铁水喷吹脱硫用喷口防堵喷枪

摘要

本发明公开了一种铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪，它由连接段、枪身段和喷吹段组成，所述连接段依次由连接法兰和复合枪芯组成，复合枪芯由内至外依次包括内插管、主管和加强管，所述加强管底端的内壁上安装有内插管连接器，所述内插管引导器下端开设有中空的固定槽，所述固定槽内安装有石墨质喷吹管，所述主管固定在内插管引导器上端的内壁上，所述内插管穿过内插管引导器插入至石墨质喷吹管内。本发明实现了防止喷枪堵塞、便于维护与堵塞部件的更换、延长喷枪使用寿命、降低喷枪维护成本与脱硫剂消耗、提高脱硫生产作业率等综合目的。

权利要求

1.一种铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪，它由连接段(1)、枪身段(2)和喷吹段(3)组成，所述连接段(1)依次由连接法兰(1.1)和复合枪芯(4)组成，所述枪身段(2)和喷吹段(3)外壁是由耐火材料浇筑而成耐火材料枪衬(5)；其特征在于：所述喷吹段(3)包括喷吹段枪身(3.1)和设置在喷吹段枪身(3.1)顶端的枪头(3.2)，所述复合枪芯(4)贯穿整个枪身段(2)和喷吹段枪身(3.1)伸入枪头(3.2)中部；所述复合枪芯(4)由内至外依次包括内插管(4.1)、主管(4.2)和加强管(4.3)，所述加强管(4.3)底端的内壁上安装有内插管引导器(6)，所述内插管引导器(6)下端开设有中空的固定槽(6.1)，所述固定槽内安装有石墨质喷吹管(7)，所述主管(4.2)固定在内插管引导器(6)上端的内壁上，所述内插管(4.1)穿过内插管引导器(6)插入至石墨质喷吹管(7)内，所述内插管(4.1)底部端面与石墨质喷吹管(7)底部端面平齐，且包裹耐火材料枪衬(5)内在形成喷枪喷口(8)，所述喷口(8)处开设有沟槽(9)；所述沟槽(9)为以喷口为中心开设的直线型双沟槽或星形三沟槽；所述沟槽(9)的深度为100～200mm、其宽度为石墨质喷吹管外径D的1～1.5倍；所述内插管引导器(6)为内部中空的凸台形圆柱体，所述内插管引导器(6)凸台插入加强管(4.3)内且固定在加强管(4.3)内壁上；所述内插管引导器(6)中央开设有由上至下直径逐渐减小三段阶梯式通孔(6.2)，所述阶梯式通孔(6.2)与其下端的固定槽(6.1)连通，所述固定槽(6.1)直径比石墨质喷口外径大0.5～1mm；所述沟槽(9)为横截面为梯形结构，其内壁上涂刷有碳质防粘渣涂料层(10)。

2.根据权利要求1所述的铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪，其特征在于：所述阶梯式通孔(6.2)由上至下依次由大直通孔(6.21)、锥形孔(6.22)和小直通孔(6.23)组成；所述大直通孔(6.21)直径比主管(4.2)外径大0.5～1.5mm，所述主管(4.2)固定在大直通孔(6.21)内壁上，所述锥形孔(6.22)顶端面的直径与主管(4.2)内径相同；其下端面的直径与小直通孔(6.23)的直径相同，所述小直通孔(6.23)直径比内插管外径大0.5～1mm。

3.根据权利要求1所述的铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪，其特征在于：所述石墨质喷吹管(7)为中心设置有直通孔的上小下大的圆台体；所述石墨质喷吹管(7)的直通孔直径比内插管(4.1)外径大0.5～1mm。

4.根据权利要求1所述的铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪，其特征在于：所述枪头(3.2)的侧壁上开设有导流槽(11)，所述导流槽与沟槽(9)相通。

5.根据权利要求4所述的铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪，其特征在于：所述枪头(3.2)外形为圆柱体、倒圆台体或倒球冠与倒圆台体组合结构。

