CN1781626B - 冶金管道的底喷嘴和底喷嘴中通流的调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冶金管道底喷嘴中通流的调节，其具有设置在冶金管道底板上的上喷嘴和设置在上喷嘴之下的下喷嘴，至少有一惰性气体入口和传感器，传感器设置在下喷嘴之上或之内来检测喷嘴内堵塞的厚度，用传感器的测量信号调控进入底喷嘴的惰性气体供应。本发明还涉及冶金管道的底喷嘴，其具有设置在冶金管道底板上的上喷嘴和设置在上喷嘴之下的下喷嘴，喷嘴中通流开口的隔层至少要与熔融金属流相密闭，喷嘴至少部分地被气密屏蔽套环绕，屏蔽套气密地环绕在下喷嘴底端外周，其部分内壁与喷嘴的外部接触，在通流开口壁和屏蔽套之间有一隔热固体。

Description

冶金管道的底喷嘴和底喷嘴中通流的调节方法
技术领域
本发明涉及通过冶金管道的底喷嘴调节通流的方法。本发明特别涉及冶金管道的底喷嘴。 
背景技术
特别地，在炼钢时，金属是从中间包浇铸出来，如在一连铸车间，流经设置在中间包外壳底部的底喷嘴。通流时底喷嘴壁上有东西黏附的话会很不利，横截面的开口因此变小，流动性就受到影响。通常将惰性气体比如氩导入通流开口以防止壁面的粘附现象。然而，过量气体会降低钢的质量，比如，钢上形成空腔会导致卷钢时的表面缺陷。 
在WO2004/035249 A1中介绍了一种底喷嘴的材料。KR2003-0017154A或US2003/0116893 A1公开了一种有关冶金管道的底喷嘴，后一公开中，为了减少底喷嘴内壁的物质黏附(所谓的堵塞)，提到使用惰性气体，JP2187239也描述了相似的技术。WO01/56725 A1详细公开了一种调节气体供应的机制。根据日本公开号JP8290250，供应的气体是氮气。JP3193250公开了一种通过一一排列在底喷嘴上的数个温度传感器来帮助检测物质黏附或堵塞的方法。其他的JP2002210545，JP61206559，JP58061954和JP7290422也提到了往底喷嘴内导入惰性气体的方法。有些这样公开还提到，除了使用惰性气体，为了尽可能防止氧气进入，可以使用屏蔽套来环绕部分底喷嘴。有些公开比如JP8290250提到在这样的屏蔽套制造惰性气体局部超压。JP11170033公开了在底喷嘴一阀门周围环绕屏蔽套以避免氧气进入。根据上述公开文献，通过底喷嘴的金属熔体的通流是通过滑板来控制的，这些滑板在垂直于金属通流方向上滑动，从而可以关闭底喷嘴。另外一种可行的通流控制是所谓的堵塞条(也叫塞棒)，如JP2002143994中所述。 
韩国公开KR1020030054769A描述了一种环绕底喷嘴阀门的屏蔽套装置，屏蔽套中的气体用真空泵抽出。JP4270042描述了一种相似的屏蔽套。 在其他的上述公开中，屏蔽套里生成了非氧化性的空气环境，屏蔽套有一输送惰性气体的开口。JP61003653涉及另一种装置，其中的气体从部分环绕底喷嘴的屏蔽套中抽出，这样在屏蔽套中产生真空。 
发明内容
本发明的目的是进一步完善现有技术，用简单可靠的方式减少底喷嘴中堵塞物的黏附，同时不降低熔融或凝固金属的质量。 
根据本发明的冶金管道底喷嘴开口中金属熔体通流的调节方法，一上喷嘴设置在冶金管道的底板上，上喷嘴下有一下喷嘴，其中所述方法包括：引入惰性气体通过至少一惰性气体入口开口进入所述底喷嘴中的熔体通流开口，一温度传感器设置在下喷嘴之上或之内来检测喷嘴内金属堵塞的层厚度，用传感器的测量信号调控进入底喷嘴的惰性气体供应，其中，降低通流量和压力直到被测壁温下降速度超过冷却速度的预设阈值，和/或增加通流量和压力直到被测壁温下降速度低于冷却速度的预设阈值。 
特别地，从已有的惰性气体通流量或惰性气体压力开始，该通流量和(或)压力保持减少直到传感器发出堵塞增加的信号，或者(并且)该通流量和(或)压力保持增加直到传感器发出堵塞减少或者堵塞排出的信号。这样惰性气体的量可以减到最少，极少的惰性气体能够进入熔融金属并出现在金属成品(比如钢)中。该设置在下喷嘴之上或之内传感器最好是温度传感器。阻力传感器、诱导传感器、超声波探测器或者X光探测器可代替温度传感器用作测量工作。较佳的情况是，通流量和(或)压力降低直到被测壁温下降速度超过预设冷却速度的阈值，或者(并且)通流量和(或)压力升高直到被测壁温下降速度低于预设冷却速度的阈值。用一设置在上下喷嘴之间或上喷嘴之上的阀门来调节熔融金属流，这样特别有优势，其中前者使用一上下喷嘴之间的滑板，后者使用一塞棒。惰性气体导入底喷嘴通流开口的情况发生在上喷嘴之下比较好，氩是一较优选的惰性气体。 
