CN1784500B - 气体冲洗元件及附属的气体冲洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冶金炉缸用的耐火陶瓷气体冲洗元件及一种附属的带有一个这样的气体冲洗元件的气体冲洗装置。

Description

气体冲洗元件及附属的气体冲洗装置

本发明涉及一种冶金炉缸用的耐火陶瓷气体冲洗元件及一种附属的带有一个这样的气体冲洗元件的气体冲洗装置。

所述类型的气体冲洗元件在许多年前就公开了。它用于将气体，例如氩气或氮气吹入一种冶金熔液中。该气体具有不同的作用：利用该气体使金属熔液均匀。此外可以加速氧化过程。所述气体处理的一个目的也可以是去除熔液中的非金属杂物或例如钢熔液的脱硫或脱磷。

在里面使用了此类气体冲洗元件的冶金炉缸可以例如是盛钢桶或钢包炉。所述类型的气体冲洗元件也应用于钢的真空处理。

在这里，气体分别在一个在供应气体的第一端部和一个将气体排入熔液的第二端部之间沿着气体冲洗元件引导。一般通过相应的通道引导气体。这些通道可以例如通过可烧掉的材料直接在陶瓷材料中形成。不过这些通道也可以由分布在陶瓷材料中的管子(细管)形成。这些通道具有不同的横截面形状。流通横截面例如是圆形或缝隙形。这些通道可以直接，即轴向不过也可以迷宫式从一端延伸到另一端。

此外公开的还有，在气体冲洗元件的第一端部或在气体冲洗元件自身中设置一个所谓的冲破保护机构。一种这样的冲破保护机构用于阻止金属熔液渗入到气体冲洗元件中。

已公开的气体冲洗元件例如具有一个贯通的圆形横截面。此外平截头圆锥形的气体冲洗元件也公开了，它作为所谓的可更换冲洗器使用。该气体冲洗元件可以装入一个耐火的框架构件中。该框架构件是熔炼设备的组件，例如一个电弧炉或平炉的组件。该冲洗元件特别安装在冶金炉缸的底部或侧壁中。在底部中的冲洗元件可以这样设置，即气体或多或少地垂直于底部表面喷入熔液中。不过也公开了，为了将气体引导到熔液中的一个确定的点，冲洗元件倾斜地设置。这同样也适用于冲洗元件的侧壁安装。该安装可以多或少地水平进行，即垂直于冶金容器的内壁或向水平面(熔池表面)倾斜。

冲洗气体的供应可以是连续或非连续的。在任何情况下必须保证，如果需要该气体冲洗装置时，它一直是能工作的。这要求相应的安全措施，以防止例如通气通道被金属熔液或炉渣堵塞。

此外特别要保证，防止已经提及的金属熔液的冲破。

相应的，本发明的任务在于提供一种气体冲洗元件及一种附属的气体冲洗装置，它们具有一个高的安全标准，允许安全和有规律地向金属熔液中供应气体并且可以无局限地满足希望的冶金功能。

为了达到这个目的，本发明建议一种冶金炉缸用的耐火陶瓷气体冲洗元件，该冲洗元件具有如下的段，也就是在一个在其上供应气体的第一端部和一个在其上排出气体的第二端部之间：

-至少一个气体供应管通入第一端部，

-该气体供应管通入一个第一气体分配腔，

-多个毛细通道从第一气体分配腔一直延伸到一个第二气体分配腔，

-从第二气体分配腔延伸出至少一个空气通道直到气体冲洗元件的第二端部，所述空气通道的横截面比毛细通道的横截面大。

一种这样的气体冲洗元件具有下面的特性和优点：

虽然该气体冲洗元件被划分为不同的、轴向互相连接的段，但可以保证从(所谓冷的)第一端部到(所谓热的)第二端部的一个连续的气体输送。这样气体可以通过气体供应管引入冲洗元件。气体从那里到达第一气体分配腔，从那里出去气体接着通过多个毛细通道向第二端部流动，之后到达一个第二气体分配腔。从那里气体经过提及的较大通道引向气体冲洗元件的第二端部并且从那里排出。

