一种用于钢水出钢过程中的保护管的制作方法

本实用新型涉及钢铁冶金炼钢技术领域，更具体地说，涉及一种用于钢水出钢过程中的保护管。

背景技术：

炼钢原理就是在高温条件下，用氧气或铁的氧化物把生铁中所含的过量的碳和其它杂质转为气体或炉渣而除去。钢水经冶炼出钢后炉外精炼及连铸工艺对钢中氧、氮、氢及温度的控制非常严格。但是，在出钢过程中对钢水的保护几乎无能为力，出钢过程中钢水直接和空气接触，从而导致大量的氮氢等有害气体进入钢水，恶化了钢的性能，为后续炉外精炼和连铸带来压力，并大大增加了生产成本，降低了产品质量。

氮是一般钢种中的有害元素，在出钢过程，裸露的钢流与空气直接接触，从而增加了钢水中的氮含量，一般增加10-20ppm。因空气中含有一定的湿度，也会造成钢水增氢，氢在钢中容易产生白点，使钢产生氢致裂纹；降低了产品质量。急需开发一种专门应用于出钢过程中的保护管，从而对钢水出钢过程中进行保护，避免钢水在出钢的过程中吸收空气中的有害杂质。

对温度的影响非常大，这一过程大概持续4-6分钟，出钢过程中，钢流因热辐射、对流散热、脱氧合金化、钢包内衬吸热等引起钢水温度降低。为此，生产上采用合金加热、钢包烘烤及优化调度等，降低出钢过程中的温降。但是，对钢流与空气间产生的辐射散热和对流散热未采取任何措施，造成钢水散热严重，从而引起钢水温降难以有效控制。

经检索发现，在连铸过程中，已采用保护管对钢水进行保护，如：发明创造的名称为：复合式钢水保护套管(专利号：ZL99229239.5，申请日：1999-08-20)、发明创造的名称为：一种用于钢水浇注时的防增氮保护管(专利申请号：ZL201520734792.5，申请日：2015-09-22)。但是这种保护管却难以在出钢过程中对钢水进行保护。

此外，发明创造的名称为：一种防止转炉出钢过程中钢水增氮的方法(专利申请号： 201010588760.0，申请日：2010-12-15)，采取在转炉出钢前和出钢过程中，控制吹氩时间和氩气流量，分两段或连续不间断地向钢包内吹入氩气，直至出钢结束。从而使钢包内的空气被吹入的氩气排出，防止出钢至钢包内的钢水与空气接触，使钢包内的钢水始终处于氩气保护状态，既防止钢水与空气接触造成的增氮，同时使钢水中极易吸附在气泡表面的[N]能够随着氩气泡的上浮排出而被去除。该方法虽然可以在一定程度上防止钢水增氮，但是却难以实现出钢过程中对钢水进行保护。

技术实现要素：

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服现有技术中钢水出钢过程中难以对钢流进行保护，提供一种用于钢水出钢过程中的保护管，可以在出钢过程中对钢水进行保护，减小钢水对氮氢等有害气体的吸附量；进一步地，同时可以减少了钢水热损失。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种用于钢水出钢过程中的保护管，包括保护套管，该保护套管的内径大于出钢口的直径，使钢流流经保护套管时与保护套管的内壁之间具有间隙；连接部件，该连接部件用于与出钢口连接；所述的保护套管的套管入口端与连接部件相连，并构成贯通的保护管，钢流由出钢口经连接部件流至保护套管。

