CN107530770A - 加热的控制销 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于在浇铸工艺中控制通过向下喷口的熔融金属流的控制销。所述控制销包括细长形状的本体、能插入向下喷口中的下部以及与下部相对的终端。所述本体包括：中心芯，优选地为由矾土或莫来石制成的中空管或杆；加热元件，所述加热元件围绕中心芯布置，以及中间层，所述中间层包围所述中心芯并包封所述加热元件，所述中间层由固化陶瓷油灰制成。最后，优选地由陶瓷基体中的10编织纤维增强织物制成的外壳包围所述中间层。

Description

加热的控制销

相关专利申请

本申请要求于2015年3月26日提交的美国临时申请No.62/138,755的权益。

技术领域

本发明涉及金属浇铸领域。更具体地，本发明涉及一种用于在将金属保持在所需的温度的同时控制来自输送槽或保持容器的熔融金属流的控制销。

背景技术

常见的金属浇铸工艺涉及将液态金属通过喷口倒入并倒进模具中，熔融金属在模具中固化以形成坯料或板坯。通过喷口的金属流通常由位于喷口内的控制销来控制。可以升高控制销以提高金属通过喷口的流量，或者可以降低控制销以减少或中断金属流。

为了防止一些熔融金属在离开喷口之前固化，控制销的温度必须接近熔融金属的温度。实际上，这意味着控制销必须在操作前预热。在大多数情况下，这涉及到在炉中加热控制销，并且一旦控制销达到所需的温度，手动地将其转移到喷口。该过程给浇铸工艺增加了相当数量的复杂性，并且还在将热控制销从炉转移到喷口时引起严重事故的风险。

为了避免浇铸工艺中的这种额外的复杂性和风险，能够在原地预先加热的控制销是优选的。申请人知晓的是国际专利申请WO2011/043759(COOPER等人)。Cooper公开了一种加热的控制销，其包括内腔和放置在内腔中的加热器元件。这种设计有改进的余地；使销更快地加热并且需要较少能量的构造是优选的。

为了承受浇铸工艺的物理磨损和高温，通常使用多种耐火材料制造控制销。例如，在美国专利No.7,165,757中，控制销的本体由层压复合陶瓷材料制成，并且控制销的末端由不同的耐磨陶瓷材料制成。其他销设计也可以使用多层不同的材料。这可能制造复杂，并且由于材料具有不同的热膨胀系数，也可能遭受降解。制造简单并且耐用的控制销是优选的。

因此，本发明的目的是提供一种减轻至少一些上述问题的控制销。

发明内容

根据一种可能的实施方案，提供了一种控制销。该控制销通常用于在浇铸工艺中控制通过喷口的熔融金属流。当浇铸工艺停止并且通过喷口的熔融金属流被控制销中断时，该控制销还可以用于将喷口的温度保持在预定温度范围内。控制销还可以用于在浇铸工艺开始时对喷口进行预热，这与分别对销和喷口进行预热相比有利地允许节省能量。

控制销具有细长形状的本体、能插入喷口中的下部以及与下部相对的终端(terminal end)。本体包括：具有外表面的中心芯；包围中心芯的外表面的加热元件；包围中心芯并包封加热元件的中间层；以及包围中间层的外壳。

优选地，中心芯由能够承受超过660℃、更优选地超过1000℃以及再更优选地超过1200℃的温度的材料制成。例如，中心芯可以包括矾土(alumina，氧化铝)或莫来石。中心芯优选地是电绝缘的。中心芯优选地由中空管制成，带有热电偶可以插入其中的中心腔。在一些其他实施方案中，中心芯可以由不带有内部空腔的实心杆(full rod)制成。

优选地，中间层由耐火材料制成或包括耐火材料。中间层通常由干燥且固化的油灰制成，所述油灰包括下述组分中的一种或多种：矾土、莫来石、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氧化锆、石墨以及氧化镁。中间层优选地是致密且实心的，其厚度内没有任何空腔或空隙。

