本发明涉及一种用来钻入耐火材料而专门设计的水冷却的等离子吹管。 本发明还涉及采用这种专门设计的等离子吹管来打开熔炉（例如金属熔炼炉、高炉或电弧炉）壁上的用泥塞堵住的分流孔的方法。
通常，在高炉、电弧炉或其他类型的金属熔炼炉的下部设置有称之为“放液孔”的孔，用来将在熔炉内处理过的金属液导入到钢水包内。这样设置在金属熔炼炉壁内的分流孔通常是圆柱形的，并在炉子是刚性结构而且不能倾斜倒出金属液的时候使用。
当然，这种放液孔在导出金属后必须堵住，以避免液体金属上部的渣子流出来与钢水包内地金属液混合。为此，常用含有氧化铝、氧化硅和石墨的粘土混合料制成的耐火泥塞来堵孔。这种耐火泥塞挤成可插入孔内的辊状，并挤入对准被堵分流孔的喷口内。
为了准确地堵塞放液孔，必须准确地校准放液孔的内壁尺寸，从而使成形辊塞的直径与放液孔的直径一样大。为此，必须在炉子每次作业后用精确的方法打开放液孔。
现在，有四种通用的打开炉子放液孔的方法。
第一种方法是用风钻“钻”泥塞。这种独特的机械方法的优点是不需要水，钻出的孔很容易校准。但是，这第一种方法只能用在孔的深度有限的情况下，并且只能在中温下用。而且设备的维修成本很高，因为在使用中当钻头与金属液接触时往往被毁坏或严重损伤。
第二种方法常与上述第一种方法合并使用，是用氧矛将泥塞熔化。氧矛有一根钢管，可插入放液孔内，并喷入一种氧与铁粉的混合物，铁粉氧化产生大量的热，将泥塞熔化。这第二种方法是相当便宜的，但其主要缺点是开孔不均匀，因为铁与氧的反应不能以控制的方式在孔内进行，因此，在分流孔壁内常产生一些空穴，这对于孔的校准有很不利的影响。这种方法的另一个缺点是氧切割技术几乎不可能实现自动化。
第三种打开放液孔的通用方法是借助于与炉子电源连接的石墨电极与泥塞本身之间产生的电弧来熔化泥塞。实际上，用这种方法打开直径有限的孔特别是较深的孔时，效率是很低的，而且，泥塞的材料还必须有足够的导电性才能传导电弧，电弧也不能被适当地导引。因此，孔的校准就做不到。
第四种打开放液孔的方法是用锌丸喷射泥塞，由于进入放液孔的锌丸本身的气化作用而获得喷射效应，故这种方法确实很适合于以十分“干净”的方式打开放液孔。但是，用这种方法打开的孔必须有一定的深度，而且进行喷射之前应处于高温下，此外，还有回弹的危险。
为了保持准确校准的放液孔直径，任何开孔的均匀性和再现性是重要的。用氧矛或电弧传导的方法具有扩张孔的底部尺寸的倾向，因为，热不能导引出，并且熔化区尺寸不能控制。这又会引起随后塞入的新泥塞压不住，并且不能保持在孔内，从而导致金属液漏泄，这是很危险的。而且还可能发生这样的情况，即孔被扩大，致使不可能用泥塞来堵住金属流，因此必须停炉修理分流孔。
转让给SINTEF的美国专利No.4，289，949叙述过上面提到的打开放液孔的通用方法的缺点，并提出用等离子燃烧嘴的方法来克服这些缺点。该专利提出的等离子燃烧嘴包含一个置于中央的电极和一个外电极，电极是用构成一个连续自耗系统的非熔化的和纯净的材料制成。外电极做成管状，另一根管状或棒状的电极同轴地安装其内部。用这种装置来喷射一种气体通过两电极之间直到电极前端的通道，在电极前端，从内电极的端部发生放电。
SINTEF专利分开的等离子燃烧嘴主要是设计用来加热金属液的，虽然在说明书上提出用来打开分流孔，但未见有这种应用的实例和试验结果的报道。
实际上，众所周知，用石墨或碳化硅制的电极是非常脆的对电极小小的敲击就可能使吹管破裂，以致不能工作。
而且，众所周知，采用两根同轴的管状电极不能通过加大气流量来拉长电弧，因为电极之间的空间保持不变，而且工作电压低也使得传导到等离子气体的功率也低。因此，为了获得大的功率就必须有很高的电流，这样，电极的腐蚀就很严重。
此外，采用两根用自耗材料制成的同轴电极不可能得到精确规定的同轴轮廓线的等离子射流，而这又是以精确而可再现的方式打开分流孔所真正需要的。
