專利名稱：吹氣塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吹氣塞(purge plug)，它適于可更換地安裝到鋼水包的底部，用來吹進氣體使其通過鋼水包中的熔化液，該吹氣塞包括一陶瓷體，其具有至少一個貫通該陶瓷體兩端面的貫穿間隙；一包圍該陶瓷體的外殼。氣體被送到陶瓷體的外端面，以便以預(yù)定的壓力流過所述的間隙到達陶瓷體的內(nèi)端面并進入熔化液。
背景技術(shù)：
吹氣塞通常用來攪動鋼水包中的熔化液，并且適當(dāng)時，也能用來改變?nèi)刍海€用來使高壓氣體進入鋼水包，比如6-10帕的氣體。傳統(tǒng)的吹氣塞由一透氣的陶瓷圓錐體形成，該錐體具有大約10公斤重的截去頂端的錐形形狀，它被一金屬板外殼包圍。該吹氣塞一般以所謂的成套的方式供應(yīng)，即該錐體被裝在重量約為50公斤的中空塊內(nèi)。
當(dāng)制造純凈鋼時吹氣塞扮演一重要角色，并且實際上世界上所有的煉鋼廠都使用它。一個或多個吹氣塞可更換地安裝在一裝置的底部，該裝置在所有的煉鋼廠都可找到并且叫做鋼水包，它是一種里面襯有耐火材料的容器并適合盛裝熔化的鋼水。在鋼水包中，進行各種不同的高溫化學(xué)工藝處理，其中吹氣塞是起決定性作用的。一般為氬的氣體被通過吹氣塞吹入。在工藝處理期間對著熔化液的吹氣塞的最上端部分磨損嚴(yán)重，當(dāng)其高度減小到最小許可程度時，它必須定期地被一新的吹氣塞替換。
最早制造的吹氣塞是多孔的，即它們能透氣但不能讓鋼通過。這些吹氣塞的缺陷在于需要高壓氣體獲得足夠的流量，并且因其多孔性，磨損是不可忽視的。
在吹氣塞發(fā)展中的下一步就是所謂的定向多孔性，也就是通過鑄造形成多個直徑為大約0.5mm的噴管，氣體通過這些噴管吹入。這種吹氣塞的好處是易于獲得通過該吹氣塞的氣流，且該吹氣塞制造得密實，也就意味著磨損較小。其缺點是在噴管中鋼有很大的滲透風(fēng)險，從而會阻塞吹氣塞。
在吹氣塞發(fā)展中的第三步就是通過鑄造形成孔或間隙，其具有約0.2mm的厚度和約20mm的長度，孔或間隙貫穿吹氣塞而非噴管。其優(yōu)點是易于獲得高速氣流，而沒有鋼滲入孔中。然而，只要在吹氣塞中有開口的間隙，就有鋼滲入的風(fēng)險存在。
因此，一個吹氣塞必須符合三個要求高度的耐久性，滿意的透氣性和避免鋼滲進吹氣塞的間隙中。
--通過用高質(zhì)量的、密實的耐火材料制造吹氣塞，可以獲得令人滿意的耐久性；--采用具有足夠的橫截面面積的間隙，獲得一高度透氣性；--采用具有足夠小的間隙，獲得最小的滲透性。
這三個要求之間彼此抵觸，吹氣塞是這三種性能的一個折衷方案。
德國專利說明書DE19610578公開了一種吹氣塞，它包括一外部主體，在其上部具有一截去頂端的錐形空腔，在其中部是一圓筒形的、擴大的空腔，在下部是一圓筒形噴管。這些空腔相互連接，從而允許具有特定壓力的氣體從一個端面流向另一端面。在這些空腔內(nèi)，按照上述的順序，一截去頂端的錐體、一活塞和一設(shè)有開口的管狀活塞桿可移動地組裝成一裝置。該錐體通過一外部壓力彈簧預(yù)拉緊到一封閉位置，該彈簧和從吹氣塞伸出的自由活塞桿端部連接。當(dāng)具有一足夠壓力的氣體(為了抵消彈簧的彈力和冶金上的壓力)穿過一供氣管被供給并經(jīng)過活塞桿流到該擴大的空腔，該活塞頂起該錐體，從而該錐形空腔和該錐體之間的間隙被打開。然后氣體能夠圍繞活塞流動并穿過間隙進入熔化液。
