阅读说明：本技术 一种透气砖防渗漏装置及其防渗透方法 (Air brick anti-seepage device and anti-seepage method thereof ) 是由 娄文涛 朱苗勇 刘壮 于 2020-04-01 设计创作，主要内容包括：一种透气砖防渗漏装置及其防渗透方法,属于金属冶炼设备领域。该透气砖防渗漏装置包括,第一气包和第二气包,在气源和透气砖连接的主喷吹管路上设置有第一气包,其作用为保证插拔气源时管路中的气体压力稳定,在主喷吹管路上设置有第一单向逆止阀；在与透气砖连接的支路管道上设置有第二单向逆止阀,第二单向逆止阀经过管道与压力流量双控阀的出口端连接,在压力流量双控阀的入口端连接第二气包的出气端,第二气包的进气端通过第三单向逆止阀连接供气管道。通过该装置的运用,可以防止冶金用透气砖内部预设的通气管道壁面被熔融态的金属或熔渣堵塞,能够提高透气砖的使用寿命,降低企业成本和工人的劳动强度,并且适用于大通道透气砖。(An air brick anti-seepage device and an anti-seepage method thereof belong to the field of metal smelting equipment. The air brick anti-leakage device comprises a first air bag and a second air bag, wherein the first air bag is arranged on a main injection blow pipeline connected with an air source and an air brick, the first air bag is used for ensuring the stable air pressure in the pipeline when the air source is plugged in and pulled out, and a first one-way check valve is arranged on the main injection blow pipeline; and a branch pipeline connected with the air brick is provided with a second one-way check valve, the second one-way check valve is connected with the outlet end of the pressure and flow double control valve through a pipeline, the inlet end of the pressure and flow double control valve is connected with the air outlet end of a second air bag, and the air inlet end of the second air bag is connected with an air supply pipeline through a third one-way check valve. By applying the device, the wall surface of the vent pipe preset in the metallurgical air brick can be prevented from being blocked by molten metal or molten slag, the service life of the air brick can be prolonged, the enterprise cost and the labor intensity of workers are reduced, and the device is suitable for the large-channel air brick.)

一种透气砖防渗漏装置及其防渗透方法

技术领域

本发明涉及金属冶炼设备技术领域，具体涉及一种透气砖防渗漏装置及其防渗透方法。

背景技术

在金属冶炼过程中，常用透气砖元件对金属熔池进行吹气搅拌，用于均匀熔池中温度和成分；此外，在喷射冶金领域，还有通过透气砖进行喷剂喷吹进而到达冶炼目的。在气体喷吹冶炼过程中，透气砖中气体压力大于熔池静压力，气体通过透气砖内部预设的狭缝或者其他类型的气流通道喷吹进入熔池中，在透气砖表面形成气泡，气泡上浮带动周围熔池运动，起到对熔池的搅拌作用，进而达到均匀熔池中成分和温度的目的；并且利用气泡对熔池中夹杂物的黏附，在气泡上浮过程中还可将熔池中黏附在气泡表面的夹杂物带至渣层中去除。

现有透气砖在使用过程中，当停止供气时，熔池对透气砖形成的静压力大于环境压力，熔融金属就会渗透进入透气砖中预设的供气通道中，随着温度的下降，留在供气通道中的熔融金属凝固堵塞通道，使得下次气体喷吹过程难以进行，需要专门的人员将堵塞的透气砖部分清除。透气砖堵塞所引起的成本增加，增加工人劳动强度，提高企业生产成本的问题是现有企业亟待解决的问题，需要有针对性的研究透气砖的防渗透技术。

现有防渗漏技术中，都是采用等压储气罐的形式，原理为扩大与熔池静压力等压气体的体积，没有外源气体的补充，在冶炼过程中储气罐中气体压力会随着环境的变化而变化，造成罐内压力的波动，因此无法有效防止透气砖的渗漏问题。另外，针对喷射冶金要求加大透气砖通道，现有方法则完全不适用。

