CN104711395A - 用于铁水喷吹预处理的高性能喷枪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于铁水喷吹预处理的高性能喷枪，包括依次连接相通的连接段、枪身段、喷吹段，枪身段、和喷吹段之间设置有旋流扩散器，旋流扩散器包括依次连接相通的上圆台体、圆柱体和下倒圆台体，喷枪主管与封头之间沿喷枪周向均匀开设2～4个喷口，且喷口位于喷吹段的侧壁上；下倒圆台体顶端至喷吹段底端端面处的外壁上倾斜布置有旋流片，且旋流片位于喷口上方。本发明喷枪通过强化铁水喷吹预处理的三个关键动力学参数，显著改善铁水喷吹预处理动力学条件，达到提高喷吹预处理脱硫效率与脱硫剂反应利用率、缩短喷吹时间、增加脱硫设备生产能力等综合目的。

Description

用于铁水喷吹预处理的高性能喷枪

技术领域

本发明涉及铁水预处理领域，具体地指一种用于铁水喷吹预处理的高性能喷枪。

背景技术

文献“铁水的炉外脱硫，山西冶金，2007年，No1”报道，铁水作为钢水冶炼的基本原料，其化学成分和物理性质在某种程度上决定着钢铁产品的质量和企业的效益，因此，从20世纪70年代开始，人们开始重视铁水预处理技术的发展，并不断改进其工艺和方法，脱除铁水中有害元素。除含硫钢种外，硫是钢种中主要有害元素之一，但在高炉炼铁过程中脱除，就必须提高渣的碱度和炉温，而这将使高炉技术经济指标下降，同时，由于转炉冶炼过程的热力学条件制约，转炉脱硫率仅40％左右。大量的研究表明，铁水预处理脱硫已公认是高炉转炉—连铸流程降低钢中硫质量分数的最经济工艺，是改善高炉和转炉操作的重要手段之一，在炼钢中起着重要的作用，并向全面铁水预处理的方向发展。

根据资料报道，现代钢铁冶金流程中的铁水预处理脱硫工艺主要有KR机械搅拌法和喷吹法两种。两种工艺在技术上都已经相当成熟。从实际生产中的应用效果来看，二者是互有优缺点，其中，喷吹法以其设备投资省而在国内钢铁企业普遍推广，并根据脱硫剂种类和喷吹方式的不同，又分为钙基脱硫剂喷吹、镁基脱硫剂复合喷吹和金属颗粒镁纯喷等方式；对于金属颗粒镁纯喷铁水脱硫，喷枪结构形式根据铁水罐大小不同分为枪头带或不带气化室两种。

文献“决定铁水包铁水喷粉脱硫效率的三个基本参数，钢铁研究学报，2000年增刊”，指出脱硫粉剂的利用率和喷粉脱硫的处理时间是决定铁水包喷粉脱硫效率的重要因素。要使粉剂得到充分利用，首先必须使粉剂尽可能多地穿透射流的气—液界面进入铁水，即尽可能提高粉剂穿透比；其次，还要延长粉剂在铁水中的平均停留时间，以使粉剂与铁水充分反应。处理时间的减少则需要改善熔池动力学条件，从而降低铁水包达到均匀混合的时间(均混时间)。因此，改善铁水包内传输动力学条件以最大限度地提高喷粉脱硫效率便成为解决问题的关键。为此，提出了“决定铁水包喷粉脱硫效率的三个基本参数”这一概念，理论分析了影响这三个基本参数的主要因素；通过实验，建立了熔池均混时间、粉剂穿透比与喷吹操作参数之间的关系；同时利用流场计算结果回归出粉剂停留时间与载气流量及喷枪插入深度的定量关系式。研究结果表明，熔池均混时间与搅拌能密度、喷嘴结构、喷枪平面位置均有关系，熔池均混时间随搅拌能密度的加大而缩短。多出口喷嘴的搅拌效果比单出口喷嘴搅拌效果好；喷枪喷嘴出口数目比喷嘴结构对搅拌效果的影响大；喷枪平面位置住离熔池中心1/3R处搅拌效果最好。气粉两相流的出口速度是影响粉剂穿透比的主要因素，出口速度越大，粉剂穿透比越大。粉剂的停留时间主要与喷枪的插入深度和载气流量有关，深枪位操作有利于延长粉剂在熔池中的停留时间。

