CN104342532B - 枪头带气化室的铁水纯喷颗粒镁脱硫喷枪及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种枪头带气化室的铁水纯喷颗粒镁脱硫喷枪，包括依次连接相通的连接法兰、枪管和枪头喷吹气化室，枪头喷吹气化室由内至外依次由气化室钟罩、锚固件组和耐火浇注料衬组成，气化室钟罩下端设置有底边裙，底边裙发射状均匀开设有多个排气口。该方法根据喷枪的结构参数，选择金属材料加工制作喷枪的各部件并除锈，备用；然后依次制备得到枪芯、气化室钟罩，然后焊接连接枪芯与气化室钟罩，在枪芯下端、气化室钟罩顶部和耐火浇注料衬之间的空隙内焊接加强筋板，最后焊接锚固件组，浇筑得到喷枪。与常规气化室喷枪相比，本发明的铁水纯喷颗粒镁脱硫用气化室喷枪具有结构简单、喷吹稳定、成本低廉、脱硫高效、使用寿命长等优点。

Description

枪头带气化室的铁水纯喷颗粒镁脱硫喷枪及其制备方法

技术领域

本发明涉及铁水预处理领域，具体地指一种枪头带气化室的铁水纯喷颗粒镁脱硫喷枪及其制备方法。

背景技术

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空气、氮气、氩气或天然气为载气，一般为氮气，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，预气化的镁蒸汽与喷吹载气通过气化室底部平直的边沿喷出进入铁水，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。

通过实际生产调研，在铁水气化室喷枪纯喷颗粒镁脱硫的实际生产过程中，存在喷枪摆动大、镁气泡液面溢出逃逸、液面剧烈波动与翻腾等现象，导致铁水脱硫稳定性差，脱硫技术经济指标波动大，尤其是不同生产线之间差异较大，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。此外，脱硫生产过程中。喷枪气化室内高温条件下金属镁的熔融气化及其与喷吹载气(氮气)的化学反应，生成高熔点的氮化镁、氧化镁与复杂的镁化合物，导致气化室内壁粘结严重；同时，高温条件下，金属镁还将与金属镁钝化膜、受潮水份与水化物间发生复杂的化学反应，形成高熔点复杂化合物沉积，导致喷枪气化室内壁表面结渣迅速、粘渣结牢固，需及时进行喷枪气化室内壁的清渣处理，否则将影响金属镁的预气化速度，引起铁水剧烈喷溅，然而，频繁的气化室清渣维护，不仅使维护性非作业时间增长，影响了设备生产能力的发挥和正常生产的组织，同时还带来大量的人力消耗与喷枪的机械损伤。尤其是颗粒镁受潮水化引起的颗粒镁粘连与团聚，直接影响了颗粒镁喷吹的流动性与喷吹量的稳定，导致剧烈喷溅，影响了喷吹过程的正常进行，并带来设备与人身安全隐患。

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严重的问题，国内外早期的粘渣清理方式是人工打渣，因人工打渣环境恶劣、劳动强度大而逐渐转变为水管冲渣。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时进行一次水管冲渣；根据颗粒镁脱硫剂钝化膜厚度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的增大和受潮状况的加剧，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。水管冲渣的清渣原理是：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的中国发明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渣对喷枪寿命的影响问题，申请号为200810048977.5的中国发明专利公开了主要措施有：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蝶形铆固件，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，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、镁气泡液面溢出逃逸、液面剧烈波动与翻腾等问题，申请号为200810237411.7的中国发明专利公开了一种铁水预处理镁剂脱硫喷枪该喷枪的气化室形状为圆台与圆柱的组合形状或圆柱状，汽化室的末端为喷枪下部出口，侧壁上设置有2～12个喷枪侧部出口，喷枪侧部出口的中心线与等高面的最小夹角为0～60°，喷枪侧部出口或为圆形孔或为椭圆形孔或为喇叭形孔或为方形孔。具有气体在铁水中逸出均匀、气泡连续、喷吹稳定、液面波动小且喷溅少的优点。但从该专利的结构来看，喷枪侧壁上设置2～12个出口易被气化室内壁粘渣堵塞，导致侧部出口排气不稳定，同时也给气化室内壁粘渣清理带来困难，目前未见实际生产应用的报道。因而，对于气化室喷枪纯喷金属颗粒镁脱硫的生产稳定性问题还必须进一步研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种结构简单、制作方便、喷吹稳定、成本低廉、脱硫高效的枪头带气化室的铁水纯喷颗粒镁脱硫喷枪及其制备方法，从而提高喷枪的抗破损能力，降低喷枪的在线维护。

