一种铁水高效脱硫旋转式复合喷枪及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种铁水高效脱硫旋转式复合喷枪及应用，由底座部分、喷枪主体部分和外框结构部件组成，底座部分依次由底座圆盘、底座筋板、圆盘挡板、圆盘筋板组成，喷枪主体部分包括喷吹杆体、喷吹内管和喷口，外框结构部件依次由径向外钢圈、径向内钢圈、轴向外钢条、轴向内钢条和喷口钢圈紧密固接；金属锚固件分多段均匀分布在喷吹杆体周围，轴向外钢条尾部外固接多块搅拌叶片，最后由耐热材料层整体包覆喷枪主体部分和外框结构部件。本发明专利技术将KR法良好的动力学条件、脱硫效果稳定性及深脱硫成本低廉的优势与喷吹法设备简便、温降少及扒损低的优点集于一体，避免设备间的干涉，降低脱硫工艺时间和脱硫过程中的铁损。

A rotating composite spray gun with high efficiency for hot metal desulfurization and its application

【技术实现步骤摘要】
一种铁水高效脱硫旋转式复合喷枪及应用
本专利技术属于转炉炼钢前铁水预处理
，尤其涉及一种铁水高效脱硫旋转式复合喷枪及应用，具体为一种铁水高效脱硫旋转式复合喷枪。
技术介绍
目前，最接近的现有技术：铁水脱硫预处理行业常用的脱硫方式为：喷吹法和KR搅拌法，喷吹法是通过利用惰性气体将脱硫剂用喷枪喷吹的方式通入铁水中以脱硫；KR搅拌法是通过搅拌器浸入铁水中旋转使脱硫剂与铁水充分混合反应以脱硫。其中喷吹法能通过喷枪使更深处的铁水脱硫，铁水温降小，脱硫周期短，但不能保证脱硫剂与铁水充分接触，脱硫较不稳定，动力学效果较低，脱硫剂消耗大及原料较为昂贵；KR搅拌法具有良好的动力学特性，脱硫稳定，脱硫剂消耗小及原料较为便宜，但搅拌轴旋转附近会形成柱状回转区，此区域与搅拌头底部“死区”脱硫剂均分散困难，铁水温降大、渣量大、铁损高、脱硫周期长。现有将铁水预处理脱硫工艺方法改进，在搅拌器搅拌的同时伸入一根喷气管将脱硫剂喷吹至铁水中，通过边搅拌边喷气的方法来提高脱硫效果，但这个喷气管有跟搅拌器发生干涉的风险，操作也较为繁琐。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)喷吹法脱硫不能保证脱硫剂与铁水充分接触，脱硫较不稳定，动力学效果较低，脱硫剂消耗大及原料较为昂贵。(2)KR搅拌法脱硫时搅拌轴旋转附近会形成柱状回转区，脱硫剂均分散困难，铁水温降大、渣量大、铁损高、脱硫周期长。(3)边搅拌边喷气的方法中的喷气管有跟搅拌器发生干涉的风险，操作也较为繁琐。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种铁水高效脱硫旋转式复合喷枪及应用。本专利技术是这样实现的，一种铁水高效脱硫旋转式复合喷枪，包括底座圆盘，与底座圆盘固定相接的底座筋板、喷吹杆体、喷吹内管，与底座筋板固接的圆盘挡板，与圆盘挡板固接的圆盘筋板，固定两块圆盘筋板的连接件，与圆盘筋板固接的轴向外钢条、轴向内钢条，与轴向内钢条固接的径向内钢圈，与轴向内钢条固接的喷口，与喷口固接的喷口钢圈，与轴向外钢条固接的径向外钢圈，径向外钢圈尾部外固接多块搅拌叶片；所述喷吹杆体直通于底座圆盘与圆盘挡板中心处，与底座圆盘紧密固接，金属锚固件分多段均匀分布在喷吹杆体周围，所述喷吹内管内嵌于喷吹杆体内。进一步，所述底座圆盘为圆饼结构，周向布置有六个用于螺丝连接固定的通孔，一侧有安装喷吹杆体和六个底座筋板的孔槽，中心有安装喷吹内管的通孔，另一侧有略高于表面的圆台；圆盘挡板中心有安装喷吹杆体的通孔，圆盘挡板一侧有六个底座筋板的安装位，另一侧有六个圆盘筋板的安装位，每个圆盘筋板有一安装径向外钢圈的圆孔，底座筋板和圆盘筋板为周向安装。六根连接件为周向安装并且垂直于喷吹杆体表面，每两个圆盘筋板之间有一连接件，喷吹杆体一端安装喷口，径向内钢圈安装于喷吹杆体表面，且每过一段距离安装一个，最后一个置于喷口，六条轴向外钢条周向安装于径向内钢圈外侧并且置于径向外钢圈里侧。