优选地，加热元件是围绕中心芯缠绕的电阻丝。加热元件可以围绕中心芯螺旋地缠绕。加热元件可以产生超过1000℃的温度。中心芯与中间层之间可以具有小于1mm并且典型地小于0.5mm的径向间隔，以允许在控制销的使用寿命结束时从控制销移除中心芯。

优选地，外壳包括嵌入陶瓷基体中的多层编织纤维增强织物。编织纤维增强织物可以包括玻璃纤维或类似材料。外壳可以包括硅酸钙或二氧化硅或能模制的耐火组合物。能模制的耐火组合物可以由下述中的至少一种制成：熔融二氧化硅、矾土、莫来石、碳化硅、氮化硅，硅铝氧氮化物、锆石、氧化镁、氧化锆、硅酸钙、氮化硼、氮化铝和二硼化钛。外壳优选地包括抗湿剂。

末端(tip)可以位于中心芯和/或中间层下方。末端优选地嵌入外壳并被外壳包围。末端优选地由导电陶瓷材料制成，并通过绿色系陶瓷连接至中间层。例如，末端可以由氮化铝(AIN)、碳化硅(SiC)或硅铝氧氮陶瓷(sialon，赛隆)制成。

根据本发明的另一方面，提供了一种控制销组件。该组件包括如上所述的控制销、插入中心芯中的热电偶以及联接组件。联接组件包括能附接至控制销的终端的机械支撑件以及固定至机械支撑件的电连接器。可以将机械支撑件与电连接器合并在单个部件内。机械支撑件可以包括例如能移除地附接至控制销的终端的壳体。壳体可以包括能锁定的板，所述能锁定的板按压、保持或夹持控制销的终端。壳体还可以有可能包括闩锁，以锁定或解锁所述板。电连接器优选地包括能连接至加热元件的第一组电连接部和能连接至热电偶的第二组电连接部。电连接器可以包括快速连接/断开连接器，锁定元件在其中滑动、旋转或扭转以将电线连接和断开。

控制销组件还可以包括控制盒，该控制盒包括控制流动通过加热元件的电流的第一模块以及监测由热电偶检测的温度的第二模块。电缆将电连接器的第一组电连接部和第二组电连接部电连接至控制盒的第一模块和第二模块。优选地，控制盒的第一模块包括被编程为具有加热元件的至少一个加热斜坡(heat-up ramp，加热梯度)的控制器或处理器。例如，可以在第一模块中编程多达四个不同的加热斜坡。

有利地，控制销允许降低安全性和操作风险，并且还允许销和喷口二者由相同的装置加热，而不需要额外的喷口加热器。

附图说明

通过阅读以下仅用于举例目的给出的本发明的优选实施方案的非限制性描述并参考附图，本发明的其他目的、优点和特征将变得更加明显，在附图中：

图1是根据实施方案的控制销的立体图。图1A是图1的控制销的终端的横截面特写。

图2是图1的控制销的横截面视图。图2A是图2的控制销的下部的特写视图。图2B示出了控制销的下部的替代实施方案。

图3A至图3C是控制销在其不同制造步骤的单独视图。

图4是根据本发明的可能的实施方案的控制销组件的立体图。

图5是图4所示的组件的一部分的特写视图。

图6是图4的控制销组件的横截面视图，被示出为悬挂在浇铸工艺的向下喷口上方。

具体实施方式

在下面的描述中，相同的附图标记表示相似的元件。为了简单和清楚起见，即为了使附图不会负担过重，当某些附图标记代表的特征可以从其他附图容易地推断时，一些附图中未包括这些附图标记。所提及的实施方案、几何构造、材料和/或在附图中示出或在本说明书中描述的尺寸仅仅是为了举例的目的而给出的优选实施方案。

宽泛来说，并且如在附图中更好地举例说明的，本发明涉及一种设置有加热元件的控制销，使得其可以被加热。本发明对熔融金属的浇铸是特别有利的。控制销可以用于替代通常用于加热向下喷口的加热喷嘴。它还可以替代传统上在浇铸工艺期间在烘箱(oven，烤炉)中加热并运送到浇铸现场以及从浇铸现场运出的控制销。在本发明的控制销中，加热元件围绕中心芯缠绕并嵌入耐火材料层内。层状耐火玻璃纤维的外壳覆盖整个销体。该销可以设置有内部传感器，该内部传感器用于产生用于控制加热元件的状态的反馈信号。该构造提供了若干个优点，这些优点将在下面的描述中变得明显。