本领域常规铁水纯喷颗粒镁脱硫喷枪的结构分析：

本发明通过铁水气化室喷枪纯喷颗粒镁脱硫工艺水模试验，发现采用常规气化室喷枪喷吹过程中，喷吹载气与金属颗粒镁气化气在喷枪气化室逐渐聚集，气化室内压力不断升高，推动气化室内液面向气化室底部边缘落下，随着喷吹载气与金属颗粒镁气化气的不断重填，气化室内聚集的大量气体随机沿气化室底部边缘某部位以大气泡的形式突然排出，气化室内气压骤然下降，气化室内液面重新涨高，引起喷枪强烈摆动，喷入铁水中的大气泡在浮升力的作用下快速上浮，并随着上浮过程中静压力的减小，大气泡体积不断长大，最终溢出自由液面进入大气空间，并引起自由液面的剧烈波动，反复循环，实现喷吹载气与金属颗粒镁气化气间断式喷入铁水中，实现镁气泡在铁水中的界面反应脱硫以及镁气泡界面溶解后的溶解镁均相反应脱硫。根据改变工艺参数的水模试验现象与结果，随着喷吹强度的提高，气化室内排除的大气泡频率增大，自由液面波动不断增大，当喷吹强度大于某一数值后，出现喷溅现象；随着喷枪插入深度的增大，自由液面波动不断增大，出现喷溅的喷吹强度减小；随着气化室内空体积的增大，相同喷吹强度条件下，排出的气泡体积变化较小，气泡排出频率下降，相应的自由液面波动、喷溅现象有所减轻；在试验过程中，未发现气化室排除气泡的分裂现象。通过常规气化室喷枪与常规无气化室底部单喷口直通喷枪纯喷颗粒镁铁水脱硫工艺的水模对比试验可见，相同喷吹强度条件下(考虑金属镁气化的影响)，无气化室喷枪排出的气泡体积远小于气化室喷枪，气泡排出频率远高于气化室喷枪，喷枪摆动现象远小于气化室喷枪，自由液面波动现象远小于气化室喷枪，出现喷溅的喷吹强度远大于气化室喷枪。

根据上述水模试验结果可见，对于常规气化室喷枪纯喷颗粒镁铁水脱硫工艺，与常规底部单喷口直通喷枪相比，气化室的设置为金属颗粒镁的预气化提供了空间与时间，相应地为金属镁气泡的溶解与脱硫反应赢得了时间，提高了铁水脱硫效率，同时，气化室也为金属镁的气化提供了缓冲空间，避免了金属镁快速气化引起的喷溅，从而使气化室喷枪纯喷颗粒镁铁水脱硫可以适应铁水深度不太深的中等大小铁水罐脱硫，但气化室底部金属镁大气泡的排出，镁气泡界面的比表面积小，影响了金属镁通过气泡界面向铁水中的溶解速度，也影响了镁气泡的界面脱硫反应以及铁水中溶解镁的脱硫反应，同时，还带来气化室内压力的剧烈波动与喷枪摆动，并在大气泡溢出铁水液面时引起液面剧烈波动、甚至喷溅和镁蒸汽的逃逸，降低金属镁的脱硫利用率。由此可见，对于常规气化室喷枪纯喷颗粒镁铁水脱硫工艺，既有增强脱硫工艺适应性和提高颗粒镁脱硫效率的优点，同时也有剧烈的喷枪摆动与液面波动以及镁蒸汽逃逸等不足。

基于上述常规脱硫喷枪结构、功能与破损机理分析，针对常规气化室喷枪的缺陷，本发明提供的一种枪头带气化室的铁水纯喷颗粒镁脱硫喷枪，包括依次连接相通的连接法兰、枪管和枪头喷吹气化室，所述枪管由连接段枪管和枪身段枪管组成，所述连接段枪管由内插喷吹管和枪芯构成，所述枪身段枪管由内插喷吹管和枪芯、锚固件组和耐火浇注料衬组成，所述枪芯由内至外依次均为主管和增强管，所述主管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的搭桥焊接件，并且搭桥焊接件穿过增强管上的开孔，所述枪头喷吹气化室由内至外依次由气化室钟罩、锚固件组和气化室耐火浇注料衬组成，所述锚固件组包括V形锚固件和双V形锚固件，所述V形锚固件组和双V形锚固件组沿枪芯和气化室钟罩外表面错位排列焊接，所述V形锚固件组顶端焊接有环形锚固件，所述气化室钟罩下端设置有底边裙，所述底边裙发射状均匀开设有多个排气口。

