CN1365307A - 吹气塞 - Google Patents

Abstract

一种吹气塞(4),它适于可更换的安装到一钢水包(1)的底部(3)上,用来吹进气体通过钢水包中的熔化液(2)。该吹气塞包括:一陶瓷体(8),其具有至少一个在该陶瓷体两端面(14,15和16,17)之间延伸的贯穿间隙(12);一包围该陶瓷体的外壳(7)。气体被送到陶瓷体的外端面(14,15),以便以预定的压力流过所述的间隙(12)到达陶瓷体的内端面(16,17)并进入熔化液(2)。该陶瓷体(8)包括:一外部的、基本上为套筒形的主体部分(9)和一内部的、截去顶端的锥形主体部分(11);在它们之间设置所述的间隙(12)。内部主体部分(11)相对于外部主体部分(9)是可移动的,并通过一弹性装置(18)沿着朝向熔化液(2)的方向被预拉紧,以便关闭该间隙;一供气管(6),与外端面(14,15)之下的空间(19)相连接,以便打开该间隙(12)。

Description

吹气塞

技术领域

本发明涉及一种吹气塞(purge plug)，它适于可更换地安装到钢水包的底部，用来吹进气体使其通过钢水包中的熔化液，该吹气塞包括：一陶瓷体，其具有至少一个贯通该陶瓷体两端面的贯穿间隙；一包围该陶瓷体的外壳。气体被送到陶瓷体的外端面，以便以预定的压力流过所述的间隙到达陶瓷体的内端面并进入熔化液。

背景技术

吹气塞通常用来搅动钢水包中的熔化液，并且适当时，也能用来改变熔化液，还用来使高压气体进入钢水包，比如6-10帕的气体。传统的吹气塞由一透气的陶瓷圆锥体形成，该锥体具有大约10公斤重的截去顶端的锥形形状，它被一金属板外壳包围。该吹气塞一般以所谓的成套的方式供应，即该锥体被装在重量约为50公斤的中空块内。

当制造纯净钢时吹气塞扮演一重要角色，并且实际上世界上所有的炼钢厂都使用它。一个或多个吹气塞可更换地安装在一装置的底部，该装置在所有的炼钢厂都可找到并且叫做钢水包，它是一种里面衬有耐火材料的容器并适合盛装熔化的钢水。在钢水包中，进行各种不同的高温化学工艺处理，其中吹气塞是起决定性作用的。一般为氩的气体被通过吹气塞吹入。在工艺处理期间对着熔化液的吹气塞的最上端部分磨损严重，当其高度减小到最小许可程度时，它必须定期地被一新的吹气塞替换。

最早制造的吹气塞是多孔的，即它们能透气但不能让钢通过。这些吹气塞的缺陷在于需要高压气体获得足够的流量，并且因其多孔性，磨损是不可忽视的。

在吹气塞发展中的下一步就是所谓的定向多孔性，也就是通过铸造形成多个直径为大约0.5mm的喷管，气体通过这些喷管吹入。这种吹气塞的好处是易于获得通过该吹气塞的气流，且该吹气塞制造得密实，也就意味着磨损较小。其缺点是在喷管中钢有很大的渗透风险，从而会阻塞吹气塞。

在吹气塞发展中的第三步就是通过铸造形成孔或间隙，其具有约0.2mm的厚度和约20mm的长度，孔或间隙贯穿吹气塞而非喷管。其优点是易于获得高速气流，而没有钢渗入孔中。然而，只要在吹气塞中有开口的间隙，就有钢渗入的风险存在。

因此，一个吹气塞必须符合三个要求：高度的耐久性，满意的透气性和避免钢渗进吹气塞的间隙中。

--通过用高质量的、密实的耐火材料制造吹气塞，可以获得令人满意的耐久性；

--采用具有足够的横截面面积的间隙，获得一高度透气性；

--采用具有足够小的间隙，获得最小的渗透性。

这三个要求之间彼此抵触，吹气塞是这三种性能的一个折衷方案。

德国专利说明书DE19610578公开了一种吹气塞，它包括一外部主体，在其上部具有一截去顶端的锥形空腔，在其中部是一圆筒形的、扩大的空腔，在下部是一圆筒形喷管。这些空腔相互连接，从而允许具有特定压力的气体从一个端面流向另一端面。在这些空腔内，按照上述的顺序，一截去顶端的锥体、一活塞和一设有开口的管状活塞杆可移动地组装成一装置。该锥体通过一外部压力弹簧预拉紧到一封闭位置，该弹簧和从吹气塞伸出的自由活塞杆端部连接。当具有一足够压力的气体(为了抵消弹簧的弹力和冶金上的压力)穿过一供气管被供给并经过活塞杆流到该扩大的空腔，该活塞顶起该锥体，从而该锥形空腔和该锥体之间的间隙被打开。然后气体能够围绕活塞流动并穿过间隙进入熔化液。

