用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪的制作方法
用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁水预处理技术领域，具体地指一种用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪。
【背景技术】
[0002]1970年原西德蒂森公司研宄成功并投入应用了 ATH法铁水喷吹脱硫，开创了大规模铁水喷吹预处理的先河，具体是:将一支外衬耐火材料的枪头弯曲的直通单喷口喷枪与水平方向成60°角斜插入鱼雷罐混铁车内，每分钟吹入108公斤CaC系复合脱硫剂，处理时间约为8分钟，输送气体压力为6atm，粉剂浓度为40?60kg/Nm3，即鱼雷罐斜插式铁水喷吹脱硫方法。此后，日本新日铁公司通过技术引进与消化创新，于上世纪70年代中后期，发明并推广应用了鱼雷罐铁水顶吹脱硫方法，即TDS方法，具体区别在于喷枪结构为倒T形双喷口喷枪，喷枪垂直插入鱼雷罐混铁车内。我国宝钢先后引进了这两种鱼雷罐混铁车铁水喷吹脱硫技术。随着铁水喷吹脱硫技术的不断发展，喷吹脱硫剂种类也由碳化钙基复合脱硫剂发展为氧化钙基和镁基复合脱硫剂，铁水容器由鱼雷罐发展为铁水罐，喷枪结构由斜插式枪头弯曲直通单喷口喷枪发展为垂直插入直通单喷口喷枪、倒T形双喷口与多喷口喷枪、倒Y形双喷口与多喷口喷枪，喷吹方式也由混合喷吹发展为在线混合的复合喷吹与分步喷吹。我国钢铁企业通过技术引进，相关铁水喷吹脱硫技术均有实际生产应用的范例，促进了我国钢铁行业铁水预处理技术的多样化发展与技术进步。
[0003]基于国内外铁水唆吹脱硫理论研究结果，影响铁水唆吹脱硫效率的因素主要为脱硫反应热力学与动力学条件，但在脱硫剂种类与铁水脱硫初始条件一定时，铁水脱硫反应热力学条件已基本确定，影响铁水脱硫效率的关键因素为脱硫反应动力学条件。文献“决定铁水包铁水喷粉脱硫效率的三个基本参数，钢铁研宄学报，2000年增刊”，就铁水喷吹脱硫动力学条件进行的系统研宄，指出脱硫粉剂的利用率和喷粉脱硫的处理时间是决定铁水包喷粉脱硫效率的重要因素；分析认为:使脱硫粉剂尽可能多地穿透喷吹射流的气一液界面进入铁水是实现脱硫粉剂与铁水接触反应的必要条件，因而必须尽可能提高粉剂穿透比；其次，要实现脱硫粉剂的高效利用，还必须使脱硫粉剂与铁水接触时间长，保证脱硫粉剂与铁水间足够的接触反应时间，但由于铁水液面面积小，上浮进入到液面渣层中的脱硫粉剂与铁水接触面积小，其脱硫反应对铁水脱硫贡献细微，脱硫主要途径是分散在铁水中的脱硫粉剂在上浮过程的脱硫反应，因而必须尽可能延长脱硫粉剂在铁水中的平均停留时间；再者，必须使脱硫粉剂与铁水反应过程中硫元素要有足够的传质速度，提高脱硫反应速度，因而必须强化铁水的搅拌作用，提高传质速度，即要缩短铁水熔池的搅拌混匀时间。由此可见，改善铁水熔池内铁水喷吹脱硫反应动力学条件以最大限度地提高喷吹脱硫效率是当前铁水喷吹脱硫急需深入研宄的关键技术问题。为此，文献提出了 “决定铁水包喷粉脱硫效率的三个基本参数”这一概念，系统分析了影响这三个基本参数的主要因素，并通过水模实验研宄，建立了熔池混匀时间、粉剂穿透比与喷吹操作参数、喷枪喷口结构与喷口数量之间的关系；同时利用流场计算结果回归出粉剂停留时间与载气流量及喷枪插入深度的定量关系式。研宄结果表明，熔池混匀时间与搅拌能密度、喷嘴结构、喷枪平面位置均有关系；其中，熔池混匀时间随搅拌能密度的增加而缩短；对于实验的单喷口直通式喷枪、倒T形双喷口与三喷口喷枪，S形喷吹流道双喷口与三喷口喷枪，双喷口与三喷口沿枪头侧壁表面周向均匀分布，喷口出口端面与枪头侧壁面平齐，喷枪喷口结构形式与喷口数量对搅拌混匀时间均有影响，其中，喷枪喷口数量对搅拌效果的影响大于喷枪喷口结构的影响，并随着喷口数量的增加，搅拌混匀时间缩短；喷枪插入点的液面平面位置偏离熔池中心点1/3R时的搅拌效果最好；气粉两相流的出口速度是影响粉剂穿透比的主要因素，出口速度越大，粉剂穿透比越大；粉剂的停留时间主要与喷枪的插入深度和载气流量有关，深枪位操作有利于延长粉剂在熔池中的停留时间。此外，国内外众多学者也开展了大量的改善铁水喷吹脱硫动力学条件的研宄，就如何改善上述决定动力学条件的三个关键参数进行了相关的理论分析、水模试验与数值模拟研宄，获得了基本相同的规律性结论，为实际生产中提高铁水喷吹脱硫效率、降低脱硫生产成本与稳定铁水脱硫质量等提供了强大的技术支撑，实际应用效果突出，大幅度地推进了铁水喷吹脱硫的技术发展与进步。
[0004]根据国内外铁水喷吹脱硫工艺过程可见，脱硫粉剂与喷吹载气通过插入铁水熔池深处的喷枪喷口喷入铁水，将脱硫粉剂带入铁水；通过载气喷射气流对铁水的搅拌，强化铁水中硫元素的快速传递与均化；通过脱硫粉剂在铁水中的分散接触，实现脱硫粉剂与铁水的接触反应和铁水中硫元素的脱除；通过脱硫粉剂在铁水中上浮过程，提供有效的脱硫反应时间。由此可见，在一定的喷吹工艺参数与操作参数条件下，喷枪的结构形式与尺寸大小是影响喷吹脱硫动力学条件的核心关键因素。根据上述决定铁水喷吹脱硫的三个基本动力学参数的影响因素研宄结果可见，虽然国内外学者从喷吹工艺参数、操作参数、喷枪的喷口结构与数量等方面进行了系统研宄，但未涉及喷口出口端面与喷枪枪体侧壁面间结构尺寸以及多喷口非均匀布置方式的影响。为此，有必要深入探讨喷枪结构形式与结构尺寸以及相应的操作工艺参数对铁水喷吹脱硫动力学条件的影响关系，开发铁水喷吹脱硫用新型结构喂'枪及其使用方法，以进一步提尚铁水喂'吹脱硫效率。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，它使用能达到改善铁水喷吹脱硫动力学条件、提高脱硫效率、延长喷枪使用寿命等目的。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供的一种用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，包括依次连接相通的喷枪连接段、枪身直线段、枪身圆弧弯曲段、分配器和喷吹直线段；所述喷枪连接段包括连接件和金属钢管；所述枪身直线段和枪身圆弧弯曲段包括金属钢管，所述金属钢管端头连接有分配器的圆弧性钢板，所述圆弧性钢板另一端板壁上对称开设有2个通孔；
