本發明屬于功率超聲技術應用領域。尤其涉及一種用于鐵水預處理的氣流式超聲波聲源裝置。

背景技術：

采用鐵水預處理脫硫的方法，不僅能減輕高爐脫硫負擔和提高高爐生產率，而且能減輕轉爐煉鋼脫硫負擔甚至去掉脫硫環節。噴吹法是應用比較廣泛的一種鐵水脫硫技術，在噴吹法脫硫過程中，未來得及反應的鎂顆粒及輔助脫硫劑氧化鈣顆粒或包裹在氣泡內或裹挾在氣泡流區中隨之上升。但由于高溫下鎂的蒸汽壓高，生成的氣泡體積大，氣泡的上升速度快，使沒來得及反應的鎂顆粒和氧化鈣噴出鐵水液面，因此造成了含鎂氣泡和氧化鈣顆粒在鐵水中的停留時間過短。這不僅使脫硫效果變差，而且造成了脫硫劑的浪費。

為了提高脫硫效果和脫硫劑的利用率，需要將噴吹法中產生的氣泡進行微細化和分散化處理，而功率超聲是一種能有效微細化和分散氣泡的方法。功率超聲就是利用大功率、高強度超聲波來改變物質的性質與狀態的超聲應用領域。利用功率超聲來實現氣泡的微細化和分散，就是利用其已被人們廣泛認識的在液體中的分散效應。超聲分散具有振幅小、加速度大的特點。針對鐵水溫度高、鐵水包容量大的特點，為維持一定的比功率，需要輸入的超聲波功率就要很高。但使用傳統的變幅桿式超聲波裝置時，變幅桿在高溫鐵水中將無法承受高功率超聲波帶來的巨大應力，同時變幅桿如果出現任何微小缺損，都將極大地影響超聲波的輸入，所以對在鐵水中應用超聲波造成了很大的困難。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有技術的缺陷，旨在提供一種結構簡單、制作容易、操作方便，能夠很好地將超聲波導入鐵水的用于鐵水預處理的氣流式超聲波聲源裝置。

本發明目的的實現方式為，用于鐵水預處理的氣流式超聲波聲源裝置，內套管和外套管的上端固定有圓形頂板，圓形頂板和內套管間形成氣體諧振腔；錐形波導管對稱斜置，并固定于圓形頂板、內套管和外套管上，錐形波導管與氣體諧振腔連通，錐形波導管頂端安有哈特曼哨；緊貼外套管的外壁固定有環形聚氣罩，外套管均勻地開有多個導氣孔，與環形聚氣罩相對應位置上所開的導氣孔與環形聚氣罩相通；內、外套管間有環形擋氣板；環形擋氣板的位置位于與環形聚氣罩相通的透氣孔的上面，內、外套管和環形擋氣板圍成氣體外排通道；環形聚氣罩連有氣體收集系統接口；外套管外壁固定有吊耳。

使用本發明時，先通過系在吊耳上的吊運繩索、卷揚機將本發明吊至鐵水包上方，并將外套管下部懸浮于鐵水上部，但不能與鐵水接觸。定位準確后，采用高壓氣體由位于錐形波導管頂端的哈特曼哨生成高功率的超聲波，哈特曼哨產生的高功率超聲波由錐形波導管傳至氣體諧振腔，超聲波與氣體諧振腔中的氣體柱產生諧振，將高功率超聲波輸入到鐵水中。用于產生高功率超聲波的高壓氣體進入氣體外排通道，流經位于外套管壁上的導氣孔到達環形聚氣罩，最后通過氣體收集系統接口被收集系統回收。

本發明具有以下積極效果：

1、采用高壓氣體通過哈特曼哨產生超聲波，由于鋼鐵廠不缺乏高壓氣源，因而很好地解決了高壓氣體來源問題，降低了使用成本；

2、使用哈特曼哨產生超聲波，哈特曼哨結構簡單、造價低廉、安裝方便和產生的超聲波功率高；

3、使用斜置錐形波導管，使位于錐形管波導管頂端的哈特曼哨可以避開鐵水的高溫輻射，進而提高使用壽命；

4、超聲波通過位于鐵水上部諧振腔輸入鐵水，不直接接觸鐵水，使外套管和內套管不被鐵水侵蝕受損，從而延長使用壽命；同時可以防止鐵水粘附在外套管和內套管管壁對超聲波形成諧振產生不良影響；

5、提供的氣體外排通道可以順利將氣體及時排出，故可以防止氣體在氣體諧振腔內的超聲波衰減；

6、從氣體外排通道排出的氣體進入環形聚氣罩，最終通過氣體收集系統接口被收集系統回收，可實現氣體的循環利用，提高利用率。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為圖1的俯視結構示意圖；

圖3為圖1的A-A向剖視圖；

圖4為本發明的使用狀態示意圖。

具體實施方式

本發明的內、外套管上有圓形頂板，圓形頂板和內套管間形成氣體諧振腔，斜置錐形波導管與氣體諧振腔連通，錐形波導管頂端有哈特曼哨。外套管外有環形聚氣罩，外套管有導氣孔，導氣孔與環形聚氣罩相通；內、外套管間有環形擋氣板，內、外套管和環形擋氣板圍成氣體外排通道；環形聚氣罩連有氣體收集系統接口。

