本發明涉及一種進入口配置，特別地但不僅限于一種能夠對容器中的熔融金屬進行攪拌的進入口配置。此外，本發明涉及一種此種進入口配置的成形方法。

背景技術：

參考圖1，例如在鋼的生產中，利用了bos（堿性氧煉鋼（basicoxygensteelmaking））工藝。在此種工藝中，批量的來自鼓風爐的熱金屬2在被稱為轉爐或bof（堿性氧氣轉爐）的容器4中轉化成鋼。氧氣通過多口噴槍6從上方吹入，目的是除去在加工中已經被引入到被加入至容器中的熱金屬和廢鋼中的雜質例如碳、硅和磷。隨著氧氣被引入，這會燃燒存在的碳，將混合物的碳含量從約4.5％降低到0.04-0.06％之間，并且提高容器溫度。通過氧的引進和碳的燃燒來形成一氧化碳和二氧化碳，容器中的混合物被攪拌。然而，隨著混合物的碳含量降低，一氧化碳和二氧化碳的量降低，因此減弱了混合效果。為此，采用風嘴8形式的進入口組件來將典型的惰性氣體注入熔融金屬中，以便攪拌熔融金屬是已知的。這維持了混合效果。通常地，風嘴延伸穿過bof的耐火內襯10、鋼包、脫氣裝置或中間包。采用更多的風嘴來確保適當量的氣體注入熔融金屬中以實現期望的脫碳、脫磷、混合物的均一和混合物溫度的均一的過程。

典型地，風嘴由不銹鋼形成并且具有穿過該風嘴的噴嘴，氣體能夠通過該噴嘴被注入到熔融金屬中。氣體通過噴嘴排出并且通入至金屬熔池中并且氣體通常形成線性路徑而不是有角度的或循環的路徑。

不同形式的風嘴或氣體注入設備已被設計來將氣體注入到熔融金屬中。us3645520描述了一種螺旋型噴槍，該螺旋型噴槍在熔融鋼的熔池的表面下方被引入來主要用于熔融金屬的脫碳。氣體在熔池中的熔融金屬的表面下方被吹入而不通過容器的耐火側壁。

另一已知的進入口配置是風嘴，其中鉆有多個穿過耐火材料的洞以形成孔，并且不銹鋼插入件被插入至所形成的孔中。導管的數量是可變的，并且通常可以在24和100之間，每個導管具有插入其中的不銹鋼管。

目前使用的另一種進入口配置如圖2所示。在這個附圖中，示出了被插入穿過耐火磚12中的孔的不銹鋼套管10的剖視圖。芯14被插入到該套筒10中，具有形成在具有峰和谷的外圍表面上的多個半圓形通道14，其中一旦芯被插入套筒10中，峰鄰接套筒10的內表面從而形成用于將氣體注入至容器中的多個獨立的通道14。芯14本身的自不銹鋼徑向向內的部分可以具有不同的芯材料。

已知的進入口組件例如插入有已知的不銹鋼插入件的風嘴存在重大問題。第一種現象是當通過通道14注入氣體時由于熔融金屬循環導致的反沖的影響。氣泡形成在通道14的遠端處，然后一旦達到平衡就會破裂。當它們這樣時，熔融金屬和殘留的小的額外的部分范圍的氣體被迫返回到與耐火磚的圍繞通道14的遠端的區域接觸。這發生的頻率可以是約7hz（每秒形成7個氣泡）。熔融金屬撞擊不銹鋼插入件，可以進入插入開口，并且可以被迫進入插入件和周圍耐火物質之間的界面中，導致對兩者的損壞。被迫回流的氣體可具有約400℃的溫度，并且熔融金屬可在1400-1700℃，因此在磚的圍繞通道14的遠端的區域處的溫度持續變化。這以及金屬沖擊導致耐火磚材料的磨損。增加注入的氣體的流速降低了頻率，但是同時每個沖擊更大，這意味著不利影響依然較大。

另一個問題來自注入氣體的冷卻效應。所注入的氣體導致氣泡周圍的區域的持續冷卻，這可導致熔融金屬在容器中圍繞該區域凝固。該固化的金屬連接到不銹鋼插入件。它可以是多孔的或可以是實心的，并且其效果是轉移或降低氣流的流速。當凝固的附著物在容器循環期間熔化或脫離時，圍繞通道14的遠端可能發生大量磨損，增加了由于每個氣泡形成而反復冷卻和加熱所引起的磨損，從而增加了磨損率。

這些效應難以控制。其程度和嚴重性取決于在組件的遠端處的耐火材料的特性以及不銹鋼插入物的存在。由于氣泡形成和容器過程循環，在風嘴的遠端區域中的耐火材料的熱循環引起熱機械損傷。

