專利名稱：用于冷卻吹風噴槍的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于冷卻吹風噴槍的方法，為了處理在冶金容器中存在的液態(tài)金屬熔體，特別是任選地置于真空中的RH容器之中的鋼，和/或為了加熱金屬熔體(任選地在真空中)，可以借助于提升裝置將該吹風噴槍放入容器內(nèi)部和從容器內(nèi)部取出，該吹風噴槍具有至少一個用于引導氣體特別是氧氣的內(nèi)部導管，此內(nèi)部導管帶有一個用于將氣體吹至金屬熔體之上的頂端噴槍嘴，和具有在其整個長度內(nèi)延伸的用于引導通過冷卻介質(zhì)的冷卻套，該冷卻套設計成雙壁的、具有內(nèi)部和外部冷卻通道的并在頂端區(qū)域內(nèi)帶有轉(zhuǎn)向管的套管，其中將冶金容器與真空泵相連以便降低壓力。
此外，本發(fā)明還涉及用于實施上述方法的裝置，該裝置具有一個冶金容器，借助于提升裝置可以將吹風噴槍放入該容器內(nèi)部和從該容器內(nèi)部取出，該吹風噴槍具有至少一個帶有頂端噴槍嘴的內(nèi)部導管和具有由內(nèi)部冷卻通道和外部冷卻通道組成的冷卻套，此內(nèi)部冷卻通道和外部冷卻通道通過轉(zhuǎn)向管相連，該裝置還具有一個泵，借助于此泵可以通過真空連接管將冶金容器抽成真空。
前述類型的吹風噴槍原則上根據(jù)現(xiàn)有技術是已知的。在將氣體或固體吹至鋼熔體之上的期間，一般使用水作為冷卻介質(zhì)，水在壓力作用下以很大的流量一直沖洗入噴槍頭中。特別是在輻射至噴槍頭端面上的位于熔液表面之上的灼傷區(qū)(Brennfleck)中出現(xiàn)極高的溫度，這在噴槍頭上導致逐漸的磨損和/或裂紋形成，由此在噴槍頭中存在的冷卻室的壁厚變得更薄，直至室壁變軟而導致冷卻室出現(xiàn)破裂這樣的結(jié)果。從而使流出的水蒸發(fā)而超過真空泵的抽吸功率，并導致在容器中爆發(fā)式地產(chǎn)生過壓。
為了一方面避免水貫穿處于工作位置的吹風噴槍的危險，和另一方面強烈冷卻噴槍，在將吹風噴槍浸入熔體中的另一種方法中，即在DE 35 43 836 C2中提議用兩個交替使用的吹風噴槍進行工作，這些吹風噴槍不僅可以用涼氣還可以用冷卻水進行冷卻。在這兩個吹風噴槍中，只有正好位于吹風位置的和浸入熔體中的吹風噴槍用冷卻空氣進行冷卻，而正好位于熔體之外的吹風噴槍用冷卻水進行強烈冷卻。然而，交替使用兩個吹風噴槍是比較昂貴的。因此，對于用水冷卻的吹風噴槍，在DE 199 48 187 C2中提出，它由與噴槍頭壁導熱接觸布置的溫度傳感器所記錄的溫度通過水冷卻和/或氧氣供給和/或添加助熔劑和/或噴槍頭離熔融池的距離來調(diào)節(jié)。
但是，由此并未消除與吹風噴槍的水冷卻相關的缺點，即在噴槍的冷卻套的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)缺陷(破裂或裂紋)，和由此引起水進入位于容器中的熱金屬熔體之上的反應室中，這會導致釋放出的水瞬間和強烈地膨脹成水蒸氣，和可能導致裂解出氫氣(H2)。特別是在只具有很小空余容器體積的RH容器中，在直至1800℃的容器內(nèi)部溫度下面臨著巨大的風險。也就是說，用根據(jù)現(xiàn)有技術可使用的真空泵只能抽吸出小部分循環(huán)經(jīng)過噴槍的、流量為30m3/h-50m3/h的冷卻水，其中根據(jù)前述冷卻水數(shù)量，抽吸功率對在穿孔情況下存在的蒸汽數(shù)量的比值為1∶20-1∶100。兩個浸入液態(tài)鋼中的潛水管在RH容器中由于設備的原因形成一個虹吸管型封閉裝置，因為不可能引入降壓口(Expansionsklappen)，所以該封閉裝置可能用作僅有的壓力平衡口。當將不幸的情況聯(lián)結(jié)在一起時，應當考慮到在通過RH容器中的有缺陷的氧氣噴槍的水侵入時隨后將以大約14×105Pa的膨脹壓膨脹。在2×107Pa/s的爆發(fā)速度和通過存在的潛水管進行降壓的情況下，必然會將大量的液態(tài)鋼拋向設備周圍。
