專利名稱：電爐吹氧用噴槍的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及為向用于金屬材料熔化、熔融金屬升溫、精煉等的電爐中，特別是向使用鐵水的電爐中吹氧的的噴槍。
作為電爐，公知是是直流電弧爐和交流電弧爐。前者是在裝入爐內的金屬材料的上方設置的上部電極和在爐底或側壁等處設置的下部電極之間流過電流，以產(chǎn)生的電弧作為熱源，進行金屬的熔化、熔融金屬的精煉等。另一方面，后者則是在上述金屬材料上方設置的三根電極之間流過電流，以產(chǎn)生的電弧作為熱源，進行金屬材料的熔化、熔融金屬的精煉等。
在這種電爐中，為促進金屬材料的熔化，進行熔融金屬的精煉等，一般要有噴槍向爐內的熔融金屬中吹入氧氣和粉末。
過去的噴槍，已知的例如有實開平2-38457號公報中所記載的噴槍。該噴槍31如圖8所示那樣，以直線形狀形成，它搭載在自行臺車32上，由配備有上部電極36的電爐33的側壁插入爐內，在該噴槍31的前端部，形成一個吹入氧氣用的噴嘴34。
但是，這種噴槍31通常使用直徑40mm的小直徑管。因而為將吹入氧氣用的噴嘴34的噴嘴內背壓(噴嘴出口側的氣體壓力)維持在臨界壓力(噴嘴內壓力/氣氛壓力＞1.89)，管內的氧氣流量要變得極多，是不現(xiàn)實的，因此將噴嘴的內背壓控制在臨界壓力以下，也就是說將噴嘴34的氧氣噴射速度控制在音速以下。而由于氧氣噴射速度為音速以下并且上述那樣的噴嘴34的數(shù)目為一個，所以為提高氧的利用效率，將噴槍的前端部浸漬在熔融金屬35中，將氧氣射流噴射到熔融金屬內。
但是，按這樣將噴槍31的前端部浸漬在熔融金屬35中時，由于熔融金屬35的熱量，會使噴槍31逐漸消耗。因此必須向自行臺車32上供給新噴槍31，噴槍31的供給操作十分費事，同時供給的新噴槍31的費用也很在。此外，一旦噴槍31的前端受熱彎曲造成氧氣射流噴射到上方的狀況時，還會產(chǎn)生爐壁耐受不住熱負荷而導致爐壁損傷，使爐子的操作不能進行。
為解決這樣的不利情況，特開平6-192718號公報中提出了水泠式噴槍。
如圖9所示，該水泠式噴槍37以直線狀形成，由電爐33的側壁上設置的操作口39插入爐內，配置在熔金屬35表面的上方。此外，在噴槍37的前端部，使用向熔融金屬35的表面以超音速噴射氧氣射流的漸擴形狀的拉瓦爾噴管形的噴嘴38。如

圖10所示，所謂拉瓦爾噴管形噴嘴38，就是將斷面形狀作成漸擴的形狀，使通常的直線形噴嘴和斷面急劇擴大的噴噴不能達到的超音速氧氣射流噴射成為可能。這樣，水冷式噴槍37使用拉瓦爾噴管形的噴嘴38以超音速噴射氧氣射流，籍此增大了向熔融金屬35的供氧量。
換句話說，通過提高氧氣的利用效率，由熔融金屬35的上方位置進行氧氣噴射，使噴槍37的前端部不浸漬在熔融金屬35中，最終解決3上述的問題。
另一方面，即使在進行熔融金屬精煉的轉爐中，也在使用上述的水冷式噴槍。該水冷噴槍(圖中被省略)從轉爐的上部爐口部位插入，使用拉瓦爾噴管形的噴嘴，以500m/s以上的超音速向熔融金屬噴射氧氣射流。另外，由熔融金屬表面到噴嘴的高度(以下稱做噴槍高度)，按照使氧氣射流到達熔融金屬表面時的速度為50m/s以下而設定在2-4m的范圍。這樣使到達溶融金屬表面時的速度成為50m/s以下，抑制氧氣射流與熔融金屬表面沖突時熔融金屬和渣的飛濺。
可是，由于從噴嘴噴射出的氧氣射流的流速與噴槍高度呈反比例衰減，所以已經(jīng)知道提高噴槍高度是降低氧氣射流到達熔融金屬表面時的速度的有效手段。
