一种具有涡卷结构的流体搅拌净化元件的制作方法

1.本实用新型涉及流体搅拌净化技术领域。具体地说是一种具有涡卷结构的流体搅拌净化元件。


背景技术：

2.狭缝式透气砖具备长寿命、透气量大的优势，但在使用过程中存在烧氧吹扫清理劳动强度大、发生砖芯整体横断以及狭缝渗钢的概率较高等问题，这些问题严重影响到透气砖的正常使用，进而影响钢铁冶炼的节奏。因此目前的透气砖产品迫切需要改进，在保证透气砖整体寿命的前提下，减小透气砖渗钢及发生横断的几率，同时尽量减少烧氧清理的时间以降低现场热修操作的劳动强度。
3.目前，已有研究人员通过改进狭缝式透气砖的内部吹气通道结构有效降低了透气砖发生渗钢和横断的几率，但由于狭缝吹气通道在透气砖中的分布特点，导致在进行烧氧吹扫清理时需要对整个砖芯面进行清理，从而导致烧氧吹扫清理的时间长，劳动强度大，烧氧吹扫清理时间过长则会导致透气砖的损耗加快，不利于降低钢铁冶炼的成本，且现有透气砖对钢水的搅拌净化效果也需要进一步提升。


技术实现要素：

4.为此，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种具有涡卷结构的流体搅拌净化元件，该流体搅拌净化元件可以在有效降低渗钢带来的不良影响以及发生横断的前提下，同时解决当前狭缝式透气砖烧氧吹扫清理时时间长，劳动强度大、透气砖损耗快以及搅拌净化效果不足等问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种具有涡卷结构的流体搅拌净化元件，包括砖芯本体，所述砖芯本体内具有涡卷结构，且所述涡卷结构为吹气通道，所述涡卷结构沿所述砖芯本体的长度方向设置；在所述砖芯本体的任意横截面上，所述涡卷结构呈平面涡卷弹簧状结构。
7.上述具有涡卷结构的流体搅拌净化元件，在所述砖芯本体的任意横截面上，所述平面涡卷弹簧状结构的内半径r1、外半径r2与这个横截面半径r的长度之比为(10～30)：(15～100)：(25～120)。
8.上述具有涡卷结构的流体搅拌净化元件，在所述砖芯本体的任意横截面上，所述平面涡卷弹簧状结构中相邻两条涡卷吹气通道之间的节距为15～35mm。
9.上述具有涡卷结构的流体搅拌净化元件，所述平面涡卷弹簧状结构中相邻两条涡卷吹气通道之间的节距相等。
10.上述具有涡卷结构的流体搅拌净化元件，在所述砖芯本体的任意横截面上，所述平面涡卷弹簧状结构中相邻两条涡卷吹气通道之间的节距自中心向外构成依次增大的等差数列。
11.上述具有涡卷结构的流体搅拌净化元件，在所述砖芯本体的任意横截面上，所述
平面涡卷弹簧状结构中相邻两条涡卷吹气通道之间的节距自中心向外构成依次减小的等差数列。
12.上述具有涡卷结构的流体搅拌净化元件，在所述砖芯本体的任意横截面上，所述涡卷结构与所述砖芯本体的外立面之间的最短距离为20～40mm；所述涡卷结构的宽度为0.10～0.35mm；在所述砖芯本体的任意横截面上，所述平面涡卷弹簧状结构的涡卷圈数为2～5；所述涡卷结构的锥度与所述砖芯本体的锥度相等。
13.上述具有涡卷结构的流体搅拌净化元件，所述砖芯本体内还设置有辅助透气通道，所述辅助透气通道的第一端与所述涡卷结构的最外圈吹气通道流体导通，所述辅助透气通道的第二端开口位于所述涡卷结构最外圈吹气通道与所述砖芯本体外立面之间的所述砖芯本体的上端面上；所述辅助透气通道所在的所述砖芯本体高度为所述砖芯本体整体高度的1/8～1/10；所述辅助透气通道的总透气面积与所述涡卷结构的总吹气面积之比为(1～2):10；所述辅助透气通道的横截面为宽度为0.10～0.35mm的矩形。