优选地，保护套管为锥形管，且保护套管的套管入口端的内径小于套管出口端的内径，且套管入口端的内径大于出钢口的直径。

优选地，连接部件内开设有容纳腔，容纳腔用于套装在出钢口的外部。

优选地，所述的容纳腔为圆柱形空腔，圆柱形空腔的内径大于套管入口端的内径。

优选地，所述的保护套管的管壁由外到内依次设置外壳、隔热层和耐火材料层。

优选地，连接部件通过底部的连接底板与套管入口端相连，该连接底板上设置有容纳凹槽。

优选地，还包括定位部件，所述的定位部件用于与出钢口相连；所述的连接部件与定位部件可拆卸连接。

优选地，定位部件包括定位圆筒和装配凸块，定位圆筒用于套装在出钢口的外部；所述的装配凸块设置于定位圆筒的底部。

优选地，连接部件的顶部设置有装配构件，所述的装配构件的构件内弧面与定位圆筒相配合；所述的装配构件设置有与装配凸块相配合的装配槽；旋转装配构件使装配槽与定位部件的装配凸块适配，将连接部件安装于定位部件上。

优选地，所述的连接部件的装配构件的下部设置有限位板，该限位板用于控制装配凸块的下移限度。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本实用新型的一种用于钢水出钢过程中的保护管，保护套管的内径大于出钢口的直径，使钢流流经保护套管时与保护套管的内壁之间具有间隙，保护套管的套管入口端与连接部件相连，钢流由出钢口经连接部件流至保护套管，可以对钢水出钢的过程中进行保护，减小空气中钢水对氮氢等有害气体的吸附量；

(2)本实用新型的一种用于钢水出钢过程中的保护管，保护套管的内径大于出钢口的直径，使钢流流经保护套管时与保护套管的内壁之间有间隙，在出钢的过程中，钢水与保护套管内壁的空隙形成良好的保温空隙层，对钢水具有良好的保温效果，减小了钢水的热损失，而且避免了钢水对保护套管内壁的直接冲刷，从而大大提高了使用寿命；

(3)本实用新型的一种用于钢水出钢过程中的保护管，保护套管的管壁由外到内依次设置外壳、隔热层和耐火材料层，隔热层的隔热材料可以有效地限制保护套管内钢水的热量向保护套管外部散热，减少了出钢过程中的温度损失，进而可以降低出钢温度，节约炼钢能耗；

(4)本实用新型的一种用于钢水出钢过程中的保护管，外壳和隔热层之间设置有空隙层，空隙层改变了保护套管的传热条件，限制了保护套管内钢水向外部传热，减少了钢水出钢过程中的热量损失；

(5)本实用新型的一种用于钢水出钢过程中的保护管，连接底板上设置有容纳凹槽，该容纳凹槽设置于连接底板的圆周边缘位置，出钢口填料在由出钢口管道中喷溅而出时，出钢口填料将喷射在连接底板的容纳凹槽中，减少了出钢口填料落入钢包罐中的质量，可以避免出钢口填料对钢水质量的影响，提高了钢液的冶炼质量；

(6)本实用新型的一种用于钢水出钢过程中的保护管，定位部件用于与出钢口相连，连接部件与定位部件可拆卸连接，在保护套管损坏的情况下，可及时更换新的保护管；

(7)本实用新型的一种用于钢水出钢过程中的保护管，连接部件的顶部设置有装配构件，装配构件设置有与装配凸块相配合的装配槽，旋转装配构件使装配槽与定位部件的装配凸块适配，可将连接部件套装在定位圆筒的外部，再旋转连接部件，使连接部件的装配槽与装配凸块交错分布，即将装配构件卡接在定位部件的装配凸块上，从而将连接部件安装于定位部件上，便于更换和安装；

(8)本实用新型的一种用于钢水出钢过程中的保护管，连接部件的装配构件的下部设置有限位板，限位板用于控制装配凸块的下移限度，限制了气体在钢流表面发生对流，抑制了气体在保护套管中剧烈流动，进而限制了空气中的有害气体向钢水中扩散，有效减少了钢水热损失，减小了出钢过程中产生的钢水温降。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的保护套管的结构示意图；