从现场大量的实践经验看来，造成透气砖堵塞的原因基本有两种：1、在吹炼末期供气管道的插拔引起的透气砖内部气体压力的波动，造成熔池的回灌；2、在停止供气的时候，透气砖孔道中气体的缓慢释放使得熔池渗透进入孔道，造成堵塞。针对上述问题急需一种防止透气砖被熔融金属或熔渣堵塞装置。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种透气砖防渗漏装置及其防渗透方法，该透气砖防渗漏装置是一种防止透气砖被熔融金属或熔渣堵塞装置，通过该装置的运用，可以防止冶金用透气砖内部预设的通气管道壁面被熔融态的金属或熔渣堵塞，能够提高透气砖的使用寿命，降低企业成本和工人的劳动强度，并且适用于大通道透气砖。

本发明解决的技术问题所采用的技术方案是：

本发明的一种透气砖防渗漏装置，包括第一气包和第二气包，在喷吹主管路上设置有第一气包，第一气包的出气端和第二气包的出气端通过管道合并成供气总路，和透气砖相连通，在第二气包的出气端和供气总路连通的管道方向上，依次设置有压力流量双控阀和第二单向逆止阀，第二单向逆止阀用于控制气体只能从第二气包流出，第二气包的进气端通过带有第三单向逆止阀的管道和供气管道连接；第一气包的进气端连接带有第一单向逆止阀的管道和供气管道连接。

在第一气包和第二气包均与供气管道连接时，分为分路连接和并路连接；

当为分路连接时，具体为：

第二气包的进气端通过带有第三单向逆止阀的管道和气瓶连通，在和气瓶连通处的管道端口设置有气瓶接头；第一气包的进气端通过带有第一单向逆止阀的管道和供气管道连通，在和供气管道连通处的管道端口设置有快速插头；

当为并路连接时，具体为：

第二气包的进气端通过带有第三单向逆止阀的管道和并路三通连接，第一气包的进气端通过带有第一单向逆止阀的管道和并路三通连接；并路三通通过管道和供气管道连接，在管道和供气管道连接的端口设置有快速插头；

并且当为并路连接时，第二气包的进气端离快速插头的管路长度L₁小于第一气包的进气端离快速插头的管路长度L₂，其中，L₂-L₁＝管径的2倍～100倍。

进一步的，第一气包的出气端、第二气包的出气端、供气总路，通过三通连通。

进一步的，所述的第二气包的容积为5-200L。

进一步的，所述的第一气包的容积为3-100L，用于保证气源插拔过程中管路中气体压力的稳定。

当现场生产节奏允许，气瓶方便安装，尤其钢铁领域120t及以上钢包吹氩冶炼时，建议采用分路连接；当生产节奏紧凑，不适用气瓶安装，钢铁领域120t以下小型钢包吹氩冶炼时，建议采用并路连接；

所述的分路连接，适用于120吨以上大型或超大型钢包，在体积不变的情况下通过高压钢瓶向第二气包中充入更多的气体，使得能维持大型或超大型钢包冶炼周期。

进一步的，所述的压力流量双控阀，根据熔池的液面高度，根据以下公式：

P＝ρgh，其中，P为熔池的静压力，单位为N，ρ为熔池液体的密度，单位为kg/m³，g为重力加速度，本公式为9.81N/kg，h为熔池的液面高度，单位为m；

计算得到熔池的静压力P，根据压力流量双控阀的阀后压力P₁>P的关系，调整压力流量双控阀的开度，并控制供气管道的气体压力范围为0.2Mpa～6.0Mpa，经压力流量双控阀后，输出压力为0MPa～计算后的阀后压力P₁。

所述的压力流量双控阀可将高压气体调整为0MPa～计算后的阀后压力P₁，保证出口压力恒定；压力流量双控阀还可以调节出口处气体流量，使得气体可以保持恒定压力、恒定流量流经压力流量双控阀。