但是在上述的水冷式噴槍37用于電爐33的場合，因為是由電爐33的側壁的操作口39將直線狀的噴槍37插入，所以要按照操作口39的大小來規(guī)定插入高度，從而與轉爐相比，噴槍高度受到顯著的限制。在此場合，或是象轉爐那樣將噴槍37由爐子上部插入，或是按圖9中雙點劃線所示那樣將噴槍37的整體向上方傾斜地插入來提高噴槍高度。但是，電爐33的高度為轉爐的約1/2，固此無論如何也不可能達到轉爐那樣的噴槍高度，而且在前一方案中，因電爐33的上部設置有電極36，要將噴槍37由電爐33上部插入是困難的，在后一方案中，氧氣射流與熔融金屬35的沖突角度變小，因此即使熔融金屬35或渣向上方的飛濺量減低，向爐側壁的飛濺也會增大。
因而，在將直線狀噴槍37用于電爐的場合，噴槍高度受到顯著限制，盡管氧氣由噴嘴38的噴射速度具有與轉爐場合大約同等的500m/s以上，但到達熔融金屬表面時的速度則變成100m/s以上。因此氧氣射流給予熔融金屬35表面的沖擊能量與轉爐的場合相比，在局部要大得多。其結果是該沖擊能量作為攪拌力和剪切力作用于熔融金屬和渣，產(chǎn)生使粒狀化的該熔融金屬和渣大量飛濺的不利情況。
而且，飛濺的熔融金屬和渣一旦附著在電爐內的爐壁或排氣用彎管上時，導致電極和爐蓋短路，流過大電流，結果使爐蓋燒損，或是覆蓋爐側壁的水冷箱的水冷管道發(fā)生漏水，或是電極插入部(小爐頂)的壽命降低或是附著在爐蓋上的金屬塊落入熔融金屬中使熔融金屬的溫度降低，或是碳量不符要求等種種弊端。
本發(fā)明的目的就是為消除上述的缺點，提供一種電爐吹氧用噴槍，在向爐內的熔融金屬吹氧操作時，可不必供給新的噴槍，而且能良好地抑制熔融金屬和渣的飛濺。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種電弧爐吹氧用的噴槍，該噴槍由配備有上部電極的電爐的側壁上形成的操作口插入該電弧爐內，并配置在該電弧爐內熔融金屬的上方，在其前端部具有向該熔融金屬表面噴射氧氣射流的噴嘴，其特征在于，它由噴槍主體和噴槍頭構成，在噴槍主體的內部中央形成氧氣通路，在該氧氣通路的外側形成冷卻水通路，該主體具有直線狀的水平部分和從該水平部分的前端向上方傾斜，呈直線狀伸出的傾斜部分，上述噴槍頭安裝在噴槍主體的頂端，其端部向著熔融金屬的表面，并且其端部配備有多個噴嘴。
本發(fā)明的結構及其變型從以下詳細說明中定可明了。
圖1是顯示將本發(fā)明一個實施例的吹氧用噴槍配置在電爐上的狀態(tài)的概略側剖面圖。
圖2是圖1局部放大圖。
圖3是圖2的平面圖。
圖4是本發(fā)明吹氧用噴槍的剖面圖。
圖5是由圖4中箭頭Y方向的視圖。
圖6是本發(fā)明另一實施例的吹氧用噴槍的剖面圖。
圖7是本發(fā)明又一實施例的吹氧用噴槍的剖面圖。
圖8是用于說明過去的吹氧用噴槍的示意圖。
圖9是用于說明過去的另一種吹氧用噴槍的示意圖。
圖10是圖9的吹氧用噴槍前端部的剖面圖。
在權利要求1的發(fā)明中，使噴槍插入電爐內的部份向上方傾斜延伸，將前端部配置在向操作口插入方向的延長線的上方，使氧氣射流對熔融金屬的沖擊角度不象過去那樣小，從而可以提高噴槍高度，由高的位置進行氧氣射流噴射。
在權利要求2和3的發(fā)明中，即使噴嘴內背壓在臨界壓力以上，也可以通過采用噴射速度頂多只能達到音速的直線形噴嘴和調整小直徑部(喉徑)與大直徑部(出口直經(jīng))之比和噴咀內背壓，可使氧氣射流的噴射速度設定在音速以下任意速度的斷面急劇擴大的噴嘴，由高的位置向熔融金屬表面噴射音速以下的氧氣射流，籍此使氧氣射流到達熔融金屬表面時的速度減緩，使得給予熔融金屬表的沖擊能量變小。