這種結(jié)構(gòu)的缺點如下--由于吹氣塞一般用耐火材料鑄造而成，該結(jié)構(gòu)加工非常困難，通過鑄造制造中間擴大的空腔(16)在技術(shù)上是困難的，因為在鑄造中使用的模板難于去除
--該結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜的伸出部分(在吹氣塞下面的彈簧懸掛裝置)，因為它們遭受沖擊或其他猛烈的操作而易于斷裂，這在煉鋼廠的環(huán)境中是不方便的。
--制造彈簧懸掛裝置是昂貴的。
--吹氣塞會逐漸磨損，當(dāng)其向下磨損到擴大的空腔(16)時，發(fā)生吹氣塞的穿透，鋼水流過鋼水包的底部，帶來災(zāi)難性的結(jié)果。因此使該吹氣塞不能磨損到這種程度是很重要的。為了確定該吹氣塞已經(jīng)磨損到何種程度，需要先進的設(shè)備。
建立在具有一可移動的主體和一固定的主體的吹氣塞之上且氣體流過一環(huán)形間隙的另一專利是US-A4470582。
使這種結(jié)構(gòu)不同于上述德國專利中的結(jié)構(gòu)的主要方面是，壓力彈簧被一杠桿機構(gòu)替換了，該杠桿機構(gòu)通過一液壓缸被預(yù)加載。
該結(jié)構(gòu)的缺點如下--因為它的形狀復(fù)雜，制造代價非常昂貴；--通過一外部的閥來控制氣流，該閥通過引導(dǎo)可移動的主體上下運動而分別打開和關(guān)閉該環(huán)形間隙。缺點是需要外部的控制裝置，這會占用空間，在煉鋼廠的環(huán)境中是不便的，它易于受到外力而損壞。
--象上述的德國專利中的那樣，吹氣塞被磨損，會帶來上面指出的同樣的結(jié)果。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有可調(diào)間隙的吹氣塞，該間隙不需要復(fù)雜的機構(gòu)，并且不存在任何伸出的部件。
再一目的是提供一種可靠的吹氣塞，在穿透發(fā)生之前，其被或多或少地充分地磨損。
按照本發(fā)明，采用以介紹的方式提到的吹氣塞，可以實現(xiàn)這些目的。該吹氣塞的特征在于，該陶瓷體包括一外部的、基本上為套筒形的主體部分和一內(nèi)部的、截去頂端的錐形主體部分；在它們之間設(shè)置所述的間隙，內(nèi)部主體部分相對外部主體部分是可移動的，并通過一彈性裝置沿著朝向熔化液的方向被預(yù)拉緊，以便關(guān)閉該間隙；一供氣管與外端面之下的空間連接，以便打開該間隙。
根據(jù)從屬權(quán)利要求中指出的特征，本發(fā)明的進一步改進是顯然的。


圖1是裝有吹氣塞的鋼水包的底部的示意性正視剖面圖；圖2是按照本發(fā)明具有關(guān)閉的氣流間隙的吹氣塞的正視剖視圖；圖3示出了根據(jù)圖2的吹氣塞，它具有打開的氣流間隙；圖4、圖5、圖6示出了吹氣塞的底板的各種不同實施例；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的吹氣塞的另一替換實施例。
現(xiàn)在參考圖2和圖3，其中表示出了根據(jù)本發(fā)明的吹氣塞的結(jié)構(gòu)和功能。吹氣塞4包括一外殼7。由于吹氣塞4被用于鋼水2，外殼7最好由鋼制成，其被表示為具有截去頂端的錐形，錐形漸細端和鋼水接觸，參看圖1，但是其也可以被顛倒過來，或者是圓柱形的(未示出)。一陶瓷體8被包裝入外殼7內(nèi)，并且最好沿著其整個長度被固定在外殼7上面，最好使陶瓷體8直接鑄造在外殼內(nèi)。
