CN1007824B - 用于熔融金属脱气的装置 - Google Patents

Abstract

一项用于旋涡反应罐的喷气嘴设计，该反应罐用于使用精炼气体使熔融金属脱气。该喷嘴设计消除了金属从反应罐喷嘴前端周围泄漏出来以及精炼气体从供应管线内泄漏的现象。

Description

本发明涉及一项改进的、用于旋涡反应罐的喷射式喷气嘴的设计，该反应罐用于使用精炼气体使熔融金属脱气。

用于熔融金属脱气的一项改进的方法和装置已在授予约瑟夫·A·克勒姆纳（Joseph    A.Clumpner）的第4，177，066号美国专利中公开并转让给了本发明的受让人。上述专利发明教导的是，使用一种由旋涡反应罐构成的装置使熔融金属脱气，熔融金属按切线方向导入反应罐中，从而在金属由反应罐的入口到出口通过的时候，按涡流旋转的方式流动。为了使熔融金属在反应罐的金属入口到金属出口这段路径上达到所希望的旋涡流动，要求金属入口相对于反应罐内腔壁的布置能够使液体按切线方向导入反应罐中。在最佳实施例中，旋涡反应罐由第一段长的、实质上是圆柱体侧壁的部分和位于该部分之下的第二段往下收缩的侧壁部分组成。各精炼气体进气喷嘴在不同高度穿入收缩壁部分，使得精炼气体从反应罐入口到出口经过时，使精炼气体的气泡的弥散达到最佳化。把各喷嘴布置在收缩壁的不同高度上，使各精炼气体喷嘴依次位于距旋涡反应罐中心轴线各种不同的距离上，以使助熔气泡有最大限度的弥散。由美国专利第4，177，066号公开的旋涡反应罐和喷嘴配置的各种实施例的具体细节部分可以很容易地应用本发明改进的喷射式喷气嘴的设计，本文结合了美国专利第4，177，066号说明，以供参考。

虽然上述美国专利第4，177，066号中公开的旋 涡反应罐胜过一列式脱气装置此种公知的先有技术，但在精炼气体喷嘴的设计上遇到了不少问题。尤其是，金属从反应罐内沿着喷嘴前端周围泄漏出来的事已有发生。其次遇到的问题是助熔气体供给管线本身的泄漏。最后还发现，当喷嘴通过内腔壁并进入到罐体本身里面喷气时，往往会突然不能工作。

授予约瑟夫·A·克勒姆纳，并已转让给本发明受让人的美国专利第4，392，636号公开了一种用于美国专利第4，177，066号公开的旋涡反应罐的喷射式喷气嘴，该喷气嘴的设计包含一个固定在旋涡反应罐壁上、而且与所述罐壁内圆周线齐平的插入式喷嘴。该插入式喷嘴设有一个适合安装用陶瓷或类似材料制成的喷嘴锥状前端的基座面。助熔气体喷嘴对该喷嘴锥状前端有弹性位移，用足够的力来保持喷嘴对锥状前端以及锥状前端对插入式喷嘴的密封，以防止金属从反应罐的助熔气体喷嘴周围泄漏。助熔气体喷嘴借助于喷嘴螺杆组件，并在喷嘴螺杆组件和精炼气体喷嘴之间使用密封垫固定在精炼气体供应管线上。已经发现，喷嘴螺杆组件在喷嘴螺杆组件和助熔气体喷嘴之间的密封垫上的旋转运动对有效的密封有害。因为旋涡反应罐是为从熔融铝中除去氢和碱土金属而设计的，并且使用了诸如氯以及类似的活泼气体，所以发展一种用于供应精炼气体的防漏设计是必不可少的。

授予罗伯特·E·赫西（Robert    E·Hershey），并已转让给本发明受让人的美国专利第4，494，735号公开了一项用于上述类型旋涡反应罐的喷射式喷气嘴。该喷气嘴的设计包含一个固定在旋涡反应罐壁内、并且同罐壁内圆周线齐平的插入式喷嘴。该插入式喷嘴设有一个适合安装用陶瓷或类似材料制成的喷嘴的锥状前端的基座面。精炼气体喷嘴对该喷嘴的锥状前端存在位移，用足够的力保持喷嘴对锥状前端密封，以防止金属从反应罐沿精炼气体喷嘴周围泄漏。精炼气体喷嘴借助喷嘴螺杆组件固定在精炼气体供应管线上，该螺杆组件包括接纳喷嘴坯件的喷嘴螺母。喷嘴螺母按不旋转方式装有一块压板，后者紧压设置在该压板和喷嘴坯件背面之间的密封垫，把一枚阳螺杆件可拧动地安装在喷嘴螺母上，使压板对密封垫，相应的喷嘴坯件附加一个力，以产生不泄漏的密封。可以在压板和阳螺杆之间设置一个弹簧垫圈，以帮助使压板产生附加力。虽然US，4，494，735号专利的喷嘴装置最初运用时没有任何泄漏问题，但由于锥状前端衬垫材料的毁损，过一定时间泄漏就发生。

