用于制備金屬和維持裝載及吹制操作條件的吹制槍的制作方法
【專利摘要】本發明涉及制鋼時在初級精煉的工藝中使用的吹制槍(100)，以這樣的方式開發的來維持裝載和吹制操作條件，包括在基座上的銅噴嘴(101)，在所述銅噴嘴末端焊接管(102)，還包括帶有清洗出口(103)的模塊(125)和放置在模塊(125)上的鋼管(118)，并在所述鋼管的上端有頭部(107)，所述頭部包括冷卻液入口(115)、氣體入口(116)和冷卻液出口(117)，還包括所述槍(100)內部的負責氣體通道的內管(122)和負責在冷卻液入口流和必須經過銅噴嘴(101)的出口之間的分割的中間管(123)。
【專利說明】用于制備金屬和維持裝載及吹制操作條件的吹制槍
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬加工工藝中使用的吹制槍，更具體地涉及在用于得到鋼的名為“初級精煉”的工藝中使用的槍，以這樣的方式開發來維持裝載和吹制操作條件。
【背景技術】
[0002]吹制槍被廣泛地應用在冶金工業中用于注射氣體，主要是氧氣，在金屬熔池中，在獲得液體金屬的過程中。可以注意到，在液體金屬制造工藝中，除了氧氣，這些槍也可用于注射其他氣體或氣體的混合物。
[0003]鋼鐵制造工藝利用高溫下的爐且氣體的注入促進金屬純化以用于其預定的活動。易燃物，知名地為氧，通過放置于爐內部的吹制槍引入，目的是靠近熔池表面，以加快反應速度，從而保持經受高溫。反過來說，氣體注入工藝引起液體金屬向上彈射的攪動，以能夠在槍的表面或在爐的壁上固化，以及被拋出爐外。
[0004]為了獲得具有更長壽命的吹制槍，一旦它經受降低其壽命的高溫，，有必要冷卻它，舉個例子，在這種情況下，通過水循環。槍的外表面溫度升高并高度高于水的沸騰熱。在所處理的金屬是鋼鐵的情況下，所述溫度超過1，700°C，并且在一些情況下，可能發生槍浸漬在乳液核中，所述乳液核是由金屬熔池、燃燒氣體、可燃氣體和爐渣組成的混合物，其是金屬熔池精煉的液體副產物。
[0005]為此，本領域的吹氧槍通常有內部冷卻系統，以維持槍體溫度足夠低以支持精煉條件而不發生軟化甚至熔化其組件。通常使用的冷卻液是使用泵在槍內循環的水。因此，冷卻系統通過其里面循環的水在通常由鋼鐵制成的槍體和在爐中加工的液體金屬之間進行熱交換。所述水循環可能遭受以增加其沸點為目的的改變。因為鋼鐵，通常是制造所述槍的材料，的熔點是相當高的，這賦予所述槍體良好的耐高溫性。
[0006]槍的底部末端，命名為噴嘴，通常用銅制造，因為這種金屬具有高的熱傳導系數，從而使到達其表面上的熱被立即轉移到冷卻液。雖然銅的熔點低，然而與冷卻液的熱交換效力阻止其在鋼鐵制造工藝中的高溫下融化。
[0007]在爐中處理的的液體熔池被分成兩個不同的體積，為部分較低密度的爐渣，所述金屬純化工藝的生成物，及具有較高密度的精煉的金屬材料，在這種情況下為鋼鐵，。由于密度的不同，趨勢是當吹制中斷時鋼液沉積在底部且爐渣留在上層。吹制期間，在槍體表面有爐渣和鋼鐵的濺射物(project1ns)(飛濺和噴濺)。因此，當碰撞槍體表面時，所述材料經受熱交換效果，當然所述范圍比金屬和爐渣的凝固溫度低，無論是金屬殘余物還是保持粘附在槍的外表面上的爐渣。在每個吹制循環中，所述材料的厚度增加，逐漸形成被稱為“浮渣”的材料堆積。“浮渣”是鋼鐵、爐渣和其他少量元素的固化混合物。
[0008]另外，所述“浮渣”繼續附著在所述爐的上部區域，由于與吹氧的接觸距離通常較冷。在這種情況下，可能會發生，由于浮渣形成，稱為爐的“嘴”的區域逐漸閉合，使得在工藝開始之前難以裝載原材料，并且，在一些極端的情況下，爐重心的錯位。為了理解，所述爐具有系統，所述系統允許它們傾斜或旋轉到非直立位置，便于原料，知名地為液態生鐵和廢鐵，的裝載操作，，以及執行液態金屬、鋼鐵和爐渣的泄漏操作。