在已知的風嘴中用作犧牲材料的不銹鋼的另一個問題是不銹鋼中的鉻被引入到容器中的熔融金屬中而影響所生產的鋼的純度。

bof中風嘴的磨損可以每批次處理的循環中多達0.3-1mm并且其相關聯的溫度升高。

為了克服這些缺陷，在設定次數的循環之后，風嘴被封，且另一個孔被鉆通容器壁用于插入另一個不銹鋼套筒。這耗時、危險、并且也難以確保該孔被筆直地鉆穿單個磚而非自磚之間橫跨（cross）。這種橫跨引入了固有缺點和潛在的隨著不銹鋼磨損而增加磨損的點。

由于上述重大的不利影響，目前的風嘴使用壽命極短，這意味著通常風口可能在容器的800次加熱和冷卻循環之后已經被侵蝕到不可用狀態。本發明改進了這種循環。

本發明尋求通過提供一種能夠將氣體引入熔池中使得熔池中的材料具有良好的分散的進入口配置來克服現有技術的問題。此外，進入口配置的形式避免了材料積聚或侵蝕與容器中的熔融金屬連通的進入口配置的遠端，以便改善使用壽命。

技術實現要素：

根據本發明的第一個方面，提供了一種用于將氣體引入熔融金屬中以引起熔融金屬的攪拌的進入口配置，該進入口配置具有限定氣體流動路徑的縱向間隔的入口和出口，該進入口配置包括內部部件和外部部件，該內部部件形成具有外周緣的芯，該外部部件包括穿過其的孔，該孔具有圍繞內部部件的外周緣布置的內周緣，且具有由內部部件的外周緣和外部部件的內周緣之間的間隙限定的路徑，該裝置還包括跨越內部部件的外周緣和外部部件的內周緣之間的間隙的一個或多個橋，其中第一部件和第二部件由耐火材料形成。

該進入口配置可以被稱為攪拌裝置，因為氣體通過其被注入到容器中，通常包含熔融金屬，用于攪拌熔融金屬以助于熔融金屬的均質，并且還用于確保，典型地對于熔融鋼，使碳和磷的存在被最大化地減少。在生產其它金屬時，可以除去其它雜質。這種進入口配置也可以被稱為鋼鐵生產中的風嘴。

耐火材料是能夠承受高溫的一類技術陶瓷材料，高熔點結晶氧化物和非氧化物（例如碳化物）、碳和石墨、金屬添加劑以及其它材料例如瀝青和樹脂構成的復雜復合材料。這種定義可以在fruehanr.j.(主編)的themaking,shapingandtreatingofsteel–steelmakingandrefiningvolume(鋼鐵的制造、成型和處理——煉鋼和精煉卷)((11thed.)pittsburg(1998):theaisesteelfoundation)中的hubble,d.h.的steelplantrefractories（鋼鐵廠耐火材料）中找到。由于氣泡形成和容器過程循環，在靠近風嘴出口的遠端區域中的耐火材料的熱循環導致在已知系統中的熱機械損傷，然而這通過使用耐火材料用于內部部件和外部部件來緩解。

在出口處或鄰近出口處的內部部件和外部部件之間即未被橫向地提供有金屬部件，即在進入口組件的工作端/遠端處，也未優選地被縱向地提供為從進入口配置的大半縱向長度的出口延伸出。

外部部件有益地用耐火砌塊的形式。因此在安裝容器的工作襯的同時，該磚被安裝在容器中，并且將持久至容器本身的壽命。孔的周緣因此有益地是與耐火磚的其余部分相同的材料。

該進入口組件可以由整塊材料形成被成形為具有內部部件和外部部件的單個構件。

可替換地，內部部件和外部部件被成形為獨立的構件并且被結合在一起來形成該進入口組件。

無論該進入口組件被成形為單個構件或被由獨立的構件結合在一起，該進入口組件由耐火材料組成是有益的，并且有益地是芯和外面的耐火材料在制造過程中被壓制以增加密度，從而減少孔隙率。

內部部件和外部部件優選地被同軸地間隔開來使得間隙在橫向方向上基本是一致的。該間隙在橫向方向上在0.1mm至2mm的范圍內。此外，優選的間隔是0.8mm至1.2mm。該間隙優選地在進口和出口之間基本上保持恒定。該間隙優選地由一個環形限定，并且孔和芯優選為同軸的。該間隙優選地為芯和孔之間的徑向間隔。