6.根据权利要求1所述的铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪，其特征在于：所述复合枪芯(4)和内插管引导器(6)均匀固定有金属锚固件(12)，所述沟槽(9)两侧均有固定有加强锚固件(13)，所述耐火材料枪衬(5)覆盖金属锚固件(12)和加强锚固件(13)。

说明书

铁水喷吹脱硫用喷口防堵喷枪

技术领域

[0001] 本发明涉及铁水预处理领域，具体地指一种铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪。

背景技术

[0002] 大量的研究表明，铁水预处理脱硫已公认是高炉转炉—连铸流程降低钢中硫质量分数的最经济工艺，是改善高炉和转炉操作的重要手段之一，在炼钢中起着重要的作用，并向全面铁水预处理的方向发展。

[0003] 根据资料报道，现代钢铁冶金流程中的铁水喷吹脱硫工艺以其技术成熟、设备投资省而在国内钢铁企业普遍推广应用，并根据脱硫剂种类和喷吹方式的不同，又分为钙基脱硫剂喷吹、镁基脱硫剂复合喷吹和金属颗粒镁纯喷等方式；除纯喷金属颗粒镁中小型铁水罐铁水脱硫采用枪头带气化室的喷枪外，其它工艺均采用单喷口直筒式喷枪以及倒T形或倒Y形双喷口喷枪。由于金属镁和硫的亲和力很强，具有脱硫能力强、反应速度快、脱硫渣量少、对铁水带渣量与铁水温度不敏感等特点，可以不进行铁水预先扒渣，因而，具有铁水喷吹脱硫时间短、脱硫扒渣铁损低、铁水温降小等优点，早在上世纪70年代就有喷吹金属颗粒镁或镁基脱硫剂进行铁水脱硫的报道，目前作为铁水喷吹脱硫的主流工艺在国内外钢铁企业普遍应用。

[0004] 文献“吴明，铁水镁脱硫高效化的研究与应用，安徽冶金，2010年，No1”和文献“舍甫钦科АФ、巴什马科夫АМ等、铁水包内大用量喷镁脱硫工艺，炼钢，2013年，No6”分别报道了双喷口倒Y形喷枪在铁水镁基复合喷吹脱硫和铁水金属颗粒镁纯喷脱硫工艺中的应用效果，与原单喷口直筒式喷枪相比，双喷口倒Y形喷枪的应用，取得了改善喷吹脱硫动力学条件、降低脱硫剂消耗、缩短喷吹脱硫时间的优良效果。通过技术交流和实际生产试验，对于镁基复合喷吹脱硫与纯喷金属颗粒镁脱硫，与原单喷口直筒式喷枪相比，倒Y形双喷口均存在堵塞频繁的问题，为此，特模仿铁水钙基脱硫剂喷吹脱硫工艺常用的倒T形双喷口喷枪进行镁基复合喷吹与金属颗粒镁纯喷脱硫工业性试验，同样存在喷口堵塞频繁的不足，在采用金属棒热态疏通喷口时，发现喷口堵塞物半熔融态粘结喷口壁，冷却后粘接强度大，金属棒无法彻底疏通，喷吹50炉左右堵塞。针对上述问题，特从金属镁的性能出发进行分析，金属镁的熔点为651℃，沸点为1107℃，若将金属镁直接喷吹到高温铁水(一般为1300℃左右)中进行脱硫，将使金属镁迅速气化形成高温高压镁蒸汽泡；此外，在温度≥670℃时，熔化状态的镁或镁蒸汽与喷吹氮气发生反应：3Mg+N2＝Mg3N2；由于喷吹脱硫过程中喷枪喷口区域的喷射气体扰动，强化了该区域的铁水换热，使喷口外侧段快速加热到金属镁的熔点温度，甚至更高，为该喷口段Mg3N2的形成创造了条件，形成的Mg3N2微粒在界面力的作用下向金属喷口内表面不断沉积，此外，金属颗粒镁的杂质及其钝化膜在金属镁高温气化后形成残留物，也会向金属喷口内表面不断沉积，最终形成高温半熔融态和冷却后结合强度大的粘渣，导致喷口疏通困难，这也是为什么目前纯喷金属颗粒镁或镁基复合喷吹铁水脱硫用喷枪仍以单喷口直筒式喷枪的主要原因。此外，对于钙基脱硫剂复合与混合喷吹脱硫，一般采用倒T形或倒Y形双喷口喷枪，也有采用单喷口直筒式喷枪，虽然脱硫剂中不含金属镁，不存在金属镁喷口区域的高温反应物沉积堵塞喷口问题，但在喷吹系统压力剧烈喘动或脱硫剂受潮粘接条件下也存在喷口堵塞现象，但单喷口直筒式喷枪防堵性能相对较优，一旦出现喷口凝铁堵塞仍将无法进行喷口疏通而终止使用。