其实，依申请人看来，目前尚未有可用来打开金属熔炼炉的放液孔的等离子吹管。这是因为还没制成在商业上可得到的用来插入分流孔内的水冷却吹管。为了熔化泥塞必须将吹管插入孔内一个较大的深度，以减少钻孔时间，并确信泥塞已以精确的方式熔化了。但是，大多数在商业上购到的吹管都不能承受放液孔内常有的高温。因此，将它们插入放液孔内就可能导致它们的靠近熔化区的前密封接头漏水。
另外，使用现有的吹管，可能在前电极的弧接触点上沉积一些熔融材料，从而造成电弧不规则地工作而缩短电极寿命。
本发明的目的是提供一种改进的水冷却的等离子吹管，其结构特别适合于承受像在分流孔内会遇到的那种苛刻的工作条件。
本发明的另一个目的是提供一种打开在炉壁上用泥塞堵住的放液孔的方法，该方法采用本发明的改进的等离子吹管，能避免上面所述的各种公知的方法具有的大多数缺点。
根据本发明研制的改进的水冷却等离子吹管用来钻耐火材料，它很适用于以精确而可再现的方式打开金属熔炼炉炉壁上的放液孔。这种吹管有用水冷却的电极，它的前端设计成其头部可承受很高的温度而不漏水。
更具体地说，本发明的等离子吹管有一个用不锈钢制的长圆筒形的主体，在其外表面用等离子喷射法沉积一层诸如氧化铝、氧化锆或氧化镁之类的耐火陶瓷。这层耐火陶瓷起到电绝缘和隔热的重要作用，它确实可保护吹管内部的零件不受热的影响，而且在钻孔过程中，该陶瓷层还或防止熔融材料在其表面上沉积。由于有了这种陶瓷层，可减少通过吹管水冷却系统的热损失，而且放液孔内的温度更高，这就有可能更容易排出熔融的材料，更快打开放液孔。当构成吹管本体的不锈钢外壳处于比泥塞高的电势时，该陶瓷层便是一种良好的绝缘体，防止电弧触击吹管表面和损坏吹管。
被设计成边打孔边进入放液孔的吹管前端支承着两根同轴排列的空心电极，这两根电极用水冷却，最好用铜合金制成，它们可与高压直流电源连接。通过高压脉冲在电极之间引弧，然后，通过喷入电极中心孔并被电弧加热到很高温度的气体的强烈涡流将弧柱拉长。
前电极的中心孔设计成可使电弧触点在一定的气流速度下接近或处在吹管的尖部，为此，将前电极的中心孔做成一种喷嘴状，等离子射流以一规则的轮廓线和足够高的轴向速度从该喷嘴喷出，以防止熔融材料沉积在电弧贴附的电极区。
这种高动量的等离子射流能够以很快的速度熔化和破碎任何耐火材料，并能够用离开孔的气体来排除熔融材料液滴。
本发明的吹管最好设计成在其前端的水冷却系统中只有一个O型环密封，这个单一O型环受到一对在其两侧延伸的细水管和等离子喷射在壳体外表面的陶瓷层的保护，使之免受外部加热。为获得这种效果，前电极设计成构成进入放液孔的吹管尖部，并将其外径选择为稍大于吹管主体的外径，从而使离开孔的气体不直接与O型环所处区域接触。
专门设计的冷却水管道使经过强软化处理的水流均匀分布，并保证吹管尖部的弧触区和O型环冷却良好。这样的设计也使得可以快速地拆下前电极，以便检查O型环和更换已腐蚀的两个电极。
因此，根据本发明提供了一种改进的用来熔化和破碎熔炉放液孔中的泥塞以便以精确而可再现的方式打开这个放液孔的水冷却等离子吹管，它由如下几部分组成：
一个不锈钢制的空心壳体，该壳体具有圆筒形外表面，其前端敞口;
一对在空心壳体内同轴安装成排的前、后空心电极，前电极位于吹管的前端（下称吹管“尖部”），带有中心通孔;
一个同轴安装在空心壳体内的上述空心电极之间的电绝缘隔环;
在空心壳体内延伸的普通机构，用来将空心电极与外电源连接，以便在电极之间产生一种在每个电极上都有触点的电弧;
在空心壳体内的另一种普通机构，它可与具有一定气流速度的外来等离子气源连接，用来将等离子气喷射入电极之间的空间;
与外部水管道连接的水管系统，用来导引空心壳体内的冷却水流全都沿着空心壳体流到它的前端，以便从外部冷却前、后电极和隔环，并从内部冷却空心壳体的外表面。
