一種滑門閥的防裂閥板的制作方法

專利名稱：一種滑門閥的防裂閥板的制作方法
說明本發明一般涉及用在滑門閥中的防裂閥板，這種滑門閥被用于控制一股熔化的金屬流，并且本發明特別涉及一種能夠防止因熱機械應力而產生裂紋的閥板。
滑門閥通常在煉鋼和其它冶金加工中被用于控制熔化的金屬流。這種閥通常包括一個支撐框架、一個上固定閥板和一個節流板，其中上固定閥板具有一個孔，該孔與一個用于引導熔化的金屬流的澆口杯或鑄勺嘴相對齊，節流板類似地具有一個可在該固定閥板下面滑動的金屬導流孔。在與連續的鑄模連接使用的滑門閥中，一個下固定閥板被提供在可移動的節流板的下面，該下固定閥板也類似地具有一個導流孔，該導流孔大體與上固定板的孔相對齊。熔化的金屬流的流動速率取決于可滑動的節流板上的孔與上固定板上的孔的重合度。可移動的節流板通常比固定節流板長，這是為了使節流板的孔的前邊緣和后邊緣都能夠對熔化的金屬流進行節流，同時通過使節流板的孔與固定板上的孔完全不重合，能夠完全切斷金屬流。通常，該節流板通過一個液壓連桿被滑動操縱在固定板之間。
節流板和固定板分別被安裝在一個下凹口和一個上凹口中，這些板中的每一個都通過一個成為其支承表面的表面落座在一個凹口中，同時通過一個成為其滑動或工作表面的表面與另一塊板相配合。
這種滑門閥的節流板和固定板都采用了耐熱和抗腐蝕的耐火材料，例如氧化鋁、氧化鋁-碳(aluminacarbon)、氧化鋯。然而，盡管這種耐火材料能夠耐熱和抗腐蝕，它們所承受的嚴重的熱機械應力最終會導致某種程度的開裂。例如，在煉鋼過程中，每一塊閥板在緊鄰導流孔的區域處承受大約1600℃的溫度，而其外部邊緣則只承受環境溫度。由于每塊板上緊鄰導流孔的區域的膨脹率明顯大于板的平均膨脹率，所以由此導致的巨大的熱梯度會產生大量的熱機械應力。這些應力會導致裂紋的形成，這些裂紋從板上的孔向外輻射擴展。如果不采取任何措施抑制這些裂紋的擴展，那么該裂紋就會一直擴展至板的外邊緣處，從而使板斷裂。
為了防止這種裂紋的擴展和由此導致的閥板斷裂，現有技術中已有了多種不同的解決方法。在第一種嘗試方法中，有人設計出了改進的夾緊機構。這些機構的目的是在板的周邊上施加足夠大的壓力，從而使源自孔的裂紋不能向板的邊緣擴展。一種這樣的機構包括一個框架，該框架具有螺旋操縱的楔子，該楔子與板的各個角相配合，該板被沿一個角度截切，該角度與楔子的角度互補。這樣一種系統在專利DE-C2-3,522,134中被公開。盡管這種框架和楔型夾緊機構構成了一種改進，但發明者已指出了這種方案中的一些缺點，這些缺點使之不能充分發揮其防裂的潛力。通常來講，夾緊力并沒有均勻地集中在裂紋產生量最大的區域處，該區域即是指，熱機械應力最大的孔的鄰近區域。另外，申請人已注意到，一般而言，這種板中截切角的角度方向并不能如預想的那樣最優地防止裂紋的擴展。這種非最優的原因是，裂紋的形成并非均勻地分布在孔周圍360°的范圍內，而是沿所有閥板的縱向中心線產生偏離，無論這些閥板是固定的還是可移動的。這種裂紋圍繞板孔的非對稱分布被認為是由節流板在固定板表面上的縱向滑動造成的。
美國專利No.5,626,164公開了一種防裂閥板；所述板的形狀被設計用于防止其中裂紋的形成和擴展。該板具有一條軸線，和一個沿所述軸線布置的用于引導熔融金屬的孔，和用于向所述軸線將夾緊力集中在所述孔附近的截切角，其中，每一個所述截切角都與一條直線相正交，該直線從所述孔的一個切點延伸，穿過所述軸線，并且通過各直線的一個交點，這些直線平行于相交的板邊緣，這些直線與所述邊緣的距離等于所述孔的寬度的一半。
在專利文獻WO-A1-98/05451中，公開了另一種此類解決方法，其中板的各個側表面之間都定義了角度，以便延長板的壽命。