一种这样的气体冲洗元件具有多个安全特征：

如果金属熔液渗入到从第二端部向着第一端部延伸的气体通道中，这时第二气体分配腔作为“阻挡层”，以防止金属熔液的继续侵入。所述气体分配腔具有一个比气体通道之和更大的横截面，这样渗入的金属熔液可以扩散开、冷却并凝固。向着气体冲洗装置的冷的(第一)端部的继续侵入也可以如此防止，即在第二气体分配腔另一端连接着毛细通道。这些毛细通道比在第二端部区域的气体通道具有明显小的流通横截面，这样仅就这点而言，金属熔液在毛细通道中的侵入就额外变难。

例如在第二端部区域的气体通道具有一个＞2mm或＞3mm的内径，而选择毛细通道的内径＜1mm。

不过即使金属熔液流入并通过了毛细通道，按本发明的气体冲洗元件通过第一气体分配腔提供一个另外的安全机构，在该气体分配腔中获得一个与已经借助第二气体分配腔所述类似的效果。

最后本发明在一个实施方式中设置了一个第四安全措施。该安全措施在于，通到第一气体分配腔中的气体供应管具有一个长度，该长度大于气体冲洗元件的第一端部和第一气体分配腔之间的轴向距离。换一种说法：该气体供应管不应该是直线延伸的，而是具有至少一个、优选，多个弯曲(折弯)的段来延长流通路程。在此气体供应管可以例如是螺旋形、螺纹形和/或曲折形地弯曲。通过多次“分岔”，气体的流通路程一方面延长了，这原则上不会产生不良影响，但是也延长了可能侵入的金属熔液的路程，这样它被强迫冷却并凝固。

在这里，气体供应管可以由一种材料制成，该材料在温度低于一种要处理的冶金熔液的温度时熔化。如果金属熔液侵入到这个区域则气体供应管就会熔化。如果气体供应管如按另外一个实施方式设置的那样装在一种松散材料中，这样金属熔液可以在气体冲洗元件的这一段扩散，即分岔，由此再一次加速凝固行为。不言而喻，松散材料必须设置在一个相应的外部容器(例如由金属或密实的陶瓷制成)中，这样熔液不会无控制地径向扩散。该容器也被耐火材料包住。

就正在谈论的沿着纵轴线的段而言，它们不必物理分离。这个概念应更多地从功能性方面去理解。这样单个段可以具有一个相同的横截面形状，例如设计成一个圆形横截面，这样总的为气体冲洗元件产生了一个外圆柱形形状。所述单个的段可以互相连接。不过也可以是所有的段装配在一个共同的耐火基体中。此时所述气体冲洗元件可以在它的整个长度上具有一个恒定的横截面，例如一个圆形横截面。横截面也可以从第一端部到第二端部变动，例如缩小，这样产生一个平截头圆锥形的形状。以这种方式气体冲洗元件可以特别作为可更换冲洗器使用。

对于保持不变的横截面，特别是圆形横截面，为附属的气体冲洗装置提供了如下可能性，即气体冲洗元件在轴向运动和/或转动。为此气体冲洗装置设计成带有一个相应的驱动装置。这个驱动装置可以用于气体冲洗元件交替的轴向和/或旋转运动。例如冲洗元件可以交替地轴向前后运动几个毫米(例如+/-3mm)，或者在一个或另一个方向转动几度的角度。该驱动装置也可以为如下目的使用，即在轴向向后推动冲洗元件，也就是说向着熔液向前推动，例如当冲洗元件在第一端部的区域部分磨损时。

如已经提及的那样，第一和第二气体分配腔的横截面要大于连接的毛细通道的横截面面积之和，以为可能侵入的熔液形成扩散空间并保证气体导入毛细通道或导出毛细通道。

按照一个实施方式，一个毛细通道的流通横截面(即流体技术有效的横截面)比一个在第一端部的气体供应管或在第二端部的气体通道的流通横截面至少小50％。其中，每个毛细通道的流通横截面也可以相对于气体供应管或气体通道明显小于所说的50％，例如小70％、80％或90％。

按一个实施方式，在第二端部上的气体通道被设计为缝隙形，也就是说，这些气体通道具有一个矩形横截面。该气体通道同样也可以设计成具有一个三角形或水滴形的流通横截面。其中，如果在为水滴形横截面几何图形时如此设置通道(细管)已经证实是有利的，即较狭窄的端朝向气体冲洗元件的中纵轴，如在下面的附图说明所述。

