专利名称：一种钢包精炼吹氩喷枪及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钢包精炼吹氩喷枪及其制备方法，具体地说是一种用于钢 水精炼吹氩用喷枪及其制备方法。
背景技术：
吹氩喷枪是炼钢精炼设备中一个重要组成部件，其使用寿命和搅拌效果对 钢种和质量均有直接影响。根据吹氩工艺可知，吹氩喷枪在间歇式使用过程中， 既要承受高温钢水和渣的冲刷、侵蚀，又要承受较大的温度骤变，故吹氩喷枪 应具备在高温机械性能好、体积稳定、不易剥落.抗侵蚀等特性。早期使用的 吹氩喷枪是袖砖组合式结构，即是沿钢管外径组装上多块袖砖，枪休袖砖留有 数条环缝。此结构的缺点有(1)钢水易从缝隙侵入而使吹氩枪损坏，(2)因 需要控制吹氢强度和吹氩时间，则降低了气体对钢液的搅拌效果。从材质来看， 高铝质袖砖在喷枪高温间歇式使用条件的交变热应力作用下易形成裂纹破损， 縮短了氩枪的使用寿命。针对袖砖组合式吹氩喷枪存在的问题，专利《钢包吹氩用整体式喷枪》，专利号ZL89205582.0公开了水泥结合浇注料整体式吹氩 喷枪，喷枪寿命显著提高、耐火材料消耗明显降低，此外，针对袖砖组合式单 喷孔垂直下吹结构存在喷吹气流集中，导致喷吹搅拌效果远小于钢包透气砖底 吹的问题，在喷枪端头侧壁布置2 3个喷吹口，达到改善喷吹气流集中引起 的搅拌效果差的目的，同时，喷枪可放置在钢包底上，降低喷吹过程喷枪摆动 引起的破损，达到进一步延长喷枪使用寿命的目的，然而，喷枪侧壁2—-3股
分散气流对钢水的均匀搅拌贡献有限；为此，专利《弥散型顶吹氩枪》，专利
号:ZL92230541.2，《炼钢的多孔吹氩枪》，专利号ZL95208930,0公开了两种 新型结构吹氩喷枪，以弥散透气喷头或多孔喷头取代传统的袖砖组合式单喷孔 结构，以弥散气流或多股气流的垂直喷吹方式改善单喷孔垂直喷吹的搅拌效 果，但因受喷枪断面尺寸的限制，喷头结构尺度较小，喷吹气流仍聚集上升， 导致对钢水的搅拌效果改善不突出。由于吹氩喷枪由金属枪芯与耐火浇注料枪 衬构成的复合体，金属材料与耐火浇注料之间热物理性能的差异，增大了喷枪 使用过程中结构应力，促进了喷枪的破损进程， 一定程度上影响了喷枪使用寿 命的提高。 .
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决喷枪使用寿命低、搅拌效果不好的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种钢包精炼吹 氩喷枪，包括法兰连接在一起的金属枪杆和喷枪本体，所述喷枪本体的下部设 有弥散型喷头，所述喷枪本体包括主管、增强管、若千搭桥焊接件、若干铆固 件和耐火材料工作衬，所述增强管套装在主管外，且主管与增强管之间均匀焊 接若千搭桥焊接件；增强管的外圆周面上覆盖有耐火材料工作衬，所述铆固件 分別沿增强管的周向与轴向间隔设置在耐火材料工作衬中且与增强管的外圆 周面焊接。
上述方案中，所述铆固件由V形铆固件和双V形铆固件组成，V形铆固 件与双V形铆固件间隔设置且二者的顶点分别与增强管的外表面焊接。
所述V形和双V形铆固件中的一半采用普通螺纹钢或碳钢盘条制作，另一半采用耐热合金材料制作，并按不同材质间隔设置。 所述主管和增强管为普通碳钢无缝钢管。 所述搭桥焊接件为剪切螺纹钢或碳钢盘条的短钢柱。
所述弥散型喷头由金属管、若干喷头铆固件、喷头耐火材料工作衬和缓冲 隔热层构成，所述金属管的侧壁上开有若干通孔，金属管的下端封闭，上端与 喷枪主管或增强管焊接相连；所述喷头耐火材料工作衬覆盖在金属管的外圆周 面上；缓冲隔热层覆盖在金属管的底面上；喷头铆固件设置在喷头耐火材料工 作衬和缓冲隔热层内部且分别与金属管的外圆周面和底面焊接；喷头耐火材料 T-作衬上设有若干与金属管侧壁上的通孔相通的弥散型喷口。
所述弥散型喷口分别位于与金属管的纵向轴线相垂直的平面内。 所述弥散型喷口分别和与金属管的纵向轴线相垂直的平面向上倾斜2 5