本發(fā)明的任務是，進一步開發(fā)出如下的、開頭提及類型的方法，即在噴槍的冷卻套泄漏的情況下防止前述的缺點，以及由此增加操作人員的安全性和保護整個設備。這也相應地適用于待進一步改進的裝置。
前述目的通過根據(jù)權利要求1的方法而實現(xiàn)。第一項措施是使用氣體作為冷卻介質(zhì)，由此劇烈減少了冷卻介質(zhì)在噴槍缺陷處釋放的數(shù)量。所進行的計算表明，當在RH容器中以1-2×104Pa的壓力進行氧氣吹送過程時，1000kg/h的冷卻蒸汽流量就足夠了，和當以70Pa-4×103Pa的壓力進行VCD操作時，360kg/h的冷卻蒸汽流量是足夠的。該與水冷卻相比較小的蒸汽數(shù)量可以毫無困難地在噴槍裂紋或噴槍破裂時由真空泵抽吸走，從而在此不會出現(xiàn)容器內(nèi)的危險的膨脹。(真空)泵的抽吸功率對存在的蒸汽數(shù)量的比值為大約2∶1-6∶1，由此通過潛水管可有效地避免由于膨脹的壓力產(chǎn)生。另一項本發(fā)明的措施是瞬時可供利用的泵的抽吸功率調(diào)節(jié)用作冷卻介質(zhì)的氣體的流量。如果泵的抽吸功率下降，或者抽吸功率由于其他原因而是低的或較低的，那么便相應地減小冷卻氣體流量，以形成≥1的足夠的泵的抽吸功率對在損傷情況下待抽吸走的冷卻氣體數(shù)量的比值。
進一步改進描述于權利要求2-8中。
根據(jù)該方法的進一步改進，瞬時可供利用的泵的抽吸功率附加地調(diào)節(jié)噴槍推進，其中優(yōu)選在測量到用于噴槍冷卻而輸入和輸出的氣體數(shù)量之間的差異時立即停止噴槍推進和氣體供給。第一項措施用于防止當靠近熔液液面時由強烈的溫度升高而造成的噴槍的進一步損壞。另一項措施導致只有當時存在于噴槍的冷卻套之中的氣體數(shù)量能夠泄出。
優(yōu)選使用過熱的水蒸氣，特別是過熱20℃-50℃的水蒸氣作為冷卻介質(zhì)。在待輸送的流量方面，用水蒸氣冷卻也和各種其他根據(jù)現(xiàn)有技術已知的冷卻氣體，此處特別是氮氣和氬氣一樣。由于對于冷卻所需的更小的流量，還可以將冷卻通道的寬度減到最小。
根據(jù)本發(fā)明的另一種布置，在吹送氧氣的同時將冷卻介質(zhì)導入內(nèi)部冷卻通道并通過外部冷卻通道排出。由此保證，在作為冷卻介質(zhì)導入的過熱水蒸氣于外部冷卻通道區(qū)域內(nèi)進行最大熱吸收之后，緊接著將水蒸氣再次從噴槍中引出。此外還有這樣的優(yōu)點，即通過內(nèi)部導管輸入的氧氣由于沿著內(nèi)部導管流動的水蒸氣數(shù)量而得到逐漸加熱，并就這點而言可以以已經(jīng)加熱的狀態(tài)被吹送到容器中存在的鋼熔體上。因此，獲得液態(tài)鋼的更小的溫度損失、在待通過吹送氧氣而進行的脫碳時的更強烈的碳反應、在化學加熱時的更強烈的鋁反應以及經(jīng)改善的氧效率，最后還有更小的氧消耗量。
