直接喷入式铁水脱硫喷枪制造技术

本发明专利技术公开了一种用于金属颗粒镁、镁基或钙基脱硫剂的直接喷入式铁水脱硫喷枪，包括依次连接相通的连接法兰、枪管，枪管由连接段枪管和枪身段枪管组成，连接段枪管包括枪芯，枪身段枪管的枪芯下端连接有的分配器，分配器由上端连接短管、下端堵头平台和开设在连接短管的管壁上的多个通孔，每个通孔连通有喷吹管，喷吹管分布在分配器侧壁外的耐火浇注料衬内。本发明专利技术通过铁水直喷金属颗粒镁脱硫喷枪的结构设计，提高喷吹强度，扩展脱硫反应面积，强化金属颗粒镁的气化与溶解；通过脱硫工艺步骤的改进，增强了对低品质金属颗粒镁与不同大小铁水罐喷吹脱硫的适应性，扩展了工艺的适应能力，降低了铁水脱硫金属颗粒镁消耗成本。

【技术实现步骤摘要】
直接喷入式铁水脱硫喷枪
本专利技术涉及铁水预处理领域，具体地指一种用于金属颗粒镁、镁基或钙基脱硫剂的直接喷入式铁水脱硫喷枪。
技术介绍
金属镁和硫之间具有极高的亲合力，在金属镁的铁水脱硫过程中，金属镁脱硫反应主要是通过溶解于铁水中的金属镁与硫的均相反应完成，是铁水脱硫的最强脱硫剂之一，具有用量、渣量、扒渣铁损少和环境污染小的优点。由于渣的存在不影响镁的均相脱硫反应，因而对铁水带有高炉渣不敏感；由于脱硫的镁用量少，因而脱硫处理的设备投资低，脱硫过程对铁水的化学成分也基本没有影响。为了充分利用金属颗粒镁的强脱硫剂优势，针对金属镁熔点与气化温度低、高温下蒸气压力高的特点，从避免脱硫过程中金属镁高温条件下快速气化膨胀引起的铁水喷溅问题，乌克兰钛设计院、黑色冶金研究院早在上世纪50年代开发了采用枪头带气化室的喷枪进行铁水纯喷颗粒镁脱硫的工艺，并在实际生产中得到广泛应用，尤其是镁资源丰富的国家，例如：前苏联的联邦国家和我国。具体脱硫工艺过程是：以氮气为载气，以粒度为0.5～2.5mm的金属颗粒镁为脱硫剂，一般粒度控制为0.6～1.6mm。通过潜入铁水中的枪头带气化室的喷枪，气化室为圆台形内空结构，俗称喇叭形结构，将脱硫剂送达铁水罐中的铁水深处，通过金属颗粒镁进入铁水前在气化室中的预气化，避免颗粒镁在高温铁水中迅速气化带来的剧烈喷溅和控制困难的问题，也为金属颗粒镁气化提供了相应的气化时间与空间，同时，预气化的镁蒸汽与喷吹载气通过气化室底部平直的边沿排出进入铁水，通过铁水中镁气泡的界面脱硫反应和镁气泡界面溶解镁的均相脱硫反应，达到提高颗粒镁利用率和铁水脱硫效率的目的。但由于温度≥670℃时，熔化状态的镁与氮气发生反应：3Mg+N2＝Mg3N2，而且随着温度的上升，反应速度加快；此外，金属镁还会与水、氧反应形成MgO，此外，金属颗粒镁杂质及其钝化膜的高温后残留物，由于这些反应产物熔点高，在气化室内壁不断粘附沉积，导致喷枪气化室内壁粘渣严重，为了维持气化室足够的气化空间与金属镁的稳定气化，必须不断地对气化室内壁粘渣进行清理，但促进了气化室的破损进程，影响喷枪使用寿命、使用性能以及生产效率，给实际生产应用带来不便，增加了生产维护的难度与生产成本。此外，在实际生产过程中，由于气化室内金属颗粒镁预气化的镁蒸汽聚集和大气泡脉冲式排出，导致瞬间气体喷吹动能剧增，引起喷枪剧烈摆动，此外，镁蒸汽大气泡上浮速度快、气泡液面溢出空隙大、铁水的快速回流填充，引起液面剧烈波动、震荡、翻腾甚至喷溅，致使镁蒸汽溢出逃逸，铁水脱硫稳定性差，脱硫技术经济指标波动大，尤其是不同生产线之间由于设备、操作与原材料等不同差异更大，并时有超大镁气泡液面排出引起的铁水剧烈喷溅现象，带来生产安全隐患，尤其是在喷枪气化室内壁粘结严重以及颗粒镁受潮水化引起的颗粒镁粘连与团聚时，由于气化室内镁蒸汽排出不畅以及团聚镁的集中气化，喷溅现象更为严重。