本发明通过底边裙的排气口的结构设计，在喷吹脱硫的开始阶段，由气化室钟罩和底边裙构成的气化室内的喷吹载气与金属颗粒镁气化气不断聚集，气化室内铁水液面不断下降，当液面下降到底边裙的排气口顶部时，随着喷吹的继续，气化室内聚集气体开始沿多个底边裙的排气口排出，随着喷吹的不断进行，底边裙的排气口持续排出，维持气化室内聚集气体压力与铁水液面的基本稳定，避免了常规气化室喷枪喷吹脱硫时大气泡排出引起的气化室内聚集气体压力与铁水液面剧烈波动及其导致的喷枪强烈振动问题，提高了喷吹的稳定性，克服了喷枪强烈振动引起的喷枪破损；通过多个底边裙排气口的设置，缩小了底边裙排气口的尺寸。

进一步地，所述主管下端端部与气化室钟罩顶部之间设置有插口座，且插口座插入气化室钟罩顶部的槽孔内，所述槽孔与常规喷枪相同。

再进一步地，所述枪头喷吹气化室横截面在排气口数量为偶数时可为椭圆形，在椭圆形长轴底边裙方向发射状与短轴对称开设排气口。枪身段枪管与气化室之间为圆形至椭圆形过渡段。

再进一步地，所述气化室钟罩侧壁厚度从上之下逐渐增厚，周向壁厚均匀，最大壁厚差为5～20mm。

再进一步地，所述枪芯下端、气化室钟罩顶部和耐火浇注料衬之间的空隙内焊接有加强筋板，加强筋板的数量为3～5个，所述加强筋板上开设有多个通孔。

再进一步地，所述枪头喷吹气化室的底边裙高度为100～250mm，排气口为上小下大型，且排气口表面棱角均为圆弧过渡面，所述排气口开口面与枪头喷吹气化室的底边裙底面平齐，开口顶面高度低于气化室钟罩的底面。

再进一步地，所述枪身段枪管耐火浇注料衬由内至外均由隔热缓冲层和耐火浇注料层组成，所述隔热缓冲层和耐火浇注料层结合面涂刷了有机硅偶联剂。

再进一步地，所述隔热缓冲层的厚度为2～5mm，所述V形锚固件和双V形锚固件穿过隔热缓冲层，且包埋于耐火浇注料层内。

再进一步地，所述气化室耐火浇注料衬为市售的含有铝—碳化硅质或铝—碳化硅—碳质耐火浇注料浇筑而成。所述气化室耐火浇注料衬和气化室钟罩、锚固件组结合面涂刷了有机硅偶联剂。

再进一步地，所述主管和增强管之间的空隙内填充有填充料。

再进一步地，所述排气口段对应的环形锚固件呈不封闭的圆环形结构。

本发明还提供了一种枪头带气化室的铁水纯喷颗粒镁脱硫喷枪的制备方法，包括以下步骤：

1)根据喷枪的结构参数，选择金属材料加工制作喷枪的各部件并除锈，备用；

2)按照喷枪设计尺寸要求机械加工制备连接法兰、内插喷吹管

3)在碳钢管的管壁上开孔，制备得到管壁式增强管，或者，选择轴向与周向钢板、钢条或钢棒，层叠焊接制备钢架式增强管，拉直切割加工螺纹钢或碳钢盘条，制备短钢棒的搭桥焊接件，采用合适的钢材，机械加工制备插口座，将在增强管内穿入主管，并使主管和增强管端面平齐，使用搭桥焊接件将主管和增强管焊接相连；主管下部端头焊接插口座，并使插口座端面平齐或略凹入主管内；将填充料灌入主管和增强管之间的空隙中，阴干养护，完成枪芯的制备；其中，钢架式的增强管开孔内直接搭桥焊接件的焊接；管壁式的增强管，将搭桥焊接件穿过增强管的开孔与主管外表面焊接，再在增强管的开孔与搭桥焊接件的间隙内填充钢材，堆焊连接增强管与搭桥焊接件；

4)按照设计的气化室钟罩结构尺寸制备铸钢型砂模，按照普通铸钢成分进行冶炼与浇铸成型，铸件打磨后完成铸钢件气化室钟罩的制备；或者也采用尺寸合适的纵向与周向钢板、钢棒或钢棒，层叠焊接制备侧壁框架，选择尺寸合适的厚壁钢板冲压或锻压成带过渡弧面后中心钻孔与机械加工制备气化室钟罩顶面槽孔，再与侧壁框架焊接制备气化室钟罩，

5)将枪芯带插口座的端面与气化室钟罩顶面对齐，保证插口座通孔与气化室钟罩顶面槽孔同心，并焊接连接枪芯与气化室钟罩；

6)按照加强筋板的结构尺寸，先进行普通碳钢板切割，再开设2个以上的通孔，打磨后制备3～5块加强筋板，在枪芯下端、气化室钟罩顶部和耐火浇注料衬之间的空隙内焊接加强筋板；

