一种具有圆弧气道的流体搅拌净化元件的制作方法

1.本实用新型涉及流体搅拌净化技术领域。具体地说是一种具有圆弧气道的流体搅拌净化元件。


背景技术：

2.在钢铁冶炼行业中，由于狭缝式透气砖使用寿命长、透气量大而被广泛使用。传统的狭缝式透气砖在使用过程中容易因发生砖芯整体横断以及狭缝渗钢等问题而影响透气砖的正常使用，这不仅影响钢铁冶炼的生产效率，而且因透气砖消耗过快大大增加了钢铁冶炼的生产成本。因此许多技术人员对狭缝式透气砖进行了改进。其中，有一种改进方法：将仅在纵向方向上贯通的传统狭缝转变成在纵向和环向上同时贯通的环形狭缝，这种全面贯通的狭缝在使用过程中即使出现因钢水渗入而造成局部堵塞，气体也会在全面贯通的狭缝中绕过堵塞部位，从而不会影响透气砖的正常使用。
3.但这种全面贯通的狭缝在使用过程中存在以下缺点：由于狭缝需要在透气砖的环向上贯通，为了保证透气砖的透气量，环向狭缝通常需要在透气砖的砖芯面上占据较大的范围，因此在进行烧氧吹扫清理时，需要对整个砖芯面进行清理，使得烧氧吹扫清理时间长、劳动强度大，导致透气砖因烧氧吹扫清理产生的损耗较多；另外在透气砖砖芯中，狭缝的开设可能会导致透气砖在服役过程中产生较大的应力，对整个砖体的强度产生不利影响。因此，目前现有狭缝透气砖虽然能够在保证透气砖整体寿命的前提下，降低透气砖渗钢及发生横断的几率，但其烧氧清理的时间长、现场热修操作的劳动强度大以及透气砖在服役过程中产生应力大等问题依然没有得到解决，另外，现有狭缝式透气砖对钢水的搅拌净化效果也需要进一步优化。


技术实现要素：

4.为此，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种具有圆弧气道的流体搅拌净化元件，以解决现有全面贯通的狭缝透气砖烧氧清理的时间长(烧氧清理时间过长会导致透气砖因烧氧清理产生较大的损耗)、现场热修操作的劳动强度大、透气砖在服役过程中产生应力大以及对钢水的搅拌净化效果欠佳等问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种具有圆弧气道的流体搅拌净化元件，包括砖芯本体，所述砖芯本体内具有圆弧吹气气道，所述圆弧吹气气道沿所述砖芯本体的长度方向设置，在所述砖芯本体的任意横截面上：所述圆弧吹气气道自邻近所述砖芯本体轴心的地方向着邻近所述砖芯本体的外立面方向延伸，并且所述圆弧吹气气道的形状为圆弧。
7.上述具有圆弧气道的流体搅拌净化元件，在所述砖芯本体的任意横截面上：在相邻两个所述圆弧吹气气道上，且位于同一个以所述砖芯本体轴心为圆点的圆上的两点之间的圆心角α为15～90
°
，所述圆心角α是以这个横截面的中心为圆心；并且所述圆弧吹气气道的长度相等；所述圆弧吹气气道均匀分布在所述砖芯本体轴心的周围，即：在任意相邻两个
所述圆弧吹气气道上，所述圆心角α相等。
8.上述具有圆弧气道的流体搅拌净化元件，在所述砖芯本体的任意横截面上：所有所述圆弧吹气气道所在圆弧的圆心在同一个以所述砖芯本体轴心为圆点的圆上。
9.上述具有圆弧气道的流体搅拌净化元件，在所述砖芯本体的任意横截面上：所述圆弧吹气气道所在圆弧的直径d为这个横截面半径r的三分之一至十分之九。
10.上述具有圆弧气道的流体搅拌净化元件，在所述砖芯本体的任意横截面上：所述圆弧吹气气道与所述砖芯本体外立面的最近距离为15～65mm，所述圆弧吹气气道与所述砖芯本体轴心的最近距离为10～50mm。