[0007]所述枪身直线段与枪身圆弧弯曲段的金属钢管沿周向均匀对称焊接有I?3对条状的加强板，并且其中一对加强板沿枪身圆弧弯曲段弯曲方向焊接在圆弧性钢板外壁上；所述枪身直线段和枪身圆弧弯曲段的金属钢管和加强板外壁、分配器的圆弧性钢板和加强板外壁上都间隔均匀焊接有V形铆固件和双V蝶形铆固件，所述通孔上连通有喷吹直线段的金属喷吹管；所述金属喷吹管外壁间隔焊接V形铆固件和双V蝶形铆固件；所述枪身直线段、枪身圆弧弯曲段、分配器和喷吹直线段上都浇筑有耐火材料枪衬。
[0008]进一步地，所述枪身直线段和枪身圆弧弯曲段的截面外轮廓为圆形、椭圆形结构或鼓形结构。
[0009]再进一步地，所述枪身圆弧弯曲段向喷吹直线段方向弯曲，弯曲圆弧角α为90?120。。
[0010]再进一步地，所述两个通孔间轴线夹角β为90?150°，通孔轴线与枪身圆弧弯曲段端头轴线延长线处于同一平面，并沿枪身圆弧弯曲段端头轴线对称布置。
[0011]再进一步地，所述喷吹口端面中心点与枪身直线段中心线距离为I?2倍的枪身直线段外径或长轴。
[0012]再进一步地，所述V形铆固件、双V蝶形铆固件的V形角为60°，其直径为耐火材料枪衬厚度的5?15%。
[0013]再进一步地，所述金属喷吹管由金属渐缩管和金属直管同轴焊接相通组成，或者为单根金属直管。
[0014]再进一步地，所述连接件为法兰连接件或螺纹连接件。
[0015]一种铁水喷吹脱硫新型喷枪的使用方法是:
[0016](I)在现有铁水喷吹脱硫设备条件下或常规铁水喷吹脱硫系统设计中，根据铁水罐或鱼雷罐公称容量，选择连接方式与尺寸合适的本发明喷枪取代常规喷枪进行安装或设
i+o
[0017](2)在喷枪操作参数方面:喷枪垂直插入，控制插入点位置，使喷吹口端面中心点连接线与铁水罐或鱼雷罐罐口垂直中心线距离为1/3?1/2R(R为铁水罐的平均截面半径或鱼雷罐罐口半径)，喷吹口沿过枪身直线段中心轴线和铁水罐或鱼雷罐罐口中心轴线的平面对称布置，喷吹口朝向远离喷枪插入点的铁水罐或鱼雷罐罐口壁面方向，控制喷枪插入铁水中的深度，使喷吹口端面中心点与铁水罐或鱼雷罐的罐底表面直线距离为250?350mmo
[0018](3)在喷吹脱硫工艺参数方面:控制喷吹流量范围为常规单喷口喷枪喷吹流量的100?200%、常规双孔喷枪流量的100?150%和常规多孔喷枪相同流量。< br>[0019](4)在上述操作与工艺参数控制的基础上，按照常规的混合喷吹、复合喷吹或分布喷吹工艺和控制模型进行铁水脱硫控制，直至喷吹结束。
[0020]本发明在大量总结国内外文献报道的操作参数、工艺参数以及喷枪结构参数对铁水喷吹脱硫效率影响规律的基础上，系统分析了国内外对提高铁水喷吹脱硫效率与改善脱硫反应动力学条件的研宄现状，指出了现有研宄中存在喷枪结构形式与结构尺寸的局限性；从进一步改善影响铁水喷吹脱硫的三个关键参数(粉剂穿透比、停留时间和混匀时间)的角度，在不进行设备改造的条件下，基于现有的脱硫反应动力学研宄理论与研宄结果，分析了喷枪结构形式与结构尺寸以及喷枪操作控制参数对铁水喷吹脱硫反应动力学的影响关系；从强化喷射搅拌与射流气泡分散的角度，提出了遏制气泡流聚集以及不同流股干扰作用的新型喷枪结构；从延长喷枪使用寿命的角度，通过喷枪破损机理的研宄，确立了喷枪复合体结构特征；通过水模试验研宄，进一步优化了喷枪结构形式与结构尺寸及其使用方法；最终形成了本发明的全部的技术方案。
[0021]本发明的有益效果在于:
[0022]I)本发明通过喷枪连接段、枪身直线段、枪身圆弧弯曲段、分配器、喷吹直线段等的结构设计，使喷枪连接段、枪身直线段和枪身圆弧弯曲段通过分配器与喷吹直线段相通，并通过插入铁水深处的喷枪将脱硫粉剂输送到铁水中，实现铁水喷吹脱硫功能。
[0023]2)本发明通过分配器的2个通孔轴线夹角β为90?150°、2个通孔轴线与枪身圆弧弯曲段端头轴线延长线处于同一平面、并沿枪身圆弧弯曲段端头轴线对称布置的结构设计，结合2条喷吹直线段的轴线与分配器的2个通孔轴线分别同线的结构特点以及喷吹口端面中心点与枪身直线段中心线距离为I?2倍的枪身直线段外径或长轴尺度的设置，使喷枪形成两股远离枪身直线段的射流，与常规的双喷口或多喷口喷枪相比，由于喷口与喷枪中心线成倒T形或倒Y形沿枪头圆周侧壁均匀布置、喷吹口端面与枪头侧壁面平齐，在喷枪壁面的遏制作用下，气泡流股围绕喷枪壁面聚集合并与快速上浮，因而，本发明避免了枪身直线段对喷射气泡流股的粘附聚合引起的气泡体积快速膨胀与上浮，便于气泡流股的分散，延长喷射流股在铁水中停留时间；同时，铁水中两股成一定夹角的射流，扩展了射流对铁水的搅拌区域，增进了流股间的搅拌协同效应，促进了铁水的循环与传质过程，强化了脱硫粉剂在铁水中的分散，缩短喷射搅拌混匀时间；此外，金属钢管中的单股气固流通过分配器从2条喷吹直线段喷射，提高了气固流股进入铁水的喷射速度，增强了脱硫粉气的气泡穿透能力，提高了脱硫粉剂的气泡穿透比例；从而改善了影响铁水喷吹脱硫三个关键动力学参数。通过枪身圆弧弯曲段向喷吹直线段方向弯曲、且弯曲圆弧角α为90?120°的结构设计，使2条喷吹直线段的喷射流股水平或略为向下倾斜喷入铁水，延长了喷射流股的铁水穿透深度和铁水对气泡流的阻碍作用，促进脱硫粉剂的气泡穿透，同时，延长了气泡流股在铁水中的行程，强化了铁水熔池底部铁水的循环，延长脱硫粉剂在铁水中的停留时间，改善铁水喷吹搅拌效果好。通过上述本发明喷枪结构设计，最终达到提高脱硫效率、降低脱硫剂消耗、缩短喷吹脱硫时间等目的。
[0024]3)本发明通过喷枪连接段由连接件、金属钢管、加强板组成设置以及连接件为法兰连接件或螺纹连接件的结构设计，满足了不同铁水喷吹脱硫系统的喷枪安装连接要求，强化了喷枪连接段的强度与刚度，并降低了喷枪连接段的重量与金属消耗。通过枪身直线段和枪身圆弧弯曲段由金属钢管、加强板、V形铆固件、双V蝶形铆固件和耐火材料枪衬构成设置，保证了喷枪的高温强度与高度，避免喷枪弯曲变形，并降低了喷枪金属材料消耗与整体重量；通过V形铆固件、双V蝶形铆固件的V形角为60°、采用普通碳钢盘条与(或)耐热合金丝制作及其直径为耐火材料枪衬厚度的5?15%设计，强化了喷枪金属件“金属钢管、加强板”与耐火材料枪衬复合体间的结合强度，降低了 V形铆固件、双V蝶形铆固件的普通碳钢盘条与(或)耐热合金丝直径不当引起的结构应力，提高喷枪的整体性与抗破损能力；通过枪身直线段和枪身圆弧弯曲段的截面外轮廓为圆形、椭圆形结构或鼓形结构以及枪身圆弧弯曲段向喷吹直线段方向弯曲，结合2条、4条或6条斜侧面钢板组成的加强板及其沿周向均匀焊接分布在金属钢管外表面，其中，2条加强板沿枪身圆弧弯曲段弯曲方向前后布置，强化了枪身直线段对喷吹射流的反作用力以及枪身圆弧弯曲段对自身与喷吹直线段重力的承载能力，避免喷枪的变形破损。通过喷吹直线段由V形铆固件(9)、双V蝶形铆固件、耐火材料枪衬、金属喷吹管和喷吹口构成，结合金属喷吹管由金属渐缩管和金属直管同轴焊接相通组成，也可由单根金属直管组成，保证了喷吹直线段的高温使用性能与喷吹的稳定性。综合上述措施，最终达到延长喷枪使用寿命、降低喷枪制作成本、稳定喷吹效果的目的。