[0005] 针对常规单喷口直筒式喷枪与倒T形、倒Y形双喷口喷枪存在的喷吹段磨损严重和喷射流股分散不佳等不足，中国专利“铁水预处理喷枪，专利号：ZL201020183592.2的中国发明专利公开了一种枪头设置有扰流分配器的新型喷枪，该喷枪的扰流分布器外形为鼓形结构，鼓形截面为圆形或椭圆形结构，并在下部鼓形结构开设有2条以上的分流凹槽；分流凹槽均以喷枪喷口为起点在扰流分布器下部鼓形结构壁面上对称布置；分流凹槽宽度沿开口方向逐渐增大，转角部位为圆弧过渡面结构。利用扰流分布器鼓形结构下部的从下而上直径(径向尺寸)不断增大的结构特征，遏制上浮速度分量，提高喷射的径向水平流动速度分量，增大喷射载气与预处理剂的径向流动距离，延长预处理剂上浮轨迹、铁水中的停留时间与反应时间，提高预处理剂利用效率，降低预处理剂消耗与铁水预处理成本；同时，为载气与预处理剂在上浮过渡阶段的径向内聚提供足够的径向行程，延缓上浮内聚流动对喷枪耐火材料枪衬壁面的冲刷磨损，降低喷枪局部枪衬因换热增强导致的热应力增大与热应力纵裂纹破损，延长喷枪使用寿命。通过以喷枪喷口为起点向外放射的半圆形或半椭圆形截面分流凹槽的诱导流动作用，分化喷射流股，提高喷射流股面积与预处理剂的分散混合效果，扩展预处理剂反应面积与反应传质速度，提高预处理剂利用率。根据文献“姚年春，单吹颗粒镁铁水脱硫工艺中镁粒度检查与验收，机械工程与自动化，2014年，No6”报道，颗粒镁流动性合格是保证不堵枪和脱硫动力学的条件之一，并使垂直喷射流股在铁水中形成70～80mm的坑，保证颗粒镁与铁水的接触面积。由此可见，上述专利中设计的半圆形或半椭圆形截面分流凹槽只能起到上浮气流的诱导变向作用，难以达到流股分股的作用，动力学条件改善有限。

[0006] 综合上述可见，对于铁水喷吹脱硫，单喷口直筒式喷枪不易堵枪，但单流股喷射脱硫动力学条件差；对于双喷口倒T形或倒Y形喷枪虽然可明显改善脱硫动力学条件，但易出现喷口堵塞现象，尤其是金属颗粒镁纯喷与镁基复合喷吹铁水脱硫，由于喷口内金属镁反应产物的沉积粘附，喷口堵塞现象十分频繁，并且因反应产物高温半熔融粘附与常温固化粘接，导致反应物粘渣清理与喷口疏通十分困难。如何在保证铁水喷吹脱硫动力学条件的基础上，防止喷口堵塞是目前铁水喷吹脱硫的重要研究方向之一，尤其是铁水金属颗粒镁纯喷或镁基复合喷吹脱硫。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题就是提供一种铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪；该喷枪可以防堵、并具有结构简单、制备简便、维护简捷、使用寿命长、喷吹脱硫反应动力学条件优、喷吹稳定、脱硫剂利用效率高的特点。

