[发明专利]电炉吹氧用喷枪

说明书

本发明涉及为向用于金属材料熔化、熔融金属升温、精炼等的电弧炉中，特别是向使用铁水的电弧炉中吹氧的的喷枪。

作为电弧炉，公知是是直流电弧炉和交流电弧炉。前者是在装入炉内的金属材料的上方设置的上部电极和在炉底或侧壁等处设置的下部电极之间流过电流，以产生的电弧作为热源，进行金属的熔化、熔融金属的精炼等。另一方面，后者则是在上述金属材料上方设置的三根电极之间流过电流，以产生的电弧作为热源，进行金属材料的熔化、熔融金属的精炼等。

在这种电弧炉中，为促进金属材料的熔化，进行熔融金属的精炼等，一般要有喷枪向炉内的熔融金属中吹入氧气和粉末。

过去的喷枪，已知的例如有实开平2-38457号公报中所记载的喷枪。该喷枪31如图8所示那样，以直线形状形成，它搭载在自行台车32上，由配备有上部电极36的电弧炉33的侧壁插入炉内，在该喷枪31的前端部，形成一个吹入氧气用的喷嘴34。

但是，这种喷枪31通常使用直径40mm的小直径管。因而为将吹入氧气用的喷嘴34的喷嘴内背压(喷嘴出口侧的气体压力)维持在临界压力(喷嘴内压力/气氛压力＞1.89)，管内的氧气流量要变得极多，是不现实的，因此将喷嘴的内背压控制在临界压力以下，也就是说将喷嘴34的氧气喷射速度控制在音速以下。而由于氧气喷射速度为音速以下并且上述那样的喷嘴34的数目为一个，所以为提高氧的利用效率，将喷枪的前端部浸渍在熔融金属35中，将氧气射流喷射到熔融金属内。

但是，按这样将喷枪31的前端部浸渍在熔融金属35中时，由于熔融金属35的热量，会使喷枪31逐渐消耗。因此必须向自行台车32上供给新喷枪31，喷枪31的供给操作十分费事，同时供给的新喷枪31的费用也很大。此外，一旦喷枪31的前端受热弯曲造成氧气射流喷射到上方的状况时，还会产生炉壁耐受不住热负荷而导致炉壁损伤，使炉子的操作不能进行。

为解决这样的不利情况，特开平6-192718号公报中提出了水冷式喷枪。

如图9所示，该水冷式喷枪37以直线状形成，由电弧炉33的侧壁上设置的操作口39插入炉内，配置在熔金属35表面的上方。此外，在喷枪37的前端部，使用向熔融金属35的表面以超音速喷射氧气射流的渐扩形状的拉瓦尔喷管形的喷嘴38。如图10所示，所谓拉瓦尔喷管形喷嘴38，就是将断面形状作成渐扩的形状，就有可能实现通常的直线形喷嘴和断面急剧扩大的喷喷所不能达到的超音速氧气射流喷射。这样，水冷式喷枪37使用拉瓦尔喷管形的喷嘴38以超音速喷射氧气射流，籍此增大了向熔融金属35的供氧量。

换句话说，通过提高氧气的利用效率，由熔融金属35的上方位置进行氧气喷射，使喷枪37的前端部不浸渍在熔融金属35中，最终解决了上述的问题。

另一方面，即使在进行熔融金属精炼的转炉中，也在使用着上述的水冷式喷枪。该水冷式喷枪(图中被省略)从转炉的上部炉口部位插入，使用拉瓦尔喷管形的喷嘴，以500m/s以上的超音速向熔融金属喷射氧气射流。另外，由熔融金属表面到喷嘴的高度(以下称做喷枪高度)，按照使氧气射流到达熔融金属表面时的速度为50m/s以下而设定在2-4m的范围。这样使到达熔融金属表面时的速度成为50m/s以下，抑制氧气射流与熔融金属表面冲突时熔融金属和渣的飞溅。

可是，由于从喷嘴喷射出的氧气射流的流速与喷枪高度呈反比例衰减，所以已经知道提高喷枪高度是降低氧气射流到达熔融金属表面时的速度的有效手段。

但是在上述的水冷式喷枪37用于电弧炉33的场合，因为是由电弧炉33的侧壁的操作口39将直线状的喷枪37插入，所以要按照操作口39的大小来规定插入高度，从而与转炉相比，喷枪高度受到显著的限制。在此场合，或是象转炉那样将喷枪37由炉子上部插入，或是按图9中双点划线所示那样将喷枪37的整体向上方倾斜地插入来提高喷枪高度。但是，电弧炉33的高度为转炉的约1/2，固此无论如何也不可能达到转炉那样的喷枪高度，而且在前一方案中，因电弧炉33的上部设置有电极36，要将喷枪37由电弧炉33上部插入是困难的，在后一方案中，氧气射流与熔融金属35的冲突角度变小，因此即使熔融金属35或渣向上方的飞溅量减低，向炉侧壁的飞溅也会增大。

因而，在将直线状喷枪37用于电弧炉的场合，喷枪高度受到显著限制，尽管氧气由喷嘴38的喷射速度具有与转炉场合大约同等的500m/s以上，但到达熔融金属表面时的速度则变成100m/s以上。因此氧气射流给予熔融金属35表面的冲击能量与转炉的场合相比，在局部要大得多。其结果是该冲击能量作为搅拌力和剪切力作用于熔融金属和渣，产生使粒状化的该熔融金属和渣大量飞溅的不利情况。