TWI669171B

TWI669171B - 用於耐火容器的襯裡結構、襯裡結構的用途、冶金容器及用於將熔融金屬之氧化作用最小化的方法

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Publication number: TWI669171B
Application number: TW105108256A
Authority: TW
Inventors: 多明尼克簡森; 羅傑馬德雷那; 何西塞摩斯; 巴布帕泰爾; 蘇尼庫瑪Ｃ皮萊
Original assignee: 美商維蘇威美國公司
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2019-08-21
Also published as: TW201641188A; JP2018517562A; CN107427904A; EP3274111B1; MY186294A; CA2977653A1; WO2016153693A1; EA201791904A1; ZA201705977B; KR102412440B1; SI3274111T1; KR20170140211A; EP3274111A1; US10507523B2; EP3274111A4; BR112017019171A2; PL3274111T3; CN107427904B; CA2977653C; AU2016235941A1

Abstract

一種用於一冶金容器的襯裡30係構造成具有一設計的孔隙。該襯裡包含複數個區域，每個區域在該襯裡的一主平面延伸，每個區域當在該襯裡的主平面測量時，具有不同的總細孔或穿孔面積之數值。可使用該襯裡30以形成該容器地板或壁之工作表面的部分或全部。在鑄造使用時，該襯裡產生從在金屬熔體與該冶金容器的壁和地板之間的界面延伸之金屬熔體中間相的氧化緩衝層，使得當在鑄造使用時，在該氧化緩衝層中金屬流速基本上為零，且在該氧化緩衝層中內生性夾雜物(特別是氧化物)的濃度，比在該金屬熔體的大部分中更高。

Description

用於耐火容器的襯裡結構、襯裡結構的用途、冶金容器及用於將熔融金屬之氧化作用最小化的方法

本發明總體而言係有關於金屬成形生產線，如連續的金屬鑄造生產線。特別是關於一襯裡，用於冶金容器，例如餵槽，能夠大幅度降低在金屬熔體中氧化物夾雜物的形成。

在金屬成形過程中，金屬熔體從一個冶金容器輸送到另一個、到一鑄模、或到一工具。例如，藉由一盛桶將金屬熔體從一爐輸送到該餵槽，定時地將金屬熔體進料至一大容量的餵槽。允許從該餵槽到一工具或鑄模的金屬連續鑄造。金屬熔體受重力所驅動從冶金容器流出，通過位在該等容器底部的噴嘴系統，該等噴嘴系統通常提供一閘門系統以控制(打開或關閉)通過該噴嘴系統的金屬熔體流量。為了耐金屬熔體的高溫，該等容器壁以耐火材料作內襯。

金屬熔體，特別是鋼，對氧化作用是高度反應，因此必須被遮蔽以抵擋任何來源的氧化性物質。在氧化性物質進入而與熔體接觸的情況下，通常加入少量鋁以鈍化鐵。實際上，通常不足以防止在該熔體中氧化物夾雜物的形成，其在從該熔體生產的最後一部分中產生缺陷。據報導，10千克鋼鑄件可包含高達十億個非金屬夾雜物，其中大多數是氧化物。夾雜物必須藉由研磨或切割，從最後一部分移除；這些程序添加生產成本，並產生大量的廢料。

夾雜物可能是與該金屬熔體反應的結果；這些夾雜物被稱為內生性夾雜物。外源性夾雜物是那些不從該金屬熔體產生的材料，如沙子、礦渣、和噴嘴碎片；外源性夾雜物通常比內生性夾雜物更粗大。

內生性夾雜物包含大部分的氧化鐵(FeO)、氧化鋁(Al₂O₃)、和其它存在的或與該熔體接觸的化合物，如MnO、Cr₂O₃、SiO₂、TiO₂。其它夾雜物可包含硫化物和輕微程度的氮化物和磷化物。因為金屬熔體是在非常高的溫度(低碳鋼是1600℃等級)，顯然鐵原子與氧化物的反應性非常高，且不能防止反應。

迄今為止，大多數減少在鋼鑄件中夾雜物存在的措施，是把它們留在它們被形成的冶金容器中。本發明提出一根本不同的解決方案，藉由以簡單、可靠、經濟的工具設施，大幅減少在一冶金容器中內生性夾雜物的形成。

本發明係藉由其後附上的獨立請求項來定義。附屬項係定義不同的實施例。特別是，本發明有關一種用於鑄造金屬熔體之冶金容器的襯裡。這類冶金容器的例子包含一地板、及一出口、或多個出口，該地板被涵蓋該地板整個周邊的壁包圍，該出口位在該地板上，其特徵在於至少該地板及/或該等壁的一部分包含工具設施，用於在鑄造使用時，創建一氧化緩衝層於從在金屬熔體與該冶金容器的壁和地板之間的界面延伸之金屬熔體中間相，使得當在鑄造使用時，在該氧化緩衝層中金屬流速基本上為零，且在該氧化緩衝層中內生性夾雜物(特別是氧化物)的濃度，比在該金屬熔體的大部分中更高。