参考图1，根据可能的实施方案示出了控制销1。控制销1具有本体3，其具有细长形状，优选地为管状，并且因此成形为安装在互补形状的喷口中。本体包括能插入向下喷口中的下部8。该下部8的一端具有倒圆的末端5，其成形为使得其可以堵塞喷口并控制来自喷口的液体流。虽然末端5在本图示中是倒圆的，但其他形状也是可能的。在操作时，控制销1的下部8在末端5处于喷口的最低点的情况下竖直浸没。因此，在使用时，控制销的末端5、下部8以及有可能本体3的中间部分浸没在熔融金属池中。可以制造不同长度的控制销。在本实例中，本体的长度约为760mm(或30英寸)。

由于本体3的大部分将浸没在熔融金属中，所以其外部优选地由能够承受1200℃或更高的温度的均匀的耐火材料制成。可选地，本体3的外表面可以涂覆有包含氮化硼的非润湿保护涂层。末端5是本体3的延续部，并且可以由相同的耐火材料层制成而没有额外的接缝或接头。可替换地，末端5可以由不同的材料制成。

与末端5相对的是终端6。终端6是控制销1的位于熔融金属表面上方的端部的一部分。终端6可以用作机械接口，例如将控制销1连接至致动器，所述致动器将在喷口中降低和升高控制销1。终端6还可以用作电接口，例如，以提供与销内的电气部件的连接。在图1中，终端6被示出为没有覆盖物，仅用于说明的目的：即清楚地示出控制销1内的不同层。在一些实施方案中，终端6可以设置有由例如耐火材料制成的保护盖或覆盖物，其可以用于保护控制销1及其内部部件，和/或其可以向销提供额外的结构支撑并保持电绝缘。也可以在控制销1的终端6处设置机械支撑件或连接器，如稍后将参考图4至图6更详细地描述的。

现在参考图1A，提供了终端6的横截面特写视图。如图所示，控制销1的本体3包括若干个同心层。这些层包括被耐火材料的中间层9包围的中心芯15，所有这些均被外壳7覆盖。中间层9包括加热元件11，该加热元件包封或嵌入耐火材料内。加热元件11通常是围绕中心芯15缠绕的电阻丝，因此在横截面中只能看到加热元件11的一部分。

仍然参考图1和图1A并且还参考图2和图2A，中心芯15优选地由沿控制销1的长度延伸的圆柱形中空管组成。中心芯15优选地包括外壁16，其用作支撑件，控制销1的其余层可以构建在该支撑件上。因此，中心芯15优选地由刚性材料制成并且限定了控制销1的总体形状。芯15优选地由也是电绝缘的并且能够承受1200℃及以上温度的材料制成。芯15优选地为由矾土(氧化铝)或莫来石(包括氧化铝和氧化硅)制成的管。也可以使用具有类似性质的其他材料。

中心芯15优选地设置有中心腔18(在当前情况下由管的内壁17限定)。在一个实例中，管可以具有0.5英寸(1.27cm)的内径和0.75英寸(1.91cm)的外径。当然，其他直径尺寸也是可能的。中心腔18可以容纳内部电气部件。内部电气部件可以是传感器，该传感器配置为提供用于控制加热元件11的操作的反馈。这种传感器可以包括热电偶19，例如，其可以提供关于控制销本体3的温度的信息。该温度信息可以用于控制加热元件11的状态，使得控制销1达到所需的温度，并且加热元件11不会过热。在一些实施方案中，可以设置多于一个的热电偶，例如用于监测控制销1沿其本体3的不同位置处的温度。在一些实施方案中，中心芯可以是实心的，没有任何内部空腔。例如，它可以由杆而不是管制成。在一些应用中，控制销1可以与110V的电源一起使用，并且可以省却热电偶。加热元件简单地打开或关闭，并且可以使用开关来控制加热元件中的电流，而不需要控制面板。

