CN103418780A - 透气塞 - Google Patents

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Abstract

替换透气塞包括耐火材料，耐火材料被设置成插入钢包底部以引导惰性气体穿过钢水包内热的熔融金属。透气塞侧面上的一个或多个几何特征促进透气塞安装到遭受了侵蚀的透气座砖。

Description

透气塞
背景技术
(1)发明领域
本发明涉及透气塞，由耐火材料构成，其被设置成插入钢包底部用于向钢包内吹入气体。
(2)相关工艺描述
钢铁制造过程使用被称作钢包的容器，其内壁上衬有耐火材料以容纳钢水。透气塞是安装在穿过钢包外部的通路中的装置，其被设置来引导气体进入钢包的内部。透气塞可包含气孔或通路以允许气体流动。透气塞的作用为提供熔融金属的气体搅拌，从而促进热量均匀和化学物质均匀。清洗气体也能改变热度(钢包的熔融含量)。搅拌通常通过将氩气和氮气渗透穿过钢水包底部的透气塞完成。典型地，透气塞具有平头的陶瓷圆锥体(平截头体)形状并被浇注在金属钢壳套中。
在典型的结构中，透气塞可替换地安装透气座砖中，钢包座砖安装在钢包底部。在钢包中，执行不同的高温处理，其中透气塞是起决定性作用的。在处理过程中透气塞直接朝向高温的顶端严重耗损，并且在透气塞高度收缩到最小允许水平时，需要定期用新的透气塞替换。此外，透气座砖包围透气塞顶端的部分遭受侵蚀。因此，透气塞的侧表面随着透气座砖侵蚀而逐渐暴露在外从而受到侵蚀，并且透气座砖接触透气塞的区域减少。接触区域减少造成机械不稳定、耐热组件故障和漏钢概率升高。
在许多钢制品工厂中，惯用做法是在透气塞用过后安装新透气塞时或透气座砖侵蚀时，在新安装的透气塞周围进行热补料热补或喷补以填满磨损区所有空间并补平新安装透气塞周围的钢包底部。这个步骤增加安装在磨损的透气座砖中的透气塞的寿命。热补料热补透气塞时，从钢包顶部投入热补料以热补新安装透气塞周围座砖被侵蚀的部分。喷补就是用喷补设备对着在磨损的透气座砖中的新透气塞周围的钢包底部和透气塞座砖的侵蚀部分喷射喷补料。
热补料热补或喷补透气塞的周围确实增加透气塞和透气座砖的寿命。但是在许多情况下，钢水将切削透气座砖顶部透气塞钢壳的暴露于钢水之中的部分。液态金属接触熔化钢壳，透气塞通常切削到固体耐火材料包围透气塞的高度水平处。
透气塞的寿命很大程度上受到通过热补料热补或喷补时所留下的耐火材料在透气塞周围位置的程度的影响。在透气塞周围运用接合剂会留下缺口和空隙，该缺口和空隙易遭受渗钢并加快已修复部分的侵蚀速率。当前使用的透气塞替换物设置有平滑的径向表面，该径向表面有助于透气座砖中透气塞的放置，但并不促进将透气塞的径向表面粘接到通过钢包热补料热补或喷补所留下的耐火材料。
如果通过热补料热补或喷补在透气塞周围的修复耐火材料能够保持不动，将减少透气塞的切削并且增加透气塞和透气座砖的寿命。仍然需要用于修复透气座砖的工序或结构，其中透气塞被固定到透气座砖以防止渗透，透气座砖被固定到透气塞以防止修复的透气座砖部分的材料起不到作用。此外，仍然需要利用相似的结构修复耐热工件的工序或结构，例如钢包机构的上水口外部周围的水口座砖。
发明内容
