專利名稱：熔池中引入各種劑料的噴嘴裝置及操縱該噴嘴裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將各種劑料引入熔池的、包括一多孔耐火材料塊，該多孔塊可嵌裝到容器壁中還包括一插裝噴咀管的園柱體的噴嘴裝置。本發(fā)明還涉及操作該噴嘴裝置的方法。
DE-C2-3809828公開了一種這類噴嘴裝置。這種已知的將氣體和/或固體反應(yīng)劑及添加劑引入冶金熔煉容器的裝置，包括一個嵌裝在該容器壁中的多孔塊或多孔磚，該多孔塊或磚中容有可軸向滑動、具有至少一根可與氣體導(dǎo)管相連的氣管的氣體噴吹塊或清洗塊。此氣管的出口開口設(shè)在該噴吹塊或清洗塊的周面上，從而使出口開口露出來，并使各種劑料僅在該噴吹塊或清洗塊的內(nèi)端已被推送得超出多孔塊的環(huán)狀端面時，才可被引入熔池。抽回該噴吹塊或清洗塊，無須施加連續(xù)氣壓于噴吹或清洗系統(tǒng)，就能確保封閉效能，從而使該噴嘴裝置特別適用于諸如鋼水包之類的運(yùn)輸容器，因?yàn)閷τ谶@種容器而言，在熔融金屬滯留于該容器的整個時間內(nèi)，不可能向噴吹或清洗系統(tǒng)供氣。因此，噴吹或清洗塊的軸向移動不僅使之可用于引入各種劑料，而且還可以起封閉件的作用。
DE-C-2324086公開了一種將精煉氣體，特別是氧氣，經(jīng)精煉容器的壁從熔池表面之下引入的噴嘴，其中精煉氣體經(jīng)內(nèi)管通入熔池，保護(hù)氣體經(jīng)同心的外管通入熔池，而這兩根管同心地安置在一根固定的套管中。內(nèi)外管可軸向移動，并可互換地以相應(yīng)間距裝在至少一根套管中。
這種裝置至少有一個引入保護(hù)劑的附加環(huán)狀間隙，而且它提供了在兩個爐次之間更換或軸向移動內(nèi)管和外管的可能性，以應(yīng)付緊鄰噴嘴處的砌體損壞。這樣，在該噴嘴裝置的出口開口區(qū)域因損耗而形成漏斗狀外形時，可將內(nèi)、外管向前推，再用比如噴補(bǔ)或填堵法將此漏斗形處補(bǔ)滿。
EP-B1-0182965公開了一種保護(hù)噴嘴的方法，該噴嘴至少包括三根同心管，它們形成一條中心管道和至少兩條環(huán)狀管道，其中含氧氣體經(jīng)中心管道噴入，而霧化水的水霧作為冷卻流體經(jīng)一環(huán)形管道噴入，水的霧化是借助噴嘴入口側(cè)噴頭中的載氣來實(shí)現(xiàn)的。這種冷卻流體已被證明對提高噴嘴的工作壽命是特別有效的。
就劑料引入熔池的噴嘴裝置而言，本發(fā)明的目的在于提高使用壽命，縮短停工時間及簡化維修作業(yè)。本發(fā)明還力圖提供一種操縱該噴嘴裝置的方法。
本發(fā)明噴嘴裝置的特征為該園柱體呈套筒形，其中插有至少一根金屬噴咀管，該管的外端設(shè)有待引入劑料的入口，而本發(fā)明的方法的特征為被消耗的該噴咀的尾部連續(xù)地或按時間間隔通過套筒與噴咀管一起的向內(nèi)的隨動運(yùn)動進(jìn)入該容器而被替補(bǔ)。
在本發(fā)明噴嘴裝置中，消耗著的噴嘴管尾部及圍繞該尾部的耐火材料連續(xù)或定期地為一裝有一支或多支金屬噴嘴管的套管隨動運(yùn)動所替補(bǔ)，在打算將該噴嘴裝置在熔池表面下使用時，除套筒可軸向移動外，還需確保沒有熔融材料進(jìn)入彼此相對移動的表面間環(huán)縫中。由于套筒上涂有可承受熱負(fù)荷的潤滑層，而且環(huán)縫設(shè)在套筒外側(cè)和多孔塊內(nèi)側(cè)之間，并且環(huán)縫用粘接劑密封，所以使熔融材料不進(jìn)入環(huán)縫成為可能。