[0025]本发明通过如下的使用方法在常规铁水喷吹脱硫系统上应用:
[0026](I)在现有铁水喷吹脱硫设备条件下或常规铁水喷吹脱硫系统设计中，根据铁水罐或鱼雷罐公称容量，选择连接方式与尺寸合适的本发明喷枪取代常规喷枪进行安装或设计。由此可见，在不更改现有的铁水喷吹脱硫设备系统或设计方案的条件下，仅通过选择结构形式与结构尺寸合适的本发明喷枪，便可直接进行喷枪替换使用，因而具有使用简单方便的优点。
[0027](2)在喷枪操作参数方面:喷枪垂直插入，控制插入点位置，使2个喷吹口端面中心点连接线与铁水罐或鱼雷罐罐口垂直中心线距离为1/3?1/2R(R为铁水罐的平均截面半径或鱼雷罐罐口半径)，2个喷吹口以过枪身直线段(2)中心轴线和铁水罐或鱼雷罐罐口中心轴线的平面对称布置，2个喷吹口朝向远离喷枪插入点的铁水罐或鱼雷罐罐口壁面方向，控制喷枪插入铁水中的深度，使喷吹口端面中心点与铁水罐或鱼雷罐的罐底表面直线距离为250?350mm。由此可见，本发明通过调整喷枪的操作控制参数，使2个喷吹直线段形成以过枪身直线段中心轴线和铁水罐或鱼雷罐罐口中心轴线平面的对称分布流场，增强了两股喷射流股之间的搅拌协同作用，促进脱硫粉剂分散，提高喷吹射流对铁水熔池的搅拌强度与搅拌均匀性，同时，喷枪的偏心布置，便于喷射流股的铁水穿透，扩展搅拌区域，强化熔池内铁水循环，尤其是熔池底部铁水的搅拌与循环流动，因而，不仅发挥了本发明喷枪改善铁水喷吹脱硫动力学条件的结构特点，同时还发挥了喷枪操作控制的改善作用，达到改善搅拌混匀时间、粉剂穿透比与停留时间动力学参数。
[0028](3)在喷吹脱硫工艺参数方面:控制喷吹流量范围为常规单喷口喷枪喷吹流量的100?200%、常规双孔喷枪流量的100?150%和常规多孔喷枪相同流量。通过工艺参数的调整，提高喷吹射流速度与搅拌强度，改善搅拌混匀时间与粉剂穿透比动力学参数，缩短铁水喂'吹脱硫时间。
[0029](4)在上述操作与工艺参数控制的基础上，按照常规的混合喷吹、复合喷吹或分布喷吹工艺和控制模型进行铁水脱硫控制，直至喷吹结束。由此可见，在铁水喷吹脱硫过程中，与常规喷枪相比，仅在喷枪操作与喷吹工艺参数方面进行了适量的调整，因而，仅需调整个别喷吹脱硫控制模型参数或人工调节便可操控，具有操作方便、实施简单的特点。
[0030]综合上述，本发明通过喷枪结构形式与结构尺寸的设计，改善了铁水喷吹脱硫的喷吹搅拌混匀时间、脱硫粉剂的气泡穿透比及其在铁水中的停留时间三个关键的动力学参数；通过喷枪合理的使用方法，进一步改善了铁水喷吹脱硫动力学参数；达到提高脱硫效率、缩短喷吹脱硫时间、降低脱硫剂消耗等目的。通过常规喷枪喷吹脱硫工艺技术与本发明技术的水模试验对比，本发明改善铁水喷吹脱硫动力学条件的积极效果得到了全面的验证。通过喷枪部件结构与复合形式的设计以及连接布置方式的设置，强化了喷枪金属材料与耐火材料复合体的结构整体性及其高温力学性能与抗破损能力，降低了喷枪的材料消耗与重量，达到延长喷枪使用寿命、降低喷枪制作成本、减轻喷枪重量等目的。
【附图说明】
[0031]图1为一种斜插式铁水预处理喷枪的正视图；
[0032]图2为图1的A-A剖面图；
[0033]图3为图2的细节图；
[0034]图4为图1和图2的B-B剖面图；
[0035]图5为图1和图2的B-B剖面图；
[0036]图6为图1和图2的B-B剖面图；
[0037]图7为图2的C-C剖面图；
[0038]图8为图2的C-C剖面图；
[0039]图中，喷枪连接段1、枪身直线段2、枪身圆弧弯曲段3、分配器4、圆弧性钢板4.1、通孔4.2、喷吹直线段5、连接件6、金属钢管7、加强 板8、V形铆固件9、双V蝶形铆固件10，耐火材料枪衬11、金属喷吹管12金属渐缩管12.1、金属直管12.2、喷吹口 13。
【具体实施方式】
[0040]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。
[0041]实施例1
[0042]如图1、2、3、4和7所示:用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，包括依次连接相通的喷枪连接段1、枪身直线段2、枪身圆弧弯曲段3、分配器4和喷吹直线段5 ；
[0043]喷枪连接段I包括法兰连接件或螺纹连接件6和金属钢管7 ;枪身直线段2和枪身圆弧弯曲段3的截面外轮廓为圆形；枪身圆弧弯曲段3向喷吹直线段5方向弯曲，弯曲圆弧角α为90?120°。
[0044]枪身直线段2和枪身圆弧弯曲段3包括金属钢管7，金属钢管7端头连接有分配器4的圆弧性钢板4.1，圆弧性钢板4.1另一端板壁上对称开设有2个通孔4.2 ；
[0045]两个通孔4.2间轴线夹角β为90?150°，通孔4.2轴线与枪身圆弧弯曲段3端头轴线延长线处于同一平面，并沿枪身圆弧弯曲段3端头轴线对称布置。
[0046]枪身直线段2与枪身圆弧弯曲段3的金属钢管7沿周向均匀对称焊接有2对条状的加强板8，并且其中一对加强板8沿枪身圆弧弯曲段3弯曲方向焊接在圆弧性钢板4.1外壁上；枪身直线段2和枪身圆弧弯曲段3的金属钢管7和加强板8外壁、分配器4的圆弧性钢板和加强板外壁上都间隔均匀焊接有V形铆固件9和双V蝶形铆固件10，通孔4.2依次连通有喷吹直线段5的金属喷吹管12和喷吹口 13 ；
[0047]喷吹口 13端面中心点与枪身直线段2中心线距离为I?2倍的枪身直线段2外径或长轴。
[0048]金属喷吹管12由金属渐缩管12.1和金属直管12.2同轴焊接相通组成，
[0049]金属喷吹管12外壁间隔焊接V形铆固件9和双V蝶形铆固件10 ;枪身直线段2、枪身圆弧弯曲段3、分配器4和喷吹直线段5上都浇筑有耐火材料枪衬11。
[0050]V形铆固件9、双V蝶形铆固件10的V形角为60°，其直径为耐火材料枪衬11厚度的5?15%。
[0051]该脱硫喷枪的使用方法是:
[0052]I在现有铁水喷吹脱硫设备条件下或常规铁水喷吹脱硫系统设计中，根据铁水罐或鱼雷罐公称容量，选择连接方式与尺寸合适的本发明喷枪取代常规喷枪进行安装或设
