RU2172228C2

RU2172228C2 - Nozzle unit with inert gas distributor

Info

Publication number: RU2172228C2
Application number: RU98108531/02A
Authority: RU
Inventors: Доминик ДЖАНССЕН (US); Доминик Джанссен; Жозе Антонью Фариа СИМОЭНС (BE); Жозе Антонью Фариа СИМОЭНС; Роберт О. РАССЕЛ (US); Роберт О. РАССЕЛ
Original assignee: Визувиус Крусибл Компани; Лтв Стил Компани, Инк.
Priority date: 1995-10-10
Filing date: 1996-10-10
Publication date: 2001-08-20

Abstract

FIELD: metal casting, namely nozzle unit, particularly used with stopper plug. SUBSTANCE: nozzle unit includes refractory body with upper and lower portions having opening with inlet and outlet ends for receiving and discharging melt metal. Upper portion of body is surrounded by unit for distributing inert gas. Opening walls are covered by sleeve of refractory material preventing gas flowing. Said sleeve forms seat zone in upper portion of opening. Outer surface of upper portion is surrounded by metallic casing. Inert gas supplied to upper gas -permeable portion of body by means of gas distributor is directed by means of sleeve and metallic casing in such a way that it flows, mainly through upper edge of upper portion. Such flow of inert gas shields seat zone of opening and protects it against action of oxygen of environment. It prevents deposition of alumina in seat zone that may interfere with stopper plug regulating melt metal flow. EFFECT: improved design. 23 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится, главным образом, к огнеупорным сопловым узлам, и в частности относится к соплу, используемому в комбинации с упорным стержнем, имеющим распределитель инертного газа для предотвращения нежелательного накопления отложений окиси алюминия вокруг зоны, в которой над отверстием сопла располагается стержень. The invention relates mainly to refractory nozzle assemblies, and in particular, to a nozzle used in combination with a thrust rod having an inert gas distributor to prevent unwanted accumulation of alumina deposits around the zone in which the rod is located above the nozzle opening.

Из уровня техники известны сопла для регулирования течения расплава металла, например, стали. Такие сопла часто используются в комбинации с боковыми скользящими затворами для регулирования течения потока жидкой стали в процессе производства стали. В семидесятые годы раскисленные алюминием стали вследствие их желательных металлургических свойств становятся одними из наиболее распространенных продуктов сталелитейной промышленности. К сожалению, в процессе изготовления таких сталей происходит нежелательное отложение окиси алюминия и других огнеупорных соединений на всей внутренней поверхности отверстия сопла. Установлено, что если этого не предотвратить, то эти отложения в конечном счете полностью заблокируют сопловой узел, используемый в процессе изготовления таких сталей. The prior art nozzles for regulating the flow of molten metal, such as steel. Such nozzles are often used in combination with side slide gates to control the flow of liquid steel during steel production. In the seventies, steel deoxidized by aluminum, due to their desirable metallurgical properties, became one of the most common products of the steel industry. Unfortunately, in the manufacturing process of such steels, unwanted deposition of alumina and other refractory compounds occurs on the entire inner surface of the nozzle opening. It was found that if this is not prevented, then these deposits will ultimately completely block the nozzle assembly used in the manufacturing process of such steels.

Для решения проблемы отложений окиси алюминия были разработаны сопловые узлы, имеющие пористые газопроводящие огнеупорные элементы. Примеры таких сопел описаны в патентах США N 4360190, N 5100035 и N 5137189. В процессе работы инертный газ /например, аргон/ подается под давлением через пористые огнеупорные элементы, определяющие всю или некоторую часть поверхности отверстия для пропуска металла соплового узла. Полученный поток небольших пузырьков аргона через боковые стенки отверстия эффективно предотвращает или, по крайней мере, замедляет отложение нежелательной окиси алюминия в этой зоне. To solve the problem of aluminum oxide deposits, nozzle assemblies having porous gas-conducting refractory elements were developed. Examples of such nozzles are described in US patent N 4360190, N 5100035 and N 5137189. In the process of inert gas (for example, argon) is supplied under pressure through porous refractory elements that define all or some part of the surface of the hole for passing metal nozzle site. The resulting stream of small argon bubbles through the side walls of the hole effectively prevents or at least slows down the deposition of unwanted alumina in this zone.

Хотя установлено, что такие известные сопловые узлы удовлетворительно работают в тех случаях, когда последние используются в сочетании со скользящими затворами, авторы настоящего изобретения заметили, что газопроницаемые пористые элементы не предотвращают в достаточной степени образование нежелательных отложений /настылей/ вокруг верхней кромки таких сопловых узлов при использовании последних в комбинации с упорными стержнями для регулирования потока расплава стали. Это является существенным недостатком, так как локализованные на верхней кромке настыли могут в значительной степени свести к нулю способность упорного стержня точно регулировать поток расплава стали через сопловой узел. Although it has been found that such known nozzle assemblies work satisfactorily in cases where the latter are used in combination with sliding gates, the inventors of the present invention noted that the gas-permeable porous elements do not sufficiently prevent the formation of unwanted deposits / deposits / around the upper edge of such nozzle assemblies when using the latter in combination with thrust rods to control the flow of molten steel. This is a significant drawback, since the overlays located on the upper edge can significantly reduce to zero the ability of the thrust rod to precisely control the flow of steel melt through the nozzle assembly.