14.上述具有涡卷结构的流体搅拌净化元件，所有所述辅助透气通道的第二端开口至所述砖芯本体的外立面的距离均相等；所述辅助透气通道的中轴线x与砖芯本体横截面的夹角α为15～60
°
；在所述涡卷结构上：将以所述辅助透气通道的中轴线x与所述涡卷结构的交点为切点的切线记为切线y，则所述中轴线x与所述切线y的夹角β为30～60
°
，所述辅助透气通道的吹气方向的朝向与所述涡卷结构的涡旋方向相反。
15.上述具有涡卷结构的流体搅拌净化元件，还包括金属钢壳、耐火泥层、金属底板和金属尾管；所述金属钢壳通过所述耐火泥层固定安装在所述砖芯本体的外壁面上，所述金属底板位于所述砖芯本体的进气端并与所述砖芯本体侧壁面上的所述金属钢壳固定连接，所述金属尾管与所述金属底板固定连接；所述金属底板与所述砖芯本体的底壁之间设置有气室，所述气室的流体入口端通过开设在所述金属底板上的底板通气孔与所述金属尾管的流体出口端流体导通，所述气室的流体出口端与所述涡卷结构的流体入口端流体导通；
16.所述砖芯本体还包括砖芯连接体，所述砖芯连接体的两端分别固定在所述涡卷结构的内壁上；所述砖芯连接体的总横截面积与所述涡卷结构的展开面积之比为(1:5)～(1:10)；所述砖芯连接体的横截面为等腰梯形、正三角形、椭圆形或圆形；所述气室的高度为5mm。
17.本实用新型的技术方案取得了如下有益的技术效果：
18.1、本实用新型将流体搅拌净化元件中的气体通道设置成横截面为平面涡卷弹簧状结构的吹气通道，相比传统的吹气通道，这种平面涡卷弹簧状结构的吹气通道不仅在纵向上贯通整个砖芯本体，而且在砖芯本体圆周方向上也贯通，即该吹气通道在狭缝层面上呈各向贯通。本实用新型这种具有涡卷结构的流体搅拌净化元件在使用过程中即使局部发生堵塞，气体也可以绕过堵塞物而不会影响正常的透气功能，且在服役过程中，相邻两条吹气通道之间的砖体发生剥落也不会影响其它部位的正常使用，因此使其具有较好的抗热震稳定性，有效降低因发生渗钢和横断对流体搅拌净化元件的影响。
19.2、本实用新型可以通过调节平面涡卷弹簧状结构的内外半径及涡卷圈数，使其可以向砖芯本体的中心靠拢，既保证了流体搅拌净化元件具有足够的透气通道以保证透气效果，又能达到“在热修烧氧吹扫时只需吹扫砖体中心部位即可，不必清理整个砖芯面”的目的，从而有效降低烧氧吹扫清理时间以及工人的劳动强度，进而避免因烧氧吹扫清理时间
过长而导致的透气砖损耗过快，延长流体净化搅拌元件的使用寿命。另外，也可以通过调节涡卷吹气通道的分布情况，达到调控其透气量的目的。
20.3、本实用新型为了进一步提高流体搅拌净化元件的搅拌净化效果，在砖芯本体上设置辅助透气通道。辅助透气通道所在的砖芯本体高度为砖芯本体整体高度的1/8～1/10，并且与涡卷结构的最外圈吹气通道流体导通；在吹气通道宽度一定以及相邻两条涡卷吹气通道之间的节距相等或相邻两条涡卷吹气通道之间的节距自中心向外构成依次增大的等差数列的时候，自涡卷结构中心向外的单位面积的吹气量逐渐减小，使得中心流体向四周分流，辅助透气通道的设置使得涡卷结构外围流体能够沿砖芯本体周向及径向流动，弥补涡卷结构始终向上直吹的不足，涡卷结构复合辅助透气通道的吹气结构除了推动流体向上翻滚，还可以形成中心流体向四周逐渐分流、周边附近流体径向扰动及环向流动，彻底消除微小的搅拌死区，达到更好的搅拌净化效果。
21.4、由于辅助透气通道的吹气方向的朝向与所述涡卷结构的涡旋方向相反，可以形成与涡卷结构的涡旋方向相反的环向流体，从而消除自涡卷结构吹出的气体形成“携带杂质的稳定涡流”，使得流体搅拌净化效果加强，流体搅拌净化效率更高。
