Стопорный стержень, приспособленный для подачи газа в расплавленный металл

Изобретение относится к области литейного производства. Стопорный стержень содержит корпус, внутреннюю камеру с отверстием для выпуска газа и канал, соединяющий внутреннюю камеру с отверстием для выпуска газа. Внутренняя камера и канал образуют проход для газа. Стенки прохода для газа снабжены слоем из материала, не образующего оксид углерода при температуре использования. Достигается обеспечение отсутствия загрязнения газа, проходящего через стержень. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию моноблочного стопорного стержня, который используют для управления потоком расплавленного металла из выпускного разливочного стакана в миксер во время разливки жидкого металла.

Было показано, что в процессах непрерывной разливки металла введение газов после стопорного стержня (ниже по течению от него) оказывает существенное положительное влияние на свойства разливаемого металла. Например, могут быть введены инертные газы, такие как аргон или азот, чтобы снизить остроту проблем, связанных с накоплением оксида алюминия и вызванным из-за этого закупориванием, или чтобы содействовать удалению продуктов застывания из окрестностей выпускного разливочного стакана. Химически активные газы также могут быть использованы, когда необходимо произвести модифицирование композиции расплава. Обычно стопорные стержни, которые в целом изготовлены из огнеупорной композиции, содержащей оксид алюминия (глинозем) и углерод (графит), снабжены внутренней камерой, соединенной со средством подачи газа на одном конце и с отверстием для выпуска газа на другом конце.

Уже были предложены различные системы, позволяющие подавать точно измеренный поток газа в стопорный стержень. Имеются однако проблемы, связанные с герметизацией таких систем и с тем, чтобы газ протекал по назначенному пути и не терялся. Стопорные стержни, которые во многом успешно отвечают таким требованиям, раскрыты в документах ЕР-А2-358535, WO-A1-00/30785 и WO-A1-00/30786 и в WO-A1-02/100579.

При проведении исследований в этой области заявитель пришел к выводу о том, что газ, вводимый в расплавленный металл через стопорный стержень, может загрязняться при его проходе через стопорный стержень.

В частности, можно подозревать, что углерод, имеющийся в композиции, образующей корпус стопорного стержня, может восстанавливать некоторые оксиды металлов, также имеющиеся в указанной композиции. Это восстановление сопровождается образованием оксида углерода. Оксид углерода, введенный в расплавленный металл, будет в свою очередь окислять алюминий, который добавляют для успокоения ванны стали, в результате чего образуются большие количества оксида алюминия, способствующие накоплению оксида алюминия и закупориванию им каналов.

Поэтому желательно создать стопорный стержень, который не загрязняет проходящий через него газ.

В соответствии с настоящим изобретением эта задача решена за счет создания стопорного стержня, приспособленного для пропускания газа во время разливки жидкого металла, содержащего корпус стопорного стержня, имеющий внутреннюю камеру и отверстие для выпуска газа, канал, соединяющий внутреннюю камеру с отверстием для выпуска газа, причем внутренняя камера и канал образуют проход для газа. В соответствии с настоящим изобретением стенки прохода для газа снабжены слоем материала, который не образует оксид углерода при рабочей температуре (при температуре использования).

Насколько это известно заявителю, впервые предлагается снабжать огнеупорное изделие таким слоем на участке указанного изделия, который никогда не входит в контакт с расплавленным металлом. Наоборот, в примерах известных устройств, описанных, например, в патентах US-A1-5691061 или US-A1-5681499, такой слой присутствует только на тех участках, которые всегда входят в контакт с (расплавленным) металлом.

Указанный слой может быть образован в виде покрытия, нанесенного на стенки прохода для газа после изготовления стопорного стержня. Такое покрытие может быть нанесено путем распыления жидкой, влажной или полусухой композиции или просто путем заполнения внутренней камеры соответствующей композицией. После проведения сушки покрытия затем может быть проведено отверждение стопорного стержня. Альтернативно, отверждение стопорного стержня может быть проведено ранее операции нанесения покрытия. Слой преимущественно представляет собой вкладыш, который прессуют одновременно с корпусом стопорного стержня. В этом случае можно уменьшить число необходимых операций изготовления. В соответствии с другим вариантом слой имеет толщину, главным образом соответствующую полной толщине стенок прохода для газа.

Материал, образующий слой, который не образует оксид углерода при рабочей температуре, может быть выбран из трех следующих категорий материалов:

a) материалы, которые не содержат углерода;

b) материалы, которые главным образом образованы из невосстановимых огнеупорных оксидов;

c) материалы, которые содержат элементы, которые будут вступать в реакцию с образованным оксидом углерода.

Преимущественно, выбранный материал будет обладать свойствами двух или трех указанных выше категорий.