После проведения обширных исследований относительно вышеупомянутой проблемы было установлено, что образование нежелательных отложений обусловлено пониженным давлением, создаваемым в полости отверстия сопла при подъеме или опускании упорного стержня над верхней кромкой соплового узла. Полученное пониженное давление обуславливает течение аргона или другого инертного газа только по боковым стенкам отверстия, а также подсасывание воздуха через сопло в направлении отверстия, где кислород воздуха реагирует с алюминием в стали с образованием окиси алюминия. After extensive research on the aforementioned problem, it was found that the formation of unwanted deposits is due to the reduced pressure created in the cavity of the nozzle hole when raising or lowering the thrust rod above the upper edge of the nozzle assembly. The resulting reduced pressure causes the flow of argon or other inert gas only along the side walls of the hole, as well as the suction of air through the nozzle in the direction of the hole, where air oxygen reacts with aluminum in steel to form aluminum oxide.

Совершенно очевидно, что существует потребность в усовершенствованном сопловом узле с распределителем инертного газа, способном эффективно проводить инертный газ через верхнюю кромку узла для предотвращения образования отложений /настылей/ из окиси алюминия в зоне, в которой сам упорный стержень помещается над соплом. В идеале такое сопло должно было бы создавать барьер из газообразного аргона, предотвращающий контактирование воздуха с потоком стали над участком поверхности сопла, определяющим зону помещения упорного стержня. Сопловой узел также должен обладать продолжительным сроком службы, при этом его изготовление должно быть легким и недорогим. Наконец было бы желательным, чтобы конкретный газораспределитель можно было повторно устанавливать на сопла известной конструкции с тем, чтобы преимущества настоящего изобретения можно было реализовать без необходимости полной реконструкции существующего сопла. It is clear that there is a need for an improved nozzle assembly with an inert gas distributor capable of efficiently conducting inert gas through the top edge of the assembly to prevent the formation of deposits / deposits / alumina from alumina in the area in which the thrust rod is placed above the nozzle. Ideally, such a nozzle would create a barrier of gaseous argon, which prevents air from contacting the steel stream over a portion of the nozzle surface that defines the area of the thrust rod. The nozzle assembly should also have a long service life, while its manufacture should be easy and inexpensive. Finally, it would be desirable for a particular gas distributor to be re-installed on nozzles of known design so that the advantages of the present invention can be realized without the need for a complete reconstruction of the existing nozzle.

Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение относится к сопловому узлу для использования в комбинации с упорным стержнем для регулирования потока расплава стали, содержащему распределитель инертного газа для предотвращения образования нежелательных отложений окиси алюминия при помещении упорного стержня на сопловой узел.SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention relates to a nozzle assembly for use in combination with a thrust rod for controlling the flow of steel melt containing an inert gas distributor to prevent the formation of unwanted alumina deposits when the thrust rod is placed on the nozzle assembly.

Сопловой узел содержит корпус, имеющий верхний участок, выполненный из огнеупорного материала с пористостью по меньшей мере 15% для пропускания газа, нижний участок, выполненный из огнеупорного материала, и отверстие для приема и выпуска потока расплава металла, при этом приемный конец отверстия окружен верхним участком корпуса сопла и имеет участок седла для герметичного зацепления со стопорным стержнем, газораспределительное средство, окружающее верхний участок для проведения потока, находящегося под давлением инертного газа, через верхний участок, и средство облицовки отверстия для блокирования течения инертного газа через стенки отверстия в зоне верхнего участка сопла и формирования участка седла для приема стопорного стержня с обеспечением прохождения инертного газа, по существу, исключительно через верхнюю кромку верхнего участка и экранирования участка седла от воздействия кислорода окружающей среды. The nozzle assembly comprises a housing having an upper section made of refractory material with a porosity of at least 15% for passing gas, a lower section made of refractory material, and an opening for receiving and discharging a stream of molten metal, the receiving end of the opening being surrounded by the upper section the nozzle body and has a saddle portion for tight engagement with the stopper rod, gas distribution means surrounding the upper portion for conducting a stream under pressure of an inert gas through The upper portion and the means of lining the holes to block the flow of inert gas through the walls of the holes in the region of the upper portion of the nozzle and forming a saddle portion for receiving the stopper rod to allow the inert gas to pass substantially exclusively through the upper edge of the upper portion and shield the saddle portion from oxygen the environment.

Во втором варианте огнеупорный материал, образующий верхний участок, покрывает гильза, пористость которой меньше, чем у огнеупорного материала. Пониженное вследствие течения расплава металла через отверстие сопла давление не сможет отвести инертный газ через непористую гильзу и в зону пониженного давления. In a second embodiment, the refractory material forming the upper portion is coated with a liner whose porosity is less than that of the refractory material. Reduced due to the flow of the molten metal through the nozzle orifice, the pressure will not be able to remove inert gas through the non-porous sleeve and into the zone of reduced pressure.