相应地，本发明针对侧面上具有一个或多个几何特征的透气塞，同时该一个或多个几何特性允许透气塞位于被侵蚀的透气座砖并允许透气塞与透气座砖的修复部分固定彼此。本发明还针对钢包水口和类似的耐火元件，该耐火元件易遭受侵蚀或位于易遭受侵蚀的座砖中。尽管滑动水口座砖比修复透气塞透气座砖更不常用，其也可以采用同样的原理。大部分情况下，用于钢包上水口不具有钢壳，然而，小钢条可被加入到钢包上水口，从而附接锚状物或如所述并入用于透气塞的几何特征。本发明透气塞的几何结构(包括网格结构)具有有益技术效果，即就修复粘合透气座砖和透气塞、修补材料和修补的完整性/一体性而言改善修复工序/进程，减少损失时间并能缩短检修钢包的时间。
附图说明
图1示出现有技术透气座砖中的透气塞以及安装在钢水包底部的透气塞和透气座砖组合的截面图；
图2示出现有技术被侵蚀的透气座砖中被侵蚀的透气塞以及安装在钢水包底部的透气塞和透气座砖组合的截面图；
图3示出本发明被侵蚀的透气座砖中的透气塞以及安装在钢水包底部的透气塞和透气座砖组合的截面图；
图4示出本发明透气塞的截面图，在其侧面上具有突出物；
图5示出本发明透气塞的截面图，在其侧面上具有圆形凹口；
图6示出本发明透气塞的截面图，在所述透气塞侧面上具有延伸的突出物；
图7示出本发明透气塞的侧视图，所述透气塞具有围绕其侧面的网格；
图8示出本发明透气塞的侧视图，所述透气塞具有围绕其侧面的带状物；
图9示出本发明透气塞的侧视图，所述透气塞具有环绕其侧面的凹槽；
图10示出本发明透气塞的截面图，所述透气塞具有从其侧面延伸的弹簧承载突出物；
图11示出本发明透气塞的侧视图，所述透气塞具有围绕其一部分侧面的网篮；
图12示出本发明透气塞的侧视图，所述透气塞的侧面上具有周向阶状物和环绕其侧面凹入部分的网格；
图13示出本发明透气塞的侧视图，所述透气塞具有围绕其侧面的压紧的网格及环绕所述网格的带状物；
图14示出本发明透气塞的侧视图，所述透气塞具有围绕其侧面的散开的网篮；
图15示出本发明安装在被侵蚀透气座砖中的透气塞的剖面图；
图16示出本发明安装在被侵蚀透气座砖中的透气塞的剖面图。
图17示出本发明透气塞的透视图，所述透气塞具有围绕其侧面的方格网眼；
图18示出本发明透气塞的俯视图，所述透气塞具有围绕其侧面的方格网眼；
图19示出本发明透气塞的侧视图，所述透气塞具有围绕其侧面的方格网眼；
具体实施例
透气塞由耐火材料构成，并且通常为圆柱体、截头锥体(平截头体)或平头角锥体(角锥状的平截头体)。图1示出安装使用的透气塞11的组件10。透气塞11的本体12具有多通道或多孔的耐火材料，以便气体可以穿过设置在透气塞本体的供给端被引导到透气塞的工作端。连接供给端和工作端的透气塞的侧面由钢壳16隔离/防护，钢壳16通常由金属制造。通过引导介于透气塞侧面和设置来接收透气塞侧面的透气座砖20的内表面之间的火泥18，透气塞被安装在工作位置，以便气体能通过透气塞的供给端被供给并在透气塞的工作端被引导到冶金容器的内部中。该透气座砖被容纳在冶金容器的基底22或壁中。在典型的装置中，该透气座砖被耐火材料包围。
图2示出透气塞11的装配图26，其具有透气塞本体12，气体穿过入口14被引导到透气塞本体12中。透气塞11的侧面被包围在钢壳16中并通过火泥18保持在透气座砖20中。透气座砖20延伸穿过冶金容器的基底22。透气塞和该透气座砖的组合遭受侵蚀，造成侵蚀区域28的形成。
图3示出透气塞11的装配图32，其具有透气塞本体12，气体穿过入口14被引导到透气塞本体12中。透气塞11的侧面被包围在钢壳16中并通过火泥18保持在透气座砖20中。已被侵蚀的透气座砖20延伸穿过冶金容器的基底22。根据本发明，透气塞11是替换透气塞。一个或多个突出物42从钢壳16延伸出来。突出物42是设置用来啮合被放置在透气座砖20侵蚀区域的修补料的几何特征。突出物42的尺寸可以使透气塞11能从透气座砖20的供给端被插入到透气座砖20中，透气座砖20的供给端与透气塞11的供给端邻近。在组件被投入使用之前，附加的修补料被放置在透气座砖20和突出物42之间。