i+o
[0053]2在喷枪操作参数方面:喷枪垂直插入，控制插入点位置，使两个喷吹口 13端面中心点连接线与铁水罐或鱼雷罐罐口垂直中心线距离为1/3?1/2RR为铁水罐的平均截面半径或鱼雷罐罐口半径，2个喷吹口 13沿过枪身直线段2中心轴线和铁水罐或鱼雷罐罐口中心轴线的平面对称布置，2个喷吹口 13朝向远离喷枪插入点的铁水罐或鱼雷罐罐口壁面方向，控制喂'枪插入铁水中的株度，使喂'吹口 13端面中心点与铁水鍾或鱼雷鍾的鍾底表面直线距离为250?350mm。
[0054]3在喷吹脱硫工艺参数方面:控制喷吹流量范围为常规单喷口喷枪喷吹流量的100?200%、常规双孔喷枪流量的100?150%和常规多孔喷枪相同流量。
[0055]4在上述操作与工艺参数控制的基础上，按照常规的混合喷吹、复合喷吹或分布喷吹工艺和控制模型进行铁水脱硫控制，直至喷吹结束。
[0056]实施例2
[0057]如图1、2、3、5、6和8所示:用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，该喷枪与实施例1基本相同，不同之处在于:
[0058]枪身直线段2和枪身圆弧弯曲段3的截面外轮廓为椭圆形结构或鼓形结构；金属喷吹管14由单根金属直管18组成；喷枪使用方法与实施例1相同。
[0059]实施例3
[0060]如图1、2、3、4、5、6、7和8所示:用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，该喷枪与实施例1基本相同，不同之处在于:枪身直线段2和枪身圆弧弯曲段3的截面外轮廓结构以及金属喷吹管14结构相互搭配。
[0061]喷枪使用方法与实施例1相同。
[0062]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。
【主权项】
1.一种用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，包括依次连接相通的喷枪连接段(I)、枪身直线段(2)、枪身圆弧弯曲段(3)、分配器(4)和喷吹直线段(5);其特征在于:所述喷枪连接段(I)包括连接件(6)和金属钢管(7);所述枪身直线段(2)和枪身圆弧弯曲段(3)包括金属钢管(7)，所述金属钢管(7)端头连接有分配器(4)的圆弧性钢板(4.1)，所述圆弧性钢板(4.1)另一端板壁上对称开设有(2)个通孔(4.2); 所述枪身直线段(2)与枪身圆弧弯曲段(3)的金属钢管(7)沿周向均匀对称焊接有(I?3)对条状的加强板(8)，并且其中一对加强板⑶沿枪身圆弧弯曲段(3)弯曲方向焊接在圆弧性钢板(4.1)外壁上；所述枪身直线段(2)和枪身圆弧弯曲段(3)的金属钢管(7)和加强板(8)外壁、分配器(4)的圆弧性钢板和加强板外壁上都间隔均匀焊接有V形铆固件(9)和双V蝶形铆固件(10)，所述通孔(4.2)依次连通有喷吹直线段(5)的金属喷吹管(12)和喷吹口(13);所述金属喷吹管(12)外壁间隔焊接V形铆固件(9)和双V蝶形铆固件(10);所述枪身直线段(2)、枪身圆弧弯曲段(3)、分配器(4)和喷吹直线段(5)上都浇筑有耐火材料枪衬(11)。2.根据权利要求1所述用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，其特征在于:所述枪身直线段(2)和枪身圆弧弯曲段(3)的截面外轮廓为圆形、椭圆形结构或鼓形结构。3.根据权利要求(2)所述用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，其特征在于:所述枪身圆弧弯曲段(3)向喷吹直线段(5)方向弯曲，弯曲圆弧角α为 90 ?120。ο4.根据权利要求2或3所述用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，其特征在于:所述两个通孔(4.2)间轴线夹角β为90?150°，通孔(4.2)轴线与枪身圆弧弯曲段(3)端头轴线延长线处于同一平面，并沿枪身圆弧弯曲段(3)端头轴线对称布置。5.根据权利要求1或2所述用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，其特征在于:所述喷吹口(13)端面中心点与枪身直线段(2)中心线距离为I?2倍的枪身直线段(2)外径或长轴。6.根据权利要求1或2所述用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，其特征在于:所述V形铆固件(9)、双V蝶形铆固件(10)的V形角为60°，其直径为耐火材料枪衬(11)厚度的5?15%。7.根据权利要求5所述用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，其特征在于:所述金属喷吹管(12)由金属渐缩管(12.1)和金属直管(12.2)同轴焊接相通组成，或者为单根金属直管(12.2)。8.根据权利要求2或5所述用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，其特征在于:所述连接件(6)为法兰连接件或螺纹连接件。
【专利摘要】本发明公开了一种用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，包括依次连接相通的喷枪连接段、枪身直线段、枪身圆弧弯曲段、分配器和喷吹直线段；喷枪连接段包括连接件和金属钢管；枪身直线段和枪身圆弧弯曲段包括金属钢管，金属钢管端头连接有分配器的圆弧性钢板，圆弧性钢板另一端板壁上对称开设有2个通孔；枪身直线段与枪身圆弧弯曲段的金属钢管沿周向均匀对称焊接有1～3对条状的加强板，并且其中一对加强板沿枪身圆弧弯曲段弯曲方向焊接在圆弧性钢板外壁上。本发明通过喷枪结构形式与结构尺寸的设计，改善了铁水喷吹脱硫的喷吹搅拌混匀时间、脱硫粉剂的气泡穿透比及其在铁水中的停留时间三个关键的动力学参数。
【IPC分类】C21C1/02
【公开号】CN104894325
【申请号】CN201510268758
【发明人】欧阳德刚, 李明晖, 李具中, 刘路长, 罗安智, 夏春祥, 刘凯
【申请人】武汉钢铁(集团)公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月22日
