一种高炉富氧喷煤装置及其离线装卸的方法
技术领域
本发明属于高炉炼铁技术领域,涉及高炉喷煤技术,尤其是一种高炉富氧喷煤装置及其离线装卸的方法。
背景技术
高炉喷煤采用富氧措施,是提高煤粉燃烧率和提高喷煤数量的主要手段。在现有技术中,高炉富氧的主要方式为:机前富氧和机后富氧。它们都是以不同的方式将氧气加入冷风中,在经过热风炉后,氧气在热风中已经完全混匀。因此,这种富氧方式,不能提供更有利于煤粉燃烧的局部富氧条件。而提供局部富氧条件的方法,在现有技术中,是使用氧煤枪喷煤技术。因此,对氧煤枪的开发,倍受高炉工作者重视。其主要原因是:从燃烧反应的角度,只需要制造出局部有利于煤粉燃烧的富氧环境,强化氧气与煤粉间的混合,就可以实现少富氧大喷煤,大幅度降低生铁成本,从而可改变现行的在热风中进行高富氧的不经济的技术发展模式。
使用氧煤枪技术,可以实现少富氧大喷煤的目的。但遗憾的是,现有采用过的氧煤枪,仅是类似ZL91224336.8套管式喷枪,它主要是由两根金属材质的钢管组成。这种氧煤枪的寿命极短,是因为在氧煤枪所形成的局部富氧环境下,迅速地加快了自身承受高温后的被氧化速度,从而使其寿命大大缩短。虽然尽管各式各样的保护结构被应用,旨在减缓金属材料的氧化速度,终因无法解决氧煤枪的寿命问题,而使所谓的氧煤枪技术,成为可望而不可及的世界性难题。
非金属陶瓷具有耐高温、耐磨、抗氧化的优异性能,如果用来制造氧煤枪或者富氧喷煤装置,可以大幅度提高使用寿命。但在现有在线插枪喷煤方式的局限下,要使用非金属陶瓷材料来制造将成为不可能。这是因为,在现有在线插枪喷煤的方式下,即在高炉处于送风的生产状态下,在线更换氧煤枪或者富氧喷煤装置,必须顶住炉内热风压力、并通过碰撞方式打开弹子阀,才能将氧煤枪或者富氧喷煤装置插入送风支管的插枪孔通道内。由于碰撞的情况必然存在,因此,如果使用非金属陶瓷材料来制造氧煤枪或者富氧喷煤装置,也必然在在线插枪的过程中会因碰撞而立即造成破损。
为此,有必要改变现有在线插枪喷煤的方式,解除使用非金属陶瓷材料所存在的局限,使得有条件使用非金属陶瓷材料来制造氧煤枪或者富氧喷煤装置,显著提高氧煤枪或者富氧喷煤装置的耐高温、耐磨、抗氧化的性能,显著延长其使用寿命,以此来实现局部富氧的喷煤技术在高炉生产中被普及和广泛使用,实现少富氧大喷煤的目的。
发明内容
本发明的目的是提出一种高炉富氧喷煤装置,它是在离线插枪喷煤方式的前提下,采用耐高温、耐磨、抗氧化的陶瓷材料做关键核心部件来制造富氧燃烧器,并将其安装于喷枪和套管的出口,从而使氧气和煤粉能分散喷射于热风中,形成局部富氧条件;同时,采取系统性的保护措施,大幅度提高富氧喷煤装置的使用寿命。为此,本发明同时还提出了一种高炉富氧喷煤装置离线装卸的方法。
一种高炉富氧喷煤装置,至少由富氧燃烧器、密封装置、风口、送风支管、喷枪、套管、定位件、保护管组成,具体包括:
——富氧燃烧器是安装于喷枪和套管的出口端;
——密封装置同时将喷枪和套管锁紧和密封,或者单独将套管锁紧和密封;
——氧气从氧气接口进入,并通过喷枪和套管的间隙,到达富氧燃烧器安装座的环形腔内;煤粉从喷枪尾端的连接头入口进入,通过喷枪进入富氧燃烧器的煤道内;
