工業爐和配屬的噴嘴部件的製作方法
2023-12-10 23:45:27
專利名稱：工業爐和配屬的噴嘴部件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於熔化金屬、尤其是非鐵金屬的工業爐以及一種配屬的噴嘴部件。
在用於熔化金屬的工業爐中的熔化過程期間，總是需要通過導入氣體或其它介質來處理金屬熔液。
相應的處理介質均勻地通過噴嘴噴到金屬熔液中。這些噴嘴或者由下熔池噴嘴(對於這種噴嘴將處理介質在金屬熔液的熔池表面以下噴進金屬熔液中)構成、或者由上熔池噴嘴(對於這種噴嘴將處理介質在熔池表面以上噴進爐內室中)構成。所使用的噴嘴一般由一個金屬管制成，它穿過工業爐外壁一直引到爐內室中。在噴嘴的爐內側上通常將一個噴嘴裝入件套到金屬管上。相應的工業爐外壁由一個外部的鋼外殼構成，它在一個內側上砌襯一種耐火材料爐襯。在通過耐火爐襯構成的爐內室中熔化金屬。
在其中噴嘴通到爐內室中的部位上，耐火材料在這個部位包圍噴嘴，耐火材料通常承受增加的磨損。這種增加的磨損的原因尤其是在噴嘴入口部位處增加的溫度變化，這導致耐火爐襯的剝落。另一方面在噴嘴入口處產生增加的局部熔液流動運動，這導致耐火爐襯的機械腐蝕。
這種耐火爐襯的磨損不僅導致在耐火爐襯維護中整個爐子的爐襯耐久性降低的問題，而且也導致在可重複性和相關地噴入過程經濟性方面的問題，因為隨著耐火爐襯在噴嘴入口處的幾何形狀的改變，金屬熔液在爐中的流動特性也會改變。
本發明的目的是，提供一種用於熔化金屬、尤其是非鐵金屬的工業爐以及一種配屬的噴嘴部件，通過它可以減少噴嘴部位處的耐火材料的磨損。
按照本發明，一種用於將氣體加入到用於熔化金屬的工業爐中的噴嘴部件具有下列特徵-由耐火材料製成的噴嘴體；-金屬外殼，它在噴嘴體的冷側面上覆蓋耐火材料；-導熱元件，它們與金屬外殼相接觸，並延伸到耐火材料中；
-金屬外殼是可冷卻的；-噴嘴管(外噴嘴管)，它穿過金屬外殼和噴嘴體從噴嘴體的冷側面延伸到其熱側面。
按照本申請的噴嘴部件的製造基於這樣的知識耐火材料在噴嘴處的磨損尤其由此可以減小，在噴嘴部位處的耐火材料熱側面上構成一個由凝固的金屬熔液組成的「附著物」。這個「附著物」主要由熔渣和金屬組成，並且保護位於其下面的噴嘴部位處的耐火材料免受磨損。
在本發明的構思內已經認識到，金屬熔液在包圍噴嘴的材料部位處的凝固、並由此附著物在這個部位處在耐火材料上的形成可以起到使得耐火材料在這個部位得到強化冷卻的作用。
為了冷卻噴嘴處的耐火材料，設置導熱元件，它們由一種具有比耐火材料更高導熱性的材料製成。所述導熱元件與金屬外殼在噴嘴體的冷側面上相接觸，由此可以使導熱元件吸收熱量並且快速地傳導到金屬外殼。從金屬外殼將熱量向外排出。為了改善從金屬外殼向外排熱，該金屬外殼可以冷卻，例如通過一種冷卻介質來進行。
所述噴嘴部件可以由獨立的部件構成。