上述文献从理论上较好地解释了铁水喷吹无相变脱硫剂的固液界面反应脱硫的关键影响因素。对于铁水纯喷金属颗粒镁脱硫工艺，由于金属镁熔点与气化温度低、高温下蒸气压力高的特性，为避免铁水喷吹脱硫过程中金属颗粒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，通过金属颗粒镁进入铁水前在枪头气化室中的预气化，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，通过铁水中含镁气泡的界面脱硫反应和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，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。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，金属颗粒镁杂质及其钝化膜在金属镁高温气化后形成残留物，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，并对金属颗粒镁提出了严格的质量要求，增加了铁水脱硫成本。在实际生产过程中，气化室预气化的镁蒸汽与喷吹载气不断混合聚集，并以大气泡脉冲方式排出，导致瞬间气体喷吹动能剧增，引起喷枪剧烈摆动，同时，大气泡上浮速度快、液面溢出搅拌能大，引起液面剧烈波动、震荡、翻腾甚至喷溅，加剧了镁蒸汽的溢出逃逸，铁水脱硫稳定性差，脱硫技术经济指标波动大，限制了脱硫剂喷吹流量的提高，因而，适应中小铁水罐的铁水金属镁小流量喷吹脱硫。

针对铁水气化室喷枪纯喷金属颗粒镁脱硫工艺固有的不足，本世纪初乌克兰钛设计院、黑色冶金研究院学者根据铁水纯喷金属颗粒镁脱硫的反应热力学与动力学原理，通过金属颗粒镁在铁水中脱硫反应过程及其在铁水中的运动行为分析，提出了大型铁水罐单喷口直通式喷枪纯喷金属颗粒镁铁水脱硫新工艺，通过大型铁水罐喷枪插入深度的大幅提高，为喷入铁水深处的金属颗粒镁气化、溶解与脱硫反应提供足够的上浮距离和停留时间，同时，通过喷入铁水中金属颗粒镁载气泡的界面穿透与分散，避免了喷枪气化室内的金属镁预气化、镁蒸汽和载气的聚集，显著地减小镁蒸汽泡的体积，促进了金属颗粒镁的加热气化与溶解，并避免了喷枪气化室内壁粘渣，达到提高脱硫效率与喷吹流量的目的。文献“牛琳霞，庄汉宁，新一代颗粒镁铁水脱硫工艺，钢铁研究，2005，No1，51-53”报道了铁水气化室喷枪与单喷口直通式喷枪纯喷金属颗粒镁脱硫以及铁水镁基复合喷吹脱硫的技术经济指标对比情况。根据上述文献的报道以及铁水气化室喷枪与单喷口直通式喷枪纯喷金属颗粒镁脱硫的经济指标与工艺技术的对比分析结果，在喷枪铁水插入深度≥3m时，单喷口直通式喷枪纯喷金属颗粒镁铁水脱硫的吨铁镁消耗与气化室喷枪基本相同，并且，随着喷枪插入深度的增大，脱硫剂利用率提高，喷吹流量提高近一倍。文献“卢春生，屠学信，李鹏程等，首钢第二炼钢厂铁水喷镁脱硫工艺优化与实践，首钢科技，2005，No5,41-44”报道了首钢二炼钢厂200t铁水罐引进乌克兰直通式喷枪纯喷颗粒镁脱硫工艺的技术参数、经济指标及其工艺技术改进效果与发展过程。由该文献报道可见，对于200吨铁水罐，喷枪插入深度3～3.2m，单喷口直通式喷枪纯喷金属颗粒镁铁水脱硫工艺能够满足铁水脱硫稳定生产的需求，避免了气化室喷枪纯喷金属颗粒镁铁水脱硫的气化室内壁粘渣问题，但与100吨铁水罐气化室喷枪纯喷金属颗粒镁铁水脱硫相比，喷吹流量基本相同，也仅为6～8kg/min，导致喷吹脱硫时间长，生产效率下降，否则将因镁蒸汽泡的聚集长大溢出而引起喷溅和大量镁蒸汽液面逃逸损耗，因而，对金属颗粒镁的质量要求同样严格，以保证在3～3.2m的上升距离内完成金属颗粒镁的气化与溶解，吨铁金属镁消耗增加10％以上，说明金属镁利用率略有下降。为了提高金属颗粒镁喷吹强度，文献“舍甫钦科АФ，巴什马科夫АМ，马那钦ИА等，铁水包内大用量喷镁脱硫工艺，炼钢，2013，No6,5-8”基于铁水双枪镁基复合喷吹脱硫工艺显著提高生产效率的实际生产结果，在台湾中钢300吨铁水罐上采用双喷口喷枪取代原单喷口直通式喷枪进行铁水纯喷金属颗粒镁脱硫，在铁水脱硫稳定生产的条件下，金属颗粒镁喷吹流量提高50～120％(达16～25kg/min)，镁利用率平均为47.3％，并相应地缩短了铁水喷吹脱硫作业时间，但吨铁金属颗粒镁平均消耗为0.41kg/t，比首钢二炼钢厂报道的平均值高30％以上。分析认为，喷吹脱硫过程中，粒度偏小的金属颗粒镁未能穿透载气泡进入铁水，导致载气泡内金属颗粒镁加热气化缓慢，在有限的停留时间内，部分残留镁蒸汽随气泡溢出逃逸，因而，促进金属颗粒镁的气泡穿透也是提高铁水中直接喷吹金属颗粒镁脱硫效率的技术关键之一。

