專利名稱：具有能形成不透氣層的外層的注塞桿的制作方法
在連續鑄鋼中，耐熱材料塊被用于引導及調控鋼水的流動。注塞桿特別用于調控和/或阻擋鋼水自鋼水包流向分配器以及從分配器流向連續鑄模。耐熱材料的使用條件甚為惡劣。它須經受熱應變、鋼水腐蝕、氧化以及因耐熱材料成分與鋼接觸相互作用所導致的所有反應。
所使用的耐熱材料一般含碳。它們經常使用碳連結并含有一些耐熱氧化物，諸如氧化鋁、氧化鋯、陶土、氧化鎂、二氧化硅、碳化硅及其它致密顆粒(grain dense)。這些耐熱材料一般還含有相當量的 石墨、無定形石墨、炭黑形式的碳以及從所用的粘合劑獲得的附加量碳。
本發明涉及一種注塞桿，它包括由含碳耐熱材料制成的、末端為一個桿頭的桿身。
此類注塞桿是已知的(GB-A-2,095,612)。它具有一個桿身，以及一個位于桿身末端的、由不同于桿身材料制成的加強桿頭。桿身與桿頭材料在一次操作中被共同壓縮成形。換言之，兩種不同成分的粉末，例如用于桿身的石墨氧化鋁與用于桿頭的氧化鋯或氧化鎂，同時引入同一個模具中，然后同時壓縮和煅燒。
但是，在此類注塞桿中，氧化鋁、氧化鋯和/或氧化鎂顆粒之間的結合是通過碳連結，即其中包含在混合物中的碳通過熱聚合形成包裹住不同顆粒的空間點陣。
高氧含量的腐蝕性鋼現被澆鑄，它們通常未用鋁或硅脫氧或者未完全脫氧，腐蝕此類注塞桿的桿頭。這導致注塞桿壽命縮短并需要經常更換。
另一方面，化合物尤其是氣體化合物之間會發生反應，所述化合物能在高溫下在構成桿頭的耐熱材料內和鋼水內產生。舉例來說，一氧化碳還原存在于桿頭表面的鋼水中的某些元素，并在這個表面上生成特別是氧化鋁的氧化物沉淀物。氧化物沉積逐漸妨礙對澆注通道的嚴密堵塞。
本發明的目的物正是一種克服了上述缺點的注塞桿。它提供了一種注塞桿，能防止其中化合物尤其是氣體化合物之間的反應，所述化合物能在高溫下在構成桿頭的耐熱材料以及鋼水中產生。
按照本發明，通過使桿頭包括一個部分或者完全包覆的外層而實現了上述結果。當其被加熱至1000℃以上時，該層能形成一個燒結、致密、不透氣的氧化層。
由于該層的存在，桿頭對于未脫氧或未完全脫氧的鋼水的耐腐蝕性增強相當多。注塞桿的使用壽命延長，因此為使用者帶來了很大的節省開支的經濟效益。
同樣避免了桿頭表面的氧化物沉積，所以對鋼水的調控不受影響。即使在長的澆注序列之后，對澆注口的嚴密堵塞的仍是可能的。
桿頭外層優選由含有燒結前體的一種耐熱材料組成。這些前體被設計為有利于燒結現象，即顆粒與顆粒之間的連結。它使得在較低的溫度下實現燒結，并在較短的時間內完成。
燒結前體特別地選自氧化鋁、活性氧化鋁、煅制二氧化硅、陶土、氧化物的細小顆粒(＜50微米)。桿尖外層優選由含至少4％(重量)至多9％(重量)碳的材料制成，包括含于所使用的粘結劑中的碳；其中1.5-6％(重量)為石墨形態。理想地、碳的總量按重量計不超過5％。
該外層可以由獨立于注塞桿之外制造的套組成，然后組合到注塞桿上；它還可以與桿身同時壓合制成。
優選采用同一種粘接劑以便粘合注塞桿的桿身材料以及外層材料。采用同一粘接劑在壓合制造注塞桿中帶來更大的方便。事實上，在后一種情形之下采用兩種不同的粘接劑壓合注塞桿是很困難的，甚至不可能。
根據一個優選實施方案，桿頭外層材料會有降低透氣性的試劑。這些試劑優選選自金屬加合物特別是硅加合物、硼砂、碳化硅、碳化硼。這些降低透氣性的試劑的目的在于加入到燒結桿尖外層時，形成的不透氣致密氧化物層，形成一個降低了透氣性的層。
在一個優選的實施方案中，外層含有至少80％的氧化鋁。其厚度不超過10毫米，且該不透氣的致密燒結層的厚度不超過5毫米。
本發明還涉及一種制造本發明注塞桿的方法。按照此方法，在一個熱處理步驟中，在桿尖表面形成一個致密不透氣的燒結層。該熱處理步驟優選通過將桿尖置于1000℃下少于20分鐘。該熱處理步驟可以在注塞桿預熱期間或者預熱之前進行。
