CN1658987A - 注射装置以及用于注射流体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将流体可靠地引入冶金容器中的注射装置，该冶金容器具有耐火衬里，该装置能够可拆卸地插入衬里内，包括耐火的第一本体(2)和耐火的第二本体(3)，它们配合地装配，制造该第一本体(2)的耐火材料的流体可透过性小于第二本体(3)的材料；该第一和第二本体分别有用于与熔融金属接触的表面(4、5)，且分别有从流体供给装置(8)延伸至用于接触熔融金属的表面(4、5)的流体通道(6、7)；第二本体(3)中的流体通道(7)的相对流阻高于第一本体(2)中的流体通道(6)的流阻，在第一本体(2)中的流体通道(6)由狭槽或孔构成。根据本发明，第一本体(2)中的流体通道(6)独立于第二本体(3)中的流体通道(7)。即使当注射装置已经使用过，这样的注射装置也能够将流体可靠地引入冶金容器中。
Description
本发明涉及用于将流体引入冶金容器内的注射装置以及一种用于注射流体的方法。特别是，本发明涉及这样一种装置，它能够可拆卸地插入冶金容器的衬里内。
流体(特别是气体)通常被注入容器(例如浇包、熔池或浇口盘)中的熔融金属内，以便用于各种目的。例如，气体可以被引入容器的底部，以便清除固化产品的相对较冷的底部区域，例如将它们从底部浇注出口附近除去(当容器有这种出口时)。例如在炼钢时，在浇口盘中使用缓慢注入的细气泡帘将有助于除去杂质；被细气泡所吸引并通过熔化物上升至表面的杂质在该表面处通常由浇口盘覆盖粉或熔剂所捕获。还可以引入流体以便进行冲洗或使得熔化物热均匀或组分均匀，或者有助于使合金添加剂分散在整个熔化物中。
通常使用惰性流体，但是当需要改变熔化物的组分或成分时，也可以使用反应流体，例如还原或氧化气体。例如，通常将气体(例如氮气、氯气、氟利昂、六氟化硫、氩气等)注入熔融金属(例如熔融的铝或铝合金)中，以便除去不希望有的组分(例如氢气、非金属杂质和碱金属)。添加到熔融金属中的反应气体与该不希望有的组分进行化学反应，以便将它们转变成沉淀物、浮渣或不可溶气体化合物的形式，从而能够很容易地与其余的熔化物分离。这些流体(或者其它流体)也可以用于例如钢、铜、铁、镁或者它们的合金。
因为不同的工作要求，因此采用两种不同类型的注射装置：
多孔吹洗塞，其中，流体流过不规则分布的、不同尺寸的孔；以及
塞子，其中，可以控制流体流动方向和开口尺寸，流体通过该开口而被输送。这些开口可以为保持分离或者互联的圆形管道或孔，或者为狭槽，当通过将两个锥形短柱装配在一起而组装多个部分时，这些狭槽可布置成直线或圆。
为了进行最佳的清洁，优选是将流体以大量极细气泡的形式从容器的底部引入熔融金属中，以便将非金属杂质或气体快速送入炉渣内。当气泡的尺寸减小时，每单位容积的气泡数目增加。气泡数目以及每单位容积气泡表面面积的增加将增加所注射的气体有效用于进行预定清洁或冲洗操作的可能性。因此，用于实现这种清洁或冲洗操作的最佳注射装置是多孔塞。
当需要均质时(即当必须分配添加剂并使它溶解时)，或者当必须使温度平衡时，吹洗塞用于通过将大量气体吹入金属池中而有助于混合。对于这些用途，已经证明具有定向孔隙的吹洗塞是最有效的选择方案。
通常，对注射装置类型的选择将取决于特定用途的主要要求。
作为本申请的起点，本发明人考虑提高“具有定向孔隙的吹洗塞”类型的注射装置的可靠性。实际上，通常认为需要使恒定流量的流体流过定向孔隙，以便防止由于熔融金属的进入而阻塞。因此，在各注射操作结束时需要关闭流体供给源，这将导致阻塞，并将导致很难重新使用该注射装置(即使能够重新使用)，尤其是当可用流体压力并不足以重新打开流体通道时更是如此。通常认为，低于10巴将有使得“具有定向孔隙的吹洗塞”类型的注射装置不能打开的危险。为了避免该问题，例如日本专利申请(Kokai)60-46312教导了只使用较大孔隙来帮助混合。
欧洲专利424502已经解决了该问题，并提出一种气体注射器，该气体注射器具有在由不透气的耐火材料构成的杆中的、形成为毛细孔或狭槽的气体通道。该毛细孔或狭槽的尺寸非常小，以致于在使用时熔融金属基本不能侵入该通道。