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁水预处理技术领域，具体地指一种用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪。
【背景技术】
[0002]1970年原西德蒂森公司研宄成功并投入应用了 ATH法铁水喷吹脱硫，开创了大规模铁水喷吹预处理的先河，具体是:将一支外衬耐火材料的枪头弯曲的直通单喷口喷枪与水平方向成60°角斜插入鱼雷罐混铁车内，每分钟吹入108公斤CaC系复合脱硫剂，处理时间约为8分钟，输送气体压力为6atm，粉剂浓度为40?60kg/Nm3，即鱼雷罐斜插式铁水喷吹脱硫方法。此后，日本新日铁公司通过技术引进与消化创新，于上世纪70年代中后期，发明并推广应用了鱼雷罐铁水顶吹脱硫方法，即TDS方法，具体区别在于喷枪结构为倒T形双喷口喷枪，喷枪垂直插入鱼雷罐混铁车内。我国宝钢先后引进了这两种鱼雷罐混铁车铁水喷吹脱硫技术。随着铁水喷吹脱硫技术的不断发展，喷吹脱硫剂种类也由碳化钙基复合脱硫剂发展为氧化钙基和镁基复合脱硫剂，铁水容器由鱼雷罐发展为铁水罐，喷枪结构由斜插式枪头弯曲直通单喷口喷枪发展为垂直插入直通单喷口喷枪、倒T形双喷口与多喷口喷枪、倒Y形双喷口与多喷口喷枪，喷吹方式也由混合喷吹发展为在线混合的复合喷吹与分步喷吹。我国钢铁企业通过技术引进，相关铁水喷吹脱硫技术均有实际生产应用的范例，促进了我国钢铁行业铁水预处理技术的多样化发展与技术进步。
[0003]基于国内外铁水唆吹脱硫理论研究结果，影响铁水唆吹脱硫效率的因素主要为脱硫反应热力学与动力学条件，但在脱硫剂种类与铁水脱硫初始条件一定时，铁水脱硫反应热力学条件已基本确定，影响铁水脱硫效率的关键因素为脱硫反应动力学条件。文献“决定铁水包铁水喷粉脱硫效率的三个基本参数，钢铁研宄学报，2000年增刊”，就铁水喷吹脱硫动力学条件进行的系统研宄，指出脱硫粉剂的利用率和喷粉脱硫的处理时间是决定铁水包喷粉脱硫效率的重要因素；分析认为:使脱硫粉剂尽可能多地穿透喷吹射流的气一液界面进入铁水是实现脱硫粉剂与铁水接触反应的必要条件，因而必须尽可能提高粉剂穿透比；其次，要实现脱硫粉剂的高效利用，还必须使脱硫粉剂与铁水接触时间长，保证脱硫粉剂与铁水间足够的接触反应时间，但由于铁水液面面积小，上浮进入到液面渣层中的脱硫粉剂与铁水接触面积小，其脱硫反应对铁水脱硫贡献细微，脱硫主要途径是分散在铁水中的脱硫粉剂在上浮过程的脱硫反应，因而必须尽可能延长脱硫粉剂在铁水中的平均停留时间；再者，必须使脱硫粉剂与铁水反应过程中硫元素要有足够的传质速度，提高脱硫反应速度，因而必须强化铁水的搅拌作用，提高传质速度，即要缩短铁水熔池的搅拌混匀时间。由此可见，改善铁水熔池内铁水喷吹脱硫反应动力学条件以最大限度地提高喷吹脱硫效率是当前铁水喷吹脱硫急需深入研宄的关键技术问题。为此，文献提出了 “决定铁水包喷粉脱硫效率的三个基本参数”这一概念，系统分析了影响这三个基本参数的主要因素，并通过水模实验研宄，建立了熔池混匀时间、粉剂穿透比与喷吹操作参数、喷枪喷口结构与喷口数量之间的关系；同时利用流场计算结果回归出粉剂停留时间与载气流量及喷枪插入深度的定量关系式。研宄结果表明，熔池混匀时间与搅拌能密度、喷嘴结构、喷枪平面位置均有关系；其中，熔池混匀时间随搅拌能密度的增加而缩短；对于实验的单喷口直通式喷枪、倒T形双喷口与三喷口喷枪，S形喷吹流道双喷口与三喷口喷枪，双喷口与三喷口沿枪头侧壁表面周向均匀分布，喷口出口端面与枪头侧壁面平齐，喷枪喷口结构形式与喷口数量对搅拌混匀时间均有影响，其中，喷枪喷口数量对搅拌效果的影响大于喷枪喷口结构的影响，并随着喷口数量的增加，搅拌混匀时间缩短；喷枪插入点的液面平面位置偏离熔池中心点1/3R时的搅拌效果最好；气粉两相流的出口速度是影响粉剂穿透比的主要因素，出口速度越大，粉剂穿透比越大；粉剂的停留时间主要与喷枪的插入深度和载气流量有关，深枪位操作有利于延长粉剂在熔池中的停留时间。此外，国内外众多学者也开展了大量的改善铁水喷吹脱硫动力学条件的研宄，就如何改善上述决定动力学条件的三个关键参数进行了相关的理论分析、水模试验与数值模拟研宄，获得了基本相同的规律性结论，为实际生产中提高铁水喷吹脱硫效率、降低脱硫生产成本与稳定铁水脱硫质量等提供了强大的技术支撑，实际应用效果突出，大幅度地推进了铁水喷吹脱硫的技术发展与进步。
[0004]根据国内外铁水喷吹脱硫工艺过程可见，脱硫粉剂与喷吹载气通过插入铁水熔池深处的喷枪喷口喷入铁水，将脱硫粉剂带入铁水；通过载气喷射气流对铁水的搅拌，强化铁水中硫元素的快速传递与均化；通过脱硫粉剂在铁水中的分散接触，实现脱硫粉剂与铁水的接触反应和铁水中硫元素的脱除；通过脱硫粉剂在铁水中上浮过程，提供有效的脱硫反应时间。由此可见，在一定的喷吹工艺参数与操作参数条件下，喷枪的结构形式与尺寸大小是影响喷吹脱硫动力学条件的核心关键因素。根据上述决定铁水喷吹脱硫的三个基本动力学参数的影响因素研宄结果可见，虽然国内外学者从喷吹工艺参数、操作参数、喷枪的喷口结构与数量等方面进行了系统研宄，但未涉及喷口出口端面与喷枪枪体侧壁面间结构尺寸以及多喷口非均匀布置方式的影响。为此，有必要深入探讨喷枪结构形式与结构尺寸以及相应的操作工艺参数对铁水喷吹脱硫动力学条件的影响关系，开发铁水喷吹脱硫用新型结构喂'枪及其使用方法，以进一步提尚铁水喂'吹脱硫效率。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，它使用能达到改善铁水喷吹脱硫动力学条件、提高脱硫效率、延长喷枪使用寿命等目的。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供的一种用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，包括依次连接相通的喷枪连接段、枪身直线段、枪身圆弧弯曲段、分配器和喷吹直线段；所述喷枪连接段包括连接件和金属钢管；所述枪身直线段和枪身圆弧弯曲段包括金属钢管，所述金属钢管端头连接有分配器的圆弧性钢板，所述圆弧性钢板另一端板壁上对称开设有2个通孔；
