CN102380464A - 一种喷油油冷氧枪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种喷油油冷氧枪，属冶金吹氧设备技术领域。氧枪包括枪体及连于其下端的喷头，枪体由外、中和内三支同心管组成，外管上端头外接氧气接头、上部内腔设有隔板，中间管上端穿固于隔板中，隔板上侧外管壁上设进油管接头、下侧的管壁上设出油管接头；喷头上部为与枪体外、中、内管下端头对接的喷头外、中、内管，下部为逐步收缩的锥体结构，喷头内管底部锥壁开有氧喷口、内管与中间管间空腔底部锥壁开有油喷口；中间管与内管和外管间形成环状空腔油路通道。外管、中间管和内管为由法兰连接三段结构。具有可同时作为氧枪和燃烧器，燃烧火焰温度高、亮度大、可改善对炉料的辐射和对流传热、节约能源、可拆卸、便于维修、使用寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷油油冷氧枪，属于冶金吹氧设备技术领域。
技术背景
在炼钢工艺中，为降低电能消耗和缩短冶炼时间采用了吹氧技术。在熔融还原炼铁工艺中，也采用了吹氧技术。冶炼过程中保持炉温稳定是非常重要的，目前，向炉内只喷入氧气进行燃烧来提升炉温，不仅所需时间长，而且难以稳定炉温。燃油与氧燃烧具有温度高、发热量大、燃烧过程易于控制等特点，但目前在炼钢和富氧顶吹熔融还原冶炼领域的运用还未见报道，既是氧枪又是燃烧器的氧枪也未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种喷油油冷氧枪，通过双通道结构使氧、油混合燃烧，将油既作燃料又是冷却剂，氧枪即是氧枪又是燃烧器，改善氧枪火焰温度和对炉料的辐射与对流传热。
本发明的技术方案是：喷油油冷氧枪包括枪体及连于其下端的喷头；枪体由外管1、中间管2和内管3三支同心管组成，中间管2位于外管1和内管3之间，外管1上端头由带中心轴孔的外管堵头10封堵，内管3上端头穿固于外管堵头中心轴孔中并外接氧气接头7，外管1上部内腔设有带中心轴孔的隔板结构，中间管2上端穿固于隔板的中心轴孔中、其端头与外管堵头内端面间形成空腔，外管1隔板上侧的左管壁上设有进油管接头5、隔板下侧的右管壁上设有出油管接头4；喷头上部为与枪体外管1、中间管2和内管3下端头对接的喷头外管15、喷头中间管16和喷头内管17，其下部为逐步收缩的圆锥体结构，喷头内管17底部侧锥壁上开有氧喷口12，喷头内管17与喷头中间管16之间空腔底部侧锥壁上开有油喷口11；喷头中间管16管壁上设有供冷却油流出的通孔，枪体中间管2与内管3和外管1之间形成的环状空腔，喷头中间管16与喷头内管17和喷头外管15之间形成的环状空腔，经喷头中间管16管壁上的通孔连通形成油路通道。
所述喷头采用国际一级无氧铜整体精密铸造而成，喷头端面锥体壁厚8～20mm，其收缩段半锥角为16°～20°、扩张段半锥角为4°～5°（半锥角是锥形喷头轴截面的两条母线之间夹角的一半）。喷头的氧喷口12和油喷口11均为拉瓦尔型，使氧气射流和油射流都能达到具有良好的动力学性能；两拉瓦尔喷口出口直径为5～110mm，喉口（油喉口13和氧喉口14）直径为4～70mm；喷头喷口中心轴线与枪体中心轴线之间的下倾角α=10～90°、β=10～90°。喷头端面锥体壁厚度、收缩段半锥角和扩张段半锥角、喷头拉瓦尔口出口直径和喉口直径、喷头喷口中心轴线与枪体中心轴线之间的下倾角α和β的具体数值根据实际需要，在给定范围内选择。
