金屬熔體中引入氣體的方法和設備的製作方法

2023-05-16 23:56:51

專利名稱：金屬熔體中引入氣體的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種通過設在容器耐火爐襯中的通道向在冶金容器中的金屬熔體引入氣體的方法以及為此所需的設備。
已知各種煉鋼廠中的吹氣系統，用來將氣體引入冶金熔池中，這些氣體主要用來使熔融金屬均勻化和淨化。通常這種氣體採用氬或氮。另一個使用領域是在金屬處理容器中用氧的底吹方法，例如煉鋼爐、脫硫桶等。在這種情況下，通過容器底部和容器壁的爐襯將氣體吹入金屬熔池。
氣體通常經透氣磚引入，對於透氣磚人們將其區分為可滲透和氣密(不可滲透)的透氣磚。在可滲透的透氣磚的情況下，氣體直接通過內部的磚縫流動，它有一個毛細管系統，數量級為10至20Nperm。這種毛細管尺寸足以能使氣體供入熔池，而液態的熔融金屬本身卻不能侵入毛細管內。不可滲透的透氣磚中或設有定向的透氣通道，或設有透氣小管或縫。
由文獻DE4101833C2已知一種用於向任意的冶金容器引入氣體的設備，尤其是在真空設備的進風彎管中引入提升用氣體，其中，提升氣體噴嘴由一個或多個縫組成，縫的寬度為0.2至0.8毫米。提升氣體噴嘴的後端直接與一根氣體導管連接。
由文獻EP0146079A2已知一種用耐火材料製作的可透氣構件，用以穿過金屬加工容器的爐襯向此容器中吹入氣體，在這種情況下用薄板圍成一個面對此耐火材料的氣體分配腔，薄板上密封地固定有一些通道。這些通道設計成噴管，它們通過擠壓形成窄的間隙，間隙的內部寬度約為0.3至1毫米。
在這些已知的設備中，氣體通過可滲透透氣磚的毛細管，系統，或通過氣密透氣磚的透氣通道或縫引入。在這些已知的引氣設備中，流過的氣體量受限制。此外，氣體作為一種自發的並因而不可控制的連續流動。在這種情況下，吹氣過程的條件選為，使這些條件對金屬熔體的流體動力學只有微小的影響。在大多數和情況下氣體流出的方式與吹氣方法有關。流出的氣體射流對熔融金屬的動力學方面的影響，只是在透氣磚的附近。
透氣磚的毛細管系統或通道系統有巨大的流動阻力。當從已知的透氣磚流出氣體時，尤其在大氣體流量，由於混入許多小氣泡，因而可能形成大體積的氣泡。
除此之外，現有的可滲透透氣磚的設計，在攙入金屬熔體時強度很低，以及流動能量的利用率也很低。
採用縫式通道，在氣體經通道流過期間產生縱向渦流叢，其結果是使氣體射流受阻，以及在攙入金屬熔體時沒有足夠的強度。甚至採用並列的多個通道時也是同樣的結果，此時，射流分離成一系列弱小的不穩定射流，這仍然減弱了與金屬熔體的充分混合。
本發明的目的是要提出一種能避免上述缺點的方法和製成一種實施此方法的設備，此時，可在只有低微的能量損失的同時，氣體射流更深地侵入液態熔池並更好地與融熔金屬攙混，以及，縮短了熔融金屬均勻化和淨化的時間。
按本發明上述目的可通過方法權利要求1和設備權利要求5特徵部分所述之特徵來實現。
按所建議的方法，在氣體進入金屬熔體前被引入一個氣體分配器，其中設有一些激發氣體振蕩的音頻振蕩器。根據在氣體導管中吹送氣體的特性數據和音頻振蕩器的設計，氣體振蕩特性及其頻率可以在一定範圍內改變。在用音頻振蕩器對氣體激振時將產生衝擊波，它們通過氣體分配器傳播並進入通道。
氣體射流的振蕩、流動的相互作用以及在音頻發生器內衝擊波的形成，可根據吹氣過程的特性數據以及氣體要流入的周圍環境，控制在一個可預先規定的頻率和振幅內。
被激振的氣體經聯合成一束的通道供入熔池。由通道束流出的細小射流在噴口後互相拉吸，並因而使流出的整個氣體射流穩定化。這種穩定的氣體系統在金屬熔體內引起高強度的渦流系統，並且對於在冶金容器中融熔金屬的混合過程帶來高度有利的影響。其中，這種渦流系統對金屬熔體的影響不僅只有動能，而且引起振蕩。在氣體流與金屬熔體之間的相互作用具有一種輻射的特性。它在冶金容器中產生一種具有縱向波和橫向波的渦流系統。
透氣磚的通道具有三角形橫截面，氣體射流通過這種三角形橫截面時，由於縱向渦流系統的破壞可無諧振地(因為不會出現通過通道壁上的反射造成的氣體射流振蕩的諧振)，因而即可不受阻礙地進入熔池。
從三角形通道口流出的帶有超聲波振蕩的射流具有強的抽吸能力。熔融金屬被吸入射流之間，並在超聲波場內聚集的橫向渦旋系統中被粉碎或打碎。此外，由於被溶解氣體的分壓降低，在熔池中形成了兩相流。在此兩相流中的射流芯擴展，從而使射流可有更大的影響半徑。通常、因小的或大的氣泡帶來的消極影響以及由此而產生的氣泡振蕩均得以消除。在一種最佳設計中，給出了一種設備的結構，它能保持上述方法的全部優點，防止金屬熔體經氣體分配器從冶金容器流出。為此設置一些金屬構件，在吹氣壓力降低時它們強烈冷卻滲入的金屬熔體，使它們凝固。
附圖中表示了本發明的舉例。其中

