专利WO86/04980公开了从包含熔融金属池的接收容器转移 预定数量的液体金属的装置和工艺，它使用液体虹吸管原理，借 助带有耐火封料内衬的排放管进行。排放管为倒U字或V字形， 带有向下的相对的两个脚管，其第一脚管具有液体金属的入口孔， 而第二脚管具有液体金属的出口孔，排放管可以被封闭装置气密 封闭。在排放管的上部设置管连接器，它可以连接真空装置并且 它具有耐火材料内衬，以及它可以借助第一阀门选择性地连接真 空装置，或者借助第二阀门与大气层相通。为了从包含熔融金属 池的容器，特别是由熔化炉容器转移预定数量的液体金属，排放 管的第二脚管被封闭装置气密封闭，而排放管的第一脚管浸入熔 融金属池内，起到通气阀门作用的第二阀门被封闭以及第一阀门 开启以便使排放管通至真空装置。真空装置的真空吸气作用引起 熔融金属在第一脚管内升高，以及跨越两个脚管连接区的溢流边 缘进入第二脚管。当第二脚管被充满，第二脚管的封闭装置开启， 液体金属根据液体虹吸管原理转移至接收容器，它最好是盛钢桶。 借助封闭与真空装置连通的第一阀门以及开启作为通气阀门的第 二阀门，通过排放管的液体金属流动中断，从而有可能实现这种 控制的、无熔渣的熔融金属的排出。当第一脚管通过熔渣层浸入 金属池时，为了防止熔渣进入排放管内，入口孔沉浸入熔融金属 池之前被封闭，而在浸入后挡板熔化和开启入口孔。为了保护封 闭装置的封闭挡板元件，在熔化炉容器出铁之前，加入颗粒状耐 火封料到第二脚管内，而它的下部区具有收缩部分。
文献DE-C605701公开一种用于排空热熔池的虹吸管，其中 在吸气管内设置有喷口，而吸气管被加热壳体围绕。喷口与吸气 管一起被加热。喷口产生降低的压力，利用它开始由容器控制排 出液体金属的过程。
在使用液体虹吸管原理的已知的工艺和装置中，呈倒U字或 V字形排放管的一个脚管浸入熔融金属池中。排放管的上方向改 变区位于容器的边缘之上。因此，为了开始出铁过程，熔融金属 必须升高超过容器边缘和熔融金属液面之间的高度差。考虑到熔 融金属的高密度-例如：液体钢具有密度6.9g/cm3-它仅能升高至高 度小于1.5m。由于这种原因，已知的工艺和装置在现代化的熔炼 炉中没有获得实际的重视。
发明概述
本发明的目的是具有出铁装置的冶金容器，如权利要求1所 述，而与容器的尺寸无关。它允许可靠的控制无熔渣排出液体金 属。本发明提供了出铁装置的各种改型，其中有可能在稍微降低 压力或甚至不降低压力时开始出铁过程，从而没有必要使用真空 设备。最后，本发明还提供使用这种装置由冶金容器控制地，无 熔渣排出液体金属的工艺。
按照本发明，具有出铁装置的冶金容器的特点如权利要求1 所述。出铁装置的优选构造如权利要求2至28所述。按照本发明 的工艺的特点如权利要求29所述。本工艺的优点如其它 所述。
在本发明的情况下，排放管与一个脚管(1eg)整体制成在容 器壁内，以及排放管的两个脚管连接区的溢流边缘的高度建立成 即使熔融金属的密度高，仅需要真空设备稍微降低的压力就可以 开始和进行出铁操作，或者它可以不使用真空设备就开始出铁工 序。在此方面，借助大气层和两个脚管连接区之间的平衡，最好 通过通气阀门，或者启动封闭装置，有可能使出铁工序在任何时 间被迅速切断，从而可以保证当液体金属排出时，不会有来自浮 在熔融金属上熔渣层的熔渣吸入。
附图说明
本发明列举3个实施列并参见5个附图来较详细的说明，其 中：
图1是具有出铁装置的冶金容器的剖面图；
图2是包括出铁装置在内的容器部分的放大图，它带有某些 改进；
