TW555860B - Vortex inhibitor and method for improving metal pouring process - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 555860 A7 --—______ B7 五、發明說明（i ) 發明領域 本發明係有關一種在轉移及輸送熔融金屬期間用於加 強炫融金屬組合物的冶金處理之方法及裝置。 背景技藝 在傳統的金屬合金製造中，將製造一預定金屬組合物 的成份導入譬如基本氧氣爐或電弧爐等爐具中，組份在爐 中進行液化及混合而構成一炫融金屬澆鱗物。一層含有雜 質及催化劑的熔渣係承載在熔融金屬層的頂上，熔融金屬 隨後排放至一鑄勺以運送至一中間處理站或另一製造裝置 (譬如絞股或薄片處理）。在此製造裝置處，金屬從鑄勺排 出至一容器（如中間漏槽）。處理站雖然可具有熱源以在澆 鑄物抵達目的地之後使之保持為液體混合物，但先前習知 的開頂式鑄勺將會損失大幅的熱量。 為了節省能源，已知在熔融金屬從爐具運送至處理設 備及處理期間將鑄勺予以閉合係為有效的方式。並且，近 來的另一種創新係藉由將冶金強化劑加入熔渣層或熔融金 屬中並在鑄勺中維持熱能或予以調整來加強澆鑄物的冶金 組合物。不幸地，即使在熔融金屬從爐具到處理站或製造 裝置的運送期間鑄勺室的閉合雖然仍可具有冶金強化的作 用，但是長期的處理狀況因素（包括熱量及不易近接等因素） 將無法在這些容器中成功地採用先前習知的洗鱗控制技術。 譬如，閉合容器無法採用先前習知從容器排放予以控 制之技術，其中如同靜態爐具般地設有一耐熱栓塞且藉由 機械臂降低至噴嘴上方。並且，當容器中之㈣金屬水位 裝---------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 555860 A7 ________B7____ 五、發明說明（2 ) 趨近將在排放嘴上形成旋渦的臨界值時，無法將先前習知 的耐熱體部（譬如頒予科夫龍（Koffron)的美國專利 4,601，415號所揭示）導入一閉合容器中。並且，具有只以浮 力方式支樓在溶融金屬中的比重之先前習知的耐熱體部可 能會在長期暴露於鑄勺狀況下快速劣化，且不能在與熔融 金屬及炼潰層介面長期接觸時完成其預定功能。 發明揭示 本發明可藉由提供一種方法及裝置來加強熔融金屬的 處理並在加強處理後可改善來自容器具有改良品質的金屬 排放量，以克服上述缺點。一般較佳係在譬如藉由導入一 平衡組合物以達成容器中的目標均衡組合物而開始中間精 製之後’將冶金改良金屬澆鑄處理的程序以及包含用覆蓋 件來閉合金屬澆鑄容器之強化輸送予以合併在一起。此方 法包合導入一具有特殊構造的耐熱體部，並在容器中保持 有較佳由平衡組合物構成之金屬澆鑄物以及一耐熱體部， 直到停止排放熔融金屬為止。藉由一具有特殊構造的旋渦 抑制器來幫助維持長期的耐熱體部，其中可配合在鑄勺内 之耐熱組合物體部係具有經調整的比重。相較於在溶潰 與鑄勺中的熔融金屬介面處以浮力將體部支撐在熔融金屬 中所為的比重比值，經調整的比重係具有更低之鋼壓載對 於耐熱材料的比值。為了在介面處具有較佳的對準，此比 值車X佳亦大於將體部完全支撑在炼渣層中所須比重的比 值。較佳，耐熱體部亦包括一滲透抑制器，以對抗在金屬 中停留時間全程之體部的劣化。 -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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五、發明說明（3 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此，本發明提供一種耐熱體部，其可對抗長期暴露 於熔融金屬、熔渣及所留置熱量之全程的劣化。