專利名稱：注射裝置以及用于注射流體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于將流體引入冶金容器內(nèi)的注射裝置以及一種用于注射流體的方法。特別是，本發(fā)明涉及這樣一種裝置，它能夠可拆卸地插入冶金容器的襯里內(nèi)。
流體(特別是氣體)通常被注入容器(例如澆包、熔池或澆口盤)中的熔融金屬內(nèi)，以便用于各種目的。例如，氣體可以被引入容器的底部，以便清除固化產(chǎn)品的相對較冷的底部區(qū)域，例如將它們從底部澆注出口附近除去(當(dāng)容器有這種出口時)。例如在煉鋼時，在澆口盤中使用緩慢注入的細(xì)氣泡簾將有助于除去雜質(zhì)；被細(xì)氣泡所吸引并通過熔化物上升至表面的雜質(zhì)在該表面處通常由澆口盤覆蓋粉或熔劑所捕獲。還可以引入流體以便進(jìn)行沖洗或使得熔化物熱均勻或組分均勻，或者有助于使合金添加劑分散在整個熔化物中。
通常使用惰性流體，但是當(dāng)需要改變?nèi)刍锏慕M分或成分時，也可以使用反應(yīng)流體，例如還原或氧化氣體。例如，通常將氣體(例如氮氣、氯氣、氟利昂、六氟化硫、氬氣等)注入熔融金屬(例如熔融的鋁或鋁合金)中，以便除去不希望有的組分(例如氫氣、非金屬雜質(zhì)和堿金屬)。添加到熔融金屬中的反應(yīng)氣體與該不希望有的組分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以便將它們轉(zhuǎn)變成沉淀物、浮渣或不可溶氣體化合物的形式，從而能夠很容易地與其余的熔化物分離。這些流體(或者其它流體)也可以用于例如鋼、銅、鐵、鎂或者它們的合金。
因為不同的工作要求，因此采用兩種不同類型的注射裝置多孔吹洗塞，其中，流體流過不規(guī)則分布的、不同尺寸的孔；以及塞子，其中，可以控制流體流動方向和開口尺寸，流體通過該開口而被輸送。這些開口可以為保持分離或者互聯(lián)的圓形管道或孔，或者為狹槽，當(dāng)通過將兩個錐形短柱裝配在一起而組裝多個部分時，這些狹槽可布置成直線或圓。
為了進(jìn)行最佳的清潔，優(yōu)選是將流體以大量極細(xì)氣泡的形式從容器的底部引入熔融金屬中，以便將非金屬雜質(zhì)或氣體快速送入爐渣內(nèi)。當(dāng)氣泡的尺寸減小時，每單位容積的氣泡數(shù)目增加。氣泡數(shù)目以及每單位容積氣泡表面面積的增加將增加所注射的氣體有效用于進(jìn)行預(yù)定清潔或沖洗操作的可能性。因此，用于實現(xiàn)這種清潔或沖洗操作的最佳注射裝置是多孔塞。
當(dāng)需要均質(zhì)時(即當(dāng)必須分配添加劑并使它溶解時)，或者當(dāng)必須使溫度平衡時，吹洗塞用于通過將大量氣體吹入金屬池中而有助于混合。對于這些用途，已經(jīng)證明具有定向孔隙的吹洗塞是最有效的選擇方案。
通常，對注射裝置類型的選擇將取決于特定用途的主要要求。
作為本申請的起點，本發(fā)明人考慮提高“具有定向孔隙的吹洗塞”類型的注射裝置的可靠性。實際上，通常認(rèn)為需要使恒定流量的流體流過定向孔隙，以便防止由于熔融金屬的進(jìn)入而阻塞。因此，在各注射操作結(jié)束時需要關(guān)閉流體供給源，這將導(dǎo)致阻塞，并將導(dǎo)致很難重新使用該注射裝置(即使能夠重新使用)，尤其是當(dāng)可用流體壓力并不足以重新打開流體通道時更是如此。通常認(rèn)為，低于10巴將有使得“具有定向孔隙的吹洗塞”類型的注射裝置不能打開的危險。為了避免該問題，例如日本專利申請(Kokai)60-46312教導(dǎo)了只使用較大孔隙來幫助混合。
歐洲專利424502已經(jīng)解決了該問題，并提出一種氣體注射器，該氣體注射器具有在由不透氣的耐火材料構(gòu)成的桿中的、形成為毛細(xì)孔或狹槽的氣體通道。該毛細(xì)孔或狹槽的尺寸非常小，以致于在使用時熔融金屬基本不能侵入該通道。