7)按照不同部位锚固件尺寸设计要求，拉直切割直径合适的耐热钢丝或耐热钢条，折弯制备数量合适的V形锚固件，拉直切割直径合适的普通螺纹钢或碳钢盘条，先折弯制备V形锚固件，再固定两个V形锚固件，使两个V形锚固件的V字顶端相连而V字面成60°夹角，焊接两个V形锚固件的V字顶端制备数量合适的双V形锚固件；并按照设计要求，并沿枪芯和气化室钟罩外表面错位排列焊接；

8)按照环形锚固件的结构尺寸，采用耐热钢丝或耐热钢条卷曲制作环形锚固件，环形锚固件分成不封闭的圆环形结构和封闭的圆环形结构，所述环形锚固件焊接在V形铆固件顶端,排气口段对应的环形锚固件呈不封闭结构，其余环形锚固件皆为封闭的环形结构

9)将磷酸盐结合氧化铝空心球喷涂料在枪芯外表面喷涂，制备厚度为2～5mm隔热缓冲层，阴干后，在隔热缓冲层表面和气化室钟罩表面涂刷有机硅偶联剂，再阴干后装入特制的喷枪浇注模具，其中，模具内有形成枪头喷吹气化室底边裙和底边裙排气口的模块；

10)先将含有铝—碳化硅质或铝—碳化硅—碳质的耐火浇注料进行气化室耐火浇注料衬浇注成型，形成耐火浇注料层，并将耐火浇注料填充气化室钟罩焊接构件空隙，并形成枪头喷吹气化室底边裙和底边裙排气口；然后，将采用常规喷枪耐火浇注料进行枪身段枪管耐火浇注料层的浇注成型，模内养护24～48小时脱模，再自然养护3～6天，装入烘烤炉烘烤，烘烤温度350～450℃，出炉后，插入内插喷吹管，焊接连接法兰，检查喷吹气流通道的畅通，包装入库。

本发明的有益效果在于：

1、本发明与常规气化室喷枪相比，大幅度减少了排出气泡直径，均化了镁气泡在铁水中的分散，显著增加了镁气泡与铁水的接触面积，不仅改善镁气泡界面铁水脱硫反应动力学条件，同时也改善了镁气泡界面溶解与溶解镁铁水均相脱硫反应动力学条件，增进了铁水脱硫反应速度，提高了金属镁脱硫利用率；同时，本发明气化室排出气泡体积的大幅度缩小，降低了喷入铁水中镁气泡的上浮速度，延长了镁气泡在铁水中的停留时间以及界面脱硫、溶解与均相脱硫时间，降低了镁气泡铁水自由液面的逃逸，进一步提高了金属镁脱硫利用效率，并且，避免了常规气化室喷枪时镁大气泡的自由液面溢出以及由此引起的铁水自由液面剧烈波动、甚至喷溅问题，进一步扩展了喷枪对铁水脱硫工况的适应能力，提高了脱硫生产的安全性与可靠性。

2、本发明通过偶数个排气口时枪头喷吹气化室横截面为椭圆形以及排气口与短轴对称在椭圆形长轴底边裙方向发射状开设的结构设计，扩大了排气口间的距离，改善了喷吹载气与镁气化气对铁水的搅拌与镁气泡的分散均匀性，提高铁水脱硫反应效率。

3、本发明通过气化室耐火浇注料衬材质的改进，强化了气化室耐火浇注料衬的导热能力及其对气化室内金属镁的加热速度，提高了气化室内金属镁的气化率，有效地改善了金属镁的脱硫反应动力学条件，降低镁气泡铁水液面溢出带来的金属镁损耗，同时，通过碳化硅与碳素对液态金属与熔渣的浸润性低的特点，降低耐火浇注料衬的粘渣，减轻气化室底边群粘渣清理带来的损伤与清渣劳动强度。通过气化室钟罩的结构改进以及浇注料结合面有机硅偶联剂的涂刷，降低了制备金属材料的消耗，增强了气化室的增提抗破损能力。

4、本发明通过枪芯的结构改进与耐火材料工作衬的隔热缓冲层和耐火浇注料层的双层结构设计，提高了耐火材料工作衬的导热热阻，降低了枪芯金属构件的实际工作温度，减少了喷枪制作材料的消耗，提高了喷枪抗高温性能与抗热震裂纹破损能力；通过隔热缓冲层和耐火浇注料层结合面有机硅偶联剂的涂刷，增强了隔热缓冲层和耐火浇注料层的界面结合强度，提高了耐火材料工作衬的综合性能与抗破损能力；最终达到延长喷枪的使用寿命、降低喷枪的综合制作成本、稳定喷枪使用性能等目的。