在權利要求4的發(fā)明中，采用斷面急劇擴大的噴嘴和直線形噴嘴各1個以上構成，以彌補因噴射速度在音速以下而產(chǎn)生的向熔融金屬供氧量的不足，使氧氣與熔融金屬高效反應，同時，通過形成多個該噴嘴和提高噴槍高度，將氧氣射流大范圍地噴射到熔融金屬表面，使氧氣射流在熔融金屬表面上的沖擊面積增大，從而使每單位面積的沖擊能量變小。
在權利要求5的發(fā)明中，在噴槍前端部形成的多個噴嘴內，在離熔融金屬表面較近的一側配置的噴嘴，因所噴射的氧氣射流到達熔融金屬表面的速度衰減較小，所以到達熔融金屬表面時的速度比由較遠一側的噴嘴噴射的氧氣射流要大，使熔融金屬等易于飛濺。因此，通過使離熔融金屬表面較近一側的噴嘴外徑比較遠一側噴嘴的外經(jīng)大，以調整噴射速度，使其減緩，使得由各個噴嘴噴射的氧氣射流到達熔融金屬表面時的速度均等。
在權利要求6的發(fā)明中，在噴槍前端部形成的多個噴嘴內，離熔融金屬表面較近一側配置的噴嘴，因所噴射的氧氣射流到達熔融金屬表面的速度衰減較小，所以到達熔融金屬表面時的速度比由較遠一側噴嘴噴射的氧氣射流要大，使熔融金屬等易于飛濺。因此，通過將離熔融金屬表面較近一側的噴嘴采用可設定為音速以下任意噴射速度的斷面急劇擴大的噴嘴，調整斷面急劇擴大噴嘴的噴射速度，使其比直線形噴嘴的噴射速度小，從而使由各噴嘴噴射的氧氣射流到達熔融金屬表面的速度均等。
實施例以下參照圖1-圖7說明本發(fā)明的一個實施例。圖1是將本發(fā)明一個實施例的吹氧用噴槍配置在電爐上的狀態(tài)的概略剖面圖，圖2是圖1的局部放大圖，圖3是圖2的平面圖，圖4、圖6和圖7是吹氧用噴槍的剖面圖，圖5是由圖4中箭頭Y方向的視圖。另外，本實施例中的電爐采用使用鐵水的直流電弧爐。
首先參照圖1對直流電弧爐1(以下簡稱為電弧爐)進行說明。符號2是由耐火材料構成的爐體，3是覆蓋爐體2側壁4的水冷箱，5是設置在爐體2上部的爐蓋，6是由爐蓋5中心部通過小爐頂7插入電弧爐1內并能自由升降的上部電極。在上部電極6和安裝在爐體2的爐底8算上的下部電極(圖中未示出)之間流過直流電流，使上部電極6產(chǎn)生電弧，以該電弧作為熱源，進行裝入電弧爐1內的廢鋼的熔化，熔融金屬9的精煉的鐵水的升溫等。
此外，為了進行熔融金屬9的輔助加熱、精煉和鐵水的輔助加熱，如圖2和圖3所示，吹入粉末物料用的噴槍和2根水冷式吹氧用噴槍12a、12b分別由爐體2的側壁4上形成的操作口10插入電弧爐1內。通過驅動裝置(圖中未示出)可以調整各噴槍11、12a和12b在電爐1內的位置和向電弧爐1中進退移動。
其次，參照圖2-圖5說明本發(fā)明一個實施例的吹氧用噴槍12a，12b。另外，如圖3所示，水冷式吹氧用噴槍12a、12b除了是在水平方向相互對稱配置這一點之外，其結構是相同的，因此反對水冷式吹氧用噴槍12a進行說明。
如圖2和圖3所示，吹氧用噴槍12a具有由操作口10插入電爐1內的噴槍本體13和設在該噴槍本體13前端部的噴槍頭14。
噴槍本體13具有按大致水平方向由操作口10插入電爐1內的直線狀的水平部份15，和由該水平部15的前端向上方傾斜并以直線狀延伸的傾斜部份16。如圖4所示，在噴槍主體13的內部中央形成氧氣通路17，在該氧氣通路17的外側形成冷卻水通路18。噴槍頭14連接在噴槍主體14的傾斜部份16的前端。