按照本发明，所述的等离子吹管的改进在于：
它还包括一种用等离子喷射法沉积在空心壳体外表面上的陶瓷材料保护层;
上述等离子吹管的前电极有一个设置有大小与空心壳体的前端相配合的圆筒形向后部分的前端和一个越过上述空心壳体前端延伸的圆筒体形的向前部分，该部分构成等离子吹管的尖部并且最好有一个稍带锥形的前表面，其大小是从空心壳体的外表面四周径向向外延伸一个短距离。因此，在使用中就可以稍稍反射从放液孔出来的等离子气体，使之不同空心壳体的前端相接触;
前电极的中心通孔的大小和形状使发出的等离子气体射流在上述的给定的气流速度内具有规则轮廓线和有高的轴向速度，以便保证前电极的电弧贴附点接近或处在等离子吹管的尖部;并防止熔融材料沉积在吹管尖部;射流的动量足以熔化和破碎泥塞并同时以很快速而有效的方式排出熔融材料;
在吹管前端装一个单一的O型环，以对它形成水封，该O型环沿前电极前端的圆筒形向后部分向周围延伸;和
与上述水管道机构接通并构成其整体部分的水管道分别设置在空心壳体和前电极前端的向后部分内，这些管道沿O型环分别向内向外四周延伸，因此，足以冷却O型环，防止其过热。
根据本发明改进的等离子吹管所产生的高温高速等离子射流可以用来在很短的时间内钻穿分流孔。
因此，本发明也提供一种打开用泥塞堵住的熔炉的放液孔的方法，该方法的步骤包括熔化和破碎堵住放液孔的泥塞并同时地排出采用本发明改进的等离子吹管发出的高温旋涡气体射流所产生的熔融材料。
由于本发明的等离子吹管发出的等离子射流有规则的轮廓线，故可以以十分精确的方式打开放液孔。
等离子吹管是公知的工具，通过在两电极之间产生电弧来形成温度很高的气体流。一台完整的等离子吹管装置包括等离子吹管、电源（通常是直流电源）、等离子气源、用来冷却吹管的冷却水源、以及控制柜。
该等离子吹管的主要优点之一是能够瞬时地启动和停止，没有热的惯性，因此，当吹管不再受热时，其水源和电源会立刻中断，而不致损坏吹管。
如上所述，用来堵塞放液孔的塞子常用氧化铝（40%）、氧化硅（40%）和石墨（20%）的混合物制成的泥膏，因此，塞子在高温下具有导电性。当采用常用的空气作为等离子气体时，等离子射流中的氧原子就同泥塞中的石墨起反应，使石墨燃烧，产生一定量的附加热。因此，采用等离子吹管时，泥塞的化学发热对开孔作业是重要的。当然，如果用纯氧而不用空气作为等离子气体的话，泥塞的熔化将会大大加快。
但是，就所关心的钻孔速度而言，堵塞泥膏的熔解热和熔化温度是比泥膏中的碳含量更为重要的因素，实际上，等离子吹管甚至可用来钻开不含碳的泥塞。如果碳含量高于20%，泥塞的熔点就提高，用空气燃烧的碳就会比所需要的量多得多，因此大大延长钻穿放液孔的时间。
为了促进泥塞尽可能快地熔化，泥塞可以导电加热。如前面所述，泥塞受热时就变得有导电性，因此，如果泥塞与吹管的电路连接，就有可能在吹管尖端与泥塞之间触发电弧。
为此目的，根据本发明的一个最佳实施例，通过将吹管的前电极和一个与炉内金属接触的电极连接一个可以是炉子电源的辅助电源（直流或交流）的方法，把另一个电弧叠加到由等离子吹管发出的电弧上。
根据本发明的另一个最佳实施例，按上面所述方法将等离子吹管与熔炉电路连接，以便以一种混合方式工作，也就是说既按非传导弧方式又按传导弧方式进行工作。在此情况下，当吹管足够靠近泥塞时，等离子弧就传导到泥塞。
如果使用一种高功率等离子吹管，而且该吹管在钻孔过程中又必须停留在孔的前面（因为，例如它的直径大，不可插入分流孔内），那么，吹管尖部与泥塞之间的距离就会随着泥塞的熔化和破碎而增大，而且，最好在供给吹管的空气或氧气中添加低电压气体例如氩气，以便尽可能多地降低弧电压。
在这个实施例中，传导的或辅助的电流通过泥塞，按照焦耳效应帮助泥塞熔化。而且，测量这种传导电流或辅助电流可用来实现作业过程自动化。