5、通过本发明喷枪的制备方法，保证了喷枪制作的顺利进行，提高了喷枪制造质量，改善了喷枪的综合使用性能。

综合上述可见，与常规气化室喷枪相比，本发明的铁水纯喷颗粒镁脱硫用气化室喷枪具有结构简单、喷吹稳定、成本低廉、脱硫高效、使用寿命长等优点，其制备方法具有制作工艺流畅、制造方便、加工手段简单、质量保证技术完备等特点。

附图说明

图1为本发明铁水纯喷颗粒镁脱硫用气化室喷枪的一种结构示意图；

图2为本发明铁水纯喷颗粒镁脱硫用气化室喷枪的仰视图；

图3为图1的A-A剖面图；

图4为图1的C-C剖面图；

图5为本发明铁水纯喷颗粒镁脱硫用气化室喷枪的另一种结构示意图；

图6为图5的A-A剖面图；

图7为图5的C-C剖面图；

图8为本发明铁水纯喷颗粒镁脱硫用气化室喷枪的另一种仰视图；

图9为图1的另一种C-C剖面图；

图中，连接法兰1、枪管2、连接段枪管2.1、枪身段枪管2.2、枪头喷吹气化室3、底边裙3.1、排气口3.2、内插喷吹管4、枪芯5、主管5.1、增强管5.2、搭桥焊接件5.3、填充料5.4、插口座5.5、开孔5.6、锚固件组6、V形锚固件组6.1、双V形锚固件组6.2、环形锚固件6.3、耐火浇注料衬7、隔热缓冲层7.1、耐火浇注料层7.2、气化室钟罩8、槽孔8.1、气化室耐火浇注料衬9、加强筋板10。

具体实施方式

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。

实施例1

如图1～4所示，一种枪头带气化室的铁水纯喷颗粒镁脱硫喷枪，包括依次连接相通的连接法兰1、枪管2和枪头喷吹气化室3，枪管2由连接段枪管2.1和枪身段枪管2.2组成，连接段枪管2.1由内插喷吹管4和枪芯5构成，枪身段枪管2.2由内插喷吹管4和枪芯5、锚固件组6和耐火浇注料衬7组成，

枪芯5内至外依次均为主管5.1和增强管5.2，主管5.1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5.2的搭桥焊接件5.3，并且搭桥焊接件5.3穿过增强管5.2上的开孔5.6，主管5.1和增强管5.2之间的空隙内填充有填充料5.4。

枪头喷吹气化室3由内至外依次由气化室钟罩8、锚固件组6和气化室耐火浇注料衬9组成，主管5.1下端端部与气化室钟罩8顶部之间设置有插口座5.5，且插口座5.5插入气化室钟罩8顶部的槽孔8.1内，槽孔8.1与常规喷枪相同。枪芯5下端、气化室钟罩8顶部和耐火浇注料衬7、气化室耐火浇注料衬9之间的空隙内焊接有加强筋板10，加强筋板10的数量为3个，加强筋板10上开设有2个通孔10.1。

锚固件组6包括V形锚固件6.1和双V形锚固件6.2，V形锚固件组6.1和双V形锚固件组6.2沿枪芯5和气化室钟罩8外表面均匀错位排列焊接，V形锚固件组6.1顶端焊接有环形锚固件6.3，

耐火浇注料衬7由内至外均由隔热缓冲层7.1和耐火浇注料层7.2组成，隔热缓冲层7.1和耐火浇注料层7.2结合面涂刷了有机硅偶联剂。隔热缓冲层7.1的厚度为2～5mm，V形锚固件6.1和双V形锚固件6.2穿过隔热缓冲层7.1，且包埋于耐火浇注料层7.2内。

气化室耐火浇注料衬9采用市售的含有铝—碳化硅质或铝—碳化硅—碳质的耐火浇注料浇注成型。气化室耐火浇注料衬9和气化室钟罩8、锚固件组6结合面涂刷有机硅偶联剂。

气化室钟罩8下端设置有底边裙3.1，底边裙3.1发射状均匀开设有3个排气口3.2。气化室钟罩8侧壁厚度从上之下逐渐增厚，周向壁厚均匀，最大壁厚差为5～20mm。

枪头喷吹气化室3的底边裙3.1高度为100～250mm，排气口3.2为上小下大型，且排气口3.2表面棱角均为圆弧过渡面，排气口3.2开口面与枪头喷吹气化室3的底边裙3.1底面平齐，开口顶面高度低于气化室钟罩8的底面。排气口3.2段对应的环形锚固件6.3呈不封闭的圆环形结构。