[0008] 为实现上述目的，本发明提供的一种铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪，它由连接段、枪身段和喷吹段组成，所述连接段依次由连接法兰和复合枪芯组成，所述枪身段和喷吹段外壁是由耐火材料浇筑而成耐火材料枪衬；所述喷吹段包括喷吹段枪身和设置在喷吹段枪身顶端的枪头，所述复合枪芯贯穿整个枪身段和喷吹段枪身伸入枪头中部；所述复合枪芯由内至外依次包括内插管、主管和加强管，所述加强管底端的内壁上安装有内插管引导器，所述内插管引导器下端开设有中空的固定槽，所述固定槽内安装有石墨质喷吹管，所述主管固定在内插管引导器上端的内壁上，所述内插管穿过内插管引导器插入至石墨质喷吹管内，所述内插管底部端面与石墨质喷吹管底部端面平齐，且包裹耐火材料枪衬内在形成喷枪喷口，所述喷口处开设有沟槽。

[0009] 进一步地，所述沟槽为以喷口为中心开设的直线型双沟槽或星形三沟槽；所述沟槽的深度为100～200mm、其宽度为石墨质喷吹管外径D的1～1.5倍。

[0010] 再进一步地，所述内插管引导器为内部中空的凸台形圆柱体，所述内插管引导器凸台插入加强管内且固定在加强管内壁上；所述内插管引导器中央开设有由上至下直径逐渐减小三段阶梯式通孔，所述阶梯式通孔与其下端的固定槽连通，所述固定槽直径比石墨质喷口外径大0.5～1mm。

[0011] 再进一步地，所述阶梯式通孔由上至下依次由大直通孔、锥形孔和小直通孔组成；所述大直通孔直径比主管外径大0.5～1.5mm，所述主管固定在大直通孔内壁上，所述锥形孔顶端面的直径与主管内径相同；其下端面的直径与小直通孔的直径相同，所述小直通孔直径比内插管外径大0.5～1mm。

[0012] 再进一步地，所述石墨质喷吹管为中心设置有直通孔的上小下大的圆台体；所述石墨质喷吹管的直通孔直径比内插管外径大0.5～1mm。

[0013] 再进一步地，所述沟槽为横截面为梯形结构，其内壁上涂刷有碳质防粘渣涂料层。

[0014] 再进一步地，所述枪头的侧壁上开设有导流槽，所述导流槽与沟槽相通。

[0015] 再进一步地，所述枪头外形为圆柱体、倒圆台体或倒球冠与倒圆台体组合结构。

[0016] 再进一步地，所述复合枪芯和内插管引导器均匀固定有金属锚固件，所述沟槽两侧均有固定有加强锚固件，所述耐火材料枪衬覆盖金属锚固件和加强锚固件。

[0017] 本发明的有益效果在于：

[0018] 1)本发明针对铁水喷吹脱硫过程中单喷口直筒式喷枪防堵性能较优而喷吹脱硫反应动力学条件较差以及双喷口倒T形与倒Y形喷枪防堵性能较差而喷吹脱硫反应动力学条件较好的矛盾问题，通过由内插管、主管、加强管、金属锚固件、耐火材料枪衬、内插管引导器、石墨质喷吹管等组成的单喷口直筒式喷枪结构形式，保持常规单喷口直筒式喷枪较好的防堵性能；采取喷枪喷口为中心开设有深度100～200mm、宽度为石墨质喷吹管外径D的1～1.5倍的直线型双沟槽或星形三沟槽，防止向下垂直喷射流股外溢沟槽，实现单一流股的强制分流，达到双喷口倒T形与倒Y形喷枪良好的反应动力学条件效果，同时保证了直线型双沟槽或星形三沟槽两侧耐火材料枪衬的体积及其抗破损能力。