尽管该注射装置已经在将流体注入冶金容器的可靠性方面前进了一大步，但是还希望发现可选的注射装置。理想的是，该注射装置应当至少等效于在欧洲专利424402中所述的气体注射器的可靠性，并能够通过普通技术以普通材料而经济和简单地制造。即使在最大可用流体压力相对较低时(例如低于10巴)也应当可以打开该注射装置。
德国专利申请DE-A1-1101825公开了一种用于将流体引入冶金容器中的注射装置，该冶金容器具有耐火衬里，该装置
能够可拆卸地插入衬里内；
包括耐火的第一本体和耐火的第二本体，它们配合地装配，该第一和第二本体分别有用于与熔融金属接触的表面；以及
具有流体通道，该流体通道从流体供给装置延伸至用于接触熔融金属的表面，并包括在第一本体和第二本体中的流体通道，第二本体的流体通道的相对流阻高于第一本体的流体通道的流阻。
根据本发明，在第一本体中的流体通道独立于第二本体中的流体通道。实际上观察到当第一本体的定向孔隙与第二本体的流体通道互锁时(如DE-A1-1101825中所述-例如当第一本体的狭槽直接紧邻第二本体时)，这将导致上述本体分离。特别是，当一个本体插入另一本体时，将导致从被环绕的本体中吹出(blow out)。
根据本发明，在流体供给源关闭之后，第一本体的流体通道(因此该流体通道通常有更宽的开口)更容易阻塞。当流体压力施加给注射装置时，如果注射装置已经使用过且一些金属保留在它的表面上并因此阻塞第一本体的流动通道，则流体首先通过第二本体被引入熔融金属中。当压力逐渐增加时，通过第二本体的流量增大，直到流体卷流(plume)通过反冲流体流现象而开始作用在第一本体的熔融金属接触表面上，该反冲流体流使得熔融金属搅动。
最终，第一本体的熔融金属接触表面的该冲击将导致形成间隙，并打开第一本体流体通道。第二本体的流体通道的相对流阻高于第一本体的流体通道的流阻，流体将试图沿最小阻力的通路流动，因此将流过第一本体的流体通道，同时第二本体将基本不允许流体通过。这将使更高的流量流入熔融金属中，同时有着具有定向孔隙的吹洗塞的所有上述优点。
优选是，用于第一和第二本体的流体通道的流体供给装置为公用的。
根据本发明的优选实施例，第一和第二本体的流体通道区别地形成，这样，可以合适地控制这些流体通道的相对流阻。优选是，第二本体由流体可透过的耐火材料构成，即由在使用状态下能透过所述流体的材料构成。优选是，第二本体由压制耐火材料制成，确定该耐火材料的颗粒度以便能获得合适的孔隙度。
实际上，本发明人观察到，与第一本体的流体通道相比，由要注射的流体可透过的耐火材料制成的第二本体不易于由熔融金属透过，因此，在流体开始流动时，由第二本体的多孔结构构成的流体通道比第一本体中的流体通道更容易清空和打开。换句话说，只需要较低压力来清空和打开第二本体中的流体通道。
通过该优选实施例意外观察到的另一优点是：当金属透入第一本体的流体通道中的情况太严重以致于这些流体通道不能在从流体可透过的第二本体中流出的反冲流体流的作用下直接打开时，那么在一定时间内，所有流体都通过第二本体来注射。这导致第二本体的表面产生一定程度的磨损。当第二本体向后磨损至低于第一本体的表面高度时，将导致第一本体的、高于第二本体的剩余表面的表面层变得更弱且更容易脱离。随后，第一本体的阻塞表面脱离，第一本体的流体通道清空，且这时很容易打开。可以认为，这是由于流体可透过的耐火材料更易于磨损而产生的结果。
可以考虑在注射装置中的第一和第二本体的各种结构。例如，第二本体可以形成为环绕第一本体的环形多孔环，该第一本体包括形成于流体不可透过的材料中的狭槽。不过，当第二本体配合插入第一本体中，优选是插入第一本体的中间，从而使得注射装置的熔融金属接触表面的磨损形式在该表面上更均匀时，上述优点将特别明显。在本发明的优选实施例中，在第一本体中的流体通道与第二本体的中心点沿径向对齐，这样，第一本体的全部流体通道都将同样受到由从第二本体流出的流体引起的表面磨损的影响。不过，由于结构和经济原因，优选是使得第二本体的尺寸最大。因此，本发明也涉及一种注射装置，其中，在第一本体中的流体通道布置得基本平行于在第一和第二本体之间的交界面，这样，第二本体可以占据更大空间。该第二本体可以有圆形或多边形截面。