В других вариантах настоящего изобретения сопловой узел содержит корпус сопла, верхний участок которого, так же как описано выше, выполнен из керамического материала с умеренной пористостью. Хотя большая часть наружной поверхности корпуса сопла покрыта газопроницаемым листовым материалом, как например, металлической оболочкой, самый верхний участок корпуса сопла остается открытым. Наконец, металлическую оболочку окружает набивка из пористого огнеупорного материала. Распределитель инертного газа в форме кольцевого трубопровода окружает оболочку в верхней части корпуса сопла. Кольцевой трубопровод имеет множество газопропускных отверстий для выпуска и распределения инертного газа через набивочный материал и вокруг верхнего конца корпуса сопла. Пониженное давление, создающееся при прохождении расплава стали через отверстие сопла, вытягивает инертный газ через открытый самый верхний участок корпуса сопла с умеренной пористостью и над участком седла гильзы и таким образом предотвращает проникновение воздуха к самой верхней части корпуса сопла. In other embodiments of the present invention, the nozzle assembly comprises a nozzle body, the upper portion of which, as described above, is made of ceramic material with moderate porosity. Although most of the outer surface of the nozzle body is covered with a gas-permeable sheet material, such as a metal sheath, the uppermost portion of the nozzle body remains open. Finally, a packing of porous refractory material surrounds the metal shell. An inert gas distributor in the form of an annular pipe surrounds the shell in the upper part of the nozzle body. The annular pipeline has many gas inlets for the release and distribution of inert gas through the packing material and around the upper end of the nozzle body. The reduced pressure created by the passage of the molten steel through the nozzle opening draws inert gas through the open, uppermost portion of the nozzle body with moderate porosity and above the portion of the sleeve seat and thereby prevents air from entering the very top of the nozzle body.

В первых двух вариантах соплового узла препятствующая продвижению газа гильза из огнеупорного материала покрывает всю или почти всю донную часть отверстия, а также его верхнюю часть. Нижний участок корпуса сопла, предпочтительнее, выполнен из прессованного огнеупора с низкой проницаемостью, тогда как верхний его участок выполнен из прессованного огнеупора с высокой проницаемостью. Предусмотрен источник находящегося под давлением инертного газа, который, предпочтительно, содержит газопровод, выпускной конец которого оканчивается в кольцевой канавке, выполненной в пористом огнеупорном материале, образующем верхнюю часть корпуса сопла. Канавка может быть выполнена либо вокруг боковой стороны, либо вокруг донной части пористого огнеупорного материала. Нижняя часть корпуса сопла может быть выполнена из слабоцементированной окиси алюминия, которую для ускорения изготовления соплового узла можно изготавливать путем литья. Использование такого отливаемого огнеупора также облегчает установку трубопровода от источника находящегося под давлением инертного газа. In the first two versions of the nozzle assembly, a sleeve made of refractory material that impedes the movement of gas covers the entire or almost all of the bottom of the hole, as well as its upper part. The lower portion of the nozzle body is preferably made of extruded refractory material with low permeability, while its upper portion is made of extruded refractory material with high permeability. A source of pressurized inert gas is provided, which preferably comprises a gas pipe, the outlet end of which ends in an annular groove made in a porous refractory material forming the upper part of the nozzle body. The groove can be made either around the side or around the bottom of the porous refractory material. The lower part of the nozzle body can be made of weakly cemented aluminum oxide, which can be made by casting to accelerate the manufacture of the nozzle assembly. The use of such a castable refractory also facilitates the installation of the pipeline from a source of pressurized inert gas.

В третьем варианте изобретения верхняя, и нижняя части корпуса сопла могут быть выполнены из высокоцементированной окиси алюминия или другого огнеупора с умеренной газопроницаемостью. Распределитель инертного газа может быть выполнен в форме кольцевого трубопровода или в форме участка, выполненного в виде металлической оболочки с двойными стенками. В обоих случаях газопропускной канал ориентирован, предпочтительнее, в нисходящем направлении для сведения к минимуму закупоривания окружающим материалом. In a third embodiment of the invention, the upper and lower parts of the nozzle body can be made of highly cemented aluminum oxide or other refractory material with moderate gas permeability. The inert gas distributor can be made in the form of an annular pipeline or in the form of a section made in the form of a metal shell with double walls. In both cases, the gas passage is oriented, preferably in a downward direction, to minimize clogging of the surrounding material.

Во всех вариантах настоящего изобретения газопропускной и газораспределительный участки соплового узла позволяют пропускать количество инертного газа через или вокруг верхнего участка отверстия, достаточное для экранирования участка седла отверстия от атмосферного кислорода, который может привести к образованию нежелательных отложений /настылей/ окиси алюминия. In all embodiments of the present invention, the gas passage and gas distribution portions of the nozzle assembly allow sufficient inert gas to pass through or around the upper portion of the hole sufficient to shield the portion of the hole seat from atmospheric oxygen, which can lead to the formation of unwanted deposits / deposits / alumina.

Краткое описание чертежей
Фиг. 1 изображает вид сбоку в поперечном разрезе соплового узла согласно настоящему изобретению в комбинации с упорным стержнем;
фиг. 2 - второй вариант настоящего изобретения, в котором выпускной конец трубопровода от источника находящегося под давлением газа иначе установлен в пористой верхней части корпуса сопла;
фиг. 3 - вид сбоку в поперечном разрезе третьего варианта соплового узла согласно изобретению, в котором используется газораспределитель, окружающий верхний конец корпуса сопла;
фиг. 4 - вид в перспективе газораспределителя типа трубопровода, который может быть использован во втором варианте настоящего изобретения;
фиг. 5 - вид сбоку в поперечном разрезе /частично/ варианта выполнения настоящего изобретения, в котором распределитель инертного газа выполнен в виде участка с двойными стенками из материала кожуха.Brief Description of the Drawings
FIG. 1 is a cross-sectional side view of a nozzle assembly according to the present invention in combination with a thrust rod;
FIG. 2 is a second embodiment of the present invention, wherein the outlet end of the pipeline from a source of pressurized gas is otherwise installed in the porous upper part of the nozzle body;
FIG. 3 is a side cross-sectional view of a third embodiment of a nozzle assembly according to the invention, which utilizes a gas distributor surrounding the upper end of the nozzle body;
FIG. 4 is a perspective view of a piping type gas distributor that can be used in a second embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a side cross-sectional view (partially) of an embodiment of the present invention, in which the inert gas distributor is made in the form of a double-walled portion of the casing material.