根据本发明，冶金管道的底喷嘴有一设置在冶金管道底板上的上喷嘴和一设置在上喷嘴之下的下喷嘴。上喷嘴之下设置有至少一个连通惰性气体的惰性气体开口，一传感器，温度传感器为较佳，设置在下喷嘴之上或之外来检测喷嘴内堵塞的厚度，传感器与一惰性气体流量控制相连。至少 一个喷嘴有一合适的加热装置。合理情况是，在上喷嘴之上或之下设置一阀门(滑板或塞棒)来调节熔融金属流。 
本发明另涉及一冶金管道的底喷嘴，其中有一设置在冶金管道底板上的上喷嘴和一设置在上喷嘴之下的下喷嘴。该底喷嘴有一至少要与喷嘴通流开口中熔融金属流相密闭的隔层，该喷嘴至少部分地被气密屏蔽套环绕，这样屏蔽套就气密地环绕在下喷嘴底端外周，其部分内壁与喷嘴的外部接触，在通流开口壁和屏蔽套间有一隔热固体。术语：“至少部分地”意为喷嘴肯定不能被屏蔽套完全环绕，比如其出口部分。屏蔽套防止气体渗透，其有一上端一下端，两端之间气密。这种设置使底喷嘴有两个基本密封，即通流开口壁区域的熔融流密封以及远离通流开口的底喷嘴较冷区域的气密封。这样很少有耐温的材料能被用于气密。至于“气密”，这不是指绝对的气密，极小的气流比如低于10ml/s是可能的(小于1ml/s更佳，10-4数量级左右为最佳，这取决于密封/材料的种类和位置)，这比现有技术小至少一个数量级。气密(尤其是隔绝氧气)使得堵塞最小化。 
较佳地，屏蔽套要有多个屏蔽套部分，互相之间气密连接且最好是一个设置于另一个之上，至少一个屏蔽套部分气密地与上喷嘴和/或冶金管道底板连接，最好在上喷嘴和/或底板外侧上与其侧面部邻接。更佳的是，在上喷嘴之上或上下喷嘴之间设置阀门以调节熔融金属流。其中前者使用上下喷嘴之间的滑板，后者使用一塞棒。较佳地，在屏蔽套内或绝热材料内采用稳定吸气材料，特别是从钛、铝、镁或锆的成分组中选取。 
较佳地，至少部分屏蔽套形状是管状(中空的圆柱)或圆锥形，更佳地，具有椭圆或圆形的横截面。 
屏蔽套最好由钢制成，绝热材料最好含有氧化铝。至少一个喷嘴有一合适的加热装置。 
以下用附图配合实施例来解释本发明： 
附图说明
图1是采用本发明说述方法的底喷嘴， 
图2是一温度/压力图， 
图3是根据本发明密封的底喷嘴。 
图1所示的在盛钢液2的中间包底板上的底喷嘴具有一在底板1内的上喷嘴3。在该喷嘴3上设有一产生电化学反应即作为加热器的电极4。底板1有多层的耐火材料，其外是钢屏蔽套5。在上喷嘴3之下设置有一调节钢液流量的滑板6，再往下是向钢液容器8喷射熔融金属的下喷嘴7，该钢液容器可以属于钢的连铸的车间。钢液2流经开口9进入钢液容器8。一温度传感器10在下喷嘴外检测温度。当温度下降时，因为下喷嘴7外和流经的钢液2之间绝热增加，这意味着下喷嘴7中堵塞增加。温度传感器10和压力传感器11影响氩气供应的调节。氩气在压力调节12下通过惰性气体入口13进入金属熔体2。 
具体实施方式
图2表示压力/温度随时间变化的曲线。随着温度下降(粗线)，氩气压力梯级上升，于是流入通流开口的氩气就带出内壁上的堵塞。然后测得的外壁温度又上升直到一固定值，这样氩气压力/氩气流量能调节到最小同时预防或减少堵塞。 
图3所示的底喷嘴有一基本的两部分密封，即密封垫和屏蔽套14，密封垫密闭沿通流开口内部的熔融流，屏蔽套起到与外界保持气密的作用(在外界大气和开口通流之间)。每个密封件都被设置在明显低温的区域。屏蔽套14包括数个组成部分14a和14b且理论上延伸至金属套管15，金属套管包住上喷嘴3的外层且在一法兰盘16开口，上屏蔽套部分14b的外面气密地排列在法兰盘上。图中显示了不同的密封。所谓的1型密封17设置在滑板6相对的可移动组件之间，该型密封至少有局部暴露于熔融金属。2型密封18排列在底喷嘴1耐热组件之间，即比如在滑板6和上喷嘴3或者下喷嘴7之间。该2型密封18也至少有局部直接暴露于熔融金属或高温的液态钢。另外，底喷嘴1通流开口壁本身也是一种密封(3型密封)，其受材料选择的影响。上述密封理论上以各种材料出现，比如，他们可以由氧化铝制成。在其他材料中加一层高温玻璃能提高3型密封的效果。屏蔽套14外部形成一4型密封，其并不接触钢液或相似的高温。该密封由例如钢的金属或密致烧结的陶瓷材料构成。屏蔽套14的组件和通流控制器(比如滑板6的推杆20)移动组件之间设置有5型密封19，其不接触 液态钢，并且根据特定的温度条件，可含有镍铬铁耐热合金(高达800℃)、铝、铜或石墨(高达450℃)或一弹性材料(耐大约200℃高温)。另外，6型密封20设在在屏蔽套组件之间，7型密封21设置在上喷嘴3的耐火材料(或下喷嘴7)和屏蔽套14(或其外包裹的金属套15)之间作为一过渡，同时防止空气(特别是氧气)通过上述组件的结合区域渗透到屏蔽套组件14b和滑板6间的空腔22中。于是，在熔融金属2通过底喷嘴1时，该密封能保证空腔22中的压力比周围压力低。该7型密封能在喷嘴制造时预设。 