因此，提供一种改进的注射式喷气嘴设计，使供给的气体材料不能从供气管线上泄漏，乃是本发明的首要目标。

使用精炼气体使熔融金属在旋涡反应罐中脱气，而提供一种改进的、用于此种反应罐的喷射式喷气嘴设计，是本发明的主要目的。

旋涡反应罐用于熔融金属脱气，其中喷嘴前端周围要消除漏气现象，因此提供一种改进的、用于此种反应罐的喷射式喷气嘴设计，是本发明特定的目的。

本发明更进一步的目标是，提供一种改进的、喷射式喷气嘴设计，它具有上述各种改进性能，而且方便使用、价格适宜。

本发明的其他一些目的和优点将在下文述及。

根据本发明，前述各种目标和优点是容易达到的。

本发明包含一项改进的、用于旋涡反应罐的喷射式喷气嘴设计，该反应罐用于使用精炼气体使熔融金属脱气。精炼气体喷嘴设计包含一个空心的喷嘴座，它有第一段锥形长孔和第二段锥形长孔，二者用肩形部分连结;一个空心喷嘴锥状前端，按密封要求放置在所述第二段锥形长孔里面，以形成主要的密封;一个喷嘴前端垫圈安装在所述第一段锥形长孔内，并紧贴着所述空心喷嘴座所述肩形部分，借以形成第二道密封;一个空心的、带有肩部的喷嘴前端，它具有圆柱体肩部和圆锥形的前端部分，放置在所述空心喷嘴座里面，以使所述圆锥形前端部容纳在所述空心喷嘴锥状前端里，所述肩形部分则紧贴所述喷嘴前端垫圈，用以把所述垫圈夹在所述喷嘴前端的肩形部分和所述喷嘴座之间;输气管装置固定在所述喷嘴前端、用以向那儿馈送气体以及绝缘装置包围在所述输气管外面、用以隔离所述空心喷嘴座里面的所述输气管。

按照本发明的最佳实施例，输气管周围装有一块板和一段定位管子，用以把绝热材料固定在输气管周围，该绝热材料包括第一和第二两部分陶瓷纤维卷绕层。

本发明的装置消除了金属从反应罐里面喷嘴前端周围泄漏出来的现象，防止了精炼气体供应管线内的气体泄漏，并且考虑到了在发生堵塞时容易更 换喷嘴。

图1是本发明改进的应用于美国专利第4，177，066号公开的旋涡反应罐的喷气嘴设计最佳实施例的简略图。

图2是本发明喷嘴结构沿图3的2-2线的简略断面图。

图3是固定在旋涡反应罐罐体上的喷气嘴安装方式的正面图。

图4是根据本发明的喷气嘴设计各零件的分解视图。

关于图1，精炼气体喷嘴设计是用旋涡反应罐10的最佳实施例示意其安装位置，反应罐由第一级实质上是圆柱体的侧壁部分12和位于圆柱体侧壁部分12下方的第二级向下收缩的侧壁部分14组成。前已指出，本发明的精炼气体喷嘴设计可以结合美国专利第4，177，066号公开的任何旋涡反应罐一起使用，所述旋涡反应罐的具体细节在此一并说明供参考。

许多喷射式喷气嘴组件借助安装支架16固定于收缩侧壁部分14上，喷气嘴设计和安装支架的细节将具体参照图2至图4予以详细说明。

参见图2，旋涡反应罐的收缩侧壁部分14包含由合适的难熔材料制成的第一内壁18和最好用钢制成、并同内壁18间隔开的第二外壁20。内壁18和外壁20之间所留空隙由绝热层22填充。

内壁18上开有许多输气孔24，用以安放本发明的喷嘴组件。每个输气孔24上都安装有一个空心的喷嘴座26，后者包括第一段锥形长孔28和第二段锥形长孔30，两段之间用肩部32连结。带有肩部的空心喷嘴座可以由任何合适的陶瓷材料制成。

由合适陶瓷材料制成的中空喷嘴的锥状前端34按密封要求放置于空心喷嘴座26的第二段锥形空腔30内。由合适陶瓷材料制成的喷嘴前端垫圈36放于空心喷嘴座26的肩部32上，并对它密封。

具有圆柱形肩部40和圆锥形前端部42的空心的、带有肩部的喷嘴前端38，放置于空心喷嘴座26之中，使得圆锥形前端部42容纳在中空喷嘴的锥状前端34里，以形成防止金属泄漏的主要密封，并且，肩部40紧贴着喷嘴前端的垫圈36，用以把垫圈36夹在空心的带有肩部的喷嘴前端38的肩部部分40和喷嘴座26的肩部部分32中间，以形成防止金属泄漏的第二道密封。