Подробное описание предпочтительного варианта
Согласно фиг. 1 сопловой узел 1 особенно хорошо приспособлен для использования в комбинации с концом 3 упорного стержня для регулирования потока расплава металла, как например, стали.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT
According to FIG. 1, the nozzle assembly 1 is particularly well suited for use in combination with the end 3 of a thrust rod for controlling the flow of molten metal, such as steel.

Этот первый вариант соплового узла 1 содержит корпус 7 сопла, верхний участок 9 которого выполнен в виде кольца из пористого газопроницаемого огнеупорного материала. В предпочтительном варианте кольцевой верхний участок 9 выполнен из прессованного высокопроницаемого огнеупора /например, окиси магния/, имеющего пористость от 25 до 30%. Верхний участок 9 заканчивается верхней кромкой 10. Кроме того, корпус 7 сопла содержит нижний участок 11, выполненный из отливаемого огнеупора из слабоцементированной окиси алюминия, имеющего пористость от 15 до 20%. Вдоль центральной оси обычно трубчатого корпуса 7 сопла проходит цилиндрическое отверстие 13. Как будет более подробно описано далее, соосно верхнему участку 15 отверстия 13 размещена, выполняющая функцию облицовки, преимущественно, относительно непроницаемая гильза 40, тогда как самый нижний участок 17 ограничивается преимущественно относительно непористым нижним участком 11 корпуса 7 сопла. Отверстие 13 пропускает поток расплава металла, например, стали, который поступает через его верхний участок 15 и выпускается через его нижнюю часть 17. This first embodiment of the nozzle assembly 1 comprises a nozzle body 7, the upper portion 9 of which is made in the form of a ring of porous gas-permeable refractory material. In a preferred embodiment, the annular upper section 9 is made of extruded highly permeable refractory / for example magnesium oxide / having a porosity of from 25 to 30%. The upper portion 9 ends with the upper edge 10. In addition, the nozzle body 7 includes a lower portion 11 made of a cast refractory of weakly cemented alumina having a porosity of 15 to 20%. A cylindrical hole 13 extends along the central axis of the usually tubular nozzle body 7 of the nozzle 13. As will be described in more detail below, coaxially with the upper portion 15 of the hole 13, it is provided with a facing function, mainly a relatively impermeable sleeve 40, while the lowermost part 17 is limited mainly by a relatively non-porous section 11 of the housing 7 of the nozzle. The hole 13 passes a stream of molten metal, for example, steel, which enters through its upper portion 15 and is released through its lower part 17.

Для пропускания потока аргона через верхний кольцевой участок 9 корпуса 7 сопла предусмотрен источник 20 газа под давлением. Источник 20 газа включает в себя трубопровод 22, проходящий вертикально через нижний и верхний участки 11, 9 корпуса 7 сопла, как это видно из чертежа. В предпочтительном варианте трубопровод 22 может быть выполнен либо из углеродистой стали, либо из нержавеющей стали. Трубопровод 22 имеет выпускной конец 24 и впускной конец 25. Выпускной конец 24 расположен внутри отверстия 26 в кольцевом пористом верхнем участке 9 корпуса 7 сопла, при этом отверстие 26 сообщено с кольцевой канавкой 28, окружающей верхний участок 9. Впускной конец 25 трубопровода 22 соединен с боковым отводом соединения 30. Для соединения трубопроводов 22 и 32 с коленчатым соединением 30 использованы паяные соединения 34 a, b, гарантирующие получение соединений, защищенных от протечки. Питающий трубопровод 32 соединен с емкостью 36 находящегося под давлением аргона /показана схематически/. To pass argon flow through the upper annular portion 9 of the nozzle body 7, a pressure gas source 20 is provided. The gas source 20 includes a pipe 22 extending vertically through the lower and upper sections 11, 9 of the nozzle body 7, as can be seen from the drawing. In a preferred embodiment, conduit 22 may be made of either carbon steel or stainless steel. The pipe 22 has an outlet end 24 and an inlet end 25. The outlet end 24 is located inside the hole 26 in the annular porous upper portion 9 of the nozzle body 7, while the hole 26 is in communication with the annular groove 28 surrounding the upper portion 9. The inlet end 25 of the pipe 22 is connected to lateral branch connection 30. To connect the pipelines 22 and 32 to the elbow connection 30, solder joints 34 a, b were used, which guarantee leakproof joints. The feed pipe 32 is connected to a container 36 of pressurized argon / shown schematically /.