——保护管紧接富氧燃烧器的陶瓷后套,被定位件固定在套管上,将套管裸露于送风支管的热风通道内的部分完全覆盖,使得套管免受热风气流冲击;
——定位件支撑在送风支管的插枪孔通道的内壁,以防止喷枪、套管、保护管和富氧燃烧器在使用过程中抖动;
——在富氧燃烧器内,喷枪和套管共同与安装座的连接部位,被陶瓷后套覆盖,使得该连接部位免受热风气流冲击;
——在富氧燃烧器内,陶瓷煤粉喷嘴被三个氧气喷嘴通过沉头螺纹连接方式固定在安装座上,进入安装座内环形腔的氧气,是通过该三个氧气喷嘴向热风中进行喷射的;
——在富氧燃烧器内,陶瓷煤粉喷嘴的煤道,是从圆形入口过渡到“Y”形的窄缝出口,或者从圆形入口过渡到三个小孔形状的出口,煤粉是通过该“Y”形的窄缝出口或者三个小孔形状的出口向热风中进行喷射的;
——在富氧燃烧器内,氧气喷嘴和陶瓷煤粉喷嘴的中心线是平行的,它们与喷枪的中心线的夹角a在0~15°之间;
——富氧燃烧器的陶瓷煤粉喷嘴,沿喷枪中心线投影的轮廓最大尺寸D大于保护管的直径、但小于送风支管的插枪孔通道的直径。
上述的风口是大入口直径的风口,其风口通道是双锥度的,风口通道出口段的锥度大于入口段的锥度,风口的入口直径为160~200mm,优选是等于或者大于180mm。
上述的保护管直径小于60mm,送风支管的插枪孔通道的直径,为60~100mm,优选为80mm。
上述的富氧燃烧器,是由陶瓷后套、安装座、陶瓷煤粉喷嘴和氧气喷嘴所组成,它们是散件或者是工厂组装生产的整体成套件。
上述的密封装置是由法兰、连接管、前密封、前锁紧件、后密封、后锁紧件、氧气接口组成,或者是由去除氧气接口、后密封和后锁紧件后所余的部分组成。
上述的喷枪和套管,或者是将套管的一端与喷枪焊接在一起,并在套管上安装了氧气接口。
上述的富氧燃烧器安装于喷枪和套管的出口端,是通过喷枪和套管共同与燃烧器的安装座间进行螺纹连接、或者焊接、或者螺纹连接后再焊接来实现的。
上述的富氧燃烧器、保护管、定位件、喷枪和套管、密封装置是散件,或者是在工厂将它们全部组装在一起的成套件,或者是由富氧燃烧器、喷枪和套管部分组装在一起的成套件,或者是由富氧燃烧器、保护管、定位件、喷枪和套管部分组装在一起的成套件。由部分组装在一起的成套件,被统称为富氧喷煤枪,或者氧煤枪。
上述的套管和安装座是耐热不锈钢材质,优选是310S不锈钢。
上述的陶瓷煤粉喷嘴和陶瓷后套,所优选的材质是氮化硅结合的碳化硅、或者是重结晶的碳化硅,具有优良的耐高温、耐磨、抗氧化的性能。
一种高炉富氧喷煤装置的离线装卸方法,是将富氧燃烧器、保护管、定位件、喷枪和套管组装成的一个整体成套件,再将喷枪和套管插入密封装置内,在安装时,是在送风支管安装至风口之后,高炉送风之前,先将富氧燃烧器从送风支管的插枪孔通道内插至风口内,并将密封装置的法兰与送风支管上的配对法兰进行连接,然后将密封装置单独与套管、或者同时与喷枪和套管进行锁紧和密封;在拆卸时,是在高炉休风之后,在无需拆下送风支管的情况下,直接将密封装置的法兰从送风支管的配对法兰上卸下,然后将富氧燃烧器从送风支管的插枪孔通道中退出。
本发明的有益效果是:
(1)本发明提出的高炉富氧喷煤装置,采用了陶瓷煤粉喷嘴作为关键核心部件来制造富氧燃烧器,以实现富氧喷煤。氧气喷嘴也在陶瓷煤粉喷嘴的保护下,避免了热流冲击,彻底解决了它自身的升温问题,因此也就彻底解决了氧气喷嘴自身的氧化速度加快的难题。同时,由于采用陶瓷后套和陶瓷材质的保护管,来对喷枪、套管和安装座进行全面、系统的保护,因此,本发明的富氧喷煤装置完全具有了耐高温、耐磨、抗氧化的使用性能,可以显著延长使用寿命。
(2)本发明提出的离线装卸方法,完全改变现有的在线插枪喷煤方式,为高炉富氧喷煤装置的重新设计和选材提供了新的可能性;同时,也为高炉富氧喷煤进行煤粉强化燃烧提供了新的技术平台。这将成为引领高炉喷煤技术进步的新途径。
(3)本发明提出的高炉富氧喷煤装置,所采用的富氧燃烧器,不仅将现有喷枪单股煤粉流股分散为有利于煤粉向热风中进行分散喷射的煤道,比如:多孔或者呈“Y”字形的窄缝等,同时还将氧气分散为数孔,夹在被分散了的煤粉流股之间。因此,可以最大程度地改善煤粉与氧气和热风之间的混合,从而形成利于煤粉燃烧的局部富氧条件及其动力学条件,能在最小的氧气消耗量的情况下,大幅度地提高高炉喷吹煤粉的燃烧效率和喷煤量。
附图说明
图1为本发明的示意图。
图2为图1中A局部放大剖视图。
图3为图1中B局部放大剖视图,为密封装置实施例1。
图4为图2中A向视图之一,为富氧燃烧器实施例1。
图5为图2中A向视图之二,为富氧燃烧器实施例2。
图6为密封装置实施例2的示意图。
如图中,1为富氧燃烧器,2为密封装置,3为风口,4为送风支管,5为喷枪,6为套管,7为定位件,8为保护管,9为安装座,10为陶瓷后套,11为陶瓷煤粉喷嘴,12为氧气喷嘴,13为氧气接口,14为前锁紧件,15为后锁紧件,16为连接管,17为后密封,18为前密封,19为法兰,20为配对法兰,21为连接头,22为环形腔,23为煤道,24为插枪孔通道。
具体实施方式
如图1所示,高炉富氧喷煤装置,至少由富氧燃烧器1、密封装置2、风口3、送风支管4、喷枪5、套管6、定位件7、保护管8组成,具体包括:
——富氧燃烧器1是安装于喷枪5和套管6的出口端。
——密封装置2同时将喷枪5和套管6锁紧和密封,如图3所示。或者单独将套管6锁紧和密封,如图5所示。
——氧气从氧气接口13进入,如图3、5所示,并通过喷枪5和套管6的间隙,到达富氧燃烧器1安装座9的环形腔22内,如图2所示。煤粉从喷枪5尾端的连接头21入口进入,如图3、5所示,通过喷枪5进入富氧燃烧器1的煤道23内,如图2所示。
——如图1、2中,保护管8紧接富氧燃烧器1的陶瓷后套10,被定位件7固定在套管6上,将套管6裸露于送风支管4的热风通道内的部分完全覆盖,使得套管6免受热风气流冲击。
——如图1所示,定位件7支撑在送风支管4的插枪孔通道24的内壁,以防止喷枪5、套管6、保护管8和富氧燃烧器1在使用过程中抖动。
——如图2所示,在富氧燃烧器1内,喷枪5和套管6共同与安装座9的连接部位,被陶瓷后套10覆盖,使得该连接部位免受热风气流冲击。
——如图2所示,在富氧燃烧器1内,陶瓷煤粉喷嘴11被三个氧气喷嘴12通过沉头螺纹连接方式固定在安装座9上,进入安装座9内环形腔22的氧气,是通过该三个氧气喷嘴12向热风中进行喷射的。
