專利名稱：旋渦抑制器的制作方法
旋渦抑制器相關(guān)專利申請的交叉引用 本申請要求屬于Koffron等人的2007年12月11日提交的發(fā)明名稱為“VORTEX INHIBITOR FOR MOLTEN METAL DISCHARGE HAVING CONSTANT DIMENSION GROOVES (用于熔 融金屬排出且具有恒定尺寸槽的旋渦抑制器)，，的美國臨時專利申請No. 60/007, 459的利 益和優(yōu)先權(quán)，該美國臨時專利申請通過弓I用并入本文。
背景技術(shù)：
本發(fā)明整體涉及金屬制造裝置，更具體地說涉及在將熔融金屬從容器移出時從熔 融金屬中分離爐渣的裝置。這種制品具有半球形形狀且具有從制品頂部向下延伸的多個恒 定尺寸槽。在金屬制造工藝中，熔融金屬流經(jīng)諸如熔爐、鋼水包、中間包等容器的排出噴嘴會 在排出噴嘴上方的熔融金屬中引發(fā)旋流。在一定水平，旋流的能量會產(chǎn)生旋渦，從而使位于 熔融金屬上方的爐渣層被吸入噴嘴中并且與正通過噴嘴澆注的熔融金屬混合。已經(jīng)知道幾 種裝置用于抑制爐渣引入排出噴嘴中以避免污染被澆注金屬。在安裝這些裝置之前，需要 在熔融金屬的水平高于如下點時通過封閉噴嘴來終止?jié)沧⑺鳇c即旋渦的吸入作用使?fàn)t 渣被向下吸入到排出噴嘴時的點。該步驟將大部分熔融金屬攔在容器中并且會減小熔融金 屬的實際產(chǎn)量。LaBate等人的美國專利No. 4，494，734公開了一種鏢形件，該鏢形件包括可接合 在出鋼口中的懸垂導(dǎo)向部件以引導(dǎo)阻塞物主體相對于出鋼口準(zhǔn)確地布置。該專利公開了阻 塞物主體的替代構(gòu)造，該阻塞物主體用來使金屬產(chǎn)生旋流。該專利教導(dǎo)了對旋流金屬和爐 渣的目測觀察指示何時將終止熔爐的出鋼。許多以前已知的用于禁止?fàn)t渣經(jīng)排出噴嘴流出的裝置采用塞子的形式，該塞子放 在排出噴嘴中以避免經(jīng)過噴嘴進(jìn)一步澆注。例如，授予Hofer的美國專利No. 2,810, 169公 開了渣壩和塞子3的使用，該塞子的布置方式在澆注期間機械地受到控制。然而，這種組件 構(gòu)建起來大且昂貴，并且許多部件需承受熔融金屬的苛刻的環(huán)境條件。結(jié)果，維修或更換部 件的成本大大地增加了金屬制造的成本。其它已知的用于在排料期間分離爐渣和熔融金屬的裝置包括自支撐在熔融金屬 層中的主體。該自支撐通過將主體構(gòu)造成使其比重在熔融金屬的比重和爐渣層的比重之間 來實現(xiàn)。這樣一種具有受控密度的裝置是被旋渦吸入噴嘴中并安置在噴嘴內(nèi)以阻止進(jìn)一步 流動的球形體。然而，這種裝置即使能移除也是難以移除的，并且經(jīng)常需要更換噴嘴套筒。授予Schwer的美國專利No. 4，526，349公開了一種環(huán)形盤，該環(huán)形盤的比重允許 爐渣在爐渣和鋼之間的交界面上分離。然而，該專利也設(shè)想借助于旋渦的吸入作用將球形 體吸入敞開的排出噴嘴中以截斷流體流動。該專利公開了需要使用兩個分立制品。據(jù)教導(dǎo)， 環(huán)形件抵消了形成在排出噴嘴之上的旋渦效應(yīng)，而球形體在爐渣即將被引入排出噴嘴中時 僅僅封鎖澆注。結(jié)果，會遇到上述問題。本申請人的在先美國專利No. 4，601，415公開了一種特別研制用來抑制旋渦形成的自支撐裝置。該專利限定了漸縮的多邊形主體，該多邊形主體設(shè)計成沿長度方向大致符 合旋渦的形狀，以便從熔融金屬的旋流運動提取能量。