盡管該注射裝置已經(jīng)在將流體注入冶金容器的可靠性方面前進(jìn)了一大步，但是還希望發(fā)現(xiàn)可選的注射裝置。理想的是，該注射裝置應(yīng)當(dāng)至少等效于在歐洲專利424402中所述的氣體注射器的可靠性，并能夠通過普通技術(shù)以普通材料而經(jīng)濟和簡單地制造。即使在最大可用流體壓力相對較低時(例如低于10巴)也應(yīng)當(dāng)可以打開該注射裝置。
德國專利申請DE-A1-1101825公開了一種用于將流體引入冶金容器中的注射裝置，該冶金容器具有耐火襯里，該裝置能夠可拆卸地插入襯里內(nèi)；包括耐火的第一本體和耐火的第二本體，它們配合地裝配，該第一和第二本體分別有用于與熔融金屬接觸的表面；以及具有流體通道，該流體通道從流體供給裝置延伸至用于接觸熔融金屬的表面，并包括在第一本體和第二本體中的流體通道，第二本體的流體通道的相對流阻高于第一本體的流體通道的流阻。
根據(jù)本發(fā)明，在第一本體中的流體通道獨立于第二本體中的流體通道。實際上觀察到當(dāng)?shù)谝槐倔w的定向孔隙與第二本體的流體通道互鎖時(如DE-A1-1101825中所述-例如當(dāng)?shù)谝槐倔w的狹槽直接緊鄰第二本體時)，這將導(dǎo)致上述本體分離。特別是，當(dāng)一個本體插入另一本體時，將導(dǎo)致從被環(huán)繞的本體中吹出(blow out)。
根據(jù)本發(fā)明，在流體供給源關(guān)閉之后，第一本體的流體通道(因此該流體通道通常有更寬的開口)更容易阻塞。當(dāng)流體壓力施加給注射裝置時，如果注射裝置已經(jīng)使用過且一些金屬保留在它的表面上并因此阻塞第一本體的流動通道，則流體首先通過第二本體被引入熔融金屬中。當(dāng)壓力逐漸增加時，通過第二本體的流量增大，直到流體卷流(plume)通過反沖流體流現(xiàn)象而開始作用在第一本體的熔融金屬接觸表面上，該反沖流體流使得熔融金屬攪動。
最終，第一本體的熔融金屬接觸表面的該沖擊將導(dǎo)致形成間隙，并打開第一本體流體通道。第二本體的流體通道的相對流阻高于第一本體的流體通道的流阻，流體將試圖沿最小阻力的通路流動，因此將流過第一本體的流體通道，同時第二本體將基本不允許流體通過。這將使更高的流量流入熔融金屬中，同時有著具有定向孔隙的吹洗塞的所有上述優(yōu)點。
優(yōu)選是，用于第一和第二本體的流體通道的流體供給裝置為公用的。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，第一和第二本體的流體通道區(qū)別地形成，這樣，可以合適地控制這些流體通道的相對流阻。優(yōu)選是，第二本體由流體可透過的耐火材料構(gòu)成，即由在使用狀態(tài)下能透過所述流體的材料構(gòu)成。優(yōu)選是，第二本體由壓制耐火材料制成，確定該耐火材料的顆粒度以便能獲得合適的孔隙度。
實際上，本發(fā)明人觀察到，與第一本體的流體通道相比，由要注射的流體可透過的耐火材料制成的第二本體不易于由熔融金屬透過，因此，在流體開始流動時，由第二本體的多孔結(jié)構(gòu)構(gòu)成的流體通道比第一本體中的流體通道更容易清空和打開。換句話說，只需要較低壓力來清空和打開第二本體中的流體通道。
通過該優(yōu)選實施例意外觀察到的另一優(yōu)點是當(dāng)金屬透入第一本體的流體通道中的情況太嚴(yán)重以致于這些流體通道不能在從流體可透過的第二本體中流出的反沖流體流的作用下直接打開時，那么在一定時間內(nèi)，所有流體都通過第二本體來注射。這導(dǎo)致第二本體的表面產(chǎn)生一定程度的磨損。當(dāng)?shù)诙倔w向后磨損至低于第一本體的表面高度時，將導(dǎo)致第一本體的、高于第二本體的剩余表面的表面層變得更弱且更容易脫離。隨后，第一本體的阻塞表面脫離，第一本體的流體通道清空，且這時很容易打開。可以認(rèn)為，這是由于流體可透過的耐火材料更易于磨損而產(chǎn)生的結(jié)果。