此外對于噴槍在VCD操作的處理階段之間處于上部停止位置的情況，考慮將水蒸氣輸入冷卻套的外部冷卻通道中，并在進行頂端轉(zhuǎn)向之后通過內(nèi)部冷卻通道而排出。在此，如果噴槍的環(huán)境溫度比氧氣吹送操作時更低，那么通過將水蒸氣引入冷卻套可保證水蒸氣首先加熱外部冷卻通道的區(qū)域，從而避免了水蒸氣的冷卻，和因此避免了隨之出現(xiàn)的在冷卻通道區(qū)域內(nèi)的冷凝物形成。
為了在不同的噴槍位置和操作條件的情況下避免冷卻套的過熱和優(yōu)化所需的冷卻介質(zhì)數(shù)量，根據(jù)本發(fā)明的另一種布置設想，依賴于在噴槍的外套上測得的溫度和/或瞬時的噴槍位置來調(diào)節(jié)待導入冷卻套中的冷卻介質(zhì)特別是水蒸氣的數(shù)量。
為了避免在噴槍的項端區(qū)域中出現(xiàn)冷凝物的形成，優(yōu)選將噴槍放入已經(jīng)加熱的冶金容器中，隨后才接通蒸汽冷卻，通過此方式而在起動運行時首先無冷卻地對噴槍進行預熱。
在使用水蒸氣時，優(yōu)選地引入壓力至少為7×105Pa和溫度為160℃-210℃的水蒸氣作為冷卻劑。
此外該任務進一步通過根據(jù)權利要求9的裝置而得以實現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明，該裝置的特征在于，根據(jù)瞬時的噴槍位置、可供利用的真空泵的抽吸功率和噴槍外壁溫度，通過用于調(diào)節(jié)用作冷卻介質(zhì)的氣體流量的調(diào)節(jié)單元來調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的流量。優(yōu)選地，還通過該調(diào)節(jié)單元來調(diào)節(jié)噴槍推進。
為了更好地測量噴槍的溫度負荷和由此測量重要的磨損影響，在吹風噴槍頭和吹風噴槍外套上以縱軸方向的不同間距布置與調(diào)節(jié)單元相連的測量用傳感器。根據(jù)所測得的溫度，可以通過調(diào)節(jié)單元來增加或減少冷卻介質(zhì)的流量。為了避免在處于噴槍頭的區(qū)域內(nèi)的冷卻通道之中形成冷凝物，優(yōu)選地設置冷凝物分離器，冷卻介質(zhì)在進入吹風噴槍的冷卻通道之前先通過此冷凝物分離器。
如果外部冷卻套管的朝向冷卻通道的內(nèi)表面具有徑向突出于冷卻通道中的肋，就可以確保更好地散熱。
優(yōu)選地，噴槍嘴做成Laval噴嘴的形式。
本發(fā)明的其他優(yōu)點和實施例描述于附圖之中。附圖顯示

圖1吹風噴槍的示意性橫剖視圖，圖2沿圖1中的線II-II剖開的圖1的噴槍，圖3RH容器連同駛?cè)氲陌刂茊卧趦?nèi)的噴槍的橫剖視圖，其以示意圖表示，圖4-7具有不同的噴槍位置或者說處于不同的工作狀態(tài)的RH容器的相應橫截面，和圖8-11在圖4-7的工藝條件下計算出的溫度的各個時間-溫度曲線圖。
原則上根據(jù)現(xiàn)有技術已知的噴槍10具有一個內(nèi)部導管11，該導管在頂端終止于作為噴槍嘴12的噴嘴20，優(yōu)選為Laval噴嘴。通過該導管11能夠輸入氣體，特別是氧氣。導管11被具有外部管狀冷卻套管13a的冷卻套13所圍繞，該冷卻套的內(nèi)部空間被插入的轉(zhuǎn)向管14分隔為包圍內(nèi)部導管11的內(nèi)部冷卻通道15和外部冷卻通道16。轉(zhuǎn)向管14在噴槍10的頂端區(qū)域內(nèi)沒有達到噴嘴20，因此得到轉(zhuǎn)向區(qū)域17，它在此作為內(nèi)部冷卻通道15和外部冷卻通道16之間的連接。兩個冷卻通道15和16之中的每一個在噴槍的腳端連接在配設的開口18上，該開口根據(jù)所希望的冷卻介質(zhì)流向切換為進口或出口。
