专利名称：具有保护元件的氧气喷枪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造钢的具有保护元件的氧气喷枪以及一种用于运行该氧气喷枪的方法。
背景技术：
在用于制造钢的转炉中，将氧气通过氧气喷枪喷入原钢熔液中，从而对其进行精炼。氧气喷枪的伸入转炉中的端部称作枪头，氧气从该端部中流出。该枪头在精炼时暴露在强烈的热载荷、机械载荷以及化学载荷之下，所述载荷例如由钢溅液以及炉渣溅起物、由炉渣冲刷引起的磨蚀以及吸入周围热气所引起。所述载荷导致枪头的磨损，这限制了枪头的使用时间。所述枪头的氧气出口喷嘴的边缘的磨损特别是限制使用时间的因素。所述边缘的形状对于氧气流进入原钢熔液的深度来说是决定性的，并且由此对于其渗透以及脱碳和冶炼时间来说是决定性的。由DE 3122178 Al公开了由铜制造枪头并且焊接在氧气喷枪的钢制的管体上，并且通过在其内部的冷却水通道进行冷却，所述冷却水通道与管体的冷却水循环连接。由耐热的材料制成的保护罩覆盖枪头并且能够在需要时独立于铜制的枪头进行更换。在这种结构中必须耗费地检查喷枪体和枪头之间的焊缝。在冷却水流过的枪头中或者在焊缝上通过枪头或者说保护罩的磨损引起的泄漏隐藏着对于人和钢厂装置有危险的水渗入转炉中的危险。经常更换保护罩会造成工作上的耗费并且降低了氧气喷枪的可使用性。
发明内容
本发明的任务是提供一种不容易磨损的并且可靠运行的用于制造钢的氧气喷枪以及一种用于运行该氧气喷枪的方法。该任务按本发明通过一种用于制造钢的具有保护元件的氧气喷枪得到解决，该氧气喷枪包括枪外管以及布置在枪外管内部的氧气主管，其中在该枪外管和氧气主管之间构成缝隙，该缝隙在枪头侧封闭并且包含一个或者多个冷却介质通道，其中所述氧气喷枪的枪头侧的端部设有保护元件，该保护元件覆盖氧气喷枪的枪头侧的端部并且可松开地以及可更换地固定在氧气喷枪上，其中在氧气喷枪的枪头侧的端部和保护元件之间存在中间空间。所述具有保护元件的氧气喷枪的特征在于，所述氧气主管的枪头侧的端部设有覆盖罩，该覆盖罩具有一个或者多个出口，其中在每个出口上可松开地并且可更换地固定着氧气出口喷嘴，在保护元件中存在通口，氧气出口喷嘴通过所述通口从罩向外引导，其中分别如此设计所述通口的尺寸，从而在氧气出口喷嘴和保护元件之间保留缝隙，在保护元件中存在开口，并且存在至少一个通入氧气喷枪的枪头侧的端部和保护元件之间的中间空间中的保护气体管路。所述氧气主管的枪头侧的端部设有覆盖罩，该覆盖罩覆盖端部的整个横截面。该覆盖罩具有一个或者多个出口，在氧气主管中提供的氧气能够通过所述出口流出。在每个所述出口上可松开地并且可更换地固定着氧气出口喷嘴，例如借助于耐高温的粘贴材料。 可松开的并且可更换的固定类型理解为在不损坏第二部件的情况下能够将第一部件从第二部件上松开的固定类型，并且该第二部件在松开与第一部件的连接之后又准备容纳另一个第一部件。在这种情况下，这意味着可以在不破坏出口的情况下将氧气出口喷嘴从覆盖罩的出口上松开，并且该出口在松开与氧气出口喷嘴的连接之后又准备容纳氧气出口喷嘴。该氧气出口喷嘴本身会在松开连接时被破坏。通过这种固定类型能够用新的氧气出口喷嘴更换磨损的氧气出口喷嘴，而不会损坏覆盖罩或者说其出口。优选借助于快速更换装置例如螺纹、卡口式连接、插接连接进行固定，由此减少了对于更换磨损的氧气出口喷嘴来说所需的工作时间。根据优选的实施方式，将所述氧气出口喷嘴构造成拉伐尔喷嘴(Laval-DUse)。由此，在氧气从氧气出口喷嘴中出来时确保了氧气的高的速度以及大的膨胀，由此实现良好地渗透原钢熔液并且冷却氧气出口喷嘴。根据一种实施方式，所述氧气出口喷嘴由在工作条件下耐热磨损、机械磨损以及化学磨损的材料制成，该材料例如是不锈钢、具有陶瓷涂层的不锈钢、耐高温的陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷例如氮化物陶瓷和碳化物陶瓷、纤维增强的陶瓷材料例如陶瓷板、刚玉一莫来石陶瓷、耐火陶瓷、碳化物陶瓷或者石墨。