本發明提 供一種明顯更堅固的結構，其可維持體部的完整性以在先 前習知的炫潰控制或改善良率技術不相容之澆鑄操作中提 供降低旋渦的作用。此外，受到覆蓋的鑄勺可提供一種改 良的轉移機構以及一種強化的冶金製造系統，其相較於先 前習知的製造系統將可在生產合金時允許有更大的精確 度，並改良高品質金屬的生產或產能利用量，且有更大的 能量效率。 圖式簡單說明 第1圖為一種金屬製造處理設備之部份示意圖，其中包 括此系統所用之一轉移容器的剖視圖； 第2圖為一鑄勺底部之放大剖視圖，其中具有用於排出 熔融金屬之一閘閥嘴配置；及 第3圖為沿第2圖的線3-3所取之放大剖視圖。 較佳實施例的詳細描述 現在參照第1圖，圖中顯示一金屬製造系統丨〇，此系統 包含一形成設備12、一轉移機構14、及一處理設備16。形 成設備12可包括一基本氧氣爐、一電弧爐或其他合金熔融 設備，其中將金屬製造的基本原料導入爐中並加熱使原料 炫融並互相混合以產生一種特別理想的金屬組合物。爐具 13中形成的金屬量及特殊組合物雖然與導入爐中的原始原 料一致，各成份中的雜質將可能導致在所需要的金屬組合 物與處理設備16所採用金屬的需求之間產生差異。處理設 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 7 Ί J--------I----I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 555860 五、發明說明（4 ) 備16可為一種大量製造設備，譬如為一種包括一中間漏槽 的紋股设備，其可接收熔融金屬而以絞股、薄片、或其他 形狀的熔融金屬物予以輸送，並可硬化以供後續再度加 熱、定型、成形或處理操作之用。然而，設備12及16之間 的複雜度、尺寸及功能差異將使其需採用一轉移機構Μ， 藉以從形成設備12卸下熔融金屬並輸送至一中間處理站" 或處理設備16、或輸送於此站與此設備之間。 Φ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明亦非常適用於系統10，其中可在製造設備12與 處理設備16之間包括一中間處理站15(譬如次級精製設 備）。一般而言，爐具可製造具有目標化學特性及溫度範圍 的鋼，隨後將此種鋼澆鑄入一鑄勺中並運送至一鑄勺精製 爐、攪拌站、或除氣站（各站均可稱為中間處理站）以有效 調整金屬的化學特性，然後依據通常由顧客訂單所指定需 要的生產等級而將化學特性及溫度調整至很精確的狹窄範 圍。因此，依需要，從爐中排出的各種熱量（澆鑄）基本上 可符合相同的化學特性範圍，然後在鑄勺精製爐處對於所 生產等級作出所有化學調整。在一項範例中可採用下列方 式來改良規格中的含量要求：添加譬如鈣、錳、鋁、一氧 化鎂、矽及碳化鈣等材料；將氬氣以氣泡貫穿過鋼；及利 用電極或其他再加熱程序進行再度加熱。較佳係在外來裝 置並未將體部限制在排放嘴上方位置中時，在導入一耐熱 體部之前先行發生中間處理。 一般而言，轉移機構14包括一位移器18以轉移一熔融 金屬負載。較佳實施例中，位移器18包括一鑄勺22，藉 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 555860 A7 ----- B7 五、發明說明（5 ) 一吊具20或其他傳送裝置來承載此鑄勺22，鑄勺22的蓋9〇 亦可具有一吊具24。