CN1049187A - 气体喷射器 - Google Patents

Abstract

一种用于熔化金属容器的气体喷射器，其中包括 有出入口的入口室，出口处用压盖连接器气密固定伸 向喷射器排气端的伸出杆，伸出杆用基本不透气的耐 火材料制造，至少有一条纵向通气道与入口室连接， 通气道尺寸很小，工作时基本防止熔料侵入，除杆的 排出端外，伸出杆与压盖密封连接器都埋入喷射器耐 火材料主体内。

Description

本发明与往高温液体吹入气体的改进气体喷射器有关，上述高温液体例如是熔化金属。

为了各种目的，常需将气体吹入容器例如浇包等内的熔化金属中。例如可将气体吹入容器的底部，清理底部区域的相对低温的凝固产品，例如，将其从有底部浇注出口的容器浇注出口附近吹走。而且可吹入气体用作“冲洗”，将熔料温度或成分均匀化，或帮助将合金添加剂在整个熔料中扩散。通常是采用一种惰性气体。在需改变熔料的成分或组分时，可使用活性气体，例如用还原气体或氧化气体。

现有气体喷射器的设计中，在容器耐火材料内衬里安装有多孔的固体的耐火材料插塞或砖块。方法很简单，但会有各种操作上的缺点。除非是很多多孔，以致强度有不适当的降低，否则会大大地限制气体达到熔料中的量。假如使用过高的气体压力来补偿多孔耐火材料的衰减作用，则会出现密封问题，造成气体的相当大而常常是昂贵的损失。在改进这种固体喷射器主体性能的工作中，本领域的工作者求助于方向性孔眼技术。实际上，是试制出若干沿主体的进口向排出端伸展的直线形毛细管大小的通道的耐火材料注射器主体。这种通道的形成，是通过在模型中放置的拉紧的塑料线或金属线周围将耐火材料模制或压制，然后将上述线在耐火材料体中烧掉或抽出。

虽然有以毛细管通气通气道作方向性孔眼的注射器体，比一般的多孔砖或插塞为佳，但效率仍不理想。当将高压气体加在这种主体的进口端上时，不是全部气体沿通道通过。一些气体循道进入多孔耐火材料体后消失。而且，由于毛细管通气通气道实际上不够完善，部分气体便可能从通气道横向渗入周围的耐火材料。从通气道排出并进入熔料的气体的压力，减低至气体气泡不能吹入熔料。而且，当气体作为气泡从通气道排出时，熔料可能立刻进入通气道，将其堵塞。

另一个非常重要的问题，是如何将耐火材料喷射器主体和供气装置连接，形成气密密封。已知的喷射器有金属外壳，外壳与供气装置气密固定（例如用螺纹安装件），耐火材料主体在金属外壳内粘接。但是耐火材料主体与金属的粘接构成一个弱点。虽然金属外壳可能用一个耐火材料体与熔化金属容器的内部隔离，但是外套承受极高的温度。金属套、粘接剂和耐火材料主体的热膨胀不同。可能使外壳与耐火材料分开，从而破坏气密密封，并使气体跑散。现发现这问题可用基本不透气的材料形成的耐火材料杆克服，气流通过沿杆的长度方向的窄通道流过，杆用压盖密封连接器与进气腔固定。

因此，本发明的第一个方面，提出熔化金属容器的一种气体喷射器，其中有：有一个含入口与出口的入口室，该出口有一个伸向喷射器排气端的伸出杆，借助于一个压盖密封连接器，与该出口气密固定，伸出杆用基本不透气的耐火材料制造，有至少一条沿其轴向伸展的通气道，通气道与入口室接通，尺寸很小，因此在使用时，熔料基本不能侵入各气道。除了杆的排出端外，杆和压盖密封连接器都埋在耐火材料主体中。

虽然一个喷射器中可能仅有一根耐火材料杆，但更常见的是一个喷射器中有杆的阵列，举例而言，排列成特定形状，例如一个圆圈。

虽然在原则上可以每一个耐火材料杆与自己的供气管连接，但这种安排非常不实用，使喷射器的制造复杂化，从而增高喷射器的成本。因此最好采用歧管装置，其入口室设一个入口供安装供气管，但有若干出口。

空气喷射器一般需经常更换，因此可把它视为损耗件。因此，为保持成本在容许水平，尽量减低喷射器的复杂性很重要。因此，上面提到的类型的歧管，应是简单的结构，制造时程序相对减少。这种歧管的另一要求，是在使用时，应可承受高温高压综合造成的变形。