如圖2所示，為了改善向流過冷卻套的冷卻介質(zhì)的熱傳遞，外部冷卻套管13a的朝向冷卻通道16的內(nèi)表面具有徑向突出于冷卻通道16中的肋19。
為了冷卻處于其可能的工作狀態(tài)(稍后再探討)的噴槍，可通過冷卻套13的冷卻通道15和16輸入冷卻氣體，優(yōu)選為過熱20℃-50℃左右的水蒸氣。
為了避免在噴槍的冷卻套的冷卻通道中形成冷凝物，可以設置一個涉及內(nèi)部冷卻通道15或外部冷卻通道16的進氣的交叉連接以用于輸入和輸出水蒸氣。如此，例如當在氧氣吹送操作中出現(xiàn)最高噴槍熱負荷時，通過與內(nèi)部冷卻通道15相連的開口18進行冷卻蒸汽的輸入，以使水蒸氣沿著內(nèi)部導管11流至冷卻套13的轉(zhuǎn)向區(qū)域17，并由此出發(fā)通過外部冷卻通道16而排出，此外部冷卻通道16通過管狀冷卻套13而與圍繞噴槍的容器的反應室接觸。與之相反，噴槍在各個批次的處理階段之間時處于上部停止位置，因此得到明顯更小的對于外部冷卻套13的熱影響。在這種情況下，首先將水蒸氣吹入外部冷卻通道16中。水蒸氣通過內(nèi)部冷卻通道15和其頂側(cè)出氣口18排出。這相應地也適用于VCD操作的情況。
這同樣適用于起動運行，即在冷的噴槍的情況下，首先將噴槍10無蒸汽冷卻地駛?cè)肴萜?00中以預熱噴槍。因此，在預熱噴槍之后才接通蒸汽冷卻。
正如可在單獨的圖3中獲知的，將具有其潛水管21的冶金容器200放置入注入于鋼水包23中的金屬熔體29之中。通過連接管22并借助于泵30將處理容器200抽成真空。與泵30一樣，也將噴槍驅(qū)動器24與調(diào)節(jié)單元27相連。為了確定瞬時的噴槍位置設置編碼器(Encoder)25。
同樣地，在噴槍外套上以縱軸方向的不同間距以及在噴槍嘴上布置溫度傳感器，在圖3中只畫出了其中的溫度傳感器26。同樣地將由該傳感器以及其他溫度傳感器測得的溫度傳送給調(diào)節(jié)單元27。調(diào)節(jié)單元27根據(jù)泵30的抽吸功率以及由存在的溫度傳感器所測得的溫度通過調(diào)節(jié)器28來調(diào)節(jié)引入的冷卻氣體數(shù)量。沒有單獨畫出流量計，其可測定引入以及引出的冷卻蒸汽數(shù)量，和在出現(xiàn)作為存在漏損的標志的可能偏差時向調(diào)節(jié)單元27發(fā)送信號。在漏損的情況下，停止進一步導入冷卻氣體以及噴槍推進，或者開始將噴槍從容器200中取出。
圖4顯示了放進容器200中的噴槍。在所描述的狀態(tài)下，在容器內(nèi)部存在著正常壓力，即泵30不工作。不論是導管11還是冷卻通道15和16在開始時都不進氣。在這樣的前提下，在一具體的應用情況中，容器內(nèi)部溫度T1為1500℃。在圖8中，可獲知在此于第一個2分鐘內(nèi)在噴槍上測得的溫度T1、T2、T3和T4。在具體的應用情況中，在噴槍的頂側(cè)上測得溫度上升至1060℃。如果在2分鐘之后，通過在7×105PA下輸入溫度為160℃的水蒸氣來開始進行蒸汽冷卻，那么在噴槍頭上測得的溫度T1和T2分別降至260和215℃。此時，通過冷卻通道15和16輸送的蒸汽數(shù)量為大約179kg/h。