轴向外钢条里侧每过一段距离安装一个径向外钢圈，六条轴向内钢条周向安装于径向外钢圈外侧，靠近底座圆盘的一侧与轴向外钢条对齐，另一侧安装喷口钢圈，喷吹内管置于喷吹杆体内部，一端与底座圆盘连接，另一端与喷口连接，且喷吹内管每一段距离有一与喷吹杆体内径相同的圆杆。搅拌叶片位于靠近喷口一端，周向安装于径向外钢圈上，金属锚固件安装于喷吹杆体表面，每周向安装六个为一组，每段距离安装一组。耐热材料层以喷吹杆体、径向外钢圈、径向内钢圈、轴向外钢条、轴向内钢条、金属锚固件、搅拌叶片、喷口、喷口钢圈为框架凝结成型，且保证喷口、喷吹内管无喷气阻碍。本专利技术的另一目的在于提供一种铁水高效脱硫旋转式复合喷枪的应用方法，包括：将搅拌电机与底座圆盘的六个周向孔固定安装，并底座圆盘中央的喷吹内管口与输气设备连接，启动电机和输气设备后，再将旋转的铁水高效脱硫旋转式复合喷枪深入铁水中，铁水高效脱硫旋转式复合喷枪即可实现边搅拌边喷气。进一步，输气设备集成有控制混合有脱硫剂的惰性气体流量的流量控制单元和电机转速控制模块；(1)流量控制单元混合有脱硫剂的惰性气体流量的方法包括：输入惰性气体流量周期方波指令信号；在t＝0时刻，对所有粒子初始化，在允许取值范围内随机设置粒子的初始化位置x，将第i个粒子的自身个体极值设置成当前位置，全局极值设置成粒子群中的最优粒子位置；随机给定惰性气体流量环初始控制参数P＝x，通过ADC采样，坐标变换后得到惰性气体流量跟踪响应信号，更新粒子位置，计算粒子i的适应度；如果粒子i的适应度优于自身个体极值的适应度；如果当前进化代数中，粒子i的适应度优于全局极值的适应度；根据公式计算群体适应度方差；判断算法是否满足收敛条件，如果满足就执行根据公式计算群体适应度方差，否则就对全局最优解按照公式执行变异操作并转回对所有粒子的初始化；求出全局最优解的目标函数值，并输出全局最优解，算法结束；通过流量控制CPU校验最优值是否等于全局极值，如果满足响应要求则整定成功，否则继续整定；相同整定结构，在确定流量控制CPU最优P值之后，整定系统I、D值；最终校验流量控制CPU整体惰性气体流量闭环响应特性。(2)电机转速控制模块的转速控制方法包括：电机转轴一侧处安装转速检测器，转速检测器通信线路将数据传送至电机转速控制模块的转速控制芯片，转速控制芯片将接收的数据进行对比分析后，发出控制指令给电机；如果有转速越限，则启动转速控制芯片的无功功率模糊控制器FQC，注入或吸收无功功率；如果转速控制芯片的无功功率模糊控制器FQC不能将转速恢复到正常水平，而ΔVsys≤ΔVmax–Δα，其中，ΔVsys为系统转速的最大值Vs,max和最小值Vs,min之差，ΔVmax为标准转速上限VUpp和下限VLow之差ΔVmax，则启动转速控制芯片的有载分接头模糊控制器FOC，由转速控制芯片有载分接头OLTC完成调压任务，否则启动有功功率消减模糊控制FPC，减少ΔVsys；Δα为分接头的调整值。进一步，所述流量控制CPU惰性气体流量环控制参数自整定方法进一步包括以下步骤：在确定最优流量控制CPU控制参数P值后，分别使D值取0，整定I值，I值取0，整定D值；对得到的整定参数进行校验，若作用下的惰性气体流量闭环阶跃响应满足快速、稳态误差小特征，则认为参数整定结果满足惰性气体流量环控制整定要求，整定过程结束，否则重新进行整定；转速控制芯片有载分接头模糊控制器FOC以配电网系统的最大转速Vs,max和最小转速Vs,min为输入，实时调整ΔV使Vs,max和Vs,min在正常允许范围内，从而保证所有母线转速都在正常范围内，具体包括：输入变量均划分为三个模糊子集：Vs,max正常(N)、高(H)、很高(VH)，Vs,min很低(VL)、低(L)、正常(N)，隶属度函数采用三角形函数和梯形函数，输出变量ΔV划分为5个模糊子集：NB(负大)、NS(负小)、ZE(零)、PS(正小)、PB(正大)，每个子集均为单值模糊集，取值分别为-2，-1，0，1，2；...