[0007]所述枪身直线段与枪身圆弧弯曲段的金属钢管沿周向均匀对称焊接有I?3对条状的加强板，并且其中一对加强板沿枪身圆弧弯曲段弯曲方向焊接在圆弧性钢板外壁上；所述枪身直线段和枪身圆弧弯曲段的金属钢管和加强板外壁、分配器的圆弧性钢板和加强板外壁上都间隔均匀焊接有V形铆固件和双V蝶形铆固件，所述通孔上连通有喷吹直线段的金属喷吹管；所述金属喷吹管外壁间隔焊接V形铆固件和双V蝶形铆固件；所述枪身直线段、枪身圆弧弯曲段、分配器和喷吹直线段上都浇筑有耐火材料枪衬。
[0008]进一步地，所述枪身直线段和枪身圆弧弯曲段的截面外轮廓为圆形、椭圆形结构或鼓形结构。
[0009]再进一步地，所述枪身圆弧弯曲段向喷吹直线段方向弯曲，弯曲圆弧角α为90?120。。
[0010]再进一步地，所述两个通孔间轴线夹角β为90?150°，通孔轴线与枪身圆弧弯曲段端头轴线延长线处于同一平面，并沿枪身圆弧弯曲段端头轴线对称布置。
[0011]再进一步地，所述喷吹口端面中心点与枪身直线段中心线距离为I?2倍的枪身直线段外径或长轴。
[0012]再进一步地，所述V形铆固件、双V蝶形铆固件的V形角为60°，其直径为耐火材料枪衬厚度的5?15%。
[0013]再进一步地，所述金属喷吹管由金属渐缩管和金属直管同轴焊接相通组成，或者为单根金属直管。
[0014]再进一步地，所述连接件为法兰连接件或螺纹连接件。
[0015]一种铁水喷吹脱硫新型喷枪的使用方法是:
[0016](I)在现有铁水喷吹脱硫设备条件下或常规铁水喷吹脱硫系统设计中，根据铁水罐或鱼雷罐公称容量，选择连接方式与尺寸合适的本发明喷枪取代常规喷枪进行安装或设
i+o
[0017](2)在喷枪操作参数方面:喷枪垂直插入，控制插入点位置，使喷吹口端面中心点连接线与铁水罐或鱼雷罐罐口垂直中心线距离为1/3?1/2R(R为铁水罐的平均截面半径或鱼雷罐罐口半径)，喷吹口沿过枪身直线段中心轴线和铁水罐或鱼雷罐罐口中心轴线的平面对称布置，喷吹口朝向远离喷枪插入点的铁水罐或鱼雷罐罐口壁面方向，控制喷枪插入铁水中的深度，使喷吹口端面中心点与铁水罐或鱼雷罐的罐底表面直线距离为250?350mmo
[0018](3)在喷吹脱硫工艺参数方面:控制喷吹流量范围为常规单喷口喷枪喷吹流量的100?200%、常规双孔喷枪流量的100?150%和常规多孔喷枪相同流量。< br>[0019](4)在上述操作与工艺参数控制的基础上，按照常规的混合喷吹、复合喷吹或分布喷吹工艺和控制模型进行铁水脱硫控制，直至喷吹结束。
[0020]本发明在大量总结国内外文献报道的操作参数、工艺参数以及喷枪结构参数对铁水喷吹脱硫效率影响规律的基础上，系统分析了国内外对提高铁水喷吹脱硫效率与改善脱硫反应动力学条件的研宄现状，指出了现有研宄中存在喷枪结构形式与结构尺寸的局限性；从进一步改善影响铁水喷吹脱硫的三个关键参数(粉剂穿透比、停留时间和混匀时间)的角度，在不进行设备改造的条件下，基于现有的脱硫反应动力学研宄理论与研宄结果，分析了喷枪结构形式与结构尺寸以及喷枪操作控制参数对铁水喷吹脱硫反应动力学的影响关系；从强化喷射搅拌与射流气泡分散的角度，提出了遏制气泡流聚集以及不同流股干扰作用的新型喷枪结构；从延长喷枪使用寿命的角度，通过喷枪破损机理的研宄，确立了喷枪复合体结构特征；通过水模试验研宄，进一步优化了喷枪结构形式与结构尺寸及其使用方法；最终形成了本发明的全部的技术方案。
[0021]本发明的有益效果在于:
[0022]I)本发明通过喷枪连接段、枪身直线段、枪身圆弧弯曲段、分配器、喷吹直线段等的结构设计，使喷枪连接段、枪身直线段和枪身圆弧弯曲段通过分配器与喷吹直线段相通，并通过插入铁水深处的喷枪将脱硫粉剂输送到铁水中，实现铁水喷吹脱硫功能。
[0023]2)本发明通过分配器的2个通孔轴线夹角β为90?150°、2个通孔轴线与枪身圆弧弯曲段端头轴线延长线处于同一平面、并沿枪身圆弧弯曲段端头轴线对称布置的结构设计，结合2条喷吹直线段的轴线与分配器的2个通孔轴线分别同线的结构特点以及喷吹口端面中心点与枪身直线段中心线距离为I?2倍的枪身直线段外径或长轴尺度的设置，使喷枪形成两股远离枪身直线段的射流，与常规的双喷口或多喷口喷枪相比，由于喷口与喷枪中心线成倒T形或倒Y形沿枪头圆周侧壁均匀布置、喷吹口端面与枪头侧壁面平齐，在喷枪壁面的遏制作用下，气泡流股围绕喷枪壁面聚集合并与快速上浮，因而，本发明避免了枪身直线段对喷射气泡流股的粘附聚合引起的气泡体积快速膨胀与上浮，便于气泡流股的分散，延长喷射流股在铁水中停留时间；同时，铁水中两股成一定夹角的射流，扩展了射流对铁水的搅拌区域，增进了流股间的搅拌协同效应，促进了铁水的循环与传质过程，强化了脱硫粉剂在铁水中的分散，缩短喷射搅拌混匀时间；此外，金属钢管中的单股气固流通过分配器从2条喷吹直线段喷射，提高了气固流股进入铁水的喷射速度，增强了脱硫粉气的气泡穿透能力，提高了脱硫粉剂的气泡穿透比例；从而改善了影响铁水喷吹脱硫三个关键动力学参数。通过枪身圆弧弯曲段向喷吹直线段方向弯曲、且弯曲圆弧角α为90?120°的结构设计，使2条喷吹直线段的喷射流股水平或略为向下倾斜喷入铁水，延长了喷射流股的铁水穿透深度和铁水对气泡流的阻碍作用，促进脱硫粉剂的气泡穿透，同时，延长了气泡流股在铁水中的行程，强化了铁水熔池底部铁水的循环，延长脱硫粉剂在铁水中的停留时间，改善铁水喷吹搅拌效果好。通过上述本发明喷枪结构设计，最终达到提高脱硫效率、降低脱硫剂消耗、缩短喷吹脱硫时间等目的。
[0024]3)本发明通过喷枪连接段由连接件、金属钢管、加强板组成设置以及连接件为法兰连接件或螺纹连接件的结构设计，满足了不同铁水喷吹脱硫系统的喷枪安装连接要求，强化了喷枪连接段的强度与刚度，并降低了喷枪连接段的重量与金属消耗。通过枪身直线段和枪身圆弧弯曲段由金属钢管、加强板、V形铆固件、双V蝶形铆固件和耐火材料枪衬构成设置，保证了喷枪的高温强度与高度，避免喷枪弯曲变形，并降低了喷枪金属材料消耗与整体重量；通过V形铆固件、双V蝶形铆固件的V形角为60°、采用普通碳钢盘条与(或)耐热合金丝制作及其直径为耐火材料枪衬厚度的5?15%设计，强化了喷枪金属件“金属钢管、加强板”与耐火材料枪衬复合体间的结合强度，降低了 V形铆固件、双V蝶形铆固件的普通碳钢盘条与(或)耐热合金丝直径不当引起的结构应力，提高喷枪的整体性与抗破损能力；通过枪身直线段和枪身圆弧弯曲段的截面外轮廓为圆形、椭圆形结构或鼓形结构以及枪身圆弧弯曲段向喷吹直线段方向弯曲，结合2条、4条或6条斜侧面钢板组成的加强板及其沿周向均匀焊接分布在金属钢管外表面，其中，2条加强板沿枪身圆弧弯曲段弯曲方向前后布置，强化了枪身直线段对喷吹射流的反作用力以及枪身圆弧弯曲段对自身与喷吹直线段重力的承载能力，避免喷枪的变形破损。通过喷吹直线段由V形铆固件(9)、双V蝶形铆固件、耐火材料枪衬、金属喷吹管和喷吹口构成，结合金属喷吹管由金属渐缩管和金属直管同轴焊接相通组成，也可由单根金属直管组成，保证了喷吹直线段的高温使用性能与喷吹的稳定性。综合上述措施，最终达到延长喷枪使用寿命、降低喷枪制作成本、稳定喷吹效果的目的。