所述噴嘴部件的噴嘴體的熱側面和其冷側面相互間隔地、且優選也相互平行地延伸。所述噴嘴體的熱側面和冷側面可以具有相同或不同的形狀。例如熱側面和冷側面可以分別為圓形、橢圓形、四角形或多邊形地構成。如果熱側面和冷側面分別具有圓形的形狀，它們可以例如具有相同的直徑，由此使噴嘴體總體上具有圓柱形的形狀，或者熱側面可以具有一個比冷側面小的直徑，由此使噴嘴體從冷側面向著熱側面錐形地收縮；由此可以使噴嘴部件方便地裝進工業爐外壁的相應開孔中。如果冷側面和熱側面分別具有四角形的形狀，則噴嘴體總體上具有四邊形的形狀、即例如六面體形狀。連接冷側面和熱側面的噴嘴體側面可以由一種薄板外殼覆蓋。
按照本申請，所謂「熱側面」可以理解為噴嘴體的這個側面，它(在噴嘴部件裝進工業爐中的狀態中)面對爐內室並由此面對金屬熔液。所謂「冷側面」可以相應地理解為噴嘴體的對置一側，即背離爐內室的噴嘴體一側。
所述噴嘴部件用於將氣體或其它介質、例如固體如粉末或類似物質加入到金屬熔液中。
所述噴嘴體可以由一種任意的耐火材料製成，例如一種氧化物陶瓷或一種非氧化物陶瓷材料，即例如一種氧化物陶瓷耐火物質。
所述噴嘴體的耐火材料在其冷側面上由一種金屬外殼覆蓋。這個金屬外殼例如可以由銅或鋼、例如特種鋼製成，並且例如通過錨栓或者一種耐火物質與噴嘴體的耐火材料相連接。這樣設計金屬外殼的尺寸，使得在將噴嘴部件裝進工業爐的外壁中時該金屬外殼齊平地連接到爐子的外部金屬外殼上，由此使噴嘴部件的金屬外殼與爐子的外部金屬外殼構成一個連續的表面。
所述金屬外殼(在其面對噴嘴體的一側上)與導熱元件接觸，這些導熱元件延伸到耐火材料中，並向著噴嘴體的熱側面方向延伸。
所述導熱元件可以具有任意的形狀，例如杆狀、稜形、板條形或板狀。例如可以使杆狀的導熱元件具有星形橫截面；相應地使杆具有相對較大的表面，由此可以起到使熱量良好地傳遞到導熱元件上的作用。按照另一實施方式可以使導熱元件具有樹狀結構；在這種實施方式中導熱元件也朝向噴嘴體熱側面方向上分支。這些「分枝」可以良好地吸收在噴嘴體熱側面部位中的熱量，並通過(公共的)「樹幹」傳導到金屬外殼上。
所述導熱元件例如可以直接設置在金屬外殼上，並且在此例如整體地由金屬外殼成形，例如以「散熱片」的形式來成形。所述導熱元件也可以例如通過焊接、螺紋或其它的連接件直接與金屬外殼連接。
按照一種作為替代方案的實施方式，所述導熱元件不直接與金屬外殼接觸，而是使熱量通過中間連接的部位從耐火材料傳遞到金屬外殼。相應的導熱元件例如可以由一個、多個或許多獨立體組成，它們嵌入到耐火材料中。按照一種實施方式設置許多小物體形式的導熱元件，它們彌散地分布在耐火材料上地嵌入到耐火材料中。通過這種彌散地分布在耐火材料中的導熱元件的布置，使耐火材料的導熱性在這個部位中總體上得到提高，由此使分布在耐火材料中的物體處的熱量比在其中沒有設置相應物體的耐火材料處的熱量更快地傳遞到金屬外殼上。
所述面對噴嘴體熱側面的導熱元件端部可以與熱側面保持一個距離，即在耐火材料中結束；或者直接導引到熱側面上，並例如與噴嘴體的熱側面構成一個平齊的表面。
所述導熱元件和金屬外殼優選地由相同的材料製成，即例如銅、鋼或特種鋼。一個噴嘴管(下面稱為「外噴嘴管)穿過金屬外殼和噴嘴體，從噴嘴體的冷側面延伸到其熱側面。