在一特定實施例中，用於在鑄造使用中創建一氧化緩衝層的結構，包含一作為該容器地板和至少一些壁之內襯的多孔不移動層，該不移動層具有一開放孔隙，具有細孔或穿孔的直徑和表面能，以致允許金屬熔體在此滲入，該多孔極不移動層由一相對於該金屬熔體之基本上非氧化性材料製成。在該不移動層中該金屬可保持在熔融形式中，或在該不移動層中可部分或完全轉化為固態。一穿孔是一通過層的渠道或通道，從而使流體從該層的一側穿過到另一側。滲入此不移動層之孔隙或穿孔的該金屬熔體在該多孔或穿孔結構中失去自由，該多孔或穿孔結構作用就像一籠子；流速基本上變成零。由於其與作為冶金容器之壁和地板的耐火材料緊密接觸，該耐火材料被認定為用於形成內生性夾雜物的試劑主要來源，無論是藉由周圍空氣的擴散或藉由在此一些成分的反應，困在該不移動層中的該金屬層包含比在該金屬熔體的大部分中更高濃度的內生性夾雜物。

該穿孔或多孔極不移動層或蜂巢結構可由例如氧化鎂、氧化鋁、氧化鋯、富鋁紅柱石、及這些材料之組合的材料製成。

在本發明另一特別實施例中，該多孔或穿孔結構構造成具有複數個與通過孔隙之方向正交的平面區域，具有不同的細孔或穿孔面積之數值。在本發明這個實施例的一例子中，該多孔或穿孔結構包含個別細孔或穿孔，該等孔或穿孔具有一相鄰於該細孔或穿孔結構之一個面的較大細孔或穿孔橫截面積，以及一相鄰於該細孔或穿孔結構之另一個面的較小細孔或穿孔橫截面積。

10‧‧‧鑄造裝置

12‧‧‧金屬熔體

14‧‧‧盛桶

16‧‧‧盛桶閥

18‧‧‧盛桶噴嘴系統

20‧‧‧餵槽

24‧‧‧餵槽閥

26‧‧‧餵槽噴嘴系統

28‧‧‧鑄模

30‧‧‧襯裡結構

34‧‧‧第一層

36‧‧‧第一層第一主表面

38‧‧‧第一層第二主表面

42‧‧‧第二層

44‧‧‧第二層第一主表面

46‧‧‧第二層第二主表面

50‧‧‧第三層

52‧‧‧第三層第一主表面

54‧‧‧第三層第二主表面

60‧‧‧穿孔

62‧‧‧元件

64‧‧‧吸氣容量(歧管容量)