图4示出具有透气塞本体12的透气塞11，气体穿过入口14被引导到透气塞本体12中。透气塞11的侧面被包围在钢壳16中。一个或多个突出物42从钢壳16延伸出来。
图5示出具有透气塞本体12的透气塞11，气体穿过入口14被引导到透气塞本体12中。透气塞11的侧面被包围在钢壳16中。一个或多个凹口44延伸入钢壳16。
图6示出具有透气塞本体12的透气塞11，气体穿过入口14被引导到透气塞本体12中。透气塞11的侧面被包围在钢壳16中。一个或多个锚状物46从钢壳16延伸出来。这些锚状物可为刚性的，在这种情况下，这些锚状物具有适当的尺寸以从透气座砖20的供给端穿过透气座砖20被侵蚀的开口。锚状物46可为挠性的，在这种情况下，这些锚状物从透气塞11延伸超出透气座砖20被侵蚀开口的半径范围，并且可被弯曲或折曲以便穿过透气座砖20被侵蚀的开口。
图7示出具有透气塞本体12的透气塞11，气体穿过入口14被引导到透气塞本体12中。透气塞11的一部分侧面由网格或网屏包围。网格或网屏被固定到透气塞11的侧面并被设置成以便其可穿过透气塞将要被安装在的透气座砖被侵蚀的开口。
图8示出具有透气塞本体12的透气塞11，气体穿过入口14被引导到透气塞本体12中。透气塞11的一部分侧面由一个或多个几何特征52围绕，例如附接到透气塞11侧面的环或垫圈。环或垫圈被设置成以便其可穿过透气塞将要被安装在的透气座砖被侵蚀的开口。如果透气塞本体被浇注在钢壳中，环或垫圈则被安装在钢壳上。
图9示出具有透气塞本体12的透气塞11，气体穿过入口14被引导到透气塞本体12中。透气塞11的一部分侧面由一个或多个几何特征54围绕，例如透气塞11侧面中的凹口。如果透气塞本体被浇注在钢壳中，凹口则被制造在钢壳中。
图10示出具有透气塞本体12的透气塞11，气体穿过入口14被引导到透气塞本体12中。透气塞11的侧面被包围在钢壳16中。一个或多个锚状物56从钢壳16延伸出来。锚状物56被安装在弹簧58上，以便锚状物56能被压缩至从钢壳16延伸出来的最小延伸幅度。然后，透气塞可被插入透气座砖20被侵蚀的开口中，锚状物进而可从钢壳16延伸出加长的距离。
图11示出具有透气塞本体12的透气塞11，气体穿过入口14被引导到透气塞本体12中。透气塞可被安装在透气塞座砖中。一个或多个锁钉59从透气塞11的侧面延伸出来。锁环60围绕透气塞11的侧面并以可移动方式啮合锁钉59。网格62附接到锁环60并从锁环60向外延伸或侧向延伸。某些实施例的网格62从锁环60向外延伸并朝向透气塞组件的工作端，以构成篮结构。可通过从透气座砖的供给端处安装透气塞并从透气座砖的工作端处引导锁环60，来安装透气塞和网格。然后，锁环60缠绕透气塞11以便锁环60啮合锁钉59。
图12示出具有透气塞本体12的透气塞11，气体穿过入口14被引导到透气塞本体12中。透气塞可被安装在透气塞座砖中。透气塞11的侧面包含侧面阶状物68，所以透气塞11的侧面半径不连续。该不连续使得透气塞在朝着透气塞11的工作端行进时侧面半径逐步减少。透气塞11的工作端具有减少的侧面半径以调节围绕透气塞11侧面工作端的网格62。
