耐火陶瓷喷嘴的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于冶金应用的耐火陶瓷喷嘴。用语〃喷嘴〃包括如在用于生产钢的连续铸造工艺中使用的潜入式喷嘴(也称为SEN或铸造喷嘴)。将在下文中关于此类SEN描述现有技术和本发明，但不限制本发明的范围。
【背景技术】
[0002]在金属铸造期间，熔化的金属从所谓的铸桶(德语:Pfanne)传递到中间包(德语:Verteiler)中，并且从该处经由对应的中间包出口传递到相关联的模具中。
[0003]从中间包传递到模具中的熔化物通过喷嘴实现，该喷嘴布置在垂直使用位置，并且其典型地提供以下特征:
大体上管状形状，其限定中心纵向喷嘴轴线，并且包括包绕流通通道的内喷嘴壁，该流通通道沿在喷嘴的使用位置为上端部的第一喷嘴端部处的入口开口与在使用位置为下端部的第二喷嘴端部处的至少一个出口开口之间的轴向长度延伸，以允许熔化金属从其入口开口沿所述流通通道经由所述(多个)出口开口到相关联的金属熔池中的连续流动流。
[0004]为了改进此类喷嘴的大体性能，EP2226141B1公开了一种具有呈至少一个出口开口的喷嘴壁的内表面中的凹入通道形式的扰动部以便产生遵循侧向出口开口的形状的流体流的喷嘴。
[0005]US3, 991，815A公开了用以改进侧向出口开口下方的单独的底部开口处的受控流的喷嘴设计。
[0006]在这些已知喷嘴的使用期间(即，在铸造金属熔化物期间)的主要问题在于在内喷嘴壁、开孔和/或端口处形成阻塞，所谓的"阻塞效果〃。阻塞尤其由以下引起:
将存在于金属熔化物中的氧化物输送至内喷嘴壁，其中它们粘住壁，
熔化物与耐火材料之间的化学反应，其再次将团块形成到内喷嘴壁上，
内喷嘴壁处凝固的金属熔化物。
[0007]此类阻塞、团块或结块(德语:Anbackungen)以非受控的方式改变流通通道的内截面和/或喷嘴出口面积，以及在该情况下喷嘴流型。
[0008]进行了不同的尝试来减小阻塞，例如，通过:
使用抗氧化剂来从熔化物除去金属氧化物[US2007/0045884A1]，
沿流通通道的内壁提供螺旋凹槽[JP03673372B2]，
而没有实现所需的结果。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的目的在于提供具有改进的抗阻塞性能的喷嘴。
[0010]US2007/0045884 A1的提案基于铸造系统内的化学变化，而根据JP03673372B2的公开基于用以使对金属流的搅动效果开始的喷嘴的结构变化。
[0011]进行了包括水模型和计算机模拟的深入调查来研究熔化物和/或对应阻塞效果的流动性能。
[0012]在此类试验期间，发现了由所述凹槽搅动金属熔化物并未有效地减少或避免阻塞，因为在两个凹槽的情况下偏移大约180°的角或在三个凹槽的情况下偏移120°的角的所述凹槽并未在喷嘴的轴向长度上在特征上改变流型。
[0013]本发明基于如下发现:可通过在内壁表面处的熔化物流内引起湍流和因此熔化物与壁表面之间的附加剪切应力来较大程度地减小阻塞。
[0014]这通过在沿内喷嘴壁的至少两个凹槽状凹部之间提供接合部(交叉区域)来实现。与JP03673372B2相反，新喷嘴设计特征在于不同(相反)定向的螺旋(螺线形式)凹槽，以便提供这些交叉区域/接合部。
[0015]换言之:新设计迫使金属流分离/分开成不同定向的不同的部分流(至少一个顺时针，至少一个逆时针)，例如:
与喷嘴的中心纵向轴线大致同轴的中心流，
沿第一凹槽的第一螺旋流(沿第一方向，顺时针)，
沿第二凹槽的第二螺旋流(沿第二方向，逆时针)，
其中第一螺旋流和第二螺旋流取决于它们的相应长度和倾斜(斜度，德语:SteigungsmaP )来在多个接合部处穿过彼此。