所述弥散型喷口为狭缝或毛细孔。
所述弥散型喷头的轴向截面直径大于或等于喷枪本体的轴向截面直径。 所述弥散型喷头为圆柱形、圆台形、半球形或半椭球形，且弥散型喷头底 面的直径大于或等于顶面的直径。
所述增强管的外表面以及金属管的内、外表面分别涂有缓冲隔热层。 本发明根据喷枪金属材料与耐火浇注料复合体结构和喷枪间歇式使用的 特点，从降低结构应力的危害与喷枪制备成本、延长喷枪使用寿命的角度出发， 对喷枪使用条件下的热状态与热应力交变过程、复合体结构应力的形成、枪芯 修复利用的喷枪制备工艺等多方面进行了分析，认为喷枪复合体结构应力是引 起喷枪裂纹剥落、烧穿、断裂的主要原因；枪芯铆固件的结构与布置方式是引
起喷枪耐火浇注料枪衬结构剥落的主要原因；枪芯结构强度与刚度是引起喷枪 弯曲、折断的主要原因。从改善喷吹搅拌效果的角度出发，分析了喷头结构与 喷吹方式对搅拌效果的影响关系，认为弥散型喷头有利于喷吹气流的分散，起 到改善搅拌效果的作用，但在垂直向下的喷吹的条件下，由于钢水与气流密度 的巨火差异，气流浮升力与喷吹方向相反，导致喷吹气流在枪头喷吹面迅速聚 集后沿喷枪侧壁快速上升，难以达到预期的气流分散效果；但在多股气流或弥 散型气流的侧吹或侧上喷吹方式下，由于气流浮升力与喷吹方向形成一定的角 度，大幅度降低了浮升力对气流聚集的促进作用，有利于喷吹搅拌效果的改善。 根据上述分析的原因，本发明逐一采取了相应的改进措施。采取了在枪芯主管 外套装增强管以及在两管之间采用搭桥焊接件焊接相连的措施，提高枪芯结构 强度与刚度，防止了喷枪使用后金属枪芯的剧烈变形，提高了金属枪芯的循环 利用或修复利用率；从降低喷枪复合体结构应力的角度考虑，采取了在枪芯表 面涂抹缓冲隔热层的措施，通过缓冲隔热层的变形能力，缓冲金属枪芯与耐火 浇注料之间的热膨胀不同步，同时，通过缓冲隔热层的保温隔热性能，降低使 丌3条件下枪芯综合温度，减小金属枪芯热膨胀，提高喷枪的综合强度与刚度， 降低喷枪使用状态下的结构应力。通过V形和双V形铆固件的结构设计、布 置方式的改进和制作材料的合理选择，强化金属枪芯与耐火浇注料工作衬之间 的结合强度，提高耐火浇注料工作衬的抗破损能力。从改善喷吹搅拌效果的角 度考虑，提出了水平或侧上喷吹形式的弥散型喷头结构，并使弥散型喷头截面 直径大于或等于喷枪截面直径，弥散型喷头外形结构设计成椭圆形、球形或圆 边棱为圆弧过渡面的圆台、圆柱形结构，方便了弥散型喷口沿弥散型喷头圆周 方向水平或上倾的布置，并通过弥散型喷头结构提高了喷吹气流的分散效果，通过水平或侧上喷吹形式，提高气流的喷吹穿透深度，扩大搅拌区域，降低浮 升力对喷吹气流的聚集作用，提高喷吹搅拌强度；此外，由于弥散型喷头布置 在喷枪的侧壁，因而，喷枪可放置在钢包底上，降低了喷吹过程的喷枪摆动， 延缓了喷枪的摆动弯曲、折断与冲刷磨损进程。最终达到延长喷枪使用寿命、 改善喷枪使用性能的目的。
图1为本发明实施例一的结构示意图； 图2为本发明实施例二的结构示意图； 图3为图1的A—A剖面图； 图4为本发明双V形铆固件立体结构示意图。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明作出详细的说明。
如图1、图3所示，本发明包括金属枪杆10和喷枪本体，金属枪杆10的 底端和喷枪本体的顶端分别设有连接法兰9，通过连接螺栓8将金属枪杆10 和喷枪本体连接在一起，喷枪本体的下部设有弥散型喷头11。所述喷枪本体包 括主管l、增强管2、若干搭桥焊接件3、若干铆固件和耐火材料工作衬7，主 管1和增强管2为普通碳钢无缝钢管，增强管2套装在主管1夕卜，且主管1与 增强管2之间均匀焊接若干搭桥焊接件3，搭桥焊接件3为剪切螺纹钢或碳钢 盘条的短钢柱，直径8mm;增强管2的外圆周面上覆盖有耐火材料工作衬7， 铆固件由V形铆固件5和双V形铆固件6组成，V形铆固件5与双V形铆固 件6分别沿增强管2的周向与轴向间隔设置在耐火材料工作衬7中且二者的顶