针对铁水脱硫预处理效率受限的突出问题，根据国内外学者大量的理论研究结果，基于铁水喷吹预处理脱硫常规喷枪的结构特点以及喷吹脱硫反应过程，以提高铁水喷吹预处理脱硫反应效率为目的，进一步分析了混匀时间、粉剂穿透比和停留时间三个关键动力学因素对铁水喷吹预处理脱硫效率的影响关系。常规的直通式单喷口喷枪，圆形喷口与圆柱体喷枪同轴布置喷枪底部，喷口外端面与喷枪底面平齐，常规的倒T形双喷口喷枪，圆形喷口中心轴与圆柱体喷枪中心轴垂直对称布置的喷枪圆柱体下部，喷口端面与喷枪圆柱体壁面平齐。在铁水喷吹预处理脱硫过程中，脱硫剂通过喷吹载气的输送，从插入铁水中的喷枪喷口随载气一起直接喷入铁水，喷射载气的铁水中分散形成气泡群或气泡束，部分喷射动能大的脱硫剂颗粒穿透气泡壁而进入铁水，实现与铁水的直接接触反应，并在浮升力的作用下上浮进入液面渣层，喷射动能小的脱硫剂颗粒包裹在气泡内随气泡上浮，由于气泡壁面的阻隔作用，包裹在气泡内的脱硫剂无法与铁水直接接触进行脱硫反应，并在气泡溢出铁水液面时余留在渣层中，因液面渣层与铁水接触面小以及渣层的阻隔作用，渣层中余留的脱硫剂无法实现与铁水间的高效脱硫反应；因而，要实现铁水喷吹预处理的高效脱硫反应，就必须在气泡溢出液面之前有尽量多的脱硫剂进入铁水，实现脱硫剂与铁水接触界面脱硫反应与传质过程；通过大量脱硫剂颗粒穿透气泡壁面，实现脱硫剂在铁水中的分散混合，从而显著增大脱硫剂与铁水的接触反应面积，大幅度提高脱硫反应速度和脱硫剂反应利用率，达到铁水喷吹高效脱硫预处理的目的。此外，为了提高脱硫剂反应利用效率，还必须使脱硫剂与铁水直接接触反应时间要长，即脱硫剂从穿透气泡壁面至上浮进入铁水液面渣层的铁水中浸没时间要长，或脱硫剂铁水中停留时间长，从而保证脱硫剂与铁水间足够的直接接触反应时间，达到脱硫剂的高效利用目的。再者，脱硫剂颗粒与铁水接触反应过程中，随着接触界面处硫反应后产物的固相析出，界面区域铁水中硫含量降低，反应速度急剧下降，因为壁面反应浓度下降带来的不理影响，必须改善铁水预处理脱硫过程中熔池的搅拌，降低铁水包达到均匀混合的时间(均混时间)，强化铁水脱硫反应的传质过程，保持脱硫反应速度，在有限的脱硫剂停留时间条件下，达到提高脱硫剂反应利用率与脱硫效率的目的。由此可见，在铁水条件与脱硫剂组成确定的前提下，即铁水预处理脱硫反应热力学条件确定的前提下，改善铁水包内传输动力学条件是提高铁水喷吹预处理脱硫效率的技术关键。