上述喷枪的制备方法，包括以下步骤：

1)根据喷枪的结构参数，选择金属材料加工制作喷枪的各部件并除锈，备用；

2)按照喷枪设计尺寸要求机械加工制备连接法兰1、内插喷吹管2；

3)在碳钢管的管壁上开孔5.6，制备得到管壁式增强管5.2，拉直切割加工螺纹钢或碳钢盘条，制备短钢棒的搭桥焊接件5.3，采用合适的钢材，机械加工制备插口座5.5，将在增强管5.2内穿入主管5.1，并使主管5.1和增强管5.2端面平齐，使用搭桥焊接件5.3将主管5.1和增强管5.2焊接相连；主管5.1下部端头焊接插口座5.5(插口座5.5结构尺寸与常规气化室喷枪相同)，并使插口座5.5端面平齐或略凹入主管3.1内；将填充料5.4灌入主管5.1和增强管5.2之间的空隙中，阴干养护，完成枪芯5的制备；其中，钢架式的增强管5.2的开孔5.6内直接搭桥焊接件5.3的焊接；填充料5.4为含有碳的耐火浇注料或粉状耐火填料；

4)按照设计的气化室钟罩8结构尺寸制备铸钢型砂模，按照普通铸钢成分进行冶炼与浇铸成型，铸件打磨后完成铸钢件气化室钟罩8的制备；

5)将枪芯5带插口座5.5的端面与气化室钟罩8顶面对齐，保证插口座5.5通孔与气化室钟罩8顶面槽孔8.1同心，并焊接连接枪芯5与气化室钟罩8；

6)按照加强筋板10的结构尺寸，先进行普通碳钢板切割，再开设2个以上的通孔，打磨后制备3～5块加强筋板10，在枪芯5下端、气化室钟罩8顶部和耐火浇注料衬7、气化室耐火浇注料衬9之间的空隙内焊接加强筋板10；

7)按照不同部位锚固件尺寸设计要求，拉直切割直径合适的耐热钢丝或耐热钢条，折弯制备数量合适的V形锚固件6.1，拉直切割直径合适的普通螺纹钢或碳钢盘条，先折弯制备V形锚固件，再固定两个V形锚固件，使两个V形锚固件的V字顶端相连而V字面成60°夹角，焊接两个V形锚固件的V字顶端制备数量合适的双V形锚固件6.2；并按照设计要求，并沿枪芯5和气化室钟罩8外表面错位排列焊接；

8)按照环形锚固件6.3的结构尺寸，采用耐热钢丝或耐热钢条卷曲制作环形锚固件6.3，环形锚固件6.3分成不封闭的圆环形结构和封闭的圆环形结构，所述环形锚固件6.3焊接在V形铆固件6.1顶端，排气口3.2段对应的环形锚固件6.3呈不封闭的圆环形结构，其余环形锚固件6.3皆为封闭的圆环形结构

9)将磷酸盐结合氧化铝空心球喷涂料在枪芯5外表面和铸钢件气化室钟罩4侧壁喷涂，制备厚度为2～5mm隔热缓冲层7.1，阴干后，在隔热缓冲层7.1表面涂刷有机硅偶联剂，再阴干后灌入装入特制的喷枪浇注模具，其中，模具内有形成枪头喷吹气化室3底边裙3.1和底边裙排气口3.2的模块；

10)先将市售的含有铝—碳化硅质或铝—碳化硅—碳质的耐火浇注料进行气化室耐火浇注料衬9浇注成型，并将耐火浇注料填充气化室钟罩焊接构件空隙，形成枪头喷吹气化室3底边裙3.1和底边裙排气口3.2；然后，将采用常规喷枪耐火浇注料进行枪身段枪管2.2耐火浇注料层7.2的浇注成型，模内养护24～48小时脱模，再自然养护3～6天，装入烘烤炉烘烤，烘烤温度350～450℃，出炉后，插入内插喷吹管2，焊接连接法兰1，检查喷吹气流通道的畅通，包装入库。

实施例2

如图5～7所示：本实施例的喷枪结构与实施例1中喷枪结构基本相同，不同之处在于：气化室钟罩8下端设置有底边裙3.1，底边裙3.1发射状均匀开设有5个排气口3.2，同时，该喷枪的制备方法有所差异：具体区别在如下步骤：

3)选择轴向与周向钢板、钢条或钢棒，层叠焊接制备钢架式增强管5.2，钢架式的增强管5.2直接搭桥焊接件5.3的焊接；填充料5.4为含有碳的耐火浇注料或粉状耐火填料；

4)采用尺寸合适的纵向与周向钢板、钢棒或钢棒，层叠焊接制备侧壁框架，选择尺寸合适的厚壁钢板冲压或锻压成带过渡弧面后中心钻孔，再与侧壁框架焊接制备气化室钟罩8，

实施例3

如图1、3、8、9所示，本实施例的喷枪结构与实施例1中喷枪结构基本相同，不同之处在于：枪头喷吹气化室3横截面为椭圆形，相应的气化室钟罩8、气化室区域的环形锚固件6.3和气化室底边裙3.1也为椭圆形，在椭圆形长轴底边裙3.1方向发射状与短轴对称开设2个排气口3.2。枪身段枪管2.2与气化室3之间为圆形至椭圆形过渡段。