[0009]爐的“嘴”是在上部區域具有圓錐體干線形狀的區域。由于浮渣累積的逐漸閉合減少了其通道面積，這給加工時間帶來了負面影響。在廢料裝載過程中，它增加了由于較難放入所述爐內，而在爐的“嘴”內發生“閉鎖”或廢料累積的可能性。為了解決這個問題，有必要與滾橋連續機動，從而導致在加工時間的損失。在液態生鐵裝載過程中，嘴閉合導致液體材料泄漏爐外，從而所述過程中導致金屬損失或金屬產量的增加。這些延誤和損失危及鋼鐵日產量，且必須避免，一旦生產成本隨著設備閑置和金屬材料損失上升。
[0010]在槍上發生浮渣的情況下，慣常的做法是替換為另一個適當地清潔和準備的槍，同時維護帶有浮渣的槍。這必然需要存在備用多余的槍，這代表生產成本升高。
[0011]對清潔爐的嘴，傳統做法要求完全停止生產工藝，以使爐可以傾斜，直到允許使用機械“攻城槌(battering rams) ”或手動氧乙炔切割用于材料去除(浮澄)的位置。該爐停止的做法實質上危及爐的日產量。近來，為了減少生產損失，開發了銅噴嘴用于清潔所述“嘴”的特定目的。以水平瞄準氧氣流的方式設計這些槍。在整個噴嘴周圍布置有孔，目的是擊打整個“嘴”周圍。為了最大限度地清洗，槍從“嘴”的最外部區域移動至鋼鐵泄漏通道的區域，從而在這兩個極端之間執行循環。盡管這種做法容易并增益，但它在日產量上仍然沒有意義，因為，雖然是一個降低了嘴的清潔時間的做法，但是為了執行此任務仍然必須停止生產循環。獲得執行精煉功能而在槍體或爐體上不形成浮渣的槍是一個普遍需求。
[0012]現有技術中具有冷卻系統的槍可以在北美專利US 5350158中看到。所談及的槍采用幾個不同直徑的同心管，在所述槍的內部形成了冷卻系統。冷卻流體在提到的管內以如此方式循環以吸收熱量。為了增加所述熱交換，使用內部散熱翅片，其與內部管的外壁和所述冷卻流體適當接觸。然而，當使用所述槍時，這樣的裝置仍然在其外表面存在“浮渣”的粘附，因為其表面沒有呈現以避免可能沖擊它的材料的融合或下降的必要特征。
[0013]北美專利US 6440356,US 6673305和US 6773659提出了類似的冷卻系統，具有允許熱交換的同心鋼管。在上述的文件中，沒有描述內部散熱翅片的類型以有助于所述冷卻流體和所述槍體之間的熱傳遞的。描述了內部螺旋，其有助于向金屬制備工藝提供的空氣/可燃物的分布，在該螺旋內部循環的冷卻流體。北美專利US 6673305和US 6773659描述具有銅制的下端的槍。
【發明內容】
[0014]在此，本發明涉及一種用于金屬制造的吹制槍。這個槍是由一組同心圓管組成，通常由鋼鐵制造，在其上部具有氣體入口位置和冷卻液的入口和出口。在其下部，具有將注入熔池的氣體的出口。
[0015]槍的下部格式為圓錐形并由銅制造，這有利于粘附的“浮渣”的脫離。然而，該圓錐形下部的內部，散熱翅片以螺旋形布置，其主要功能是增加管壁與冷卻液之間的熱交換效率。
[0016]上部和下部之間有沿外管圓周，以一定的長度，以不同的角度和尺寸分布的氣體出口。根據爐的尺寸，按照槍的不同長度，可能放置更多套的氣體出口。這些氣體出口的功能是避免“浮渣”的附著形成，無論是在爐的嘴區域還是在這些出口之上的管區域。通過這些可燃氣體的出口，氧與富含一氧化碳的金屬初級精煉氣體反應。該反應被稱為后燃燒，并產生熱量，增加“嘴”區域的溫度，并且在槍的下部，使得維持液體并返回到乳液核的精煉材料難以粘附。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]本發明將基于如下附圖中所表示的實施例進行詳細描述:
[0018]圖1是槍在爐中操作位置處的剖概圖。
[0019]圖2是槍的剖概圖
[0020]圖3是預定設置用于清洗“嘴”和頂部清潔保養的槍的出口的頂部概圖；
【具體實施方式】
