[发明专利]控制倾倒物流及接收器环境的方法和装置

说明书

本发明涉及对围绕在进入接收器的自由流体物流的环境进行控制的方法和装置。

许多有机物和无机物在与气体接触后会发生有害的反应。例如，当熔化的金属暴露于空气中时，大气中的氧即会溶解于热金属中。氧气可能会氧化某些金属并使它们的品质下降。在生产加工过程中，金属常常必须从一种加工或容留容器中倾倒至另一容器中。在很多实例中，一定量的金属在熔炉中熔化，然后，将液态金属从熔炉中倾倒至一个接收器中，如炉缸、模具、铸桶（ladle）或浇口盘（tundish）。如果倾倒过程在空气中进行，液体物流对空气的溶解很敏感，并被空气氧化。

现在，人们已采用了多种手段来保护熔化金属倾倒物流。保护方法之一是将两种容器如熔炉和接收器全都包封在一个已抽空空气的保护箱内。但是，这种方法成本大为增加而且操作不方便。由于是将熔炉包封起来;故而所有的操作过程均须通过保护箱外壁上的摇控来进行。另外，保护箱也会防碍对熔炉及接收器中的液面水平的目视观察，而液面水平须加以控制以保证适宜的加工性和安全性。由于需要能量来运行真空泵以及须使用常用的惰性气体再填充保护箱以使熔化的金属从接收器中排出，运行费用非常高。

另一种保护方法是通过一个管子或管套将熔化的金属从熔炉倾倒至接收器中。但是，这种方法不方便，并且也不能实现完全保护。由于通常是将熔炉倾斜以倾倒液体，固定尺寸的刚性管或管套就不可能被调节以使熔炉出料口与接收器开口间的距离得以改变。在倾倒过程开始以前，管子或管套中通常也充满空气，当倾倒过程开始后，它们会与液体物流发生接触。此外，管子或管套也会防碍对经接收器开口的液面水平的目视观测。

在另一种方法中，是将液化惰性气体如液氮引入接收器，以便当液态金属被倾倒至接收器中时，液化气体可漂浮在液态金属表面上。液化气体气化为气体;这种气体将取代接收器空间中的空气并从接收器上升以至少部分保护了倾倒液体物流不暴露于空气中。但是，这种方法使操作费用大大增加，而且所用的液化气体的量也很大。进而，这种方法也存在危险，这是因为液化气体可能会被捕集到熔化的金属中，随后，当捕集的液化气体迅速气化时，就可发生爆炸。

在金属粉末的生产中，热倾倒金属的空气氧化问题显得尤为突出。在压力和温度下将金属粉末成形以形成所希望的形状从而可利用金属粉末生产许多种金属制品。这种粉末冶金方法对于那些难以铸造或难以机械形成的合金最为适宜。粉末冶金方法也可用于赋于所形成的制品具有与微细粉末或粉末的快速固化相关的异乎寻常的性能。

金属粉末的生产过程为：将一定量的金属熔化并产生一种熔化金属的物流，将该物流雾化为液滴，再将液滴固化成粉末。通常是将熔化金属的物流通过高速水、油或惰性气体的射流而雾化的。尽管还可以将熔炉倾斜以使熔化的金属物流倾倒通过雾化射流，但这种方法的效果需要综合考虑，因为很难控制物流与雾化射流间的几何关系。结果，固体金属通常在熔炉内熔化，液体金属被倾倒至几何尺寸固定的浇口盘中，熔化的金属物流从该盘中流向雾化射流。

因此，需要提供一种成本低且不引人注目的方法，这种方法可对接收器开口处及进入接收器开口的自由物流提供可控制的保护环境。

本发明满足了上述需求。本发明提供了一种对接收器开口处和进入接收器开口向下的自由液体物流的周围提供可控制的气体环境的方法，该方法包括：以改进的夫劳德（Froude）数为约0.2～约0.5层流发射至少两道气流以在接收器开口上方延伸并相交，从而形成一条包封自由液体物流的向上卷流（plume）。

本方法可在下述装置中实施，该装置包括：

（a）一个具有一个开口的接收器，开口具有周边和一个平面;

（b）至少一个扩散器，扩散器安装在接近接收器开口周边的至少一部分，扩散器用于至少在接收器开口的一部分上方发射至少两道气流从而在开口的上方产生气流的相交和上升的气体卷流;

（c）在每一扩散器中的一个发射区，每一发射区有一定高度并能发射层流气流;

（d）与每一扩散器相连的气体源;

（e）用于控制向每一扩散器供给气体的装置从而以改进的夫劳德数为约0.2至约0.5来层流发射气流;及

（f）自由流体物流源，流源的位置与接收器开口平面的距离不超过发射区高度的约5倍以使其位于气体卷流内。

自由物流源的位置最好应不偏离垂直于接收器开口的平面且向上通过气流相交位置的线约一个发射区高度。

参考以下对说明书、未决权利要求书及附图的描述，可以更清楚地了解本发明的特征、目的及优点。

图1为本发明所采用装置的截面图;