圖5顯示了在氧氣吹送操作過程中的噴槍10。在容器內(nèi)部存在2×104Pa的壓力和1800℃的溫度Ti。通過導管11以例如1000Nm3/h的數(shù)量吹送氧氣。為了冷卻噴槍，在7×105PA的壓力下引入溫度為160℃的水蒸氣。從圖9中可獲知相應的溫度變化T1、T2、T3、T4以及蒸汽流出溫度。
圖6顯示了在VCD過程中(即沒有通過導管11輸入氧氣)放入容器200中的噴槍。經(jīng)調(diào)整的容器內(nèi)部的壓力為70Pa-4×103Pa。噴槍用水蒸氣(7×105Pa，160℃)進行冷卻。容器內(nèi)部溫度Ti為1200℃，通過冷卻通道15和16輸送的蒸汽數(shù)量為360kg/h。從圖10中可獲知溫度T1至T4的變化以及蒸汽流出溫度TDa。所輸送的蒸汽數(shù)量為360kg/h。
圖7顯示了處于上部停止位置的噴槍。容器200以其潛水管浸入金屬熔體中。如可從圖11中獲知的，雖然輸入的水蒸氣流量為1464kg/h，但是所測得的噴槍溫度在短時間內(nèi)從20℃升高至160℃或200℃。
前面描述和研究的多種工作狀態(tài)表明，于在0.5×104-2×104PA的壓力下進行的氧氣吹送過程中，使用1000kg/h的冷卻蒸汽流量，和于在70Pa-4×103Pa的真空中進行的VCD操作過程中，使用360kg/h的冷卻蒸汽流量。與水冷卻相比，存在明顯更少的蒸汽數(shù)量，這些蒸汽能夠在噴槍有裂紋或噴槍破裂時毫無困難地由真空泵無危險地抽吸走，即此時在容器200的內(nèi)部不會出現(xiàn)危險的膨脹。
測得輸入的蒸汽數(shù)量和排出的蒸汽數(shù)量的差值(特別是有關輸入和輸出管道中的流量和壓力測量)表明緊接著將出現(xiàn)噴槍漏損。為了避免在噴槍位于上部位置時形成冷凝物，優(yōu)選地用相應的閥門開關來切換蒸汽流向。
權利要求
1.冷卻吹風噴槍的方法，為了處理在冶金容器中存在的液態(tài)金屬熔體，特別是任選地置于真空中的RH容器之中的鋼，和/或為了任選地在真空中加熱金屬熔體，可以借助于提升裝置將該吹風噴槍放入容器內(nèi)部和從容器內(nèi)部取出，該吹風噴槍具有至少一個用于引導氣體或固體，特別是氧氣的內(nèi)部導管，此內(nèi)部導管帶有一個用于將氣體吹至金屬熔體之上的頂端噴槍嘴，和具有在其整個長度內(nèi)延伸的用于引導通過冷卻介質(zhì)的冷卻套，該冷卻套設計成雙壁的、具有內(nèi)部和外部冷卻通道的并在頂端區(qū)域內(nèi)帶有轉(zhuǎn)向管的套管，其中將冶金容器與泵相連以便降低壓力，該方法的特征在于，瞬時可供利用的泵的抽吸功率限制用作冷卻介質(zhì)的氣體的最大流量。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，瞬時可供利用的泵的抽吸功率通過流量測量限制冷卻氣體的最大容許流量，并在超過最大容許流量時切斷冷卻氣流。
3.根據(jù)權利要求1或2的方法，其特征在于，優(yōu)選使用過熱20℃-50℃的過熱水蒸氣作為冷卻介質(zhì)。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項的方法，其特征在于，在氧氣吹送期間，將冷卻介質(zhì)導入內(nèi)部冷卻通道中，并通過外部冷卻通道導出。
5.根據(jù)權利要求1-4中任一項的方法，其特征在于，在吹風噴槍在處理階段之間調(diào)整到的上部停止位置時以及在VCD操作時，將冷卻介質(zhì)輸入外部冷卻通道中，并通過內(nèi)部冷卻通道導出。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一項的方法，其特征在于，根據(jù)在噴槍的外部套上測得的溫度和/或瞬時的噴槍位置來調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的流量。