图13示出具有透气塞本体12的透气塞11，气体穿过入口14被引导到透气塞本体12中。透气塞可被安装在透气塞座砖中。网格72围绕透气塞11工作端的一部分侧面。网格72的一端通过例如点焊的附接装置74附接到透气塞11的侧面。如实施例中所示，附接装置被设置为径向包围透气塞11的侧面。网格72通过一个或多个带状物76被压紧并倚靠透气塞11的侧面。网格72可被设置成，以便在带状物76被释放时，网格72采用包围透气塞11的反向圆锥形平截头体结构。带状物76可由金属制成并可通过剪切或机械释放分割而成，或者由易燃材料制成并通过燃烧完成分割。
图14示出当图13的带状物76被移除后的图13的透气塞11。透气塞可被安装在透气塞座砖中。透气塞11具有透气塞本体，气体穿过入口14被引导到透气塞本体12中。网格72仍然通过例如点焊的附接装置74平展地附接到透气塞11的侧面。网格72采用包围透气塞11的反向圆锥形平截头体结构。在本发明的另一个实施例中，网格具有其他扩展的外形。
图15示出本发明的包含透气塞11的透气塞装配图80，透气塞11具有透气塞本体12，气体穿过入口14被引导到透气塞本体12中。透气塞11的侧面可被包围在钢壳中。无论透气塞的侧面是否被包围在钢壳中，透气塞的侧面容纳多个突出物42。透气塞通过火泥18被保持在透气座砖20中。透气塞是替换透气塞，该替换透气塞已插入到已遭受侵蚀的透气座砖中，造成侵蚀区域的形成。侵蚀区域由修补料84填满。
图16示出本发明的包含透气塞11的透气塞装配图90，透气塞11具有透气塞本体12，气体穿过入口14被引导到透气塞本体12中。透气塞11的侧面可被包围在钢壳中。无论透气塞的侧面是否被包围在钢壳中，透气塞的侧面容纳多个凹口44。透气塞通过火泥18保持在透气座砖20中。透气塞是替换透气塞，该替换透气塞已插入到已遭受侵蚀的透气座砖中，造成侵蚀区域的形成。侵蚀区域由修补料84填满。
在本发明的另一个实施例中，在透气塞安装之前将过多的火泥施加在透气塞侧面的锚状物或其他几何特征上可替换为通过热补料热补或喷补修补料相结合。
透气座砖的侵蚀区域可以是不同的形状，可以是透气座砖啮合面内部上的小体积侵蚀变化到在透气座砖工作端内耗损程度相当严重并呈现U形几何体(朝向工作端)，该透气座砖最初在其供给端具有直径较大的圆锥形内表面。
用于透气塞侧面上几何特征的材料可包括碳钢、不锈钢和高温纤维材料，并且可在超过2000°F到2600°F(1100℃到1430℃)的温度范围下工作。
透气塞的侧面上的几何特征可以是突出物，可以是凹口或者可以是凹口和突出物的组合。这些几何特征包括网格、格栅、突出物、肋状物、鳍状物、波纹状物、脊状物、微凹口和凹槽。
为了制造带有突出环的替换透气塞，该突出环可在其制造过程中被插入钢壳上或与钢壳一体成形。这些突出环将修复材料固定到透气塞以减少修复材料的切削和流失。这个结构保护该透气塞并延长该透气塞的寿命。
为了制造带有凹口的替换透气塞，该凹口可在其制造过程中成形在钢壳中。这些凹口将修复材料固定到该透气塞以减少修复材料的切削和流失。这个结构保护该透气塞并延长该透气塞的寿命。
在侧面上具有肋状物的替换透气塞能通过将垫圈焊接到钢壳外表面的方式来制造。这些垫圈将修复材料固定到该透气塞以减少修复材料的切削和流失。这个结构保护该透气塞并延长该透气塞的寿命。
在侧面上具有突出块的替换透气塞能通过将小块焊接到钢壳外表面的方式来制造。这些小块将修复材料固定到该透气塞以减少修复材料的切削和流失。这个结构保护该透气塞并延长该透气塞的寿命。
制造在侧面上具有挠性或弹性钢丝的替换透气塞能通过将钢丝焊接到钢壳，然后将钢丝与带子或绳子捆扎在一起以抑制该钢丝直到透气塞被插入到透气座砖中且钢丝避开了透气座砖具有最小直径的一部分内表面。然后，当透气塞被安装在热的钢水包中时，带子可被烧尽。于是修复材料被固定到透气塞以减少修复材料的切削和流失。这个结构保护该透气塞并延长该透气塞的寿命。