由此可见，气化室喷枪纯喷金属颗粒镁脱硫工艺通过气化室的预气化缓冲，提高了金属颗粒镁的脱硫利用率，在操作工艺参数优化合理的条件下，可满足中小铁水罐中铁水金属镁小流量喷吹脱硫的需求，但对金属颗粒镁的质量要求高，否则将使气化室内壁粘渣进一步加剧，甚至在一罐次铁水脱硫过程中就出现气化室严重粘渣堵塞而无法完成铁水脱硫。因而，金属镁气化室喷枪喷吹铁水脱硫的核心关键技术难题在于气化室内壁粘渣严重与大气泡排出上浮带来的生产稳定性问题。针对金属颗粒镁铁水脱硫用枪头带气化室喷枪在实际生产中气化室内壁粘渣清理问题，国内外早期的粘渣清理方式是人工机械打渣，因人工机械打渣环境恶劣、劳动强度大、清渣时间等而逐渐转变为水管冲洗后人工机械打渣。由于喷枪气化室内壁粘渣速度快，为了保证喷吹过程中有效的气化空间，一般控制粘渣层厚度约为35mm时进行一次水管冲洗与人工机械打渣；根据颗粒镁脱硫剂钝化膜厚度、杂质含量以及受潮状况的不同，内壁粘渣速度与处理周期也不同，随着颗粒镁脱硫剂钝化膜厚度、杂质含量的增加以及受潮状况的加剧，气化室内反应形成的高熔点化合物增加，内壁粘渣速度加快，清渣处理周期缩短，一般处理周期为1～5次不等。水管冲洗后人工机械打渣的原理是：通过内壁粘渣物(氮化镁、氧化镁、冷凝的金属镁)与冲洗水的水化反应，引起粘渣物结合相粘结强度降低和粘渣物体积膨胀而脱落，实际处理过程中，为了节省清渣维护时间，充分利用高温对水化反应的促进作用，采取喷枪起枪后立即喷水清渣，单次清渣处理时间为15min左右。常规水管冲渣的清渣装置是由渣盘、布置在中心的向上直喷的金属水管和安装在渣盘下部的小车构成；由于水管喷射水柱的集中、水对气化室内壁的强冷以及水流与水蒸气对气化室边裙耐火材料的水化和急冷作用，导致气化室金属构件变形、耐火材料枪裙工作衬裂纹脱落和气化室外壁耐火材料工作衬龟裂，加快了喷枪的破损进程，使喷枪使用寿命缩短1/3左右。针对常规水管冲渣存在的不足，申请号为200810048587.8的中国专利技术专利公开了一种气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，该装置包括小车、设置在小车上的接渣盘、喷吹管和设置在喷吹管顶端的喷吹头，喷吹头设有螺旋雾化装置，螺旋雾化装置包括若干设置在喷吹头顶部的压缩空气喷孔和喷水口，以及至少一条沿喷吹管纵向轴线设置的螺旋形水通道，压缩空气喷孔与喷吹管中的压缩空气通道连通，喷水口通过螺旋形水通道与喷吹管中的水通道连通。通过螺旋雾化装置上至少一圈均匀布置的压缩空气喷孔与多道水流螺旋槽形成雾化水汽，避免了水管喷射水柱引起的冷却不均匀以及由此造成的局部热应力，减缓温差热应力引起的喷枪耐火材料工作衬裂纹剥落与金属气化室的变形进程，延长喷枪使用寿命，降低脱硫生产成本。针对喷枪金属气化室变形以及水管冲洗对喷枪寿命的影响问题，申请号为200810048977.5的中国专利技术专利公开了一种延缓气化室粘渣速度、降低金属气化室变形进程的颗粒镁脱硫用气化室喷枪，其主要措施有：通过气化室钟罩形内空结构的优化设计，避免了气化室内空圆台形顶部转角对粘渣的促进作用，降低了粘渣速度与清渣频率，延缓了气化室金属构件的变形速度；从降低气化室金属钟罩的变形量、提高其与耐火材料工作衬结合强度的角度考虑，在气化室金属钟罩底边缘上设置了异形底边裙，吸收金属钟罩底边缘的整体变形，采取增大金属钟罩底边缘厚度的措施，增强了气化室金属钟罩的综合强度与抗变形能力，降低了金属材料与耐火材料热物理性质差异的不利影响，并通过异形底边裙上布置的V形和双V蝶形锚固件，提高金属钟罩底边缘与耐火材料枪裙工作衬之间的结合面积与结合强度，进而提高耐火材料枪裙工作衬的抗撞击破损能力；通过金属钟罩底边缘厚度大于底边裙厚度和底边裙沿金属钟罩底边缘外侧布置的结构设计，使金属钟罩底边缘形成内凸台，冲渣水从金属钟罩底边缘内壁滴落，避免了冲渣水与耐火材料枪裙工作衬的直接接触，延缓了耐火材料枪裙工作衬破损和金属钟罩底边缘烧损的进程。