点分别与增强管2的外表面焊接，V形和双V形铆固件5、 6中的一半采用普
通螺纹钢或碳钢盘条制作，直径10mm，另一半采用铁铬铝耐热金属丝制作， 直径5mm，并按不同材质间隔设置，V形铆固件5、双V形铆固件6的轴向布 置间距为80mm。耐火材料工作衬7、连接螺栓8、连接法兰9、金属枪杆10 与常规吹氩喷枪相同。
如图4所示，所述双V形铆固件6由位于相互成-一定夹角的两个平面内的 V字形铆固件的V字顶点相互焊接而成。
所述弥散型喷头ll为圆柱形，由金属管12、若干喷头铆固件13、喷头耐 火材料工作衬16和缓冲隔热层17构成，所述金属管12采用普通碳钢无缝钢 管制作，其侧壁上开有若干通孔，金属管12的下端封闭，其内腔形成气室14， 金属管12的上端与喷枪主管1焊接相连，或者金属管12与喷枪主管1为同一 根管；所述喷头耐火材料工作衬16覆盖在金属管12的外圆周面h;缓冲隔热 层17覆盖在金属管12的底面上；喷头铆固件13设置在喷头耐火材料丁作衬 16和缓冲隔热层17内部且分别与金属管12的外圆周面和底面焊接;喷头耐火 材料工作衬16上设有若干与金属管12侧壁上的通孔相通的弥散型喷口5，该 弥散型喷口 15为狭缝状且分别位于与金属管12的纵向轴线相垂直的平面内， 耐火材料工作衬16与耐火材料工作衬7材质相同，浇注成型。
所述增强管2的外表面以及金属管12的外表面分别涂有缓冲隔热层17， 缓冲隔热层17为耐火纤维质隔热层，厚度为3mm，涂抹施工制备。
实施例二、
如图2所示，图2为本实施例的结构示意图。本实施例与实施例一的区 别在于所述弥散型喷头11为上小下大的圆台形，该弥散型喷口 15为毛细孔状
且分别和与金属管12的纵向轴线相垂直的平面向上倾斜2 5度。金属管12 的匕端与喷枪增强管2焊接相连，或者金属管12与增强管2为同一根管。
本发明所述的弥散型喷头11的形状不限于实施例一与实施例二所限定的 形状，还可以为半球形或半椭球形，此时，弥散型喷头11底面的直径大于或 等于顶面的直径且弥散型喷头11的外表面与喷枪本体的外表面光滑过渡。
实施例--和实施例二所述的弥散型喷口 15结构可以应用于上述不同形状 的弥散型喷头ll。
本发明的制作方法，包括以下步骤 、预制弥散型喷头；
、将预制的弥散型喷头的金属管与主管或增强管焊接相连； 、在喷枪制作模具内进行整体浇注成型。
本发明具有如下优点
1. 本发明的一种钢包精炼吹氩喷枪及其制备方法，在枪芯主管1外套装增
强管2以及在两管之间采用搭桥焊接件3焊接相连的措施，提高枪芯结构强度 与刚度，防止了使用后金属枪芯的剧烈变形，提高了金属枪芯的循环利用或修
复利用率。
2. 本发明通过V形和双V形铆固件5、 6的结构设计、布置方式的改进 和制作材料的合理选择，强化金属枪芯与耐火浇注料工作衬7之间的结合强度， 提高耐火浇注料工作衬7的抗破损能力。
3. 本发明通过水平或侧上喷吹形式的弥散型喷头ll结构设计，降低了浮 升力对喷吹气流的聚集作用，提高了喷吹气流的分散效果、气流的喷吹穿透深 度与喷吹搅拌强度，扩大了搅拌区域。
4. 本发明通过在枪芯表面涂抹缓冲隔热层17的措施，通过缓冲隔热层17 的变形能力，缓冲金属枪芯与耐火浇注料之间的热膨胀不同步，同时，通过缓 冲隔热层的保温隔热性能，降低使用条件下枪芯综合温度，减小金属枪芯热膨 胀，提高喷枪的综合强度与刚度，降低喷枪使用状态下的结构应力。
5. 本发明的弥散型喷头ll截面直径大于或等于喷枪截面直径，弥散型喷 头11外形结构设计成椭圆形、球形或圆边棱为圆弧过渡面的圆台、圆柱形结
构，方便了弥散型喷口 15沿弥散型喷头11圆周方向水平或上倾的布置。
6. 本发明具有搅拌效果优良、使用寿命长的优点。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作 出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保 护范围之内。
权利要求