所述氧枪（枪体外管与喷头外管）外径为100～350mm，枪体中间管2与枪体内管3和枪体外管1之间、喷头中间管16与喷头内管17和喷头外管15之间的间距为10～40mm，外、中、内三层管的壁厚均为5-15mm。氧枪外径、各管的壁厚和各管之间的间距根据实际需要，在给定范围内选择。
所述喷头外管15与枪体外管1通过焊接方式连接，喷头中间管16与枪体中间管2采用楔形套合连接，喷头内管17与枪体内管3通过焊接方式连接。
所述氧枪枪体外管1、中间管2和内管3均分为三段，各段相互之间由连接法兰8固定连接，外管1上部内腔的隔板由其上段与中间段之间的法兰8替代，中间管2上端穿过该连接法兰上的中心轴孔，枪体末端外管堵头10与氧气管接头7之间固定有带中心轴孔的盖板法兰6。枪体分为三段的可卸式，便于更换和延长氧枪使用寿命。
所述枪体各连接法兰之间、中间法兰8与枪体中间管2之间、外管堵头10与枪体内管1和盖板法兰6之间均设有密封件9。密封件为日本“NOK”、台湾“NAK”、“DT”、“TTO”等普通耐高温密封件，防止氧枪发生漏油现象。
所述三段氧枪枪体中，连接喷头的管采用紫铜管，中间段的管采用铜合金钢管，最上端的管采用不锈钢管，各段管之间的膨胀系数接近且使用法兰连接，可使枪体管因内外受热不同而得以自由伸展，防止氧枪因环境温度（1500℃以上）和氧枪外层管壁表面温度偏高（可达500℃），枪体内产生较大热拉应力，而导致氧枪的焊接处产生裂纹和疲劳破坏，进而被烧穿和爆炸等严重问题，延长氧枪使用寿命、保证安全生产。
所述氧枪所用燃油需滤去固体夹杂物和使用干燥压缩空气或N2进行雾化处理，氧枪进油速度小于10m/s、回油速度大于6m/s，中心氧管的氧气流速为40～60m/s，射流流速1.9～2.05马赫。燃油可使用轻质油（如，柴油）或重油。氧气体从内管通入，与雾化燃油进行外混式燃烧，形成刚性火焰柱，可实现高的加热温度。氧气的含氧量和流量、油流量依据实际工况而定。氧枪在使用过程中，与熔池距离800mm以上，供油系统供油速率0～500L/h。氧枪的使用寿命为300～350炉。
本装置由三支同心管套合组成，外管和中间管之间的通道是冷却油的出油通道，中层管与内管之间的通道作为进油通道，内管管内通道作为氧气通道。枪体采用内循环高压油冷方式冷却，氧枪冷却油由枪尾进油管通过内管与中间管之间的环形通路进入枪体，下降至喷头，一部分由喷头喷出，另一部分充分冷却喷头后，快速流过喷头内表面，转向180度，经中间管与外管之间的环状通路上升至枪尾，经回油管流出。同时，氧气从枪尾的供氧管流经内管。氧气和燃油经过拉瓦尔口后，变为超音速射流（设计流速1.9～2.05马赫），由喷头喷入金属熔池（油氧烧嘴距离熔池液面0.8～1.0m），与雾化燃油进行外混式燃烧放热，产生大量热量，维持炉温。
本氧枪即是氧枪又是燃烧器，油既是燃料又是冷却剂，因而火焰温度高、亮度大、刚性好，改善了对炉料的辐射和对流传热。用于熔化废钢时可获得高的切割能力和助熔效率，用于脱碳时可实现高速率脱碳且稳定，能大幅度缩短冶炼时间，电耗节约十分明显。氧枪的出口氧气和出口油为超音速射流，氧气可迅速同炉内高温CO气体进行充分的二次燃烧，同时，氧与油的外混式燃烧，可以释放大量的热量维持炉温。此外，氧枪的一部分冷却油循环冷却氧气后所吸收的热量可用于发电，经过发电后的热油温度降到符合冷却氧枪的温度，可经过氧枪进油口进入枪体冷却氧枪，实现燃油的循环利用和余热的充分利用。具有燃烧火焰温度高、亮度大、可改善对炉料的辐射和对流传热、节约能源等优点。
附图说明