本发明的一种透气砖防渗透方法，采用上述透气砖防渗漏装置，包括以下步骤：

在熔池喷吹冶炼过程中，气源气体经过第一单向逆止阀进入第一气包，经过第一气包稳压后，进入透气砖进行喷吹；其中，第一气包中的气体压力>透气砖面静压力；

并将0.2～6.0Mpa的惰性气体经由第三单向逆止阀，通入第二气包；

通过检测熔池的液面高度，根据公式P＝ρgh，其中，P为熔池的静压力，单位为N，ρ为熔池液体的密度，单位为kg/m³，g为重力加速度，本公式为9.81N/kg，h为熔池的液面高度，单位为m，计算得到熔池的静压力P；

调整压力流量双控阀的开度，使得压力流量双控阀的阀后压力P₁>熔池的静压力P；更优选为阀后压力P₁比熔池的静压力P高0.001MPa；

此时，透气砖面的气体压力>熔池液面产生的静压力，气体会以单个小气泡或气泡群的形式释放，保证了透气砖中预设的气流通道中充满气体，使得熔融金属液和熔渣不会回灌进气流通道内。

所述的透气砖防渗透方法中，第一气包在熔池喷吹冶炼末期，对管路中气体起到稳压作用，第一气包的气体压力>透气砖面静压力，在释放气体后，失去作用。

所述的透气砖防渗透方法中，通过第二气包和压力流量双控阀的配合，在停止喷吹过程中，起到将第二气包中的气体缓慢相对于透气砖面静压力微大的状态释放至吹气管路中，使得透气砖内部孔道始终充满气体，从而保证孔道的导通。

所述的透气砖防渗透方法中，当为分路连接时，惰性气体采用单独气瓶供气，当为并路连接时，惰性气体采用现有管路直接供气。

本发明的透气砖防渗漏装置适用于透气砖的防熔融态物质渗漏，同时也适用于其他接触型防渗漏、防回灌喷吹气体设施。

本发明的一种透气砖防渗漏装置及其防渗透方法，其通过贮存在第一气包和第二气包中气体的协同作用，解决吹炼末端管路中压力剧烈变化引起的回灌；另外通过第二气包和压力流量双控阀的配合，在停止喷吹过程中，起到将第二气包中的气体缓慢相对于透气砖面静压力微大的状态释放至吹气管路中，使得透气砖内部孔道始终充满气体，从而保证孔道的导通。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明增加压力流量双控阀，设置在第二气包和气源之间的单向逆止阀单向导通，实现了第二气包从气源可以补充一定流量的高压气体，在气源断开连接后，单向逆止阀的存在使得气体得以贮存在第二气包中；流经压力流量双控阀，压力流量双控阀和单向逆止阀的关联设置，可以使得第二气包内气体维持较高压力水平，将第二气包内气体和透气砖及管路中的气体分割独立开，这样第二气包中气体不受正常冶炼过程的影响，可以贮存更多，压力水平更高的气体。第二气包中的高压气体经压力流量双控阀转化成设定好的一定压力的气体，使得第二气包中的气体经压力流量双控阀缓慢释放，相对熔池维持较长时间的微正压。气体流经单向逆止阀，经管道流向透气砖，透气砖下部正常喷吹管路末端为单向逆止阀。气体只能通过透气砖导出。气体充满透气砖内部预设的通道，并且由于通道内气体压力大于透气砖受到的熔池压力，使得气体在熔池中缓慢释放，经实际测量，该装置能保持相对熔池的微正压，从而保证了透气砖通道在熔融金属处理的整个阶段持续性导通；另外，第一气包的设置，使得在正常喷吹冶炼的过程中气源气体切断和导通的瞬间管路中气体压力不发生较大波动，避免了透气砖通道在瞬间被熔融态金属或熔渣回灌堵塞；两个气包的设置是针对两种不同造成透气砖通道堵塞的原因设置的。这样可以在接下来的炉次冶炼中保证免处理，从而减少了透气砖因处理堵塞造成的损毁，增加了透气砖使用寿命，减少了现场工人的劳作强度。且对现有喷吹冶炼条件不产生影响，企业改造成本低。另外，本装置还适用于大通道透气砖的防渗漏。