[0021]圖1表示位于鋼鐵生產爐內側的槍裝置(100)的概況。該裝置包含銅噴嘴(101)，在其末端具有不同孔數量的氧氣出口，和圓錐形管(102)，其具有銅制的散熱翅片。圓錐形管(102)的長度，以及它的錐度是產品和每個爐的工藝特性的函數。一般地，爐的容量越大，圓錐形區域的長度將越大，因為它影響將在爐的上部和“嘴”處執行槍的清洗的出口的定位。以爐渣體積的函數設計錐度的尺寸，一般地，渣的體積越大，槍的錐度越小。圓錐形管(102)的上面，有一組清洗氣體出口(103)，它的數量和尺寸根據工藝需要變化，這關系到所述嘴(105)的清洗或槍的圓柱形的上部(106)的清洗，或兩者的清洗，或還有爐(104)的尺寸。清洗氣體出口的大小可能從音速變化至超音速，音速用于在短距離的后燃燒，維持槍的上部在較高的溫度下，且超音速用于在長距離的后燃燒，維持爐的“嘴”區域的加熱，避免了 “浮渣”的附著。爐的尺寸決定出口的數量，因為適當分布促進在所述“嘴”的周圍的均勻清洗。清洗出口(103)的上面，有槍的圓柱形的上部(106)，鋼鐵制成。在上端，有槍的頭部(107)，其目的是促進氣體進入和冷卻液的進入和流出。
[0022]然而，在圖1中，呈現了冶金爐(104)，它具有形成上部開口的容器、被命名為軀體(108)的金屬外壁，，爐的嘴(105)。所述冶金爐在內部涂有耐火壁(109)，目的是維持液態金屬處于所述過程發展的溫度下。
[0023]在鋼鐵制造過程中，由銅噴嘴孔(101)引起的攪拌混合的三相進入爐的內部(104) ο所述相為:液態金屬或熔池(110)，爐渣(111)和氣體(112)。這些元素的在位于爐的“嘴”的區域(105)的壁處的濺射物，當固化時，形成我們所說的浮渣(119)。
[0024]在爐(104)的上部，除塵導管(113)上安裝有側開口(114)，所述側口允許槍
(100)在爐(104)內按指定路徑的進入活動和其在分批處理結束時的去除。
[0025]在爐(104)內部的熔池加工(110)的位置上，所述槍需要從熔池(110)以適當的距離推進，以使離開所述銅噴嘴(101)的氧氣射流能夠促進必要混合，以使反應發生。在此過程中，這三個混合的相形成乳液覆蓋部分所述槍體(100)，使其經受高溫。此乳液濺射(projects)熔池顆粒(110)和熔渣(111)，所述熔池顆粒和熔渣可以以“浮渣”(119)的形式附著到所述槍(100)及爐的“嘴” (105)上。
[0026]在圖2中可以觀察到，所述槍(100)包括冷卻液的入口(115)、氣體入口(116)和冷卻液出口(117)，均位于槍的上部，和所述頭(107)。通過冷卻液體的循環，所述槍的熱量被去除(100)，增加了其壽命。在所述銅噴嘴(101)和所述鋼管(118)之間，安裝有圓錐形(102)，其較小的直徑焊接到末端(101)。所述管的圓錐形狀(102)有助于粘附的混合物的脫離，因為沒有與重力相反的力。因此，熔池的液態金屬(110)和附著(浮渣)的爐渣
(111)的混合物通過其自身重量的作用分離。此外，熱收縮速度差阻止混合物粘附到圓錐形管(102)上。在本發明中，排熱的增加在圓錐形管(102)的區域提升，導致粘附的材料在其凝固過程中快速收縮。以此方式，形成的浮渣(119)由于重力經受破裂并降落。除了所述管的圓錐形幾何結構(102)，本發明提出在圓錐形管(102)的制造中使用銅，而現有技術中使用圓柱形幾何結構的鋼管。使用銅的優點在于該金屬具有比鋼高5倍的熱導率的事實，即使是具有低的熔點，這在最初可能是矛盾的，因為銅將比鋼會更早融化。然而，由本發明的圓錐形管(102)吸收的熱量被迅速傳遞到冷卻液，不允許達到銅的熔化溫度，防止該混合物的薄層(浮渣)(119)保持粘附。此外，銅在爐的氛圍中是化學穩定的，這最大限度地減少了不良反應。
[0027]圖3顯示清洗出口(103)的區域。為了嘴清洗(105)的目的，清洗出口(103)的確定考慮到每個爐的浮渣形成輪廓(119)。所述爐一般通過允許在其軸上旋轉的耳軸懸浮。傾斜方向確定兩個基本操作:通過泄漏通道(121)的熔池泄漏(110)和在相反方向上的爐渣的泄漏(112)。在這些材料的通道的功能中，嘴(105)的浮渣(119)的形成呈不同的輪廓。清洗出口(103)預計到達其中有浮渣(119)累積的區域，并避免到達表面具有耐火材料(109)的清洗區域，從而有利于提高所述爐的爐齡(104)。對于清洗出口的尺寸，考慮到所述槍(100)至所述爐(104)的距離，以及考慮到來自與金屬熔池(110)反應的上升氣體