盡管美國專利No.5,626,164已經在先前已知方案的基礎上構成了一種明顯的改進，申請人依舊試圖對板的形狀進行優化。顯然，我們需要一種閥板，該閥板的形狀最優地將夾緊力集中在板上最易產生裂紋的區域內，從而盡可能地阻止任何這種裂紋的擴展。理想的情況是，角應該具有足夠的長度，以避免角中產生不良的局部機械應力。一般而言，本發明是一種用于滑門閥的防裂閥板組件，該防裂閥板組件能夠克服或者至少改善現有技術中的所有缺點，或者該防裂閥板組件的性能至少等同于美國專利No.5,626,164中所公開的板的性能。
這樣，本發明涉及一種用于滑門閥的耐火板，該耐火板具有一個用于引導熔化的金屬的孔，即澆注孔。通常所述孔是圓形的，更一般地講，該孔由一個直徑為Ф的圓C所限定。
該板可以由一個矩形R所限定，該矩形R具有兩條與該板在滑門閥中的滑動軌道相平行的邊。矩形R具有一條縱向軸線，該軸線被定義為矩形R最長的對稱軸線，并且將與該板的優選滑動軌道相重合。然而，我們應清楚地知道，該優選滑動軌道的概念是根據本發明的板的一個固有特征，并且該板可以沿一個非最優或非優選的方向在一個門閥內滑動。
為了便于加工，矩形R被兩條相互垂直的線分成了四個象限，這兩條垂直線相交于圓C的圓心處，并且分別平行于矩形R的長邊和短邊。每個象限具有相交的對角線連接圓C的圓心和矩形R的角的對角線D1、D′1、D″1、D1和連接兩條相互垂直的線與矩形R的邊的相鄰交點的對角線D2、D′2、D″2、D2，其中這兩條垂線相交于圓C的圓心。
澆注孔可位于板的中心，但在通常情況下，該孔沿縱向軸線偏移，從而使節流能夠產生在較長的區域上。該澆注孔也可以沿一條與縱向軸線垂直的軸線輕微偏移。
該板具有帶斜角的邊緣—形成了矩形R的截切角—用于將夾緊力向孔附近集中并且向節流區域集中，從而防止其中的裂紋形成和擴展。
根據本發明，至少有一部分邊緣被定義如下-距澆注孔最遠(因此，距節流區域最近)的邊緣大體平行于包含所述邊緣的象限的對角線D2，和-距澆注孔最近(因此，距節流區域最遠)的邊緣大體平行于-一條與包含所述邊緣的象限的對角線D1相垂直的線；或-包括所述邊緣的象限的一條對角線D2；或-一條夾在如上定義的直線之間的線。
我們將明白，在本說明書的范圍內，當兩個方向被描述為大體平行時，這意味著這兩個方向的平行公差不超過±5°。
實際上申請人已經確定，這樣一種板形狀最優地將夾緊力集中在該板的兩個不同區域上。一方面，節流區域被保持處于壓縮狀態，從而防止了該區域內裂紋的出現，而另一方面，澆注孔的周邊也被保持處于壓縮狀態，從而防止了裂紋從澆注孔向外輻射擴展。
申請人注意到，這種重新設計的板極為有利。
第一，觀察到的裂紋數量大大減少。第二，即使仍然產生裂紋，這些裂紋也不會擴展到板的邊緣處，從而空氣的進入被明顯減少。第三，當根據本發明的板與合適的夾緊裝置聯合使用時，任何可能出現的裂紋只出現在可接受的區域，即是說，它們不出現在節流區域，同時它們也不直接出現在澆注孔和最近邊緣之間的區域內。
該板可以關于其縱向軸線對稱，但在推薦實施例中，該板并不關于其縱向軸線對稱。
由于這種不對稱，該板可以只被安裝在上凹口中的一個位置和下凹口中的一個位置，從而在需要對該板進行再循環利用的情況下，當該板從一個位置移動至另一位置時，該板的支承表面就變為其滑動或工作表面。
該板可以只具有如上定義的四個邊緣，但是為了避免尖角，它可以具有更多的邊緣。在這種情況下，補充的邊緣可以(或不可以)平行和/或垂直于縱向軸線。
必須明確的是，根據本發明，該板并非必須為多角形。相反，當在板的周圍使用一個夾緊箍時，這種夾緊箍會在由相鄰邊緣定義的頂角上施加局部機械應力，該應力會轉變為裂紋。因此，最好將板角做成圓角。
在推薦實施例中，只有一部分邊緣滿足上述定義。較優的方案是，各邊緣的匹配連接段由連接所述邊緣部分的曲線構成，最優方案是各邊緣的匹配連接段由所述邊緣的過渡半徑構成。
對附圖的簡要說明