66‧‧‧元件

80‧‧‧冶金容器

82‧‧‧內部空間

84‧‧‧元件

90‧‧‧圖形線

92‧‧‧圖形線

100‧‧‧剖面

102‧‧‧第一層內部主平面

104‧‧‧第二層內部主平面

110‧‧‧耗蝕結構

112‧‧‧耗蝕歧管模型

114‧‧‧第一層穿孔模型

116‧‧‧第二層間距穿孔

δ‧‧‧距離

以下為本發明各實施例於圖式之說明。

第1圖係示意地顯示一典型連續金屬鑄造生產線的各種組件。

第2圖係示意地顯示根據本發明用於描述一冶金容器之幾何結構的術語定義。

第3圖係根據本發明一包含一襯裡結構的冶金容器立體圖。

第4圖係顯示金屬流速Q和氧化鐵濃度的示意圖，為根據本發明一冶金容器的一壁或地板的距離函數。

第5圖係示意地顯示根據本發明用於描述一冶金容器之幾何結構的術語定義。

第6圖係一耗蝕結構的一部分立體圖，該耗蝕結構使用於鑄造一本發明的襯裡穿孔結構。

如在第1圖中可看出一鑄造裝置(10)的描述，一餵槽一般提供一個或幾個通常位於該容器一端或二端的出口，並遠離由一盛桶(14)送入金屬熔體(12)之處。金屬熔體離開該盛桶(14)，通過一盛桶閥(16)和盛桶噴嘴系統(18)進入餵槽(20)，然後離開餵槽(20)通過餵槽閥(24)和餵槽噴嘴系統(26)，進入鑄模(28)。餵槽的作用就像一具有打開龍頭和打開出口的浴缸，在該餵槽內創建金屬熔體流動。這些流動有助於該金屬熔體的均勻化，且也有助於在任何夾雜物之大部分中的分佈。關於內生性夾雜物，有人懷疑活性分子的擴散強烈地控制反應速度(主要是氧化作用)。這種假設被一實驗所證實，其中一低碳鋼熔體被裝在一坩堝中，放置在一個無氧的調節室中。一氧氣管被導入該金屬熔體，且低速率注入氧氣。一段時間後，該金屬熔體被留下來固化，且分析由此獲得的鋼錠組成。正如預期的那樣，氧化區域被限制在一圍繞該氧氣管出口處的狹小區域，從而確認氧化反應強烈地被擴散控制的假設。因此，如果可停止金屬流動，氧化作用也會停止。當然，正如其名所表，這在連續鑄造操作中是不可能的，其特徵在於金屬熔體的連續流動。

促成本發明的第二個假設是氧化作用的試劑起源於該冶金容器的壁和地板。特別是，據信氧化作用試劑來自兩個主要來源： (a)該耐火襯裡的活性氧化物，特別是矽酸鹽，如橄欖石((Mg,Fe)₂SiO₄)；及(b)從周圍穿過該冶金容器之耐火襯裡所擴散和在該容器(例如，一餵槽)之地板與壁表面所出現的空氣和水分。

這第二個假設係藉由實驗室測試所驗證。

因此，解決方案的進行來自這兩個起始假設：(a)金屬氧化作用反應速率受擴散所控制，及(b)金屬氧化作用試劑從一冶金容器的壁和地板供給至該熔體。

本案發明人於此提出下述用於防止在該金屬熔體的大部分中形成內生性夾雜物的解決方案。如果有可能使該金屬熔體接近該氧化物質來源的構成原子不移動，也就是形成一冶金容器的壁和地板、一「鈍化層」、或一「緩衝層」，其將留待氧化，但由於擴散是很慢的且沒有任何顯著流動，該氧化作用反應不會展開到該金屬熔體的大部分。這個原理在第4圖中示意說明，其中在距離以一耐火材料為襯裡的壁或地板的δ範圍內，金屬熔體的流速Q基本上是零。此中間相厚度δ在此被稱為一「氧化作用緩衝層」。在該層中，氧化物濃度大幅度地比在該金屬熔體的大部分中更高。原因是氧化作用物質的來源是該冶金容器的壁和地板。由於在該氧化作用緩衝層中的流速幾乎為零，該氧化作用反應的擴散被控制，因此不會迅速展開。然而在該氧化作用緩衝層上方，該金屬熔體的流速增加而氧化作用的反應會展開更加迅速，但是沒有任何氧化作用的試劑，在該緩衝層上方只有發生非常有限的氧化作用反應。

顯然，儘管氧化作用的反應已在上述說明中提出，經必要修正後相同應用於其它反應，如硫化物、氮化物、及磷化物的形成，其與如Fe原子的反應速度也是擴散被控制。

可提出用於形成一氧化作用緩衝層的各種裝置或工具設施。在第一實施例中，該裝置採用一穿孔襯裡結構的形式。這穿孔襯裡結構可以是單一整體或可由複數個組件所組成。該穿孔襯裡結構可用於一耐火容器之地板的線性部分或全部，且可用於一耐火容器之壁的線性部分或全部。該襯裡結構的細孔或穿孔具有一直徑和一表面能量，以允許金屬熔體在此滲入。該襯裡結構是由一相對於該金屬熔體之基本上非氧化性物質製成。

該襯裡結構應是由一不與金屬熔體(特別是低碳鋼)反應的材料製成。本發明某些實施例的特徵是沒有矽酸鹽。用於製作餵槽泡沫過濾器的材料適合用於製作本發明的襯裡結構。特別是，氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂、富鋁紅柱石、及這些材料的組合可適合用於形成本發明的襯裡結構，且容易在市場上取得。

該襯裡結構的細孔或穿孔具有一與該被鑄造之金屬液相容的壁表面能，且允許金屬熔體穿過該襯裡結構的厚度，直至到達在該襯裡結構內的吸氣容量，和形成該冶金容器內壁和地板的耐火襯裡。該等吸氣容量構造成與該耐火襯裡接觸的金屬熔體之區域的最大化。與該耐火襯裡接觸的金屬原子進入而與氧化作用試劑接觸，例如擴散出的該耐火襯裡之氧氣或成分，並迅速反應形成氧化物，特別是在低碳鋼熔體中的FeO。然而，該金屬熔體在該等細孔或穿孔及吸氣容量內被困住，且不能流動。由於氧化作用反應的擴散控制之展開在還是金屬熔體時是很慢的，將極為緩慢地傳播反應通過該襯裡結構厚度δ。因此流過該襯裡結構的金屬熔體不與氧化作用試劑接觸，直到氧化作用的反應已進行通過該層厚度δ，其可能比一鑄造操作花費更長的時間。