[0025]本发明通过如下的使用方法在常规铁水喷吹脱硫系统上应用:
[0026](I)在现有铁水喷吹脱硫设备条件下或常规铁水喷吹脱硫系统设计中，根据铁水罐或鱼雷罐公称容量，选择连接方式与尺寸合适的本发明喷枪取代常规喷枪进行安装或设计。由此可见，在不更改现有的铁水喷吹脱硫设备系统或设计方案的条件下，仅通过选择结构形式与结构尺寸合适的本发明喷枪，便可直接进行喷枪替换使用，因而具有使用简单方便的优点。
[0027](2)在喷枪操作参数方面:喷枪垂直插入，控制插入点位置，使2个喷吹口端面中心点连接线与铁水罐或鱼雷罐罐口垂直中心线距离为1/3?1/2R(R为铁水罐的平均截面半径或鱼雷罐罐口半径)，2个喷吹口以过枪身直线段(2)中心轴线和铁水罐或鱼雷罐罐口中心轴线的平面对称布置，2个喷吹口朝向远离喷枪插入点的铁水罐或鱼雷罐罐口壁面方向，控制喷枪插入铁水中的深度，使喷吹口端面中心点与铁水罐或鱼雷罐的罐底表面直线距离为250?350mm。由此可见，本发明通过调整喷枪的操作控制参数，使2个喷吹直线段形成以过枪身直线段中心轴线和铁水罐或鱼雷罐罐口中心轴线平面的对称分布流场，增强了两股喷射流股之间的搅拌协同作用，促进脱硫粉剂分散，提高喷吹射流对铁水熔池的搅拌强度与搅拌均匀性，同时，喷枪的偏心布置，便于喷射流股的铁水穿透，扩展搅拌区域，强化熔池内铁水循环，尤其是熔池底部铁水的搅拌与循环流动，因而，不仅发挥了本发明喷枪改善铁水喷吹脱硫动力学条件的结构特点，同时还发挥了喷枪操作控制的改善作用，达到改善搅拌混匀时间、粉剂穿透比与停留时间动力学参数。
[0028](3)在喷吹脱硫工艺参数方面:控制喷吹流量范围为常规单喷口喷枪喷吹流量的100?200%、常规双孔喷枪流量的100?150%和常规多孔喷枪相同流量。通过工艺参数的调整，提高喷吹射流速度与搅拌强度，改善搅拌混匀时间与粉剂穿透比动力学参数，缩短铁水喂'吹脱硫时间。
[0029](4)在上述操作与工艺参数控制的基础上，按照常规的混合喷吹、复合喷吹或分布喷吹工艺和控制模型进行铁水脱硫控制，直至喷吹结束。由此可见，在铁水喷吹脱硫过程中，与常规喷枪相比，仅在喷枪操作与喷吹工艺参数方面进行了适量的调整，因而，仅需调整个别喷吹脱硫控制模型参数或人工调节便可操控，具有操作方便、实施简单的特点。
[0030]综合上述，本发明通过喷枪结构形式与结构尺寸的设计，改善了铁水喷吹脱硫的喷吹搅拌混匀时间、脱硫粉剂的气泡穿透比及其在铁水中的停留时间三个关键的动力学参数；通过喷枪合理的使用方法，进一步改善了铁水喷吹脱硫动力学参数；达到提高脱硫效率、缩短喷吹脱硫时间、降低脱硫剂消耗等目的。通过常规喷枪喷吹脱硫工艺技术与本发明技术的水模试验对比，本发明改善铁水喷吹脱硫动力学条件的积极效果得到了全面的验证。通过喷枪部件结构与复合形式的设计以及连接布置方式的设置，强化了喷枪金属材料与耐火材料复合体的结构整体性及其高温力学性能与抗破损能力，降低了喷枪的材料消耗与重量，达到延长喷枪使用寿命、降低喷枪制作成本、减轻喷枪重量等目的。
【附图说明】
[0031]图1为一种斜插式铁水预处理喷枪的正视图；
[0032]图2为图1的A-A剖面图；
[0033]图3为图2的细节图；
[0034]图4为图1和图2的B-B剖面图；
[0035]图5为图1和图2的B-B剖面图；
[0036]图6为图1和图2的B-B剖面图；
[0037]图7为图2的C-C剖面图；
[0038]图8为图2的C-C剖面图；
[0039]图中，喷枪连接段1、枪身直线段2、枪身圆弧弯曲段3、分配器4、圆弧性钢板4.1、通孔4.2、喷吹直线段5、连接件6、金属钢管7、加强 板8、V形铆固件9、双V蝶形铆固件10，耐火材料枪衬11、金属喷吹管12金属渐缩管12.1、金属直管12.2、喷吹口 13。
【具体实施方式】
[0040]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。
[0041]实施例1
[0042]如图1、2、3、4和7所示:用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，包括依次连接相通的喷枪连接段1、枪身直线段2、枪身圆弧弯曲段3、分配器4和喷吹直线段5 ；
[0043]喷枪连接段I包括法兰连接件或螺纹连接件6和金属钢管7 ;枪身直线段2和枪身圆弧弯曲段3的截面外轮廓为圆形；枪身圆弧弯曲段3向喷吹直线段5方向弯曲，弯曲圆弧角α为90?120°。
[0044]枪身直线段2和枪身圆弧弯曲段3包括金属钢管7，金属钢管7端头连接有分配器4的圆弧性钢板4.1，圆弧性钢板4.1另一端板壁上对称开设有2个通孔4.2 ；
[0045]两个通孔4.2间轴线夹角β为90?150°，通孔4.2轴线与枪身圆弧弯曲段3端头轴线延长线处于同一平面，并沿枪身圆弧弯曲段3端头轴线对称布置。
[0046]枪身直线段2与枪身圆弧弯曲段3的金属钢管7沿周向均匀对称焊接有2对条状的加强板8，并且其中一对加强板8沿枪身圆弧弯曲段3弯曲方向焊接在圆弧性钢板4.1外壁上；枪身直线段2和枪身圆弧弯曲段3的金属钢管7和加强板8外壁、分配器4的圆弧性钢板和加强板外壁上都间隔均匀焊接有V形铆固件9和双V蝶形铆固件10，通孔4.2依次连通有喷吹直线段5的金属喷吹管12和喷吹口 13 ；
[0047]喷吹口 13端面中心点与枪身直线段2中心线距离为I?2倍的枪身直线段2外径或长轴。
[0048]金属喷吹管12由金属渐缩管12.1和金属直管12.2同轴焊接相通组成，
[0049]金属喷吹管12外壁间隔焊接V形铆固件9和双V蝶形铆固件10 ;枪身直线段2、枪身圆弧弯曲段3、分配器4和喷吹直线段5上都浇筑有耐火材料枪衬11。
[0050]V形铆固件9、双V蝶形铆固件10的V形角为60°，其直径为耐火材料枪衬11厚度的5?15%。
[0051]该脱硫喷枪的使用方法是:
[0052]I在现有铁水喷吹脱硫设备条件下或常规铁水喷吹脱硫系统设计中，根据铁水罐或鱼雷罐公称容量，选择连接方式与尺寸合适的本发明喷枪取代常规喷枪进行安装或设
i+o