钻开放液孔实现自动化对于以十分精确的方法来操作等离子吹管并使这种方法具有再现性是十分重要的因素。为此，可将等离子吹管装在导轨上，并借助于液压缸或类似机构使它前后来回移动。除了控制等离子吹管作业必需的因素（弧电压、弧电流和等离子气体流速）外，某些其他因素也用来控制作业过程，这些因素如下：
吹管的位置（XY）和倾角（O），这两个因素必须调节到吹管的纵向轴线与分流孔的纵向轴线精确地重合;
吹管的尖部相对于炉壁前表面的位置（Z）;
进入吹管的冷却水与离开吹管的冷却水的温差，可以监控这个参数，以确定插入分流孔的吹管是否过热，并根据这个参数，一旦测出已经过热便可指令吹管快速向后移出;
通过泥塞的传导电流或辅助电流的强度，这个参数可用来控制吹管尖部相对于泥塞的位置，控制吹管在分流孔内的缓慢推进，并用来确定金属开始流出时钻孔作业终结的时间。
所有上述参数都可输入计算机或输入能够控制吹管的工作及其在打开分流孔时的位移的程序自动控制机构中。
采用本发明改进的等离子吹管可综合上面所述的公知方法的所有优点，并且可以容易实现遥控和自动化。使用这种等离子吹管时，泥塞是受很高温的等离子射流的撞击而熔化的，同时又由高速离开孔内的气体将所产生的熔融物质吹去。
采用本发明改进的等离子吹管来打开放液孔的方法有如下的重要优点：
可得到具有规则的同轴轮廓线的等离子射流，故可在不损坏分流孔壁的情况下熔化和破碎泥塞;
该方法有再现性，故容易实现自动化;
可选择等离子气体，以实现化学燃烧含有石墨的堵塞泥膏;
当泥塞温度够高时，有可能在泥塞上传导电弧;
在可能使用功率为100KW-2.5MW的等离子吹管，以满足特定的用途;
可打开良好校准的孔，既使是深孔也是这样，而不会形成空穴，因为该等离子吹管可产生具有熔化和破碎泥塞所需的全部能量的高度局限的等离子射流，所以，这种等离子射流在工作过程中绝不触及放液孔的壁。
通过下面结合附图对几个最佳实施例所作的非限定描述，我们将会更好地了解本发明。在附图中：
图1是根据本发明的一种改进的等离子吹管前端的纵向局部剖面图;
图2是申请人在实验室中使用的一种试验装置的横剖视示意图，该装置用来模拟打开放液孔和试验图1所示的等离子吹管;
图3是申请人在实验室中使用的另一种试验装置的横剖视示意图，该装置用来打开盛有0.3米高钢水的熔炉的放液孔;
图4是以非传导弧方式使用图1所示等离子吹管的示意图，该吹管可在孔内平移，以打开放液孔;
图5是类似于图3的示意图，示出一种以混合方式工作的图1所示的等离子吹管，该吹管可在孔内平移，以打开放液孔;
图6是本发明的以混合方式工作的高能等离子吹管的示意图，该吹管置于放液孔的前面，在操作过程中保持不动;
图7是本发明的一种等离子吹管的示意图，该吹管以一种由辅助电源（直流电或交流电）发出的叠加电弧进行工作，这种辅助电源可以是熔炉的电源，所述吹管可在孔内移动，以打开放液孔;和
图8是本发明的一种高能等离子吹管的示意图，该吹管以一种由可以是熔炉的电源的辅助电源发出的叠加电弧进行工作，它被置于放液孔前面，在操作过程中保持不动。
为了简化起见，在这些图中凡是类似用途的零件都用同样的标号标出，即使有时候这些零件的结构和排列方式不相同，也用同样的标号标出。
下面阐述本发明的最佳实施例。
图1示出根据本发明改进的一种典型的用来打开放液孔的等离子吹管的局部剖视图。
图1中示出的吹管1是圆柱形的，长2米。它包含一个用不锈钢制的外壳体或套筒51，壳体外面用等离喷射法施加一层陶瓷53，起到良好的绝缘和隔热作用。
吹管1的前端55设计成可进入要打开的分流孔内，这一点下面将要叙述。该前端55包括两个同轴直线排列的空心铜合金电极57、59，它们都是水冷的，并以众所周知的方法按照反极性的方式与高压电源连接。作为负极的前电极57和作为正极的后电极59用陶瓷绝缘环61相互绝缘。
