CN102168162B - 气体旋流冷却式喂丝枪 - Google Patents

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本发明公开了一种气体旋流冷却式喂丝枪。其主要解决现有喂丝方式中包芯线不能在预定深度进入钢液或铁液、喂丝设备在液面易导致保护渣、钢液或铁液飞溅、钢液或铁液对添加剂的收得率低等缺陷。它包括套装在喂丝机的导丝管外周的内管和外管，所述内管与外管形成的环形通道顶部入口与气流稳压箱相连，所述气流稳压箱上设置有进气管接头；所述内管与外管形成的环形通道底部出口与中空结构的旋流喷气头相连，所述旋流喷气头的中空内腔与内管相连，所述外管的外壁和旋流喷气头的外壁均覆盖有耐火材料层。其既可对易熔包芯线进行有效冷却保护，又可在钢液或铁液中形成具有一定压力的旋转气囊，并可使包芯线进入钢液或铁液的预定深度，从而大幅提高芯材收得率。

Description

气体旋流冷却式喂丝枪
技术领域
本发明涉及炼钢或炼铁工艺中的喂丝设备，具体地指一种气体旋流冷却式喂丝枪。
背景技术
在炼钢工艺中，为了得到高品质的合金钢，须向钢液中添加精炼剂；在炼铁和铸造工艺中，对铁水进行脱硫处理和球化处理，须向铁液中添加脱硫球化剂。目前，上述添加剂的加入方式是将易氧化、比重轻的合金元素或稀土元素置于圆形截面的低碳钢包芯线中，通过喂丝机碾压后为瘪平形，并在导丝管的引导下送入钢液或铁液内部。在喂送芯材熔点和沸点较低的包芯线时，导丝管出口距钢液或铁液表面的距离直接影响合金元素或稀土元素的收得率。在液面上方距离过大，会出现包芯线因保护渣阻挡而在液面上方盘旋，达不到理想的喂入深度，导致大量的合金元素或稀土元素提前汽化扩散到空气中，不仅收得率低，而且造成环境污染。在液面上方距离较近，会出现导丝管出口粘渣现象，甚至出口堵死，不能喂丝。
为了解决上述问题，公开号为CN1394966A的中国发明专利申请公开说明书介绍了一种钢液喂合金线的气体保护工艺及装置，其在固定导丝管中充入保护气体，在合金线和钢包液面的周围形成特定的气体保护区域，但添加剂的收得率仍然较低，且轴向运动的瘪平包芯线与固定导丝管之间的密封较为困难，直喷钢液面的气体也容易造成液渣飞溅。授权公告号为CN201288206Y的中国实用新型专利说明书公开了一种钢包喂线枪，其在活动导丝管中充入保护气体，以在钢液面上方冷却保护包芯线，但它不能使包芯线进入钢液面下方的预定深度，仍然存在活动导丝管与固定导丝管之间的密封和直喷钢液面的气体造成液渣飞溅的问题。授权公告号为CN201501903U的中国实用新型专利说明书公开了一种新型炼钢喂丝机水冷导丝装置，其在活动导丝管外壁加设冷却水道来对包芯线进行冷却，但其冷却原理以导热为主，导丝管和包芯线之间是空气，而以空气为导热体的导热速率远低于热辐射和热对流。因此，该水冷导丝装置对包芯线的冷却效果有限。
为了尽可能提高喂丝时合金或稀土的收得率，理想喂入深度一般为钢液或铁液深度的0.6～0.75倍，要达到这一深度，导丝管出口需进入液体内部。然而，现有的气冷导丝管和水冷导丝管都不能进入液体内部，如果进入很容易导致液渣和液体进入包芯线通道，遇冷凝固堵塞通道。
发明内容
本发明旨在提供一种既可对易熔包芯线进行有效冷却保护、又可在钢液或铁液中形成具有一定压力的旋转气囊、并可使包芯线进入钢液或铁液的预定深度、从而大幅提高芯材收得率的气体旋流冷却式喂丝枪。
为实现上述目的，本发明所设计的气体旋流冷却式喂丝枪，包括套装在喂丝机的导丝管外周的内管和外管，所述内管与外管形成的环形通道顶部入口与气流稳压箱相连，所述气流稳压箱上设置有进气管接头；所述内管与外管形成的环形通道底部出口与中空结构的旋流喷气头相连，所述旋流喷气头的中空内腔与内管相连，所述外管的外壁和旋流喷气头的外壁均覆盖有耐火材料层。
进一步地，所述旋流喷气头由呈旋转陀螺体形的喷头内芯和与其形状相匹配的喷头外套组合而成，所述喷头内芯固定连接在内管的底部，所述喷头内芯上开设有与内管相连的中空内腔；所述喷头外套固定连接在外管的底部，所述喷头内芯与喷头外套的配合面之间开设有若干条沿周向均匀分布的螺旋喷气通道。
进一步地，所述螺旋喷气通道开设在所述喷头内芯的旋转曲面上，其数量为3～6条，最优选的数量为4条。
再进一步地，所述喷头内芯下端与所述螺旋喷气通道出口相交的外圆被切除的弧长占其圆周长的30～100％，最好控制在70～90％的范围内。
更进一步地，所述内管和外管采用螺纹管。