气体分配腔可以就地在气体冲洗元件的陶瓷基体材料中形成。气体分配腔也可以由金属空腔形成，附属的气体通道或毛细通道通到该空腔中。

毛细通道基本上轴向，即平行并互相分开地设置，而在气体冲洗元件的第二端部区域的气体通道可以以不同的方式设置：

例如对具有所述的水滴几何图形的气体通道，一种实施方式规定，该通道在横截面上“对称”地分散设置。例如对于三个通道，可以将单个通道-与一个钟表相比-设置在6点、10点和14点的位置。

在另一个实施方式中，特别当选择了具有圆形横截面的气体通道或缝隙形通道时，这些通道可以沿着一个虚拟的直线并互相分开地延伸，其中例如在一个安装在容器的一个侧壁上的冲洗器中该直线水平地延伸。

通道和空腔总是被耐火陶瓷材料(基体材料)包住。这种材料可铸或可压。一个外壳不是必要的。陶瓷冲洗元件可以这样安装。

本发明其它的特征是从属权利要求以及其余的申请材料的主题。

本发明接下来借助不同的附图图示地描述，其中附图为了更好地图释是纯粹示意性的。

在此示出：

图1：一个根据本发明的气体冲洗元件的侧视图，

图2：根据图1沿直线A-A的截面，

图3：一个按图2的实施例的替代结构，

图4：图1中沿直线B-B的截面，

图5：在冲洗元件的第一端部的区域纵向上的截面C-C，所述冲洗元件带有已连接的第一气体分配腔，

图6：在纵向通过第二气体分配腔的截面D-D，

图7：一个带有一个在轴承上导向的冲洗元件的气体冲洗装置的侧视图，

图8：一个带有一个通过一个驱动装置可轴向运动的气体冲洗元件的气体冲洗装置的一个视图。

在图中同样的或起同样作用的构件用相同的附图标记表示。

在图1中描述了一个根据本发明的气体冲洗元件。该气体冲洗元件的结构(从右向左)如下：

一个气体供应管5在E1处进入一个第一段3，该第一段在端面处由一个钢板30限制并且圆周侧由一个钢管14限制。气体供应管5在钢板30后面螺旋形延伸，其中螺旋通过附图标记13表示。螺旋13在一个空间内延伸，该空间由一种松散材料15，例如在膨胀的珠光体基础上填充并且离钢板30一定距离通过另一个钢板31限制，该螺旋13通过该钢板。

在钢板31上连接一个第一气体分配腔32，该气体分配腔周边通过延长的钢管14限制。

在气体的流动方向上接着一个段2，图4示出其横截面。在一个圆柱形钢制框架12(管14的延长)中存在一种耐火陶瓷材料，在该材料中沿冲洗元件的轴向分布多个毛细通道10。所述毛细通道(由细钢管形成)具有一个内径为0.5mm的圆形横截面。

由气体供应管5和螺旋13，引导经过第一气体分配腔32的气体通过毛细通道10流入一个紧接着的第一气体分配腔16(图6)，其内部由一个管体33限制，该管体置于一个外壳17中。管体13和外壳17可以由金属或耐火陶瓷制成。

通过第二气体分配腔16引导的气体接着到达气体通道6，这些气体通道在一种陶瓷基体材料8中(图2，3)轴向并互相分开地分布，并直到气体冲洗元件的第二端部E2的端面。

按照图2，三个具有圆形横截面的气体通道6沿着一个虚拟的水平直线设置。气体通道6中的每一个都具有一个2mm的内横截面。图3示出了一个替代实施方式，在这里三个通道6分别具有水滴形状，其中气体通道6-与一个钟表相比-设置在6点、10点和14点的位置。气体通道6的朝向是这样的，即狭窄的、近似三角形的端部分别朝内。

冲洗元件的这个段1同样由一个金属管9在圆周侧限制。

分别由陶瓷件或金属件制成的单个段的外壳(管件)互相机械地连接，其中端部段是阶梯形结构并具有相应的螺纹。在图1中描述的冲洗元件完全用耐火材料包住。同样可以将整个气体冲洗元件装配在一个贯通的管形外壳中或完全放弃外壳。在这种情况下气体分配腔16、32和不同的通道设计成位于一种陶瓷基体材料里面。