在电极57、59之间的间隙中，通过位于邻近隔环61的旋体形成环63内的孔64切向喷入等离子气体，以便在前电极57的中心孔道65内形成强有力的旋涡流。
使用时，通过高压脉冲在电极57与59之间产生电弧，然后，通过可使电弧贴附根部发生转动的气体的强烈旋涡使电弧伸长。
根据本发明的一个重要特征，前电极57内的中心孔65做成一种喷嘴状，以便使电弧柱69的前附着点67在给定的气流速度范围内靠近吹管的尖部55。在图1中，电弧柱69用虚线表示。为了避免电弧根部贴附在同一位置上从而延长电极寿命，可使气体的进口压力在一定范围内作周期变动。
由于前电极57的中心孔65具有喷嘴形状，故从吹管喷出的等离子气体射流具有严格规定的形状和轮廓线，并有高的轴向速度。这种射流速度和动态压力可以防止吹管在钻入耐火材料过程中在电弧贴附区沉积出熔融的粒子。
在使用时，高动量等离子射流具有确定的形状，这就有可能以很快的速度和精确的方式熔化和破碎任何耐火材料，并且在射流从钻孔逸散时排除由气体带出的熔融材料的液滴。
正如在这特定的领域内众所周知的，电极57和59，环61和63都装在壳体51内，安装的方法使得在它们之间形成间隙，以便使软化水可通过间隙沿着由若干互相连接和/或与电极连接的圆筒形隔板71、73、75所形成的通路按箭头所指方向环行流通。上述这些隔板最好是做成一定形状的，并且普通的方法连接，用于导引冷却水流在吹管内从其后端流到前端然后返回到后端，以便首先从外部冷却后电极59、隔环61、旋体形成环63和前电极57，然后冷却壳体51的内表面。
根据本发明改进的水冷等离子吹管的一个特别新颖的特征是它的前电极57有一个设有向后的圆筒形部分79的前端77，圆筒部分79的大小正好与壳体51的前端开口81相配合。前电极57还有一向前部分83伸过壳体的前端形成吹管的尖部55。该向前部分83最好有一圆锥形前表面（如图1所示），其大小是从四周径向向外伸出壳体外表面同一短距离“d”，以便向外反射离开分流孔的热气体，防止它们与壳体51的前端相接触。
这样的特定装置使得有可能在吹管1的前端可靠地使用一种单一“O”形环87，以形成同样的对水密封。这种单一O形环87置入设在前电极57的前端77的向后部分79周围的外槽内，并通过水管道89、91防止过热，这些水管道与冷却水管相通，分别由在前电极57的前端77的后部79内形成的环形槽和壳体51的前端81组成，这些环形槽与O形环87是同轴的，并分别地向内向外延伸。
值得一提的是这种特定的设置特别有利于维修设备，因为有可能快速而方便地拆下前电极57以便检查O形环87和电极57、59，并且可以接近吹管1的其他结构零件。
如所周知和图2所示，等离子吹管1是用于完整的等离子吹管装置的一部分，该装置包含一个直流电源21、一个外部水管道系统22、一个等离子气体供给装置23和一个控制柜（未示出）。
图2示出一种由申请人在试验室使用的试验装置，用来使吹管1的设计最佳化、试验其可靠性和检查其打开放液孔的效率。这些试验是对类似于电弧炉用的那种泥塞5进行的。泥塞5堵塞住作为放液口的孔3，该孔3是在用高密度氧化铝砖砌成的炉壁7上钻出的。泥塞5与氧化铝砖之间的界面用高密度氧化铝灰浆粘结，使得到的结构除了泥塞5的内侧未接触热的金属外，与真正的炉壁十分相似。为了保护支柱和装置免受十分热的熔融颗粒的喷射，将粮壁7和吹管1安装在一个小室内，并通过通风设备排出烟雾。
吹管1安装在一个可调节的支架17上，并处于与放液孔3的纵向轴线同轴的位置。起动吹管1，并将其功率输出以及供给它的等离子气体流调节到规定的值。在实践中，等离子射流的温度约5000℃，即两倍于泥塞的熔化温度值，后者通常介于2000℃与2500℃之间。
吹管1对着泥塞5缓慢向前推进，当吹管1的头部位于距泥塞5几厘米的位置时，泥塞开始熔化，被高动量的等离子气流携带的熔融颗粒开始向四周流出，然后，使吹管1缓慢向前移动，以便进入放液孔3的内部，从而继续熔化和破碎泥塞5。