22.5、将辅助透气通道设置在砖芯本体的上部，可以在保证较高透气量的同时有效减少砖芯本体中的透气通道长度，从而避免因砖芯本体中开设过长的气体通道造成的砖芯本体强度下降等问题，有利于提高流体搅拌净化元件的使用寿命；另外，由于涡卷结构的横截面积自下而上逐渐减小，因此涡卷结构透气通道的横截面积自下而上也逐渐减小；当气体流量一定的情况下，越靠近砖芯本体的上端面气体流速越大，流速过大会导致钢液表面出现渣层被推开的“开眼”现象，不利于流体的净化；本实用新型在砖芯本体的上部设置吹气方向与涡卷结构吹气通道的涡旋方向相反的辅助透气通道，可在靠近砖芯本体上端面的气流速度增大时实现分流，从而有效降低进入钢水中气体的流速，既保证了气体流量满足流体搅拌净化要求、提高净化搅拌效率，又可以避免气流速度过快导致的钢液“开眼”现象。
附图说明
23.图1本实用新型实施例1中具有涡卷结构的流体搅拌净化元件的正视剖面图；
24.图2本实用新型实施例1中具有涡卷结构的流体搅拌净化元件的俯视剖面图；
25.图3本实用新型实施例2中具有涡卷结构的流体搅拌净化元件的俯视剖面图；
26.图4本实用新型实施例2中具有涡卷结构的流体搅拌净化元件中涡卷结构与辅助透气通道的位置关系示意图；
27.图5图3中a处放大图；
28.图6本实用新型实施例2中具有涡卷结构的流体搅拌净化元件的砖芯本体横截面上辅助透气通道的位置示意图。
29.图中附图标记表示为：1-砖芯本体；2-涡卷结构；3-金属钢壳；4-耐火泥层；5-气室；6-金属底板；7-底板通气孔；8-金属尾管；9-辅助透气通道；10-砖芯本体横截面。
具体实施方式
30.实施例1
31.本实施例具有涡卷结构的流体搅拌净化元件的结构示意图如图1和图所示。
32.如图1和图2所示，本实施例具有涡卷结构的流体搅拌净化元件包括砖芯本体1、金属钢壳3、耐火泥层4、金属底板6和金属尾管8；所述砖芯本体1内具有涡卷结构2，且所述涡卷结构为吹气通道，涡卷结构2沿砖芯本体1的长度方向设置；在砖芯本体1的任意横截面上，涡卷结构2呈平面涡卷弹簧状结构；金属钢壳3通过耐火泥层4固定安装在砖芯本体1的外壁面上，金属底板6位于砖芯本体1的进气端并与砖芯本体1侧壁面上的金属钢壳3固定连接，金属尾管8与金属底板6固定连接；金属底板6与砖芯本体1的底壁之间设置有气室5，气室5的流体入口端通过开设在金属底板6上的底板通气孔7与金属尾管8的流体出口端流体导通，气室5的流体出口端与涡卷结构2的流体入口端流体导通。砖芯本体1还包括砖芯连接体，砖芯连接体的两端分别固定在涡卷结构2的内壁上。本实施例中，金属钢壳3由不锈钢材料制成，金属底板6由碳钢材料制成，金属尾管8由耐热耐压钢管制成。
33.在砖芯本体1的任意横截面上，平面涡卷弹簧状结构的内半径r1、外半径r2与这个横截面半径r的长度之比为16：110：136；在砖芯本体1的任意横截面上，平面涡卷弹簧状结构的涡卷圈数为4；所述涡卷结构2的锥度与所述砖芯本体1的锥度相等；在砖芯本体1的任意横截面上，平面涡卷弹簧状结构中相邻两条涡卷吹气通道之间的节距相等，且节距为30mm；在砖芯本体1的任意横截面上，涡卷结构2与砖芯本体1的外立面的最短距离为26mm；涡卷结构2的宽度为0.35mm；气室5的高度为5mm。为了保证砖体内涡卷结构2的不会因吹气通道而导致内部强度不足，在涡卷吹气通道两侧砖体之间设置砖芯连接体将两侧砖体连接、连通。砖芯连接体的横截面为等腰梯形，砖芯连接体的总横截面积与涡卷结构2的展开面积之比为1:10；在其它一些实施例中，砖芯连接体也可以是横截面为正三角形、椭圆形或圆形等的其它形状，由于平面涡卷结构是一种能够确保砖芯本体是一体式结构，因此也可以不设置砖芯连接体。