11.上述具有圆弧气道的流体搅拌净化元件，所述砖芯本体内还具有弧间供气通道，所述弧间供气通道的第一端与所述圆弧吹气气道流体导通，所述弧间供气通道的第二端开口位于所述砖芯本体的上端面上；所述弧间供气通道所在的所述砖芯本体高度为所述砖芯本体整体高度的1/8～1/10；所述弧间供气通道的总透气面积与所述圆弧吹气气道的总吹气面积之比为(0.5～1):10；所述弧间供气通道的横截面为宽度为0.10～0.35mm的矩形。
12.上述具有圆弧气道的流体搅拌净化元件，与同一条所述圆弧吹气气道流体导通的所有所述弧间供气通道在所述砖芯本体上端面上的开口的中心，在以所述圆弧吹气气道所在圆的圆心为圆心的同一个圆上；假设任意相邻的两个所述圆弧吹气气道分别为第一圆弧吹气气道和第二圆弧吹气气道，所述第一圆弧吹气气道的弯曲方向朝向所述第二圆弧吹气气道，所述第二圆弧吹气气道的弯曲方向背离所述第一圆弧吹气气道，与所述第二圆弧吹气气道流体导通的所有所述弧间供气通道均位于所述第一圆弧吹气气道与所述第二圆弧吹气气道之间的所述砖芯本体内；
13.所述弧间供气通道的中轴线x与砖芯本体横截面的夹角γ为15～60
°
。
14.上述具有圆弧气道的流体搅拌净化元件，在所述圆弧吹气气道上：自所述砖芯本体中心向外的方向上，将以所述弧间供气通道的中轴线x与所述圆弧吹气气道的交点为切点的切线记为切线y，则所述中轴线x与所述切线y的夹角β为30～90
°
。
15.上述具有圆弧气道的流体搅拌净化元件，所述圆弧吹气气道自所述砖芯本体中心向外依次等分为第一圆弧气道段、第二圆弧气道段和第三圆弧气道段；与所述第一圆弧气道段流体导通的所述弧间供气通道的所述中轴线x与所述切线y的夹角β为60～90
°
；与所述第二圆弧气道段流体导通的所述弧间供气通道的所述中轴线x与所述切线y的夹角β为45～60
°
；与所述第二圆弧气道段流体导通的所述弧间供气通道的所述中轴线x与所述切线y的夹角β为30～45
°
；并且，与所述第一圆弧气道段流体导通的所述弧间供气通道的所述中轴线x与所述切线y的夹角β，与所述第二圆弧气道段流体导通的所述弧间供气通道的所述中轴线x与所述切线y的夹角β，以及与所述第二圆弧气道段流体导通的所述弧间供气通道的所述中轴线x与所述切线y的夹角β依次减小5～20
°
。
16.上述具有圆弧气道的流体搅拌净化元件，还包括金属钢壳、耐火泥层、金属底板和金属尾管；所述金属钢壳通过所述耐火泥层固定安装在所述砖芯本体的外壁面上，所述金属底板位于所述砖芯本体的进气端并与所述砖芯本体侧壁面上的所述金属钢壳固定连接，所述金属尾管与所述金属底板固定连接；所述金属尾管的流体出口端通过开设在所述金属底板上的底板通气孔与所述圆弧吹气气道的流体入口端流体导通，所述圆弧吹气气道的流体出口端与所述砖芯本体外部的钢水流体导通；所述金属底板与所述砖芯本体的底壁之间
设置有气室，所述底板通气孔通过所述气室与所述圆弧吹气气道流体导通；
17.所述气室的高度为5mm，所述圆弧吹气气道的宽度为0.10～0.35mm。
18.本实用新型的技术方案取得了如下有益的技术效果：
19.1、由于圆弧吹气气道的透气通道沿砖芯本体的横截面上呈弧形，因此当氩气流进入钢水的瞬间形成了大量的呈弧形分布的细小气泡，这种呈弧形分布的气泡在钢水中上浮的过程中，能够有效捕获、包裹钢水中的夹杂物，带动夹杂物一起上浮到钢水的表面形成渣层，从而达到净化钢水的目的。
20.2、在服役过程中，通过调节放射状分布的圆弧吹气气道的弧长及数量，使其在保证透气量的前提下狭缝更多地向砖芯本体的中心部位集中，这样圆弧吹气气道可以更多地集中在流体搅拌净化元件的中心部位，热修清理时只需要吹扫透气元件的中心位置就可以很快透气，可以保证元件具有较高的吹通率，有效避免因吹扫清理时间过长而导致的流体搅拌元件损耗过快，从而延长其使用寿命。另外也可以通过调节圆弧吹气气道的分布情况、弧长及数量，达到调控其透气量的目的。