(112)的速度的角度補償。在所述爐(104)內部所述槍移動(100)的過程中，在清洗出口(103)的可能性或工作角度相對于垂直線變化170°，使得與在熔池方向的垂直線的最小角度10°和與在槍的頭部(107)方向的垂直線的最小角度0°成為可能。為了這個目的，清洗出口(103)具有超音速特性，允許到達感興趣的區域。然而，當目的是維持位于圓錐形管(102)上方的圓柱形鋼管(118)的清潔時，清洗出口(103)預計具有低或音速，導致槍的上部區域(100)附近的溫度上升。
[0028]圖2顯示了所述槍裝置組件(100)，具有在基座上的銅噴嘴(101)，所述銅噴嘴通過外部和下部連接到圓錐形管(102)。然后，插入具有清洗出口(103)的模塊。這個模塊上面有鋼管(118)，并在它的上端有頭部(107)，所述頭部包括冷卻液入口(115)、氣體入口(116)和冷卻液出口(117)。如在圖3中觀察到的，所述槍(100)的內部，顯示有兩個以上的管:內管(122)，負責氣體通道，和中間管(123)，負責在冷卻液入口流和必須經過銅噴嘴
(101)的出口之間的分割。所述內部(122)和中間(123)管，不需要以銅制成，因為它們不與外部大氣直接接觸。這些零件以緊固的方式裝配。在中間管(123)和圓錐形管(102)之間插入螺旋散熱翅片(124)。所述螺旋散熱翅片具有在銅圓錐形管(102)上最大化熱交換的目的，其尺寸隨著散熱翅片數量和所述螺旋的形成角度而變化。在制造和組裝過程中，所述螺旋散熱翅片可在中間管(123)的外壁或者在圓錐形管(102)的內壁直接制成。
[0029]清洗出口(103)分布于銅模塊(125)中。所述槍的制冷(100)使用的液體通常有湍流，因為它必須有足夠的速度以在管道內不被加熱至沸騰。為了這個目的，所述銅模塊(125)預計允許冷卻液在兩個方向上的自由通行，而不損失性能所需的流量和壓力。
【權利要求】
1.用于制備金屬和維持裝載及吹制操作條件的吹制搶，其特征在于，包括裝置(100)，所述裝置具有在基座上的銅噴嘴(101)，在所述銅噴嘴末端焊接管(102)，還具有帶有清洗出口(103)的模塊(125)和放置在模塊(125)上的鋼管(118)，并在所述鋼管的上端有頭部(107)，所述頭部包括冷卻液入口(115)、氣體入口(116)和冷卻液出口(117)，所述槍(100)還具有在其內部的負責氣體通道的內管(122)和負責在冷卻液入口流和必須經過銅噴嘴(101)的出口之間的分割的中間管(123)。
2.根據權利要求1所述的槍，其特征在于，在銅噴嘴(101)和鋼管(118)間具有圓錐形管(102)，其較小直徑焊接到銅噴嘴末端(101)。
3.根據權利要求1或2所述的槍，其特征在于，圓錐形管(102)優選由銅制造。
4.根據權利要求1所述的槍，其特征在于，清洗出口(103)分布于銅模塊(125)中。
5.根據權利要求1和4所述的槍，其特征在于，清洗出口(103)預計為氣體出口提供超音速。
6.根據權利要求1和4所述的槍，其特征在于，清洗出口(103)預計為氣體出口提供音速。
7.根據權利要求1和4所述的槍，其特征在于，槍(100)在爐(104)內部移動的過程中，清洗出口(103)的工作角度相對于垂直線變化170°，使得與在熔池方向的垂直線的最小角度10°和與在槍的頭部(107)方向的垂直線的最小角度0°成為可能。
8.根據權利要求1所述的槍，其特征在于，在中間管(123)和圓錐形管(102)之間具有散熱翅片(124)。
9.根據權利要求8所述的槍，其特征在于，散熱翅片(124)為螺旋形。
10.根據權利要求1、8和9所述的槍，其特征在于，散熱翅片(124)直接安裝在中間管(123)的外壁上。
11.根據權利要求1、8和9所述的槍，其特征在于，散熱翅片(124)直接安裝在圓錐形管(102)的內壁上。
【文檔編號】C21C5/46GK104508152SQ201380036767
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年7月8日 優先權日:2012年7月10日
【發明者】馬塞洛·德·索薩·利馬·格拉 申請人:盧馬金屬有限公司