喷枪喷嘴及喷枪喷嘴制造方法、以及喷枪喷嘴制造装置与流程

本发明涉及喷枪喷嘴及喷枪喷嘴制造方法、以及喷枪喷嘴制造装置，更详细地涉及包括锻造加工的喷枪喷嘴及喷枪喷嘴制造方法、以及喷枪喷嘴制造装置。

背景技术：

喷枪喷嘴使用于喷射氧气来制造钢的电炉来搅拌熔钢，在与温度维持大约1600℃的电炉内的熔钢靠接的状态下喷出氧气。在这样的工作条件下，喷枪喷嘴的表面温度可能一时快速上升到400℃以上，喷枪喷嘴向上部后退时快速冷却到20℃。因此，喷枪由非常优秀的导热材料(例如，铜)制造，可以与沿着内部壁高速流动的冷却流体进行有效的换热。

但是，喷枪喷嘴在排出氧气的过程中，排出管的前端侧磨损或破损，因此采用设定一定的使用次数、且在达到设定的使用次数时更换喷枪喷嘴的方式。

技术实现要素：

技术课题

本发明的目的在于，提供一种能够改善内部结构的喷枪喷嘴及喷枪喷嘴制造方法、以及喷枪喷嘴制造装置。

本发明的另一目的在于，提供一种可以降低制造时需要的时间及费用的喷枪喷嘴及喷枪喷嘴制造方法、以及喷枪喷嘴制造装置。

本发明的其他目的根据下面的详细说明和附图会更加清楚。

课题解决方案

根据本发明的一实施例，喷枪喷嘴制造方法包括：铸造步骤，通过铸造加工对喷枪喷嘴进行1次制造，该喷枪喷嘴包括多个排出管及前方壁，所述多个排出管将通过入口侧供给的气体向出口侧排出，所述前方壁具有分别连接上述排出管的出口侧的多个排出孔；及锻造步骤，对位于上述排出管的相反侧的上述前方壁的前方表面中上述排出孔的周围进行锻造加工来形成锻造组织。

上述铸造步骤时在上述排出管的内部形成封闭部件，通过上述封闭部件封闭上述排出管的内部中除前端部以外的剩余部分；上述锻造步骤可在形成上述封闭部件的状态下进行上述锻造加工。

上述喷枪喷嘴制造方法在上述锻造步骤之后还可以包括去除上述封闭部件来开放上述排出管的步骤。

上述喷枪喷嘴制造方法在上述铸造步骤和上述锻造步骤之间还可以包括：将上述喷枪喷嘴的上述前方表面进行粗加工的粗加工步骤。

上述喷枪喷嘴制造方法在上述锻造步骤之后还可以包括：通过精加工去除上述前方表面中上述锻造组织和上述锻造组织以外的部分之间的阶差的精加工步骤。

在上述精加工步骤之前上述锻造组织的高度可以比上述前方表面的高度低。

上述锻造步骤可以利用具有比上述排出孔的直径大的外径的锤子来形成上述锻造组织。

根据本发明一实施例的制造喷枪喷嘴的喷枪喷嘴制造装置，该喷枪喷嘴包括：将通过入口侧供给的气体向出口侧排出的多个排出管；以及具有多个排出孔的前方壁，所述多个排出孔分别连接上述排出管的出口侧；上述制造装置包括：平台，放置上述喷枪并支承而使上述前方壁的前方表面维持水平的状态下朝向上部；锤子，设置在上述平台的上部，具有比上述排出孔的直径大的外径；及锤子驱动部件，驱动上述锤子对上述前方表面中上述排出孔的周围进行锻造加工。

上述喷枪喷嘴制造装置还可以包括导向片，该导向片从上述锤子的下部表面突出并具有小于上述排出孔的直径的外径，上述锤子的下部表面与上述前方表面接触时位于上述排出孔内。

根据本发明的另一实施例的喷枪喷嘴包括：将通过入口侧供给的气体向出口侧排出的多个排出管；以及具有多个排出孔的前方壁，所述多个排出孔分别连接上述排出管的出口侧，上述前方壁具备锻造组织及铸造组织，上述锻造组织位于上述排出孔的周围，具有既定的深度。

根据本发明的另一实施例的喷枪喷嘴制造方法，包括：铸造步骤，通过铸造加工对喷枪喷嘴进行1次制造，上述喷枪喷嘴包括：内侧前方壁，形成有多个开口；中心管，由上述内侧前方壁封闭前端；内部管，在上述中心管的周围沿同轴方向排列而在与上述中心管之间形成被供给冷却水的内部环状空洞；外部管，在上述内部管的周围沿同轴方向排列而在与上述内部管之间形成外部环状空洞，外部环状空洞内排出被供给到上述第1环状空洞内的上述冷却水；外侧前方壁，位于上述中心管的前方并具有分别与上述开口排列成一列的多个排出孔，且封闭上述外部管的前端；多个排出管，分别连接在排列成一例的上述开口及上述排出孔而将通过上述开口供给的气体通过上述排出孔排出；以及锻造步骤，利用具有比上述排出孔的直径大的外径的锤子的下部表面，对位于上述排出管的相反侧的上述外侧前方壁的前方表面中上述排出孔的周围进行锻造加工来形成锻造组织。