陶瓷體8本身被分為外部的、同心的、基本上為套筒形的主體部分9和內(nèi)部的截去頂端的錐形主體部分11，外部的同心的、基本上為套筒形狀的主體部分9具有截去頂端的錐形的內(nèi)部空腔；所述的內(nèi)部的截去頂端的錐形主體部分11完全地填滿空腔。內(nèi)部主體部分11是能移動的，其相對于外部主體部分9在縱向上是可位移的，在內(nèi)外部之間具有一間隙12。當(dāng)制造主體部分9和11時，通過鑄造時將一預(yù)先形成截去頂端的錐形外殼部件的塑性薄片或塑性板同心地放入外殼7內(nèi)，之后當(dāng)耐火材料(陶瓷化合物)固化后再將其去除的方法，內(nèi)部主體11可以被容易地成型且很好地適應(yīng)于外部主體部分9并與其配合。另外，在鑄造時，帶螺紋的盲孔13被形成或者帶螺紋的襯套(threaded sleeve insert)被鑄造在內(nèi)部主體部分11的較大端面14內(nèi)。
最好但不是必須地，外部主體部分9的較大端面15和上述的端面14位于一個水平上。同樣的，主體9和11的較小端面16和17也相應(yīng)地位于一個水平上。
通過作用在端面14上的一彈性的或彈力的裝置，內(nèi)部主體部分11相對于固定的外部主體部分9(參看圖2)能夠被向下位移，以及能被向上預(yù)拉緊從而關(guān)閉間隙12。
在該優(yōu)選實施例中，一彈性底板18不透氣地連接到外殼7上，并與陶瓷體8的外端面在此為端面14和15隔開一段距離，可以被加壓的空間或空腔19，被限定在它們之間。該距離可以很小甚至在端面14和15限定的區(qū)域內(nèi)不存在——只要在供給加壓流體(吹進凈化氣體)時能形成空腔19即可。一個供氣管6被連接到底板18上，并被連接到使用吹進凈化氣體21對底板加壓的空腔19。內(nèi)部的主體部分11固定地連接到底板18上，例如，通過螺栓22或者其他合適的連接裝置。通過底板18的預(yù)拉緊和/或吹進凈化氣體的壓力，圖2中的內(nèi)部主體11被向上壓到與外部主體部分9的內(nèi)周邊表面緊靠，從而使間隙12被保持關(guān)閉。
當(dāng)需要吹進氣體通過鋼水包中的鋼水時，氣體被以高壓輸送到空間19。由于外部主體部分9的底面或端面15大于內(nèi)部主體部分11的底面或端面14，引起底板18向外彎曲，參看圖3，并且底板18一道拉動內(nèi)部主體部分11，因此環(huán)形間隙12被打開，氣體能夠流入鋼水。使用的壓力越大，間隙打開的越大。當(dāng)氣流停止或者氣壓降低時，底板18彈回并推回內(nèi)部主體11，從而完全關(guān)閉該間隙。這防止鋼水滲透進入間隙12。這種新型吹氣塞裝置的結(jié)構(gòu)，使得氣流幾乎不受任何限制而又沒有任何的鋼水滲進吹氣塞內(nèi)的間隙中成為可能。通過使間隙的尺寸隨施加的壓力而變化，可以實現(xiàn)這一點。
在圖2和圖3中，示出的底板18具有一致的厚度。然而，通過用具有特定彈性性能的底板18，控制氣體壓力對間隙寬度的作用是當(dāng)然可能的。為此目的，除了使用各種不同厚度的底板，通過給定底板一個不均勻的厚度也可獲得理想的彈性性能，該底板在從其周圍朝向中心的方向上厚度具有變化。在圖4中已經(jīng)示出這樣的一個例子。如圖5所示，通過提供一均勻厚度的底板，使該底板帶有垂直于底板連接在底板上的加強凸緣或加強筋23，它們最好在底板上徑向地取向，并且呈現(xiàn)一不等的高度或厚度，也可能獲得需要的彈性性能。自然地，為了獲得需要的功能即獲得不同的特定氣壓下的間隙12的寬度，上述的特征也可被合并在一起。