可以考慮在注射裝置中的第一和第二本體的各種結(jié)構(gòu)。例如，第二本體可以形成為環(huán)繞第一本體的環(huán)形多孔環(huán)，該第一本體包括形成于流體不可透過的材料中的狹槽。不過，當(dāng)?shù)诙倔w配合插入第一本體中，優(yōu)選是插入第一本體的中間，從而使得注射裝置的熔融金屬接觸表面的磨損形式在該表面上更均勻時，上述優(yōu)點將特別明顯。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，在第一本體中的流體通道與第二本體的中心點沿徑向?qū)R，這樣，第一本體的全部流體通道都將同樣受到由從第二本體流出的流體引起的表面磨損的影響。不過，由于結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟原因，優(yōu)選是使得第二本體的尺寸最大。因此，本發(fā)明也涉及一種注射裝置，其中，在第一本體中的流體通道布置得基本平行于在第一和第二本體之間的交界面，這樣，第二本體可以占據(jù)更大空間。該第二本體可以有圓形或多邊形截面。
在本發(fā)明的優(yōu)選變化形式中，制造第一本體的耐火材料的流體可透過性低于第二本體的材料，例如為可澆鑄材料，且延伸而穿過其中的流體通道由狹槽或孔構(gòu)成，優(yōu)選具有可控制的方向和開口尺寸。
在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明涉及一種用于將流體可靠地注入冶金容器內(nèi)的方法，包括以下步驟a)將待引入冶金容器內(nèi)的流體供給注射裝置中；b)通過注射裝置的起動部分來注射所述流體，該起動部分的流體流阻高于注射裝置的其余部分(起動部分能夠比注射裝置的其余部分更容易打開)；c)利用從所述起動部分流出的流體流來清空和打開在注射裝置的注射部分中的流體通道，該流體通道的流體流阻小于起動部分；d)通過注射部分而將流體注入冶金容器中，同時起動部分基本不允許流體通過。
下面將參考附圖更好地介紹本發(fā)明，附圖只是用于表示本發(fā)明，而不是限定本發(fā)明的范圍。


圖1示意表示了本發(fā)明的注射裝置，圖2是圖1所示的注射裝置的俯視圖。圖3是注射裝置的變化形式的俯視圖。
在附圖中，注射裝置(1)插入冶金容器(未示出)的襯里中，同時它的熔融金屬接觸表面(4、5)至少與襯里表面平齊。該注射裝置包括至少第一和第二本體(2、3)，該第一和第二本體(2、3)配合裝配。通常，注射裝置包入金屬罐(9)內(nèi)。第一本體(2)包括由狹槽構(gòu)成的流體通道(6)，該流體通道(6)從流體供給裝置(8)延伸至第一本體的熔融金屬接觸表面(4)。第二本體(3)包括由材料的孔隙構(gòu)成的流體通道(7)，該流體通道(7)從它的熔融金屬接觸表面(5)延伸至流體供給裝置(8)。在圖2的實施例中，流體通道6從第二本體的中心點沿徑向延伸。在圖3的實施例中，流體通道6布置成基本與第一和第二本體(2、3)之間的交界面平行。在圖1至3所示的實施例中，流體供給裝置(8)由壓力通風(fēng)腔室構(gòu)成，該壓力通風(fēng)腔室與流體供給管(未示出)連接。
研究發(fā)現(xiàn)，6至9巴的流體壓力足以打開本發(fā)明的注射裝置的流體通道。
權(quán)利要求