上述专利技术在实际生产中得到应用，虽然未解决气化室内壁粘渣的问题，但在提高清渣效率与降低清渣对喷枪气化室破损方面取得了良好的应用效果。对于脱硫过程中存在的喷枪摆动大、镁蒸汽大气泡液面溢出引起的液面剧烈波动震荡与翻腾等问题，申请号为200810237411.7的中国专利技术专利公开了一种铁水纯喷颗粒镁脱硫用气化室喷枪，其主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接喷入式铁水脱硫喷枪，包括依次连接相通的连接法兰(1)、枪管(2)，所述枪管(2)由连接段枪管(2.1)和枪身段枪管(2.2)组成，所述连接段枪管(2.1)包括枪芯(6)，所述枪身段枪管(2.2)包括枪芯(6)、锚固件组(7)和耐火浇注料衬(8)，其特征在于：所述枪芯(6)由内至外依次均为主管(6.1)和增强管(6.2)，所述主管(6.1)外侧以轴线为中心线由内向外呈发射状均匀布置有多条用于连接增强管(6.2)的搭桥焊接件(6.3)，其特征在于：所述枪身段枪管(2.2)的枪芯(6)下端连接有用于分配金属颗粒镁、镁基或钙基脱硫剂的分配器(4)，所述分配器(4)外壁上设置有锚固件组(7)和耐火浇注料衬(8)，所述分配器(4)由上端连接短管(4.1)、下端堵头平台(4.2)和开设在连接短管(4.1)的管壁上的多个通孔(4.3)组成，每个通孔(4.3)连通有喷吹管(9)，所述喷吹管(9)分布在分配器(4)侧壁外的耐火浇注料衬(8)内。

【技术特征摘要】
1.一种直接喷入式铁水脱硫喷枪，包括依次连接相通的连接法兰(1)、枪管(2)，所述枪管(2)由连接段枪管(2.1)和枪身段枪管(2.2)组成，所述连接段枪管(2.1)包括枪芯(6)，所述枪身段枪管(2.2)包括枪芯(6)、锚固件组(7)和耐火浇注料衬(8)，所述枪芯(6)由内至外依次均为主管(6.1)和增强管(6.2)，所述主管(6.1)外侧以轴线为中心线由内向外呈发射状均匀布置有多条用于连接增强管(6.2)的搭桥焊接件(6.3)，其特征在于：所述枪身段枪管(2.2)的枪芯(6)下端连接有用于分配金属颗粒镁、镁基或钙基脱硫剂的分配器(4)，所述分配器(4)外壁上设置有锚固件组(7)和耐火浇注料衬(8)，所述分配器(4)由上端连接短管(4.1)、下端堵头平台(4.2)和开设在连接短管(4.1)的管壁上的多个通孔(4.3)组成，每个通孔(4.3)连通有喷吹管(9)，所述喷吹管(9)分布在分配器(4)侧壁外的耐火浇注料衬(8)内；所述连接短管(4.1)与主管(6.1)焊接连通，且连接短管(4.1)的内外径与主管(6.1)的内外径相同；所述主管(6.1)内套有一个长度相同的内插喷吹管(5)，所述内插喷吹管(5)下端连接有喷吹管接口(3)，所述喷吹管接口(3)另一端连通有连接短管(4.1)，且连接短管(4.1)内圆直径与内插喷吹管(5)、喷吹管接口(3)内径相同，所述喷吹管接口(3)外壁面开设有螺纹，其与主管(6.1)下端口内壁的螺纹配合连接；所述通孔(4.3)轴线与连接短管(4.1)径线相交呈夹角β，β为0～45°；...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳德刚，
申请(专利权)人：武汉钢铁集团公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42