[0019] 2)本发明通过内插管穿过主管、内插管引导器插入石墨质喷吹管内，并使内插管下端面与石墨质喷吹管下端面平齐，保证了喷吹流道的直线型等径通道结构，降低喷吹流动阻力，便于内插管堵塞时的更换，同时防止石墨质喷吹管的内壁磨损，保证喷射流场的稳定性。通过内插管引导器为中心设置有通孔的凸台形圆柱体结构设计，采取通孔从上至下由四段分布与各段通孔结构尺寸的设置，便于内插管穿过与插入；通过喷枪主管插入大直通孔内插管引导器上端面满焊固定，内插管引导器凸台插入喷枪加强管内，并与喷枪加强管满焊固定，保证喷枪流道的气密性，提高喷枪强度与刚度。

[0020] 3)本发明通过石墨质喷吹管为中心设置有直通孔的上小下大的圆台体结构以及通孔直径设计，便于石墨质喷吹管的安装固定以及石墨质喷吹管破损后的在线更换。通过直线型双沟槽或星形三沟槽横截面的梯形结构设计，并使直线型双沟槽或星形三沟槽上表面与内插管下端面、石墨质喷吹管下端面、底部耐火材料枪衬的安装孔下端面平齐，保证直线型双沟槽或星形三沟槽的有效高度与喷射流股强制分流效果，通过直线型双沟槽或星形三沟槽内壁涂刷有碳质防粘渣涂料，防止沟槽粘渣，稳定沟槽强制分流效果；通过直线型双沟槽或星形三沟槽两侧耐火材料枪衬内设置有加强锚固件，提高枪头耐火材料枪衬的力学性能与抗破损能力。

[0021] 4)本发明通过在枪头侧壁开设导流槽，并与直线型双沟槽或星形三沟槽相通，利用导流槽的引导，降低分流流股流动阻力及其对直线型双沟槽或星形三沟槽端耐火材料枪衬的磨损，进一步保证喷射流股的强制分流效果。通过枪头外形为圆柱体、倒圆台体或倒球冠与倒圆台体组合结构设计，缩短直线型流道长度，提高强制分流效果，同时强化枪头的抗破损能力。

[0022] 综上所述，本发明通过上述结构的改进，兼顾了单喷口直筒式喷枪和双喷口倒T形与倒Y形喷枪的优点，弥补了各种喷枪的固有不足，保证的喷枪喷吹流道的畅通，大幅度提高了喷枪的综合使用性能；同时，通过内插管插入石墨质喷吹管，并且内插管下端面与石墨质喷吹管下端面平齐，即便出现喷口凝铁堵塞，也可方便内插管与石墨质喷吹管的更换，并且直线型双沟槽或星形三沟槽的敞口式结构，无法形成堵塞，从而保证喷枪喷吹流道的畅通，避免的喷口堵塞带来的喷枪消耗；由此可见，本发明实现了防止喷枪堵塞、便于维护与堵塞部件的更换、延长喷枪使用寿命、降低喷枪维护成本与脱硫剂消耗、提高脱硫生产作业率等综合目的。

附图说明

[0023] 图1为枪头外形为倒圆台体的铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪的B-B剖面示意图；

[0024] 图2为枪头外形为圆柱体结构的铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪的C-C剖面示意图；

[0025] 图3为沟槽9为星形三沟槽的铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪的正视示意图；

[0026] 图4为枪头外形为倒球冠与倒圆台体组合结构的铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪的正视示意图；

[0027] 图5为图1的仰视图；

[0028] 图6为图2的仰视图；

[0029] 图7为图3的仰视图；

[0030] 图8为图4的仰视图；

[0031] 图9为图1中A局部放大图；

[0032] 图10为图4的右视图；

[0033] 图中，连接段1、连接法兰1.1、枪身段2、喷吹段3、喷吹段枪身3.1、枪头3.2、复合枪芯4、内插管4.1、主管4.2、加强管4.3、耐火材料枪衬5、内插管引导器6、固定槽6.1、阶梯式通孔6.2、大直通孔6.21、锥形孔6.22、小直通孔6.23、石墨质喷吹管7、喷口8、沟槽9、碳质防粘渣涂料层10、导流槽11、锚固件12、加强锚固件13。