這樣，有了可軸向滑動的套筒，即使對低粘度熔融材料，例如溫度約1200℃的鉛熔池而言，也可能在這些滑動表面之間產(chǎn)生持久的密封作用。由于視應(yīng)用范圍而定，噴嘴尾部暴露在1000-2000℃之間的溫度下，所以最重要的是，不僅是用于密封環(huán)縫的粘接層，而且是使軸向滑動的潤滑劑層，都要能夠承受得住熱負(fù)荷。此外，潤滑層材料對相鄰粘接層的浸潤傾向應(yīng)當(dāng)非常小，在粘接層以菱鎂礦或鉻菱鎂礦為基料的情況下，用石墨和鉬的化合物作為潤滑層材料被證明是特別有益的。
在開始使用該噴嘴裝置時，套筒有相當(dāng)大的部分突出于多孔塊之外。容有金屬噴嘴管的套筒同該噴嘴管一起向內(nèi)隨動運(yùn)動，造成了一些問題，也即，套筒因金屬和陶質(zhì)材料的抗彎彈性不同，而在套筒被推入時所產(chǎn)生的彎曲負(fù)荷作用下受損?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如果不將金屬噴嘴管固裝在套筒的內(nèi)孔中，而是可軸向滑動，這一困難就可克服。為此，在與套筒內(nèi)側(cè)相鄰的噴嘴管外側(cè)上涂以可承受熱負(fù)荷的潤滑層，在所述噴嘴管外側(cè)和套筒內(nèi)側(cè)之間設(shè)有環(huán)縫，并以粘結(jié)材料層密封環(huán)縫。這樣就減少噴嘴管外側(cè)與套筒內(nèi)側(cè)之間的軸向力傳遞，并減少套筒在隨動運(yùn)動中被損壞的危險(xiǎn)。
雖然潤滑層分別在套筒插入多孔塊之前，或在外噴嘴管插入套筒之前，已涂在套筒和外噴嘴管的外表面上，但密封相應(yīng)環(huán)縫的粘結(jié)材料層則分別在套筒插入多孔塊之后，或在噴嘴插入套筒后才壓入。為此，分別在多孔塊或在套筒軸長約一半處設(shè)有多個經(jīng)向孔，以供壓入粘結(jié)材料。
雖然通過連續(xù)或定期更換噴嘴尾部就可大大提高噴嘴裝置的工作壽命，但如果除象氧、煤粉之類的處理劑之外，還引入冷卻流體，則還可能進(jìn)一步提高工作壽命。在此情況下，分別降低多孔塊和套筒之間、或套筒和外噴嘴管之間滑動表面上的溫度，還能長時間保持相互間的可移動性。
在套筒中配合了噴嘴管的噴嘴裝置中，冷卻流體可同處理劑一起引入，比如一起吹入。如果所用的噴嘴裝置中，至少有兩根同心金屬噴嘴管裝在套筒中，形成一中心管道和至少一包圍中心管道的環(huán)形管道，其中處理劑經(jīng)一管道引入，冷卻流體經(jīng)另一管道引入，這是特別有益的，因?yàn)楦唧w地說，這樣可允許單獨(dú)控制冷卻作用。如果將霧化的水霧作為冷卻流體供入一個管道，尤其是外環(huán)管道，則可達(dá)到特別有效的冷卻作用。噴霧中所含水珠在管道中的蒸發(fā)，以及在引入熔池后的解離，在套筒的整個熱負(fù)荷長度上，并在噴嘴尾部處，產(chǎn)生強(qiáng)烈的冷卻作用，而且這種強(qiáng)烈的冷卻作用同套筒的向內(nèi)隨動運(yùn)動結(jié)合起來，使工作壽命出乎意料地長。
為了多孔塊朝容器內(nèi)部的端面上的負(fù)荷，最好使套筒以預(yù)定的突出長度，例如100mm的數(shù)量級從多孔塊突出，，伸入熔池。通過套筒的向內(nèi)隨動運(yùn)動，則可保持所需的突出長度。
本噴嘴裝置可用于不同的熔池，尤其如金屬熔池、鐵熔池及鉛熔池。根據(jù)其尺寸，可適用于有關(guān)的待引入劑料，這些劑料可為氣態(tài)、液態(tài)、糊狀或粉末狀。