图3为本实用新型的容纳凹槽的结构示意图；

图4为本实用新型的定位部件和连接部件的装配结构示意图；

图5为本实用新型的连接部件装配凸块的结构示意图；

图6为本实用新型的定位部件的结构示意图；

图7为本实用新型的连接部件的剖面结构示意图。

示意图中的标号说明：

100、保护套管；101、耐火材料层；102、隔热层；103、空隙层；104、外壳；110、套管入口端；120、套管出口端；

200、连接部件；210、容纳腔；220、连接底板；221、容纳凹槽；222、凹槽倾斜面；230、装配构件；231、装配槽；232、构件内弧面；240、限位板；

300、定位部件；310、定位圆筒；320、装配凸块；321、凸块外弧面。

具体实施方式

下文对本实用新型的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本实用新型可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本实用新型，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下对本实用新型作各种改变。下文对本实用新型的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本实用新型的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本实用新型的特点和特征的描述，以提出执行本实用新型的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本实用新型。因此，本实用新型的范围仅由所附权利要求来限定。

下文对本实用新型的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本实用新型的元件和特征由附图标记标识。

实施例1

结合图1所示，本实用新型的一种用于钢水出钢过程中的保护管，包括保护套管100和连接部件200，所述的保护套管100的内径大于出钢口的直径，使钢流流经保护套管100时与保护套管100的内壁之间有间隙；连接部件200用于与出钢口连接，且连接部件200内开设有容纳腔210，该容纳腔210用于套装在出钢口的外部。而且，所述的容纳腔210为圆柱形空腔，圆柱形空腔的内径大于套管入口端110的内径。

本实施例的保护套管100的套管入口端110与连接部件200相连，并构成贯通的保护管，将连接部件200套装在出钢口外部时，保护套管100与出钢口保持同轴，即保护套管100的轴心与出钢口的轴心在同一条直线上。打开出钢口后，钢水在重力作用下，钢流由出钢口经连接部件200流至保护套管100，保护套管100的内径大于出钢口的直径使钢流流经保护套管100时与保护套管100的内壁之间有间隙，使得钢水不与保护套管100的内壁接触，或者钢水不完全与保护套管100的内壁接触，从而减小了钢水对保护套管100内壁的冲刷，提高了使用寿命。

在现有技术惯性思维的引导下，现有技术人员往往定向思维的认为，在出钢的过程中不需要进行保护，即使关注了对出钢过程中的保护，也难以想象到采用保护管对出钢过程中的钢水进行保护，因此本实用新型提出的出钢过程中的保护管打破了现有技术的技术偏见，具有显著的进步。退一步说，即使有技术人员关注了对出钢过程中的钢水保护，那么为了提高出钢过程中的保护效果，防止钢水与空气接触，现有的技术人员往往是将保护套管100与出钢口设置为等径的，从而避免保护套管100中的钢水与保护套管100内壁之间产生空隙，因为有空隙必然会使钢水与空气接触，因此为了取得较好的保护效果，现有技术的技术人员必然将保护套管100与出钢口设置为等径；但是，这样设计却大大降低了保护套管100的使用寿命，不仅达不到较好的保护效果，反而增加了生产成本。本实用新型提出了保护套管100 的内径大于出钢口的直径，使钢流流经保护套管100时与保护套管100的内壁之间有间隙，在出钢的过程中，避免了钢水对保护套管100内壁的直接冲刷，从而大大提高了使用寿命。与此同时，钢水与保护套管100内壁的空隙形成良好的保温空隙，其具有良好的保温效果，减小了钢水的热损失。

保护套管100为锥形管(如图1所示)，且保护套管100的套管入口端110的内径小于套管出口端120的内径，且套管入口端110的内径大于出钢口的直径；本实施例中套管入口端 110的内径为1.5倍的出钢口的直径；套管出口端120的内径为3.0倍的出钢口的直径。套管入口端110的内径小于套管出口端120的内径有效地限制了空气对流，防止空气在保护套管 100中剧烈流动，从而限制了空气中的有害气体向钢水中扩散，而且空气对流较小的情况下，仅仅是保护套管100内的空气并不会对钢水质量产生影响。