氮化物陶瓷例如是氮化铝、氮化硼、氮化硅、氮氧化硅铝、氮化钛。碳化物陶瓷例如是碳化硅或者碳化硼。氧化物陶瓷例如可以是基于二氧化钛的具有或者没有其它氧化物的陶瓷材料，或者具有高氧化铝含量的陶瓷材料， 或者基于氧化铍、氧化镁、氧化锆、钛酸铝、尖晶石、莫来石或者二氧化钛的陶瓷材料。根据另一种实施方式，所述氧气出口喷嘴由用这种材料进行涂层的载体制成，该载体本身由其它材料制成。所述氧气喷枪的枪头侧的端部设有保护元件。该保护元件覆盖氧气喷枪的枪头侧的端部的整个横截面。该保护元件保护氧气喷枪的枪头侧的端部防止磨损和热载荷。该保护元件可松开地并且可更换地固定在氧气喷枪上，例如借助于耐高温的粘贴材料进行固定。在这种情况下，这意味着能够在不破坏氧气喷枪的情况下将保护元件从氧气喷枪上松开，并且该氧气喷枪在松开与保护元件的连接之后再次准备容纳保护元件。通过这种固定类型能够在不用很大花费的情况下用新的保护元件更换磨损的保护元件，而不会损坏氧气喷枪。该保护元件本身会在松开连接时被破坏。优选借助于快速更换装置例如螺纹、卡口式连接、插接连接进行固定，由此减少了对于更换磨损的保护元件来说所需的工作时间。所述保护元件包含至少一个由在吹氧过程的条件下对于温度和温度变化、由气体、液体、固体引起的氧化和腐蚀来说稳定的材料制成的保护体。例如涉及耐火材料，该耐火材料经受高达2000°C或者更高的温度而没有材料失效。例如涉及在高达2000°C的温度时经受高达25000K/min的温度变化而没有材料失效的材料。以这种方式在运行中减少保护元件的由机械、热以及化学引起的磨损。该材料有利地具有微小的密度，从而将保护元件的重量最小化。优选的材料是耐高温的陶瓷，例如氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷例如氮化物陶瓷和碳化物陶瓷、纤维增强的陶瓷材料例如陶瓷板、刚玉一莫来石陶瓷、耐火陶瓷、碳化物陶瓷或者石墨。氮化物陶瓷例如是氮化铝、氮化硼、氮化硅、氮氧化硅铝、氮化钛。碳化物陶瓷例如是碳化硅或者碳化硼。氧化物陶瓷例如可以是基于二氧化钛的具有或者没有其它氧化物的陶瓷材料，或者具有高氧化铝含量的陶瓷材料，或者基于氧化铍、氧化镁、氧化锆、钛酸铝、尖晶石、莫来石或者二氧化钛的陶瓷材料。根据一种实施方式，所述保护元件可以包括保护体，该保护体能够可松开地并且可更换地固定在氧气喷枪上。根据另一实施方式，所述保护元件可以包括承载着一个或者多个保护体的承载结构，其中所述保护元件能够通过承载结构或者保护体可松开地并且可更换地固定在氧气喷枪上。该承载结构的使用简化了所希望的形状的保护元件的制造。如果该保护元件通过承载结构与氧气喷枪进行连接，那么就减少了对保护体的机械载荷，因为所述保护体不必承载其自重。根据一种实施方式，将所述保护元件构造成罩子状的，也就是说，该保护元件具有被侧壁包围的基面。根据优选的实施方式，所述保护元件具有罩子的形状，该罩子的侧壁由相互堆叠的环构成并且其基面由板材制成。这种实施方式比一件式制造的罩更容易制造。 该实施方式额外地提供了以下优点，即环的损坏在保护元件的相邻区域中传播得比在一件式制造的罩中更困难。在所述保护元件和氧气喷枪的枪头侧的端部之间存在中间空间。在所述保护元件中存在通口，所述氧气出口喷嘴通过所述通口从罩向外引导。如此设计所述通口的尺寸，从而在氧气出口喷嘴和保护元件之间保留缝隙。 此外，在所述保护元件中存在开口，所述开口穿过保护元件。通过所述开口，保护元件和氧气喷枪的枪头侧的端部之间的中间空间与包围氧气喷枪的空间连接。存在至少一个保护气体管路，该保护气体管路通入保护元件和氧气喷枪的枪头侧的端部之间的中间空间中。由此能够将保护气体置入所述中间空间中。置入中间空间中的保护气体能够通过保护元件和氧气出口喷嘴之间的缝隙以及通过穿过保护元件的开口流入包围氧气喷枪的空间中。