由上述的說明可清楚地知道，傳統上在鑄造操作中使用作為過濾器的泡沫材料可用於形成一氧化作用緩衝層，但它們不用於過濾器，金屬通過它們流進和流出，但限制金屬的流動。在本發明的一實施例中，一具有一第一孔隙或第一穿孔橫截面積總和的第一材料被使用作為一與該金屬熔體本體接觸的第一層，而一具有一第二孔隙或第二開放容量之最大橫截面積總和的第二材料被使用作為一第二層，該第二層設置在該第一層和一第三層之間，該第三層是一襯裡結構的背層。在本實施例中，該第二材料的第二孔隙或第二開放容量之最大橫截面積總和大於該第一材料的第一孔隙或第一穿孔橫截面積總和。

在本發明的某些實施例中可使用蜂巢平板，作為替代發泡平板。這些是除使用於背襯之外，而不是作為替代背襯。該蜂巢格子的軸線(即從一個開口延伸到另一個)應該垂直於其所施加的壁或地板。每個格子不是可作為一第一層，就是可作為一第二層，而這係取決於該平板使用於該襯裡中的哪個位置；在第一層中該等格子作為細孔或穿孔且以更大的孔隙或吸氣容量橫截面積來控制流到第二層的熔體流量，該橫截面積是以一平行於該平板主要平面的平面來測量；在第二層中，該平板的格子作為吸氣容量且具有吸氣容量之橫截面積總和大於其覆蓋之第一層所具有孔隙的總橫截面積，該平板格子橫截面積以一平行於該平板主要平面的平面來測量，該覆蓋之第一層孔隙橫截面積以一平行於該平板主要平面的平面來測量。蜂巢結構的特徵是六角形格子。也可適於其它的格子幾何形狀，如具有圓形或正方形橫截面的格子。氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂、富鋁紅柱石、及這些的組合物可被用於該等蜂巢平板。

在本發明另一實施例中，一具有一背層的耐火容器提供延伸進入該容器內部的肋或突起。一具有細孔或穿孔的第一層安裝在該耐火容器的內部上，以便該第一層的一主要表面與該背層的肋或突起接觸。該等肋或突起構成使得吸氣容量被界定在面朝遠離該金屬熔體本體的該第一層主要表面和面朝向該金屬熔體本體的該背層表面之間。在面朝遠離該金屬熔體本體的該第一層主要表面和面朝向該金屬熔體本體的該背層表面之間的空隙可以是從1mm到50mm且包含1mm及50mm的範圍、從1mm到30mm且包含1mm及30mm的範圍、從1mm到20mm且包含1mm及20mm的範圍、及從2mm到30mm且包含2mm及30mm的範圍。

根據本發明，一種用於耐火容器的襯裡結構可包含(a)一第一層，該第一層具有一第一層第一主表面和一設置成與該第一層第一主表面相對的第一層第二主表面，及(b)一第二層，該第二層具有一第二層第一主表面和一設置成與該第二層第一主表面相對的第二層第二主表面，其中該第一層第二主表面係與該第二層第一主表面接觸，其中該第一層包含複數個細孔或穿孔，從該第一層第一主表面穿過到該第一層第二主表面，其中該第二層包含至少一個吸氣容量，其中該至少一個吸氣容量係與至少一個第一層細孔或穿孔流體連通，且其中該至少一個吸氣容量係與該第二層第二主表面流體連通；及其中在該第一層中全部細孔或穿孔的橫截面積總和係小於在該第二層中全部吸氣容量的最大橫截面積總和。

在本發明的特別實施例中，該第一層和第二層可包含一單一的整體結構。該襯裡結構可由氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂、或富鋁紅柱石組成，或組合這些材料的所組成。在該第二層中全部吸氣容量的最大橫截面積總和可以是在該第一層中全部細孔或穿孔的橫截面積總和的至少10倍大、至少30倍大、至少100倍大、至少300倍大、至少1000倍大、至少3000倍大、或至少10000倍大。該第二層可包含複數個從該第一層第二主表面突出的間距結構。該第二層可包含複數個具有內部而開口在該第二層第二主表面方向的凹室，且該等凹室的內部可包含吸氣容量。該第二層可包含複數個具有內部而開口在該第二層第二主表面方向的溝槽，且該等溝槽的內部可包含吸氣容量。該第二層也可包含複數個與該第一層和該第三層連通的間距結構。該等間距結構可以是任何合適的幾何形狀所形成，如球體、圓柱體、圓錐截面、或多邊形棱柱。該第一層和第三層可提供容納的幾何形狀，使得當該第一層相對於該第三層被安裝時，使該等間距結構不能移動。