以說明書附圖中四幅圖為準(zhǔn)的兩個實(shí)施方案，更詳細(xì)地描述了本發(fā)明，其中

圖1是噴咀裝置的第一實(shí)施方案的縱剖面圖;
圖2是沿圖1中Ⅱ-Ⅱ所取的截面的放大圖;
圖3是噴咀裝置的另一實(shí)施方案的局部縱剖面圖;
圖4是圖3所示噴咀裝置的俯視圖。
圖1和2中所述的噴吹裝置包括一個裝在容器2壁1中的耐火材料多孔塊3。容器的壁可以是其底或側(cè)壁。多孔塊要以這樣的方式插入它使得經(jīng)該噴咀裝置的劑料在熔池的表面之下被供入熔池。
在多孔塊3中裝有一帶有軸向通孔5的可軸向滑動的耐火材料套筒4。兩支同心的金屬噴吹管6和7彼此相隔地裝在軸向通孔5中。噴咀管6和7構(gòu)成中心管道8和圍繞中心管的外環(huán)管道9。在這些噴咀管的外端，這些管和欲被引入的各劑料的接頭10和11相接。包括著噴咀管6和7的套筒4以其朝內(nèi)的噴咀尾部突入容器內(nèi)部，也就是說，以其內(nèi)端，以一突出長度a超出多孔塊3的內(nèi)端面12，另一端經(jīng)多孔塊3延伸，并以其外端從多孔塊3的外端13伸出一段明顯的距離，該距離在所述情況下，大致與多孔塊3的長度相等。套筒4的外端裝有一塊第一壓力板14，該板由裝在殼體壁中的導(dǎo)桿15引導(dǎo)，導(dǎo)桿15與套管平行地沿伸。標(biāo)號16標(biāo)志承載導(dǎo)桿15的法蘭，它裝在該爐子容器2的的外部鋼殼17上。法蘭16還承載密封裝置18。
同心噴咀管6和7裝在噴頭19中，而在其外端，該噴頭有一第二壓力板20，它與第一壓力板14是強(qiáng)制連鎖住的。第二壓力板也為導(dǎo)桿15所引導(dǎo)。
如圖2中的放大視圖所示，套筒4涂上了潤濕層21，套筒4外側(cè)和多孔塊內(nèi)側(cè)間的環(huán)縫用粘接材料層22密封，潤滑層21是在將套筒4插入多孔塊3之前涂上的。這層比如可以是一種潤滑材料，如鉬的化合物的覆層，鉬的化合物以固態(tài)涂于套筒4。該潤滑層也可以薄膜的形式就在套筒4插入之前涂于套筒。在多孔塊3中設(shè)有一徑向孔23，以便壓入密封粘接層22，該層是經(jīng)徑向孔23壓入的。欲充以密封粘接層的環(huán)縫厚度應(yīng)這樣選擇它應(yīng)能使經(jīng)徑向孔23壓入的粘接層穿透到多孔塊3的端面12和13。欲充以粘結(jié)層的該環(huán)縫的尺寸一般在0.5-1mm之間。
內(nèi)噴咀管7靠隔板(未示)以一定的間隔固定在外噴咀管6之中，從而形成環(huán)縫9。在這方面，必需保證該隔板對經(jīng)環(huán)縫流過的各劑料流不會有很大的破壞。
外管6要以這樣的方式插入套筒4一方面在外管外側(cè)和套筒內(nèi)側(cè)間產(chǎn)生密閉作用，而另一方面，套筒和外管間的縱向滑動運(yùn)動可以進(jìn)行，即大大地避免在套筒和外管之間界面上傳遞軸向力。為此，將潤滑層25涂于外管6-這可以是在制造該管時涂的固態(tài)涂層或是在該管插入之前涂的涂層-而且，在管6和7插入后經(jīng)套筒4中的至少一個徑向孔26將粘結(jié)層27擠入，以便密封外管6和套筒4之間的環(huán)縫。
為處理鐵熔池，所用的該粘接材料以菱鎂礦磷酸鹽化合物為好，處理鉛熔池以鉻菱鎂礦化合物為好，而玻璃熔池則以菱鎂礦硅化合物為佳。
當(dāng)將本噴咀裝置用于在熔池下將處理劑如氧或煤粉噴入鋼熔池中時，輸送氧氣或懸浮于載氣中的粉煤的導(dǎo)管，與接頭的相連，接頭10與內(nèi)噴咀管7中的中心管8相連，而輸送冷卻流體(優(yōu)選是霧化水水霧)的導(dǎo)管，則與接頭11相連，接頭11與外環(huán)管9相連。也可用如于EP-182，965中所述的，位于噴頭19中的霧化裝置使水霧化。