В качестве примеров подходящего материала первой категории можно привести диоксид кремния (например, кварцевое стекло), оксид алюминия, муллит или материал на базе оксида магния (шпинель). Однако в некоторых случаях такие материалы трудно применить в качестве вкладыша или покрытия (так как отсутствие углерода в слое может вызывать некоторые проблемы, связанные с тепловым ударом); поэтому их не используют в предпочтительном варианте настоящего изобретения.

Подходящими материалами второй категории являются, например, чистые композиции, содержащие только оксид алюминия и углерод. В частности, эти композиции должны содержать очень низкое количество диоксида кремния или обычных примесей, которые содержатся в диоксиде кремния (таких, как оксид натрия или калия). В частности, содержание диоксида кремния и его обычных примесей должно составлять менее 2 вес.%, а преимущественно менее 1 вес.%.

Подходящие материалы третьей категории содержат, например, свободный металл, который может взаимодействовать с оксидом углерода, с образованием оксида металла и свободного углерода. Кремний и алюминий подходят для такого применения. Эти материалы могут также (или альтернативно) содержать карбиды или нитриды, которые могут вступать в реакцию с оксидом углерода (например, карбиды кремния или бора).

Преимущественно, выбранный материал принадлежит ко второй или третьей категории, а предпочтительнее, он принадлежит ко второй и третьей категориям.

Подходящий материал, образующий слой, который не образует оксид углерода при рабочей температуре, может содержать от 60 до 88 вес.% оксида алюминия, от 10 до 20 вес.% графита и от 2 до 10 вес.% карбида кремния. Такой материал главным образом образован из неоксидных разновидностей или из невосстановимых оксидов и содержит карбид кремния, который может вступать в реакцию с оксидом углерода, если некоторое его количество образуется в рабочих условиях.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительный чертеж.

На чертеже показано поперечное сечение стопорного стержня в соответствии с настоящим изобретением. Позициями 1 и 2 обозначены соответственно внутренняя камера и отверстие для выпуска газа стопорного стержня. Канал 3 соединяет внутреннюю камеру 1 с отверстием 2 для выпуска газа. Канал 3 и внутренняя камера 1 образуют проход для газа. На чертеже показан вариант, в котором слой 4 отпрессован в виде вкладыша одновременно с корпусом стопорного стержня. Вкладыш 4 преимущественно может быть образован в виде нескольких трубчатых участков (41, 42, 43), которые все запрессованы в корпус стопорного стержня при его прессовании. Участок металлического прутка 5, соединяющего стопорный стержень с установочным устройством (не показано), изображен в рабочем положении. Преимущественно, металлический пруток 5 заходит ниже самой верхней точки слоя 4. Предпочтительнее, уплотнительная прокладка 6 установлена вокруг нижнего конца металлического прутка 5.

1. Стопорный стержень, обеспечивающий подачу газа в расплавленный металл во время разливки, содержащий корпус, внутреннюю камеру (1) с отверстием (2) для выпуска газа и канал (3), соединяющий внутреннюю камеру (1) с отверстием (2) для выпуска газа, причем внутренняя камера (1) и канал (3) образуют проход для газа, отличающийся тем, что стенки прохода для газа снабжены слоем (4) из материала, не образующего оксид углерода при температуре использования.

2. Стопорный стержень по п.1, отличающийся тем, что слой (4) представляет собой вкладыш, отпрессованный совместно с корпусом стопорного стержня.

3. Стопорный стержень по п.1, отличающийся тем, что слой (4) представляет собой покрытие, нанесенное на стенки прохода для газа.

4. Стопорный стержень по п.1, отличающийся тем, что слой (4) представляет собой, по существу, всю толщину стенки прохода для газа.

5. Стопорный стержень по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что снабжен металлическим прутком (5) для прикрепления стопорного стержня к установочному устройству, причем слой (4) расположен выше нижней точки металлического прутка (5).

6. Стопорный стержень по п.1, отличающийся тем, что материал слоя (4) включает следующие группы материалов:
a) материалы, не содержащие углерод,
b) материалы, состоящие из не восстанавливаемых огнеупорных оксидов,
c) материалы, содержащие элементы, вступающие в реакцию с образовавшимся в процессе разливки оксидом углерода,
или материалы, содержащие их смеси.

7. Стопорный стержень по п.6, отличающийся тем, что материал слоя (4) содержит, вес.%:

оксид алюминия	60-88
графит	10-20
карбид кремния	2-10

8. Блок стопорного стержня, содержащий стопорный стержень, выполненный по одному из пп.1-7, металлический пруток (5), соединяющий стопорный стержень с установочным устройством, причем нижний конец металлического прутка (5) расположен ниже верхней точки слоя (4).

9. Блок по п.8, который снабжен уплотнительной прокладкой (6), охватывающей нижний конец металлического прутка (5).