优选所述保护气体管路至少部分地引入枪外管和氧气主管之间的缝隙内部。由此，通过枪外管保护所述保护气体管路防止机械的、热的以及化学的应力和磨损。按本发明的用于运行按本发明的用于制造钢的具有保护元件的氧气喷枪的方法的特征在于，保护气体从保护气体管路置入覆盖罩和保护元件之间的中间空间中并且从该中间空间通过氧气出口喷嘴和保护元件之间的缝隙以及保护元件中的开口向外引导。作为保护气体可以使用每种化学上惰性的气体，例如氮气或者稀有气体。优选使用氩气、氮气、氦气。通过从开口和缝隙中流出的保护气体，不仅保护所述保护元件而且保护所述氧气出口喷嘴防止热的、化学的以及机械的应力并且减少其磨损。指向外的保护气体流防止热的周围气体以及由其携带的颗粒会朝保护元件的外表面推进并且阻止作用到保护元件上的热传递、机械和化学的作用。在此，“外面”的概念理解为所述保护元件的面对钢熔液的侧 因为所述保护气体以化学上惰性的气体层包围所述保护元件的材料，所以能够为保护元件或者说保护体使用由于其氧化敏感性在制造钢时存在的条件下不能使用的材料。 因此，例如能够使用氮化物以及碳化物陶瓷例如氮化硅或者石墨在抵抗温度、温度变化以及对于保护元件或者说保护体的化学和机械的作用方面的良好特性。已知在氧气喷枪的运行中通过从氧气出口喷嘴以高速流出的氧气形成低压，该低压导致吸入热的、可能加载颗粒的周围气体。然而，在按本发明的氧气喷枪的运行中，氧气流被保护气体流包围，该保护气体流从氧气出口喷嘴和保护元件之间的缝隙向外流。由此， 使得反向于包围的保护气体流的流动方向吸入周围气体变得困难，并且由此降低了通过所述周围气体引起的热磨损、化学磨损以及机械磨损。扫过保护元件的表面的保护气体流将粘附的原钢溅液以及炉渣溅起物从表面上吹去。由此减少了通过这种粘附所引起的磨损。所述保护气体流将热量从保护元件和氧气出口喷嘴排出并且由此冷却该保护元件和氧气出口喷嘴。在枪外管和氧气主管之间的包含冷却介质通道的缝隙在枪头侧封闭， 也就是所述冷却介质通道没有在保护元件中继续。因此，降低了通过保护元件的磨损引起的泄漏的危险。
根据随后示例性并且示意性的图1和2以及下面的描述对本发明进行解释。图1示出了处于运行中的按本发明的具有保护元件的氧气喷枪的枪头侧的端部段的纵剖图。图2示出了按本发明的具有保护元件的氧气喷枪的枪头侧的端部段的斜视图。
具体实施例方式图1示出了氧气喷枪1，该氧气喷枪的枪头侧的端部设有由保护体2和承载结构3 组成的保护元件。在枪外管4和氧气主管5之间构造了缝隙6，该缝隙在枪头侧封闭。该缝隙6通过分隔管7分成两个冷却介质通道8a和8b，所述冷却介质通道在枪头侧通过分隔管7中的开口相互连接。没有示出冷却介质通道8a和8b与冷却水输入管路和冷却水输出管路的连接。用冷却水流过冷却介质通道8a和8b减少了在运行期间对氧气喷枪的热载荷。氧气主管5的枪头侧的端部设有覆盖罩9，该覆盖罩覆盖氧气主管5的整个端部。该覆盖罩具有多个出口 IOa和IOb和10c，分别将氧气出口喷嘴11拧入所述出口中。所述保护元件覆盖氧气喷枪1的枪头侧的端部。该保护元件通过承载结构3借助于快速更换连接 (Schnellwechselverschluss)固定在氧气枪上。所述氧气出口喷嘴11向外穿过保护体2中的通口。在此，在氧气出口喷嘴11和保护体2之间保留缝隙。该保护体2被开口 12穿过。在保护体2和氧气喷枪1的枪头侧的端部之间存在中间空间13。保护气体管路14通入所述中间空间13中，该保护气体管路在枪外管和氧气主管之间的缝隙6的内部导向中间空间13。在氧气喷枪1的运行中，通过笔直的箭头示出的氧气从氧气主管4向外流过出口 10和氧气出口喷嘴11。同时，通过波浪形箭头示出的保护气体从保护气体管路14流入中间空间13中。该保护气体从中间空间 13向外流过氧气出口喷嘴11和保护体2之间的缝隙。在此，从氧气出口喷嘴11出来的氧气流由流出的保护气体包围。此外，保护气体从中间空间13向外流过开口 12并且在从所述开口流出之后扫过保护体2的表面。图2为在图1中示出的氧气喷枪示出了枪外管4以及保护元件的连接在其上的保