這個外噴嘴管必要時也與一個或多個用於引導氣體的管相結合，用於將氣體或其它處理介質輸入到金屬熔液中。所述外噴嘴管尤其可以由金屬、例如特種鋼製成，優選具有圓形的內部的(中空的)橫截面，並且尤其沿著一條線性延伸的縱軸線延伸。
所述外噴嘴部件例如可以通過一種耐火物質與噴嘴體連接。
在外噴嘴管中還設置另一噴嘴管，下面稱為「內噴嘴管」。優選使內噴嘴管沿著其例如與外噴嘴管的縱軸線同軸延伸的縱軸線可推移地設置在外噴嘴管中。
一個相應的、沿著其縱軸線可推移地設置在外噴嘴管中的內噴嘴管具有明顯的優點代替一個內噴嘴管，目前使用的上述種類的噴嘴具有一個噴嘴裝入件，它在(外)噴嘴管的熱側面上套到這個噴嘴管上。由於這個噴嘴裝入件，在噴嘴管熱側面上只能使用一種確定的噴嘴形狀。由於噴嘴裝入件生成氧化皮，使這個噴嘴裝入件只能用於一批次爐料，由此在每個熔化過程之後必需將噴嘴裝入件從噴嘴管中打碎，並換成新的噴嘴裝入件。這個更換過程是非常費時間的。而通過按照本申請在外噴嘴管中可推移地設置一個內噴嘴管，就可以使這個內噴嘴管相應於其磨損連續地從外面向內推移。由此省去目前必需的更換過程。
所述內噴嘴管具有一個確定的內部的(中空的)橫截面，由此可以調節用於通過內噴嘴管加入到金屬熔液中的導入氣體的條件。
優選使所述內噴嘴管與外噴嘴管間隔距離地設置在外噴嘴管中。由此在內噴嘴管與外噴嘴管之間確定了一個縫隙，它同樣可以用於將氣體導入到金屬熔液中。內噴嘴管和外噴嘴管可以通過間隔墊保持間距。這些間隔墊可以是榫舌形的突出體，它們設置在面對內噴嘴管的外噴嘴管表面上。在面對內噴嘴管的外噴嘴管表面上也可以設置這樣的突出體，它們嵌入到相應的引導元件中，例如設置在內噴嘴管的外表面上的軌道或槽中。這些引導元件例如可以平行於縱軸線地、或者也可以螺旋形地設置在內噴嘴管的表面上，由此使內噴嘴管在縱向上或者螺旋形地可靠地在外噴嘴管中導引。
按照一種作為替代方案的實施方式，所述內噴嘴管的外圓周面具有外螺紋，它與設置在面對內噴嘴管的外噴嘴管表面上的內螺紋相嚙合。
所述外噴嘴管和內噴嘴管分別這樣構成，使得保留在外噴嘴管與內噴嘴管之間的縫隙或者內噴嘴管的內部中空的橫截面這樣與氣體源或其它介質源相接觸，使得氣體/介質可以導入到所述縫隙中、或者內噴嘴管的內部中空的橫截面中。
所述內噴嘴管在外噴嘴管中的跟蹤或運動可以手動地或者自動地、例如通過電的、液壓的或氣動的驅動裝置來實現。跟蹤過程原則上可以步進地或連續地實現，並且與金屬冶金技術的處理時間、例如與預調節的進給速度相協調。在連續地測量噴嘴剩餘強度的情況下，可以使進給速度連續地適配於內噴嘴管的磨損條件。內噴嘴管與外噴嘴管之間的縫隙可以配有適合的潤滑劑或者滑動介質，例如用於使扭應力保持較小。
按照一種實施方式，所述內噴嘴管的外圓周面和面對這個外圓周面的外噴嘴管表面直接相互接觸。在這種情況下沒有氣體通過這個縫隙引導。因此在這個縫隙中設置的潤滑劑或者滑動介質也可以用於密封。
可以使所述導熱元件這樣設置在噴嘴體的耐火材料中，使得它們基本上環形地圍繞外噴嘴管設置。
因為耐火材料磨損的危險隨著外噴嘴管入口靠近噴嘴體熱側面的增加而增加，所以按照本申請的噴嘴部件可以這樣製造使得在緊靠外噴嘴管入口的噴嘴體熱側面上構成一個比在遠離該入口的部位上更厚的附著物。