1.一種用于將流體引入冶金容器中的注射裝置(1)，該冶金容器具有耐火襯里，該裝置能夠可拆卸地插入襯里內(nèi)；包括耐火的第一本體(2)和耐火的第二本體(3)，它們配合地裝配，制造該第一本體(2)的耐火材料的流體可透過性小于第二本體(3)的材料；該第一和第二本體分別有用于與熔融金屬接觸的表面(4、5)；以及分別有從流體供給裝置(8)延伸至用于接觸熔融金屬的表面(4、5)的流體通道(6、7)；第二本體(3)中的流體通道(7)的相對流阻高于第一本體(2)中的流體通道(6)的流阻，在第一本體(2)中的流體通道(6)由狹槽或孔構(gòu)成，其特征在于第一本體(2)中的流體通道(6)獨立于第二本體(3)中的流體通道(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注射裝置，其特征在于第二本體(3)配合插入第一本體(2)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的注射裝置，其特征在于第二本體(3)插入第一本體(2)的中部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的注射裝置，其特征在于在第一本體中的流體通道(6)基本平行于第一和第二本體(2、3)之間的交界面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的注射裝置，其特征在于在第一本體中的流體通道(6)從第二本體(3)的中心點沿徑向?qū)R。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注射裝置，其特征在于第二本體由所述流體可透過的耐火材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的注射裝置，其特征在于第二本體由壓制耐火材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注射裝置，其特征在于所述狹槽或孔具有可控制的方向和開口尺寸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注射裝置，其特征在于第一本體由可澆鑄材料制成。
10.一種用于將流體注入冶金容器內(nèi)的方法，包括以下步驟a)將待引入冶金容器內(nèi)的流體供給注射裝置(1)中；b)通過注射裝置(1)的起動部分(3)來注射所述流體，該起動部分的流體流阻高于注射裝置的其余部分的流阻；c)利用從所述起動部分(3)流出的流體流來清空和打開在注射裝置的注射部分(2)中的流體通道(6)，該流體通道的流體流阻小于起動部分；d)通過注射部分(2)而將流體注入冶金容器中，同時起動部分(3)基本不允許流體通過。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將流體可靠地引入冶金容器中的注射裝置，該冶金容器具有耐火襯里，該裝置能夠可拆卸地插入襯里內(nèi)，包括耐火的第一本體(2)和耐火的第二本體(3)，它們配合地裝配，制造該第一本體(2)的耐火材料的流體可透過性小于第二本體(3)的材料；該第一和第二本體分別有用于與熔融金屬接觸的表面(4、5)，且分別有從流體供給裝置(8)延伸至用于接觸熔融金屬的表面(4、5)的流體通道(6、7)；第二本體(3)中的流體通道(7)的相對流阻高于第一本體(2)中的流體通道(6)的流阻，在第一本體(2)中的流體通道(6)由狹槽或孔構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，第一本體(2)中的流體通道(6)獨立于第二本體(3)中的流體通道(7)。即使當(dāng)注射裝置已經(jīng)使用過，這樣的注射裝置也能夠?qū)⒘黧w可靠地引入冶金容器中。
文檔編號B22D1/00GK1658987SQ03813215
公開日2005年8月24日 申請日期2003年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月7日
發(fā)明者克雷格·威洛比, 卡萬·米爾沃德 申請人:維蘇維尤斯·克魯斯布公司