即使在使用时用耐火材料作屏蔽，防止歧管与熔化金属直接接触，但仍承受极高温，在高温下可能产生塑性，从而较易被高压气体所变形。

上述问题可通过使用铸造和/或焊接金属盒作入口室或歧管予以解决，金属盒有后壁，上有一个入口，有前壁，上有一个或多个出口，一个侧壁将该前后壁连接，该前后壁间还用一个或多个撑杆连接。

最好将撑杆形成一个通气道，其封闭端在前壁上气密固定（例如用焊接），其开口端形成入口，通气道的侧壁上有孔，使入口与各出口之间可有气流通过。

伸出的耐火材料杆用压盖密封连接器，在出口颈部上气密固定。压盖密封连接器中有压盖密封件，通常的形式为一个环，耐火材料杆可插在其中，有一个有螺纹的颈圈环绕耐火材料杆。螺纹颈圈可拧在出口的内周或外周上，需要时可通过一个连接件，将压盖实封件在其间压紧，使之在耐火材料杆上压紧，形成气密密封。

从前面的叙述可理解到，压盖密封件须能承受极端温度，因此用石墨制造有利。特别适合于本发明用途的一种柔性石墨材料，是一种称为有孔石墨片形式的石墨。有孔石墨片可按商品购买，商品名为“Flexicarb”（商标名），是英国约克郡赫克蒙德怀克市的Flexicarb石墨制品有限公司的出品。

耐火材料杆用不透气材料制造，例如可用属一种焙烧硅铝酸盐或再结晶矾土的富铝红柱石制造。这种杆的商业用途是用作热电偶外套。

由于耐火材料用不透气材料制造，并通过压盖密封件与出口气密连接，并由于压力气体直接送入不透气耐火材料杆的通气道，故气体不能向耐火材料喷射器主体中失散。因此，可使气体高效率输入熔化金属。

最好耐火材料杆有若干通气道，形式为毛细孔或槽。在任一情况下，通气道很细小，实际上熔料不会侵入。

最好耐火材料杆按预定的最佳化阵列排列，将气体以高效率射入熔料。作为举例，各杆可以均匀间距围绕喷射器主体的纵向轴线排列，即排成圆阵，或若干同心圆阵。

本发明的喷射器可用于本发明人等国际专利申主请第WO88/08041号中介绍的气体喷射装置。用以取代第WO88/08041号附图所示的插塞312。

本发明包括一个熔化金属容器，例如一个有热绝缘内衬的浇包，该容器有本发明的喷射器，在其内衬容纳孔中防熔料泄漏地密封固定。

现仅作为举例说明，参阅附图对本发明作较详细的叙述，附图如下：

图1显示安装在例如浇包之类容器底壁上的现有技术气体喷射装置;

图2为装有本发明气体喷射器的喷射装置的局部纵向剖视图;

图3为可与图2中喷射器结合使用的气体供给系统的纵向剖视图。

附图图1中显示用于将气态物质吹入例如熔化金属的现有技术装置。这装置为国际专利申请WO88/08041号的主题，有一个喷嘴座310，在容器口的壁10中安装。喷嘴座310有通道311，从其排气端用一个插塞312堵闭，插塞312有毛细孔313贯穿，有供气管316与之气密连接。供气管316从插塞312沿通道311伸展，终点为一个入口件324，供气管316通过这入口件324，从外气管系统315接受气体，外气管系统316与压力气体气源连接。

如图示，容器12有一个金属壳14，和一个耐火材料内衬16，在本例中，内衬16有一个底孔18，容纳喷嘴座310。从图1可了解，喷嘴座310在本例中是三个耐火材料件A，B及C的组合件。但是如有需要可将喷嘴座310作成一个单块件。

根据国际专利申请WO88/08041号的阐述，供气管316可用一个封壳340围绕，封壳340中有颗粒状耐火材料填料。

上面筒述的喷射装置的其他细节，以及其替代实施方案可参见WO88/08041号专利。

WO88/08041号专利揭示的喷射器插塞312用耐火材料制造，有若干毛细孔313贯穿。此外，将压力气体通过供气管316，加在插塞312的整个下端面上。这种安排很实用，但不及上面所述的理想。下文叙述的气体喷射器主要用于WO88/08041号专利阐述的类型或相似的装置，但并非是专用的。例如，在原则上，本气体喷射器可取代过去用于例如浇包底壁的任何多孔砖或插塞。

图2显示本发明的改进气体喷射器。

喷射器150有一个气密的入口室151，有入口，上面固定入口配件153，使用时配件153用于将供气管316和入口室151互相气密连接。在本例中入口室是一个全金属封壳，入口在一个表面上。入口室151的相对表面上有若干出口154。

