[发明专利]有气体/液体混合室的喷枪及其膨胀冷却的方法

说明书

本发明涉及按权利要求1和3前序部分所述的一种用于冷却用于将介质供入熔体和／或测量熔体性质的喷枪的方法以及一种适用于实施此方法的喷枪。

将介质(尤其固体和／或气体)喷入冶金容器如熔炉或转炉内腔以及作为测量熔体性质用的工具支架的喷枪是已知的。它们例如应用于富氧炼铁、钢处理时喷入介质(例如用于炉渣起泡沫的煤)和熔体的温度测量。

这种喷枪面朝熔体的端部区受高的热负荷。由公开的在先利用已知采用钢管喷枪，它们在熔体一侧的端部工作中被不断烧损，所以喷枪必须相应地再移动。此外已知具有封闭式水冷回路的冷却式喷枪。这种喷枪在工作时有危险性，因为在冷却回路发生泄漏的情况下熔体与水接触会引起爆炸式的反应。如果水被熔体包围，则由此发生的水的蒸发和膨胀可以使熔体爆炸式地互相裂开。与此同时不能排除水化学分解和接着氢氧爆炸气反应的可能性。

因此已经有人建议(DE 3543836 C2)采用两支喷枪，它们轮流送到工作位置。处于工作位置的喷枪用一种气体冷却。因为用这种方式不能获得充分的冷却效果，所以经一定的工作时间后将此喷枪从炉内移出并在此离熔体远距离的地方用水再冷却。在此期间第二支喷枪继续工作。这样一种用两支喷枪轮流工作的方案是昂贵的。

由WO-A-92／07965已知一种喷枪，它有一个供入双相混合物的闭式冷却回路。

本发明的目的是创造一种前言所述类型的方法和喷枪，这种方法和喷枪能有效和可靠地实施喷枪冷却。

按本发明的方法其特征在于，将气体／液体混合物或其一些组成部分在压力下直至引入在熔体一侧的喷枪端区域内并令其在那里膨胀。

熔体侧喷枪端指的是在工作时面朝熔体的或必要时插入熔体内的那一个喷枪端部。这是受高热负荷的喷枪端。此冷却回路朝熔体侧的喷枪端方向是封闭的。在此区域不发生任何冷却剂泄出，正相反，冷却剂回送到喷枪的一个离熔体有一定距离的区域内并在那里离开喷枪排出。冷却剂回路在总体上或可以完全封闭，但也可以采用一种开式的冷却回路，其中，在离熔体侧的端部一定距离处从喷枪排出的已被加热的冷却介质不再使用。

按本发明所采用的混合物的气体成分优选空气或一种惰性气体(例如氮或氩)，液体成分优选水。

按本发明，气体／液体混合物在压力下一直输送到熔体侧喷枪端的区域内。术语“熔体侧喷枪端区域”指的是一个处于相应的喷枪端附近的区域，这一区域在工作时已处于高的热负荷状态。一对术语“在压力下直至引入这一端的区域内以及接着令其膨胀”应理解为，在上述区域内发生气体／液体混合物突然的压力降。因此为了实现本发明重要的仅仅是适当的压差，而并不取决于有关压力的绝对水平。这种膨胀(优选地通过从适当的喷嘴排入一压力较低的腔内实现)可以促使混合物的液相粉碎成细的小滴和／或蒸发。这两种效果均显著提高了冷却功率，因为一方面蒸发需要大的热量，以及另一方面粉碎后的细滴由于其大的表面可以快速和高效地(在蒸发的条件下)带走其余的热量。因此按本发明规定的冷却剂混合物在熔体侧喷枪端区域内的膨胀与先有技术相比显著提高了冷却功率。此外，它保证显著提高可靠性，因为基于在此喷枪端区域内的膨胀过程所以很少或不存在液相。也就是说因发生工作故障而在此区域内渗入的熔体内不可能含有大量的水并因而不会引起高温爆炸。在本发明的范围内，由气体和液体组成的双相混合物可在离熔体侧喷枪端一定距离处形成并作为已完成混合的混合物在压力下供向此端部并令其在那里膨胀。同样可能的是气体和液体分别在压力下直至引入熔体侧喷枪端的区域内，它们或只是在膨胀过程之前不久才互相混合，或也可借助分设的喷嘴令其膨胀，这些喷嘴设置成使气体／液体混合物在膨胀过程中就地形成。例如，分设的喷嘴可按这样的方式设置，即，使排出的液体被膨胀中的气体吸走并粉碎成细的气溶胶体。

按本发明的方法与先有技术中已知的水冷相比冷却所需的液体量小得多。可按这样的方式调整气体／液体流量，即，使液体成分在温度特别高的熔体侧喷枪端区域内由于膨胀而大部分或完全蒸发。这样做有两个优点。首先，按这样的方式冷却不仅利用了液体(水)的热容量，而且还利用了从液体到蒸汽的相变过程需要非常大量的蒸发热并甚至在液体流量较小时获得高的冷却功率。如果由于工作故障在熔体侧端部区内导致向冷却剂管道内漏泄，则作为气溶胶体供入的气体／液体混合物大的表面促使在任何情况下非常迅速地蒸发液体成分，甚至还在熔体能包围液滴之前便已做到这一点。