与此同时，炼钢在出钢过程由于钢水暴露在空气中，钢流因热辐射、对流散热使得钢水出钢的过程中产生较大的温度降，以电炉为例，电炉出钢的过程中钢水温降甚至达到50-80℃。本实施例中保护套管100的设计限制了空气在钢流表面的对流传热，减小了钢水在保护套管 100的温度降。钢水在由出钢口流出后，由于钢水自身压力的减小，使得钢水在流至钢包罐中时会发生扩散，即流至钢包罐中时钢流的直径大于出钢口处钢流的直径，套管入口端110 的内径小于套管出口端120的内径还可以同时保持钢水在流动至底部时仍然与保护套管100 内壁保持空隙，从而即提高保护套管100的使用寿命，又形成具有良好保温效果的空隙保温层，因此具有显著的进步。

实施例2

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：保护套管100的管壁由外到内依次设置外壳104、隔热层102和耐火材料层101(如图2所示)；所述的外壳104为具有较高机械强度的钢结构制成，所述的隔热层102由隔热材料制成，其中隔热材料为玻璃纤维、石棉、岩棉或硅酸盐，或者上述的组合；隔热层102的隔热材料可以有效地限制保护套管100内钢水的热量向保护套管100外部散热，减少了出钢过程中的温度损失，进而可以降低出钢温度，节约炼钢能耗。所述的耐火材料层101设置于保护套管100的内壁，耐火材料层101有耐火材料制成，可以有效抵御钢水的冲刷和侵蚀。所述的隔热层102设置于外壳104和耐火材料层101之间。

实施例3

本实施例的基本内容同实施例2，不同之处在于：外壳104和隔热层102之间还设置有空隙层103(如图2所示)，即外壳104和隔热层102之间设置有空隙，并构成空隙层103，该空隙层103可以为真空条件，也可以将是充满任意气体的空隙层103，本实施例的空隙层 103中充有空气。外壳104和隔热层102之间的空隙层103改变了保护套管100的传热条件，从而限制了保护套管100内钢水向外部传热，减少了钢水出钢过程中的热量损失。

实施例4

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：连接部件200通过底部的连接底板220 与套管入口端110相连，连接底板220上设置有通孔，该通孔与套管入口端110对应设置，连接部件200的容纳腔210通过上述通孔与保护套管100贯通，使得钢水可由出钢口经容纳腔210流至保护套管100中，并对钢水实现保护作用。连接底板220上设置有容纳凹槽221，该容纳凹槽221设置于连接底板220的圆周边缘位置(如图3所示)。

在电炉的偏心底出钢法(EBT)，电炉在出钢之前，为防止钢液直接流动至托板上侵蚀托板，通常在托板上部的出钢口(所述的出钢口为偏心底出钢口)管内部填充出钢口填料，这些出钢口填料介于托板与钢水之间，但是在从出钢口的管道上抽出托板，打开出钢口后在钢水重力作用下，钢水会将出钢口填料由出钢口挤压喷溅而出，喷溅而出的出钢口填料最终落入钢包罐中，而后熔化在高温钢水中。但是，由于出钢口填料中含有大量的杂质，熔入高温钢水的出钢口填料将导致有害元素进入钢水中，恶化了钢的性能，为后续炉外精炼带来压力；因此，针对电炉的的炼钢过程，设计了电炉炼钢出钢用的保护管，其连接底板220上设置有容纳凹槽221，该容纳凹槽221设置于连接底板220的圆周边缘位置，出钢口填料在由出钢口管道中喷溅而出时，其喷射状态为放射状，出钢口填料将喷射在连接底板220的容纳凹槽 221中，使得部分出钢口填料不会落入钢包罐中，减小了出钢口填料对钢水质量的影响，提高了钢液的冶炼质量，降低了冶炼成本，具有显著的进步。

实施例5

本实施例的基本内容同实施例4，不同之处在于：容纳凹槽221的内侧面为凹槽倾斜面 222，该凹槽倾斜面222的倾斜角度为45°，凹槽倾斜面222使得在出钢口填料在沿着放射状喷射而出时，出钢口填料更易落入容纳凹槽221中，进一步的减少了出钢口填料落入钢包中，进而提高了钢液的冶炼质量，降低了冶炼成本。