在本發明的特別實施例中，該第一層具有範圍從5mm到150mm且包含5mm及150mm的厚度、範圍從5mm到100mm且包含5mm及100mm的厚度、範圍從10mm到150mm且包含10mm及150mm的厚度、或範圍從10mm到100mm且包含10mm及100mm的厚度。在本發明的特別實施例中，該第二層具有範圍從1mm到50mm且包含1mm及50mm的厚度、範圍從2mm到50mm且包含2mm及50mm的厚度、範圍從5mm到50mm且包含5mm及50mm的厚度、範圍從1mm到25mm且包含1mm及25mm的厚度、範圍從2mm到25mm且包含2mm及25mm的厚度、及範圍從5mm到25mm且包含5mm及25mm的厚度。

本發明的該襯裡結構可進一步包含一無孔的第三層或背層，該層具有一與該第二層第二主表面接觸或流體連通的第三層第一主表面。該第二層可由複數個從該第三層第一主表面突出的間距結構所形成，或該第二層具有一藉由複數個從該第三層第一主表面突出的間距結構所定義的厚度。

在該第一層中的該等細孔或穿孔可在其與該第一層第一主表面交會處具有一喇叭幾何形狀。該等細孔或穿孔可具有一選自於由圓形幾何形狀、橢圓形幾何形狀、卵形幾何形狀、正方形幾何形狀、長方形幾何形狀、多邊形幾何形狀、平行四邊形幾何形狀、和透鏡幾何形狀所組成群組的剖面幾何形狀。該等細孔或穿孔具有的最小剖面直徑從2mm到50mm且包含2mm及50mm、從2mm到40mm且包含2mm及40mm、從2mm到25mm且包含2mm及25mm、及從2mm到15mm且包含2mm及15mm。該等細孔或穿孔可採取渠道或狹縫的形式，該等渠道或狹縫藉由在形成該第一層之相鄰平板之間的空隙所定義，其中該等渠道或狹縫提供在該第一層第一主表面與該第一層第二主表面之間的流體連通。

本發明也有關於在一耐火容器中使用如前所述的該襯裡結構，且有關於一具有內部和外部的冶金容器，其中該冶金容器的內部包含一如前所述的襯裡結構。

本發明也有關於一種用於在輸送期間將熔融金屬之氧化作用最小化的方法，包含(a)將熔融金屬輸送至一具有如先前所述之襯裡結構的容器，及(b)將該熔融金屬從該容器輸送出。

第2圖描繪根據本發明的一襯裡結構30。第一層34具有一第一層第一主表面36和一置成與該第一層第一主表面36相對的第一層第二主表面38。第二層42具有一第二層第一主表面44和一設置成與該第二層第一主表面44相對的第二層第二主表面46。該第一層第二主表面38與該第二層第一主表面44接觸。第三層50具有一第三層第一主表面52和一設置成與該第三層第一主表面52相對的第三層第二主表面54。該第一層34包含複數個穿孔60，從該第一層第一主表面36穿過到該第一層第二主表面38。元件62是在該圖之平面中一穿孔的剖面。該第二層42顯示為包含至少一個吸氣容量64，與至少一個第一層穿孔60流體連通。該至少一個吸氣容量64與該第二層第二主表面54流體連通。元件66是在該圖之平面中一吸氣容量64的剖面。

第3圖描繪根據本發明的一包含一襯裡結構並具有一內部容量82的冶金容器80。元件84是外殼、絕緣層、及耐火安全層，該襯裡結構被包含在該層中。元件84與第三層或背層50連通。第三層或背層50與第二層42連通。第二層42與第一層34連通。第二層42包含複數個吸氣容量64。一露出的第一層第一主表面36包含穿孔60，穿過該等穿孔在內部容量82和歧管容量64之間提供流體連通。在使用時，熔融金屬被引入內部容量82。該熔融金屬的一部分被吸納，通過穿孔60，進入該歧管容量64。在歧管容量64中熔融金屬的移動被限制。在歧管容量64中的該金屬可完全或部分留在熔融狀態，或可部分或全部發生相變成固體狀態。據信，在任一相中的金屬有助於本發明的操作，因為熔融金屬將與由背層50散發的物質發生反應，以防止它們穿過進入內部容量82，且固體金屬將對由背層50散發的物質提供一物理屏障。

第4圖描繪根據本發明在一包含一襯裡的冶金容器內的特性圖。所示的特性是與本發明一襯裡之第三層50的相對距離，其中金屬熔體的流速Q在涵蓋整個從該襯裡之第三層50起算的距離δ中基本上為零，該襯裡可以是一以耐火材料為襯的壁或地板。這厚度δ的中間相被稱為一「氧化作用緩衝層」。在這實施例中，其對應於被一第二層42支撐之一第一層34的厚度。第一層34與該冶金容器的內部容量82連通。圖形線90表示與第三層50相對距離的金屬流速，值從左至右增大。圖形線92表示與第三層50相對距離的氧化物濃度，值從左至右增大。