——如图2中,在富氧燃烧器1内,陶瓷煤粉喷嘴11的煤道23,是从圆形入口过渡到“Y”形的窄缝出口,如图4所示;或者从圆形入口过渡到三个小孔形状的出口,如图5所示。煤粉是通过该“Y”形的窄缝出口,或者三个小孔形状的出口向热风中进行喷射的。
——如图2所示,在富氧燃烧器1内,氧气喷嘴12和陶瓷煤粉喷嘴11的中心线是平行的,它们与喷枪5的中心线的夹角a在0~15°之间。
——如图2所示,富氧燃烧器1的陶瓷煤粉喷嘴11,沿喷枪5中心线投影的轮廓最大尺寸D大于保护管8的直径、但小于送风支管4的插枪孔通道24的直径。
如图1所示,上述的风口3是大入口直径的风口3,其风口3通道是双锥度的,风口3通道出口段的锥度大于入口段的锥度,风口3的入口直径为160~200mm,优选是等于或者大于180mm。
如图1所示,上述的保护管的直径小于60mm;送风支管4的插枪孔通道24的直径为60~100mm,优选为80mm。
如图2所示,上述的富氧燃烧器1,是由安装座9、陶瓷后套10、陶瓷煤粉喷嘴11和氧气喷嘴12所组成,它们是散件或者是工厂组装生产的整体成套件。
如图3所示,上述的密封装置2是由法兰19、连接管16、前密封18、前锁紧件14、后密封17、后锁紧件15、氧气接口13组成。或者是如图5所示,由去除氧气接口13、后密封17和后锁紧件15后所余的部分组成。
如图5所示,上述的喷枪5和套管6,或者是将套管6的一端与喷枪5焊接在一起,并在套管6上安装了氧气接口13。
如图2所示,上述的富氧燃烧器1安装于喷枪5和套管6的出口端,是通过喷枪5和套管6共同与富氧燃烧器1的安装座9间进行螺纹连接、或者焊接、或者螺纹连接后再焊接来实现的。
如图1、2、3、5所示,上述的富氧燃烧器1、保护管8、定位件7、喷枪5和套管6、密封装置2是散件,或者是在工厂将它们全部组装在一起的成套件。或者是由富氧燃烧器1、喷枪5和套管6部分组装在一起的成套件;或者是由富氧燃烧器1、保护管8、定位件7、喷枪5和套管6部分组装在一起的成套件。由部分组装在一起的成套件,被统称为“富氧喷煤枪”,或者简称为“氧煤枪”。
如图2所示,上述的套管6和安装座9是耐热不锈钢材质,优选是310S不锈钢。
如图2所示,上述的陶瓷煤粉喷嘴11和陶瓷后套10,所优选的材质是氮化硅结合的碳化硅、或者是重结晶的碳化硅,具有优良的耐高温、耐磨、抗氧化的性能。
如图1、3、5所示,高炉富氧喷煤装置的离线装卸方法,是将富氧燃烧器1、保护管8、定位件7、喷枪5和套管6组装成的一个整体成套件,再将喷枪5和套管6插入密封装置2内,在安装时,是在送风支管4安装至风口3之后,高炉送风之前,先将富氧燃烧器1从送风支管4的插枪孔通道24内插至风口3内,并将密封装置2的法兰19与送风支管4上的配对法兰20进行连接,然后将密封装置2单独与套管6、或者同时与喷枪5和套管6进行锁紧和密封;在拆卸时,是在高炉休风之后,在无需拆下送风支管4的情况下,直接将密封装置2的法兰19从送风支管4的配对法兰20上卸下,然后,将富氧燃烧器1从送风支管4的插枪孔通道24中退出。
说明书附图1为摘要附图。