不像之前所知的塞子主體，據(jù)教導(dǎo)， 該已授權(quán)的旋渦抑制器借助于它的旋渦相似形狀來進(jìn)行自定向。然而，為了確保峰頂向下 布置，專利還公開了一種嵌入在耐火主體內(nèi)的加重裝置。此外，雖然該專利教導(dǎo)了可以改變 多邊形截面的形狀來調(diào)整主體進(jìn)入排出噴嘴時的堵塞程度或節(jié)流效果，但是發(fā)現(xiàn)使旋渦抑 制器的形狀從優(yōu)選實施例中的四面體形狀改變可能影響主體的定向穩(wěn)定性。具體地說，在 主體布置于熔融金屬池期間或在排出熔融金屬的容器運動期間，當(dāng)主體受到外部影響時， 幾何均衡性可能打亂所期望的峰頂?shù)南蛳露ㄏ?。此外，諸如芯部件等獨立加重裝置的使用 大大地增加了制造旋渦抑制器的復(fù)雜性而受冷遇。因此，對于大部分技術(shù)而言，旋渦抑制件領(lǐng)域存在改進(jìn)空間
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過提供如下旋渦抑制器來克服上述的缺陷，該旋渦抑制器由具有半球狀 的均質(zhì)可澆鑄耐火主體構(gòu)成。主體包括從頂部向下延伸的多個恒定尺寸槽。主體從頂部向 峰頂漸縮。這樣均衡后(proportioned)，重心低于浮心并靠近峰頂。結(jié)果，主體使自身在熔 融金屬中峰頂朝下定向，而無需將加重芯嵌入到耐火主體中所需的時間和勞力。通常，本發(fā)明的旋渦抑制器包括由均質(zhì)可澆鑄耐火材料制成的主體。應(yīng)該理解到， 術(shù)語“均質(zhì)”不完全要求材料同質(zhì)，而是可以包括彈丸(shot)、鋼釬維或可以與可澆鑄耐火 材料相容地混合的其它材料，以便調(diào)整主體的比重。在任何情況下，均質(zhì)混合物的比重被選 擇為將主體浮動地支撐在爐渣層和熔融金屬層的交界面。主體具有大致半球形形狀并且具有從頂部向峰頂延伸的多個恒定尺寸槽。這種布 置方式使得排出能力穩(wěn)定，因此在出鋼口被磨損時，流體流動的旁流量(bypass value)也 是恒定的。根據(jù)所提供的恒定排出能力，即使出鋼口設(shè)置為裝置的中部，該制品仍在總體上 提供相當(dāng)穩(wěn)定的堵塞效果。這產(chǎn)生大致相同的產(chǎn)量，就如同采用允許出鋼口按最終出鋼時 間大約為初始出鋼時間的一半的速率被磨蝕的通常做法一樣。然后，作為上述功效的對立 面，排出鋼在堵塞物末端的輸出恒定。因此，本發(fā)明的制品實際用作具有帶槽排出口的盤。本發(fā)明制品的構(gòu)造允許制造商在生產(chǎn)部件時使用較少的材料。因此，降低了制造 成本。制品的整體形狀允許孔穿過部件的中心，從而使該制品成為與犧牲棒關(guān)聯(lián)使用的 鏢形件應(yīng)用的很好的候選物，該犧牲棒在美國專利No. 6，723，275"Vortex Inhibitor With Sacrificial Rod (帶犧牲棒的旋渦抑制器)”中有所描述，該美國專利通過引用并入本文。因此，本發(fā)明提供一種易于制造的主體，這是因為該主體通過將單一混合物澆注 在模具內(nèi)來容易地形成。然而，主體自動地自定向成主體的峰頂向下朝熔融金屬容器的噴 嘴延伸。結(jié)果，旋渦抑制器在由熔融金屬的排出引起的旋渦旋流內(nèi)自對準(zhǔn)。另外，不管側(cè) 面、突起部、凹槽或其它用于切斷旋渦引起的旋流的構(gòu)造的數(shù)量為多少，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的 旋渦抑制器的主體都保持重心和浮心的分離。結(jié)果，旋渦抑制器的主體可以構(gòu)造為與如下 節(jié)流比無關(guān)即在澆注操作期間保持容器中的爐渣層和熔融金屬分離的同時中斷熔融金屬 通過噴嘴排出所需的節(jié)流比。