Кроме того, сопловой узел 1 содержит трубчатую внутреннюю гильзу 40 из относительно слабопроницаемого материала для облицовки всего верхнего участка 15 и значительной части нижнего участка 17 отверстия 13. Внутренняя гильза 40, предпочтительно, выполнена из прессованного огнеупора, например, окиси магния, с пористостью от около 13 до 14%. На своем верхнем конце гильза 40 имеет воронкообразный вход 43, образующий в отверстии 13 зону седла для упорного стержня 5, и также служащий в качестве воронки для пропускания расплава стали или другого металла в верхнюю часть 15 отверстия 13. Геометрия скругленных участков конца 13 упорного стержня 5 и воронкообразного входа 43 внутренней гильзы 40 обеспечивает герметичное зацепление между этими двумя элементами при опускании конца 3 упорного стрежня 5 в позицию, показанную пунктирной линией. Нижний участок 44 внутренней гильзы 40, по существу, определяет внутреннюю поверхность отверстия 13. Наружная поверхность внутренней гильзы 40 имеет одну или более стопорящихся канавок 46, способствующих закреплению гильзы 40 в нижней части 11 корпуса 7 сопла, при литье нижнего участка 11 вокруг гильзы таким образом, как это коротко описано ниже. In addition, the nozzle assembly 1 comprises a tubular inner sleeve 40 of relatively low permeability material for facing the entire upper portion 15 and a significant portion of the lower portion 17 of the hole 13. The inner sleeve 40 is preferably made of a pressed refractory, for example magnesium oxide, with a porosity of from about 13 to 14%. At its upper end, the sleeve 40 has a funnel-shaped inlet 43, which forms a saddle zone in the hole 13 for the thrust rod 5, and also serves as a funnel for passing molten steel or other metal into the upper part 15 of the hole 13. The geometry of the rounded sections of the end 13 of the thrust rod 5 and a funnel-shaped inlet 43 of the inner sleeve 40 provides a tight engagement between the two elements when lowering the end 3 of the stop rod 5 to the position indicated by the dotted line. The lower portion 44 of the inner sleeve 40 essentially defines the inner surface of the hole 13. The outer surface of the inner sleeve 40 has one or more locking grooves 46 that help secure the sleeve 40 to the lower portion 11 of the nozzle body 7 when casting the lower portion 11 around the sleeve in this way as briefly described below.

Металлический кожух 50 окружает и защищает наружную поверхность корпуса 7 сопла. Во всех предпочтительных вариантах металлический кожух изготовлен из стали. Верхний конец металлического кожуха 50 оканчивается как раз под верхней кромкой верхнего участка 9 корпуса 7 сопла. Оставляя незащищенным кольцевой участок 51, тогда как нижний конец кожуха выступает наружу для зацепления с монтажным фланцем 52, образующим дно корпуса 7 сопла. A metal casing 50 surrounds and protects the outer surface of the nozzle body 7. In all preferred embodiments, the metal casing is made of steel. The upper end of the metal casing 50 ends just below the upper edge of the upper section 9 of the nozzle body 7. Leaving unprotected the annular portion 51, while the lower end of the casing protrudes outward to engage the mounting flange 52 forming the bottom of the nozzle body 7.

На фиг. 2 изображен второй вариант соплового узла 60 согласно настоящему изобретению, который во всех отношениях является таким же самым, как и первый вариант, за исключением того, как выходной конец 24 трубопровода 22 сообщается с верхним участком 9 корпуса 7 сопла. В этом варианте соплового узла 60 отверстие 26 и кольцевая канавка 28 заменены кольцевой канавкой 61, выполненной на донной поверхности верхнего участка 9. Выпускной конец 24 газопропускного трубопровода 22 сообщается с этой канавкой 61 так, как это изображено на чертеже. Этот второй вариант настоящего изобретения проще в изготовлении, так как он не требует, чтобы выпускной конец 24 газопропускного трубопровода 22 размещался внутри отверстия 26 в верхней части корпуса 7 сопла до литья нижнего участка 11. Вместо этого выпускной конец 24 может помещаться в любой точке внутри кольцевой канавки 61. In FIG. 2 shows a second embodiment of the nozzle assembly 60 according to the present invention, which is in all respects the same as the first embodiment, except that the output end 24 of the pipe 22 is in communication with the upper portion 9 of the nozzle body 7. In this embodiment of the nozzle assembly 60, the hole 26 and the annular groove 28 are replaced by an annular groove 61 formed on the bottom surface of the upper portion 9. The outlet end 24 of the gas passage pipe 22 is in communication with this groove 61 as shown in the drawing. This second embodiment of the present invention is simpler to manufacture since it does not require that the outlet end 24 of the gas pipe 22 is located inside the hole 26 in the upper part of the nozzle body 7 before casting the lower portion 11. Instead, the outlet end 24 can be placed at any point inside the annular grooves 61.

Конструкция обоих вариантов первого и второго настоящего изобретения облегчает изготовление соплового узла 1. После изготовления верхней части 9 корпуса 7 сопла и внутренней гильзы 40, их соединяют друг с другом и помещают в металлический кожух 50, после чего кожух 50 переворачивают. Затем газопропускной трубопровод 22 размещают либо в отверстии 26, либо в кольцевой канавке 61, в зависимости от того, какой вариант соплового узла должен быть изготовлен. Наконец отливают нижнюю часть 11 корпуса 7 сопла, используя наружную поверхность гильзы 40 и внутреннюю поверхность кожуха 50 в качестве литейной формы. Другие элементы формы /не показаны/ окружают нижний фланец кожуха 50 таким образом, что монтажный фланец 52 может быть отлит заодно целое с корпусом 7 сопла. The design of both variants of the first and second present invention facilitates the manufacture of the nozzle assembly 1. After manufacturing the upper part 9 of the nozzle body 7 and the inner sleeve 40, they are connected to each other and placed in a metal casing 50, after which the casing 50 is turned over. Then the gas pipe 22 is placed either in the hole 26 or in the annular groove 61, depending on which version of the nozzle assembly should be made. Finally, the lower part 11 of the nozzle body 7 is cast using the outer surface of the sleeve 40 and the inner surface of the casing 50 as a mold. Other mold elements (not shown) surround the lower flange of the casing 50 in such a way that the mounting flange 52 can be integral with the nozzle body 7.