34.本实施例这种具有涡卷结构的流体搅拌净化元件，其吹气通道在砖芯本体1的横截面上大部分是连通的，即涡卷结构2除沿砖芯本体1纵向贯通外，在横截面的圆周方向上也贯通，也就是说，涡卷结构2在狭缝层面上是呈各向贯通的。涡卷结构2在整个狭缝层面贯通，气流会在整个通道内通气，即使涡卷结构2局部发生堵塞，气流也可以绕过堵塞物透气。
35.在使用时，氩气通过金属尾管8并经过金属底板6上的底板通气孔7进入气室5，氩气气流在气室5中有一定的缓冲后，均匀进入涡卷结构2；氩气气流在涡卷结构2沿着砖芯本体1的纵向方向向上流动，并自砖芯本体1的顶部进入外部的钢水中，在钢水中起到搅拌净化的作用。由于涡卷结构的横截面具有平面涡卷弹簧状结构，当气流从涡卷结构中自下而上流入钢水的瞬间，气流也成平面涡卷弹簧状结构，这种呈涡卷状的气流在进入钢水后带动钢水发生流动，且平面涡卷的各圈气流之间由于连接在一起而发生相互协同作用，促进钢水在横向上流动，从而实现钢水在纵向方向上流动的同时也进行横向流动，对钢水的搅拌净化效果更好。
36.若将涡卷结构用相同圈数的同心圆吹气通道进行替换，则其流体搅拌净化效果不如本实施例，这是因为：同心圆吹气通道各圈的同心圆之间是完全分离的，为了保证其内部结构的强度能够其达到本实施例，则需要使用相对较多的砖芯连接体，从而减少透气量；另外，同心圆各圈之间流出的气流在横向上是相互独立的，相互之间协同作用小，因此不容易产生钢水横向上的相互作用，因而其搅拌净化效果不如本实施例。
37.若将涡卷结构用相同圈数具有间断点的同心圆吹气通道进行替换，其流体搅拌净
化效果同样不如本实施例，这是因为：从各圆周具有间断点的同心圆吹气通道中流出的气流之间，同样难以产生在横向上的协同作用，因此当气流进入钢水后，各圈气流在横向上基本互相独立，因此其搅拌净化效果相对本实施例较差。
38.本实施例具有涡卷结构的流体搅拌净化元件的制作工艺为：
39.(1)涡卷结构的形成以可烧失材料制作，在模具内按照不同透气通道结构固定好烧失材料后，浇注成型。
40.(2)砖芯本体成型后，经过烘干、烧制、套钢套、焊接，即成成品包装。
41.本实施例具有涡卷结构的流体搅拌净化元件在服役过程中，如果涡卷结构2的相邻两条吹气通道之间的砖体发生剥落，也不会影响其它部位的正常使用，局部吹气通道因钢水渗入堵塞，也不会影响整个吹气通道的透气性能，具有较好的抗热震性能，且本实施例还可以有效降低横断的几率并降低渗钢对其透气性的影响；另外，本实施例中涡卷结构2主要集中在砖芯本体1的中心位置，由于其横截面上呈平面涡卷弹簧状结构设置，可以在保证其具有较好透气效果的前提下，吹气通道尽量向砖芯本体的中心部位靠拢，使其在热修烧氧吹扫时只需吹扫砖体中心部位即可，不必清理整个砖芯面，从而有效降低烧氧吹扫清理时间以及工人的劳动强度，进而避免因烧氧吹扫清理时间过长而导致的透气砖损耗过快，延长流体净化搅拌元件的使用寿命。
42.在其它一些实施例中，在砖芯本体1的任意横截面上，平面涡卷弹簧状结构中相邻两条涡卷吹气通道之间的节距自中心向外构成依次增大的等差数列。在涡卷结构与砖芯本体外立面之间最小距离不变且涡卷圈数相同的情况下，具有这种涡卷结构的吹气通道相比本实施例而言，其吹气通道的总体积较小；为了保证达到相同的透气量，采用这种涡卷结构的吹气通道则需要通过增加涡卷圈数或者减小涡卷结构与砖芯本体外立面之间的最小距离，这样一来，其同一横截面上与砖芯本体1外立面之间的最小距离小于本实施例，相比本实施例而言其涡卷结构的最外圈吹气通道距离砖芯本体的中心位置更远，即涡卷结构的吹气通道更分散；因此，在进行烧氧吹扫清理时，需要清理的砖芯面面积大于本实施例，不利于降低烧氧吹扫清理时间以及工人的劳动强度；
