[发明专利]对耐火材料钻孔的等离子吹管和使用方法

说明书

本发明涉及一种用来钻入耐火材料而专门设计的水冷却的等离子吹管。

本发明还涉及采用这种专门设计的等离子吹管来打开熔炉（例如金属熔炼炉、高炉或电弧炉）壁上的用泥塞堵住的分流孔的方法。

通常，在高炉、电弧炉或其他类型的金属熔炼炉的下部设置有称之为“放液孔”的孔，用来将在熔炉内处理过的金属液导入到钢水包内。这样设置在金属熔炼炉壁内的分流孔通常是圆柱形的，并在炉子是刚性结构而且不能倾斜倒出金属液的时候使用。

当然，这种放液孔在导出金属后必须堵住，以避免液体金属上部的渣子流出来与钢水包内的金属液混合。为此，常用含有氧化铝、氧化硅和石墨的粘土混合料制成的耐火泥塞来堵孔。这种耐火泥塞挤成可插入孔内的辊状，并挤入对准被堵分流孔的喷口内。

为了准确地堵塞放液孔，必须准确地校准放液孔的内壁尺寸，从而使成形辊塞的直径与放液孔的直径一样大。为此，必须在炉子每次作业后用精确的方法打开放液孔。

现在，有四种通用的打开炉子放液孔的方法。

第一种方法是用风钻“钻”泥塞。这种独特的机械方法的优点是不需要水，钻出的孔很容易校准。但是，这第一种方法只能用在孔的深度有限的情况下，并且只能在中温下用。而且设备的维修成本很高，因为在使用中当钻头与金属液接触时往往被毁坏或严重损伤。

第二种方法常与上述第一种方法合并使用，是用氧矛将泥塞熔化。氧矛有一根钢管，可插入放液孔内，并喷入一种氧与铁粉的混合物，铁粉氧化产生大量的热，将泥塞熔化。这第二种方法是相当便宜的，但其主要缺点是开孔不均匀，因为铁与氧的反应不能以控制的方式在孔内进行，因此，在分流孔壁内常产生一些空穴，这对于孔的校准有很不利的影响。这种方法的另一个缺点是氧切割技术几乎不可能实现自动化。

第三种打开放液孔的通用方法是借助于与炉子电源连接的石墨电极与泥塞本身之间产生的电弧来熔化泥塞。实际上，用这种方法打开直径有限的孔特别是较深的孔时，效率是很低的，而且，泥塞的材料还必须有足够的导电性才能传导电弧，电弧也不能被适当地导引。因此，孔的校准就做不到。

第四种打开放液孔的方法是用锌丸喷射泥塞，由于进入放液孔的锌丸本身的气化作用而获得喷射效应，故这种方法确实很适合于以十分“干净”的方式打开放液孔。但是，用这种方法打开的孔必须有一定的深度，而且进行喷射之前应处于高温下，此外，还有回弹的危险。

为了保持准确校准的放液孔直径，任何开孔的均匀性和再现性是重要的。用氧矛或电弧传导的方法具有扩张孔的底部尺寸的倾向，因为，热不能导引出，并且熔化区尺寸不能控制。这又会引起随后塞入的新泥塞压不住，并且不能保持在孔内，从而导致金属液漏泄，这是很危险的。而且还可能发生这样的情况，即孔被扩大，致使不可能用泥塞来堵住金属流，因此必须停炉修理分流孔。

转让给SINTEF的美国专利No.4，289，949叙述过上面提到的打开放液孔的通用方法的缺点，并提出用等离子燃烧嘴的方法来克服这些缺点。该专利提出的等离子燃烧嘴包含一个置于中央的电极和一个外电极，电极是用构成一个连续自耗系统的非熔化的和纯净的材料制成。外电极做成管状，另一根管状或棒状的电极同轴地安装其内部。用这种装置来喷射一种气体通过两电极之间直到电极前端的通道，在电极前端，从内电极的端部发生放电。

SINTEF专利分开的等离子燃烧嘴主要是设计用来加热金属液的，虽然在说明书上提出用来打开分流孔，但未见有这种应用的实例和试验结果的报道。

实际上，众所周知，用石墨或碳化硅制的电极是非常脆的对电极小小的敲击就可能使吹管破裂，以致不能工作。

而且，众所周知，采用两根同轴的管状电极不能通过加大气流量来拉长电弧，因为电极之间的空间保持不变，而且工作电压低也使得传导到等离子气体的功率也低。因此，为了获得大的功率就必须有很高的电流，这样，电极的腐蚀就很严重。

此外，采用两根用自耗材料制成的同轴电极不可能得到精确规定的同轴轮廓线的等离子射流，而这又是以精确而可再现的方式打开分流孔所真正需要的。

其实，依申请人看来，目前尚未有可用来打开金属熔炼炉的放液孔的等离子吹管。这是因为还没制成在商业上可得到的用来插入分流孔内的水冷却吹管。为了熔化泥塞必须将吹管插入孔内一个较大的深度，以减少钻孔时间，并确信泥塞已以精确的方式熔化了。但是，大多数在商业上购到的吹管都不能承受放液孔内常有的高温。因此，将它们插入放液孔内就可能导致它们的靠近熔化区的前密封接头漏水。