內部部件的外周緣和外部部件的內周緣優選地朝出口向內形成錐形。這意味著芯的鄰近出口處斷裂的情況下，芯的斷掉的部分將不會進入到熔融材料中而在出口處留下易于增加故障的弧坑（crater）。錐度優選較小，并且可以在約1度和5度之間，優選地基本是3度。這小于已知系統中的錐度，意味著穿過該間隙的氣體的流速在整個進入口組件的總壽命期間基本上恒定。

孔的最大橫向寬度可以小于200mm，優選地小于100mm，優選地在60-80mm范圍內，并且優選地在70-72mm范圍內。應當理解，孔可以朝向出口形成錐形，并且因此孔的最大橫向寬度可以朝向出口減小。

該一個或多個橋優選地與芯一體成形。該一個或多個橋在制造期間自芯上被加工成是有益的。

該一個或多個橋優選地在縱軸上是非線性的。優選地，該一個或多個橋是螺旋的。這是有利的，因為其提供了內部部件和外部部件之間的良好接觸。該一個或多個橋優選地連續地延伸入口和出口之間的大半距離。這還確保了隨著該裝置隨時間磨損時的良好接觸。該大半距離意思是大于出口和鄰近的入口之間距離的50%，優選地是該出口和鄰近的入口之間的距離。

該一個或多個橋可以包括多個分離的橋。該橋可以是不同的形式例如圓形。該橋可以具有正方形的截面輪廓或矩形的截面輪廓。

耐火材料優選地是氧化鎂-碳基耐火材料。這種耐火材料可以是基于用瀝青或樹脂粘合的燒結鎂砂、熔融鎂砂或白云石，并且還包括碳含量高達24%的石墨和/或碳黑的添加劑。為了提高強度和保護碳不被燃盡，可以加入抗氧化劑（al，mg，碳化物）。

進入口組件已經用bos工藝的示例進行了描述，然而其也可以被安裝在轉爐、鋼包、其他鋼處理容器如脫氣器和中間包中以及被安裝在電弧爐的底部和dc（直流）電弧爐的底部。

碳在耐火材料中的百分重量優選地是10至30％，更優選地是12至20％。

耐火材料可以用柔性粘合劑形成。由回擊(back-attack)和冷卻效應的組合產生的熱機械應力導致耐火物質的剝落。因此，制成攪拌元件的材料必須具有良好的抗剝落性。這可以通過改變碳含量和/或提高對故障的應變來提高熱導率來實現。這種性質，有時稱為柔性，表示耐火物質承受熱機械應力的能力，其可以例如通過使用樹脂和瀝青的組合來改性粘合系統而得以改善。耐火材料優選地具有相對高的熱導率。

本發明允許更長的壽命并且允許在通過和離開裝置時由于氣體的流體動力學而提供更好的攪拌。當將氣體引入至熔融金屬的熔池中時，本發明減少了進入口組件的燒損或腐蝕。

并且根據本發明，存在一種制造用于將氣體引入熔融金屬中以引起熔融金屬的攪拌的進入口配置的方法，其包括提供由耐火材料形成的的內部部件以形成位于由耐火材料形成的外部部件內的具有外周緣的芯，該外部部件包括穿過其的具有內周緣的孔，該內部部件被放置為使得外部部件的內周緣圍繞內部部件的外周緣，內部部件的外周緣和外部部件的內周緣之間提供有間隙來限定氣體流動的路徑，并提供有跨越內部部件的外周緣和外部部件的內周緣之間的間隙的一個或多個橋。

該方法有益地包括將內部部件插入至外部部件中的步驟。應當理解，內部部件和外部部件可以被各自分別地形成，并且因此將內部部件被插入至外部部件中以提供進入口組件。有益的是，內部部件和外部部件形成干涉接合（interferenceengagement），其中所述橋確保內部部件的外周緣和外部部件的內周緣之間的間隙。這限定了穿過其的氣流的路徑。

該方法還優選地包括形成內部部件以包括內部部件的外周緣上的一個或多個橋的步驟。該方法優選地包括將所述一個或多個橋加工在內部部件中來有效地從成形材料中去除物質，以使該一個或多個橋突出于內部部件的外周緣。該加工可以通過例如cnc加工來完成。

該方法可以包括圍繞成型器形成外部部件并移除該成型器來形成孔的步驟。如先前所描述的，有益的是，內部部件和外部部件由耐火材料形成。外部部件有益地通過在成型器周圍壓制耐火材料以及隨后移除該成型器以形成孔來被成形。可以執行追加的加工以進一步定義孔的補充步驟。

可選地，該方法可以包括圍繞插入件形成內部部件和外部部件的步驟，該插入件限定了間隙，其中該插入件具有孔隙使得耐火材料可以穿過該孔隙，并加熱所成形的進入口組件以移除該插入件。