第5圖描繪本發明一襯裡的一剖面100。第一層34被一第二層42支撐，依次第二層被支撐在第三層50的第三層第一主表面52上。第一層34包含提供在容器內部容量82和歧管容量64之間流體連通的穿孔60。第一層內部主平面102是一被包含在第一層34內且平行於第三層50之第三層第一主表面52的平面。第二層內部主平面104是一被包含在第二層42內且平行於第三層50之第三層第一主表面52的平面。

一本發明的構成穿孔結構可安裝在一耐火容器的背襯上，放置一耗蝕結構與該背襯接觸。該耗蝕結構構成使得當它因燃燒、熱、化學或物理作用被去除時，將形成第一和第二層，其將使它們能具有根據本發明發揮作用的結構。耗蝕結構可由纖維素、塑膠、或其它有機材料、石墨材料、玻璃、可滲透礦物、氣態物質或金屬、以及它們的組合物所構成。使用在該耗蝕結構中的材料可採取一片狀、粉末、噴漿、或凝膠的形式。然後在去除該耗蝕結構後，施加一個以上的耐火材料到該耗蝕結構，以提供根據本發明的第一和第二層。該耐火材料的施加可用噴槍、噴灑、塗抹、鑄造，乾式振動應用、噴射砂漿、灌漿、澆注、射出、或預製件安置。接著該耐火材料可被乾燥、固化、或穩定，視需要固化它們。然後該所得的層狀結構暴露於物理或化學作用，以去除或變換該耗蝕結構來創建在該第二層中的歧管容量，該歧管容量可與該冶金容器的內部流體連通。

藉由提供一作為該第一層的預製結構，並放置該預製結構接近一第三層，一本發明的構成穿孔結構預可被安裝在一耐火容器的背襯上。藉由從該第一層突出的間距、藉由從該第三層突出的間距、或藉由設置在該第一層與該第三層之間的間隔，該第一層和第三層可彼此連通。該第二層形成於在該第一層與該第三層之間，且一歧管容量形成於該第二層的一容量，沒有被間距、間隔、或其它支撐結構所佔用。可設置間距、間隔、或其它支撐結構以提供一第二層，具有從0.25mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm和10mm到5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、15mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm和100mm，且包含0.25mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm和10mm及5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、15mm、20mm、30mm、 40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm和100mm的厚度。

在該第一層中的該等穿孔可具有允許從一金屬熔體本體流動穿過該第一層到該第二層之一歧管容量的結構。在該第一層中的該等穿孔可採取任何形式或形式的組合，使它們能根據本發明發揮作用。該等穿孔具有一圓柱形、棱柱形、或截頭圓錐形狀。穿孔在其與該第一層第一表面的交會處可具有一斜面、錐形、直角、或圓角輪廓。在該第一層中的該等穿孔可採取渠道或狹縫或間隙的形式，該等渠道或狹縫或間隙形成於配置的相鄰平板之間，該第一層在配置中包含一相鄰平板的陣列。該等渠道或狹縫或間隙可形成一連續的網絡。分隔一對相鄰平板的個別渠道或狹縫或間隙可為連續的或可為不連續的。該平板可提供可朝向該第三層的間距。穿孔可藉由機械方法來形成，如去除耗蝕材料、藉由沖孔、或藉由鑽孔。

在該第一層中的該等穿孔可藉由在一整體材料中提供一耗蝕材料所形成，該耗蝕材料被施加到該第三層、與該第三層結合、或在缺少該第三層之下，一耗蝕結構與該第三層連通。隨後可藉由前面所述的方法去除或改造該耗蝕材料和該耗蝕結構。