根据国内外改善铁水喷吹预处理脱硫动力学条件的研究报道，主要研究结果为：熔池均混时间与搅拌能密度、喷嘴结构、喷枪平面位置均有关系；随搅拌能密度的加大，熔池均混时间缩短；对于常规的直通式单喷口喷枪和倒T形双喷口喷枪结构，倒T形双喷口喷枪的混匀时间比直通式单喷口喷枪短，喷口数目比喷嘴结构对搅拌效果的影响更大；喷枪平面位置离熔池中心1/3R处搅拌效果最好。影响粉剂穿透比的主要因素是粉剂的出口速度，粉剂的出口速度越大，粉剂颗粒穿透气泡界面进入铁水的临界粒径越小，粉剂穿透比越大，分析认为，喷入铁水的气粉射流，在铁水阻力和卷吸作用下，气粉射流动量沿射流轴向递减，在射流末端气体前进速度减小至零，而包裹在气泡内的粉剂颗粒因密度大、气泡内阻力小，虽有动量减小，但仍保持一定的前进速度，当喷射初始速度足够大时，残留的动量可克服气泡壁面阻力进入铁水，实现气泡穿透。粉剂的停留时间主要与喷枪的插入深度和载气流量有关，深枪位操作有利于延长粉剂在熔池中的停留时间；分析认为，在铁水喷吹预处理熔池内，粉剂承受重力、浮力、液相粘性力等的综合作用，总体呈现上浮运动，因而，喷枪插入深度越深，粉剂颗粒上浮行程越长，停留时间也越长。

根据资料报道，实际生产中已部分采用了上述报道的相关技术，但由于实际生产中生产设备与生产工艺的固化，导致许多改善铁水喷吹预处理脱硫动力学条件的技术措施难以全面实施，影响了铁水喷吹预处理脱硫效率的进一步提高，例如：实际生产均已采取深枪位操作，再度增大则受铁水罐尺寸限制；搅拌能密度的提高，势必增加喷吹载气流量，引起铁水温降大，同时，还带来铁水喷溅的风险；相同喷吹流量条件下，喷枪多喷口结构因喷射速度要求限制，导致喷口直径小，同时，受脱硫剂气泡穿透比例要求的限制，脱硫剂颗粒最小直径不能太小，而受喷口喷射流畅的限制，脱硫剂颗粒最大直径不能太大，在这一矛盾的颗粒直径限制下，喷口数量也受到限制，为此，实际生产中的常见的喷枪为直通式单喷口喷枪和倒T形双喷口喷枪。