图1是本发明氧枪结构示意图；
图2是本发明氧枪断面剖视示意图；
图3是本发明喷头结构示意图。
图中：1-枪体外管，2-枪体中间管，3-枪体内管，4-出油管接头，5-进油管接头，6-盖板法兰，7-氧气接头，8-法兰，9-密封件，10-外管堵头，11-油喷口，12-氧喷口，13-油喉口，14-氧喉口，15-喷头外管，16-喷头中间管，17-喷头内管。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明作进一步阐述，但本发明的保护范围不限于所述内容。
实施例1：如图1、2、3所示，本喷油油冷氧枪包括枪体及连于其下端的喷头；枪体由外管1、中间管2和内管3三支同心管组成，中间管2位于外管1和内管3之间，外管1上端头由带中心轴孔的外管堵头10封堵，内管3上端头穿固于外管堵头中心轴孔中并外接氧气接头7，外管1上部内腔设有带中心轴孔的隔板结构，中间管2上端穿固于隔板的中心轴孔中、其端头与外管堵头内端面间形成空腔，外管1隔板上侧的左管壁上设有进油管接头5、隔板下侧的右管壁上设有出油管接头4；喷头上部为与枪体外管1、中间管2和内管3下端头对接的喷头外管15、喷头中间管16和喷头内管17，其下部为逐步收缩的圆锥体结构，喷头内管17底部侧锥壁上开有氧喷口12，喷头内管17与喷头中间管16之间空腔底部侧锥壁上开有油喷口11；喷头中间管16管壁上设有供冷却油流出的通孔，枪体中间管2与内管3和外管1之间形成的环状空腔，喷头中间管16与喷头内管17和喷头外管15之间形成的环状空腔，经喷头中间管16管壁上的通孔连通形成油路通道。
喷头采用国际一级无氧铜整体精密铸造而成，喷头端面锥体壁厚15mm，其收缩段半锥角为18°、扩张段半锥角为5°。喷头的氧喷口12和油喷口11均为拉瓦尔型，两拉瓦尔喷口出口直径为60mm、喉口直径为35mm；喷头喷口中心轴线与枪体中心轴线之间的下倾角α=50°、β=40°。
喷头外管15与枪体外管1通过焊接方式连接，喷头中间管16与枪体中间管2采用楔形套合连接，喷头内管17与枪体内管3通过焊接方式连接。氧枪外、中、内三层套管外径和壁厚分别为：Φ325×12mm、Φ273×8mm、Φ203×6mm，中间管与外管之间的间距为20mm、与内管之间的间距为27mm。
氧枪枪体为便于更换的可卸式，外管1、中间管2和内管3均分为三段，各段相互之间由连接法兰8固定连接，外管1上部内腔的隔板由其上段与中间段之间的法兰8替代，中层管2上端穿过该连接法兰上的中心轴孔，枪体末端外管堵头10与氧气管接头7之间固定有带中心轴孔的盖板法兰6。枪体各连接法兰之间、中间法兰与枪体中间管2之间、外管堵头10与枪体内管1之间、外管堵头10与盖板法兰6之间均设有日本“NOK”耐高温密封件9。三段氧枪枪体中，连接喷头的管采用紫铜管T1，中间段的管采用铜合金钢管，最上端的管采用不锈钢管304，各段管之间使用法兰连接。
氧枪使用经滤去固体夹杂物和使用干燥压缩空气进行雾化处理后的柴油，氧枪进油速度10m/s、回油速度9m/s，中心氧管的氧气流速为50m/s，射流流速2马赫。氧枪使用过程中与熔池距离800mm。
实施例2：如图1、2、3所示，本喷油油冷氧枪的结构与实施例1相同，不同之处有：喷头端面锥体壁厚13mm，喷头收缩段半锥角为16°、扩张段半锥角为4°，喷头拉瓦尔喷口出口直径为40mm、喉口直径为25mm，喷头喷口中心轴线与枪体中心轴线之间的下倾角α=10°、β=10°。