图3是可倾斜容器处于非倾斜状态的包括出铁装置部分的剖 面图，此图相当于图2，但排放管的形状改变；
图4是图3的IV-IV剖面图；以及
图5是图3的可倾斜的容器处于倾斜状态部分剖面图。
最佳实施例的描述
作为冶金容器的实例，图1示出电弧炉的炉子容器1剖面图。 炉子容器1具有下容器部分2，形成耐火砖建筑的炉膛，用以接收 熔融金属3，以及上容器部分4，它由水冷元件形成。如图1所示， 出铁装置5设置在炉子容器的左边，以及出渣口7设置在炉子容 器的右边，它可以被渣门6封闭。下容器部分2的底部向着出铁 装置5下降。在底部轮廓8的最低位置设置普通的底部出铁装置9， 为达到修理或重新涂内衬的目的，当炉子容器准备完全排空时， 例如在炉子停止工作前，可以使用它。炉子容器可以人们已知的 方式以出铁装置5的方向倾斜。然而接照本发明的出铁装置并不 需要它倾斜炉子容器，从而没有必要作结构的改变以倾斜炉子容 器，以及在废料预热轴的情况下，在炉子容器倾斜之前升起轴。 在固定炉子的情况下，在出铁边上的水冷元件随后也可以具有与 其它水冷元件相同的长度，从而有可能进一步节约炉子容器壁内 的耐火材料。
在图1和2所示炉子容器1的情况下，出铁装置5是根据液 体虹吸管的原理设计的，它具有被耐火材料包围并且呈倒V字形 的排放管10，带有两个向下的相对的脚管11和12，它们在顶部 连接。在两个脚管之间的连接区13内，供液体金属3用的溢流边 缘14被限定在排放管10内。排放管的第一脚管11通过下容器部 分2的耐火材料容器壁15，倾斜上升，如从炉子的内部所观察的 那样。第二脚管12设置在炉子容器1的外面，以及平行于容器壁 15垂直向下。为了生产和维护的原因，设置在耐火材料的容器壁 15外面的出铁装置5的区域借助凸缘16连接至排放管10通过耐 火材料容器壁的部分。
排放管10的第一脚管11具有入口孔17，它带有上边缘18， 限定了高度ho。
排放管10的第二脚管12具有出口孔20，供液体金属3使用， 出口孔20可以被封闭装置19封闭，并且它低于排放管10的入口孔 17的上边缘18以高度hA表示。封闭装置19仅借助封闭挡板元 件21绘图表示，它借助驱动器可以反复地移动，由顶住出口孔20边 缘的封闭位置至开启出口孔20的开启位置，以及由开启位置至封 闭位置。当出铁过程是借助来自前面的出铁程序保持在第二脚管 12内的剩余量的液体金属引发的，或者借助原已流动越过排放管 的溢流边缘14的熔融金属3的溢流量引发的，这里就不需要特别要 求借助封闭装置达到封闭作用的密封完整性，当第二脚管12已排 空而使用真空设备来引发出铁程序时，之后，为了不会大量降低真 空吸气作用，封闭装置19设计为能保证气密封闭作用。陶瓷滑动元 件和使用封闭挡板元件压在出口孔的封闭装置，可能结合使用密 封件，对于上述目的特别适合。
排放管10的第二脚管12用保护管22向下延长，当由炉子容 器1流至盛钢桶时，它围绕金属喷流从而保护金属液流不与大气 接触。
为了基本上防止排放管中的液流中的紊流，排放管的液流通 过横截面较大，以及为了限制通过液流而缩小的液流横截面部分 23设置在紧接出口孔20的上游。由于此部分23经受通过液流较 高速度作用而产生的特殊的载荷，它制成独立的，可更换的部分 (图中未示出)。除缩小的液流横截面部分外，它最好是圆横截 面，以便形成圆横截面的液流，在本说明的实施例中，排放管的 液流横截面至少在第一脚管11的进口孔17区内是矩形或椭圆形， 其宽度大于高度，这样使入口孔17的上边缘18(它决定了出铁过 程之后保留的液体贮备槽)设置得尽可能向下。入口孔17的内横 截面包容的宽度约30cm和高度约20cm，证明是优越的。