【技术保护点】
1.一种铁水高效脱硫旋转式复合喷枪，其特征在于，包括底座圆盘，与底座圆盘固定相接的底座筋板、喷吹杆体、喷吹内管，与底座筋板固接的圆盘挡板，与圆盘挡板固接的圆盘筋板，固定两块圆盘筋板的连接件，与圆盘筋板固接的轴向外钢条、轴向内钢条，与轴向内钢条里侧固接的径向内钢圈，与轴向内钢条固接的喷口，与喷口固接的喷口钢圈，与轴向外钢条固接的径向外钢圈，径向外钢圈尾部外固接多块搅拌叶片；所述喷吹杆体直通于底座圆盘与圆盘挡板中心处，与底座圆盘紧密固接，金属锚固件分多段均匀分布在喷吹杆体周围，所述喷吹内管内嵌于喷吹杆体内。/n

【技术特征摘要】
1.一种铁水高效脱硫旋转式复合喷枪，其特征在于，包括底座圆盘，与底座圆盘固定相接的底座筋板、喷吹杆体、喷吹内管，与底座筋板固接的圆盘挡板，与圆盘挡板固接的圆盘筋板，固定两块圆盘筋板的连接件，与圆盘筋板固接的轴向外钢条、轴向内钢条，与轴向内钢条里侧固接的径向内钢圈，与轴向内钢条固接的喷口，与喷口固接的喷口钢圈，与轴向外钢条固接的径向外钢圈，径向外钢圈尾部外固接多块搅拌叶片；所述喷吹杆体直通于底座圆盘与圆盘挡板中心处，与底座圆盘紧密固接，金属锚固件分多段均匀分布在喷吹杆体周围，所述喷吹内管内嵌于喷吹杆体内。


2.如权利要求1所述的铁水高效脱硫旋转式复合喷枪，其特征在于，所述底座圆盘为圆饼结构，周向布置有六个用于螺丝连接固定的通孔，一侧有安装喷吹杆体和六个底座筋板的孔槽，中心有安装喷吹内管的通孔，另一侧有略高于表面的圆台；圆盘挡板中心有安装喷吹杆体的通孔，圆盘挡板一侧有六个底座筋板的安装位，另一侧有六个圆盘筋板的安装位，每个圆盘筋板有一安装径向外钢圈7的圆孔，底座筋板和圆盘筋板为周向安装。


3.如权利要求1所述的铁水高效脱硫旋转式复合喷枪，其特征在于，六根连接件为周向安装并且垂直于喷吹杆体表面，每两个圆盘筋板之间有一连接件，喷吹杆体一端安装喷口，径向内钢圈安装于喷吹杆体表面，且每过一段距离安装一个，最后一个置于喷口，六条轴向外钢条周向安装于径向内钢圈外侧并且置于径向外钢圈里侧。


4.如权利要求1所述的铁水高效脱硫旋转式复合喷枪，其特征在于，轴向外钢条里侧每过一段距离安装一个径向外钢圈，六条轴向内钢条周向安装于径向外钢圈外侧，靠近底座圆盘的一侧与轴向外钢条对齐，另一侧安装喷口钢圈，喷吹内管置于喷吹杆体内部，一端与底座圆盘连接，另一端与喷口连接，且喷吹内管每一段距离有一与喷吹杆体内径相同的圆杆。


5.如权利要求1所述的铁水高效脱硫旋转式复合喷枪，其特征在于，搅拌叶片位于靠近喷口一端，周向安装于径向外钢圈上，金属锚固件安装于喷吹杆体表面，每周向安装六个为一组，每段距离安装一组。


6.如权利要求1所述的铁水高效脱硫旋转式复合喷枪，其特征在于，耐热材料层以喷吹杆体、径向外钢圈、径向内钢圈、轴向外钢条、轴向内钢条、金属锚固件、搅拌叶片、喷口、喷口钢圈为框架凝结成型。


7.一种利用权利要求1所述铁水高效脱硫旋转式复合喷枪的应用方法，其特征在于，所述应用方法包括：将搅拌电机与底座圆盘的六个周向孔固定安装，并底座圆盘中央的喷吹内管口与输气设备连接，启动电机和输气设备后，再将旋转的喷枪深入铁水中，复合喷枪进行边搅拌边喷气。


8.如权利要求7所述的铁水高效脱硫旋转式复合喷枪的应用方法，其特征在于，输气设备集成有控制混合有脱硫剂的惰性气体流量的流量控制单元和电机转速控制模块；
(1)流量控制单元控制混合有脱硫剂的惰性气体流量的方法包括：
输入惰性气体流量周期方波指令信号；在t＝0时刻，对所有粒子初始化，在允许取值范围内随机设置粒子的初始化位置x，将第i个粒子的自身个体极值设置成当前位置，全局极值设置成粒子群中的最优粒子位置；
随机给定惰性气体流量环初始控制参数P＝x，通过ADC采样，坐标变换后得到惰性气体流量跟踪响...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奎生，但斌斌，容芷君，曾良才，熊凌，付婷，牛清勇，刘宏达，闵昌飞，罗钟邱，刘宗锴，王伟，龚昌运，邓昌宏，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42