具体实施方式

[0034] 为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

[0035] 实施例1

[0036] 如图1、5、9所示，一种铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪，它由连接段1、枪身段2和喷吹段3组成，连接段1依次由连接法兰1.1和复合枪芯4组成，枪身段2和喷吹段3外壁是由耐火材料浇筑而成耐火材料枪衬5；喷吹段3包括喷吹段枪身3.1和设置在喷吹段枪身3.1顶端的枪头3.2，枪头3.2外形为倒圆台体。

[0037] 复合枪芯4贯穿整个枪身段2和喷吹段枪身3.1伸入枪头3.2中部；复合枪芯4由内至外依次包括内插管4.1、主管4.2和加强管4.3组成，加强管4.3底端的内壁上安装有内插管引导器6，内插管引导器6下端开设有中空的固定槽6.1，固定槽内安装有石墨质喷吹管7，主管4.2固定在内插管引导器6上端的内壁上，内插管4.1穿过内插管引导器6插入至石墨质喷吹管7内，内插管4.1底部端面与石墨质喷吹管7底部端面平齐，且包裹耐火材料枪衬5内在形成喷枪喷口8，喷口8处开设有沟槽9。

[0038] 沟槽9为以喷口为中心开设的直线型双沟槽；沟槽9的深度为100～200mm、其宽度为石墨质喷吹管外径D的1～1.5倍。

[0039] 沟槽9为横截面为梯形结构，上表面与内插管1下端面、石墨质喷吹管7下端面、底部耐火材料枪衬的安装孔5.1下端面平齐，

[0040] 其内壁上涂刷有碳质防粘渣涂料层10。枪头3.2的侧壁上开设有导流槽11，导流槽与沟槽9相通。

[0041] 内插管引导器6为内部中空的凸台形圆柱体，内插管引导器6凸台插入加强管4.3内且与加强管4.3内壁满焊固定；内插管引导器6中央开设有由上至下直径逐渐减小三段阶梯式通孔6.2，阶梯式通孔6.2与其下端的固定槽6.1连通，固定槽6.1直径比石墨质喷口外径大0.5～1mm。

[0042] 阶梯式通孔6.2由上至下依次由大直通孔6.21、锥形孔6.22和小直通孔6.23；大直通孔6.21直径比主管4.2外径大0.5～1.5mm，主管4.2与大直通孔6.21内壁满焊固定，锥形孔6.22顶端面的直径与主管4.2内径相同；其下端面的直径与小直通孔6.23的直径相同，小直通孔6.23直径比内插管外径大0.5～1mm。

[0043] 石墨质喷吹管7为中心设置有直通孔的上小下大的圆台体；石墨质喷吹管7的直通孔直径比内插管4.1外径大0.5～1mm。

[0044] 枪头3.2外形为倒圆台体复合枪芯4和内插管引导器6均匀固定有金属锚固件12，沟槽9两侧均有固定有加强锚固件13，耐火材料枪衬5覆盖金属锚固件12和加强锚固件13。

[0045] 实施例2

[0046] 如图2和6所示，一种铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪，本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：

[0047] 枪头3.2侧壁开设有导流槽13，并与沟槽9相通；枪头3.2外形为圆柱体结构。

[0048] 实施例3

[0049] 如图3和7所示，一种铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪，本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：

[0050] 沟槽9为星形三沟槽；枪头3.2外形为圆柱体结构。

[0051] 实施例4

[0052] 如图4、8和10所示，一种铁水脱硫喷吹用喷口防堵喷枪，本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：

[0053] 枪头3.2外形为倒球冠与倒圆台体组合结构。

[0054] 其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。