1、一种钢包精炼吹氩喷枪，包括法兰连接在一起的金属枪杆(10)和喷枪本体，所述喷枪本体的下部设有弥散型喷头(11)，其特征在于所述喷枪本体包括主管(1)、增强管(2)、若干搭桥焊接件(3)、若干铆固件和耐火材料工作衬(7)，所述增强管(2)套装在主管(1)外，且主管(1)与增强管(2)之间均匀焊接若干搭桥焊接件(3)；增强管(2)的外圆周面上覆盖有耐火材料工作衬(7)，所述铆固件分别沿增强管(2)的周向与轴向间隔设置在耐火材料工作衬(7)中且与增强管(2)的外圆周面焊接。
2、 如权利要求1所述的钢包精炼吹氩喷枪，其特征在于所述铆固件由V 形铆固件(5)和双V形铆固件(6)组成，V形铆固件(5)与双V形铆固件(6)间隔设置且二者的顶点分别与增强管(2)的外表面焊接。
3、 如权利要求2所述的钢包精炼吹氩喷枪，其特征在于所述V形和双V 形铆固件(5)、 (6)中的一半采用普通螺纹钢或碳钢盘条制作，另一半采用耐 热合金材料制作，并按不同材质间隔设置。
4、 如权利要求1所述的钢包精炼吹氩喷枪，其特征在于所述主管(O 和增强管(2)为普通碳钢无缝钢管。
5、 如权利要求1所述的钢包精炼吹氩喷枪，其特征在于所述搭桥焊接件(3) 为剪切螺纹钢或碳钢盘条的短钢柱。
6、 如权利要求1所述的钢包精炼吹氩喷枪，其特征在于所述弥散型喷头 (11)由金属管(12)、若干喷头铆固件(13)、喷头耐火材料工作衬(16)和缓冲隔热层(17)构成，所述金属管(12)的侧壁上开有若干通孔，金属管(12) 的下端封闭，上端与喷枪主管(1)或增强管(2)焊接相连；所述喷头耐火材 料工作衬(16)覆盖在金属管(12)的外圆周面上；缓冲隔热层(17)覆盖在 金属管(12)的底面上；喷头铆固件(13)设置在喷头耐火材料工作衬(16) 和缓冲隔热层(17)内部且分别与金属管(12)的外圆周面和底面焊接；喷头 耐火材料工作衬(16)上设有若干与金属管(12)侧壁上的通孔相通的弥散型 喷口 (15)。
7、 如权利要求6所述的钢包精炼吹氩喷枪，其特征在于所述弥散型喷口 (15)分别位于与金属管(12)的纵向轴线相垂直的平面内。
8、 如权利要求6所述的钢包精炼吹氩喷枪，其特征在于所述弥散型喷口 (15)分别和与金属管(12)的纵向轴线相垂直的平面向上倾斜2 5度。
9、 如权利要求6所述的钢包精炼吹氩喷枪，其特征在于所述弥散型喷口 (15)为狭缝或毛细孔。
10、 如权利要求1所述的钢包精炼吹氩喷枪，其特征在于所述弥散型喷头 )的轴向截面直径大于或等于喷枪本体的轴向截面直径。
11、如权利要求io所述的钢包精炼吹氩喷枪，其特征在于所述弥散型喷头(11)为圆柱形、圆台形、半球形或半椭球形，且弥散型喷头(11)底面的 直径大于或等于顶面的直径。
12、如权利要求1至10项任一项权利要求所述的钢包精炼吹氩喷枪，其 特征在于所述增强管(2)的外表面以及金属管(12)的外表面分别涂有缓冲 隔热层(17)。
全文摘要
本发明公开了一种钢包精炼吹氩喷枪，包括法兰连接在一起的金属枪杆和喷枪本体，喷枪本体的下部设有弥散型喷头，喷枪本体包括主管、增强管、若干搭桥焊接件、若干铆固件和耐火材料工作衬，增强管套装在主管外，且与主管之间均匀焊接若干搭桥焊接件，V形和双V形铆固件分别沿增强管的周向与轴向间隔设置在增强管外的耐火材料工作衬中且二者的顶点分别与增强管的外表面焊接。本发明的枪芯主管外套装增强管以及搭桥焊接件的措施，提高了枪芯结构强度与刚度；V形和双V形铆固件，强化了金属枪芯与耐火浇注料工作衬之间的结合强度；弥散型喷头提高了喷吹搅拌强度，最终达到延长喷枪使用寿命、改善喷枪使用性能的目的。
文档编号C21C7/072GK101338355SQ20081004858
公开日2009年1月7日 申请日期2008年7月28日 优先权日2008年7月28日
发明者杰 吴, 彭玮坷, 彤 曾, 李具中, 欧阳德刚, 王海清, 罗安智, 胡清明, 蒋扬虎, 袁凡成 申请人:武汉钢铁(集团)公司;武汉红地节能材料有限公司