為此可以使緊靠外噴嘴管的噴嘴體部位的導熱性高於遠離這裡的部位的導熱性。
為此按照本申請，例如可以使所述導熱元件在靠近外噴嘴管的噴嘴體部位處比在遠離外噴嘴管的部位處導引到更靠近噴嘴體熱側面處。由此使熱量排出朝向外噴嘴管的噴嘴體熱側面上的入口的方向增加。相應地也使附著物的厚度朝向這個方向增加。
所述導熱元件可以相應階梯地構成，其中階梯高度相對於噴嘴體熱側面離開外噴嘴管地減小。
為了使已經由導熱元件輸送到金屬外殼上的熱量從金屬外殼中排出，可以使金屬外殼這樣構成，使該金屬外殼通過一種流體、尤其是水或其它冷卻介質進行冷卻。
為此可以使金屬外殼例如配有裝置，通過該裝置使一種流體在金屬外殼表面上或者穿過該金屬外殼導引。
從金屬外殼向外排熱的程度可以通過冷卻介質進行調節，例如通過(較熱的)金屬外殼與(較冷的)冷卻介質之間的溫度差、和/或通過在金屬外殼旁邊流過的冷卻介質流量、和/或通過選擇冷卻介質本身(選擇一種具有確定規格的熱容量的冷卻介質)來進行。從金屬外殼向外更多地排熱導致從噴嘴體熱側面強烈地向外排熱，這一點伴隨著在熱側面上增強地形成附著物。
因此通過金屬外殼冷卻的形式和方式可以控制附著物形成。
按照本申請的噴嘴部件用於安裝在任意的用於熔化金屬的工業爐中，但是尤其用於安裝在用於熔化非鐵金屬的工業爐中。
所述噴嘴部件不僅可以構成下熔池噴嘴、而且可以構成上熔池噴嘴。
最後本申請包括一種工業爐，在其外壁中設置一種按照本申請的噴嘴部件。該工業爐可以在其外壁中具有一個開孔，在其中可以裝進按照本申請的噴嘴部件。
本發明的其它特徵由其它的申請文件、尤其是由附圖以及下面的所有在本申請中公開的噴嘴部件特徵可以任意地相互組合。
附圖描述解釋一種按照本申請的噴嘴部件的實施例。附圖中
圖1以一個側視截面圖示出噴嘴部件，圖2以俯視圖示出按照圖1的噴嘴部件的熱側面。
在圖1中的噴嘴部件總體用1表示。
所述噴嘴部件1的由耐火材料製成的噴嘴體3總體上具有一個基本上為六面體形的形狀，它具有一個正方形的熱側面5和一個正方形的冷側面7。
在冷側面7上，噴嘴體3的耐火材料通過一個銅製的金屬外殼9覆蓋。在金屬外殼9的背離噴嘴體3的表面上將通道形的凹槽8掏制到金屬外殼9中。通道形的凹槽8通過覆蓋板10對外覆蓋，由此使通道形凹槽8環繞地封閉。所述覆蓋板10具有一個導引到通道形凹槽8中的入口12和一個從凹槽中引出的出口14。
銅製的不同導熱元件11、13、15、17、17.1、17.2與金屬外殼9相接觸，並且朝向噴嘴體3的熱側面5的方向延伸到噴嘴體3的耐火材料中。
在圖1中右邊可以看出兩個杆狀的導熱元件11、13，它們垂直地從金屬外殼9延伸到耐火材料中，並且在向著噴嘴體3熱側面5的方向上延伸。所述杆狀導熱元件11、13是階梯狀的，其中靠近噴嘴管19的導熱元件13直接導引到噴嘴體3熱側面5上，而另一遠離外噴嘴管19的導熱元件11與熱側面5間隔地在耐火材料中結束。
所述導熱元件11、13插入到金屬外殼9中。
在圖1左邊首先是一個樹狀的導熱元件17、17.1、17.2從金屬外殼9朝向噴嘴體3熱側面5的方向延伸到噴嘴體3的耐火材料中，在此導熱元件同樣插進所述金屬外殼中。