当设置有热电偶19或其他内部电气部件时，中心芯15可以用于将内部电气部件与控制销1的其余外层电隔离。例如，中心芯15可以用作热电偶19与加热元件11之间的电气隔离，使得它们不会彼此干扰或短路。

仍然参考图1、图1A、图2和图2A，加热元件11沿中心芯15的外壁16设置。加热元件11优选地是电阻丝，在提供有电流时，所述加热元件能够产生热度，优选地超过1100℃。优选地，加热元件可以承受高于1300℃的温度，并且还优选地高于1400℃。加热元件11可以以多种不同的构造围绕芯15布置，以优选地均匀且有效地加热控制销1的耐火材料。在其他实施方案中，可以设置多个加热元件。在这些情况下，可以在加热元件之间设置附加的绝缘层，使得它们不会彼此干扰或短路。

如图3A最佳所示，加热元件11优选地围绕芯15螺旋地缠绕。由于主要是控制销的下部8浸没在熔融金属中，所以在控制销的下部8中加热元件11被更紧密地缠绕，其中每个绕组匝接触或靠近相邻匝。在控制销的上部中，电阻丝可以简单地沿中心芯15竖直地延伸，而不一定缠绕。在图3的实例中，电阻丝围绕中心芯15缠绕两次(即两组匝)。也可以考虑首先盘绕电阻丝，然后围绕芯15缠绕所盘绕的电阻丝，以便增加加热元件11与中间层9之间的表面。通过使用所盘绕的电阻丝，使得电阻丝的外表面与中间层9之间的接触面积以及因此潜在热交换最大化。优选地，加热元件11围绕芯15缠绕，使得其在中间层9的大部分厚度内延伸。优选地，单个电阻丝围绕芯缠绕，其中电阻丝的两个端部段在控制销的终端6处延伸。可以用加热丝缠绕芯15的整个长度，或者可替换地只缠绕芯15的下部。由于主要是控制销的下部8将安装在喷口中，所以可以考虑将加热元件仅缠绕在芯15的下部上。

根据可能的实施方案，在围绕芯15缠绕加热元件11之前，围绕中心芯15的至少一部分设置纤维材料薄层20。该薄层20可以是围绕芯15的一张纸。在制造控制销期间，薄层20将燃烧并被消耗，留下小的径向间隔10，例如小于0.5mm，并且优选地小于0.2mm。该径向间隔10将允许在控制销的使用寿命结束时从控制销的其余部分移除中心芯15，使得中心芯15可以再次用于制造其他控制销。当然，该间隔是可选的，并不是控制销加工所必需的。对于纤维材料薄层20，可以考虑除纸以外的材料。虽然不是必需的，但是在中心芯之间提供小间隔的优点是芯最后可以再次使用，从而降低控制销的总体成本，并减少资源消耗。

参考图2、图2A和图3B，中间层9包封或嵌入加热元件11。中间层9优选地由耐火材料制成。中间层9的耐火材料可以是干燥且固化的陶瓷油灰，其优选地具有低热容并且其可以承受超过1200℃的温度。油灰可以由矾土、二氧化硅、氧化镁或这些材料的组合或具有类似性质的其他材料组成。例如，耐火材料可以包括莫来石、碳化硅、氮化硅、氧化锆、石墨以及氧化镁中的至少一种。耐火油灰用于围绕芯15粘合加热元件11并将该加热元件粘合到芯。当油灰固化时，加热元件11围绕芯15保持其构造。油灰优选地成形为形成控制销1的大致圆柱形形状。因此，中间层9可以用作外壳7的支撑件，外壳7粘附到其上以形成控制销1的最终形状。中间层9优选地是致密且实心的，没有任何空腔或空隙。中间层9不一定需要延伸达到控制销1的本体的终端6，但是其可以延伸达到控制销的本体的终端，如图2B所示。