根据文献“决定铁水包铁水喷粉脱硫效率的三个基本参数，钢铁研究学报，2000年增刊”的研究结果，在喷吹脱硫操作工艺参数确定的条件下，影响决定铁水包铁水喷粉脱硫效率的三个基本参数的因素只有喷枪结构参数，由此可见，喷枪结构参数对铁水喷吹脱硫的至关重要。然而，目前实际生产中采用的喷枪结构对脱硫效率的贡献方面关注不够，基本延续常规应用的喷枪结构，结构形式较为简单，制约了铁水喷吹脱硫效率与脱硫技术经济指标的进一步改善，有必要进行铁水高效喷吹脱硫喷枪的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于铁水喷吹预处理的高性能喷枪，该喷枪具有喷枪结构简单、制备简便、脱硫剂气泡穿透比大、铁水中脱硫剂上浮行程长与扩散均匀、喷吹稳定、脱硫效率高等特点。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种用于铁水喷吹预处理的高性能喷枪，包括依次连接相通的连接段、枪身段、喷吹段，所述连接段包含连接法兰，所述喷枪内设置有喷枪主管，所述喷枪主管设置在连接法兰与喷枪底部封头之间，所述枪身段的喷枪主管的外壁依次设置有V型锚固件和耐火浇注料衬，所述枪身段和喷吹段之间设置有旋流扩散器，所述旋流扩散器包括依次连接相通的上圆台体、圆柱体和下倒圆台体，所述上圆台体与枪身段连通，所述下倒圆台体与喷吹段连通，所述喷枪主管与封头之间沿喷枪周向均匀开设2～4个喷口，且喷口位于喷吹段的侧壁上；所述下倒圆台体顶端至喷吹段底端端面处的外壁上倾斜布置有旋流片，且旋流片位于喷口上方。

进一步地，所述旋流片的轴线与喷枪轴线形成的倾斜夹角α为15～75°。

再进一步地，所述旋流片的截面呈梯形结构，其长底边面焊接在外壁上。

再进一步地，所述旋流片径向外表面包络圆直径与圆柱体外径相同，或旋流片径向外表面包络圆直径沿喷枪轴线向下由圆柱体外径逐渐缩小，直至在喷吹段底端端面处大于等于喷枪直径。

再进一步地，所述旋流片包括金属芯板；所述旋流扩散器由内至外依次为喷枪主管和回转体金属芯，所述金属芯板焊接在回转体金属芯和喷吹段喷枪主管的外壁上，所述金属芯板、回转体金属芯、封头和喷吹段喷枪主管外壁上依次设置有V型锚固件和耐火浇注料衬。

再进一步地，所述的喷口轴线与喷枪轴线夹角β为45～90°，且喷口与喷枪主管对中相通或偏心相通，偏心距e≤(D-d)/2，其中，D为喷枪主管5内径，d为喷口8内径。

本发明的有益效果在于：

本发明针对实际生产中存在的铁水喷吹预处理脱硫效率难以进一步提高的现实问题，具体的发明特点如下：

1)本发明的喷吹段旋流扩散器的设置以及在喷枪枪头沿喷枪周向均匀开设2～4个喷口的喷枪结构，增强喷射粉气射流对铁水熔池的搅拌强度，提高熔池的传质速度，同时，抑制喷射粉气泡流股的上浮，延长上浮行程和脱硫反应时间(脱硫剂停留时间)，达到提高熔池铁水脱硫效率、改善熔池铁水脱硫的均匀性、防止铁水回硫等目的。