21.3、服役过程中，由于其具有圆弧吹气气道的特殊结构通道，可使其在服役过程中产生的应力能够被抵消化解，从而保证了砖体的整体强度，降低透气净化元件的整体横断几率，使其具有较好的热震稳定性；即使有部分应力没有完全被消除，但对流体搅拌净化元件的整体透气性能也基本没有影响。
22.4、为了进一步提高流体搅拌净化元件的流体搅拌净化效果，本实用新型通过设置弧间供气通道优化流体搅拌净化元件的透气通道结构。将弧间供气通道设置在砖芯本体上部，并与圆弧吹气气道流体导通，弧间供气通道的设置弥补了相邻两条圆弧吹气气道之间缺少自下而上直吹气流的不足，优化弧间之间的流场，并且本实用新型设置的弧间供气通道吹出的流体能够沿砖芯本体产生周向及径向流动，消除相邻两条圆弧吹气气道之间的搅拌死区，圆弧吹气气道复合弧间供气通道的吹气结构除了推动流体向上翻滚，还由于弧间供气通道气流吹气方向朝向邻近的圆弧吹气气道，使得弧间供气通道的气流对邻近圆弧吹气气道吹出的气流产生周向及径向扰动，从而使得圆弧吹气气道附近流体产生径向和环向的叠加流动，彻底消除微小的搅拌死区，达到更好的搅拌净化效果。
23.5、将弧间供气通道设置在砖芯本体的上部，可以在保证较高透气量的同时有效减少砖芯本体中的透气通道长度，从而避免因砖芯本体中开设过长的气体通道造成的砖芯本体强度下降等问题，有利于提高流体搅拌净化元件的使用寿命；而且，弧间供气通道的这种设置方式还有利于吸收砖芯本体上部受钢水温度影响而产生的较大应力，从而确保流体搅拌净化元件具有较长的使用寿命。另外，在圆弧吹气气道与砖芯本体外立面的最小距离不变的情况下，圆弧吹气气道的横截面积自下而上逐渐减小，当气体流量一定的情况下，越靠近砖芯本体的上端面气体流速越大，流速过大会导致钢液表面出现渣层被推开的“开眼”现象，不利于流体的净化；本实用新型在砖芯本体的上部设置弧间供气通道，可对靠近砖芯本体上端面的气流速度增大时实现分流，从而有效降低进入钢水中气体的流速，既保证了气体流量满足流体搅拌净化要求、提高净化搅拌效率，又可以避免气流速度过快导致的钢液“开眼”现象。
附图说明
24.图1本实用新型实施例1具有圆弧气道的流体搅拌净化元件的正视剖面图；
25.图2本实用新型实施例1具有圆弧气道的流体搅拌净化元件的俯视剖面图；
26.图3本实用新型实施例1具有圆弧气道的流体搅拌净化元件的应力图；
27.图4本实用新型实施例2具有圆弧气道的流体搅拌净化元件的俯视剖面图；
28.图5本实用新型实施例2具有圆弧气道的流体搅拌净化元件的圆弧气道与弧间供气通道的位置关系示意图；
29.图6图5中a处的放大图；
30.图7本实用新型实施例2中具有圆弧气道的流体搅拌净化元件的砖芯本体横截面上弧间供气通道的位置示意图。
31.图中附图标记表示为：1-砖芯本体；2-圆弧吹气气道；3-金属钢壳；4-耐火泥层；5-气室；6-金属底板；7-底板通气孔；8-金属尾管；9-弧间供气通道；10-砖芯本体横截面。
具体实施方式
32.实施例1
33.本实施例具有圆弧气道的流体搅拌净化元件的结构示意图见图1和图2。
34.如图1和图2所示，本实施例中，具有圆弧气道的流体搅拌净化元件包括砖芯本体1、金属钢壳3、耐火泥层4、金属底6和金属尾管8；砖芯本体1内具有圆弧吹气气道2，圆弧吹气气道2沿砖芯本体1的长度方向设置，在砖芯本体1的任意横截面上：圆弧吹气气道2自邻近砖芯本体1轴心的地方向着邻近砖芯本体1的外立面方向延伸，并且圆弧吹气气道2的形状为圆弧。金属钢壳3通过耐火泥层4固定安装在砖芯本体1的外壁面上，金属底板6位于砖芯本体1的进气端并与砖芯本体1侧壁面上的金属钢壳3固定连接，金属尾管8与金属底板6固定连接；金属底板6与砖芯本体1的底壁之间设置有气室5，气室5的流体入口端通过开设在金属底板6上的底板通气孔7与金属尾管8的流体出口端流体导通，气室5的流体出口端与圆弧吹气气道2的流体入口端流体导通，圆弧吹气气道2的流体出口端与砖芯本体1外部的钢水流体导通。