业已发现，当吹管1进入放液孔时，必须每隔一定时间将它抽出，以便使熔融材料排出孔外，并避免吹管体过热太甚。如果吹管在放液孔内的同一位置停留太长时间，就可能发生孔内壁严重过热，从而使放液孔的直径出现不希望的扩大。
因此，吹管插入孔内必须缓慢地一步一步进行。在每一插入阶段后期，必须快速地将吹管头部从孔内移出，并置于放液孔的前面，以便让气体射流将积累在孔内的熔融材料吹出。然后再将吹管插入孔内，回到原先的位置，重新开始其在孔内的缓慢向前移动。因此，泥塞的穿钻是按照吹管1在出钢口3内变换的来回移动的方式进行的。
吹管出口处的冷却水的温度可用来确定吹管必须从孔中退出的时间。据观察，吹管头部处于孔内部的时候，其出口的冷却水的温度比吹管置于孔的前面时测量的温度约提高10℃。为了避免吹管零件的过热和/或孔壁的损坏，可以相应地确定一个预定温度值，以便使吹管的头部自动地退出。
在实践中，进行过将近100次试验，在这些试验过程中，泥塞的熔化和破碎相当快，产率高，并且对放液孔的内壁没有任何损坏。
试验是在下列工作条件下进行的：
泥塞膏的化学成分 20%C
40%Al2O3
40%SiO2
等离子吹管功率 100KW
弧电流 200A
弧电压 500V
吹管效率 70%
等离子气流量 170-280 l/min
吹管直径 7.5cm
吹管长度 200cm
泥塞直径 8.9cm
到达的深度 20cm
平均工作时间 9.2min
平均钻孔速度 2.2cm/min
冷却水最大温差 15℃
用功率更大的吹管对尺寸更大（直径12.7cm）的泥塞所进行的试验得到类似的结果：
等离子吹管功率 200KW
弧电流 400A
弧电压 500V
吹管效率 70%
等离子气流量 500 l/min
吹管直径 10cm
吹管长度 200cm
泥塞直径 12cm
到达的深度 20cm
平均工作时间 8.8min
钻孔速度 2.2min
打开一个放液孔所需的时间实际上与要熔化的泥塞材料的量成正比，与等离子射流的功率成反比。
在上述试验中，打开放液孔约花8分钟。但是，应当记住，这些试验开始时，泥塞5和炉壁7处于室温下。人们可以理解，在炉内存有温度高于1000℃的金属液的标准工作状态下，打开一个放液孔所需的时间实际上要减少，可能少于5分钟。
在几个试验中，于泥塞5后面放一块铁板并与吹管的电源相连接，以检验在泥塞被加热时传递电弧的可能性。这些试验都是成功的，可以证明等离子吹管可按照混合的方式（这一点下面将会解释）很好地工作。
图3示出另一种在试验室里进行试验的装置。在这个特定的实施例中，等离子吹管1真正用来打开充满一熔池11的钢液的金属熔炉9的炉壁7中的放液孔3。吹管1由液压传动的线性驱动机构来导引，该机构包含一个安装在液压驱动台或支架17上的动力梁15。
最初，用吹管来钻开炉子9的壁7内的直径为7.6厘米的放液孔3。该炉壁分三层，外层为6.4毫米英寸厚的钢板，中层为9.2厘米厚的90%氧化铝耐火砖层，内层为7.6厘米英寸厚的碳层。分流孔3用前面所用一样的泥塞膏堵塞住。
采用传导弧技术在熔炉9中熔化400公斤钢，炉中的钢液面有34.6厘米高。然后，启动吹管1，按上述方式钻出钢口，3-5分钟后，等离子焰触及金属熔池11，一些钢液滴随着离开该出钢口的气体从出钢口喷出，从而表明明塞5已经完全熔化了。然后，将吹管从放液孔抽出，让钢水浇入钢水包19内。
在上述过程中，从吹管1和孔3排出的气体被收集在排气罩20内，并由露点分析仪25进行监控，以检测水的渗漏，并激响报警器，以停止在漏水情况下的钻孔操作。
工作条件如下：
吹管功率 100KW
弧电压 500V
弧电流 200A
等离子气流量 170-280 l/min
泥塞直径 8.9cm
泥塞长度 18cm