在本发明的优选变化形式中，制造第一本体的耐火材料的流体可透过性低于第二本体的材料，例如为可浇铸材料，且延伸而穿过其中的流体通道由狭槽或孔构成，优选具有可控制的方向和开口尺寸。
在本发明的另一方面，本发明涉及一种用于将流体可靠地注入冶金容器内的方法，包括以下步骤：
a)将待引入冶金容器内的流体供给注射装置中；
b)通过注射装置的起动部分来注射所述流体，该起动部分的流体流阻高于注射装置的其余部分(起动部分能够比注射装置的其余部分更容易打开)；
c)利用从所述起动部分流出的流体流来清空和打开在注射装置的注射部分中的流体通道，该流体通道的流体流阻小于起动部分；
d)通过注射部分而将流体注入冶金容器中，同时起动部分基本不允许流体通过。
下面将参考附图更好地介绍本发明，附图只是用于表示本发明，而不是限定本发明的范围。
图1示意表示了本发明的注射装置，图2是图1所示的注射装置的俯视图。图3是注射装置的变化形式的俯视图。
在附图中，注射装置(1)插入冶金容器(未示出)的衬里中，同时它的熔融金属接触表面(4、5)至少与衬里表面平齐。该注射装置包括至少第一和第二本体(2、3)，该第一和第二本体(2、3)配合装配。通常，注射装置包入金属罐(9)内。第一本体(2)包括由狭槽构成的流体通道(6)，该流体通道(6)从流体供给装置(8)延伸至第一本体的熔融金属接触表面(4)。第二本体(3)包括由材料的孔隙构成的流体通道(7)，该流体通道(7)从它的熔融金属接触表面(5)延伸至流体供给装置(8)。在图2的实施例中，流体通道6从第二本体的中心点沿径向延伸。在图3的实施例中，流体通道6布置成基本与第一和第二本体(2、3)之间的交界面平行。在图1至3所示的实施例中，流体供给装置(8)由压力通风腔室构成，该压力通风腔室与流体供给管(未示出)连接。
研究发现，6至9巴的流体压力足以打开本发明的注射装置的流体通道。
Claims (10)
1.一种用于将流体引入冶金容器中的注射装置(1)，该冶金容器具有耐火衬里，该装置
能够可拆卸地插入衬里内；
包括耐火的第一本体(2)和耐火的第二本体(3)，它们配合地装配，制造该第一本体(2)的耐火材料的流体可透过性小于第二本体(3)的材料；
该第一和第二本体
分别有用于与熔融金属接触的表面(4、5)；以及
分别有从流体供给装置(8)延伸至用于接触熔融金属的表面(4、5)的流体通道(6、7)；
第二本体(3)中的流体通道(7)的相对流阻高于第一本体(2)中的流体通道(6)的流阻，在第一本体(2)中的流体通道(6)由狭槽或孔构成，其特征在于：第一本体(2)中的流体通道(6)独立于第二本体(3)中的流体通道(7)。
2.根据权利要求1所述的注射装置，其特征在于：第二本体(3)配合插入第一本体(2)中。
3.根据权利要求2所述的注射装置，其特征在于：第二本体(3)插入第一本体(2)的中部。
4.根据权利要求3所述的注射装置，其特征在于：在第一本体中的流体通道(6)基本平行于第一和第二本体(2、3)之间的交界面。
5.根据权利要求3所述的注射装置，其特征在于：在第一本体中的流体通道(6)从第二本体(3)的中心点沿径向对齐。
6.根据权利要求1所述的注射装置，其特征在于：第二本体由所述流体可透过的耐火材料制成。
7.根据权利要求6所述的注射装置，其特征在于：第二本体由压制耐火材料制成。
8.根据权利要求1所述的注射装置，其特征在于：所述狭槽或孔具有可控制的方向和开口尺寸。
9.根据权利要求1所述的注射装置，其特征在于：第一本体由可浇铸材料制成。
10.一种用于将流体注入冶金容器内的方法，包括以下步骤：
a)将待引入冶金容器内的流体供给注射装置(1)中；
b)通过注射装置(1)的起动部分(3)来注射所述流体，该起动部分的流体流阻高于注射装置的其余部分的流阻；
c)利用从所述起动部分(3)流出的流体流来清空和打开在注射装置的注射部分(2)中的流体通道(6)，该流体通道的流体流阻小于起动部分；
d)通过注射部分(2)而将流体注入冶金容器中，同时起动部分(3)基本不允许流体通过。
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