35.如图2所示，在砖芯本体1的任意横截面上：在相邻两个圆弧吹气气道2上，且位于同一个以砖芯本体1轴心为圆点的圆上的两点之间的圆心角α为45
°
，圆心角α是以这个横截面的中心为圆心，并且所述圆弧吹气气道2的长度相等。圆弧吹气气道2均匀分布在砖芯本体1轴心的周围，即：在任意相邻两个圆弧吹气气道2上，所述圆心角α相等。在砖芯本体1的任意横截面上：所有圆弧吹气气道2所在圆弧的圆心在同一个以砖芯本体1轴心为圆点的圆上。在砖芯本体1的任意横截面上：圆弧吹气气道2所在圆弧的直径d与这个横截面半径r的比值为0.86。d和r见图2中的标注。在砖芯本体1的任意横截面上：圆弧吹气气道2与砖芯本体1外立面的最近距离为35mm，圆弧吹气气道2与砖芯本体1轴线的最近距离为20mm；圆弧吹气气道2的宽度为0.35mm。本实施例中，金属钢壳3由不锈钢材料制成，金属底板6由碳钢材料制成，金属尾管8由耐热耐压钢管制成；气室5的高度为5mm。
36.在使用时，氩气通过金属尾管8并经过金属底板6上的底板通气孔7进入气室5，氩气气流在气室5中有一定的缓冲后，均匀进入圆弧吹气气道2；氩气气流在放射状排列的圆弧吹气气道2中沿着砖芯本体1的纵向方向向上流动，并自砖芯本体1的顶部进入外部的钢
水中，在钢水中起到搅拌净化的作用。由于圆弧吹气气道2的透气通道沿砖芯本体1的横向上呈弧形，因此当气流进入钢水的瞬间也呈弧形分布，并形成了大量的呈弧形分布的细小气泡，这种呈弧形分布的气泡在钢水中上浮的过程中，能够有效捕获、包裹钢水中的夹杂物，带动夹杂物一起上浮到钢水的表面形成渣层，从而达到净化钢水的目的。
37.若将圆弧吹气气道2用直线型透气狭缝来替换，则气流是自下而上直吹，钢水横向上产生的流动不如本实施例强烈，呈放射状分布的各直线型狭缝吹出的气流带动的钢水之间的相互作用也不如本实施例，因此其搅拌和净化效果整体不如本实施例。
38.本实施例中设计的圆弧吹气气道结构在同一个横截面上是形成间断分布的狭缝通道，并且在整个截面上呈发散状分布，这种结构的优点是各条狭缝相互独立，个别狭缝堵塞不会影响其它狭缝的正常透气；且这种结构有利于通过调节各圆弧吹气气道的旋转放射角度来调整每条圆弧吹气气道的弧长和弯曲角度；通过调节各圆弧吹气气道邻近砖芯本体1中心部位的一端端头之间的间距来调整圆弧吹气气道1向砖芯本体1中心部位的靠拢程度，这样热修烧氧吹扫时可以只需吹扫砖体中心部位即可，不必清理整个砖芯面，有利于降低狭缝透气砖烧氧清理的时间、现场热修操作的劳动强度，以及减少透气砖因烧氧清理产生的较大损耗，延长其使用寿命。
39.本实施例具有圆弧气道的流体搅拌净化元件的制作工艺为：
40.(1)圆弧吹气气道2的形成以可烧失材料制作，在模具内按照不同透气通道结构固定好烧失材料后，浇注成型；净化元件材质结构是整体均匀的。
41.(2)砖芯本体成型后，经过烘干、烧制、套钢套、焊接，即成成品包装。
42.实施例2
43.本实施例具有圆弧气道的流体搅拌净化元件的结构与实施例1相比其区别仅在于：在砖芯本体1上设置弧间供气通道9，其具体示意图见图4和图5。