为了保持排放管内存在的熔融金属呈液体状态，以便在出铁 过程中熔融金属无阻碍地排放流动，或者为了再次液化保留的残 余熔融金属，围绕排放管的耐火材料或位于排放管内的熔融金属 可以借助加热装置加热。在说明的结构中，加热装置是借助围绕 排放管10的第一脚管11的第一感应线圈24以及围绕排放管10 的第二脚管12的第二感应线圈25而具有感应加热的。这些感应 线圈可以单独地使用交流电工作，从而可以根据相应要求加热第 一脚管11内的熔融金属或第二脚管12内的熔融金属。在感应线 圈24和25的各圈与带有耐火材料内衬的排放管10的脚管11和 12之间设置绝热层26，以便减少由排放管至感应线圈24和25的 冷却圈的热流量。在无电流状态，感应线圈24和25的有效冷却 圈也可以用于冷却排放管内保留的熔融金属。在此种情况下，取 消绝热层26。
在说明的实施例中，带有耐火材料内衬的管接头27和28与 排放管10的相应的脚管11和12在两个脚管11和12的连接区13 内对准。与第一脚管11对准的第一管接头27可以用凸缘29气密 封闭。与第二脚管12对准的第二管接头28借助第二凸缘30连接 至少一个外部装置。为此目的，第二凸缘30附有连接管31，图2 所给真空设备39可以借助第一阀门32连接至连接管31。在连接 管31的支管上设置与通气阀门33相同的第二阀门，当此阀门开 启时，可以与大气连通。为了减少脚管11和12之间连接区13内 的自由体积，在凸缘29和30内放置耐火材料塞子34和35。当凸 缘29和30拆除时，分别对准相应的管接头的脚管11和12的内 部可以达到它们便于检查和维护目的。至少一个管接头可用于连 接喷灯，或代替感应加热装置，或者作为其补充，用作排放管或 排放管内熔融金属的加热装置。
图2示出包括出铁装置的容器部分的放大图，它带有某些改 进以及设备的辅助部件，它对于某些改进形状的出铁装置的工作 模式有利。
在排放管10的入口孔17的附近设置多孔的冲冼或清除砖 (porous flushing or scavenging brick)36，它可以借助增压管道 连接至增压气源并且它由下面开启至排放管10，以便引入气体， 最好是惰性气体，例如氩气。引入气体向上进入第一脚管11，以 及它由开启的通气阀门33逃出，导致熔融金属被吸入，以及以这 种方式使液体金属在第一脚管内升高至越过溢流边缘14的水平。 这种吸入作用可以用于代替或补充真空设备39引起的真空吸气作 用。
作为代替或补充第一脚管的感应加热，脚管内熔融金属的凝 固也可以防止，方法是在排放管的入口孔17附近设置第二个多孔 的冲冼或清除砖37，它可以借助增压管道连接至增压气源并且它 由排放管的顶边开启以及用它可以保证液体金属在第一脚管内的 循环。这样导致热金属由容器2进入第一脚管的较冷区，以及从 而阻止金属在此区内固化。也可以在下容器部分2的底部设置多 孔的冲洗或清除砖，例如，在底部出铁器9的相同位置中，在排 放管的入口孔17的附近，以便借助在此区内的循环抵消冷却作用。