在該第二層中的該歧管可採取一容量形式，在該第一層與該第三層之間的該空隙在該容量中保持圓柱形、圓錐形固體形式、長方體形式、多邊形棱柱形式、球體、或肋形。

第6圖描繪一耗蝕結構110，可使用該耗蝕結構以形成根據本發明的一構成穿孔結構。該耗蝕結構包含一與一第一層穿孔模型114連通的耗蝕歧管模型112。該耗蝕歧管模型112可包含第二層間距穿孔116，該等第二層間距穿孔在安裝於一耐火容器中的該第一層和一第三層之間提供連通。在使用時，該耗蝕結構110被放置以與該第三層連通，使該耗蝕歧管模型112與該第三層連通。然後將耐火材料投在該第一層穿孔模型上，使得在該第一層穿孔模型114的元件之間形成第一層平板，且使得投入的材料填充該第二層間距穿孔116。替代地，該耗蝕結構110可構造成與該第三層嚙合，使得從該第三層的突起佔據至少第二層間距穿孔116的一部分。該填充第二層間距穿孔116的投入材料在該構成多孔結構的第一層和該耐火容器襯裡的第三層之間形成間距結構。隨後可藉由先前所述的流程去除該耗蝕材料。由在該第一層穿孔模型114中投入材料填充容量的結果，該構成穿孔結構的第一層包含在相鄰平板結構之間可採取渠道或狹縫或縫隙形式的穿孔。該等渠道或狹縫或縫隙可連續性沿著一平板結構的邊緣，或可為不連續的。該等渠道或狹縫或縫隙界定在平板之間的一分隔，從0.1mm到10mm且包含0.1mm及10mm、從0.5mm到10mm且包含0.5mm及10mm、從1mm到10mm且包含1mm及10mm、從2mm到10mm且包含2mm及10mm、從5mm到10mm且包含5mm及10mm、從0.1mm到20mm且包含0.1mm及20mm、從0.5mm到20mm且包含0.5mm 及20mm、從1mm到20mm且包含1mm及20mm、從2mm到20mm且包含2mm及20mm、從5mm到20mm且包含5mm及20mm、從0.1mm到30mm且包含0.1mm及30mm、從0.5mm到30mm且包含0.5mm及30mm、從1mm到30mm且包含1mm及30mm、從2mm到30mm且包含2mm及30mm、從5mm到30mm且包含5mm及30mm。一狹縫是一狹長的開口。一狹縫長度可等於或大於其寬度的幅度。

根據本發明一容器構造可被使用在冶金處理過程中。一種使用的方法可包含將一熔融金屬注入一根據本發明具有一襯裡的容器，且隨後從該容器通過一噴嘴送出該熔融金屬。

例子I

製備具有一散逸(或耗蝕)內(或第二)層之多層餵槽襯裡的樣品平板。該散逸內層構造成在平板生產期間分隔該第一(或外)層和該第三(或背)層。

該耗蝕層可由聚苯乙烯片材、發泡聚乙烯片材、紙板、泡沫聚合物或波紋片材或任何類似的材料所形成，其將在華氏2000度(攝氏1100度)下關閉燃燒且之後留下最少殘餘物。對於所述的具體例子，使用每側具有波紋(耐用B楞紋)的硬紙板。該紙板每一側波紋的高度約為3mm。

使用鋼製打洞成型器來產生在該瓦楞紙板中的孔。將直徑3mm和長38mm的木銷釘垂直於該紙板平面，插入該等孔。

製備5片用於測試的平板。

從一超低水泥氧化鋁澆注料製備基板，類似在一鋼製餵槽內部作為安全襯裡使用的材料。每個基板的尺寸為36英寸×24英寸×5英寸，(90cm×60cm×12.5cm)。首先，使用一Basilite噴塗機噴覆一餵槽襯裡材料(Basilite，一輕質菱鎂礦基底的噴塗材料，含有氧化鎂的重量>70%)於該基板至約1英寸(2.5cm)的厚度。隨後具有根據表I之不同開口配置的耗蝕層片材(20英寸×12英寸，或50cm×30cm)牢固地按壓到該Basilite襯裡上。然後，噴塗一氧化鋁基底材料(氧化鋁重量>80%)遍布該表面，到約1英寸(2cm)的厚度。

使用兩個個別並排的耗蝕層片材(平板2、3、和4)於該等平板中，該等並排的耗蝕層片材設置成以便被一約1英寸(2.5cm)的間隙所分隔。

在所選的平板施工中，在該等耗蝕層片材中提供矩形開口。在該等耗蝕層片材中的矩形開口測得1”×6”(2.5cm×15cm)。在該平板施工期間，這些開口的容量充滿耐火材料，使得透過該等開口，在該等襯裡之間做直接接觸，該等襯裡與該等耗蝕層片材的每一個表面接觸。

在以氧化鋁噴霧噴塗後，平板1、2、3、及4保持完好無損。在平板5上，該噴塗的氧化鋁開始向下滑動。在平板5的氧化鋁表面上產生一可見裂縫。

在3小時熱風乾燥後，該等平板全部被垂直吊起，並移到該爐地板。

據觀察，當瓦楞紙板是濕的和不被支撐時，發生瓦楞紙板的分層和壓扁，如在平板5的情況下。正確放置該散逸層對該Basilite襯裡的表面平整度是很重要的。在噴塗該氧化鋁層後，只可在噴塗該Basilite層後該紙板被支撐下進行打孔，並把銷放置在該等孔中。

然後將該等平板放在一以華氏900度(攝氏480度)乾燥的爐地板上。燃燒後，平板1和2展現出無顯著分裂裂縫。平板3、4、和5展現出一分裂裂縫，主要地在該基板Basilite界面處。