[0016]该大体构想可类似地转移至在内喷嘴壁中具有三个、四个或甚至更多凹槽的喷嘴设计，因此增加了接合部的数量。
[0017]虽然本发明遵循了根据JP03673372B2的沿喷嘴的内壁表面的凹槽的构思，但其基于不同的结构途径，并且导致了熔化物的不同流动性能。交叉凹槽负责熔化物流内的壁附近湍流的相当大的形成，并且这些湍流负责阻塞的相当大的减少，而没有对大体熔化物流的不利影响。
[0018]虽然相似的湍流也可通过由从内壁表面突出的螺旋翅片替换所述凹槽来实现，但由于相对翅片区段之间的壁附近室的形成提供不宜的死区，故不能够由这些手段实现阻塞的相当大的减少。
[0019]在其最普通的实施例中，本发明可限定如下:
耐火陶瓷喷嘴，其特征在于:
大体上管状形状，其限定中心纵向喷嘴轴线(A)，并且包括包绕流通通道的内喷嘴壁，该流通通道沿在喷嘴的使用位置为上端部的第一喷嘴端部处的入口开口与在使用位置为下端部的第二喷嘴端部处的至少一个出口开口之间的轴向长度(L)延伸，以允许熔化金属从其入口开口沿所述流通通道经由所述出口开口到相关联的金属熔池中的连续流动流，其中至少两个凹槽沿内喷嘴壁提供，包括
第一凹槽，其以螺旋方式沿所述内喷嘴壁内的流通通道的轴向长度的至少一部分提供，
第二凹槽，其以螺旋方式沿所述内喷嘴壁内的流通通道的轴向长度的至少一部分提供，
第一凹槽和第二凹槽在多个接合部处穿过彼此。
[0020]凹槽沿喷嘴壁的内表面延伸，该内表面在许多情况下将具有圆形截面，但也可具有任何其它设计。
[0021]在该情况下，用语〃螺旋〃不一定意思是圆柱形螺旋/螺旋线，而是包括所有3维形状，其中相应的凹槽环绕3维空间，S卩，喷嘴的流通通道，金属沿该流通通道从入口端口(入口开口)流动至一个或更多个出口端口(出口开口)。在该情况下，〃螺旋〃包括例如(1.a.)椭圆形形状、矩形形状以及多边形形状。
[0022]接合部的数量取决于相应凹槽的长度和斜度。以下是用以设计可独立地或以任意组合实现的喷嘴的可能的任选方案(如果未重复或排除):
至少两个凹槽具有相对于中心纵向喷嘴轴线(A)的大于20°且小于80°的螺旋角。
[0023]所述凹槽中的至少一个具有相对于中心纵向喷嘴轴线(A)的大于30°的螺旋角。
[0024]所述凹槽中的至少一个具有相对于中心纵向喷嘴轴线(A)的大于40°的螺旋角。
[0025]所述凹槽中的至少一个具有相对于中心纵向喷嘴轴线(A)的小于70°的螺旋角。
[0026]所述凹槽中的至少一个具有相对于中心纵向喷嘴轴线(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，其中该实施例包括平均角[(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纵向喷嘴轴线(A)的平面(P)偏移180° +/-30°。在180°偏移的情况下，两个凹槽可以以与包括中心纵向轴线的平面成镜面对称的方式延伸。
[0029]至少第一凹槽和第二凹槽沿流通通道的相同轴向长度延伸。
[0030]在具有三个凹槽的实施例中，凹槽彼此偏移120°。
[0031]所述凹槽中的至少一个在离喷嘴的入口开口的一距离(d)处开始。
[0032]所述凹槽中的至少一个在离喷嘴的出口开口的一距离(d)处终止。
[0033]所述凹槽中的至少一个具有半圆形截面。例如，其它截面形状为:椭圆形、矩形、渐开线状。
[0034]其中凹槽直径在3到15mm之间。
[0035]其中凹槽直径大于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们的端部中的一个处合并成共同的环形凹槽。
[0037]