7.根據(jù)權利要求1-6中任一項的方法，其特征在于，在起動運行時首先無冷卻地對噴槍進行預熱，在此過程中優(yōu)選地將噴槍放入已經(jīng)加熱的冶金容器中，隨后才接通蒸汽冷卻。
8.根據(jù)權利要求1-7中任一項的方法，其特征在于，輸入壓力為至少7×105Pa和溫度為160℃-210℃的水蒸氣作為冷卻劑。
9.實施根據(jù)權利要求1-8中任一項的方法的裝置，該裝置具有冶金容器(200)，在該冶金容器中借助于提升裝置(24)可將該吹風噴槍(10)放入容器內(nèi)部和從容器內(nèi)部取出，該吹風噴槍具有至少一個帶有頂端噴槍嘴(12)和冷卻套(13)的內(nèi)部導管(11)，此冷卻套由通過轉(zhuǎn)向管(14)相連的內(nèi)部冷卻通道(15)與外部冷卻通道(16)組成，該裝置還具有泵(30)，借助于此泵可以通過真空連接管(22)將冶金容器(200)抽成真空，該裝置的特征在于用于調(diào)節(jié)用作冷卻介質(zhì)的氣體流量的調(diào)節(jié)單元(27)，其中調(diào)節(jié)單元(27)根據(jù)瞬時的噴槍位置、真空泵的抽吸功率和測得的噴槍外壁溫度來調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的流量。
10.根據(jù)權利要求9的裝置，其特征在于，在吹風噴槍頭上和在吹風噴槍外套上以一定的縱軸方向的間距布置溫度傳感器，并與調(diào)節(jié)單元(27)相連。
11.根據(jù)權利要求9或10中任一項的裝置，其特征在于冷凝物分離器，冷卻介質(zhì)在進入冷卻通道(15，16)之前流過此冷凝物分離器。
12.根據(jù)權利要求9-11中任一項的裝置，其特征在于，外部冷卻套管(13a)的朝向冷卻通道(16)的內(nèi)表面具有徑向突出于冷卻通道(16)中的肋(19)。
13.根據(jù)權利要求9-12中任一項的裝置，其特征在于，噴槍嘴做成Laval噴嘴(20)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于冷卻吹風噴槍的方法，為了處理在冶金容器中存在的液態(tài)金屬熔體，特別是任選地置于真空中的RH容器之中的鋼，和/或為了加熱金屬熔體(任選地在真空中)，可以借助于提升裝置將該吹風噴槍放入容器內(nèi)部和從容器內(nèi)部取出，該吹風噴槍具有至少一個用于引導氣體特別是氧氣的內(nèi)部導管，此內(nèi)部導管帶有一個用于將氣體吹至金屬熔體之上的頂端噴槍嘴，和具有遍布噴槍全長的用于引導通過冷卻介質(zhì)的冷卻套，該冷卻套設計雙壁的、具有內(nèi)部和外部冷卻通道的并在頂端區(qū)域內(nèi)帶有轉(zhuǎn)向管的套管，其中將冶金容器與真空泵相連以便降低壓力。根據(jù)本發(fā)明，瞬時可供利用的泵的抽吸功率限制用作冷卻介質(zhì)的氣體的最大流量。
文檔編號F27D3/16GK1708591SQ200380102224
公開日2005年12月14日 申請日期2003年11月12日 優(yōu)先權日2002年11月16日
發(fā)明者A·魯文, A·薩克維柯茲, W·克馳爾, R·阿達莫夫 申請人:韋富克斯有限公司