本发明的工作原理是这样的：在向钢液或铁液中喂送含有添加剂的包芯线时，一方面整个枪体根据喂丝需要沿着固定的导丝管作上下移动，以便插入到钢液或铁液的内部或离开液面；另一方面冷却气体从进气管接头进入气流稳压箱，通过内管与外管形成的环形通道进入底部旋流喷气头，所喷出的气体旋流在钢液或铁液中形成具有一定压力的气囊，气囊外层气体切向发散沿耐火材料层向上溢出，气囊内层气体则通过旋流喷气头的中空内腔进入内管和导丝管中，并围绕包芯线外壁向上溢出；与此同时，含有添加剂的包芯线穿过气囊进入钢液或铁液中熔化。
与现有技术相比，本发明的优点体现在如下几方面：
其一，从旋流喷气头喷出的气流在钢液或铁液表面形成漩涡，可带动与其临近的保护渣、钢液或铁液也作旋转运动，从而避免了保护渣、钢液或铁液飞溅堵塞包芯线通道。
其二，从旋流喷气头喷出的气流在钢液或铁液内部形成具有一定压力的旋转气囊，可带动与其临近的钢液或铁液也作旋转运动，从而避免了钢液或铁液进入包芯线通道，遇冷凝固堵塞通道。
其三，由于旋转气囊具有一定的压力，可确保支撑一定深度的钢液柱或铁液柱，这样可使旋流喷气头进入到液面下方预定的深度而不被液体堵塞，包芯线从气囊中进入到钢液或铁液中熔化，大幅提高收得率。
其四，旋转气囊外层气体自然切向发散，并紧贴耐火材料层向上溢出，液面波动小。
其五，旋转气囊内层气体从旋流喷气头的中空内腔进入内管和导丝管中，可隔离空气和钢液或铁液，避免钢液或铁液氧化。
其六，内管和外管采用具有弹性特性的螺纹管，可使耐火材料层与其保持相同的轴向热伸缩量，从而有效避免耐火材料层龟裂，延长枪的使用寿命。
附图说明
图1为一种气体旋流冷却式喂丝枪的主剖视结构示意图。
图2为图1中旋流喷气头的主剖视放大结构示意图。
图3为图2中喷头内芯的仰视结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的气体旋流冷却式喂丝枪作进一步的详细描述。
图中所示的气体旋流冷却式喂丝枪，主要由气流稳压箱3、内管4、外管5以及中空结构的旋流喷气头6等部件组成。枪可相对于固定导丝管1整体上下移动。内管4和外管5依次套装在喂丝机的固定导丝管1外周。气流稳压箱3设置在内管4与外管5形成的环形通道顶部入口处，并通过密封焊接的方式与内管4和外管5固定连接，在气流稳压箱3的一侧安装有进气管接头2。旋流喷气头6设置在内管4与外管5形成的环形通道底部出口处，它由呈旋转陀螺体形的喷头内芯6.1和与其形状相匹配的喷头外套6.2组合而成。喷头内芯6.1焊接固定在内管4的底部，喷头内芯6.1上开设有与内管4相连的中空内腔6.3。喷头外套6.2焊接固定在外管5的底部。在喷头内芯6.1与喷头外套6.2的配合面之间开设有沿周向均匀分布的螺旋喷气通道6.4。螺旋喷气通道6.4既可以开设在喷头内芯6.1上，也可以开设在喷头外套6.2上，本实施例中通过刻槽的方式开设在喷头内芯6.1的旋转曲面上，这样加工更为方便快捷。螺旋喷气通道6.4的开设数量以确保产生均匀稳定的气体旋流为准，一般3～6条即可满足要求，本实施例中均匀设计有4条螺旋喷气通道6.4。为了确保形成稳定的旋转气囊，螺旋喷气通道6.4的出口参数设计也很重要，一般喷头内芯6.1下端与螺旋喷气通道6.4出口相交的外圆6.5被切除的弧长占其圆周长的30～100％，最好占70～90％。试验表明：在这样的出口参数条件下，气体旋流的压力大、波动小，有利于维持旋转气囊的稳定，从而有效隔离钢液或铁液，保证导丝管1内的包芯线8始终处于气流冷却保护状态。为了延长插入到钢液或铁液中的喷头外套6.2和外管5等部件的使用寿命，在喷头外套6.2和外管5的外壁上覆盖有耐火材料层7，且内管4和外管5均采用具有弹性的螺纹管，以使其与耐火材料层7保持一致的轴向热伸缩量，避免耐火材料层7产生龟裂。
上述气体旋流冷却式喂丝枪工作时，整个枪体可以沿固定的导丝管1作上下移动，以便插入到钢液或铁液的内部或离开液面。来自喂丝机的包芯线8在导丝管1的引导下沿内管4、喷头内芯6.1的中空内腔6.3和喷头外套6.2的下端内孔穿出。与此同时，具有一定压力的惰性冷却气体从进气管接头2进入气流稳压箱3，穿过内管4与外管5之间的环形通道，经4条螺旋喷气通道6.4加速后喷出，形成气体旋流。当枪头在液面上方时，气体旋流的下方形成低温区；当枪头接近液面时，气体旋流推动保护渣、钢液或铁液旋转形成漩涡；当枪头进一步下降时，上层钢液或铁液向枪体汇合，枪头附近的钢液或铁液仍然在气体旋流推动下旋转，形成气囊。由于流动，气囊中的气体仍然温度较低。气囊外层气体切向发散沿耐火材料层7向上溢出，液面波动很小。气囊内层气体则通过喷头内芯6.1的中空内腔6.3进入内管4和导丝管1中，并环绕包芯线8的外壁向上溢出，隔离空气和钢液或铁液。包芯线8从气囊中穿过，进入钢液或铁液中熔化。