與上述這些方法兼容的獲得底板需要的彈性性能的另一個不同方法是，使底板18彎曲，例如向內(nèi)彎曲，如圖6中所示。為此目的，使底板形成波浪形(未示出)也是可能的。
為了限制底板的撓曲，例如在極端高的氣壓下或者當(dāng)間隙的寬度不允許超出一定的尺寸，比如0.5mm，給吹氣塞配置一撓曲限制裝置是合適的，例如圖6中虛線所示的一個或多個梁桿部件24。每個梁桿部件24固定連接在外殼7(參看圖6)上和/或固定到外部主體部分9(未示出)上。當(dāng)然，上述的裝置也可以是一個厚的、和普通的吹氣塞底板比較基本上為剛性的底板。當(dāng)需要時，可以在外殼的最外部分和撓曲限制裝置(未示出)的末端之間使用連接裝置。當(dāng)使用上述的一撓曲限制裝置時，在某些情況下，在所述的裝置24和底板18之間再設(shè)置另一彈性裝置是合適的(未示出)。
根據(jù)上述的內(nèi)容，內(nèi)部主體部分11的周邊表面和外部主體9的內(nèi)周邊表面限定間隙12的形狀。通常，間隙的橫截面形狀，即在垂直于吹氣塞的縱軸線的平面(平行于底板的平面)內(nèi)的間隙的形狀最好是一圓或一橢圓。然而，間隙的橫截面形狀總體上是可選擇的，比如一個三角形、正方形或多邊形，或者星形，這是由于兩個主體部分9和11可以被同時鑄造，在它們之間設(shè)有一由具有選定橫截面形狀的塑性薄片或塑性板形成的分隔殼體部件，而在該化合物固化后，它可以被容易地除去。
為了獲得特定的氣流性能，比如加速通過吹氣塞的氣流的變化，形成具有截去頂端的錐形空腔的內(nèi)部主體部分11也是可能的，一相應(yīng)成形的截去頂端的錐形最里邊主體部分25可位移地設(shè)置在該空腔內(nèi)，參看圖7。最里邊的主體部分25用與上述內(nèi)部主體部分11相同的方式工作，因為前者也被固定連接到底板18上，例如通過一螺栓26。因此通過上述的改進，底板的彈性性能可以被調(diào)節(jié)，參看圖4和圖5。根據(jù)上面描述的，在最里邊的主體部分25和內(nèi)部主體部分11之間的間隙27可以被設(shè)定為任意形狀，間隙27最好用與間隙12相同的方式成形，也就是利用和外殼7中的上述殼體部件同軸設(shè)置的另一殼體部件。
應(yīng)注意，每一可移動的主體部分11和25向上逐漸變細，即從外端面14、15向內(nèi)端面16、17逐漸變細，在根據(jù)本發(fā)明的吹氣塞的所示實施例中，該內(nèi)端面靠近鋼水。
使用根據(jù)本發(fā)明的吹氣塞可以獲得下述的性能--它易于制造(和現(xiàn)在市場上買到的吹氣塞一樣便宜)；--完全避免鋼水的滲入；--壓力/流速比可以適合各個不同用戶的情況；--可以獲得一不受限制的氣體流速。
本發(fā)明不限于上面描述的和附圖所示的內(nèi)容，在所附的權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)，這些可以有所改變。
權(quán)利要求