有益效果

根据本发明的一实施例，对通过铸造加工进行1次制造的喷枪喷嘴进行锻造加工来防止喷出搅拌气体(例如，氧气)的排出管的前端侧容易磨损或破损，由此可以延长喷枪喷嘴的更换周期。另外，通过铸造加工对喷枪喷嘴进行1次制造之后仅主要部位经由锻造加工，与对2个以上的锻造加工零件进行铜焊加工来制造的喷枪喷嘴相比可以降低制造时所需的时间及费用。另外，可以解决喷枪喷嘴的铜焊加工时可能产生的缺陷等的缺点。

附图说明

图1是简要地表示根据本发明的一实施例的喷枪喷嘴的截面图。

图2至图4是依次表示制造图1所示的喷枪喷嘴的方法的图。

图5是比较铸造加工后实施和未实施锻造加工的喷枪喷嘴的照片。

图6是放大图5所示的排出孔的周围的照片。

图7是实施和未实施锻造加工的排出孔周围组织的照片。

图8是表示对实施和未实施锻造加工的排出孔周围的磨损实验结果的图表。

图9是简要地表示制造图1所示的喷枪喷嘴的装置的图。

具体实施方式

下面，参照图1至图9更详细地说明本发明的优选实施例。本发明的实施例可以变形为各种形态，本发明的范围不应当解释为限定于下面说明的实施例。本实施例是为了对本发明所属技术领域的普通技术人员更详细地说明本发明而提供的。因此，为了强调更清楚的说明，附图中所示的各因素的形状可能被夸张。

图1是简要地表示根据本发明的一实施例的喷枪喷嘴的截面图。喷枪喷嘴1包括供给搅拌气体(例如，氧气)的中心管2。中心管2通过形成有开口4的前方壁3封闭，开口4可以轴19为基准在周围构成等角来配置。

内部管5在中心管2的周围沿同轴方向排列，环状空洞6形成在内部管5和中心管2之间并沿箭头F₁方向供给冷却水。

外部管10在中心管2周围沿同轴方向排列，环状空洞11形成在内部管5和外部管10之间并沿箭头F₂方向排出冷却水。外部管10与要搅拌的电炉相对，通过受到临界热应力的前方壁12封闭。冷却水在前方壁3和前方壁12之间形成的换热空间13流动(F₃、F₄)，为了向冷却水和被加热的前方壁12之间提供充分的换热，前方壁12优选由具有高导热系数的导热材料，例如铜来制造。即，从空洞6出来的冷却水迂回排出管15并通过通道8向换热区域13流入(F₃)，朝向空洞11向箭头F₄方向流动。

另外，前方壁12具有与形成于前方壁3上的开口4排列成一列的排出孔14，排出管15连接在开口4及排出孔14而向喷枪喷嘴1的外部喷出搅拌气体19(例如，氧气)。排出管15以轴19为基准配置成朝向前方外侧倾斜，喷枪喷嘴1的前方表面与排出管15的中心轴大致垂直。因此，前方壁12的前方表面具有以喷枪喷嘴1的轴19为中心朝向外侧向下倾斜的形状。另外，前方壁12在中心部具有朝向通道8凹陷的沉陷部16，冷却水喷出口9形成在排出管15和内部管5之间。

图2至图4是依次表示制造图1所示的喷枪喷嘴的方法的图。前面图1所示的喷枪可以通过下面说明的方法制造。

首先，喷枪喷嘴1通过铸造加工制造成一体或制造为2个以上之后通过焊接连接。铸造加工是用同一模型来做铸模，可以得到很多形状尺寸相同的部件，尤其是能够容易制造复杂形状的产品，具有可以减少加工费的优点。

然后，如图2所示，经由粗加工，在完成粗加工的状态下喷枪喷嘴1在精加工之前具有富余部分C(厚度＝大约10mm)。在这样的状态下，利用火炬将喷枪喷嘴1预热到500度至750度之后，通过锤子22在排出孔14的周围实施锻造加工。锤子22具有比排出孔14的直径大的外径，锤子22通过施加冲击的方式(例如，通过驱动缸举起锤子22后自由落下或使通过驱动缸举起的锤子22强制落下的方式)向前方表面12a施加压缩荷重(或冲击荷重)。锤子22用于锻造加工前方壁3的前方表面中的排出孔14的周围，因此锤子22在完成锻造加工时为止不与排出孔14的内周面接触，不插入到排出孔14的内部。

这时，封闭部件15a通过铸造加工形成在排出管15的内部来封闭排出管15的内部中一部分，锻造加工时封闭部件15a防止排出管15或排出孔14变形(例如，增减直径)。即，喷枪喷嘴的铸造加工时，排出管15仅前端部的一部分从前方表面12a凹陷形成而处于排出管15的内部中一部分封闭的状态；完成锻造加工之后去除封闭部件15a，如图1所示开放排出管15，从而形成完整的排出管15。