氧枪外、中、内三层套管外径和壁厚分别为：Φ133×7mm、Φ102×5mm、Φ70×5mm，中间管与外管之间的间距为12mm、与内管之间的间距为11mm。
氧枪三层套管中，连接喷头的管采用紫铜管T4，最上端的管采用不锈钢管316L。枪体各连接法兰之间和各部件之间的密封件9采用台湾“NAK”耐高温密封件。
氧枪使用经滤去固体夹杂物和使用干燥压缩空气进行雾化处理后的柴油，氧枪进油速度8m/s、回油速度7m/s，中心氧管的氧气流速为40m/s，射流流速1.9马赫。氧枪使用过程中与熔池距离900mm。
实施例3：如图1、2、3所示，本喷油油冷氧枪的结构与实施例1相同，不同之处有：喷头端面锥体壁厚8mm，喷头收缩段半锥角为20°、扩张段半锥角为5°，喷头拉瓦尔喷口出口直径为5mm、喉口直径为4mm，喷头喷口中心轴线与枪体中心轴线之间的下倾角α=90°、β=90°。
氧枪外、中、内三层套管外径和壁厚分别为：Φ100×5mm、Φ70×5mm、Φ40×5mm，中间管与外管之间的间距为10mm、与内管之间的间距为10mm。
氧枪三层套管中，连接喷头的管采用紫铜管T4，最上端的管采用不锈钢管316L。枪体各连接法兰之间和各部件之间的密封件9采用日本“NOK”耐高温密封件。
氧枪使用经滤去固体夹杂物和使用干燥压缩空气进行雾化处理后的煤油，氧枪进油速度9m/s、回油速度8m/s，中心氧管的氧气流速为45m/s，射流流速2.05马赫。氧枪使用过程中与熔池距离850mm。
实施例4：如图1、2、3所示，本喷油油冷氧枪的结构与实施例1相同，不同之处有：喷头端面锥体壁厚20mm，喷头收缩段半锥角为16°、扩张段半锥角为4°，喷头拉瓦尔喷口出口直径为80mm、喉口直径为60mm，喷头喷口中心轴线与枪体中心轴线之间的下倾角α=45°、β=45°。
氧枪外、中、内三层套管外径和壁厚分别为：Φ350×15mm、Φ250×10mm、Φ150×8mm，中间管与外管之间的间距为35mm、与内管之间的间距为40mm。枪体各连接法兰之间和各部件之间的密封件9采用日本“NOK”耐高温密封件。
氧枪使用经滤去固体夹杂物和使用干燥压缩空气进行雾化处理后的柴油，氧枪进油速度6m/s、回油速度6m/s，中心氧管的氧气流速为60m/s，射流流速1.96马赫。氧枪使用过程中与熔池距离1000mm。
实施例5：如图1、2、3所示，本喷油油冷氧枪的结构与实施例1相同，不同之处有：喷头端面锥体壁厚20mm，喷头收缩段半锥角为19°、扩张段半锥角为5°，喷头拉瓦尔喷口出口直径为110mm、喉口直径为70mm，喷头喷口中心轴线与枪体中心轴线之间的下倾角α=60°、β=60°。
氧枪外、中、内三层套管外径和壁厚分别为：Φ280×10mm、Φ180×6mm、Φ120×6mm，中间管与外管之间的间距为45mm、与内管之间的间距为24mm。枪体各连接法兰之间和各部件之间的密封件9采用台湾“TTO”耐高温密封件。
氧枪使用经滤去固体夹杂物和使用干燥压缩空气进行雾化处理后的柴油，氧枪进油速度8m/s、回油速度8m/s，中心氧管的氧气流速为55m/s，射流流速1.98马赫。氧枪使用过程中与熔池距离950mm。
Claims (9)