一般而言，吊具20將鑄勺輸送至形成 设備12 ’使得鑄勺22的開放頂部26可接收在設備12處來自 爐具13的一嘴或其他排放開口之排放物。同樣地，鑄勺包 括一排放嘴28，而能夠在處理設備16處將内容物排放至一 中間漏槽或其他接收容器。較佳，嘴28包括一閘閥3〇，閘 閥30可對於一控制器32作出回應。 控制器32包括位於嘴上之一感測器，以偵測通過嘴的 流動何時受到節流（亦即藉由一旋渦抑制器或其他栓塞予 以降低體積）以終止來自鑄勺的金屬排放（較佳發生於浮在 熔融金屬頂上的熔渣與熔融金屬相混合之前）。但在使用旋 渦抑制器時，因為體部已經藉由消除旋渦而幾乎消除金屬· 炫潰的混合，所以幾乎在瞬間發生從金屬到熔渣的轉變， 此轉變發生得很快而更接近分離式轉變。通常當作業員觀 察到或自動感測到熔渣時則停止排放，但在觀察到節流時 作出回應而終止的方式中則可能無法具有最大的產出量。 作業員可觀察到或者自動感測到節流效應、或從金屬到熔 渣流的轉變。此外，可回應於節流的偵測或是熔渣含量的 偵測而以人工或自動方式啟動控制器32的反應。 如第2圖清楚顯示，可藉由回應於節流偵測之液壓機械 機構來操縱停止流動的反應。譬如，一液壓缸4〇係與一滑 罩46相接合，液壓缸4〇的活塞42與一導件料相聯結。滑罩 46包括一凹部，此凹部係承載以耐熱材料製成之一滑板 48，滑板48係滑動至亦由耐熱材料製成且承載於磚塊設定 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） f - J.---；--- I ^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 9 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 555860 A7 B7 五、發明說明（6 ) 金屬52中之一底板50鄰近處。磚塊設定金屬52係包括板所 用之四個側邊支撐物以及一調整機構，其具有一設定螺絲 54以在碑塊設定金屬安裝至鑄勺時用以調整底板5〇相對於 嘴嵌件的位置，使得底板開口 56與一嘴嵌件60中的開口 58 相對準。一底板支撐物62係安裝或熔接至鑄勺套並與利用 螺栓接合至底板支撐物62之滑板殼體64相接合。 利用習知方式藉由滑罩回應液壓缸4〇的操作，而使滑 板48中的開口 66產生位移。此外，滑罩係由一夾臂76支撐 在一夾件68中（第3圖）以將一滑槽嘴70扣持在一滑槽嘴罩 内’滑槽嘴70亦包括可與底板50之滑板48、56中的開口 66 以及嵌件嘴60中之嘴開口 58相對準之一開口74。滑槽嘴罩 72係滑動及旋轉進入位置中而插接式鎖入滑罩“中，一夾 臂76包括一位於中心上方的肘節，此肘節可回應一夾桿肋 而移動以將滑槽嘴70與嵌件嘴6〇及閘閥保持對準，藉由滑 板48相對於底板50位移而開啟此閘閥。藉由安裝在閘的一 最不受熱影響位置處之一線圈彈簧82將面對的負載物支撐 在滑動的碑塊48上。 藉由可能為一種耐熱材料或一種耐熱塗套所製成之一 蓋或覆蓋件90將鑄勺的開放頂部26予以閉合，藉由一吊具 24將覆蓋件90予以承載及定位，覆蓋件9〇可位於容器上或 絞鏈式接合至容器，以將閉合的嘴28與開放頂部％之間的 鑄：内室23予以封閉。先前已知可利用此覆蓋件將熱量留 在室23内，並且，由於鑄勺中所留置的熱量，可在運送期 間對於鑄勺的内容物作出加強的冶金調整。特別是， — II--I I ---I I I I I ^ «— — — — — —I — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