43.或者，在砖芯本体1的任意横截面上，平面涡卷弹簧状结构中相邻两条涡卷吹气通道之间的节距自中心向外构成依次减小的等差数列。在涡卷结构与砖芯本体外立面之间最小距离不变且涡卷圈数相同的情况下，具有这种涡卷结构的吹气通道相比本实施例而言，其吹气通道的总体积较大，因此在保证相同透气量的前提下，这种涡卷结构的吹气通道在同一横截面上与砖芯本体1外立面之间的最小距离大于本实施例，相比本实施例而言涡卷结构的最外圈吹气通道更靠近并集中在砖芯本体的中心位置；因此，在进行烧氧吹扫清理时，需要清理的砖芯面面积小于本实施例，更利于降低烧氧吹扫清理时间以及工人的劳动强度。
44.实施例2
45.本实施例中具有涡卷结构的流体搅拌净化元件的结构是在实施例1的基础上增设了辅助透气通道，如图3所示。
46.所述辅助透气通道9的第一端与所述涡卷结构2的最外圈吹气通道流体导通，所述辅助透气通道9的第二端开口位于所述涡卷结构2最外圈吹气通道与所述砖芯本体1外立面之间的所述砖芯本体1的上端面上；所述辅助透气通道9所在的所述砖芯本体1高度为所述
砖芯本体1整体高度的1/10；所述辅助透气通道的总透气面积与所述涡卷结构的总吹气面积之比为1:10；所述辅助透气通道9的横截面为宽度为0.10mm的矩形。
47.如图3和图4所示，所有所述辅助透气通道9的第二端开口至所述砖芯本体1的外立面的距离均相等；如图6所示，所述辅助透气通道9的中轴线x与砖芯本体横截面10的夹角α为30
°
；如图5所示，在所述涡卷结构2上：将以所述辅助透气通道9的中轴线x与所述涡卷结构2的交点为切点的切线记为切线y，则所述中轴线x与所述切线y的夹角β为30～60
°
，所述辅助透气通道9的吹气方向的朝向与所述涡卷结构2的涡旋方向相反。
48.本实施例这种结构相对于实施例1而言，具有更好的流体搅拌效果及使用寿命。这是因为：辅助透气通道在砖芯本体轴向的投影长度等于砖芯本体高度的1/10，并且与涡卷结构的最外圈吹气通道流体导通，在吹气通道宽度一定的时候，自涡卷结构中心向外的单位面积的吹气量逐渐减小，使得中心流体向四周分流，辅助透气通道的设置使得涡卷结构外围流体能够沿砖芯本体周向及径向流动，弥补涡卷结构始终向上直吹的不足，涡卷结构复合辅助透气通道的吹气结构除了推动流体向上翻滚，还可以形成中心流体向四周逐渐分流、周边附近流体径向扰动及环向流动，彻底消除微小的搅拌死区，达到更好的搅拌净化效果。
49.另外，由于辅助透气通道的吹气方向的朝向与所述涡卷结构的涡旋方向相反，可以形成与涡卷结构的涡旋方向相反的环向流体，从而消除自涡卷结构吹出的气体形成“携带杂质的稳定涡流”，使得流体搅拌净化效果加强，流体搅拌净化效率更高。本实施例将辅助透气通道设置在砖芯本体的上部，可以在保证较高透气量的同时避免因砖芯本体中开设过多的气体通道造成的砖芯本体强度下降等问题，有利于提高流体搅拌净化元件的使用寿命；另外，由于涡卷结构的横截面积自下而上逐渐减小，因此涡卷结构透气通道的横截面积自下而上也逐渐减小；当气体流量一定的情况下，越靠近砖芯本体的上端面气体流速越大，流速过大会导致钢液表面出现渣层被推开的“开眼”现象，不利于流体的净化；本实用新型在砖芯本体的上部设置吹气方向与涡卷结构吹气通道的涡旋方向相反的辅助透气通道，可对靠近砖芯本体上端面的气流速度增大时实现分流，从而有效降低进入钢水中气体的流速，既保证了气体流量满足流体搅拌净化要求、提高净化搅拌效率，又可以避免气流速度过快导致的钢液“开眼”现象。
50.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。