具有钢丝网的替换透气塞(该钢丝网被焊接到所述透气塞)能通过将钢丝网附接到透气塞的某种方式来制造，即钢丝网在其插入过程中不仅避开被耗损的透气座砖而且有助于将修复材料固定到透气塞。钢丝网将修复材料固定到透气塞以减少修复材料的切削和流失。这个结构保护该透气塞并延长该透气塞的寿命。
具有弹簧型锚状物的替换透气塞能通过将锚状物附接到该透气塞的方式来进行制造。在插入的过程中，该弹簧型锚状物被设置成向内弯曲以避开透气座砖具有最小直径的内表面部分。插入后，弹簧型锚状物能够弹开以固定修复材料。这个结构允许加长的锚状物被固定到透气塞钢壳的侧面，同时允许透气塞穿过透气座砖具有最小直径的内表面部分。锚状物将修复材料固定到透气塞，以减少修复材料的切削和流失。这个结构保护该透气塞并延长该透气塞的寿命。
在工作端处直径逐步减小的替换透气塞在其插入透气座砖时增加可利用的空隙。这个结构允许锚状物被附接到壳体的侧面的同时保持介于钢壳外部和透气座砖具有最小直径的内表面部分之间可利用的空隙。锚状物将修复材料固定到透气塞，以减少修复材料的切削和流失。这个结构保护该透气塞并延长该透气塞的寿命。
替换透气塞可被设置成以便锚状物能从透气塞的工作端处被附接。在替换透气塞被安装在透气座砖中以后，锚状物将因此被附接到透气塞。这个可以在例如切口位置进行。更大的锚状物可以被附接到具有这个结构的透气塞，因为该透气塞在插入的过程中不需要避开透气座砖具有最小直径的内表面部分。
突出物或凹口的长度与这些结构在替换透气塞被安装后保持耐热修复材料在适当位置的有效性相关。具有突出物或凹口长度大于5mm、1cm、2cm或4cm的突出物或凹口结构可与某些类型的修复耐火材料一起起作用。
突出物或凹口的面积(在水平面测量)与这些结构在替换透气塞被安装后保持耐火修复材料在适当位置的有效性相关。总面积(在水平面测量，用于所有几何特征)大于5cm2、10cm2、25cm2、50cm2或100cm2的突出物或凹口可与某些类型的修复耐热材料一起起作用。
本发明的透气塞因此具有供给端、工作端和连接供给端与工作端的侧面。侧面包含从侧面突出或凹入侧面的几何特征。透气塞具有与透气塞的供给端连通并与透气塞的工作端液体连通的入口，例如多孔结构或通路。透气塞进一步包含容纳该透气塞侧面的座砖。几何特征可为至少一个突出物、至少一个凹口、至少一个突出物与凹口的组合、刚性锚状物、挠性锚状物、网格、环、外切侧面的凹口或至少一个安装弹簧的锚状物。透气塞在其侧面上可具有锁钉，以便该锁钉能啮合到锁环，该锁环附接到从锁环延伸出来的网格。透气塞的侧面逐步减小，以便最接近工作端的侧面部分凹入。透气塞还可被设置成以便网格通过多个例如点焊的附接装置附接到该透气塞，被设置成径向包围透气塞侧面的附接装置，围绕该透气塞工作端的一部分侧面。该网格可被设置成可被压紧并倚靠透气塞的侧面，并且被至少一个可切断的带状物围绕。然后带状物可被切断以允许该网格呈现扩展的结构。
图17示出本发明的包含透气塞11透视图，包含带有顶部102，底部104和连接顶部和底部的侧面106的透气塞本体12。侧面106具有侧面顶端108邻近顶部102，和侧面底端110邻近底部104。法兰、凸缘或轮缘120与侧面底端110同心，允许透气塞11安装在支撑结构或者冶金容器上。侧面底端110是圆柱形的。侧面顶端108形成锥面形状。透气塞的一部分侧面106被方格网眼或者网屏62a包围。网格62a被锚固在透气塞侧面106上，并被设置成其可穿过透气塞将要被安装在的透气座砖被侵蚀的开口。