При работе верхний конец соплового узла 1 может быть помещен в отверстие, выполненное в покрывающем блоке 54 после того, как корпус 7 сопла окружен материалом набивки /на фиг. 1 и 2 не показан/. Затем через трубопроводы 32 и 22 пропускают аргон под давлением в кольцевую канавку 28 или 61 в пористом верхнем участке 9 корпуса 7 сопла, в зависимости от того, какой вариант изобретения используется. Расход газа в этом примере должен составлять от 5 до 15 литров в минуту /или 10-30 стандартных кубических футов в час/. Во всех случаях расход должен быть достаточно высоким для того, чтобы гарантировать адекватное экранирование кромки 10 и зоны седла воронкообразного входа 43 от окружающего кислорода, но достаточно низким для того, чтобы предотвратить загрязнение потока расплава металла пузырьками газа. Вследствие относительно низкой проницаемости внутренней гильзы 40, металлического кожуха 50 и литого материала, образующего нижнюю часть 11, аргон вынужден выходить из кольцевого верхнего участка 9 корпуса 7 сопла только через верхнюю кромку 10, как это показано на чертеже. Непрерывный поток аргона смещает окружающий кислород и предотвращает образование нежелательных отложений окиси алюминия или других огнеупорных соединений поверх этих зон при возвратно-поступательном движении упорного стержня 5 внутри соплового узла 1 для регулирования потока жидкой стали или другого металла. During operation, the upper end of the nozzle assembly 1 can be placed in the hole made in the covering block 54 after the nozzle body 7 is surrounded by the packing material / in FIG. 1 and 2 not shown. Then, argon is passed through pipelines 32 and 22 under pressure into the annular groove 28 or 61 in the porous upper section 9 of the nozzle body 7, depending on which embodiment of the invention is used. The gas flow rate in this example should be from 5 to 15 liters per minute / or 10-30 standard cubic feet per hour /. In all cases, the flow rate should be high enough to ensure adequate shielding of the edge 10 and the saddle zone of the funnel-shaped inlet 43 from the surrounding oxygen, but low enough to prevent gas bubbles from polluting the molten metal stream. Due to the relatively low permeability of the inner sleeve 40, the metal casing 50 and the cast material forming the lower part 11, argon is forced to leave the annular upper portion 9 of the nozzle body 7 only through the upper edge 10, as shown in the drawing. A continuous stream of argon displaces the surrounding oxygen and prevents the formation of unwanted deposits of aluminum oxide or other refractory compounds over these zones during the reciprocating movement of the thrust rod 5 inside the nozzle assembly 1 to control the flow of molten steel or other metal.

На фиг. 3 и 4 изображены третий вариант выполнения соплового узла 62 настоящего изобретения и используемый в нем распределитель 63 инертного газа. В этом варианте верхний и нижний участки 9,11 корпуса 7 сопла выполнены из слабоцементированной литой окиси алюминия того же типа, из которой выполнен нижний участок 11 корпуса 7 сопла в описанных выше вариантах. Хотя такая окись алюминия не настолько пористая, как описанный выше огнеупор, образующий верхний участок 9 первого и второго вариантов, важно понимать, что она все же достаточно газопроницаема и имеет пористость от 15 до 20%, обычнее, около 18%. Распределитель 63 инертного газа содержит кольцевую газораспределительную головку 64, которую лучше видно на фиг. 4. В дне трубчатого кольца, образующего головку 64, выполнено множество газопропускных отверстий 65, расположенных на равных расстояниях друг от друга. Головка 64 соединена заодно целое с проходящим вертикально питающим трубопроводом 66. Питающий трубопровод 66 соединен коленчатым соединением 67 с ориентированным горизонтально газопроводом 68, который в конечном счете соединен с емкостью 36 для находящегося под давлением аргона. In FIG. 3 and 4 show a third embodiment of the nozzle assembly 62 of the present invention and the inert gas distributor 63 used therein. In this embodiment, the upper and lower sections 9.11 of the nozzle body 7 are made of low-cemented cast aluminum oxide of the same type from which the lower portion 11 of the nozzle body 7 is made in the above embodiments. Although such alumina is not as porous as the refractory described above, forming the upper portion 9 of the first and second variants, it is important to understand that it is still quite gas permeable and has a porosity of 15 to 20%, typically about 18%. The inert gas distributor 63 comprises an annular gas distribution head 64, which is best seen in FIG. 4. At the bottom of the tubular ring forming the head 64, a plurality of gas inlet openings 65 are provided at equal distances from each other. The head 64 is connected integrally with a vertically extending feed pipe 66. The feed pipe 66 is connected by an elbow connection 67 to a horizontally oriented gas pipe 68, which is ultimately connected to a container 36 for pressurized argon.