如圖2和圖4所示，噴槍頭14由傾斜部份16的前端向下方彎曲伸出，并使其前端面對著側壁4和上部電極6之間的熔融金屬9的表面(參照圖3)。在噴槍頭14的內部，與噴槍主體13相對應地形成氧氣通路19和冷卻水通路20。另外，如圖2所示，噴槍頭14的最前端部配置在水平部份15的軸線延長線X，(向操作口插入方向的延長線)的上方，這樣既使氧氣射流25對熔融金屬9的沖擊角不象過去那樣小，又提高了噴槍高度。此外使在電爐1內噴槍12a的位置調整范圍擴大，達到了調整噴槍高度時自由度的提高。在噴槍頭14的前端面上，形成四個斷面急劇擴大的噴嘴21。
如圖4所示，斷面急劇擴大的噴嘴21，在氧氣流入側和氧氣流出側分別形成小直徑部22和大直徑部23。并且，通過調整小直徑部(喉徑)22和大直徑部(出口直徑)23之比和噴嘴內背壓，就可將氧氣射流25的噴射速度設定在音速以下的任意速度。
在本實施例中，如圖5所示，在噴槍頭14的前端面上，形成四個斷面急劇擴大的噴嘴21，在下側，即離熔融金屬9表面較近一側的面上和上側，即離熔融金屬9表面較遠的一側的面上，分別按橫方向相互離開的方式有兩個噴嘴。此外，以各斷面急劇擴大噴嘴21指向方向的延長線到達側壁4和上部電極6之間的熔融金屬表面那樣配置，以使由斷面急劇擴大噴嘴21噴射的氧氣射流25不直接射中上部電極6。
另外，在噴槍前端部形成的多個斷面急劇擴大噴嘴21內，使離熔融金屬表面較近一側的噴嘴21的外徑比較遠一側噴嘴21的外徑大，以調整噴射速度，使之減緩，使由各噴嘴21噴射的氧氣射流25到達熔融金屬表面時的速度均等。
在此作為在噴槍頭14前端的上述斷面急劇擴大噴嘴21的替代物，也可使用圖6所示的直線噴嘴24。
如圖6所示，直線形噴嘴24按由一個端部到另一端部的斷面形狀相同的方式構成，即使噴嘴內背壓為臨界壓力以上，噴射速度頂多也只能達到音速。使各直線噴嘴24的指向方向的延長線到達側壁4和上部電極6之間的熔融金屬表面，以使由直線噴嘴24噴射的氧氣射流25不會直接射中上部電極6。另外，在多個直線噴嘴24中，使離熔融金屬表面較近一側的噴嘴外徑比較遠一側噴嘴的外徑大。
如圖7所示，在噴槍頭14的前端，也可同時使用上述的斷面急劇擴大噴嘴21和直線噴嘴24。在此場合，例如在噴槍頭14的前端面中，在下側、即離熔融金屬表面較近一側的面上，沿橫方向相互離開地形成兩個斷面急劇擴大的噴嘴21，在上側，即離熔融金屬表面較近的一側的面上，沿橫方向相互離開地形成兩個直線噴嘴24。此外，使斷面急劇擴大噴嘴21和直線噴嘴24的指向方向延長線到達側壁4和上部電極6之間的熔融金屬9的表面，以使由斷面急劇擴大噴嘴21噴射的氧氣射流25不會直接射中上部電極6。
以下，使用本發(fā)明的吹氧用噴槍進行試驗。在本實施例中，在將吹氧用噴槍12a，12b的各自噴氧量取60Nm3/分，噴槍高度數(shù)300-1250mm的場合，將斷面急劇擴大噴嘴21的噴射速度調整為150m/S，將氧氣射流到達熔融金屬表面的速度控制在50m/S以下。
下面按電弧爐1的操作順序，說明使用吹氧用噴槍12a，12b吹氧的方法。
首先，將作為煉鋼原料的廢鋼裝入直流電弧爐1中，然后由上部電極生成電弧將廢鋼熔化。接著，將鐵水裝入直流電弧爐1中，然后，由吹氧用噴槍12a，12b的各個斷面擴大噴嘴21向操作口10附近的廢鋼噴射氧氣，促使廢鋼熔化，進行所謂的切割操作。
在操作口10附近的廢鋼進行熔化時，一邊使吹氧用噴槍12a，12b向電弧爐1內的深處前進，一邊由斷面急劇擴大噴嘴21噴射氧氣射流，從操作口10的近傍到內部將廢鋼順序熔化。