所述內、外套管的內徑為待預處理鐵水包包口直徑的0.15～0.25倍，外套管內徑與內套管外徑之差與內套管壁厚相等。

所述對稱地斜置錐形波導管的斜置角度為40～70°。所述錐形波導管的底端內徑為內套管內徑的0.35～0.45倍，頂端內徑為內套管內徑的0.2～0.3倍，錐形波導管的高度為內套管內徑的1.5～2倍。

所述外套管的高度為待預處理鐵水包高度的1.25～1.375倍，外套管下端與內套管下端間距為外套管高度的0.2～0.25倍。所述導氣孔的直徑為10～30mm、氣體收集系統接口的內徑為60～100mm。

所述內套管、外套管、錐形波導管、環形擋氣板、圓形頂板的壁厚為50～75mm。所述圓形頂板的外徑與外套管的外徑相同；環形擋氣板的內徑和外徑分別與內套管的外徑和外套管的內徑相等。

所述圓形頂板、錐形波導管、內套管、外套管、環形擋氣板、環形聚氣罩和氣體收集系統接口的材質為鋁鎂尖晶石耐火材料。所述吊耳和哈特曼哨的材質為鋼材質。

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的描述。

實施例1、參照圖1、2、3，本發明的內套管11和外套管12的上端固定有圓形頂板2，圓形頂板2和內套管11間形成氣體諧振腔9。錐形波導管4對稱斜置，并固定于圓形頂板2、內套管11和外套管12上。

錐形波導管4與氣體諧振腔9連通，錐形波導管頂端安有哈特曼哨3。采用本發明，高壓氣體通過哈特曼哨產生超聲波，由于鋼鐵廠不缺乏高壓氣源，因而很好地解決了高壓氣體來源問題，降低了使用成本；同時，哈特曼哨結構簡單、造價低廉、安裝方便，產生的超聲波功率高。哈特曼哨位于錐形管波導管頂端，可以避開鐵水的高溫輻射，進而提高使用壽命。

緊貼外套管12的外壁固定有環形聚氣罩6，外套管12均勻地開有多個導氣孔8，與環形聚氣罩相對應位置上所開的導氣孔與環形聚氣罩相通。內、外套管間有環形擋氣板5；與環形聚氣罩相對應位置上所開的導氣孔與環形聚氣罩相通。內、外套管和環形擋氣板圍成氣體外排通道10。環形聚氣罩6連有氣體收集系統接口7。外套管外壁固定有吊耳1。

所述對稱地斜置錐形波導管4的斜置角度為40～55°。所述錐形波導管的底端內徑為內套管內徑的0.35～0.4倍，頂端內徑為內套管內徑的0.2～0.25倍，錐形波導管的高度為內套管內徑的1.5～1.75倍。

所述內套管11的內徑為待預處理鐵水包13包口直徑的0.15～0.2倍。外套管12內徑與內套管11外徑之差與內套管壁厚相等。所述外套管12的高度為待預處理鐵水包高度的1.25～1.375倍，外套管下端與內套管下端間距為外套管高度的0.2～0.225倍。所述導氣孔的直徑為10～20mm、氣體收集系統接口的內徑為60～80mm。

所述內套管11、外套管12、錐形波導管4、環形擋氣板5、圓形頂板2的壁厚為50～75mm。所述圓形頂板的外徑與外套管的外徑相同；環形擋氣板的內徑和外徑分別與內套管的外徑和外套管的內徑相等。

所述圓形頂板2、錐形波導管4、內套管11、外套管12、環形擋氣板5、環形聚氣罩6和氣體收集系統接口7的材質為鋁鎂尖晶石耐火材料。所述吊耳1和哈特曼哨4的材質為鋼材質。

參照圖4，使用本發明時，先通過系在吊耳1上的吊運繩索16、卷揚機將本發明吊至鐵水包13上方，并將外套管12下部懸浮于鐵水上面，使外套管12下端懸浮于鐵水上面距離為外套管12下端與內套管11下端間距的0.2～0.225倍。定位準確后，采用高壓氣體由位于錐形波導管頂端的哈特曼哨3生成高功率的超聲波，哈特曼哨產生的高功率超聲波由錐形波導管4傳至氣體諧振腔9，超聲波與氣體諧振腔中的氣體柱產生諧振；最后將高功率超聲波輸入到鐵水14中。用于產生高功率超聲波的高壓氣體進入氣體外排通道10，流經位于外套管12壁上的導氣孔8到達環形聚氣罩6，最后通過氣體收集系統接口7被收集系統回收。

實施例2，結構及使用方法同實施例1，不同的是，各部件的技術參數，具體如下：

所述對稱地斜置錐形波導管4的斜置角度為55～70°。所述錐形波導管的底端內徑為內套管內徑的0.4～0.45倍，頂端內徑為內套管內徑的0.25～0.3倍，錐形波導管的高度為內套管內徑的1.75～2倍。

所述內套管11的內徑為待預處理鐵水包13包口直徑的0.2～0.25倍。所述外套管12的高度為待預處理鐵水包高度的1.375～1.5倍，外套管下端與內套管下端間距為外套管高度的0.225～0.25倍。所述導氣孔的直徑為20～30mm、氣體收集系統接口的內徑為80～100mm。

所述內套管11、外套管12、錐形波導管4、環形擋氣板5、圓形頂板2的壁厚為75～100mm。