1.一种喷油油冷氧枪，其特征在于：包括枪体及连于其下端的喷头，枪体由外管（1）、中间管（2）和内管（3）三支同心管组成，中间管（2）位于外管（1）和内管（3）之间，外管（1）上端头由带中心轴孔的外管堵头（10）封堵，内管（3）上端头穿固于外管堵头中心轴孔中并外接氧气接头（7），外管（1）上部内腔设有带中心轴孔的隔板结构，中间管（2）上端穿固于隔板的中心轴孔中、其端头与外管堵头内端面间形成空腔，外管（1）隔板上侧的左管壁上设有进油管接头（5）、隔板下侧的右管壁上设有出油管接头（4）；喷头上部为与枪体外管（1）、中间管（2）和内管（3）下端头对接的喷头外管（15）、喷头中间管（16）和喷头内管（17），其下部为逐步收缩的圆锥体结构，喷头内管（17）底部侧锥壁上开有氧喷口（12），喷头内管（17）与喷头中间管（16）之间空腔底部侧锥壁上开有油喷口（11）；喷头中间管（16）管壁上设有供冷却油流出的通孔，枪体中间管（2）与内管（3）和外管（1）之间形成的环状空腔，喷头中间管（16）与喷头内管（17）和喷头外管（15）之间形成的环状空腔，经喷头中间管（16）管壁上的通孔连通形成油路通道。
2.根据权利要求1所述的喷油油冷氧枪，其特征在于：喷头端面锥体壁厚8～20mm，其收缩段半锥角为16°～20°、扩张段半锥角为4°～5°。
3.根据权利要求1或2所述的喷油油冷氧枪，其特征在于：喷头的氧喷口（12）和油喷口（11）均为拉瓦尔型，两拉瓦尔喷口出口直径为5～110mm、喉口直径为4～70mm，喷头喷口中心轴线与枪体中心轴线之间的下倾角α=10～90°、β=10～90°。
4.根据权利要求1所述的喷油油冷氧枪，其特征在于：氧枪外径为100～350mm，枪体中间管（2）与内管（3）和外管（1）之间、喷头中间管（16）与内管（17）和外管（15）之间的间距为10～40mm，外、中、内三层管的壁厚均为5-15mm。
5.根据权利要求1所述的一种喷油油冷氧枪，其特征在于：喷头外管（15）与枪体外管（1）通过焊接方式连接，喷头中间管（16）与枪体中间管（2）采用楔形套合连接，喷头内管（17）与枪体内管（3）通过焊接方式连接。
6.根据权利要求1所述的一种喷油油冷氧枪，其特征在于：氧枪枪体为便于更换的可卸式，枪体外管（1）、中间管（2）和内管（3）均分为三段，各段相互之间由连接法兰（8）固定连接，外管（1）上部内腔的隔板由其上段与中间段之间的法兰（8）替代，中间管（2）上端穿过该连接法兰上的中心轴孔，枪体末端外管堵头（10）与氧气管接头（7）之间固定有带中心轴孔的盖板法兰（6）。
7.根据权利要求6所述的一种喷油油冷氧枪，其特征在于：枪体各连接法兰之间、中间法兰（8）与枪体中间管（2）之间、外管堵头（10）与枪体内管（1）和盖板法兰（6）之间均设有密封件（9）。
8.根据权利要求6所述的一种喷油油冷氧枪，其特征在于：分为三段的氧枪枪体中，连接喷头的管采用紫铜管，中间段的管采用铜合金钢管，最上端的管采用不锈钢管。
9.根据权利要求1所述的一种喷油油冷氧枪，其特征在于：氧枪所用燃油需滤去固体夹杂物和使用干燥压缩空气或N2进行雾化处理，氧枪进油速度小于10m/s、回油速度大于6m/s，中心氧管的氧气流速为40～60m/s，射流流速1.9～2.05马赫。
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|---|---|---|---|---|
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2011
- 2011-10-31 CN CN201110335782.0A patent/CN102380464B/zh active Active
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