[发明专利]用于连续熔融金属浇铸的中间罐塞棒

说明书

技术领域

本发明总体上涉及熔融金属，例如钢、铜、铝和它们的合金的浇铸。更具体而言，本发明涉及用于在连续浇铸操作期间调节从中间罐排放的熔融金属的流速的塞棒。

背景技术

熔融金属的连续浇铸涉及在合适的容器，例如中间罐或浇包中提供可用的熔融金属源，所述容器物理地位于连续浇铸装置中的铸模之上。当使用中间罐作为用于容纳熔融金属的容器时，熔融金属流以适合于浇铸条件的流速从那里通过中间罐排放塞孔(nozzle)排放到铸模中。正从中间罐塞孔排放的熔融金属的流速由塞棒可控地调节。更具体而言，塞棒相对于中间罐塞孔可在就座和离座状态之间移动。因而，塞棒相对于中间罐塞孔的移动将选择性地调节在塞棒尖端和中间罐塞孔之间限定的环形孔口面积，熔融金属被允许流过所述孔口面积。由此可调节地改变有效环形孔口面积将转而可调节地控制正从中间罐排放的熔融金属的流速。

与控制熔融金属流有关的一个问题是当它通过塞孔从中间罐被排放时所谓的夹杂物(例如熔融金属的污染物，譬如正被浇铸的金属的氧化颗粒)典型地存在于熔融金属中。能够就座于中间罐塞孔的塞棒尖端的特殊几何形状可以产生流动剖面(flow profiles)，该流动剖面促使夹杂物淀积在塞棒和/或中间罐塞孔的表面上。所以随着时间的推移，在中间罐塞孔和塞棒尖端之间限定的孔口的几何形状可能由于夹杂物的连续淀积而变化，由此最终不利地影响塞棒的流动控制特性。

当流体在固体表面上流动时形成边界层，所述固体表面可以是平的、弧形的或沿着3-D表面的三维(3-D)曲线。其特征主要是因为在所述表面和远离它的地方，在所谓的边界层之外，有速度梯度；流动表现为无粘性流。于是，在边界层内部粘性力比惯性或对流力占优。

边界层内部的速度剖面非常依赖于表面的曲率半径。该半径是如此的具有决定性以至于可能取决于特定流动条件而出现流动分离现象。分离现象意味着流体不再由负压力梯度驱动沿着表面向下游连续流动，而是发现自己在正压力梯度的前面。类似于此的流动条件造成下游流动不稳定性，导致SEN中端口面积的不完全利用。换句话说，分离现象可以造成SEN及其端口的内壁的不稳定性，促使流量波动，铸模中浴槽的弯液面波动和速度的湍流猝发失控。所有这些现象引起严重的连铸坯缺陷。

在中间罐(tundish)中使用塞棒进行流动控制的主要根源是塞棒尖端的形状。连续浇铸工业中的多数塞棒具有带有不同半径的圆形尖端。当使用圆形尖端时，钢水形成非常厚的边界层，在那里流体速度非常小。于是仅仅在尖端形成停滞区并且接触该区域的任何夹杂物失去动量并可以容易地被截留在尖端的陶瓷表面上，并且随着时间的推移而变成堵塞问题。而且，圆形尖端增大了尖端上游区域中的边界层厚度并且这些倾向于夹杂物截留，从而增加塞孔堵塞的危险。

所以理想的是可以提供一种用于连续熔融金属(molten metal)浇铸的塞棒，其使淀积到塞棒尖端上的夹杂物最小化(如果不是完全消除的话)，由此允许塞棒保持使用延长的时间期限和/或提高钢水的清洁度。本发明致力于满足这样的需要。

发明内容

本发明广义地体现为一种用于连续熔融金属浇铸的塞棒，当熔融金属正通过塞孔从容纳熔融金属的容器中被排放时，所述塞棒产生熔融金属的流动剖面以便增强金属清洁度。也就是说，根据本发明的塞棒阻止夹杂物(例如不需要的颗粒，譬如金属氧化物)淀积到塞棒尖端上。根据本发明的一个特别优选的方面，提供了一种用于连续熔融金属浇铸的塞棒，其具有几何剖面以便充分增加流动熔融金属的速度以减小邻近塞孔和塞棒尖端表面的这样的流动熔融金属的边界层厚度，从而使淀积在其上夹杂物最小化。

有利地，根据本发明的塞棒尖端的几何剖面也没有不利地影响塞棒的提升力灵敏度。也就是说，塞棒尖端的几何剖面不会产生这样的熔融金属流动剖面，该流动剖面使得难以实行塞棒尖端相对于中间罐塞孔的物理位移。结果，本发明的塞棒展现从中间罐排放的熔融金属流的相对宽的流速控制范围。

根据本发明的一个方面，一种用于熔融金属的连续浇铸的中间罐塞棒包括塞棒主体，和在塞棒主体的下端的塞棒尖端，所述塞棒尖端具有终止于凹陷鼻部中的截头圆锥形外表面。

有利地凹陷鼻部是凹曲线表面(例如球截段)，但是也可以提供非曲线表面(例如菱柱形(prismatic)、锥形、三角形、和四边形表面)。