如图2A和图3B最佳所示，控制销可以包括位于中心芯15和中间层9下方的末端14。末端优选地由导电陶瓷材料制成，并且通过气硬性砂浆或粘接剂(诸如绿色系陶瓷)连接至中间层9。末端14可以包括氮化铝(AIN)、碳化硅(SiC)或硅铝氧氮陶瓷中的一种。末端14是高度导热的，允许控制销的倒圆端部5处的温度升高，设计成与向下喷口的下端接触，当浇铸操作暂停并且控制销完全阻挡喷口时，该向下喷口的下端更容易堵塞。可替换地，如图2B所示，加热元件可以围绕末端14向下延伸到控制销的下极点(极端，extremity)。

仍然参考图2、图2A、图2B并且还参考图3C，外壳7形成本体的外部，并且层叠在中间层9和末端14的顶部上。优选地，壳7由嵌入陶瓷基体24中的多层编织纤维增强织物23制成。外壳7可以具有2至25层之间(通常在4至10层之间)的增强织物23。更优选地，玻璃纤维片23布置成使得在每个层之间没有接缝。编织纤维增强织物23优选地由编织玻璃(例如诸如S玻璃或E玻璃)制成。可以使用各种材料用于陶瓷基体，包括熔融二氧化硅、矾土、莫来石、碳化硅、氮化硅、硅铝氧氮化物、锆石、氧化镁、氧化锆、石墨、硅酸钙、氮化硼、氮化铝以及二硼化钛，或这些材料的混合物。优选地，陶瓷基体24包括硅酸钙(硅灰石)和二氧化硅，并且包括如由Pyrotek公司以商标RFM出售的如美国专利No.5,880,046所描述的能模制的耐火组合物。ZR-RFM(其包括锆)是优选的。加入ZrO₂增加了材料的耐火性，并且提高了工作温度下的机械性能。优选地，使销的外部平滑和/或设置有涂层以防止其被液态铝或其他金属润湿。另一可选步骤可以包括在两个不同的温度(例如在350℃与650℃之间)下烹煮销，以帮助固化所形成的销。在其他实施方案中，销在组装和烹煮步骤期间可以保持在模具内。在一些实施方案中，可以在使铺设玻璃纤维材料之前烹煮销或简单地使其干燥。在本发明的其他可能的实施方案中，可以具有包围中心芯15并且嵌入加热元件11的单层材料，而不需要任何中间层。例如，对于一些应用，可以考虑将加热元件嵌入纤维增强陶瓷基体中。优选地，外壳7包括抗湿剂，诸如BaSO₄或CaF₂。加入抗湿剂有助于去除在控制销冷却时在控制销1的外表面上形成的“皮肤”。必须经常去除皮肤，因为它可能含有不需要的污染物(氧化物)。

现在参考图4和图5，示出了包括如上所述的控制销1的控制销组件100。控制销组件100还包括插入中心芯15的空腔中的热电偶19(仅在图5中可见)和联接组件50。联接组件50包括用于将控制销1支撑并连接至浇铸环境的其他部件的机械和电气装置。通常，联接组件50包括机械支撑件60，其能附接至控制销1的终端6。联接组件50还包括电连接器70，优选地能固定至机械支撑件60。机械支撑件和电连接器可以一体制成于单个部件，或者它们可以形成为两个分开的部件。机械支撑件60保持控制销1，并且可以用于为控制臂(未示出)提供把手，该控制臂将控制销1降低到喷口内以及升高到喷口外。机械支撑件60还用于保护和隔离控制销1的终端6处的电气部件(电阻加热丝和热电偶)。根据可能的实施方案，机械支撑件60包括能移除地附接至控制销1的终端6的壳体。壳体紧紧地夹住并保持控制销1的终端6，将其保持在两个板之间。其中一个板可以用作门62。闩锁64允许从控制销1附接或移除支撑件60。

现在仍然参考图4和图5，电连接器70优选地包括能连接至加热元件11的第一组电连接部72和能连接至热电偶19的第二组电连接部74。优选地，连接器包括快速连接/断开型连接器，环可以在其中滑动或转动，以将丝从加热元件11和/或热电偶19连接和断开。