这种结构的缺点如下：

--由于吹气塞一般用耐火材料铸造而成，该结构加工非常困难，通过铸造制造中间扩大的空腔(16)在技术上是困难的，因为在铸造中使用的模板难于去除

--该结构具有复杂的伸出部分(在吹气塞下面的弹簧悬挂装置)，因为它们遭受冲击或其他猛烈的操作而易于断裂，这在炼钢厂的环境中是不方便的。

--制造弹簧悬挂装置是昂贵的。

--吹气塞会逐渐磨损，当其向下磨损到扩大的空腔(16)时，发生吹气塞的穿透，钢水流过钢水包的底部，带来灾难性的结果。因此使该吹气塞不能磨损到这种程度是很重要的。为了确定该吹气塞已经磨损到何种程度，需要先进的设备。

建立在具有一可移动的主体和一固定的主体的吹气塞之上且气体流过一环形间隙的另一专利是US-A4470582。

使这种结构不同于上述德国专利中的结构的主要方面是，压力弹簧被一杠杆机构替换了，该杠杆机构通过一液压缸被预加载。

该结构的缺点如下：

--因为它的形状复杂，制造代价非常昂贵；

--通过一外部的阀来控制气流，该阀通过引导可移动的主体上下运动而分别打开和关闭该环形间隙。缺点是需要外部的控制装置，这会占用空间，在炼钢厂的环境中是不便的，它易于受到外力而损坏。

--象上述的德国专利中的那样，吹气塞被磨损，会带来上面指出的同样的结果。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有间隙的吹气塞，间隙的宽度是施加的气压的函数，并且易于加工，制造成本低。

本发明的另一目的是提供一种具有可调间隙的吹气塞，该间隙不需要复杂的机构，并且不存在任何伸出的部件。

再一目的是提供一种可靠的吹气塞，在穿透发生之前，其被或多或少地充分地磨损。

按照本发明，采用以介绍的方式提到的吹气塞，可以实现这些目的。该吹气塞的特征在于，该陶瓷体包括：一外部的、基本上为套筒形的主体部分和一内部的、截去顶端的锥形主体部分；在它们之间设置所述的间隙，内部主体部分相对外部主体部分是可移动的，并通过一弹性装置沿着朝向熔化液的方向被预拉紧，以便关闭该间隙；一供气管与外端面之下的空间连接，以便打开该间隙。

根据从属权利要求中指出的特征，本发明的进一步改进是显然的。

附图说明

现在参考附图，通过例子来描述本发明的优选实施例。

图1是装有吹气塞的钢水包的底部的示意性正视剖面图；

图2是按照本发明具有关闭的气流间隙的吹气塞的正视剖视图；

图3示出了根据图2的吹气塞，它具有打开的气流间隙；

图4、图5、图6示出了吹气塞的底板的各种不同实施例；

图7示出了根据本发明的吹气塞的另一替换实施例。

具体实施方式

首先参考图1，其示意性地说明了一钢水包1的底部，钢水包1用于盛装熔化液2，通常是金属的熔化液，比如钢水。多个可更换的吹气塞4通过本身公知的安装装置，如附图标记5所示，被按照通常的方式可拆卸地安装到钢水包的底部3上。供气管6连接到每一吹气塞4上。所有这些都是现有技术，所以也不需要任何进一步的解释。

现在参考图2和图3，其中表示出了根据本发明的吹气塞的结构和功能。吹气塞4包括一外壳7。由于吹气塞4被用于钢水2，外壳7最好由钢制成，其被表示为具有截去顶端的锥形，锥形渐细端和钢水接触，参看图1，但是其也可以被颠倒过来，或者是圆柱形的(未示出)。一陶瓷体8被包装入外壳7内，并且最好沿着其整个长度被固定在外壳7上面，最好使陶瓷体8直接铸造在外壳内。