圖1和圖2是本發明的板的俯視平面圖。
對推薦實施例的詳細說明現參看圖1，其中所有圖中類似的標號表示類似的組件，本發明涉及一種用于滑門閥的閥板1，這種滑門閥被用于控制從澆口杯流向鑄模或從鑄勺流向澆口杯的熔化鋼或其它金屬流。
板1具有一個用于澆注熔化的金屬流的孔3。所述澆注孔3由一個以4為圓心的圓C所限定。圖1表示了一個帶有非圓形澆注孔的板，而圖2表示了一個板，該板帶有與圓C相應的澆注孔3。矩形R可在圖1和圖2中看到。矩形R限定了板1，并且矩形R的最長邊與該板在滑門閥中的滑動軌道2相平行。
為了便于加工，必須畫兩條相互垂直的直線5和6，這兩條直線相交于圓C的圓心4處，并且分別平行于矩形R的短邊和長邊。這樣，這些直線限定了矩形R的四個象限。每個象限都具有相交的對角線連接圓C的圓心4和矩形R的四個角(7，8，9，10)的對角線D1、D′1、D″1、D1和連接直線5和6與矩形R的邊的相鄰交點(11，12，13，14)的對角線D2、D′2、D″2、D2。
根據本發明，被特別設計用于將夾緊力集中在節流區域處的板邊緣至少有一部分(即承受夾緊力的部分)平行于包含所述邊緣的象限的對角線D2或D′2，該邊緣即是指邊緣15和16，這兩條邊緣距澆注孔3最遠，從而距節流區域最近。
在圖1和圖2中，邊緣15的至少一部分平行于對角線D2，而邊緣16的至少一部分平行于對角線D′2。在圖1中，邊緣15和16完全平行于對角線D2和D′2，而在圖2中，邊緣15和16只有一部分平行于對角線D2和D′2。
被特別設計用于將夾緊力集中在澆注孔3周圍的板邊緣可以垂直于包含所述邊緣的象限的對角線D″1或D1，或者換句話說，平行于方向19或20，方向19和20被定義為對角線D″1或D1的垂線，其中所述邊緣即是指距澆注孔3最近的邊緣17和18。該實施例如圖2中的邊緣17和18所示，該邊緣17和18分別垂直于對角線D″1和D1。
或者，這些邊緣17和18可以平行于包含它們的象限的對角線D″2或D2，如圖1中的邊緣18所示，該邊緣18平行于對角線D2。
在另一種方案中，邊緣17和18的方向可以介于上文所定義的兩個方向之間，如圖1中的邊緣17所示。邊緣15、16、17和18可以相互接觸，從而形成一個四邊形板1，該四邊形板1由連接在一起的對角線D2、D′2、D″2和D2所限定。顯然，為了避免機械應力，最好避免這種尖頭形板角。因此，推薦邊緣15、16、17和18不直接接觸。它們可被直線分隔開，推薦這些直線平行于矩形的邊，如圖1所示。
更加優選的方案是，它們被過渡曲線分隔開。
在圖2中，邊緣15和16及邊緣17和18通過過渡半徑21和22相互連接。
根據本發明，最主要的參數是邊緣15、16、17和18的方向，該方向將決定這些邊緣對夾緊力進行集中以避免出現裂紋的方式。它們相對澆注孔3的位置，即邊緣15、16、17和18沿各自的對角線D1，D′1，D″1，D1的位置對于這一標準而言不是很重要。然而，邊緣15、16、17和18最好不要過長，從而避免因尖頭形板角而產生機械應力，同時也不要過短，從而能夠在需要處有效地對夾緊力進行集中。
因此，距節流區域最近的邊緣，即邊緣15和16(或其凸出部分)在矩形R短邊上的截切點應該優選地分別介于矩形R短邊長度的1/8和3/8之間以及5/8和7/8之間。
這種要求對于該板的其它邊(即邊緣距澆注孔最近處的邊)而言不是很重要，從而邊緣17和18(或其凸出部分)在矩形R短邊上的截切點應該優選地介于矩形R短邊長度的1/10和9/10之間。
為了確定一個板是否根據本發明而設計，必須構造出限定該板的矩形R。如果該板是不規則的-通常情況都如此-那么限定所述板的矩形就有無窮多個。然而，只有一個矩形R既能夠限定該板又具有平行于該板的優選軌道的邊緣。該板的優選軌道可以很容易被找到。事實上，根據上文定義的板的加工規則，我們應該知道，在距澆注孔最遠的邊上，板(1)的至少一部分邊緣(15，16)必須平行于矩形R的一個象限的對角線(D2或D′2)。