控制销组件100还优选地包括控制盒80和电缆90。控制盒80至少包括控制在加热元件11中流动的电流的第一模块82和监测由热电偶19检测的温度的第二模块84。电缆90将电连接器70的第一组电连接部72和第二组电连接部74电连接至控制盒80的第一模块82和第二模块84。尽管控制盒示出仅具有两个电缆入口，但是控制盒可以包括更多或更少的电缆入口，以及更多或更少的控制模块。有利地，可以使用单个控制盒80来控制多个控制销的加热。

根据可能的实施方案，控制盒80可以包括被编程为具有加热元件11的一个或多个加热斜坡的控制器或处理器83。例如，当第一次加热控制销1时，加热斜坡可以较慢，速率约为150℃/小时。在预定时间之后，控制销可以以更高的速率加热，诸如高于200℃/小时。在控制器中可以预编程一到五个加热斜坡。温度反馈信息从热电偶19馈送到控制器83，并且基于由热电偶19检测的温度来控制在加热元件11中流动的电流。控制器83还可以用作通/断开关，或者作为调节器，以提供特定量的电流以达到所需的温度。优选地，控制盒中的加热模块以240V工作，提供高达5000瓦特，电流高达20.8安培。加热元件的电阻可以是例如12至18欧姆。在加热的第一定时间隔期间能够控制加热的速率是特别有利的，因为在加热的第一阶段期间，当控制销从环境温度升高到更高的温度时，通常发生裂纹、裂缝或其他缺陷。一旦发生裂纹和裂缝的风险降低，即当控制销1达到预定的最小温度时，加热斜坡可以升高，使得将控制销1加热到预定设定点的时间减少。例如，第一加热斜坡可以编程为150℃/小时，直到由热电偶测量的温度为200℃，然后可以启动300℃/小时的第二次加热，直到热电偶检测到800℃的设定点温度。加热元件的设定点温度可以在800℃至1000℃之间变化，并且优选地在850℃至950℃之间。

下表对根据现有技术方法的在喷口和控制销中测量的温度与根据本发明的在喷口和控制销中测量的温度进行了比较。在传统方法中，控制销在烘箱中在600℃与850℃之间的温度下加热，并且使用筒式加热器对喷口加热。在使用本发明的控制销的实验中，喷口通过控制销的热传递被加热。加热元件的设定点从800℃到1100℃变化，并且30分钟后测量喷口的内壁的温度和控制销的外表面的温度。可以理解，当使用本发明的控制销时，喷口的表面的温度和控制销的表面的温度比使用传统的筒式加热器和控制销而其中没有嵌入任何加热元件时所达到的温度高得多。

表1-根据传统方法在喷口和控制销中测量的温度对比使用根据本发明的控制销在喷口和控制销中测量的温度

图6示出了浇铸环境中的控制销1。控制销悬挂在设置有喷口210的流槽或槽200之上。控制臂或其他类似的机构(未示出)沿箭头220竖直地将控制销1降低到喷口210内以及升高到喷口外。选择控制销的外径以安装在喷口内。

所描述的构造相对于现有技术的控制销提供了若干个优点。主要的优点是控制销可以在不需要从其喷口移除的情况下被加热。控制销有效地自加热，而不需要外部热源来达到其工作温度。因此，控制销可以原地被加热，消除了手动运输极其热的销的危险，降低了成型工艺的复杂性，并允许浇铸工艺的更多步骤自动化。

加热元件在本体内的布置也导致加热元件与销的本体之间的更有效的热传递。这与现有的构造相反，在现有的构造中，加热元件布置在销的中心中，例如在芯的空腔内。结果是，与传统的加热的销相比，本发明的销可以通过更低的能量更快速地加热到其工作温度。