上喷嘴3可由二氧化锆制成，下喷嘴可由氧化铝制成，也可使用低密度、孔紧密的泡沫型氧化铝，同样也可使用氧化铝-石墨、其他耐火泡沫材料或纤维材料。吸氧材料比如钛、铝、镁、钇或锆，可作为同耐火绝热材料的混合物或作为一单独组件，设置在下喷嘴7的绝热材料中或下喷嘴7和屏蔽套组件14a之间。 
本发明所述底喷嘴的泄漏率比现有的***大大降低。1型和2型密封泄漏率为大约103-104，或102-103ml/s，标准材料制成的3型密封泄漏率是10-100ml/s。4型密封如果是用金属(比如钢)制成，其泄漏率低至可忽略的小于10-8ml/s。5型和6型密封如果是用聚合材料制成，其泄漏率为10-4ml/s，如果用相应的石墨密封，泄漏率低至1ml/s。7型密封类似于3型和4型密封的混合，其泄漏率为1-10ml/s。泄漏率与底喷嘴的操作状态有关。 
标准泄漏率(Nml/s)＝泄漏率(ml/s)×pavg/1atm×273K/Tavg
pavg＝(pin+pout)/2<atm> 
Tavg＝(Tin+Tout)/2<K> 
Avg＝平均值(average value) 
这样本发明所述的标准泄漏率的数量级为1-10Nml/s，1型、2型和3型密封的最佳状况是150Nml/s。 

Claims (9)

1.冶金管道底喷嘴开口中的金属熔体通流的调节方法，其具有设置在冶金管道底板(1)上的上喷嘴(3)和设置在上喷嘴(3)下面的下喷嘴(7)，所述方法包括：引入惰性气体通过至少一惰性气体入口开口(13)进入所述底喷嘴中的熔体通流开口，在所述下喷嘴(7)之上或之内设置一传感器(10)用来检测所述底喷嘴中金属堵塞的层厚度，并且用所述传感器(10)的测量信号调节进入所述底喷嘴的惰性气体供应，其中，设置在所述下喷嘴(7)的外壁之上或之内的一温度传感器用作所述传感器(10)，其特征在于：降低通流量和压力直到被测壁温下降速度超过冷却速度的预设阈值，和/或增加通流量和压力直到被测壁温下降速度低于冷却速度的预设阈值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述惰性气体的现有通流量或所述惰性气体的现有压力开始，所述调节步骤包括：减少该通流量和压力直到所述传感器(10)发出堵塞增加的信号，和/或增加该通流量和压力直到所述传感器(10)发出堵塞减少或者堵塞排出的信号。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用设置在所述上喷嘴(3)之上或之下的阀门(6)来调节金属熔体流量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述上喷嘴(3)下面将所述惰性气体导入所述底喷嘴的熔体通流开口的。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，氩用作所述惰性气体。
6.用于实施如权利要求1-5中任一项所述方法所用的冶金管道底喷嘴，其具有设置在冶金管道底板(1)中的上喷嘴(3)和设置在所述上喷嘴(3)之下的下喷嘴(7)，其特征在于，在所述上喷嘴(3)之下设置有至少一个连通惰性气体的惰性气体入口(13)，传感器(10)设置在所述下喷嘴(7)外壁上或内来检测喷嘴内金属堵塞的层厚度，所述传感器(10)与惰性气体流量控制器相连。
7.如权利要求6所述的底喷嘴，其特征在于，所述传感器(10)是温度传感器。
8.如权利要求6或7所述的底喷嘴，其特征在于，所述上喷嘴(3)和下喷嘴(7)中的至少一个具有加热装置。
9.如权利要求6所述的底喷嘴，其特征在于，用来调节熔融金属流的阀门(6)设置在所述上喷嘴(3)之上或之下。
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