附图说明

图1为本发明气瓶补充气体的分路连接的透气砖防渗漏装置的结构示意图；

图2为本发明自补气的并路连接的透气砖防渗漏装置的结构示意图；

图1、2中标记分别表示为：1：快速插头；2：单向逆止阀；2-1：第一单向逆止阀；2-2：第二单向逆止阀；2-3：第三单向逆止阀；3：第一气包；4：三通；4-1：第一三通；4-2：第二三通；5：压力流量双控阀；6：第二气包；7：气瓶接头；8：透气砖。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

一种透气砖防渗漏装置，其结构示意图如图1所示，本实施例的透气砖防渗漏装置，包括：第一气包3和第二气包6，在气源和透气砖8连接的主喷吹管路上设置有第一气包3，其作用为保证插拔气源时管路中的气体压力稳定，在主喷吹管路上设置有第一单向逆止阀2-1，从而气源气体进入第一气包3，第一气包3内的气体只能从透气砖7预设的气体通道内通过；在与透气砖8连接的支路管道上设置有第二单向逆止阀2-2，气体只能通过第二单向逆止阀2-2流进透气砖8，第二单向逆止阀2-2经过管道与压力流量双控阀5的出口端连接，在压力流量双控阀5的入口端连接第二气包6的出气端，第二气包6的进气端连接第三单向逆止阀2-3，气体只能通过第三单向逆止阀2-3流向第二气包6，进入第二气包6的高压气体经过压力流量双控阀5的调节，转化成可用的一定流量的低压气体；主喷吹管路和支路管道通过三通4连接。

本实施例中，设置有第三单向逆止阀2-3的管道通过端口设置的气瓶接头7和高压气瓶连接；设置有第一单向逆止阀2-1的管道通过端口设置的快速插头1和供气管道连接；

一种透气砖防渗漏的方法，在透气砖防渗漏装置中，将设置在第三单向逆止阀2-3一端的气瓶接头7连接单独高压气瓶，保护气体从高压气瓶中通过气瓶接头7进入透气砖防渗漏装置的支路管道，流经单向逆止阀2-3进入第二气包6，在第二气包6中充入1.2Mpa气体后断开高压气瓶连接，此时第二气包6中充满1.2Mpa的高压气体，单向逆止阀2-3保证气体不会回流泄露，高压气体仅能通过设置好出口压力为0.215Mpa，出口流量为0.1L/min的压力流量双控阀5转化成相应压力的低压气体，低压气体通过单向逆止阀2-2进入并通过三通4和透气砖8主喷吹管路连接，透气砖8主喷吹管路上设置有单向逆止阀2-1，保证气体只能通过透气砖8释放，实现透气砖8通道中气体相对于熔池微正压，并在实验中保持8个小时，通过设置的压力流量双控阀5，使得压力流量双控阀的阀口气压降至0.215Mpa时，在高于0.2Mpa气体的情况下保持了4个小时；

同时，在正常喷吹冶炼过程中，气源气体通过快速接头1后，经过单向逆止阀2-1进入第一气包3，气源气体在第一气包3中稳压后，经过三通4后连接透气砖8，这样保证了避免在插拔快速接头时管中压力的变化引起的熔融态金属或熔渣回灌堵塞通道。

实施例2

一种透气砖防渗漏装置，其结构示意图如图2所示，本实施例的透气砖防渗漏装置，同实施例1，相较于实施例1取消了单独气瓶的设置，本实施例采用分路连接，其利用压力沿程分布特点，第二气包6在熔池正常吹炼过程中，利用冶炼时的喷吹气体随时补充气体，在正常喷吹冶炼过程中，气源气体通过快速接头1进入透气砖防渗漏装置主管路，流经第一三通4-1后气体分流；

一部分气体经单向逆止阀2-1沿主喷吹管路进行，流经第一气包3，第一气包2保证在快速接头1断开气源后管路中的压力不发生较大波动，防止熔融态金属或熔渣回灌。在第一气包2中稳压后经第二三通4-2流向透气砖8，经过透气砖8中预设的气体通道进入熔池中进行正常的喷吹冶炼；