参考下面的曲线图1，由另一实验得出，在两个销的加热曲线之间提供了比较：第一个销具有设置在芯的中心腔内的加热元件(虚曲线，销A)，而第二个销具有围绕芯设置的加热元件(实曲线，销B)，如本发明中所提供的。在这两种情况下，加热元件在时间0被加热到800℃，并且从距离销的末端2英寸处测量温度。如从曲线图中明显的是，销B能够在13分钟内接近700℃。相比之下，销A在同一时间内在最终达到稳定段之前几乎不超过600℃。为了达到铝的熔点(约660℃)并因此适用于铝浇铸，销A需要更强大的加热元件，因此需要更多的能量来达到销的工作温度。相反，800℃的加热元件对于销B是足够的。另外，对于销B，来自控制销的热量不仅沿销的长度更靠近外表面而产生，而且还更靠近末端(末端是最需要热量的)而产生。

曲线图1：加热曲线比较

本发明的另一优点是在加热元件与热电偶之间存在有效的电隔离。在所描述的实施方案中，加热元件围绕芯缠绕，同时热电偶布置在芯内。因此，芯的壁分离这两个电气部件，从而降低短路的风险。因此，热电偶可以提供更准确且更可靠的读数。

对于控制销的至少一些可能的实施方案而言，另一优点是销的外部是单个连续件，没有任何接缝。这使得它更耐用，更不易裂纹，并且避免了当销被加热时液体金属通过膨胀的接缝而渗透的风险。另外，销从顶部到底部由增强的玻璃纤维耐火材料制成，使得整个销耐热并且不易于因热膨胀系数不匹配而分离。

这些仅是本发明的一些优点。通过阅读本公开，其他优点对于本领域技术人员来说可能是明显的。

尽管上面已经结合控制来自输送槽或保持容器的熔融金属流对加热销进行了描述，但是本领域技术人员将理解，它也可以具有其他有用的应用。例如，在一些构造中，本发明的技术可以用作低成本浸入式加热器。加热元件可以更紧密地缠绕，并且可以改变丝的厚度，以增加销的整体热输出。例如，绕组可以配置成产生大约7kW的热输出。在这种构造中，销可以产生足够的热量以将液态金属保持在液态。销可以浸没在例如诸如铝、锌或镁的液态金属中，并将金属保持在所需的温度。在这种情况下，外壳可以用于保护销中包封的加热元件和电气部件。

本发明不应限于实例中所阐述的优选的实施方案，而应当给予与整体描述一致的最广泛的解释。

Claims (29)

1.一种用于在浇铸工艺中控制通过向下喷口的熔融金属流的控制销(1)，所述控制销(1)包括：

具有细长形状的本体(3)、能插入所述向下喷口中的下部(8)以及与所述下部(8)相对的终端(6)，所述本体(3)包括：

中心芯(15)；

加热元件(11)，所述加热元件围绕所述中心芯(15)布置；

中间层(9)，所述中间层包围所述中心芯(15)并包封所述加热元件(11)；以及

外壳(7)，所述外壳包围所述中间层(9)。

2.根据权利要求1所述的控制销(1)，其中，所述中心芯(15)是中空管。

3.根据权利要求1至2中的任一项所述的控制销(1)，其中，所述中心芯(15)由耐受超过1200℃的温度的材料制成。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的控制销(1)，其中，所述中心芯(15)包括矾土。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的控制销(1)，其中，所述中心芯(15)包括莫来石。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的控制销(1)，其中，所述中心芯(15)是电绝缘的。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的控制销(1)，其中，所述中间层(9)包括耐火材料。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的控制销(1)，其中，所述中间层(9)包括干燥且固化的油灰，所述油灰包括下述中的至少一种：矾土、莫来石、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氧化锆、石墨以及氧化镁。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的控制销(1)，其中，所述中间层(9)是致密且实心的，没有任何空腔或空隙。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的控制销(1)，其中，所述加热元件(11)是围绕所述中心芯(15)缠绕的电阻丝。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的控制销(1)，其中，所述加热元件(11)围绕所述中心芯(15)螺旋地缠绕。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的控制销(1)，其中，所述加热元件(11)能够产生超过1100℃的热度。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的控制销(1)，包括所述中心芯(15)与所述中间层(9)之间的径向间隔(10)。

