专利名称：金属熔体中引入气体的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过设在容器耐火炉衬中的通道向在冶金容器中的金属熔体引入气体的方法以及为此所需的设备。
已知各种炼钢厂中的吹气系统，用来将气体引入冶金熔池中，这些气体主要用来使熔融金属均匀化和净化。通常这种气体采用氩或氮。另一个使用领域是在金属处理容器中用氧的底吹方法，例如炼钢炉、脱硫桶等。在这种情况下，通过容器底部和容器壁的炉衬将气体吹入金属熔池。
气体通常经透气砖引入，对于透气砖人们将其区分为可渗透和气密(不可渗透)的透气砖。在可渗透的透气砖的情况下，气体直接通过内部的砖缝流动，它有一个毛细管系统，数量级为10至20Nperm。这种毛细管尺寸足以能使气体供入熔池，而液态的熔融金属本身却不能侵入毛细管内。不可渗透的透气砖中或设有定向的透气通道，或设有透气小管或缝。
由文献DE4101833C2已知一种用于向任意的冶金容器引入气体的设备，尤其是在真空设备的进风弯管中引入提升用气体，其中，提升气体喷嘴由一个或多个缝组成，缝的宽度为0.2至0.8毫米。提升气体喷嘴的后端直接与一根气体导管连接。
由文献EP0146079A2已知一种用耐火材料制作的可透气构件，用以穿过金属加工容器的炉衬向此容器中吹入气体，在这种情况下用薄板围成一个面对此耐火材料的气体分配腔，薄板上密封地固定有一些通道。这些通道设计成喷管，它们通过挤压形成窄的间隙，间隙的内部宽度约为0.3至1毫米。
在这些已知的设备中，气体通过可渗透透气砖的毛细管，系统，或通过气密透气砖的透气通道或缝引入。在这些已知的引气设备中，流过的气体量受限制。此外，气体作为一种自发的并因而不可控制的连续流动。在这种情况下，吹气过程的条件选为，使这些条件对金属熔体的流体动力学只有微小的影响。在大多数和情况下气体流出的方式与吹气方法有关。流出的气体射流对熔融金属的动力学方面的影响，只是在透气砖的附近。
透气砖的毛细管系统或通道系统有巨大的流动阻力。当从已知的透气砖流出气体时，尤其在大气体流量，由于混入许多小气泡，因而可能形成大体积的气泡。
除此之外，现有的可渗透透气砖的设计，在搀入金属熔体时强度很低，以及流动能量的利用率也很低。
采用缝式通道，在气体经通道流过期间产生纵向涡流丛，其结果是使气体射流受阻，以及在搀入金属熔体时没有足够的强度。甚至采用并列的多个通道时也是同样的结果，此时，射流分离成一系列弱小的不稳定射流，这仍然减弱了与金属熔体的充分混合。
本发明的目的是要提出一种能避免上述缺点的方法和制成一种实施此方法的设备，此时，可在只有低微的能量损失的同时，气体射流更深地侵入液态熔池并更好地与融熔金属搀混，以及，缩短了熔融金属均匀化和净化的时间。
按本发明上述目的可通过方法权利要求1和设备权利要求5特征部分所述之特征来实现。
按所建议的方法，在气体进入金属熔体前被引入一个气体分配器，其中设有一些激发气体振荡的音频振荡器。根据在气体导管中吹送气体的特性数据和音频振荡器的设计，气体振荡特性及其频率可以在一定范围内改变。在用音频振荡器对气体激振时将产生冲击波，它们通过气体分配器传播并进入通道。
气体射流的振荡、流动的相互作用以及在音频发生器内冲击波的形成，可根据吹气过程的特性数据以及气体要流入的周围环境，控制在一个可预先规定的频率和振幅内。
被激振的气体经联合成一束的通道供入熔池。由通道束流出的细小射流在喷口后互相拉吸，并因而使流出的整个气体射流稳定化。这种稳定的气体系统在金属熔体内引起高强度的涡流系统，并且对于在冶金容器中融熔金属的混合过程带来高度有利的影响。其中，这种涡流系统对金属熔体的影响不仅只有动能，而且引起振荡。在气体流与金属熔体之间的相互作用具有一种辐射的特性。它在冶金容器中产生一种具有纵向波和横向波的涡流系统。
透气砖的通道具有三角形横截面，气体射流通过这种三角形横截面时，由于纵向涡流系统的破坏可无谐振地(因为不会出现通过通道壁上的反射造成的气体射流振荡的谐振)，因而即可不受阻碍地进入熔池。
从三角形通道口流出的带有超声波振荡的射流具有强的抽吸能力。熔融金属被吸入射流之间，并在超声波场内聚集的横向涡旋系统中被粉碎或打碎。此外，由于被溶解气体的分压降低，在熔池中形成了两相流。在此两相流中的射流芯扩展，从而使射流可有更大的影响半径。通常、因小的或大的气泡带来的消极影响以及由此而产生的气泡振荡均得以消除。在一种最佳设计中，给出了一种设备的结构，它能保持上述方法的全部优点，防止金属熔体经气体分配器从冶金容器流出。为此设置一些金属构件，在吹气压力降低时它们强烈冷却渗入的金属熔体，使它们凝固。
附图中表示了本发明的举例。其中
图1冶金容器的剖面图；图2气体分配器和透气砖的剖面图；图3通道俯视图。