參照附圖，通過閱讀下述非限制性實施例的說明，本發明的其它特點及好處將會了然。附圖中-

圖1是按照本發明的注塞桿的縱向剖面圖；-圖2及圖3是圖1代表的注塞桿桿尖的部分放大視圖；-圖4是用于根據本發明的注塞桿形成致密不透氣燒結層的優選使用的預熱方式的示意圖。
圖1中，注塞桿包括一個長形的桿身2。由于壓合芯的存在致使桿身留有一軸心通道3。軸心通道3從注塞桿上端延伸至距其下端很小一段距離處。桿身的上端可與未示出的裝置相連，接合到一個升降機構上，以便于垂直移動注塞桿，調控鋼水的流動。
在注塞桿的下端有一圓形桿尖5。注塞桿桿身由常規耐熱材料制成。所述耐熱材料舉例如含20-30％碳或者一種或多種耐熱氧化物的材料，所述氧化物如氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、氧化鎂等。
桿尖5的外層4由低石墨含量的耐熱材料組成，該材料的總灼燒損失小于9％。這表明當該材料在注塞桿預熱階段中被氧化時，它所含有的石墨以及粘結劑中的碳含量為耐熱材料重量的9％或更少。另一方面，外層4含有大量氧化物耐熱材料例如氧化鋁。最后，構成桿頭的外層4的材料含有燒結前體，特別是煅燒氧化鋁、活性煅燒氧化鋁、煅制二氧化硅或者陶土。氧化物耐熱材料的總量為至少等于80％。燒結前體一般是小粒徑顆粒，即高比表面顆粒。這種就增大了顆粒之間的接觸面積。煅燒氧化鋁的比表面大。而活性煅燒氧化鋁的比表面更大。煅制二氧化硅導致了氧化鋁和二氧化硅之間的用于形成模來石的反應。隨著模來石化，層4實現了致密化。陶土類體系在一較低溫度，1000-1100℃，同樣形成陶土粘結。
由于一種或多種燒結前體的存在，可以在較低溫度例如1000℃，形成二氧化鋁顆粒之間的粘結(陶土粘結)。該層致密、堅硬且具有極小直徑的孔。故此它不透氣。該層優選在注塞桿預熱過程中形成，但亦可在此前形成。預熱操作可以氧化含于外層4中的碳，因此而將它除去。這樣就得到位于桿尖5外表面的脫碳層。應該指出的是該脫碳層厚度很小。舉例言之，如果外層4厚10毫米，則脫碳層厚度典型地為3毫米，最大5毫米。這樣顯然外層4的相當大的厚度部分在預熱時并未脫碳。事實上在這一操作中可以同時觀察到兩個現象。一方面，碳的含量愈高，增加材料層透氣性的碳被氧化的比例就愈大；這正是材料層碳含量一般不應高，任何情況下均不應高于9％的原因。另一方面，碳被氧化的同時發生燒結現象，它相反地傾向于形成不透氣層，防止對耐熱材料內部進一步脫碳。為了使注塞桿滿意地運行，應使表層的燒結迅速超過其中的氧化反應。這就是提供上述燒結前體以便于和加速燒結的原因。
圖1所示的注塞桿通過所謂的各向同性共擠壓的方法制得。兩種混合物，其一對應于注塞桿的桿身2的成分，另一種對應于外層4的成分，同時被置于一具有軸芯的彈性模具中，所述軸芯用于最后形成對應的通道3。在一臺各向同性擠壓機中實現組合。對桿身2及外層4使用同一粘結劑。使用同一粘結劑具有很大的優點，因為它使塊間粘結更牢，并保證桿身2與外層4之間粘結更好。
圖2及圖3表示了圖1所示的注塞桿的一部分在預熱操作前(圖2)及預熱操作后(圖3)的情況。圖2中，對應于注塞桿桿身的層2與對應于外層厚度的層4在預熱前可以區別出來。圖3中形成桿身的層2保持不變。相反地，其后層4轉變成層4a及層4b，層4b構成了上述不透氣的致密燒結氧化層，層4b因為被層4a保護而未被氧化。其成分從而保持與預熱前的相同。結果顯然的是，開始時僅由兩個不同層組成的桿尖(busette)，現在含有三個不同的層。還優選在層4中加入降低透氣性的試劑。這些不透氣試劑例如金屬硅化物、硼砂、碳化硼(B4C)、氮化硼(BN)。這些試劑的目的在于降低層4b的透氣性，以形成防止氣體在鋼水包或分配器中的鋼水與耐熱材料桿身2之間流通的輔助屏障。