所述導熱元件17、17.1、17.2從「樹幹」17朝向熱側面5方向分支出兩個分枝17.1、17.2。分枝17.1、17.2的端部在耐火材料中與熱側面5間隔距離。所述分枝17.1、17.2同樣階梯地構成，其中階梯高度從靠近外噴嘴管19設置的分枝17.1到更遠離外噴嘴管19的分枝17.2降低。
此外在圖1的左邊可以看到許多獨立的幾何體15形狀的導熱元件15，它們彌散地分布在耐火材料中。通過這些物體15，可以總體上提高噴嘴體3的耐火材料在其中分布有物體15的部位中的導熱性。在此不像導熱元件11、13、17、17.1、17.2那樣直接導熱到金屬外殼9，而是通過耐火材料的許多中間連接部位實現所述導熱。
在圖1中在噴嘴體3的左邊和右邊示出不同的且非均勻設置的導熱元件11、13或者15、17、17.1、17.2的實施方式。
但是在實際的實施方式中優選使用導熱元件均勻的組合。因此例如可以使用導熱元件均勻地圍繞外噴嘴管19分布的不同實施方式。例如環形地圍繞外噴嘴管19設置的、階梯的、以杆狀和/或樹狀和/或板狀形式的導熱元件被彌散地分布在耐火材料上的、獨立物體15形式的導熱元件所包圍。
所述外噴嘴管10穿過金屬外殼9和噴嘴體3從噴嘴體的冷側面7延伸到熱側面5。外噴嘴管15由特種鋼製成，並對於其縱軸線A旋轉對稱地延伸，該軸線與噴嘴體3的熱側面5和冷側面7處於垂直。
與外噴嘴管19同心地在這個外噴嘴管中設置另一個由特種鋼製成的內噴嘴管21。該內噴嘴管21的縱軸線A與外噴嘴管19的縱軸線A同軸地延伸。外噴嘴管19和內噴嘴管21相互間隔地延伸，由此在這兩個噴嘴管19、21之間確定一個環縫隙23。
在外噴嘴管19的面對內噴嘴管21外圓周面的表面上設置榫舌形的突出體(未示出)，它們使內噴嘴管21和外噴嘴管19相互間保持一個恆定的距離。
通過一個(未示出)的驅動裝置使內噴嘴管21一方面圍繞縱軸線A旋轉、並且另一方面同時沿著其縱軸線A向熱側面5的方向移動。
圖2以一個對熱側面5的俯視圖示出按照圖1的噴嘴部件1。
可以看出外噴嘴管19的設置在正方形熱側面5中心處的入口。所述內噴嘴管21與縱軸線A同心地在外噴嘴管19的內部延伸。所述外噴嘴管19和內噴嘴管21通過設置在外噴嘴管19的面對內噴嘴管21的表面上的榫舌形突出體25保持一個恆定的間距。通過這個恆定的間距在外噴嘴管19與內噴嘴管21之間確定一個環形的縫隙23。
通過在內噴嘴管21內部的中空的內部橫截面21i和縫隙23可以分別導入氣體，該氣體可以導入到金屬熔液中，金屬熔液在熱側面5上與噴嘴部件1處於接觸。
此外在圖2中可以看到導熱元件11、13、15、17、17.1、17.2以及其它導熱元件，它們環形地包圍外噴嘴管21。
所示噴嘴部件的功能是當噴嘴體3的熱側面5在熔化過程中與金屬熔液處於接觸時，將冷卻介質通過入口12導入到金屬外殼9中的通道形凹槽8中，並通過出口14再排出。由此可以使由導熱元件11、13、15、17、17.1、17.2吸收的並傳遞到金屬外殼9上的熱量快速地從金屬外殼9中排出。由於在熱側面5處的這種有效排熱，使得在這個部位中導致金屬熔液凝固。這種已凝固的金屬熔液在噴嘴體3的熱側面5上構成一種附著物27。噴嘴體3的位於其下方的耐火材料通過這種附著物27免受磨損。