工作时间 4min
钻孔速率 4.5cm/min
可以看出，当泥塞5的后面有钢水使它加热时，钻孔速度大约提高一倍。
图4-8说明应用上述改进的等离子吹管按照本发明的方法在金属熔炉9上打开放液孔3的不同方式。
图4示出按非传导弧方式工作的等离子吹管1，用来打开含有金属熔池11的炉子9的厚壁7（厚0.3米或0.3米以上）的用泥塞5堵住的放液孔3，该吹管1处于与放液孔的纵向轴线同轴的位置，并与直流电源21连接。它是圆柱形的，随着泥塞被喷射在吹管头部的等离子射流13熔化和破碎，它沿轴向移入放液孔3。
为此，将吹管1固定到一个安装在支架17的动力梁15上，支架17可以调节，以便使吹管1处于与孔同轴的位置。动力梁15可包含一个液压缸或类似的机构，以便使吹管1沿着固定在支架17的导轨移动。在动力梁15上可置一个保护屏26，用来保护吹管周围的支柱和各种馈给管路，使之不受熔融颗粒的高温和喷射的袭击。通常有三种管道与吹管1连接：一种用于输入电和水;一种用于输出电和水;还有一种用来供气。
正如上面已经说明的那样，泥塞的钻穿是按照吹管1在放液孔内交替地来回移支的方式进行的。当泥塞5被完全熔化时，少量的金属液开始流到吹管1的外表面与放液孔3的壁之间的空隙内，从而引起由逸出的等离子气体带出的金属液滴的喷射。此时，由等离子粉13产生的压力保护吹管1的头部免受金属液的影响并起到一种气塞的作用使金属液保持在炉内。
然后迅速将吹管1从放液孔3移出，让金属液流出炉外。
由于等离子吹管是用水冷却的，因此在钻孔过程中可能有漏水的危险。如上所述，为了避免漏水，本发明对吹管1的尖部55的设计作了很大的努力，并在试验室中用同一根吹管成功地进行过30多次试验，没有发生任何问题。还发现，电极的腐蚀程度是可接受的，同一对电极的估算寿命约100小时。
在使用中，必须进行周期的检查以观察电极的磨损情况。然而，漏水的危险是极小的，因为，在开始的时候，即使有漏水也是很小的，在此情况下，由于吹管1工作时有很高的温度，漏泄的水将倾刻转变为水蒸汽。
如上所述，可设置一种机构25以准永久的方式分析从放液孔逸出的气体的成分，以测定可能出现的标志着吹管的冷却系统有漏水情况的水蒸汽的含量。采用这种机构并测出漏水的情况时，必须迅速将吹管从孔内移出，并立刻关掉水和电，当然，这些操作可根据来自机构25的某种信号自动地进行。
图5示出一种与图4十分相似的装置，但其等离子吹管是按混合的方式连接的，以使它可以既按非传导弧方式工作又可按传导弧方式进行工作。因此，在该图中示出的各种结构零件与图4已示出的零件是相似的，故标以同样的标号。
图5示出的另一个实施例的等离子吹管1与直流电源21相接，有两条分电路，第一条分电路27带有水冷却可变电阻37，使吹管1按非传导方式工作，第二分电路29包括泥塞5、金属液池11和一个与炉内金属液接触的电极31，使吹管1按其传导方式工作。设置可变电阻37的目的是帮助电弧在泥塞上的传导，电阻的典型值可以是0.5欧姆。
来自电源的总电流I分为流过电阻37的非传导电流int和通过传导弧流过泥塞4的传导电流it。
该吹管1按图4所示的方式操作，但其电流it值和int值可分别在电路中两处33和35测量出来，用以控制吹管1的轴向位移。测量这两个电流值是很快的，比在冷却水的温度下所做的任何测量都快，在检测吹管头部是否过热时测量这两个电流值的时间大约为1秒。当然，it值和int值也取决于吹管头部相对于泥塞的位置。当吹管1远离泥塞5时，it＝0，I＝int，当它靠近泥塞5时，it＝0。在总电流I＝400A的条件下进行试验时，这两个电流的典型值是it＝100A，int＝300A。