陶瓷体8本身被分为外部的、同心的、基本上为套筒形的主体部分9和内部的截去顶端的锥形主体部分11，外部的同心的、基本上为套筒形状的主体部分9具有截去顶端的锥形的内部空腔；所述的内部的截去顶端的锥形主体部分11完全地填满空腔。内部主体部分11是能移动的，其相对于外部主体部分9在纵向上是可位移的，在内外部之间具有一间隙12。当制造主体部分9和11时，通过铸造时将一预先形成截去顶端的锥形外壳部件的塑性薄片或塑性板同心地放入外壳7内，之后当耐火材料(陶瓷化合物)固化后再将其去除的方法，内部主体11可以被容易地成型且很好地适应于外部主体部分9并与其配合。另外，在铸造时，带螺纹的盲孔13被形成或者带螺纹的衬套(threaded sleeve insert)被铸造在内部主体部分11的较大端面14内。

最好但不是必须地，外部主体部分9的较大端面15和上述的端面14位于一个水平上。同样的，主体9和11的较小端面16和17也相应地位于一个水平上。

通过作用在端面14上的一弹性的或弹力的装置，内部主体部分11相对于固定的外部主体部分9(参看图2)能够被向下位移，以及能被向上预拉紧从而关闭间隙12。

在该优选实施例中，一弹性底板18不透气地连接到外壳7上，并与陶瓷体8的外端面在此为端面14和15隔开一段距离，可以被加压的空间或空腔19，被限定在它们之间。该距离可以很小甚至在端面14和15限定的区域内不存在——只要在供给加压流体(吹进净化气体)时能形成空腔19即可。一个供气管6被连接到底板18上，并被连接到使用吹进净化气体21对底板加压的空腔19。内部的主体部分11固定地连接到底板18上，例如，通过螺栓22或者其他合适的连接装置。通过底板18的预拉紧和/或吹进净化气体的压力，图2中的内部主体11被向上压到与外部主体部分9的内周边表面紧靠，从而使间隙12被保持关闭。

当需要吹进气体通过钢水包中的钢水时，气体被以高压输送到空间19。由于外部主体部分9的底面或端面15大于内部主体部分11的底面或端面14，引起底板18向外弯曲，参看图3，并且底板18一道拉动内部主体部分11，因此环形间隙12被打开，气体能够流入钢水。使用的压力越大，间隙打开的越大。当气流停止或者气压降低时，底板18弹回并推回内部主体11，从而完全关闭该间隙。这防止钢水渗透进入间隙12。这种新型吹气塞装置的结构，使得气流几乎不受任何限制而又没有任何的钢水渗进吹气塞内的间隙中成为可能。通过使间隙的尺寸随施加的压力而变化，可以实现这一点。

在图2和图3中，示出的底板18具有一致的厚度。然而，通过用具有特定弹性性能的底板18，控制气体压力对间隙宽度的作用是当然可能的。为此目的，除了使用各种不同厚度的底板，通过给定底板一个不均匀的厚度也可获得理想的弹性性能，该底板在从其周围朝向中心的方向上厚度具有变化。在图4中已经示出这样的一个例子。如图5所示，通过提供一均匀厚度的底板，使该底板带有垂直于底板连接在底板上的加强凸缘或加强筋23，它们最好在底板上径向地取向，并且呈现一不等的高度或厚度，也可能获得需要的弹性性能。自然地，为了获得需要的功能即获得不同的特定气压下的间隙12的宽度，上述的特征也可被合并在一起。

与上述这些方法兼容的获得底板需要的弹性性能的另一个不同方法是，使底板18弯曲，例如向内弯曲，如图6中所示。为此目的，使底板形成波浪形(未示出)也是可能的。

为了限制底板的挠曲，例如在极端高的气压下或者当间隙的宽度不允许超出一定的尺寸，比如0.5mm，给吹气塞配置一挠曲限制装置是合适的，例如图6中虚线所示的一个或多个梁杆部件24。每个梁杆部件24固定连接在外壳7(参看图6)上和/或固定到外部主体部分9(未示出)上。当然，上述的装置也可以是一个厚的、和普通的吹气塞底板比较基本上为刚性的底板。当需要时，可以在外壳的最外部分和挠曲限制装置(未示出)的末端之间使用连接装置。当使用上述的一挠曲限制装置时，在某些情况下，在所述的装置24和底板18之间再设置另一弹性装置是合适的(未示出)。