參考結(jié)合附圖閱讀對優(yōu)選實施例的以下詳細(xì)描述能更清楚地理解本發(fā)明，在所有 附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件，其中圖1是容納根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的旋渦抑制器的熔融金屬容器的正視圖；圖2是圖1中所示的旋渦抑制器的側(cè)視圖；圖3是圖1中所示的旋渦抑制器的俯視圖；
圖4是圖1中所示的旋渦抑制器的峰頂?shù)囊晥D；以及圖5是大致從峰頂看去的圖1所示的旋渦抑制器的透視圖。
具體實施例方式首先參考圖1，示出了熔融金屬容器10，其具有帶排出噴嘴14的底壁12。容器10 可以是使熔融金屬通過噴嘴14排出的熔爐、鋼水包、中間包或其它容器形式。不管容器是 何類型，示出的容器10容納有熔融金屬層16。爐渣層18具有比熔融金屬16的比重小的比 重并位于熔融金屬層16上方。示出的根據(jù)本發(fā)明的旋渦抑制器20被支撐在容器10內(nèi)的 爐渣層18和熔融金屬層16的交界面。下面參考圖2至圖5，旋渦抑制器20包括主體22，該主體22具有頂部26和限定 為峰頂(apex)的基部24。示出了內(nèi)圓錐體28形成在多個向外延伸元件30、32、34、36、38 和40內(nèi)。突起(或外延)元件30、32、34、36、38和40被相同個數(shù)的具有恒定寬度的槽42、 44、46、48、50和52隔開。應(yīng)該理解到，雖然示例了六個向外延伸元件，但可以使用數(shù)量更多 或更少的元件。內(nèi)圓錐體28終止于峰頂41。旋渦抑制器20的直徑優(yōu)選地大于噴嘴孔14的直徑(可以根據(jù)使用而變化)，從 而僅僅主體22的一部分落在噴嘴14內(nèi)。由于熔爐內(nèi)苛刻的環(huán)境條件，旋渦抑制器20的直 徑可以顯著大于噴嘴孔14的直徑，以便即使噴嘴孔14的直徑隨著經(jīng)常被使用而變大，對主 體22的腐蝕(諸如突起(或外延)元件30、32、34、36、38和40的腐蝕)也不會使旋渦抑 制器20的最外點的直徑顯著減小為小于噴嘴孔14的直徑。旋渦抑制器20可以具有如下主體22 該主體22具有各種合適的形狀(例如，半 球形狀、半橢球形狀等)和構(gòu)造(例如，突起部、槽等)。例如，根據(jù)一個示例性實施例，旋渦 抑制器20可以具有半球狀主體部分22，如圖3最佳地示出，該主體22尤其包括徑向地且 相互成角度地從主體延伸的多個突起元件30、32、34、36、38和40，以限定多個城堡形構(gòu)造 (castellation)80。突起元件30、32、34、36、38和40可以從主體22的頂部26向下延伸到 主體22的基部24。突起元件30、32、34、36、38和40可以具有任意合適的形狀(例如，三角 形形狀等)并且可以以任意合適的形式布置或隔開(例如，彼此在橫向上等距地隔開等)。如所示，無論主體22的形狀是大致半球形形狀還是大致半橢球形形狀，恒定尺寸 槽42、44、46、48、50和52與圓錐體28 —起被設(shè)計為用來提供大致穩(wěn)定的堵塞效果。因此， 如此成形的旋渦抑制器20能在由于磨損而尺寸逐漸增大的孔內(nèi)配合并有效地運行。