44.如图4所示，本实施例具有圆弧气道的流体搅拌净化元件除了实施例1中的相同结构外所述砖芯本体1内还具有弧间供气通道9，所述弧间供气通道9的第一端与所述圆弧吹气气道2流体导通，所述弧间供气通道9的第二端开口位于所述砖芯本体1的上端面上；所述弧间供气通道9所在的所述砖芯本体1高度为所述砖芯本体1整体高度的1/10；所述弧间供气通道9的总透气面积与所述圆弧吹气气道2的总吹气面积之比为0.5:10；所述弧间供气通道9的横截面为宽度为0.10mm的矩形；与同一条所述圆弧吹气气道2流体导通的所有所述弧间供气通道9在所述砖芯本体1上端面上的开口的中心，在以所述圆弧吹气气道2所在圆的圆心为圆心的同一个圆上；假设任意相邻的两个所述圆弧吹气气道2分别为第一圆弧吹气气道和第二圆弧吹气气道，所述第一圆弧吹气气道的弯曲方向朝向所述第二圆弧吹气气道，所述第二圆弧吹气气道的弯曲方向背离所述第一圆弧吹气气道，与所述第二圆弧吹气气道流体导通的所有所述弧间供气通道9均位于所述第一圆弧吹气气道与所述第二圆弧吹气气道之间的所述砖芯本体1内。
45.如图7所示，所述弧间供气通道9的中轴线x与砖芯本体横截面10的夹角γ为30
°
。如图5和图6所示，与每个所述圆弧吹气气道2流体导通的所述弧间供气通道9为6条，所述圆弧吹气气道2自所述砖芯本体1中心向外依次等分为第一圆弧气道段、第二圆弧气道段和第三圆弧气道段，且每个圆弧气道段均分别与2条弧间供气通道9流体导通；在所述圆弧吹气气道2上：自所述砖芯本体1中心向外的方向上，将以所述弧间供气通道9的中轴线x与所述
圆弧吹气气道2的交点为切点的切线记为切线y，则所述中轴线x与所述切线y的夹角为β；与所述第一圆弧气道段流体导通的所述弧间供气通道9的所述中轴线x与所述切线y的夹角β为60
°
；与所述第二圆弧气道段流体导通的所述弧间供气通道9的所述中轴线x与所述切线y的夹角β为45
°
；与所述第二圆弧气道段流体导通的所述弧间供气通道9的所述中轴线x与所述切线y的夹角β为30
°
。
46.本实施例与实施例1相比，具有更好的流体搅拌净化效果和更长的使用寿命，这主要是因为：在每条弧形狭缝2的外侧均设置有弧间供气通道9，这种设置方式弥补了相邻两条圆弧吹气气道之间缺少自下而上直吹气流的不足，有利于优化弧间的流场，并且本实用新型沿特定角度设置的弧间供气通道吹出的流体能够沿砖芯本体产生周向及径向流动，消除相邻两条圆弧吹气气道之间的搅拌死区，圆弧吹气气道复合弧间供气通道的吹气结构除了推动流体向上翻滚，还由于弧间供气通道气流吹气方向朝向邻近的圆弧吹气气道，使得弧间供气通道的气流对邻近圆弧吹气气道吹出的气流产生周向扰动，从而使得圆弧吹气气道附近流体产生径向扰动及环向流动，彻底消除微小的搅拌死区，达到更好的搅拌净化效果。另外，将弧间供气通道设置在砖芯本体的上部，不仅在保证较好吹起效果的前提下，可以避免砖芯本体因透气通道过多而导致的砖芯本体整体强度下降，而且还有利于吸收砖芯本体上部受钢水温度影响较大而产生的较大应力，从而确保流体搅拌净化元件具有较长的使用寿命，另外，在圆弧吹气气道与砖芯本体外立面的最小距离不变的情况下，圆弧吹气气道的横截面积自下而上逐渐减小，当气体流量一定的情况下，越靠近砖芯本体的上端面气体流速越大，流速过大会导致钢液表面出现渣层被推开的“开眼”现象，不利于流体的净化；本实用新型在砖芯本体的上部沿特定角度设置弧间供气通道，可对靠近砖芯本体上端面的气流速度增大时实现分流，从而有效降低进入钢水中气体的流速，既保证了气体流量满足流体搅拌净化要求、提高净化搅拌效率，又可以避免气流速度过快导致的钢液“开眼”现象。
47.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。