14.根据权利要求13所述的控制销(1)，其中，所述径向间隔(10)小于1mm。

15.根据权利要求1至14中的任一项所述的控制销(1)，其中，所述外壳(7)包括嵌入陶瓷基体(24)中的多层编织纤维增强织物(23)。

16.根据权利要求15所述的控制销(1)，其中，所述编织纤维增强织物包括玻璃。

17.根据权利要求1至16中的任一项所述的控制销(1)，其中，所述外壳(7)包括硅酸钙或二氧化硅以及能模制的耐火组合物。

18.根据权利要求17所述的控制销(1)，其中，所述能模制的耐火组合物包括下述中的至少一种：熔融二氧化硅、矾土、莫来石、碳化硅、氮化硅、硅铝氧氮化物、锆石、氧化镁、氧化锆、硅酸钙、氮化硼、氮化铝和二硼化钛以及这些材料的混合物。

19.根据权利要求1至18中的任一项所述的控制销(1)，其中，所述中心芯(15)和所述中间层(9)具有相应的下极端，所述控制销(1)包括位于所述中心芯(15)的下极端和所述中间层(9)的下极端处的末端(14)，所述末端(14)被所述外壳(7)包围并嵌入所述外壳中。

20.根据权利要求19所述的控制销(1)，其中，所述末端(14)包括导电陶瓷材料，并且通过气硬性砂浆或粘接剂连接至所述中间层(9)。

21.根据权利要求19或20所述的控制销(1)，其中，所述末端(14)包括氮化铝(AIN)、碳化硅(SiC)或硅铝氧氮陶瓷中的一种。

22.根据权利要求1至21中的任一项所述的控制销(1)，其中，所述外壳(7)包括抗湿剂。

23.根据权利要求1至22中的任一项所述的控制销(1)，其中，所述中心芯(15)包括中心腔(18)，所述控制销(1)包括插入所述中心芯(15)的中心腔(18)的热电偶(19)。

24.一种用于在浇铸工艺中控制通过向下喷口的熔融金属流的控制销(1)，所述控制销(1)包括：

具有细长形状的本体(3)、能插入所述向下喷口中的下部(8)以及与所述下部(8)相对的终端(6)，所述本体(3)包括：

管或杆(15)，所述管或杆由矾土或莫来石制成；

电阻丝(11)，所述电阻丝围绕所述管(15)缠绕；

干燥且固化的陶瓷油灰的中间层(9)，所述中间层包围所述管(15)并包封所述电阻丝(11)；

末端(14)，所述末端由电绝缘导热材料制成，并且位于所述管(15)和所述中间层(9)下方，以及

外壳(7)，所述外壳包围所述末端和所述中间层(9)，

所述外壳(7)包括嵌入陶瓷基体(24)的多层增强织物(23)。

25.一种控制销组件(100)，包括：

根据权利要求1至22中的任一项所述的控制销(1)；

插入所述中心芯(15)中的热电偶(19)；

联接组件(50)，所述联接组件包括：

机械支撑件(60)，所述机械支撑件能附接至所述控制销(1)的终端(6)；以及

电连接器(70)，所述电连接器固定至所述机械支撑件(60)，所述电连接器(70)包括能连接至所述加热元件(11)的第一组电连接部(72)和能连接至所述热电偶(19)的第二组电连接部(74)。

26.根据权利要求25所述的控制销组件(100)，其中，所述机械支撑件(60)包括能移除地附接至所述控制销(1)的终端的壳体。

27.根据权利要求25或26所述的控制销组件(100)，还包括：

控制盒(80)，所述控制盒包括控制在所述加热元件(11)中流动的电流的第一模块(82)；以及监测由所述热电偶(19)检测的温度的第二模块(84)；以及

电缆(90)，所述电缆将所述电连接器(70)的第一组电连接部和第二组电连接部(72、74)电连接至所述控制盒(80)的第一模块和第二模块(82、84)。

28.根据权利要求27所述的控制销组件(100)，其中，所述控制盒包括处理器(83)，所述处理器被编程为具有所述加热元件(11)的至少一个加热斜坡，具有至少为150℃/小时的速率。

29.根据权利要求29所述的控制销组件(100)，其中，所述第一模块(82)的处理器(83)被编程为具有所述加热元件(11)的一个以上的加热斜坡。