由软钢制造的大致为圆柱形的开口管件155，用连接螺纹与各出口154连接，管件155在下文中称为接头，在其内表面上有螺纹，用于与套圈156外表面上的螺纹啮合。套圈156可用软钢制造。出口154与接头155用软铜垫圈157作气密连接。一个耐火材料杆158容纳在套圈156内，其端部抵靠接头155内表面上的台阶区159。接头155内表面上的另一个台阶区上接受一个用可压缩的有孔石墨制造的压盖密封圈161，围绕耐火材料杆158。在制造喷射器时，将螺纹套圈156在接头155中拧紧，压紧压盖密封圈161，形成压紧耐火材料杆158的气密密封。

外伸的耐火材料杆最好属于焙烧状态。每一杆外伸，有最少一个，但最好有一个以上的轴向伸展的通气道。每一通气道有适当的尺寸，因而可将气体自由通向容器中的熔料，但其尺寸仍可阻止熔料进入通气道。

如上所述，每一耐火材料杆最好有若干通气道。可以是纵向伸展的毛细孔或毛细槽，或两者结合的形式。适用的杆件，可购买多通道热电偶管。

在图2中未显示其排气端外，耐火材料杆埋在喷射器的耐火材料主体中。入口室151与压盖密封连接件155，156，161也局部埋在主体162内。

可以理解通过入口室151供给喷射器150的气体，仅能通过杆8的排出端，从喷射器150中排出。因此，不要求使用主体162本身将气体向熔料输送，这样便可以解决上述提到的许多问题。因此主体162不必用高级耐火材料制造，而且不需用金属外套圈围。主体可方便地用粘性造型材料制造，而且成本效益比较好，围绕入口室和管件造型很方便。

喷射器可考虑仅用一根输气杆，但最好是几根，例如用5或10根相同的输气杆。杆的安排可按照某些预定的形式排列，形式的选择为了喷射器制造方便，有平衡的调节，使气体在熔料中有最佳效率的分布。作为举例是将杆与喷射器围绕纵轴线等距放置，在一个圆阵列中等距安排。根据杆的数目决定，构成以纵轴线为圆心的若干同心圆圆圈。

外伸耐火材料输气杆的数目随方便而定。举例而言可各有十条供气通道，成圆阵列在分别的纵轴线周围布置。入口室151由第一低碳钢铸件163形成，提供一个前壁164和一个侧壁165。一个圆形低碳钢钢板166，在侧壁的一个边缘槽中焊接，构成入口室的后壁。一个低碳钢的大致为圆柱形的空心件167，通过后壁166和前壁164，圆柱形件的闭合端168在前壁164上焊接，圆柱形件的中间部和后壁166焊接，形成气密密封。从后壁166伸出的圆柱件的部分169的内外表面有螺纹，内螺纹是便于供气管316的安装。圆柱件设孔170，使气体可以从作为入口的圆柱形件的开口端，流到出口154。

圆柱形件除有气体通道功能外，还因与前后板焊接，有防止入口室在高压和高温下变形的支持或支撑功能。

一般而言，如上所述，喷射器主体不用金属外壳套住，而用强度相当低的胶接安放在喷嘴座310中。更换组件时，可将喷射器主体162连同其耐火材料杆及入口室151，一齐从喷嘴座310中抽出。用螺纹拨卸器将喷射器150拨出，将供气管从圆柱形件167卸下后，将拨卸器拧在其外螺纹上。

喷射器150的设计专门用于WO88/08041号专利揭示的喷射装置，但其自身用途较为广泛。举例而言，可简易安装在放入容器耐火材料内衬中的一个有开口的基座中。然后可将入口配件153，简易从容器壳伸出，以便直接与供气管连接。

在一个特定的实施例中，有五根耐火材料杆，对中围绕形成一个直径65mm的圆，并沿耐火材料体162的长度方向伸展。耐火材料体62长41cm，是锥形，直径在入口室端为14.2cm，在出气端为11cm。耐火材料杆直径16mm，各有一个十个通气道的圆形阵列，每一通气道的直径为0.6mm。