气体管44通过压配合、陶瓷粘接或类似方式固定于设置在空心的、带有肩部的喷嘴前端38里面的凹入处46内，以形成气密接合。管子44在空心喷嘴座26里面被陶瓷纤维绝热层48和圆锥体形的纤维卷绕层50所包裹。陶瓷纤维绝热层48用围绕管子44的平板52固定位置，该平板52则靠围绕输气管44的定位管54在输气管上固定就位。

圆锥体形的纤维卷绕层50，最好用遇热即膨胀的密封材料制成，以形成对金属泄漏的第三道密封。以商标SURESEAL销售的是一种合用的材料。它是联合铝业公司（Consolidateg    Aluminium    Corp.）用于膨胀陶瓷纤维材料的商标。

详细参见图4，连接器56被粘接到管子44里面，以使对输送的精炼气体经过的软管58具有气密性连结。夹持架60安装在连接器56的上面，并用螺母62固定其上。喷嘴组件借助十字形臂64安装到反应罐10上的规定位置，而十字形臂64则靠螺母、螺栓组件66同反应罐的外壁20结合在一起。十字形臂将护罩68和弹簧70固定就位，而后两者又通过定位板72和螺钉74固定在夹持架60上。

已经证实，应用本发明的气体喷射嘴，金属和气体的泄漏都被消除了。

应当理解，本发明不局限此处插图、实例的说明和展示，应把它们看作仅仅是实施本发明的最好模式的例证，容许对它们的式样、大小、零部件的配置以及操作细节作变更。更确切讲，本发明旨在包括所有这些由权利要求书确定的精神和范围之内的各种改进。

Claims (6)

1、一种用于熔融金属脱气的装置，其包括：

一个具有一段长的内侧壁部分、一段长的外侧壁部分和中心轴线的空腔，

设在第一高度上，相对于所述空腔按切线方向装置，用于使熔融金属按切线方向导入所述空腔内，以使所述熔融金属从所述熔融金属入口流下，成旋涡状通过所述空腔的金属入口装置，

设在所述第一高度下面的第二高度上，用以从所述空腔内排出熔融金属的金属出口装置，以及

至少一个安装在所述第一高度下面的所述第一段长的内侧壁部分，用以把精炼气体导入到所述空腔内精炼气体入口装置，所述至少一个精炼气体入口装置包含一套密封地装在所述第一段长的内侧壁部分里的一个孔道内的喷嘴组件，其中所述喷嘴组件包括一个有第一段锥形长孔和第二段锥形长孔，两者用肩形部分连结的空心喷嘴座、一个密封地放置在所述第二段锥形长孔里面的中空喷嘴锥状前端、一个安装在所述第一段锥形长孔内、并且紧贴着所述空心喷嘴座的所述肩部、以形成密封的喷嘴前端垫圈、一个有着圆柱状肩部和圆锥形前端的中空的带有肩部的，放置在所述空心喷嘴座里面，以使所述圆锥形前端部容纳在所述中空喷嘴锥状前端里的喷嘴前端，而所述肩部则紧贴所述喷嘴前端垫圈上，用以把所述垫圈夹在所述喷嘴前端的所述肩部和所述喷嘴座的所述肩部之间，用气密方式固定在所述喷嘴前端里，用以向其馈送气体的输气管装置、以及包围在所述输气管外面，用以隔离所述空心喷嘴座里面的所述输气管的绝热装置。

2、根据权利要求1的装置，其中围绕所述输气管装有一块板和一段定位管子，用以把绝热装置固定就位。

3、根据权利要求2的装置，其中所述绝热材料包括第一和第二两部分陶瓷纤维卷绕层。

4、一套喷嘴组件，其包括一个具有第一段锥形长孔和第二段锥形长孔，两者用肩形部分连结的空心喷嘴座，一个密封地放置在所述第二段锥形长孔里面的中空喷嘴锥状前端，一个安装在所述第一段锥形长孔内，并且紧贴着所述空心喷嘴座的所述肩部，以形成密封的喷嘴前端垫圈，一个有着圆柱状肩部和圆锥形前端部的空心的带有肩部的放置在所述空心喷嘴座里面，以使所述圆锥形前端部容纳在所述中空喷嘴锥状前窗里的喷嘴前端，而所述肩部则紧贴所述喷嘴垫圈，用以把所述垫圈夹在所述喷嘴前端的所述肩部和所述喷嘴座的所述肩部之间，用气密方式固定在所述喷嘴前端里，用以向上馈送气体的输气管装置，以及包围在所述输气管外面，用以隔离所述空心喷嘴座里面的所述输气管的绝热装置。

5、根据权利要求4的喷嘴组件，其中围绕所述输气管装有一块板和一段定位管子，用以把绝热装置固定就位。

6、根据权利要求5的喷嘴组件，其中所述绝热装置包括第一和第二两部分陶瓷纤维卷绕层。

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