔眼直径距离的直线的交点。在优选的实施方案中，每个被截削的角部都垂直于一条直线，这条线穿过中心线，在阀板操作所具有最大直径的孔眼的切点与平行于阀板相交边之直线的交点之间延伸，该平行线距离阀板边缘的距离是孔眼最大直径的一半。当阀板的外形是矩形时，每个角部沿垂直于上述直线并且通过其中一条平行直线和阀板长边之交点的直线被截削。阀板组件可在滑动水口内沿一轴线运动，该轴线可与阀板的纵向中心线同轴，或者，阀板组件也可相对滑动水口固定。在这两种情况下，阀板包括了一个沿中心线布置的孔眼，以及按照前面第一阀板所述的相同几何公式截削的角部。在这两种情况下，用一个夹紧框架来对被截削的角部施加所需的夹紧力。为了提供一种用最少的陶瓷材料制成、并具备各种所需的关闭动作以及前、后节流功能的活动阀板组件，活动组件的阀板外形优选地采用矩形，其长度是孔眼直径的5.5～5.75倍，其宽度是孔眼直径的2.9～3.1倍。在优选的实施方案中，活动阀板的长度和宽度分别是孔眼直径的5.66倍和3.0倍。为了提供能与活动阀板相配合、以便完成关闭以及前、后节流动作的固定阀板组件，固定阀板组件的板同样也优选地为矩形，其长度是孔眼直径的4.5～4.75倍，其宽度是孔眼直径的2.9～3.1倍。在优选的实施方案中，固定阀板的长度和宽度分别是孔眼直径的4.66倍和3.0倍。无论是活动阀板还是固定阀板，本专利技术的阀板组件都提供了一个具备关闭以及前、后节流能力的抗裂纹阀板，并且使其消耗的陶瓷材料最少。附图简述附图说明图1是一个安装在中间包上的滑动水口的侧视截面示意图，滑动水口采用了本专利技术的阀板组件；图2是本专利技术的节流阀板组件的俯视图；图3是本专利技术的下固定阀板组件的俯视图；图4～图10是本专利技术的下固定阀板组件所用阀板的仰视图，它们示出适合该阀板的各种优选方案以及被截削角部的角度是如何确定的；图11～图13是节流阀板组件中所用阀板的俯视图，它们示出适合该阀板的各种优选方案以及被截削角部的角度是如何确定的；图14是叠置在节流阀板上的处于关闭位置的上固定阀板的俯视图；以及图15是与图14所示阀板相同的俯视图，只不过此时节流阀板相对于上固定阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在滑动水口中用于控制熔融金属流动的抗裂纹阀板，它包括： 一块耐火材料阀板，所述阀板具有一根轴线以及位于所述轴线上的用于导引熔融金属的孔眼，并且具有被截削的角部，以便使夹紧力向所述轴线集中在所述孔眼附近，从而防止裂纹的形成和扩散， 其特征在于，每个被截削的角部都垂直于一条直线，该直线从所述孔眼的切点起始、穿过所述轴线、并通过阀板两交汇边缘之平行线的交点，该平行线距离所述边缘的距离等于所述孔眼宽度的一半。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：FN里查尔德，PD金，
申请(专利权)人：维苏威乌斯坩埚公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]