图1所示喷嘴座310的外耐火材料件C有一个中心凹坑，其内容纳供气管316的一个“猪尾”环圈和一个封壳件340。供气管316环圈的用途是吸收喷嘴座相对于供气装置入口件324的任何移动，以防止或减少供气系统接头上的任何应力，以保证系统维持无泄漏。如上所述，本发明喷射器可与图1中的喷嘴座装置及供气系统结合使用。但是，喷射器也可结合图3所示供气系统使用。在这情况下用一个改装的喷嘴座。外耐火材料件C用元件C′取代，有小得多的中心凹坑，省却“猪尾”环圈及封壳340。在图3中，供气管316从喷嘴座外部分C′中的开口271中穿过，供气管316的端部通过有孔石墨压盖密封环274的压盖密封件273，274，275。压盖密封件273，274，275的用途，是保持围绕供气管316端部的气密密封，而在使用时，适应可能由热膨胀造成的喷嘴座喷射器与供气管的任何移动。这种安排取代了图1所示的“猪尾”环圈装置。供气系统有管276和一个（未示的）气源供给的气体从中通过的单向阀组合件。阀组合件有阀腔277，阀盖278及阀衬279。阀腔内有一个铜“浮子”280，浮子有通气道281及282。使用时气体进入阀腔277，将铜浮子280向被阀衬279及阀顶板284夹持的出口过滤器283推压。气体从通道281及282中通过，通过过滤器283，经过阀顶板284上的一个孔流出。切断供气时，浮子落回到阀腔的底壁上。

将阀盖压在夹持板285上，阀盖垫片286被在其间压紧，形成气密密封。用一个铜制的垫件288作夹持板285上的孔287的里衬。

有一块钢板289夹在夹持板285与喷射器喷嘴座的外部分C′之间，钢板289上焊接压盖密封件273，274，275。

将喷射器装置拆卸时，例如为更换喷射器插塞时，分别将单向阀组合件，夹持板285及钢板289拆除。更换时必须保证气密密封。在操作中，部分由于不同的热膨胀，极难用平密封垫片在板289及285之间取得气密密封。因此使用了一种密封环装置，其中有一个诸如用低碳钢（标号NE3）制造的密封环290，和一个诸如石绵绳制的密封环垫片291，石绵绳中含有加强不锈钢丝，其最高工作温度为815℃。

图3所示供气系统向图2所示的喷射器，作无泄漏供气。图示供气系统的另一优点，因使用铜元件280，284及288而取得。由于本发明喷射器的一个优点，是耐用性提高，理应考虑到耐火材料杆及围绕的耐火材料体，可能在浇包内衬过度磨损的影响下破裂。这应该是罕见的情况，但万一发生时可能造成熔化金属进入供气管。如发生这种情况，铜元件280，284及288将熔化金属的热迅速传导，使金属凝结，从而将系统密封，防止熔化金属向外泄漏。

图3所示供气装置尤其适用于浇包装置。

Claims (10)

1、一种熔化金属容器气体喷射器，包括有下列各项：一个入口室有一个入口和一个出口，该出口处通过一个压盖连接器，气密固定一个伸出喷射器排气端的伸出杆，伸出杆由基本不透气的耐火材料制成，有至少一条轴向伸展的通气道，通气道与入口室接通，尺寸很小，使用时熔料基本不能侵入各通气道，除杆的排气端外杆和压盖密封连接器都埋在耐火材料主体内。

2、一种熔化金属容器气体喷射器，包括有下列各项：一个入口室有一个入口和若干出口，每一出口通过一个压盖密封连接器，气密固定一根伸到喷射器排气端的伸出杆，伸出杆用基本不透气的耐火材料制造，有至少一条轴向伸展的通气道，通气道与入口室接通，尺寸很小，使用时熔料基本不能侵入各通气道，除杆的排气端外，杆和压盖密封连接器都埋在耐火材料体中。

3、根据权利要求1或2所述的喷射器，其特征在于，入口室是一个铸造和/或焊接的金属壳，有带一个入口的后壁，一个有一个或多个出口的前壁，一个侧壁将该前后壁连接，前后壁间还用其之间的一个或多个支撑件连接。

4、根据权利要求3所述的喷射器，其特征在于，上述支撑件是一段管件，有一个封闭端与前壁气密固定，一个开口端形成一个进气孔，管壁有孔眼，使气体可在入口和各出口之间流动。

5、根据权利要求1至4中任何一项所述的喷射器，其特征在于，上述压盖密封连接器有压紧密封件，用可压缩石墨材料制造。

6、根据权利要求5所述的喷射器，其特征在于，上述可压缩石墨材料为有孔石墨。

7、根据权利要求1至6中任何一项所述的喷射器，其特征在于，各伸出杆有若干通气道，形式为毛细孔或窄槽。

8、根据权利要求1至7中任何一项所述的喷射器，其特征在于，上述喷射器主体为用粘性可造型耐火材料制造的造型件。

9、一种熔化金属容器使用的气体喷射装置，设有权利要求1至8中任何一项所述的气体注射器。

10、一种熔化金属容器例如有热绝缘内衬的绕包，有一个权利要求1至8中任何一项所述的气体喷射器，在其内衬安置开口内可防熔料泄漏地密封固定。

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