6护体2。所述罩状的保护体2的侧壁由相互堆叠的环15制成，基面由板材16制成。氧气出口喷嘴11通过保护体2中的通口通向外面，其中在氧气出口喷嘴和保护体2之间分别保留缝隙。该保护体2具有开口 12。部分地在氧气喷枪外部延伸的保护气体管路14通过导入孔17导入枪外管4和氧气主管之间的缝隙中。相对于按现有技术DE 3122178 Al的具有保护罩的氧气喷枪，按本发明的具有保护元件的氧气喷枪提供了以下优点，即所述保护元件和氧气出口喷嘴通过保护气体防止机械载荷、热载荷和化学载荷以及磨损，并且由此很少需要进行更换。如果需要更换，那么不仅所述保护元件而且所述氧气出口喷嘴都能够借助于快速更换连接没有花费地更换为新的部件。附图标记列表
氧气喷枪
保护体
承载结构
枪外管
氧气主管
缝隙
分隔管
冷却介质通道
覆盖罩出口
氧气出口喷嘴开口
中间空间保护气体管路环
板材导入孔
2
8a>8b
11
IOaUObUOc
12
13
14
15
16
1权利要求
1.用于制造钢的具有保护元件的氧气喷枪，所述氧气喷枪包括枪外管以及布置在所述枪外管内部的氧气主管，其中，在所述枪外管和所述氧气主管之间构成缝隙，该缝隙在枪头侧封闭并且包含一个或者多个冷却介质通道，其中，所述氧气喷枪的枪头侧的端部设有保护元件，该保护元件覆盖所述氧气喷枪的枪头侧的端部并且可松开地并且可更换地固定在所述氧气喷枪上，其中，在所述氧气喷枪的枪头侧的端部和所述保护元件之间存在中间空间，其特征在于，所述氧气主管的枪头侧的端部设有覆盖罩，该覆盖罩具有一个或者多个出口，其中，在每个出口上可松开地并且可更换地固定氧气出口喷嘴，在所述保护元件中存在通口，所述氧气出口喷嘴通过所述通口从罩向外引导，其中，分别设计所述通口的尺寸，从而在所述氧气出口喷嘴和所述保护元件之间保留缝隙，在所述保护元件中存在开口，并且存在至少一个通入所述氧气喷枪的枪头侧的端部和所述保护元件之间的中间空间中的保护气体管路。
2.按权利要求1所述的氧气喷枪，其特征在于，用快速更换连接固定所述氧气出口喷嘴和/或所述保护元件。
3.按权利要求1或2所述的氧气喷枪，其特征在于，所述保护气体管路至少部分地在枪外管和氧气主管之间的缝隙内部引导。
4.用于运行按权利要求1一 3中任一项所述的氧气喷枪的方法，其特征在于，将保护气体从保护气体管路置入覆盖罩和保护元件之间的中间空间中，并且从该中间空间通过氧气出口喷嘴和保护元件之间的缝隙以及保护元件中的开口向外引导。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造钢的具有保护元件的氧气喷枪，其中，氧气主管的枪头侧的端部设有覆盖罩，该覆盖罩具有一个或者多个出口，其中在每个出口上可松开地并且可更换地固定氧气出口喷嘴，其中氧气喷枪的枪头侧的端部可松开地并且可更换地设有保护元件并且在氧气喷枪的枪头侧的端部和保护元件之间存在中间空间，其中在保护元件中存在通口，氧气出口喷嘴通过所述通口从罩向外引导，其中分别如此设计所述通口的尺寸，从而在氧气出口喷嘴和保护元件之间保留缝隙，其中在所述保护元件中存在开口，并且其中存在至少一个通入氧气喷枪的枪头侧的端部和保护元件之间的中间空间中的保护气体管路。此外，本发明涉及一种用于运行氧气喷枪的方法，其中保护气体从保护气体管路置入覆盖罩和保护元件之间的中间空间中并且从该中间空间通过氧气出口喷嘴和保护元件之间的缝隙以及保护元件中的开口向外引导。
文档编号F27D3/16GK102159732SQ200980122868
公开日2011年8月17日 申请日期2009年5月25日 优先权日2008年6月17日
发明者E·赖森伯格, H·柯施鲍姆, H·特拉克辛格, M·莱基克-尼尼克, P·威默, S·莱克纳 申请人:西门子 Vai 金属科技有限责任公司