实施例4

本实施例的喷枪结构与实施例1、2和3中喷枪结构基本相同，不同之处在于：管壁式和钢架式增强管5.2与气化室钟罩8铸钢件和焊接件交叉搭配。

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。

Claims (6)

1.一种枪头带气化室的铁水纯喷颗粒镁脱硫喷枪，包括依次连接相通的连接法兰(1)、枪管(2)和枪头喷吹气化室(3)，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)由内插喷吹管(4)和枪芯(5)构成，所述枪身段枪管(2.2)由内插喷吹管(4)和枪芯(5)、锚固件组(6)和耐火浇注料衬(7)组成，其特征在于：所述枪芯(5)由内至外依次均为主管(5.1)和增强管(5.2)，所述主管(5.1)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(5.2)的搭桥焊接件(5.3)，所述枪头喷吹气化室(3)由内至外依次由气化室钟罩(8)、锚固件组(6)和气化室耐火浇注料衬(9)组成，所述锚固件组(6)包括V形锚固件(6.1)和双V形锚固件(6.2)，所述V形锚固件组(6.1)和双V形锚固件组(6.2)沿枪芯(5)和气化室钟罩(8)外表面错位排列焊接，所述V形锚固件组(6.1)顶端焊接有环形锚固件(6.3)，所述气化室钟罩(8)下端设置有底边裙(3.1)，所述底边裙(3.1)发射状均匀开设有多个排气口(3.2)；

所述主管(5.1)下端端部与气化室钟罩(8)顶部之间设置有插口座(5.5)，且插口座(5.5)插入气化室钟罩(8)顶部的槽孔(8.1)内；所述枪头喷吹气化室(3)横截面在排气口(3.2)数量为偶数时为椭圆形，在椭圆形底边裙(3.1)长轴方向发射状与短轴对称开设排气口(3.2)；枪身段枪管(2.2)与枪头喷吹气化室(3)之间为圆形至椭圆形过渡段；所述气化室钟罩(8)侧壁厚度从上至下逐渐增厚，周向壁厚均匀，最大壁厚差为5～20mm；所述枪芯(5)下端、气化室钟罩(8)顶部、耐火浇注料衬(7)和气化室耐火浇注料衬(9)之间的空隙内焊接有加强筋板(10)，所述加强筋板(10)的数量为3～5个，所述加强筋板(10)上开设有多个通孔(10.1)。

2.根据权利要求1所述枪头带气化室的铁水纯喷颗粒镁脱硫喷枪，其特征在于：所述枪头喷吹气化室(3)的底边裙(3.1)高度为100～250mm，排气口(3.2)为上小下大型，且排气口(3.2)表面棱角均为圆弧过渡面，所述排气口(3.2)开口面与枪头喷吹气化室(3)的底边裙(3.1)底面平齐，开口顶面高度低于气化室钟罩(8)的底面，所述排气口(3.2)段对应的环形锚固件(6.3)呈不封闭的环形结构。

3.根据权利要求1或2所述枪头带气化室的铁水纯喷颗粒镁脱硫喷枪，其特征在于：所述耐火浇注料衬(7)由内至外均由隔热缓冲层(7.1)和耐火浇注料层(7.2)组成，所述隔热缓冲层(7.1)和耐火浇注料层(7.2)结合面涂刷了有机硅偶联剂；所述隔热缓冲层(7.1)的厚度为2～5mm，所述V形锚固件(6.1)和双V形锚固件(6.2)穿过隔热缓冲层(7.1)，且包埋于耐火浇注料层(7.2)内。

4.根据权利要求1或2所述枪头带气化室的铁水纯喷颗粒镁脱硫喷枪，其特征在于：所述搭桥焊接件(5.3)穿过增强管(5.2)上的开孔(5.6)，所述主管(5.1)和增强管(5.2)之间的空隙内填充有填充料(5.4)。

5.根据权利要求1或2所述枪头带气化室的铁水纯喷颗粒镁脱硫喷枪，其特征在于：所述气化室耐火浇注料衬(9)为含有铝—碳化硅质或铝—碳化硅—碳质的耐火浇注料浇筑而成；所述气化室耐火浇注料衬(9)和气化室钟罩(8)、锚固件组(6)结合面涂刷了有机硅偶联剂。

6.一种枪头带气化室的铁水纯喷颗粒镁脱硫喷枪的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)根据喷枪的结构参数，选择金属材料加工制作喷枪的各部件并除锈，备用；