图1表示了一个冶金容器10，它有一个金属的外壳11和耐火的炉衬12。在容器10的底13中设有作为透气砖的耐火构件40。在底13下面设置了一个气体分配器20，它通过供气管31与一个图中设有进一步表示的供气站30连接。
容器10中有熔融金属S。用箭头表示熔融金属绕中心轴线I的流动方向。
图2表示了耐火构件40的气体分配器20的详细情况，气体分配器20通过供气管31与供气站30相连。
气体分配器20有一个前室21和一个主室22。在前室21的出口26区设有一个与主轴线I同轴的环槽23。垂直于此环槽23设有一个盘形槽24。这两个槽设计作为声频振荡器(schallgenerator)，并使气体在超声波的范围内振荡。
在前室21和主室22之间的气体分配器20内壁上有一个支承环25。此支承环25设计成，既使设计作为声频振荡器的环槽也使设计作为声频振荡器的盘形槽，都能对气体产生广泛的影响。
图2的左半部表示在主室22中设有一块板52，板52通过支承件53支承。板52为圆形并由金属制成，它凝固有可能逆气体流动方向进入的熔融金属，并阻止容器或气体分配器流出。气体分配器20的外壳固定在冶金容器10的外壳11上。
在图2左侧所示的实施形式中，在耐火炉衬12中的构件40装在外壳14内。在用陶瓷材料制成的支座44内制有通道41、42、43。在图的左侧，通道41的一部分设计为一根金属管51的形式，管长L1约为支座44长度L2的一半。
在主室22的出口27与支座44之间置入一个密封装置47。
图3表示通道41至43的俯视图。这些通道具有其形状为等腰三角形的横截面。
在图3的上部，各通道41、42、43互相平行排列。其中，字母a表示通道宽度，字母b表示在通道互相平行排列时两个通道轴线之间的距离，以及字母e表示一个三角形通道的长度。
在图3的下部，单个通道彼此倾斜，而且倾斜角为α或β。
权利要求
1.通过设在容器耐火炉衬中的通道向在冶金容器中的金属熔体引入气体的方法，其特征为此方法包括下列步骤a)当气体进入一个气体分配器前室后绕一个第一声频振荡器环流；b)之后，振荡的气体射流至少导入一个第二声频振荡器，并被激劢作周期性脉冲式振荡；c)接着，被多次激振的气体射流被引入一个气体分配器主室；以及d)经过通道通入容器内的金属熔体中。
2.按照权利要求1所述之方法，其特征为被激振的气体射流经由一组至少三个通道，以一种射流束的形式通入金属熔体。
3.按照权利要求2所述的之方法，其特征为气体射流无谐振地流过通道。
4.按照权利要求1所述之方法，其特征为气体的脉冲频率在压力为2至10巴时调整为20至500赫兹。
5.实施按权利要求1所述之方法将气体引入在冶金容器内的金属熔体的设备，它有一根与供气站连接的供气管，供气管通入一个气体分配器，在分配器上连接了一个具有缝形通道并装在容器的耐火材料中的构件，其特征为气体分配器(20)在气体进口侧有一个前室(21)；在前室(21)的出口(26)区内制有一个与中心轴线(I)同轴、设计作为第一声频振荡器的环槽(23)；设有一个沿径向向外延地连接在环槽(23)出口处的设计作为第二声频振荡器的盘形槽(24)；沿气体流动方法看在盘形槽(24)的后面，有一个支承环(25)插入气体分配器内腔中，它将前室(21)与主室(22)分开；以及在主室(22)的出口(27)至少设有三个轴线互相平行排列的、通向容器底(13)内侧的缝形通道(41、42、43)。
6.按照权利要求5所述之设备，其特征为缝形通道(41、42、43)具有一个设计为等腰三角形的横截面。
7.按照权利要求6所述之设备，其特征为在通道平行排列时，通道轴线之间的距离b与通道度a之比为b/a＝1.06-2.08当通道喷嘴长度为e时，它与宽度a之比为L/a＝13.1-14.6
8.按照权利要求7所述之设备，其特征为三角形通道互相倾斜成一个角，其中，倾斜角α和β可调整在0至90°范围内。
9.按照权利要求5所述之设备，其特征为缝形通道(41、42、43)面朝主室(22)的部分由金属管(51)构成。
10.按照权利要求9所述之设备，其特征为主室(22)中的一个垂直于中心轴线(I)的平面内设有一块金属板(52)。
11.按照权利要求10所述之设备，其特征为金属板(52)设计为圆形，并通过构件(53)支承在前室(21)的壁上。
全文摘要
本发明涉及一种通过设在容器耐火炉衬中的通道将气体引入在冶金容器内的金属熔体中的方法和设备。为了能使气体射流更深地进入并更好地与金属熔体搀合，建议造成一种振荡的气体射流并将其引入金属熔体。为此，在设备中设多个声频振荡器，通过声频振荡器使气体振荡。
文档编号C21C5/46GK1135240SQ94194160
公开日1996年11月6日 申请日期1994年9月28日 优先权日1993年10月15日
发明者阿纳托利·西佐夫, 霍斯特-迪特尔·肖勒, 乌尔里克·迈耶 申请人:曼内斯曼股份公司