為了通過氣體處理金屬熔液，在噴嘴體3冷側面7的部位處(通過箭頭G表示的)氣體導入到縫隙23以及內噴嘴管21的中空的橫截面21i中，通過縫隙23和中空的內部橫截面21i一直導引到噴嘴體3的熱側面5上，並在那裡噴入到金屬熔液中。
權利要求
1.用於將氣體加入到用於熔化金屬的工業爐中的噴嘴部件，該噴嘴部件具有下列特徵a)由一種耐火材料製成的噴嘴體(3)；b)金屬外殼(9)，該金屬外殼覆蓋噴嘴體(3)冷側面(7)上的耐火材料；c)導熱元件(11、13、15、17/17.2)，該導熱元件與金屬外殼(9)相接觸，並延伸到耐火材料中；d)金屬外殼(9)是可冷卻的；e)噴嘴管(外噴嘴管)，它穿過金屬外殼(9)和噴嘴體(3)從噴嘴體(3)的冷側面(7)延伸到其熱側面(5)。
2.如權利要求1所述的噴嘴部件，其中，所述金屬外殼(9)和導熱元件(11、13、15、17、17.1、17.2)由同一種材料製成。
3.如權利要求1所述的噴嘴部件，該噴嘴部件具有由銅或特種鋼製成的金屬外殼(9)和導熱元件(11、13、15、17、17.1、17.2)。
4.如權利要求1所述的噴嘴部件，其中，所述導熱元件(11、13、15、17、17.1、17.2)基本上環形地圍繞外噴嘴管(19)地設置。
5.如權利要求1所述的噴嘴部件，該噴嘴部件具有杆狀、板條狀或板狀的導熱元件(11、13、15、17、17.1、17.2)。
6.如權利要求1所述的噴嘴部件，其中，所述金屬外殼(9)可以通過一種冷卻介質進行冷卻。
7.如權利要求1所述的噴嘴部件，該噴嘴部件具有一個裝置，通過它可以使流體在金屬外殼(9)的表面上或者穿過金屬外殼(9)傳導。
8.如權利要求7所述的噴嘴部件，該噴嘴部件具有一個通道形的、用於傳導流體的裝置(8)。
9.如權利要求1所述的噴嘴部件，該噴嘴部件具有一個在外噴嘴管(19)中沿著其縱軸線(A)可移動地設置的內噴嘴管(21)。
10.如權利要求1所述的噴嘴部件，其中，所述內噴嘴管(21)與外噴嘴管(19)間隔地設置在該外噴嘴管中。
11.如權利要求10所述的噴嘴部件，其中，所述內噴嘴管(21)與外噴嘴管(19)通過間隔墊保持間距。
12.如權利要求1所述的噴嘴部件，其中，所述內噴嘴管(21)的外圓周面具有螺紋，它嚙合到設置在面對內噴嘴管(21)的外噴嘴管(19)表面上的內螺紋中。
13.工業爐，在其外壁中設置一個按照權利要求1所述的噴嘴部件。
全文摘要
本發明涉及一種用於熔化金屬、尤其是非鐵金屬的工業爐以及一種配屬的噴嘴部件。
文檔編號F27D99/00GK1867684SQ200480030032
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月14日 優先權日2003年10月15日
發明者U·楚勒納, H·林霍菲爾 申請人:梅爾茨-高特希工業熔爐設備有限責任公司