當(dāng)由于加在伸入熔池中的噴咀尾部的熱負(fù)荷及機(jī)械負(fù)荷使之被燒接了一段時，就將套筒4與噴咀管6和7向內(nèi)推行一段適宜的距離，從而被消耗掉的噴咀尾部被替補(bǔ)，這種推行是借助施于第二壓力板20之間的強(qiáng)力連鎖的結(jié)果而完成的。此操作可在給定的時間內(nèi)完成，而與不具備這種移動方式的噴咀裝置相比，工作壽命因此而大為提高。套筒及圍繞套筒的多孔磚能被流徑外環(huán)管9的冷卻流體在整個套筒長度上冷卻，這一事實(shí)不僅保證了套筒在更長的時間階段內(nèi)的可移動性，而且還進(jìn)一步地提高了本噴咀裝置的工作壽命。與已知噴咀裝置相比的大為提高的工作壽命是可以達(dá)到的，而承多最沉重的熱和機(jī)械負(fù)荷的噴咀尾部消耗掉的耐火材料的替補(bǔ)可靠套筒4的向內(nèi)隨動運(yùn)動完成，而不打斷熔池的處理程序。
僅局部示于圖3和4中的本噴咀裝置，包括錐形的多孔塊3及唯一的噴咀管6。同樣的標(biāo)號用于與圖1和2中所示的第一噴咀裝置中相應(yīng)的另部件。注意對與第一實(shí)施方案中相關(guān)的那些部件的描述。
第二實(shí)施方案中的噴咀裝置用于氧化鉛礦石及還原鉛氧化渣而形成金屬鉛。處理過程被分為兩部，即氧化和還原兩部。
含高比例鐵氧化物和鉛氧化物的渣產(chǎn)生于氧化階段。操作溫度在1000-1100℃之間。這是涉及較大程度的噴咀損耗的程序的一個部分。
還原階段涉及到1200-1300℃間的操作溫度，而渣含低比例的鉛氧化物，即約2%，并且含約20%的鐵氧化物。
已發(fā)現(xiàn)，鉻鎂磚塊比鎂磚塊工作壽命更長。
由于這一原因，錐形多孔塊3及套筒4都用鉻鎂材料。在每種情況下，處理劑都是經(jīng)噴咀管6的中心管道引入的。
權(quán)利要求
1.熔池中引入劑料用的噴嘴裝置，該裝置包括一耐火材料多孔塊(3)，該多孔塊可嵌裝在容器(2)的壁(1)中，并軸向移動地容有一個耐火材料園柱體，該園柱體中設(shè)有一軸向通孔(5)，供引入氣體或處理劑之用，該園柱體相對安裝狀態(tài)下迎著容器內(nèi)部的噴嘴尾部的相反外端，突出于多孔塊(3)，并在該端外疫有第一壓力板(14)，供使該園柱體軸向移動之用，其特征在于，該園柱體呈套筒(4)形，其中插有至少一根金屬噴嘴管(6、7)，該管的外端設(shè)有待引入劑料的入口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的噴嘴裝置，其特征在于，套筒(4)中至少套裝有兩根同心的金屬噴嘴管(6、7)，它們形成一條中心管道(8)和至少一條包圍中心管道的環(huán)形管道(9)，而且所述管道都在各噴嘴管的外端處與接頭(10、11)相連，以引入各種劑料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的噴嘴裝置，其特征在于，套筒(4)上涂有可承受熱負(fù)荷的潤滑層(21)，而套筒(4)外鍘和多孔塊(3)內(nèi)側(cè)之間的環(huán)縫用粘結(jié)材料層(22)密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的噴咀裝置，其特征在于，在套筒(4)的外側(cè)，有分布在其外圍的縱向的筋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的噴咀裝