10 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 555860 A7 B7 五、發明說明（7 ) 蓋件90位於一鑄勺22的開放頂部26上之前，可將額外的合 金組份及催化劑導入室23以將内容物予以精製。特別是， 室23中的熔融金屬組合物可保持在所需的合金或組合物範 圍以内，同時溶逢層可持續提供從炼融金屬移除雜質並避 免雜質再度導入炫融金屬内容物之催化劑。 較佳並未在運送期間作出調整，而是在鑄勺位於中間 處理站15或次級精製設備時進行調整。在鋼的化學特性及 溫度抵達狹窄的目標範圍之前，並未從中間處理站15或次 級精製設備處釋放用於運送至製造設備之鑄勺。較佳當在 中間處理站15或次級精製設備已作所有調整之後，將耐熱 體部***鑄勺内。較佳在覆蓋件9〇放在頂上之前、更佳在 導入耐熱體部之前，可在運送至製造設備期間於精製設備 處、或在製造設備處發生中間處理。 由於開放頂部26及鑄勺22的嘴22受到閉合，譬如在需 要排放金屬時使用一旋渦抑制器來控制熔渣層與熔融金屬 層的相互混合等其他強化方式將不能夠接近此室23。並 且，當藉由位移機構24抵達處理設備16的目標容器17時， 在熔融金屬澆鑄物大致完成或完全完成之前，覆蓋件可 能不會開啟。部份工廠係在鑄勺幾乎排空時才從鑄勺移除 覆蓋件，可當排放铸勺幾乎排空且將下個充滿的缚勺以不 加盖方式f到連續腳輪時達成此作用。 因此，將一旋渴抑帝J器導入受覆蓋的一鎮勺的方式係 代表對於耐熱體部與熔融金屬及熔渣層相接觸時與先前習 知使用方式顯著不同之-段時間。因此與先前習知的旋渴 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -----------裝---------訂---------4. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11 555860 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（8 ) 抑制器不同，將耐熱體部的比重及耐熱性予以調整，以大 致在充填之後與延長的密閉運送時間之後發生的澆鑄步驟 中提供適當的結果。澆鑄較佳係發生於中間處理之後，澆 鱗步驟雖然可為35至1 80分鐘之久，耐熱體部必須在堯鱗步 驟的最後部份（譬如10分鐘）期間提供適當的結果。 一項範例中，雖然常用具有4.8至5.2比重的耐熱體部 在約2至10分鐘期間讓爐中熔渣層與熔融金屬層之間保持 分離，以在可用於使來自排放嘴的流動停止之節流或其他 終止點之前在爐中熔融金屬的臨界高度水位處抑制旋渦的 生成，但這些體部在閉合的鑄勺環境中並無效用。因此作 了數項改變，以幫助在禱勺環境中加長旋渦抑制器的壽 命。特別是，鋁體（Ah〇3)變成高溫度範圍且將對於其餘組 份的比例將從約45%重量增至約70%重量。此外，將此組 份係與1%至2%重量的高溫水泥（譬如鋁酸鈣水泥、或具有 相等高強度或低水含量的水泥）相混合。 並且將鋼壓載對於耐熱材料的比值降低以提供特定比 重’較佳約3.7、但較佳仍大致位於2.7至4.5範圍之内。此 外’將較佳為含碳材料顆粒狀之一種防濕劑導入耐熱混合 物中，以降低熔融金屬或熔渣滲透過體部而在鋼與熔渣延 長的接觸期間受到炫渣或炼融金屬所破壞、侵餘、腐触、 崩解、或溶解的量。但是亦可添加其他礦物基礎化合物（較 佳為矽酸鹽、蝴石夕酸鹽）及其他玻璃作為滲透抑制器之用。 通常可使用譬如一氧化鎂等更昂貴的耐熱材料，但避 免在有限費用的情形中使用。無論如何，耐熱體部均包括 本紙張尺度適用中國國家標準（CNs)A4規格（210 X 297公釐） 12 ^----------I---I 1線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 555860 A7