在使用中，吹管1向着泥塞往前移动，最后到分流孔3内，直到测得出传导电流it。然后继续缓慢向前推进，以调节并保持传导电流it值在其最大值。当吹管1出口的冷却水温达到预定的最大值时（例如，在进口水温为15℃时出口水温达到30℃），就要迅速将吹管1从孔内移出，并置于孔的前面，让等离子射流将积存在孔内的熔融材料吹掉。此刻，吹管只按非传导弧方式工作，因为吹管1的头部离泥塞5太远。几秒钟后或当出口冷却水温。降到例如25℃时，再将吹管插入到其上吹的位置，并再次继续向前移动，并通过测量传导电流it加以控制。当泥塞被完全熔化时，传导弧与金属液接触，传导电流it达到一个很高的值，该值可用来作为一个信号，根据这一信号迅速将吹管1从分流孔抽出，并结束该开孔操作。
这一种打开放液孔的方法特别适合于实现自动化。但是，值得提出的是，有一大部分供给吹管的电能要损失在冷却电阻37，而且打开放液孔所需的时间实际上比采用图4所示的方法要长。
图6示出再一个使用以混合的方式（如图5所示）工作的高功率（2.5兆瓦）等离子吹管1′的实施例。在这个特殊的实施例中，吹管1′的直径（16cm）大于泥塞5的直径。因此，吹管1′不能插入放液孔3内。这种吹管1′的等离子射流13′在轴向的长度大于低功率吹管1的射流长度，但是，在使用中仍然需要在泥塞5上传导电弧以便完全熔化泥塞。
开始时，吹管1′置于放液孔3的前面，并在整个过程中保持固定在这一特定位置上。这个实施例特别有利之处在于它限制了施加在吹管1′头部的热应力。在这个特殊的情况下，通过加长电弧长度确实可以完全熔化和破碎泥塞。
使用时，启动吹管1′，并将它置于距离开始熔化的泥塞5中心几厘米远之处。当泥塞受热时，导电性变好，电弧便开始在泥塞上传导。一旦在电路中点35处测出有传导电流it，就可打开开关41，断开电阻37。此后吹管1′仅按照传导弧方式工作。这时，不会有更多的能量损失在电阻37上，由直流电源21输送的电流全部流过由电传导有效地加热的泥塞。
随着泥塞熔化和熔融材料被高动量等离子射流驱出，电弧逐步加长。为了使电弧产生这样的加长，可采用氩气和氧气的混合气体作为等离子气体。
图7示出本发明的另一实施例，它使用带有叠加弧的像图4和5所用那样的等离子吹管1。这个实施例也同图4的类似，但加了一个辅助电源39，用来在吹管1头部与泥塞5之间的等离子吹管1的电弧上叠加一个电弧。这个辅助电源可以是交流电（如图中所示）或直流电，甚至可以是电炉的标准电源。
这个实施例工作的方式类似于上面结合图5所述的方式。
这里也测量弧电流用来控制吹管1在放液孔3内的位移量。当吹管头部远离泥塞时，流经泥塞5的传导电流it为0;当吹管靠近泥塞时，在吹管1与泥塞5之间就产生电弧，并借助于辅助电源来调节传导电流。
在这种混合的方式中，吹管1的外壳处于比泥塞5高的势位，因此，沉积在外壳体表面上的等离子喷射陶瓷层起到了重要的电绝缘作用，因为它避免了电弧对该表面的攻击和对吹管的损坏。在此情况下，吹管1的等离子焰对于被限制在前电极与泥塞之间的区域内的辅助电弧给出一条优先的路线。
这个使用叠加电弧的实施例的优点是容易实现自动化。的确，当泥塞完全熔化时，在辅助电源上就会测出短路，并且来快速退出吹管1，结束开孔作业。
图8示出像图6那样的高功率等离子吹管1′，它应用图7所示的叠加电弧。在这个实施例中，电路分为两条分电路，第一分电路含有一个用来操作吹管的直流电源21，第二分电路与辅助电源39连接，并设有与钢液池接触的电极31。当泥塞受等离子焰加热变得可导电时，就在吹管头部与泥塞之间产生电弧，这一电弧叠加到等离子吹管的电弧上。
吹管1′置于放液孔前面，并在操作过程中保持不动。泥塞熔化时，存积在孔内的熔液被高速等离子射流迅速驱去。由于吹管1′停留在放液孔3外，放在吹管头部的热应力有限，而且，泥塞熔化时辅助弧的长度增加，因此，可用氩气与氧气的混合气体作为等离子气体，以降低辅助电弧的电压。
当然，在不背离所附权利要求书规定的本发明范围的情况下，还可以对上面所述的各种实施例作其他的改进。