当使用真空装置39时，为了保证在容器的最高熔池液面h3 时排放管10的连接区13内的熔池液面h4不会升高至进入真空装 置的供给管的程度，或进入连接至管接头27的喷灯的程度，这种 安排应包括排放管10的两个脚管11和12的连接区13内熔池液 面h4的高度探测和控制装置40(图2)。装置40具有液面传感 器，它可以探测熔池液面h4的高度，以及其输出信号通过调节电 路来调节，例如真空装置39产生的降低的压力。对两脚管11和 12作用的降低的压力随后也可以使用真空装置39调节，它根据程 序传送恒定的降低的压力，而液面传感器供给的控制信号供给至 调节阀门38，使用它可以补充泄气或将二次空气控制地供给至真 空装置39的进气区，以便保持作为参考值调定的液面h4。如果管 接头27和28的长度在这样范围内，使受损害的元件经常处于熔 融金属的最大吸气高度或压头之上，则不需要调节装置用于保持 溶池液面h4的预定高度。
如果出铁装置5以这种方式设计和工作，在每次出铁过程中 第二脚管完全排空，随后最好按上述文献WO86/04980所述，在 出铁过程之后和排放管10的出口孔20被封闭挡板21再次封闭之 后，由上方加入颗粒状耐火材料至第二脚管内。在此种情况下， 与排放管10的第二脚管12对准的第二管接头28借助适当的供给 管道和称量装置用于连接具有颗粒状耐火材料的作为外部装置的 容器。连接真空装置和可以借助通气阀门33与大气连通的连接管 31随后连接至与排放管10的第一脚管11对准的第一凸缘29。
按照出铁程序的启动和进行且根据出铁装置5的相应的设计 形状做一系列改变，其最重要的改变如下所述。
在此方面，高度参数h1至h7和hA已示于图1作为一部分， 这些高度参数的定义如前所述，在此重新综合和附录于后面。在可 倾斜容器的情况下，高度参数涉及倾斜的和非倾斜的状态(见图3 和5)。其包括的含义如下：
hA＝排放管10的出口孔20的高度，它可以被封闭挡板元件 21封闭；
hO＝排放管的入口孔17的上边缘18的高度；
h1＝入口孔17前面的底部轮廓8的高度；
h2＝溢流边缘14的高度；
h3＝熔融金属池3的最高允许液面的高度；
h4＝排放管10的连接区13内熔融金属的高度；
h5＝浮在熔融金属池上熔渣层41的表面高度；
h6＝两个脚管11和12的连接区内被塞子34和35封闭的高 度；
h7＝在熔渣被涡流吸入排放管10时熔融金属池的液面高度。
在图1所示出铁装置的情况下，溢流边缘14的高度h2大致 等于熔融金属池3的最高允许液面的高度h3。当熔渣层41施加重 量载荷至容器1内的熔融金属3时，排放管内熔融金属池3的液 面高度h4稍大于高度h3，这意味着在达到容器1内最高熔池液 面h3之前短时间熔融金属流动由第一脚管11进入第二脚管12和 填充排放管10的此脚管。这种情况正是图1所示出铁过程之前。 由于高度h6和h4之间微小的差别，连接区13内的自由体积保持 较小。如果在这种情况下，借助通气阀门33的开启在连接区13 的空间内产生大气压力，以及随后通气阀门关闭，此后就不需要 真空装置，在出口孔20被封闭挡板元件21开启后，当熔融金属 由第二脚管12流出时，第一脚管11内存在的熔融金属也被那些 熔融金属拉动和由容器1吸出。根据液体虹吸管原理的排入流动 继续进行，直至与熔融金属池液面一起下降的来自熔渣层41的熔 渣和其携带的空气通过排放管的入口孔17的上边缘18吸入排放 管。当容器1内的熔融金属池3的液面达至高度hO时，出铁过程 被吸入的熔渣和空气自动地中断。应该理解，在此种情况下少量的 熔渣进入排放管和由此进入分出的金属内。