訂 • I I 請 先 閱 讀 背 Φ 之 注

i 555860 έ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 發明說明（10) 元件標號對照 10…金屬製造系統 46...滑罩 12...形成設備 48…滑板 13…爐具 50...底板 14…轉移機構 52...磚塊設定金屬 15...中間處理站 54...設定螺絲 16…處理設備 56…底板開口 17...中間漏槽 58···開口 18...位移器 60...嵌件嘴 20··.吊具 62...底板支撐物 22…鑄勺 6 4...滑板殼體 23...鑄勺室 6 6…開口 24…吊具 68…夾件 26…開放頂部 70...滑槽嘴 28…排放嘴 72...滑槽嘴罩 30…閘闊 74…開口 32...控制器 76…夾臂 40...液壓缸 80…夾桿 42...活塞 44…導件 90···蓋（覆蓋件） ---I-------I I --------til--I--I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 14

Claims (1)

1. 555860 /\S

   ㈣111759_利t請帛中請專職圍修正本91年1〇月3〇曰 1 ·種力疋渦抑制器，其用於在一鑄勺（22)輸送期間加強處 理熔融金屬，該鑄勺（22)具有一開口以及位於該開口上 之可閉合的覆蓋件（90),以及位於該鑄勺中之一排放 ▲嘴（28)，該抑制器包含·· 一耐熱體部，其形狀可配合在該鑄勺開口内； ，玄耐熱體部具有經調整的比重，藉由降低之鋼壓載 對於耐熱材料的比值所界定之該經調整的比重，係比將體浮力支撐在该鑄勺的熔融金屬中所需的比重值 更小； 该耐熱體部具有-渗透抑制，其可用於對抗該體 部受到溶渣及熔融金屬的劣化；及 該耐熱體部包括有經混合之鋼壓載與耐熱材料。 2·=申請專利範圍第旧之旋渴抑制器，纟中該滲透抑制 益包含添加至該混合物之一種含碳材料顆粒。 3·=申請專利範圍第旧之旋渦抑制器，纟中該滲透抑制 益係為以二氧化矽或矽酸鹽為基礎的玻璃。 (如申請專圍第丨項之制抑制器，纟中該耐教材料 包含耐火黏土。 5·如申請專利範圍第1項之漩渦抑制器 包含氧化鋁。 其中該耐熱材料 裝. 訂

   線 6·如申請專利範圍第5項之漩渦抑制器 量佔該耐熱材料的45%至70%。 7·如申請專利範圍第1項之漩渦抑制器 其中該氧化鋁含 其中在該混合物 本纸張尺度適川中( CNS

   申請專利範圍 中包含一種1¾溫結合劑。 8·如申請專利範圍第7項之漩渦抑制器，其中該高溫度結 合劑佔該混合物的1至2%重量。 9·如申請專利範圍第7項之漩渦抑制器，其中該結合劑為 銘酸舞水泥。

   ‘10·如申請專利範圍第丨項之漩渦抑制器，其中該經調整的 比重為2.7至4.5。 11. 如申請專利範圍第1〇項之漩渦抑制器，其中該經調整的 比重為3.7。 12. —種改良金屬澆鑄程序之方法，其係利用一金屬澆鑄容 器（22)，此金屬澆铸容器（22)係含有熔融金屬以及位於 w亥谷裔中之一排放開口（2 8)，且包含： 導入一具有經調整比重之耐熱體部，藉由降低的鋼 壓載對於耐熱材料的比值所界定之該經調整的比重，係

   比起將該體部以浮力支撐在熔融金屬中所需要的比重 值更小； 以一覆蓋件閉合該金屬澆鑄容器；及 在該熔融金屬停止排放之前，將該耐熱體部保持在 該容器中； ;其中該耐熱體部包括有經混合之鋼壓載與耐熱材 13·如申請專利範圍第12項之方法，其進—步包含在該容号 中進行中間處理。 ⑷如申請專利範圍第13項之方法，其中該中間處理包含缚 Λ8 B8

   勺精製。 15.Π:專:範圍第14項之方法，其中該精製包含在該閉 "步驟之前將一平衡組合物導入該容器中。 16·如申請專利範圍第13項之方法，豆中 7成八Τ 4積製步驟包含消 除氣體。 17.如申請專利範圍第13項之方法，其中該精製步驟包含搜 掉〇 18·如申請專利範圍第12項之方法，其進一步包含：在該導 入一耐熱體部步驟之前先藉由一防濕劑處理該體部以 限制該體部的劣化。 19·如申請專利範圍第18項之方法，其中該處理係為將含矽 材料與耐熱材料相混合，同時形成該體部。 2 〇 ·如申請專利範圍第丨2項之方法，其中該導入步驟包括一 耐熱體部，該耐熱體部的比重係比將該體部以浮力完全 支撐在該熔渣層中所需要的比重值更大。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 17