另一部分经第一三通4-1后经过单向逆止阀2-2进入第二气包6，气体在第二气包6中贮存，贮存压力等同于气源压力，第二气包6中的气体经压力流量双控阀5后，可控制出口气体的压力和流量，出口气体经过单向逆止阀2-3和第二三通4-2后，进入透气砖8管路，此路气体保证在快速接头1断开气源后，第二气包中的气体能以一定压力和流量流向透气砖8，使得预设的气流通道不会堵塞。

根据现场喷吹条件(高压气体在0.6Mpa)控制阀调整出口压力为0.215Mpa，流量控制在0.1L/min，经实验后得知相对于熔池微正压保持5个小时左右，在气包5气压将至0.215Mpa时，在高于0.2Mpa气体的情况下保持了4个小时，该种装置可以做到气包5中气体和喷吹冶炼气体一致，减少了喷吹气体对熔池污染的可能。

实施例3

一种透气砖防渗漏装置，包括第一气包3和第二气包6，在喷吹主管路上设置有第一气包3，第一气包3的出气端和第二气包6的出气端通过三通4和透气砖8相连通，在第二气包6的出气端和三通4连通的管道方向上，依次设置有压力流量双控阀5和第二单向逆止阀2-2，第二单向逆止阀2-2用于控制气体只能从第二气包流出，第二气包6的进气端通过带有第三单向逆止阀2-3的管道和高压气瓶连接，在和气瓶连通处的管道端口设置有气瓶接头7；第一气包6的进气端连接带有第一单向逆止阀2-1的管道和供气管道连接；在和供气管道连通处的管道端口设置有快速插头。

在熔池喷吹冶炼过程中，将装有氩气/氮气的气瓶和气瓶接头7连接，本实施例为氩气，氩气气体流经单向逆止阀2-3，将1.2MPa的气体通过单向逆止阀2-3进入第二气包6，第二气包6的容积为200L，根据产能，熔池的液面高度h通过计算式P(静压力)＝pgh，计算出熔池的静压力P为0.2MPa，根据静压力调整压力流量双控阀开度，使得压力流量双控阀的阀后压力P₁比静压力P高0.001MPa，这样可以保证到达透气砖面的气体压力微大于液面产生的静压力，此时气体将会以单个小气泡或者极少数气泡群的形式释放，保证透气砖中预设的气流管路中充满气体，使得熔融金属液和熔渣不会回灌进气流通道内；

在熔池喷吹冶炼过程中，气源气体经过快速插头和单向逆止阀进入第一气包，第一气包容积为100L，经过第一气包的稳压后进入透气砖主管路喷吹，在快速插头插拔过程中，第一气包保证了管路中的气体压力稳定。两步措施在从根源上解决透气砖堵塞问题，适用于大型冶炼装备。

实施例4

一种透气砖防渗漏装置，同实施例3，不同在于，在第二气包6的进气端通过带有第三单向逆止阀2-3的管道和并路第一三通4-1连接，第一气包3的进气端通过带有第一单向逆止阀2-1的管道和并路第一三通4-1连接；并路第一三通4-1通过管道和供气管道连接，在管道和供气管道连接的端口设置有快速插头1；

并且当为并路连接时，第二气包6的进气端离快速插头1的管路长度L₁小于第一气包3的进气端离快速插头1的管路长度L₂，其中，L₂-L₁＝管径的20倍。

将透气砖防渗漏装置的进气端与原有透气砖进气端直接相连，通过空气动力学理论和数值模拟结果可知，在流动的管路内，压力沿径向迅速降低。将透气砖防渗漏装置中第二气包6的进气端设置在原有透气砖进气的远端，在透气砖防渗漏装置中，第一三通4-1和第二三通4-2间的距离，超过进气管道径向距离为2D-100D，一般在喷吹冶炼过程中使用的气源压力为0-1.5Mpa的气体，保证充入第二气包6的气体有足够的压力，其它步骤设置及作用同实施例3。这种设置提高了设备的集成度，减轻了现场工人的劳动强度，并且使用相同种类气源，减少了杂质气体的混入，装备简单适用于小型冶炼装备。