图18示出本发明描述在图17中的透气塞11的俯视图。图示中描述出从中心的放射分布情况，依次为，透气塞本体12的顶部102，侧面顶端108的锥面，方格网眼或者网屏62a，在侧面底端的法兰、凸缘或轮缘120。
图19示出本发明带有方格网眼或者网屏62a包围侧面的透气塞11的侧视图。此图示出从透气塞本体12的底端向上依次为，包围侧面底端110的法兰、凸缘或轮缘120，锥面底端106和被方格网眼或者网屏62a包围的侧面顶端的锥面108。
本发明也可具有许多修改和变化。因此，需要理解的是，在下述权利要求的范围内，本发明在有别于已具体描述的实施例的其他实施例中也是可行的。

Claims (22)

1.耐火装置，包括供给端、工作端以及连接所述供给端和所述工作端的侧面，其中，上述侧面包括从所述侧面突出或凹入所述侧面的几何特征。
2.根据权利要求1所述的耐热装置，其中所述耐热装置包括透气塞。
3.根据权利要求2所述的透气塞，进一步包括与所述透气塞的供给端连通的入口。
4.根据权利要求2所述的透气塞，其中所述入口与所述工作端液体连通。
5.根据权利要求4所述的透气塞，其中提供液体连通的结构从包含多孔和通道的组中进行选择。
6.根据权利要求2所述的透气塞，进一步包括容纳所述透气塞侧面的壳体。
7.根据权利要求2所述的透气塞，其中所述几何特征包括至少一个突出物。
8.根据权利要求2所述的透气塞，其中所述几何特征包括至少一个凹口。
9.根据权利要求2所述的透气塞，其中所述几何特征包括至少一个突出物和至少一个凹口。
10.根据权利要求2所述的透气塞，其中所述几何特征包括至少一个刚性锚状物。
11.根据权利要求2所述的透气塞，其中所述几何特征包括至少一个挠性锚状物。
12.根据权利要求2所述的透气塞，其中所述几何特征包括网格。
13.根据权利要求2所述的透气塞，其中所述几何特征包括至少一个环。
14.根据权利要求2所述的透气塞，其中所述几何特征包括至少一个外切所述侧面的凹口。
15.根据权利要求2所述的透气塞，其中所述几何特征包括至少一个安装弹簧的锚状物。
16.根据权利要求2所述的透气塞，其中所述几何特征包括至少一个锁钉，其中所述透气塞进一步包括锁环，所述锁环设置来围绕所述透气塞的侧面并与所述锁钉啮合，并且其中所述锁环进一步包括从所述锁环横向延伸的网格。
17.根据权利要求2所述的透气塞，进一步包括逐步减小的所述透气塞的侧面半径，从而在最接近所述工作端的侧面部分上形成凹处。
18.根据权利要求2所述的透气塞，进一步包括围绕所述透气塞工作端部分侧面的网格，并且进一步包括在所述网格和所述透气塞的侧面之间的多个附接装置，其中所述附接装置被设置成径向包围所述透气塞的侧面。
19.根据权利要求18所述的透气塞，进一步包括围绕所述网格的至少一个可切断的带状物，其中所述带状物在被切断时具有扩展的结构。
20.耐火装置，包括供给端、工作端以及连接所述供给端和所述工作端的侧面，其特征在于，所述耐火装置包括透气塞；所述侧面包括从所述侧面突出或凹入所述侧面的几何特征，所述几何特征包括方格网眼。
21.根据权利要求20所述的透气塞，其特征在于，所述侧面包括设置在所述供给端的圆柱形部分；以及所述侧面包括设置在所述工作端的截头圆锥部分。
22.根据权利要求21所述的透气塞，其特征在于，所述方格网眼围绕所述透气塞工作端侧面的一部分截头圆锥部分。
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