圖1冶金容器的剖面圖；圖2氣體分配器和透氣磚的剖面圖；圖3通道俯視圖。
圖1表示了一個冶金容器10，它有一個金屬的外殼11和耐火的爐襯12。在容器10的底13中設有作為透氣磚的耐火構件40。在底13下面設置了一個氣體分配器20，它通過供氣管31與一個圖中設有進一步表示的供氣站30連接。
容器10中有熔融金屬S。用箭頭表示熔融金屬繞中心軸線I的流動方向。
圖2表示了耐火構件40的氣體分配器20的詳細情況，氣體分配器20通過供氣管31與供氣站30相連。
氣體分配器20有一個前室21和一個主室22。在前室21的出口26區設有一個與主軸線I同軸的環槽23。垂直於此環槽23設有一個盤形槽24。這兩個槽設計作為聲頻振蕩器(schallgenerator)，並使氣體在超聲波的範圍內振蕩。
在前室21和主室22之間的氣體分配器20內壁上有一個支承環25。此支承環25設計成，既使設計作為聲頻振蕩器的環槽也使設計作為聲頻振蕩器的盤形槽，都能對氣體產生廣泛的影響。
圖2的左半部表示在主室22中設有一塊板52，板52通過支承件53支承。板52為圓形並由金屬製成，它凝固有可能逆氣體流動方向進入的熔融金屬，並阻止容器或氣體分配器流出。氣體分配器20的外殼固定在冶金容器10的外殼11上。
在圖2左側所示的實施形式中，在耐火爐襯12中的構件40裝在外殼14內。在用陶瓷材料製成的支座44內製有通道41、42、43。在圖的左側，通道41的一部分設計為一根金屬管51的形式，管長L1約為支座44長度L2的一半。
在主室22的出口27與支座44之間置入一個密封裝置47。
圖3表示通道41至43的俯視圖。這些通道具有其形狀為等腰三角形的橫截面。
在圖3的上部，各通道41、42、43互相平行排列。其中，字母a表示通道寬度，字母b表示在通道互相平行排列時兩個通道軸線之間的距離，以及字母e表示一個三角形通道的長度。
在圖3的下部，單個通道彼此傾斜，而且傾斜角為α或β。
權利要求
1.通過設在容器耐火爐襯中的通道向在冶金容器中的金屬熔體引入氣體的方法，其特徵為此方法包括下列步驟a)當氣體進入一個氣體分配器前室後繞一個第一聲頻振蕩器環流；b)之後，振蕩的氣體射流至少導入一個第二聲頻振蕩器，並被激勱作周期性脈衝式振蕩；c)接著，被多次激振的氣體射流被引入一個氣體分配器主室；以及d)經過通道通入容器內的金屬熔體中。
2.按照權利要求1所述之方法，其特徵為被激振的氣體射流經由一組至少三個通道，以一種射流束的形式通入金屬熔體。
3.按照權利要求2所述的之方法，其特徵為氣體射流無諧振地流過通道。
4.按照權利要求1所述之方法，其特徵為氣體的脈衝頻率在壓力為2至10巴時調整為20至500赫茲。
5.實施按權利要求1所述之方法將氣體引入在冶金容器內的金屬熔體的設備，它有一根與供氣站連接的供氣管，供氣管通入一個氣體分配器，在分配器上連接了一個具有縫形通道並裝在容器的耐火材料中的構件，其特徵為氣體分配器(20)在氣體進口側有一個前室(21)；在前室(21)的出口(26)區內製有一個與中心軸線(I)同軸、設計作為第一聲頻振蕩器的環槽(23)；設有一個沿徑向向外延地連接在環槽(23)出口處的設計作為第二聲頻振蕩器的盤形槽(24)；沿氣體流動方法看在盤形槽(24)的後面，有一個支承環(25)插入氣體分配器內腔中，它將前室(21)與主室(22)分開；以及在主室(22)的出口(27)至少設有三個軸線互相平行排列的、通向容器底(13)內側的縫形通道(41、42、43)。
6.按照權利要求5所述之設備，其特徵為縫形通道(41、42、43)具有一個設計為等腰三角形的橫截面。
7.按照權利要求6所述之設備，其特徵為在通道平行排列時，通道軸線之間的距離b與通道度a之比為b/a＝1.06-2.08當通道噴嘴長度為e時，它與寬度a之比為L/a＝13.1-14.6
8.按照權利要求7所述之設備，其特徵為三角形通道互相傾斜成一個角，其中，傾斜角α和β可調整在0至90°範圍內。
9.按照權利要求5所述之設備，其特徵為縫形通道(41、42、43)面朝主室(22)的部分由金屬管(51)構成。
10.按照權利要求9所述之設備，其特徵為主室(22)中的一個垂直於中心軸線(I)的平面內設有一塊金屬板(52)。
11.按照權利要求10所述之設備，其特徵為金屬板(52)設計為圓形，並通過構件(53)支承在前室(21)的壁上。
全文摘要
本發明涉及一種通過設在容器耐火爐襯中的通道將氣體引入在冶金容器內的金屬熔體中的方法和設備。為了能使氣體射流更深地進入並更好地與金屬熔體攙合，建議造成一種振蕩的氣體射流並將其引入金屬熔體。為此，在設備中設多個聲頻振蕩器，通過聲頻振蕩器使氣體振蕩。
文檔編號C21C5/46GK1135240SQ94194160
公開日1996年11月6日 申請日期1994年9月28日 優先權日1993年10月15日
發明者阿納託利·西佐夫, 霍斯特-迪特爾·肖勒, 烏爾裡克·邁耶 申請人:曼內斯曼股份公司