Claims (4)

1.一种气体旋流冷却式喂丝枪，包括套装在喂丝机的导丝管(1)外周的内管(4)和外管(5)，其特征在于：所述内管(4)与外管(5)形成的环形通道顶部入口与气流稳压箱(3)相连，所述气流稳压箱(3)上设置有进气管接头(2)；所述内管(4)与外管(5)形成的环形通道底部出口与中空结构的旋流喷气头(6)相连，所述旋流喷气头(6)的中空内腔与内管(4)相连，所述外管(5)的外壁和旋流喷气头(6)的外壁均覆盖有耐火材料层(7)；所述旋流喷气头(6)由呈旋转陀螺体形的喷头内芯(6.1)和与其形状相匹配的喷头外套(6.2)组合而成，所述喷头内芯(6.1)固定连接在内管(4)的底部，所述喷头内芯(6.1)上开设有与内管(4)相连的中空内腔(6.3)；所述喷头外套(6.2)固定连接在外管(5)的底部，所述喷头内芯(6.1)与喷头外套(6.2)的配合面之间开设有若干条沿周向均匀分布的螺旋喷气通道(6.4)。
2.根据权利要求1所述的气体旋流冷却式喂丝枪，其特征在于：所述螺旋喷气通道(6.4)开设在所述喷头内芯(6.1)的旋转曲面上，其数量为3～6条。
3.根据权利要求1所述的气体旋流冷却式喂丝枪，其特征在于：所述螺旋喷气通道(6.4)开设在所述喷头内芯(6.1)的旋转曲面上，其数量为4条。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的气体旋流冷却式喂丝枪，其特征在于：所述内管(4)和外管(5)采用螺纹管。
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