[发明专利]具有磨损指示器的透气塞

说明书

技术领域

本发明涉及一般用于将气体吹入冶金容器的耐火透气塞(purging plug)。本发明特别地涉及具有通知操作员该透气塞的磨损水平的磨损指示器的此类透气塞。

背景技术

在金属成形过程中，金属熔融物被从一个冶金容器转移至另一个冶金容器、转移至铸模或工具。例如，钢水包被填充有从熔炉出来的金属熔融物并被转移至中间包。然后该金属熔融物可从中间包被浇铸至工具以形成板坯或浇铸至铸模以形成钢坯或钢锭。在一些情况下，期望的是将气体吹入容纳在此类冶金容器中的金属熔融物中。这可有益于加速熔体的温度和组成的均匀化，将熔体主体中存在的非金属夹杂物向上携带至上层炉渣中，在熔融金属内创造有利条件，等等。气体一般借助位于冶金容器(诸如钢水包或中间包)的底部或侧部的透气塞被吹入熔融金属中。

透气塞为大体上沿着纵向轴线延伸的耐火材料块的形式。在所述块的一端，连接至加压气体源的气体入口被流体地连接至在所述块的相对端的气体出口。该气体入口和气体出口可通过连通孔隙网、通过一个或多个通道(例如，狭缝形或具有圆形横截面)或两者的组合彼此流体地连接。连通孔隙网有时据说产生“间接透气性”，而通道有时据说产生“直接透气性”。通常认为，直接透气性塞比间接透气性塞更有效，主要是因为孔隙网包括不受控制的弯曲性，该弯曲性消极地影响塞的透气性，而制造通道的尺寸和几何形状可受控制从而使弯曲性最小化，并因此相比于同样相等直径或尺寸的孔增加了透气性。

如图1所示，透气塞1通常被嵌入冶金容器31的壁和衬里中，其中气体入口面向该冶金容器的外侧，并且其中气体出口面向该容器的内部，接触熔融金属。术语“气体入口”和“气体出口”相对于被注入冶金容器中的气体的流动方向11来限定。由于其结构和极端的工作环境，透气塞比该容器的耐火衬里磨损更快，每次使用后有数mm或甚至cm级的严重腐蚀。这意味着在冶金容器(诸如钢水包)的使用期中，气体塞需被更换数次。气体塞的更换耗时、工作强度大，并且每次需要购买新的塞，以使得操作员往往将塞的使用延迟尽可能长的时间以延长塞更换之间的时间间隔。延迟塞的过长使用时间的一个主要危险为，如果塞的腐蚀太深，那么该塞的其余基部可能无法抵抗熔融金属的压力并且可能留下大洞(gaping hole)，熔融金属由此可自由地流出。如果这发生在钢水包向中间包转移的过程中，那么它可能将温度约1400℃的熔融金属喷洒在整个车间内，造成灾难性后果。为避免这种情况发生，本领域中已提出磨损指示器，该磨损指示器通知操作员透气塞所经受的腐蚀程度，该操作员可决定该透气塞是否可再使用。

US5202079提出了一种间接透气型塞(即，其中气流路径由该塞的孔隙度来限定)，该间接透气型塞包括限定该塞的外部几何形状的外部主体，所述外部主体由无孔耐火材料制成，和由较高孔隙度的耐火材料制成的内部芯材，该内部芯材允许气体从入口流动至该塞的出口。垂直于该塞的纵向轴线的多孔芯材的横截面沿着所述纵向轴线变化。当冶金容器的熔融金属负载被清空时，在塞仍然热时气体通过该塞被注入，并且流出热的塞进入空容器的内部的该气体将发光，以限定暴露于该容器的内部的多孔芯材横截面的形状，从而根据该发光部分的形状给予操作员关于该塞的腐蚀水平的提示。然而，该系统被限定于间接透气型塞，并且通过将气流路径限制至该塞的内部芯材而降低了该塞的功效。这种类型的塞的另一个缺点是气体的冷却效果。该塞逐渐变冷。这增加了磨损而且增加了金属凝固和塞堵塞的风险。

类似地，US4385752公开了多孔塞，该多孔塞包括多孔外部主体和多孔内部芯材，该多孔内部芯材具有不同于外部主体的耐火材料的辐射率。因此，原理非常类似于先前的文件，不同之处在于该外部主体也为多孔的，从而相对于US5202079所公开的塞增加了该塞的功效。然而，该解决方案也仅限于多孔塞。

通过提供具有从气体入口延伸至气体出口的一个或多个通道的塞以及还包括与该气体入口流体连通并沿着该塞的纵向轴线向上延伸至对应于或接近该塞的使用的端部的高度的多孔插件，US5249778将前述两个文件所公开的原理扩展至直接透气型塞。当腐蚀到达多孔插件时，流动穿过该多孔插件的气体将使耐火材料中心比周边更快速地冷却，从而在中心处产生暗斑，表明该塞的使用寿命的终结。每个前述塞要求在容器为空的时将气体通过该塞注入，并且因此不必接近连接至气体源的连接件。该塞的冷却导致上文所提及的缺点。