即使 遵循通常做法而使孔以最終出鋼時間為初始出鋼時間的一半的速率被磨損，這種設(shè)計也能 允許生產(chǎn)量保持相同。然后，作為上述功效的對立面，排出鋼在堵塞物末端的輸出恒定。雖然在上文中描述了本發(fā)明，但是對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯而易見的是，可以 在不脫離所附權(quán)利要求書中所限定的本發(fā)明的范圍和精神的情況下對本發(fā)明進(jìn)行許多變型。
權(quán)利要求
一種從排出噴嘴澆注的熔融金屬的旋渦抑制器，主要包括可澆鑄耐火主體，其具有幾何上均衡的形狀，從而使所述可澆鑄耐火主體的重心低于浮心并且所述重心朝向錐形形狀的峰頂，從而當(dāng)所述可澆鑄耐火主體被支撐在所述熔融金屬中時，所述可澆鑄耐火主體自定向在峰頂向下的位置，其中，所述可澆鑄耐火主體包括具有頂部和峰頂?shù)陌肭蝮w、以及在所述頂部和所述峰頂之間延伸的多個恒定尺寸槽。
2.一種從排出噴嘴澆注的熔融金屬的旋渦抑制器，包括 部分具有多個大致三角形形狀的徑向延伸的 突起部，所述突起部繞所述主體沿周向布置以限定多個城堡形構(gòu)造。
3.如權(quán)利要求2所述的旋渦抑制器，其中，所述城堡形構(gòu)造向所述主體的峰頂延伸并且具有恒定的寬度。
4.如權(quán)利要求2所述的旋渦抑制器，其中，所述城堡形構(gòu)造向所述主體的峰頂延伸，具有恒定的寬度，并且具有面向主體的半徑 恒定的基面。
5.如權(quán)利要求2所述的旋渦抑制器，其中，所述城堡形構(gòu)造向所述主體的峰頂延伸，具有恒定的寬度，并且具有面向主體的半徑 恒定的基面。
6.如權(quán)利要求2所述的旋渦抑制器，其中，所述城堡形構(gòu)造向所述主體的峰頂延伸，并且三角形形狀的所述突起部具有大致恒定 的半徑。
7.如權(quán)利要求2所述的旋渦抑制器，其中，所述城堡形構(gòu)造向所述主體的峰頂延伸，并且三角形形狀的所述突起部具有半徑基本 上變化的表面。
8.如權(quán)利要求2所述的旋渦抑制器，其中，所述城堡形構(gòu)造向所述主體的峰頂延伸并且在到達(dá)所述峰頂之前終止。
9.一種從排出噴嘴澆注的熔融金屬的旋渦抑制器，包括具有大致曲形部分的主體，所述大致曲形部分具有多個成形的徑向延伸的突起部，所 述突起部繞所述主體沿周向布置以限定多個槽。
10.一種從排出噴嘴澆注的熔融金屬的旋渦抑制器，包括具有大致曲形部分的主體，所述大致曲形部分具有多個三角形形狀的徑向延伸的突起 部，所述突起部繞所述主體沿周向布置以限定多個恒定寬度槽。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于在熔融金屬通過噴嘴(14)排出期間從熔融金屬中分離爐渣的改進(jìn)型旋渦抑制器(20)，該旋渦抑制器包括大致均質(zhì)可澆鑄耐火主體(22)，該主體為大致成半球或半橢球形狀的主體(22)并具有多個大致三角形形狀的突起元件(30、32、34、36、38和40)，突起元件限定了從旋渦抑制器(20)的頂部(26)向下朝峰頂(41)延伸的多個大致恒定尺寸槽(42、44、46、48、50和52)。
文檔編號B22D41/00GK101970695SQ200880126527
公開日2011年2月9日 申請日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月11日
發(fā)明者約翰·W·德雷施, 羅伯特·J·科夫羅恩, 羅斯·A·雅各布斯 申請人:特創(chuàng)公司