圖4所示是預熱本發明注塞桿的正確方式。按照曲線A，迅速將注塞桿加熱至至少1000℃。該溫度在耐熱材料內部的通道3內測定。這一操作在短于20分鐘內完成。事實上，如前所述，在預熱過程中同時發生兩個現象一方面是層內碳的氧化，另一方面是形成致密燒結層。如果圖3中所示的致密不透氣燒結層不是迅速形成，氧化將繼續到外層4的整個厚度，并同樣能達到桿身2。為使這種情況不會發生，應迅速升溫至燒結溫度，即至少1000℃的溫度，如圖4所示。因此必需使所用燃料足以充分預熱之，以迅速達到這一溫度。曲線B表示一種過于慢的升溫方式。燒結所需的1000℃的溫度在這種條件下需要很長時間才能達到，明顯超過20分鐘。這種條件下外層4脫碳過量，不可能得到氣密性足夠好的層。曲線C中，升溫迅速但是最高溫度低于1000℃。結果，在這種情況下同樣不能使層4a燒結。
實施例下面給出構成按照本發明的燒結層的一種混合物的成分實例，以及該層在燒結和氧化之前的物理性質。成分％重量片狀氧化鋁(Al2O3)66煅制氧化鋁(Al2O3)21石墨(C)2粘結劑 6金屬硅化物 3陶土 1煅制二氧化硅 1100物理性質室溫斷裂模量 10.40Mpa密度 2.913孔率(％) 16.190比重(g/cm3) 3.475彈性模量 23.02Gpa加熱斷裂模量 4.34Mpa
權利要求
1.注塞桿，它包括一個用含碳耐熱材料制成的末端為桿尖(5)的桿身(2)，其特征在于它包括一個部分地或全部地包覆桿尖(5)的外層(4)，所述外層(4)在加熱至1000℃以上時能形成一個不透氣的致密燒結氧化層(4a)。
2.根據權利要求1的注塞桿，其特征在于該外層(4)由含燒結前體的耐熱材料構成。
3.根據權利要求2的注塞桿，其特征在于該燒結前體選自煅燒氧化鋁、活性煅燒氧化鋁、煅制二氧化硅、陶土、氧化物細顆粒(＜50微米)。
4.根據權利要求1至3中任何一項的注塞桿，其特征在于該外層(4)由含至少4％、至多9％重量碳的耐熱材料制成，其中1.5-6％為石墨。
5.根據權利要求1至4中任何一項的注塞桿，其特征在于外層(4)由與桿身(2)分開制造的鑲嵌件構成，然后再與桿身組合在一起。
6.根據權利要求1至4中任何一項的注塞桿，其特征在于該外層(4)為與注塞桿的桿身(2)共擠壓制得。
7.根據權利要求1至6中任何一項的注塞桿，其特征在于在構成注塞桿的桿身(2)的材料和構成外層(4)的材料中使用同一種粘結劑。
8.根據權利要求1至7中任何一項的注塞桿，其特征在于外層(4)的材料中含有降低透氣性的試劑。
9.根據權利要求8中的注塞桿，其特征在于所述降低透氣性的試劑選自金屬加合物(additions metalliques)尤其是硅加合物、硼砂、碳化硅、碳化硼、氮化硼。
10.根據權利要求1至9中任一項的注塞桿，其特征在于該外層(4)含有至少80％的氧化鋁。
11.根據權利要求1至10中任一項的注塞桿，其特征在于該外層(4)厚度小于10毫米。
12.根據權利要求1至11中任一項的注塞桿，其特征在于該不透氣的致密燒結外層(4a)厚度小于5毫米。
13.根據權利要求1至12中任一項所述注塞桿的制造方法，其特征在于一個加熱處理步驟中形成該不透氣的致密燒結層(4a)。
14.根據權利要求13的方法，其特征在于該熱處理步驟由將注塞桿加熱至1000℃至多20分鐘而實現。
15.根據權利要求13或14的方法，其特征在于該熱處理步驟由預熱注塞桿的步驟完成。
全文摘要
鑄鋼用的注塞桿，它具有一個用含有碳的一種耐熱材料制成的桿頭(5)結尾的桿身(2)。一個外層(4)部分地或全部地覆蓋著桿頭(5)。這個外層(4)能形成一被氧化致密不透氣的燒結層，當它達到一個大于1000℃的溫度時。外層(4)優選是由含有一些燒結前體的一種耐熱材料構成，例如煅燒氧化鋁，活性煅燒氧化鋁煅制二氧化硅陶土。
文檔編號B22D41/18GK1167453SQ9519650
公開日1997年12月10日 申請日期1995年11月27日 優先權日1994年11月28日
發明者E·漢斯 申請人:維蘇威烏斯法國公司