置，其特征在于，鄰近于套筒(4)內(nèi)側(cè)的噴咀管(6)的外側(cè)涂有可承受熱負(fù)荷的潤滑層(25)，而所述噴咀管(6)外側(cè)和套筒(4)內(nèi)側(cè)間的環(huán)縫用中間層(27)密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的噴咀裝置，其特征在于，多孔塊(3)和/或套筒(4)在其軸向長度約一半處有一用于將粘接劑擠入的徑向孔(分別為23或26)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的噴咀裝置，其特征在于，噴咀管(6)的外端或噴咀管(6、7)的外端被裝在一噴咀頭(19)中，在此外端，它具有與第一壓力板(14)強(qiáng)制聯(lián)鎖的第二壓力板(20)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的噴咀裝置，其特征在于，是壓力板或各壓板(14，20)為裝在外殼壁中的并平行于套筒延伸的導(dǎo)桿(15)所引導(dǎo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的噴咀裝置，其特征在于，多孔塊(3)和/或套筒(4)的耐火材料主要含菱鎂礦或鉻菱鎂礦。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的噴咀裝置，其特征在于，潤滑層(21，25)主要含石墨漿，一種鉬的化合物，完石或滑石。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的噴咀裝置，其特征在于，粘接層(22，27)主要含菱鎂礦磷酸鹽化合物、鉻菱鎂礦化合物或菱鎂礦硅化合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的噴咀裝置的操作方法，該噴咀裝置是裝在盛有熔池的容器(2)的壁(1)中，而且劑料是經(jīng)其于熔池表面之下引入的，其特征在于，被消耗的該噴嘴的尾部連續(xù)地或按時間間隔通過套筒(4)與噴咀管(6、7)一起的向內(nèi)的隨動運(yùn)動進(jìn)入該容器而被替補(bǔ)的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于，套筒的向內(nèi)隨動運(yùn)動總保持著一段突出于多孔塊(3)的內(nèi)端面(12)的突出長度(a)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其特征在于，當(dāng)用至少具有兩支同心金屬噴咀管(6、7)時，經(jīng)管(9)之一引入冷卻流體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于，將霧化水的霧氣作為冷卻流體輸入管(9)。
全文摘要
熔池中引入各種劑料的噴嘴裝置，包括一多孔耐火材料塊，該多孔塊可嵌裝到容器壁中，其包括一個插裝了噴嘴管的圓柱體。為提高該噴嘴裝置的工作壽命，將圓柱體軸向可移置地配合在多孔塊中，并使消耗掉的噴嘴尾部隨圓柱體的隨動移動而替補(bǔ)。
文檔編號B22D1/00GK1074485SQ92113789
公開日1993年7月21日 申請日期1992年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1991年11月6日
發(fā)明者威廉·韋爾, 喬治·雷德爾, 沃爾特·施梅爾策 申請人:科蒂克股份公司