根据上述的内容，内部主体部分11的周边表面和外部主体9的内周边表面限定间隙12的形状。通常，间隙的横截面形状，即在垂直于吹气塞的纵轴线的平面(平行于底板的平面)内的间隙的形状最好是一圆或一椭圆。然而，间隙的横截面形状总体上是可选择的，比如一个三角形、正方形或多边形，或者星形，这是由于两个主体部分9和11可以被同时铸造，在它们之间设有一由具有选定横截面形状的塑性薄片或塑性板形成的分隔壳体部件，而在该化合物固化后，它可以被容易地除去。

为了获得特定的气流性能，比如加速通过吹气塞的气流的变化，形成具有截去顶端的锥形空腔的内部主体部分11也是可能的，一相应成形的截去顶端的锥形最里边主体部分25可位移地设置在该空腔内，参看图7。最里边的主体部分25用与上述内部主体部分11相同的方式工作，因为前者也被固定连接到底板18上，例如通过一螺栓26。因此通过上述的改进，底板的弹性性能可以被调节，参看图4和图5。根据上面描述的，在最里边的主体部分25和内部主体部分11之间的间隙27可以被设定为任意形状，间隙27最好用与间隙12相同的方式成形，也就是利用和外壳7中的上述壳体部件同轴设置的另一壳体部件。

应注意，每一可移动的主体部分11和25向上逐渐变细，即从外端面14、15向内端面16、17逐渐变细，在根据本发明的吹气塞的所示实施例中，该内端面靠近钢水。

使用根据本发明的吹气塞可以获得下述的性能：

--它易于制造(和现在市场上买到的吹气塞一样便宜)；

--完全避免钢水的渗入；

--压力/流速比可以适合各个不同用户的情况；

--可以获得一不受限制的气体流速。

本发明不限于上面描述的和附图所示的内容，在所附的权利要求限定的范围内，这些可以有所改变。

Claims (10)

1.一种吹气塞(4)，它适于可更换地安装到一钢水包(1)的底部(3)，用来吹进气体通过钢水包中的熔化液(2)，该吹气塞包括：一陶瓷体(8)，其具有至少一个在该陶瓷体两端面(14，15和16，17)之间延伸的贯穿间隙(12)；一包围该陶瓷体的外壳(7)，气体被送到陶瓷体的外端面(14，15)，以便以预定的压力流过所述的间隙(12)到达陶瓷体的内端面(16，17)并进入熔化液(2)，其特征在于：该陶瓷体(8)包括：一外部的、基本上为套筒形的主体部分(9)和一内部的、截去顶端的锥形主体部分(11)；在它们之间设置所述的间隙(12)，内部主体部分(11)相对外部主体部分(9)是可移动的，并通过一弹性装置(18)沿着朝向熔化液(2)的方向被预拉紧，以便关闭该间隙(12)；以及一供气管(6)，其与外端面(14，15)之下的空间(19)相连接，以便打开该间隙(12)。

2.如权利要求1所述的吹气塞(4)，其特征在于：一弹性底板(18)不透气地安装到外壳(7)上，并与该陶瓷体(8)的外端面(14，15)隔开一段距离，该空间(19)由壳体(7)、外端面(14，15)和底板(18)限定，并且该内部主体部分(11)连接到该底板(18)上。

3.如权利要求2所述的吹气塞(4)，其特征在于该底板(18)的厚度在从其外周朝向中心的方向上是变化的。

4.如权利要求2或3所述的吹气塞(4)，其特征在于该底板(18)设置有径向定向的加强凸缘。

5.如权利要求2-4中任一所述的吹气塞(4)，其特征在于该底板(18)是弯曲的。

6.如前述任一权利要求所述的吹气塞(4)，其特征在于该间隙(12)的横截面形状是一圆或椭圆。

7.如权利要求1-5中任一所述的吹气塞(4)，其特征在于该间隙(12)的横截面形状是三角形、正方形或多边形。

8.如权利要求2-7中任一所述的吹气塞(4)，其特征在于一限制底板(18)挠曲的装置(24)设置在所述空间(19)的外面，并与底板(18)隔开一段距离，并被连接到外部主体部分(9)和/或外壳(7)上。

9.如权利要求8所述的吹气塞(4)，其特征在于该限制装置(24)是一梁杆部件，其末端固定连接到外壳(7)上。

10.如权利要求8或9所述的吹气塞(4)，其特征在于一另外的弹性装置设置在该底板(18)和所述的限制装置(24)之间。

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