因此，如果這些邊緣部分被延長直至相交，就可以形成一個具有一個頂點的扇形，該頂點是延長的邊緣(15和16)的交點。該扇形與由對角線D2和D′2及它們的頂點(11)所形成的扇形相似。另一方面，至少存在一對(通常是無窮多對)平行線(E1，E2)，其中一條線(E1)包括限定澆注孔(3)的圓C的圓心(4)，而另一條線(E2)與板的一條邊緣相切，該邊緣遠離澆注孔(3)。對每一對平行線(E1，E2)而言，只有一條線(E3)既同時垂直于平行線E1和E2，又包括限定澆注孔(3)的圓C的圓心(4)。
最后，這些直線(E1，E2，E3)組合中只有一組使得E1和E3與相互垂直的直線(5和6)重合，其中直線(5和6)被用于板的加工。因此，如果如上所定義的扇形的頂點(通過平移)被移到垂直線E2和E3的交點上，則這些線(E2和E3)只有一種可能的方向使得產生上述扇形的直線與對角線D2和D′2重合，同時使直線E2和E3的交點與頂點11重合。根據這種加工規則，對角線D2和D′2與直線E1(這樣，該直線與直線5重合)的交點應該位于該板的邊界上或位于板外，但決不會位于板內。找出這一方向后，就可以很容易地畫出矩形R，該矩形R具有平行于直線5和6(或E1和E2)的邊。
權利要求
1.一種滑門閥的耐火板(1)，該板具有一個澆注孔(3)，該澆注孔由一個以圓心(4)為中心的圓C所限定，板(1)由一個矩形R所限定，矩形R有兩條邊平行于板(1)在滑門閥中的優選滑動軌道，矩形R被兩條相互垂直且相交于圓心(4)的直線(5，6)劃分為四個象限，其中垂直線(5，6)分別平行于矩形R短邊和長邊，每個象限都具有相交的對角線連接圓C的圓心(4)和矩形R的角(7，8，9，10)的對角線D1、D′1、D″1、D1和連接兩條相互垂直的線(5，6)與矩形R的邊的相鄰交點(11，12，13，14)的對角線D2、D′2、D″2、D2，其中這兩條垂線相交于圓C的圓心(4)，其特征在于，板(1)的邊緣(15，16，17，18)中至少有一部分被定義如下-距澆注孔(3)最遠的邊緣(15，16)分別大體平行于包含所述邊緣的象限的對角線D2或D′2，和-距澆注孔(3)最近的邊緣(17，18)分別大體平行于一條與包含所述邊緣的象限的對角線D″1或D1相垂直的線(19，20)；或包括所述邊緣的象限的一條對角線D″2或D2；或一條夾在直線19或20和D″2或D2之間的線。
2.如權利要求1所述的板，其特征在于，該板不關于該板的優選滑動軌道對稱。
3.如權利要求1或2所述的板，其特征在于，邊緣15和16或其凸出部分在矩形R短邊上的截切點分別介于矩形R的所述短邊長度的1/8和3/8之間以及5/8和7/8之間。
4.如權利要求1至3其中之一所述的板，其特征在于，邊緣17和18或其凸出部分在矩形R短邊上的截切點介于矩形R的所述短邊長度的1/10和9/10之間。
5.如權利要求1至4其中之一所述的板，其特征在于，邊緣15和16通過過渡曲線相互連接，優選通過過渡半徑相互連接。
6.如權利要求1至5其中之一所述的板，其特征在于，邊緣17和18通過過渡曲線相互連接，優選通過過渡半徑相互連接。
全文摘要
本發明涉及一種用于滑門閥的耐火板(1),該板具有一個澆注孔(3),該澆注孔由一個以(4)為圓心的圓C所限定,板(1)的邊緣(15,16,17,18)中至少有一部分被加工成斜角,從而最優地將夾緊力集中在節流區域內和澆注孔周圍。
文檔編號B22D41/24GK1362902SQ00806744
公開日2002年8月7日 申請日期2000年12月5日 優先權日1999年12月10日
發明者漢斯·羅斯福斯, 文森特·保斯德奎因 申請人:維蘇維尤斯·克魯斯布公司