由于排放管10的入口孔17的上边缘18上方的进入涡流，在 熔融金属池3的液面达到高度hO之前，少量熔渣已经被吸入排放 管10。由于进入涡流的作用熔渣开始被吸入排放管的高度以h7 表示。如果熔渣的任何进入流动被防止，当熔融金属池3的液面 达到高度h7时，出铁过程必须因此中断。出铁过程的中断可以借 助使用适当的封闭装置19封闭排放管10的出口孔20，或者开启 通气阀门33，这就是说借助供给泄露的二次空气至两个脚管11 和12的连接区13，或者在可倾斜容器的情况下使容器向后倾斜。 在第一种上述情况下，第二脚管12保持至少部分填充剩余量的熔 融金属。而在其它情况下，第二脚管12完全排空。
如上所述，如果当借助第一脚管进第二脚管的熔融金属的流 出量足够由容器吸出熔融金属3而引起吸出作用，在第二脚管12 内存在熔融金属量就足够开始和进行出铁过程。在此方面重要的 考虑是两个脚管11和12的连接区13的自由空间的尺寸，以及出 铁过程开始时第二脚管12内存的熔融金属的体积。最后，起重要 作用的还有排放管10内的流动条件，它受到出口孔20上游液流 横截面缩小的影响。
如果，使用本发明的出铁装置，在每次达到最高的熔池液面 高度h3时仅指定一个出铁过程，随后出铁过程按照图1所示高度 的条件，可以不使用真空装置，而仅借助溢流量或第二脚管12内 存在的剩余的熔融金属进行，在此种情况下，熔融金属有可能被 加热感应线圈24，25保持在液体状态。
如果溢流边缘14的高度h2安排低于熔融金属池的最高液面 高度h3，例如，由于第一脚管11的倾斜角度减少，随后可以保 证熔融金属3的溢流进入第二脚管12，即使容器1内的熔融金属 池的液面低于最高液面高度h3，更具体地说，直至熔融金融池的 液面大致达到高度h2。因此在此区内，使用相对于第二脚管体积 适当的形状，这种排列也经常能保证借助第一脚管吸出的熔融金 属保证出铁过程可靠的开始。如果溢流边缘14设置得较低，当在 容器1内熔化的材料转移至第二脚管12已在达到最高熔池液面h3 之前某时实现，并且这里最好必须阻止熔融金属的冷却和固化， 其方法是借助感应加热和/或借助分别通过冲洗或清除砖37或36 引入气体。排放管的入口孔17的上边缘18的高度hO考虑作为溢 流边缘14高度h2的最低限度，然而，最好高度h2不低于高度h7， 应遵守：h2≥h7。在可倾斜炉子容器的情况下，这些高度参数与倾斜 状态有关。
如果溢流边缘14的高度h2选择高于熔融金属池3的最高液 面的高度h3，或者如果用出铁装置5从容器1相继排出一组部分 数量金属液，以及在此种情况下相应的出铁程序每次中断时都要 排空第二脚管，然后需要真空装置以开始出铁等程序；在说明的 实例中，真空装置可以通过阀门32连接至连接管31。真空装置的 尺寸取决于准备升高的相应的液体金属柱。较低的吸气压力也可 以借助使用文献DE-C605701说明书公开部分介绍的喷口实现。 在第一脚管内熔池液面的少量升高也可以借助多孔的冲洗或清除 砖36或37引入气体吸力作用实现。
图1所示出铁装置5的出铁过程详见下述。
在出铁程序之后，排放管10的出口孔20封闭以及颗粒状耐 火材料放入第二脚管12的下部。与此同时，熔化炉1装入炉料并 熔化炉料。在此种状态下，熔化容器1的溶池液面上升以及同时 排放管的第一脚管11内的液面上升。为了防止第一脚管11内的 熔融金属冷却，感应线圈24供电和/或分别通过冲洗或清除砖37 或36引入气体。在熔化容器1内液面达到最高熔池液面h3之前 不久，熔融金属流出第一脚管11，越过溢流边缘14进入第二脚管 12并充填它，在此种情况下，同样借助对感应线圈25供电防止冷 却，也就是说借助熔融金属的感应加热。在熔化过程中，通气阀 门33开启，以防止在两个脚管11和12的连接区13内的压力升 高。