Как указывалось ранее, наружная поверхность корпуса 7 сопла окружена гранулированным набивочным материалом 70. Этот материал 70 набивается вручную вокруг сопла 1 при его установке, этот материал является высоко газопроницаемым и имеет пористость от 20 до 40%. Сверху набивочный материал 70 покрыт напыленным огнеупорным материалом с более низкой пористостью /и, следовательно, более низкой проводимостью газа/, чем набивочный материал. Размещение газопропускных отверстий 65 в донном участке кольцевой головки 64 способствует предотвращению их закупоривания при набивке вручную набивочного материала вокруг корпуса 7 соплового узла 62. As mentioned earlier, the outer surface of the nozzle body 7 is surrounded by a granular packing material 70. This material 70 is manually stuffed around the nozzle 1 when it is installed, this material is highly gas permeable and has a porosity of 20 to 40%. On top, the packing material 70 is coated with a sprayed refractory material with a lower porosity / and therefore lower gas conductivity / than the packing material. Placing the gas inlets 65 in the bottom portion of the annular head 64 helps to prevent clogging when manually stuffing packing material around the housing 7 of the nozzle assembly 62.

В процессе работы находящийся под давлением аргон проходит через газопропускные отверстия 65 распределительной головки 64 при разливке стали через отверстие 13 соплового узла 62. Как и в описанных раннее вариантах, расход газа регулируется от 5 до 15 литров в минуту. Как показано пунктирными стрелками 73, указывающими направление потока, газ течет через открытый кольцевой участок 51 корпуса 7 сопла и через верхнюю кромку 10 вблизи воронкообразного входа 43 вследствие как пористости набивочного материала 70 и окиси алюминия, образующей верхний участок 9 корпуса 7 сопла, так и пониженного давления /порядка -10 psi или -0,68 атм/, в этой зоне сопла в результате течения расплава стали через отверстие 13. Вследствие всех этих причин пунктирные стрелки 73, указывающие направление течения, аппроксимируют траекторию наименьшего сопротивления находящемуся под давлением газу, текущему из кольцевой головки 64. Полученный экранирующий поток инертного газа вокруг воронкообразного входа 43, образующего участок седла для упорного стержня 5 в корпусе 7 сопла, предотвращает образование нежелательных отложений окиси алюминия за счет окружающего воздуха на этом участке соплового узла 62. During operation, argon under pressure passes through the gas inlets 65 of the distribution head 64 when casting steel through the opening 13 of the nozzle assembly 62. As in the previously described embodiments, the gas flow rate is regulated from 5 to 15 liters per minute. As shown by the dashed arrows 73 indicating the flow direction, gas flows through the open annular portion 51 of the nozzle body 7 and through the upper edge 10 near the funnel-shaped inlet 43 due to both the porosity of the packing material 70 and alumina forming the upper portion 9 of the nozzle body 7, and reduced pressure / of the order of -10 psi or -0.68 atm /, in this zone of the nozzle as a result of the flow of the melt of steel through the hole 13. For all these reasons, the dashed arrows 73, indicating the direction of flow, approximate the trajectory of resistance to pressurized gas flowing from the annular head 64. The resulting inert gas shielding flow around the funnel-shaped inlet 43, which forms a portion of the seat for the thrust rod 5 in the nozzle body 7, prevents the formation of unwanted alumina deposits due to ambient air in this section of the nozzle assembly 62.

На фиг. 5 изображен четвертый вариант соплового узла 74 согласно настоящему изобретению, который идентичен по конструкции и работе описанному выше третьему варианту, за исключением того, что трубчатая кольцевая головка 64 заменена участком 75 с двойными стенками металлического кожуха 50. Этот участок 75 с двойными стенками образует кольцевую проточную полость 76, из которой инертный газ в конечном счете вытекает через множество равномерно распределенных проточных отверстий 77. Хотя на чертеже это специально не показано, верхний и нижний фланцы участка 75 с двойными стенками герметично запаяны вокруг верхнего конца металлического кожуха 50, так что находящийся под давлением инертный газ, поступающий в кольцевую проточную полость 76, может вытекать только через проточные отверстия 77. Как и в ранее описанных вариантах, предпочтительный расход инертного газа составляет от 5 до 15 литров в минуту /или от 10 до 30 стандартных кубических футов в минуту/. In FIG. 5 shows a fourth embodiment of a nozzle assembly 74 according to the present invention, which is identical in design and operation to the third embodiment described above, except that the tubular annular head 64 is replaced by a double-walled portion 75 of the metal casing 50. This double-walled portion 75 forms an annular flow-through cavity 76, from which the inert gas ultimately flows through a plurality of uniformly distributed flow openings 77. Although not specifically shown in the drawing, the upper and lower flanges of the portion and double-walled 75 are hermetically sealed around the upper end of the metal casing 50, so that the pressurized inert gas entering the annular flow cavity 76 can only flow out through the flow openings 77. As in the previously described embodiments, the preferred inert gas flow rate is between 5 to 15 liters per minute / or 10 to 30 standard cubic feet per minute /.

Хотя настоящее изобретение описано в отношении четырех предпочтительных вариантов, для специалистов очевидны различные изменения, модификации и дополнения к настоящему изобретению, при этом дополнения охватываются сферой действия настоящего изобретения, ограниченного только приложенной формулой изобретения. Although the present invention has been described with respect to four preferred embodiments, various changes, modifications and additions to the present invention are apparent to those skilled in the art, while the additions are covered by the scope of the present invention, limited only by the appended claims.