2)按照喷枪设计尺寸要求机械加工制备连接法兰(1)、内插喷吹管(4)；

3)在碳钢管的管壁上开孔(5.6)，制备得到管壁式增强管(5.2)，或者，选择轴向与周向钢板、钢条或钢棒，层叠焊接制备钢架式增强管(5.2)，拉直切割加工螺纹钢或碳钢盘条，制备短钢棒的搭桥焊接件(5.3)，采用合适的钢材，机械加工制备插口座(5.5)，将在增强管(5.2)内穿入主管(5.1)，并使主管(5.1)和增强管(5.2)端面平齐，使用搭桥焊接件(5.3)将主管(5.1)和增强管(5.2)焊接相连；主管(5.1)下部端头焊接插口座(5.5)，并使插口座(5.5)端面平齐或略凹入主管(3.1)内；将填充料(5.4)灌入主管(5.1)和增强管(5.2)之间的空隙中，阴干养护，完成枪芯(5)的制备；其中，钢架式的增强管(5.2)内直接搭桥焊接件(5.3)的焊接；管壁式的增强管(5.2)，将搭桥焊接件(5.3)穿过增强管(5.2)的开孔(5.6)与主管(5.1)外表面焊接，再在增强管(5.2)的开孔(5.6)与搭桥焊接件(5.3)的间隙内填充钢材，堆焊连接增强管(5.2)与搭桥焊接件(5.3)，

4)按照设计的气化室钟罩(8)结构尺寸制备铸钢型砂模，按照普通铸钢成分进行冶炼与浇铸成型，铸件打磨后完成铸钢件气化室钟罩(8)的制备；或者也采用尺寸合适的纵向与周向钢板、钢棒，层叠焊接制备侧壁框架，选择尺寸合适的厚壁钢板冲压或锻压成带过渡弧面后中心钻孔与机械加工，再与侧壁框架焊接制备气化室钟罩(8)，

5)将枪芯(5)带插口座(5.5)的端面与气化室钟罩(8)顶面对齐，保证插口座(5.5)通孔与气化室钟罩(8)顶面槽孔(8.1)同心，并焊接连接枪芯(5)与气化室钟罩(8)；

6)按照加强筋板(10)的结构尺寸，先进行普通碳钢板切割，再开设2个以上的通孔，打磨后制备3～5块加强筋板(10)，在枪芯(5)下端、气化室钟罩(8)顶部和耐火浇注料衬(7)之间的空隙内焊接加强筋板(10)；

7)按照不同部位锚固件尺寸设计要求，拉直切割直径合适的耐热钢丝或耐热钢条，折弯制备数量合适的V形锚固件(6.1)，拉直切割直径合适的普通螺纹钢或碳钢盘条，先折弯制备V形锚固件，再固定两个V形锚固件，使两个V形锚固件的V字顶端相连而V字面成60°夹角，焊接两个V形锚固件的V字顶端制备数量合适的双V形锚固件(6.2)；并按照设计要求，并沿枪芯(5)和气化室钟罩(8)外表面错位排列焊接；

8)按照环形锚固件(6.3)的结构尺寸，采用耐热钢丝或耐热钢条卷曲制作环形锚固件(6.3)，环形锚固件(6.3)分成不封闭的圆环形结构和封闭的圆环形结构，所述环形锚固件(6.3)焊接在V形铆固件(6.1)顶端，排气口(3.2)段对应的环形锚固件(6.3)呈不封闭的环形结构，其余环形锚固件(6.3)皆为封闭的环形结构；

9)将磷酸盐结合氧化铝空心球喷涂料在枪芯(5)外表面喷涂，制备厚度为2～5mm隔热缓冲层(7.1)，阴干后，在隔热缓冲层(7.1)和气化室钟罩(8)表面涂刷有机硅偶联剂，再阴干后灌入特制的喷枪浇注模具，其中，模具内有形成枪头喷吹气化室(3)底边裙和底边裙排气口(3.2)的模块；

10)先将含有铝—碳化硅质或铝—碳化硅—碳质的耐火浇注料进行枪头喷吹气化室耐火浇注料衬(9)浇注成型，将耐火浇注料填充气化室钟罩(8)焊接构件空隙，并形成枪头喷吹气化室底边裙(3.1)和底边裙排气口(3.2)；然后，将采用常规喷枪耐火浇注料进行枪身段枪管(2.2)耐火浇注料层(7.2)的浇注成型，模内养护24～48小时脱模，再自然养护3～6天，装入烘烤炉烘烤，烘烤温度350～450℃，出炉后，插入内插喷吹管，焊接连接法兰，检查喷吹气流通道的畅通，包装入库。