不仅气体供应管5，而且毛细通道10以及气体通道6由金属细管形成，不过同样可以就地形成，例如在生产时通过如下方式形成，即在它们的位置上装入具有相应的横截面可烧掉的材料，该材料以后会被烧掉。这同样适用于，在陶瓷基体中形成空腔(气体分配腔)。

气体从第一端部E1通过互相连接的段一直流到气体流出侧的端部，该端部在图1中用E2标记。

冲洗元件的功能在解释本发明时已经说明。要提及的还有，螺纹13在这里由铜制成，即一种相对低熔点的金属。

按照图7冲洗元件由多个轴承18、19导向。在此所述轴承是滚动轴承。通过一个马达M和一个变速器20可以转动管形的冲洗元件，也就是交替地向左和向右。该驱动装置处于炉缸外部。

在按照图8的实施例中描述了一个变速器22，利用该变速器可以往冲洗元件上传递连续的振动运动(例如正弦运动)，以使该冲洗元件在轴向上例如前后分别运动几个毫米。

不言而喻，在一个相应的耐火框架中气体冲洗元件必须设置在一个附属的冶金容器的底部或侧壁中，而且在按照图7和8的实施例中也要这样，从而可以保证冲洗元件的旋转运动以及轴向运动。冶金容器的侧壁或底部的耐火材料在图7和8中通过附图标记35表示。

Claims (12)

1.用于一个冶金炉缸的耐火陶瓷气体冲洗元件，该冲洗元件在一个在其上供应气体的第一端部(E1)和一个在其上排出气体的第二端部(E2)之间具有互相接着的段(3，2，4，1)：

a)至少一个气体供应管(5)通到所述第一端部E1中，

b)所述气体供应管(5)通到一个第一气体分配腔(32)中；

c)多个毛细通道(10)从第一气体分配腔(32)在轴向上延伸至一个第二气体分配腔(16)，

d)至少一个气体通道(6)从第二气体分配腔延伸至气体冲洗元件的第二端部(E2)，

e)毛细通道(10)分别具有一个流通横截面，该流通横截面比在第二端部(E2)上的所述至少一个气体通道(6)的气体供应管(5)的流通横截面至少小50％。

2.按权利要求1所述的气体冲洗元件，其第一和第二气体分配腔(32，16)分别具有一个大于毛细通道(10)的横截面面积之和的横截面。

3.按权利要求1所述的气体冲洗元件，其中通到第一气体分配腔(32)中的气体供应管(5)具有一个长度，该长度大于第一端部(E1)和第一气体分配腔(32)之间的轴向距离。

4.按权利要求3所述的气体冲洗元件，其中气体供应管(5)由一种材料构成，该材料在温度低于一种待处理的冶金熔液的温度时熔化。

5.按权利要求3所述的气体冲洗元件，其中气体供应管(5)置于一种松散材料(15)中。

6.按权利要求1所述的气体冲洗元件，其中毛细通道(10)分别具有一个流通横截面，该流通横截面比在第一端部(E1)上的气体供应管(5)或在第二端部(E2)上的气体通道(6)的流通横截面至少小90％。

7.按权利要求1所述的气体冲洗元件，其中单个的、互相连接的段(3，2，4，1)分别设置在一个由钢或者耐火陶瓷材料制成的管(14，12，17，9)中。

8.按权利要求1所述的气体冲洗元件，其中在第二端部(E2)的所述气体通道(6)上具有一个缝隙形的、三角形的或水滴形的流通横截面。

9.按权利要求1所述的气体冲洗元件，其具有多个在第二端部(E2)上的气体通道(6)，这些气体通道互相分开地沿着一个虚拟的直线在第二气体分配腔(16)和第二端部(E2)之间延伸。

10.按权利要求1所述的气体冲洗元件，它在其整个长度上具有一个圆形横截面。

11.按权利要求10所述的气体冲洗元件，其横截面从第一到第二端部(E1，E2)减小。

12.气体冲洗装置，其具有一个按权利要求1至11中任一项所述的气体冲洗元件和一个用于气体冲洗元件轴向和/或可旋转的运动的驱动装置(M)。

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