在廢鋼的熔化大致終了的時刻，使吹氧用噴槍12a，12b上升(圖2中用雙點劃線表示)，提高噴槍高度，在此狀態(tài)下，由斷面急劇擴大噴嘴21向熔融金屬9的表面噴射氧氣射流，進行熔融金屬的升溫和精煉。
此時，如上所述，對熔融金屬9的沖擊角度不象過去那樣小，噴槍高度也高，在由高的位置噴射氧氣射流的同時，由各斷面急劇擴大噴嘴21噴射的氧氣射流的噴射速度都在音速以下，從而使氧氣射流到達熔融金屬表面的速度變?yōu)檫^去的1/2即50m/S以下，因此可使與熔融金屬9表面的沖擊能量大幅度變小。而且由于在噴槍頭14上形成4個斷面急劇擴大的噴嘴21，所以良好地彌補了因噴射速度變?yōu)橐羲僖韵露a(chǎn)生的向熔融金屬9的供氧量不足，使氧氣和熔融金屬9的有效反應成為可能。另外由于形成多個斷面急劇擴大噴嘴21且噴槍高度取高位，所以將氧氣射流大范圍地噴射到熔融金屬9的表面，由于可使熔融金屬表面上氧氣射流的沖突面積增大，所以可使每單位面積的沖擊能量變小。結果可使作用于熔融金屬和渣等上的攪拌力和剪切力比過去大幅度減低，從而可使熔融金屬和渣的飛濺大幅度減小。
另外，各斷面急劇擴大噴嘴21的指向方向的延長線均達到側壁4和上部電極6之間的熔融金屬表面，由各噴嘴21噴射的氧氣射流不會直接射中上部電極6，因此可減小該上部電極6的損耗量。
并且由于將吹氧用噴槍12a，12b配置在熔融金屬9表面的上方噴射氧氣射流，所以不會象過去那樣因熔融金屬9的熱量使噴槍消耗，因而在吹氧作業(yè)時，可以不必供給新的噴槍。
權利要求
1.電弧爐吹氧用噴槍，該噴槍由在配備有上部電極的電弧爐側壁上形成的操作口插入該電弧爐內，并配置在該電弧爐內的熔融金屬的上方，在其前端部具備有向該熔融金屬表面噴射氧氣射流的噴嘴，其特征是，它由噴槍本體和噴槍頭構成，在該噴槍本體內部中央形成氧氣通路，在該氧氣通路的外側形成冷卻水通路，該噴槍本體具備有直線狀的水平部和由該水平部前端向上方傾斜并以直線狀延伸的傾斜部噴槍頭安裝在該噴槍本體的前端，其端部彎向該熔融金屬的表面，在該端部具有多個噴嘴。
2.權利要求1所述的電弧爐吹氧用噴槍，其特征在于，上述噴嘴的形狀是氧氣流入側為小直徑，氧氣流出側為大直徑的斷面急劇擴大噴嘴。
3.權利要求1所述的電弧爐吹氧用噴槍，其特征在于，上述噴嘴的形狀是氧氣流入側和氧氣流出側直徑相同的直線形噴嘴。
4.權利要求1所述的電弧爐吹氧用噴槍，其特征在于，上述斷面急劇擴大噴嘴和上述直線噴嘴分別具有至少一個，將上述斷面急劇擴大噴嘴配置在離熔融金屬表面比上述直線噴嘴近的一側。
5.權利要求3所述的電弧爐吹氧用噴槍，其特征在于，在上述多個噴嘴中，離熔融金屬表面較近一側的噴嘴直徑比較遠一側的噴嘴直徑大。
6.權利要求1、2、3、4、或5所述的電弧爐吹氧用噴槍，其特征在于，配置上述噴嘴時使氧氣射流噴射到上述電爐側壁和上述上部電極之間的熔融金屬表面上。
全文摘要
電弧爐吹氧用噴槍,該噴槍由在配備有上部電極的電弧爐側壁上形成的操作口插入該電弧爐內,并配置在該電弧爐內的熔融金屬的上方,在其前端部具備有向該熔融金屬表面噴射氧氣射流的噴嘴,其是由噴槍本體和噴槍頭構成,在該噴槍本體內部中央形成氧氣通路,在該氧氣通路的外側形成冷卻水通路,該噴槍本體具備有直線狀的水平部和由該水平部前端向上方傾斜并以直線狀延伸的傾斜部噴槍頭安裝在該噴槍本體的前端,其端部彎向該熔融金屬的表面,在該端部具有多個噴嘴。
文檔編號C21C5/52GK1183477SQ96105559
公開日1998年6月3日 申請日期1996年1月31日 優(yōu)先權日1995年1月31日
發(fā)明者岡本浩志, 高柴信元 申請人:川崎制鐵株式會社