[0053]2在喷枪操作参数方面:喷枪垂直插入，控制插入点位置，使两个喷吹口 13端面中心点连接线与铁水罐或鱼雷罐罐口垂直中心线距离为1/3?1/2RR为铁水罐的平均截面半径或鱼雷罐罐口半径，2个喷吹口 13沿过枪身直线段2中心轴线和铁水罐或鱼雷罐罐口中心轴线的平面对称布置，2个喷吹口 13朝向远离喷枪插入点的铁水罐或鱼雷罐罐口壁面方向，控制喂'枪插入铁水中的株度，使喂'吹口 13端面中心点与铁水鍾或鱼雷鍾的鍾底表面直线距离为250?350mm。
[0054]3在喷吹脱硫工艺参数方面:控制喷吹流量范围为常规单喷口喷枪喷吹流量的100?200%、常规双孔喷枪流量的100?150%和常规多孔喷枪相同流量。
[0055]4在上述操作与工艺参数控制的基础上，按照常规的混合喷吹、复合喷吹或分布喷吹工艺和控制模型进行铁水脱硫控制，直至喷吹结束。
[0056]实施例2
[0057]如图1、2、3、5、6和8所示:用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，该喷枪与实施例1基本相同，不同之处在于:
[0058]枪身直线段2和枪身圆弧弯曲段3的截面外轮廓为椭圆形结构或鼓形结构；金属喷吹管14由单根金属直管18组成；喷枪使用方法与实施例1相同。
[0059]实施例3
[0060]如图1、2、3、4、5、6、7和8所示:用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，该喷枪与实施例1基本相同，不同之处在于:枪身直线段2和枪身圆弧弯曲段3的截面外轮廓结构以及金属喷吹管14结构相互搭配。
[0061]喷枪使用方法与实施例1相同。
[0062]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。
【主权项】
1.一种用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，包括依次连接相通的喷枪连接段(I)、枪身直线段(2)、枪身圆弧弯曲段(3)、分配器(4)和喷吹直线段(5);其特征在于:所述喷枪连接段(I)包括连接件(6)和金属钢管(7);所述枪身直线段(2)和枪身圆弧弯曲段(3)包括金属钢管(7)，所述金属钢管(7)端头连接有分配器(4)的圆弧性钢板(4.1)，所述圆弧性钢板(4.1)另一端板壁上对称开设有(2)个通孔(4.2); 所述枪身直线段(2)与枪身圆弧弯曲段(3)的金属钢管(7)沿周向均匀对称焊接有(I?3)对条状的加强板(8)，并且其中一对加强板⑶沿枪身圆弧弯曲段(3)弯曲方向焊接在圆弧性钢板(4.1)外壁上；所述枪身直线段(2)和枪身圆弧弯曲段(3)的金属钢管(7)和加强板(8)外壁、分配器(4)的圆弧性钢板和加强板外壁上都间隔均匀焊接有V形铆固件(9)和双V蝶形铆固件(10)，所述通孔(4.2)依次连通有喷吹直线段(5)的金属喷吹管(12)和喷吹口(13);所述金属喷吹管(12)外壁间隔焊接V形铆固件(9)和双V蝶形铆固件(10);所述枪身直线段(2)、枪身圆弧弯曲段(3)、分配器(4)和喷吹直线段(5)上都浇筑有耐火材料枪衬(11)。2.根据权利要求1所述用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，其特征在于:所述枪身直线段(2)和枪身圆弧弯曲段(3)的截面外轮廓为圆形、椭圆形结构或鼓形结构。3.根据权利要求(2)所述用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，其特征在于:所述枪身圆弧弯曲段(3)向喷吹直线段(5)方向弯曲，弯曲圆弧角α为 90 ?120。ο4.根据权利要求2或3所述用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，其特征在于:所述两个通孔(4.2)间轴线夹角β为90?150°，通孔(4.2)轴线与枪身圆弧弯曲段(3)端头轴线延长线处于同一平面，并沿枪身圆弧弯曲段(3)端头轴线对称布置。5.根据权利要求1或2所述用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，其特征在于:所述喷吹口(13)端面中心点与枪身直线段(2)中心线距离为I?2倍的枪身直线段(2)外径或长轴。6.根据权利要求1或2所述用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，其特征在于:所述V形铆固件(9)、双V蝶形铆固件(10)的V形角为60°，其直径为耐火材料枪衬(11)厚度的5?15%。7.根据权利要求5所述用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，其特征在于:所述金属喷吹管(12)由金属渐缩管(12.1)和金属直管(12.2)同轴焊接相通组成，或者为单根金属直管(12.2)。8.根据权利要求2或5所述用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，其特征在于:所述连接件(6)为法兰连接件或螺纹连接件。
【专利摘要】本发明公开了一种用于铁水混合喷吹或在线混合的复合喷吹与分步喷吹的脱硫喷枪，包括依次连接相通的喷枪连接段、枪身直线段、枪身圆弧弯曲段、分配器和喷吹直线段；喷枪连接段包括连接件和金属钢管；枪身直线段和枪身圆弧弯曲段包括金属钢管，金属钢管端头连接有分配器的圆弧性钢板，圆弧性钢板另一端板壁上对称开设有2个通孔；枪身直线段与枪身圆弧弯曲段的金属钢管沿周向均匀对称焊接有1～3对条状的加强板，并且其中一对加强板沿枪身圆弧弯曲段弯曲方向焊接在圆弧性钢板外壁上。本发明通过喷枪结构形式与结构尺寸的设计，改善了铁水喷吹脱硫的喷吹搅拌混匀时间、脱硫粉剂的气泡穿透比及其在铁水中的停留时间三个关键的动力学参数。
【IPC分类】C21C1/02
【公开号】CN104894325
【申请号】CN201510268758
【发明人】欧阳德刚, 李明晖, 李具中, 刘路长, 罗安智, 夏春祥, 刘凯
【申请人】武汉钢铁(集团)公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月22日
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