Claims

1. Refractory nozzle assembly for regulating the flow of molten metal, used in combination with a stopper rod, comprising a housing having an upper section made of refractory material with a porosity of at least 15% for gas transmission, a lower section made of refractory material, and a hole for receiving and discharging molten metal, while the receiving end of the hole is surrounded by the upper portion of the nozzle body and has a saddle portion for tight engagement with the locking rod, gas distribution means o, surrounding the upper portion of the nozzle body for conducting a stream under pressure of inert gas through the upper portion of the nozzle body, and means for lining the holes to block the flow of inert gas through the walls of the holes in the region of the upper portion of the nozzle body and forming a saddle portion for receiving a stopper rod with allowing the inert gas to pass substantially exclusively through the upper edge of the upper portion and shielding the saddle portion from exposure to ambient oxygen.

2. The nozzle assembly according to claim 1, characterized in that the lining means is made in the form of a sleeve of refractory material with a porosity of less than 15%.

3. The nozzle assembly according to claim 1, characterized in that it is provided with an outer layer of impermeable material, ensuring the outflow of inert gas through the upper portion of the housing to its upper edge.

4. The nozzle assembly according to claim 3, characterized in that the outer layer of impermeable material is made in the form of a metal casing covering the outer surface of the housing.

5. The nozzle assembly according to claim 1, characterized in that the gas distribution means comprises a channel, the outlet end is in contact with the upper portion of the housing, and the inlet end passes through the lower portion of the housing and is connected to a source of inert gas, while the upper portion has a porosity of 20 to 30%.

6. The nozzle assembly according to claim 5, characterized in that the gas distribution means comprises an annular groove made on the bottom surface of the upper section.

7. The nozzle assembly according to claim 5, characterized in that the gas distribution means comprises an annular groove made on the side surface of the upper section.

8. The nozzle assembly according to claim 1, characterized in that the gas distribution means comprises an annular pipe surrounding the upper portion of the housing and having many holes for uniform distribution of inert gas around the upper portion.

9. The nozzle assembly of claim 8, characterized in that the holes face the lower portion of the housing to prevent clogging with their packing material surrounding the housing.

10. The nozzle assembly according to claim 9, characterized in that it is provided with a gas-tight metal casing covering the outer surface of the nozzle body, and the annular pipe is formed by a section of the casing with double walls.

11. A refractory nozzle assembly for regulating the flow of molten metal, used in combination with a stopper rod, comprising a housing having an upper section made of refractory material with a porosity of at least 15% to ensure gas transmission, a lower section made of refractory material and a hole in the housing for receiving and discharging molten metal, while the receiving end of the hole is surrounded by the upper portion of the nozzle body and has a saddle portion for tight engagement with the locking rod, gas a switchgear surrounding the upper portion of the nozzle body to conduct a stream under inert gas pressure through the upper portion of the nozzle body, a sleeve of refractory material covering the refractory material forming the upper portion of the hole to block the flow of inert gas through the upper portion of the hole and form a portion saddles for receiving the stopper rod, while the liner porosity is less than the porosity of the refractory material forming the upper portion, and the metal casing, the essentially outer surface of the upper portion of the nozzle body, the sleeve and the casing being mounted with the possibility of directing the inert gas flow exclusively through the upper edge of the upper portion to provide shielding of the saddle portion from exposure to ambient oxygen.

12. The nozzle assembly according to claim 11, characterized in that the gas distribution means comprises a pipeline located between the sleeve and the casing, while the outlet end of the pipeline is in communication with the upper portion of the housing.

13. The nozzle assembly according to claim 12, characterized in that the gas distribution means has an annular groove made in the upper portion of the housing for supplying inert gas from the outlet end of the pipeline around the upper portion.

14. The nozzle assembly according to item 13, wherein the groove is made on the lower surface of the upper section.

15. The nozzle assembly according to item 13, wherein the groove is made on the side surface of the upper section.

16. The nozzle assembly according to claim 11, characterized in that the gas distribution means comprises an annular pipe surrounding a metal casing substantially covering the upper section, with a plurality of holes for distributing inert gas around the upper section.

17. The nozzle assembly according to claim 16, characterized in that the holes face the lower portion of the housing to prevent clogging by their packing material surrounding the housing.

18. The nozzle assembly of claim 16, wherein the annular conduit is attached to a metal casing.

19. The nozzle assembly according to claim 16, wherein the annular conduit is formed by a double-walled casing portion.

20. The nozzle assembly according to claim 11, characterized in that the gas distribution means comprises a source of pressurized inert gas with a flow rate of 15 l per minute.

21. The nozzle assembly according to claim 11, characterized in that the upper portion of the housing is made of pressed magnesium oxide with a porosity of from about 25 to 30%.

22. The nozzle assembly according to item 21, wherein the lower portion of the housing is made of cast aluminum oxide with a porosity of from about 15 to 20%.

23. A refractory nozzle assembly for regulating the flow of molten metal, comprising a housing having an upper section made of refractory material with a porosity of at least 15% to ensure gas transmission, a lower section made of refractory material, and an opening for receiving and discharging metal, while the receiving end of the hole is surrounded by the upper portion of the nozzle body, gas distribution means surrounding the upper portion of the nozzle body to conduct a stream under pressure of an inert gas only h cutting the upper section of the nozzle body, means for lining the hole to block the flow under pressure of inert gas through the walls of the hole in the region of the upper section and directing the inert gas in the opposite direction to ensure that the inert gas passes exclusively through the upper edge of the upper section and shields the upper edge from oxygen the environment.

Priority on points:
10.10.95 according to claims 1-7, 11-15, 20-23;
07/09/96 according to claims 8-10, 16-19.