該插入件可以是通過熱解、蒸發或溶解在制造期間被除去的易消失的聚合物材料或纖維素材料的穿孔片。穿孔的分布和輪廓將是適于應用和制造方法的選擇問題。穿孔的形狀由此定義了橋的形狀。與這種形成進入口組件的方法相關的優點是，內部部件和外部部件能夠通過在插入件周圍使材料形成并隨后移除該插入件來被整體地成形。在進入口組件由耐火材料制成的情況下，耐火材料可以在插入件周圍被壓制，接著插入件可以被移除。

根據一個可選的方面，提供了一種用于將氣體引入熔融金屬的風嘴，該風嘴由至少兩個部分形成，該至少兩個部分包括內部部件和外部部件，該內部部件形成具有外周緣的芯，該外部部件被提供為在具有與內部部件的外周緣相鏡像對應的形狀的管，在內部部件和外部部件之間存在間隙，該間隙提供穿過風嘴的氣體的出口，其特征在于，具有跨越該內部部件和外部部件之間的間隙的一個或多個橋。優選地，外部部件被提供為環形管。然而，其他形狀的管也能夠使用。據設想，內部部分是實心芯，與外部部件內被同軸地間隔開，并且限定了內部部件和外部部件之間的基本均勻的環。據設想，外部部件具有約20cm至45cm的直徑，并且在內部部件和外部部件之間的環小于0.010cm。優選地，第一部件和第二部件由耐火材料形成。據設想，耐火材料具有相對高的熱導率。

附圖說明

現在本發明的實施例將通過例如僅參考下列附圖和示例以及如下列附圖和實施例中所說明的進行描述，其中：

圖1是一種本發明可以應用于其中的容器的示意性截面圖，并且特別地示意性地被表示為bof工藝；

圖2是一種包括本領域中已知的風嘴的進入口配置的示意性剖視圖；

圖3是根據本發明的示例性實施例的一種進入口配置的示意性側視圖、截面圖和端視圖；

圖4是與根據示例性實施例要求保護的一種進入口配置一起使用的第一內部部件和第二內部部件的示例性側視圖；

圖5是一種可以在進入口配置的制造過程中使用的插入件的示意性透視圖。

現參考圖3，示出了一種進入口配置20，在圖3a中呈現為側視圖，在圖3b中呈現為橫截面圖，并且在圖3c中被呈現為從遠端22處來觀察的端視圖。風嘴包括被同軸地間隔開的內部部件24和外部部件26，以限定內部部件24和外部部件26之間的基本上均勻的間隙28。內部部件24可以被稱為芯，并且外部部件26采用將被插入容器中且構成容器的組成部分的磚的形式。遠端22形成與容器的內容物接觸的接觸表面，并且相對的近端30自容器向外突出。近端30包括通向間隙28的入口32，間隙28限定用于使氣體能夠穿過遠端22處的出口34的氣體通路。一裝置36被提供來用于通過管38維持風嘴的近端30與氣體源的接合。

內部部件24可以包括形成芯的外表面的護套（sheath）并且可以用耐火材料填充滿，或有益地，芯其本身是非常耐火的材料，由此芯的外周邊由耐火材料形成。因此，在相對于風嘴的縱向長度的橫向方向上，在橫向平面中有益地不存在金屬部件。用于保持風嘴的近端的保持部件有益地由不銹鋼組成。

耐火材料通常地是用于熔融金屬的襯里容器中的典型材料，并且耐火材料理想地具有相對高的熱導率，這有助于延長風嘴的操作壽命。典型的耐火材料是具有添加劑例如抗氧化劑的用瀝青和/或樹脂粘合的鎂砂-碳和鎂砂-石墨。

內部部件24和外部部件26有益地被同軸地間隔開來使得間隙在橫向方向上基本一致。在橫向方向上的間隙有利地在0.1mm至2mm的范圍內。用于bof爐的典型范圍是0.8mm至1.2mm。這提供和確保了良好的流速能力。如果內部部件24和外部部件26由耐火材料構成，則表面粗糙度高于傳統不銹鋼風嘴并且因此流動面積有利地被增加至約160mm²。

外部部件26有益地是用于直接插入至容器的結構中的耐火磚的形式。孔被提供在外部部件26中，內部部件24被提供在該外部部件26中。因此外部部件26的外部尺寸可以根據風嘴在其中被使用的容器來改變。在示例性實施例中，該外部尺寸可以是約235mm×211mm。然而，應當理解，任何容器的基礎可以是彎曲的并且因此風嘴的截面的輪廓典型地不是方形而是梯形。這確保了外部部件26大體位于容器的結構中。