在出铁过程之前，通气阀门33再次封闭以及出铁过程借助封 闭装置的开启而开始。借助第二脚管12排放的溢流量，熔融金属 由第一脚管11和炉子容器吸出，直至达到高度h7。当通气阀门 33开启，出铁过程由于供给泄漏的二次空气而中断，以防止排出 熔渣。相当于熔池液面的液体金属量保持在容器内作为贮槽。当 封闭装置19再次封闭后以及加入能引起滴流的耐火材料后，上述 过程重复。
如果仅有部分量被排出，随后可以借助封闭装置19中断喷流， 这样剩余量的液体金属保留在第二脚管12内。在排放管的第一脚 管11内降低至溢流边缘14以下的熔池液面h4可以升高至超过溢 流边缘14以便开始新的出铁过程，这时可以借助真空装置，可能 与装置40的液面传感器的熔池液面调节相结合，和/或通过多孔的 冲洗或清除砖36引入气体而实现。
图3至5示出可倾斜的冶金容器101的部件，它们相当于图1 或2中容器的部件，它们的图号增加100-它具有按照图1的冶金 容器改进的出铁装置105。通过下容器部分102的耐火材料容器壁 115的排放管110的第一脚管111具有水平的第一部分111a和垂 直的第二部分111b，它通过增大的连接区113连接至第二脚管 112。此外排放管110的溢流边缘114设置较低以及代替增大的连 接区113上部的气密封闭，设置带有喷嘴144的盖子143，喷嘴 144穿过盖子，并且用于加热盖子内的增大的连接区或其内的熔融 金属。连接区113的封闭由盖子143承担，它具有气密特性。然 而它不是必须的条件，因为借助设置较低的溢流边缘114，可以开 始和进行无熔渣的出铁过程，即便连接区113未被盖子143气密 封闭。
借助与下容器部分102的底部轮廓108连接的第一脚管111 的第一部分111a的水平排列以及排放管110的液流横截面的形状 为矩形或椭圆形，其宽度大于高度，有可能一方面金属的流动速 度被排放管的入口孔117处减小的液流横截面部分123所限制而 保持降低，而另一方面当排放管的入口孔117具有圆形截面时， 有可能将排放管入口孔117的上边缘118进一步向下移动。限定 液流率的排放管的入口孔117的横截面和部分123的横截面之间 的比率约4∶1。与图1和2所示的形状比较，其排放管110的第 一脚管111倾斜上升并因此排放管的入口孔17的上边缘18是锐 角形状，在图3至5所示实施例的第一部分110a的水平形状具有 的优点是由于上边缘118的直角形状，它具有较长的使用寿命， 因而即使在几百次出铁操作后，排放管的入口孔117的上边缘118 仅由于磨损而稍向上移动。它意味另一方面，溢流边缘114可以 向下移动直至液面h7以及甚至在较长期工作后，因为上边缘118 区内的磨损量小而可保证无熔渣的出铁。
图3至5所示的冶金容器是可以倾斜的。图3示出容器的自 然或工作位置以及图5示出倾斜位置。倾斜角在约3°和5°之间。 在可倾斜容器的情况下，就建立溢流边缘114的最小高度而言最 大倾斜状态是重要的，换句话说，在图5所示的倾斜状态下，为 了保证无渣出铁，溢流边缘114的高度h2应不低于高度h7，在 此高度由于进入涡流，浮在熔融金属103上的熔渣141越过排放 管的入口孔117的溢流边缘118被吸入排放管110内。如果容器 处于倾斜状态，溢流边缘114的高度h2大致等于或稍稍高于熔池 表面的高度h7，随后可以进行无熔渣出铁过程，直至熔融金属103 的高度h7在容器101内保持，而不需要被迫使用连接区113上面 的密封盖子所致的吸气作用。