导向片24从锤子22的下部表面突出，在完成锻造加工的状态下具有比排出孔14的直径小的外径。导向片24可以具有上部直径大于下部直径的梯形形状的截面积。锤子22与前方表面12a接触时，导向片24被插入到排出孔14内并进行导向以使得锤子22向排出孔14的周围准确地施加压缩荷重。也可以不同于本实施例，省略导向片24。

如图3所示，完成锻造加工时，在排出孔14的周围形成锻造组织F，锻造组织F具有环形状，以一定厚度及深度形成。这时，在组织通过锻造加工变致密的过程中，在锻造组织F和前方表面12a之间形成阶差d，阶差的厚度d可以与前面说明的富余部分C的厚度一致。因此，如图4所示，若通过精加工去除富余部分C(或阶差)并去除封闭部件15a，则完成最终的喷枪喷嘴1。

另一方面，本实施例灵活应用铸造加工的优点和锻造加工的优点的同时，通过锻造加工补偿铸造加工的缺点，通过铸造加工补偿锻造加工的缺点。即，铸造是熔解金属并将其冷却凝固来得到产品的工序，这时产生的铸造物的组织通常是称为铸造组织的粗糙的结晶组织，与由同样材料通过其它加工制造的产品相比具有机械性性质差的缺点。因此，前面说明的喷枪喷嘴1的情况下，产生喷出搅拌气体的排出管15的前端侧(或排出孔14的周边)容易磨损或破损的问题。

相反，锻造是向素材施加压缩荷重，因此与铸造相比金属组织变得致密而能够增大强度等机械性性质，虽然可以大幅延长喷枪喷嘴1的寿命，但是具有制造时需要很多时间和费用的问题。

因此，通过铸造加工一次性制造喷枪喷嘴，以减少制造时需要的时间及费用的同时，通过锻造加工增大机械性性质，从而加强容易磨损或破损的排出管15的前端侧(或排出孔14的周边)。

图5是比较铸造加工后实施和未实施锻造加工的喷枪喷嘴的照片，图6是放大图5所示的排出孔的周围的照片。图5及图6表示大约使用150次左右的喷枪喷嘴，左侧是未实施锻造加工的情况，右侧是实施锻造加工的情况。如图5及图6所示，未实施锻造加工的情况下，可以确认在排出管15的前端侧(或排出孔14的周边)产生的皲裂，但是在实施锻造加工的情况下可以确认在排出管15的前端侧(或排出孔14的周边)没有发生任何皲裂。

图7是实施和未实施锻造加工的排出孔周围组织的照片，左侧是实施锻造加工的情况，右侧是未实施锻造加工的情况。如图7所示，进行了锻造加工的情况下，金属组织变得致密，与铸造相比金属组织变得致密，可以增大强度等机械性性质。相反，未进行锻造加工的情况下，金属组织相对不致密，具有少数的晶界。另一方面，根据铸造加工后进行锻造加工的程度，锻造组织和铸造组织可以共存，锻造组织随着锻造加工的次数增加而增加。

图8是表示对实施和未实施锻造加工的排出孔周围的磨损试验结果的图表。在与下面[表1]相同的条件下，对未实施锻造加工的喷枪喷嘴1的组织和实施锻造加工的喷枪喷嘴1的组织实施了磨损试验。

[表1]

其结果，如图8所示，未实施锻造加工的喷枪喷嘴1的磨损量为0.7mg，实施10mm锻造加工的喷枪喷嘴1的磨损量(实施例)为0.1mg，从而可知通过锻造加工，可以大幅度改善喷枪喷嘴1的机械性性质，可知尤其是耐磨损特性增加7倍以上。

图9是简要地表示制造图1所示的喷枪喷嘴的装置的图。喷枪喷嘴制造装置包括放置在基座32上部的平台36，平台36固定支承喷枪喷嘴1以维持喷枪喷嘴1的前方表面12a的水平状态。

喷枪喷嘴制造装置还包括支承座29，支承座29可以维持固定于主体30上的状态。支承杆26贯穿支承座29而设置，锤子22被固定在支承杆26的下端。支承杆26通过单独的驱动装置(未图示)工作，工作时锤子22向喷枪喷嘴1的前方表面施加压缩荷重(或冲击荷重)来实施锻造加工。

具体地，使喷枪喷嘴1的前方表面12a朝向上部而将喷枪喷嘴1固定在平台36，通过火炬将喷枪喷嘴1加热到适合于锻造加工的温度(例如，500～750度)。然后，将平台36朝向主体30移动，并调节平台36的位置而使喷枪喷嘴1的要锻造的排出孔14位于锤子22的正下方。完成平台36的位置调节后，使驱动装置(例如驱动缸)工作而通过锤子22对排出孔14的周围实施锻造加工。然后，完成锻造加工后，将平台36向主体30的相反方向移动，从平台36去除喷枪喷嘴1。

通过优选实施例详细地说明了本发明，但是也可以是与此不同方式的实施例。因此，下面记载的权利要求的技术思想和范围不限于优选实施例。

工业实用性

本发明可以应用于多种方式的喷枪喷嘴及喷枪喷嘴制造方法、以及喷枪喷嘴制造装置。