在示例性實施例中，內部部件或芯24的直徑是約70mm。這個近似直徑被提供在出口34處并且朝入口32向內地形成錐形，并且這個位置處的大概直徑是72mm。通過提供外部部件26的錐形的內周緣表面和內部部件24的相鏡像對應的錐形的外周緣表面，內部部件24的鄰近遠端22的任何斷裂將意味著內部部件24的斷裂部分不會斷裂和進入容器中而是被保持在外部部件26的孔內。這防止在容器的在風嘴位置處的內表面上形成深腔而導致的磨損增加。

有益地是，內部部件或芯24還是高度耐受鋼水和熔渣侵蝕的材料，通常地是由耐火材料例如氧化鎂（mxo）組成的實心芯，并且有益地與外部部件26相同。優選地，內部部件24和外部部件26兩者的耐火材料可以具有超過約6w/mk的相對高的熱導率。這種材料的示例是鎂砂-碳耐火物質。

內部部件24和外部部件26之間的間隙或環28通常相較本領域中已知的尺寸減小或更小。通過間隙的減小，可實現每個風嘴中氣體速度的增加。

參考圖3c，風嘴的遠端的平面圖被呈現示出風嘴的截面輪廓。可以看出，該輪廓并不是方形而是梯形以便被適當地容納在容器中。

本發明可以被合并在脫碳、脫磷和攪拌過程中作為經濟地提供執行該工藝必須的總氣體量的有效方式。此外，盡管涉及剛金屬熔池，本發明同樣地在其他金屬的熔池中有用。本發明顯著地提升了風嘴的壽命，大于煉鋼過程的現行方法中的典型的800次加熱循環。

參考圖4，呈現了內部部件24而沒有外部部件26并且示出了可以被采用的內部部件24的兩個示例性實施例。圖4a呈現了包括外周緣40和有益地與內部部件24被一體成形的多個基本上是圓形的橋42的第一實施例。在圖4a中，橋42自內部部件40的周緣向外地突出，并且當在外部部件26里面時，接合外部部件的內周緣。它們可以與外部部件的內周緣和內部部件的外周緣兩者一起被一體地形成。橋42提供了確保內部部件在外部部件內的穩定性以及在內部部件和外部部件之間的用于將氣體從風嘴的入口轉移至出口的流動路徑的雙重功能。

在圖4b和圖4c的透視圖中，一個或多個橋可以被提供并且被示出為自內部部件的外周緣突出的基本連續的突出部。該橋有益地螺旋圍繞內部部件的周緣表面并且提供與外部部件的內表面的強制接合（positiveengagement），并且在這個實施例中，氣體流動路徑也將是螺旋的。在這個實施例中，有利地，橋是基本上連續的意味著當內部部件經使用而磨損時，在任何磨損位置處在內部部件和外部部件之間總是存在強制接合。在一個實施例中，橋的寬度是約10mm并且在截面中基本上是矩形。

本發明的進入口配置可以根據特別要求而不同地制造。在一種制造方法中，芯有益地被提供為由周圍壓制有耐火材料的相對硬的材料例如金屬制成，該材料周圍壓制有耐火材料。該金屬芯隨后被移除而留下穿過耐火材料的孔。該孔被加工成指定的直徑并且有益地是錐形，其于是形成外部部件的內周表面。內部部件還通過壓制耐火材料來制造以形成截頂圓錐體來匹配外部部件的內周表面的表面形態。在其中例如圖4b中特別地示出了一個或多個橋42被加工。這個被加工的內部部件然后被插入至外部部件中使得橋42與外部部件的內周表面形成干涉接合（interferenceengagement）。

在可選的實施例中，如圖5中所呈現的，插入件50被放置在模具中，耐火材料在該模具周圍被壓制。耐火材料填充在插入件周圍的所有間隙。在成型期間，耐火材料穿過插入件52的孔隙并且在內部部件24和外部部件26之間形成橋42。橋42因此跨越環形間隙。風嘴然后可以被加熱至使插入件50熔化，從而僅橋被留下來跨越內部部件24和外部部件26之間的間隙。所使用的溫度典型地是450℃，在該溫度中塑料被燒掉而留下內部部件24和外部部件26之間的通過多個橋42來橋接的流動路徑。應當理解，根據流體穿過進入口配置所需的流動特性，橋42可以具有包括圓形、橢圓形或正方形的各種形式。

本發明的實施例僅通過示例的方式給出，并且應當理解，在不脫離由所附權利要求提供的保護范圍的情況下，本領域技術人員可以進行修改和變化。