实施例6

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：还包括定位部件300，所述的定位部件 300用于与出钢口相连，该定位部件300为中空的套管状，定位部件300可套装在出钢口的外部，并可以通过焊接或者其他的固连方式安装在出钢口的底部；所述的连接部件200与定位部件300可拆卸连接(如图4所示)，所述的可拆卸连接为螺纹连接或者卡接。

本实施例的卡接具体的结构为：定位部件300包括定位圆筒310和装配凸块320，定位圆筒310用于套装在出钢口的外部，定位圆筒310为中空的套管状；所述的装配凸块320设置于定位圆筒310的底部(如图6所示)。

连接部件200的顶部设置有装配构件230，装配构件230设置有通孔，该通孔的圆弧面为构件内弧面232，所述的装配构件230的构件内弧面232与定位圆筒310相配合，装配构件230可以套装在定位圆筒310的外部；且装配构件230设置有与装配凸块320相配合的装配槽231(如图5和图7所示)；旋转装配构件230使装配槽231与定位部件300的装配凸块 320适配，可将连接部件200套装在定位圆筒310的外部，再旋转连接部件200，使连接部件 200的装配槽231与装配凸块320交错分布，即将装配构件230卡接在定位部件300的装配凸块320上，从而将连接部件200安装于定位部件300上。安装过程简单方便，而且，如果保护套管100损坏，可及时更换新的保护管。

实施例7

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：连接部件200的装配构件230的下部设置有限位板240，限位板240中心设置有通孔，限位板240中心设置有通孔，该通孔的内径介于出钢口的内径与外径之间，即出钢口的内径<通孔的内径<出钢口的外径，从而使得限位板240可以限制出钢口的下移极限，又能保证正常出钢。

出钢口与限位板240中心的通孔相配合(如图7所示)。钢水由出钢口流出，钢流经限位板240中心的流入保护套管100；该限位板240用于控制装配凸块320的下移限度，避免在装配的过程中定位部件300装入连接部件200的深度过深，提高装配效率的同时，避免了连接部件200与定位部件300碰撞损坏。

与此同时，在钢流出钢的过程中，钢流由出钢口流动至保护套管100，由于钢流与保护套管100和连接部件200内的容纳腔210之间具有间隙，钢流表面会带动空气体流动，并使得气体在钢流表面发生对流。该限位板240在限位的同时对连接部件200内的容纳腔210进行分割，将容纳腔210分割为2个独立的空间，限制了气体在钢流表面发生对流，抑制了气体在保护套管100中剧烈流动，进而限制了空气中的有害气体向钢水中扩散；与此同时，还限制了空气在钢流表面的对流传热，减小了钢水在保护套管100的温度降，降低了出钢过程中的能耗。

实施例8

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：凸块外弧面321的外径与容纳腔210 的内径相同(如图6所示)，凸块外弧面321可以配合卡装于容纳腔210内部，避免定位部件 300和连接部件200在水平方向上相互滑动，从而提高了装配效率，也提高了出钢口轴线与保护套管100轴线的对中程度。

本实用新型的一种用于钢水出钢过程中的保护管，生产中将本装置安装于电炉与钢包之间，建立密闭式钢流通道，采用物理方法有效隔绝了钢水与空气接触，大大减少了钢水对氮氢等有害气体的吸附量，而且有效减少了钢水热损失，减小了出钢过程中产生的钢水温降。提高了钢水的质量，并通过减小出钢过程温降，可以进一步降低出钢温度，大大节约了电炉生产成本。当然该装置也可以用于其他的炼钢炉，用于其出钢过程中的钢水保护。

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本实用新型。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本实用新型的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本实用新型的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本实用新型或本申请和本实用新型的应用领域。

更具体地，尽管在此已经描述了本实用新型的示例性实施例，但是本实用新型并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、 (例如各个实施例之间的)组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。例如，在本实用新型中，术语“优选地”不是排他性的，这里它的意思是“优选地，但是并不限于”。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本实用新型的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。