在平板2上執行間隙連續性檢查。將油墨引入一在該平板之第一(或外)層中形成的開口。觀察到油墨流到在該平板之第一層中形成的其它開口，從而確認藉由去除該耗蝕層所形成的延伸橫跨整個區域，構成吸氣容量網絡。

觀察到藉由在該散逸層中矩形槽產生的接觸區域中Basilite和氧化鋁二者黏合強度降低。

例子II

從一根據在例子I中所述之形成的平板，去除多層材料的一部分，且設定在華氏2000度(攝氏1100度)燃燒2小時。燃燒後發現該紙板散逸層殘留重量9%的殘留物，具有90.8%的LOI(點火損失)值。該殘留物含有15.51%重量的Al₂O₃、23.84%重量的SiO₂，51.32%重量的CaO，3.15重量%的MgO，0.70%重量的Na₂O，0.330%重量P₂O₅，1.63%重量的Fe₂O₃，0.62%重量的K₂O，0.019%重量的Cr₂O₃，1.020%重量的TiO₂，及0.053%重量的ZrO₂。

在該平板燃燒後，該散逸內層被轉化為灰渣或其它殘留物。在這種情況下，大多數該殘留物來自用於生產瓦楞紙板的加工助劑。

本發明的許多修改和的變化是可能的。因此，應當理解的是，在以下的請求項的範圍內，實現本發明可用不同於具體所述的。

Claims

一種用於耐火容器的襯裡結構，包含a)一第一層，該第一層具有一第一層第一主表面和一設置成與該第一層第一主表面相對的第一層第二主表面，及b)一第二層，該第二層具有一第二層第一主表面和一設置成與該第二層第一主表面相對的第二層第二主表面；其中該第一層第二主表面係與該第二層第一主表面接觸；其中該第一層包含複數個穿孔，從該第一層第一主表面穿過到該第一層第二主表面；其中該第二層包含至少一個吸氣容量，其中該至少一個吸氣容量係與至少一個第一層穿孔流體連通，且其中該至少一個吸氣容量係與該第二層第二主表面流體連通；及其中在該第一層中全部穿孔的橫截面積總和係小於在該第二層中全部吸氣容量的最大橫截面積總和。
如請求項1之襯裡結構，其中該第一層和該第二層包含一單一的整體結構。
如請求項1之襯裡結構，其中該襯裡結構係由選自於由氧化鎂、氧化鋁、氧化鋯、富鋁紅柱石、及這些材料之組合所構成之群組的材料所組成。
如請求項1之襯裡結構，其中在該第二層中全部的吸氣容量的最大橫截面積總和係在該第一層中全部穿孔的橫截面積總和的至少10倍大。
如請求項1之襯裡結構，其中該第二層包含複數個從該第一層第二主表面突出的間距結構。
如請求項1之襯裡結構，其中該至少一個吸氣容量包含至少一個凹室。
如請求項1之襯裡結構，其中該至少一個吸氣容量包含至少一個溝槽。
如請求項1之襯裡結構，其中該第一層具有範圍從5mm到100mm且包含5mm及100mm的厚度。
如請求項1之襯裡結構，其中該第二層具有範圍從1mm到50mm且包含1mm及50mm的厚度。
如請求項1之襯裡結構，進一步包含一無孔的第三層，該第三層具有一與該第二層第二主表面流體連通的第三層第一主表面。
如請求項10之襯裡結構，其中該第二層包含複數個從該第三層第一主表面突出的間距結構。
如請求項1之襯裡結構，其中該等穿孔在其與該第一層第一主表面交會處具有一喇叭幾何形狀。
如請求項1之襯裡結構，其中該等穿孔具有一選自於由圓形幾何形狀、橢圓形幾何形狀、卵形幾何形狀、正方形幾何形狀、長方形幾何形狀、多邊形幾何形狀、平行四邊形幾何形狀、和透鏡幾何形狀所組成群組的剖面幾何形狀。
如請求項1之襯裡結構，其中該等穿孔具有從2mm到50mm且包含2mm及50mm的最小剖面直徑。
如請求項1之襯裡結構，其中該第一層包含一相鄰平板的陣列，且其中該等穿孔包含複數個藉由相鄰平板描繪的狹縫。
一種如請求項1之襯裡結構的用途，係將如請求項1之襯裡結構使用在一耐火容器中。
一種具有內部和外部的冶金容器，其中該冶金容器的內部包含如請求項10之襯裡結構。
一種用於將熔融金屬之氧化作用最小化的方法，包含a)將熔融金屬輸送至一具有如請求項1之襯裡結構的容器，及b)將該熔融金屬從該容器輸送出。