1.一種吹氣塞(4)，它適于可更換地安裝到一鋼水包(1)的底部(3)，用來吹進氣體通過鋼水包中的熔化液(2)，該吹氣塞包括一陶瓷體(8)，其具有至少一個在該陶瓷體兩端面(14，15和16，17)之間延伸的貫穿間隙(12)；一包圍該陶瓷體的外殼(7)，氣體被送到陶瓷體的外端面(14，15)，以便以預(yù)定的壓力流過所述的間隙(12)到達陶瓷體的內(nèi)端面(16，17)并進入熔化液(2)，其特征在于該陶瓷體(8)包括一外部的、基本上為套筒形的主體部分(9)和一內(nèi)部的、截去頂端的錐形主體部分(11)；在它們之間設(shè)置所述的間隙(12)，內(nèi)部主體部分(11)相對外部主體部分(9)是可移動的，并通過一彈性裝置(18)沿著朝向熔化液(2)的方向被預(yù)拉緊，以便關(guān)閉該間隙(12)；以及一供氣管(6)，其與外端面(14，15)之下的空間(19)相連接，以便打開該間隙(12)。
2.如權(quán)利要求1所述的吹氣塞(4)，其特征在于一彈性底板(18)不透氣地安裝到外殼(7)上，并與該陶瓷體(8)的外端面(14，15)隔開一段距離，該空間(19)由殼體(7)、外端面(14，15)和底板(18)限定，并且該內(nèi)部主體部分(11)連接到該底板(18)上。
3.如權(quán)利要求2所述的吹氣塞(4)，其特征在于該底板(18)的厚度在從其外周朝向中心的方向上是變化的。
4.如權(quán)利要求2或3所述的吹氣塞(4)，其特征在于該底板(18)設(shè)置有徑向定向的加強凸緣。
5.如權(quán)利要求2-4中任一所述的吹氣塞(4)，其特征在于該底板(18)是彎曲的。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的吹氣塞(4)，其特征在于該間隙(12)的橫截面形狀是一圓或橢圓。
7.如權(quán)利要求1-5中任一所述的吹氣塞(4)，其特征在于該間隙(12)的橫截面形狀是三角形、正方形或多邊形。
8.如權(quán)利要求2-7中任一所述的吹氣塞(4)，其特征在于一限制底板(18)撓曲的裝置(24)設(shè)置在所述空間(19)的外面，并與底板(18)隔開一段距離，并被連接到外部主體部分(9)和/或外殼(7)上。
9.如權(quán)利要求8所述的吹氣塞(4)，其特征在于該限制裝置(24)是一梁桿部件，其末端固定連接到外殼(7)上。
10.如權(quán)利要求8或9所述的吹氣塞(4)，其特征在于一另外的彈性裝置設(shè)置在該底板(18)和所述的限制裝置(24)之間。
全文摘要
一種吹氣塞(4),它適于可更換的安裝到一鋼水包(1)的底部(3)上,用來吹進氣體通過鋼水包中的熔化液(2)。該吹氣塞包括:一陶瓷體(8),其具有至少一個在該陶瓷體兩端面(14,15和16,17)之間延伸的貫穿間隙(12);一包圍該陶瓷體的外殼(7)。氣體被送到陶瓷體的外端面(14,15),以便以預(yù)定的壓力流過所述的間隙(12)到達陶瓷體的內(nèi)端面(16,17)并進入熔化液(2)。該陶瓷體(8)包括:一外部的、基本上為套筒形的主體部分(9)和一內(nèi)部的、截去頂端的錐形主體部分(11);在它們之間設(shè)置所述的間隙(12)。內(nèi)部主體部分(11)相對于外部主體部分(9)是可移動的,并通過一彈性裝置(18)沿著朝向熔化液(2)的方向被預(yù)拉緊,以便關(guān)閉該間隙;一供氣管(6),與外端面(14,15)之下的空間(19)相連接,以便打開該間隙(12)。
文檔編號C22B9/05GK1365307SQ0081099
公開日2002年8月21日 申請日期2000年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月3日
發(fā)明者揚·薩赫林, 尼克拉斯·斯萬貝里 申請人:薩赫林古特技術(shù)股份公司