2)本发明通过旋流扩散器由上圆台体、圆柱体、下倒圆台体与旋流片组成的结构设计；旋流片紧贴喷口上方倾斜布置，数量与喷口数量相等，厚度沿喷枪径向逐渐减小，旋流片径向外表面包络圆直径与圆台体外径相同，也可沿喷枪轴线向下由圆台体外径逐渐缩小，直至喷枪底部端面处大于等于喷枪直径，旋流片长度方向与喷枪轴向夹角α为15～75°；通过设计的旋流片结构及其与喷口相对应的布置方式，使粉气流股从喷口喷射出来时便受到旋流片的阻碍作用，迫使进入铁水的气泡破裂，释放气泡中的脱硫剂，同时，增大粉气射流的迟滞作用，迫使气泡喷射速度快速下降，提高了气泡射流轴向速度下降至零时的粉剂轴向速度，从而使小粒径脱硫粉剂能够穿透气泡壁面，大幅度提高脱硫剂的气泡穿透比例，增强了铁水喷吹预处理脱硫对小粒径脱硫剂的适应性；此外，在气泡受热膨胀与上浮膨胀过程中，通过旋流片厚度沿喷枪径向逐渐减小以及下倒圆台体的斜面阻碍与外推作用，促进气泡与脱硫剂的径向分散，扩展分散区域，强化熔池搅拌混合反应进程与均匀性；在旋流片长度方向与喷枪轴向夹角α为15～75°设计，迫使喷射上浮气泡与脱硫剂绕喷枪旋转上浮，一方面强化了喷吹粉气射流对熔池铁水的搅拌作用，同时，延长了气泡与脱硫剂的上浮行程，降低上浮速度，延长脱硫剂在铁水中停留时间，进一步扩展了脱硫反应区域、提高脱硫效率与熔池铁水脱硫的均匀性，防止铁水回硫。

3)本发明的喷口轴线与喷枪轴线夹角β为45～90°以及喷口与喷枪金属芯管对中相通或偏心相通的结构设计，保持了喷吹通道的畅通，对于偏心相通的结构，还可进一步强化旋流片与下倒圆台体的斜面对喷吹粉气射流的遏制、导向作用，进一步改善铁水喷吹预处理脱硫动力学条件。本发明上述改善动力学条件的积极效果在水模试验中得到了证实。

4)本发明通过旋流扩散器的上圆台体、圆柱体、下倒圆台体与喷枪同轴以及旋流片与上圆台体、圆柱体、下倒圆台体、喷枪喷吹段相连为一体的结构设计，有效地降低了喷枪形体变化带来的结构应力以及应力集中，提高喷枪抗破损能力；通过旋流扩散器由金属芯、V形锚固件和耐火浇注料衬构成的结构设计，其中，金属芯由回转体金属芯和旋流片金属芯板构成，通过焊接与喷枪金属枪芯管相连，V形锚固件在金属芯表面均匀分布焊接相连，耐火浇注料衬与喷枪枪衬整体浇注成型，提高喷枪的整体性，延缓喷枪破损进程，达到延长喷枪使用寿命的目的。其他结构与常规喷枪相同，从而保证了本发明喷枪与传统喷枪的互换性，可在不进行设备改造的条件下，满足了不同类型铁水喷吹脱硫工艺的使用要求。由于本发明可使小粒径脱硫剂实现气泡穿透，实现小粒径脱硫剂在铁水熔池的分散，对于铁水纯喷金属颗粒镁脱硫，可采用小粒径金属颗粒镁进行喷吹脱硫，大幅度减小了颗粒镁气化的镁蒸汽泡，避免镁蒸汽大气泡聚集、上浮、溢出带来的铁水喷溅以及镁蒸汽逃逸问题，提高喷吹稳定性，因而，在合理选择金属颗粒镁脱硫剂粒径范围的条件下，本发明可直接替代常规的铁水纯喷金属颗粒镁脱硫喷枪(气化室喷枪、单喷口直通式喷枪)，实现铁水稳定喷吹金属颗粒镁脱硫，从而，避免气化室喷枪的气化室内壁粘渣、单喷口直通式喷枪脱硫效率低等不足。

综上所述，本发明可在不进行任何改造的条件下，直接取代不同的铁水喷吹预处理工艺中常规喷枪应用，具有使用简便的特点；本发明喷枪结构仅在常规喷枪结构的基础上增设旋流扩散器、优化喷口数量与布置方式，因而，具有结构简单、制作方便、成本增加少等特点；本发明喷枪通过强化铁水喷吹预处理的三个关键动力学参数，显著改善铁水喷吹预处理动力学条件，达到提高喷吹预处理脱硫效率与脱硫剂反应利用率、缩短喷吹时间、增加脱硫设备生产能力等综合目的。

附图说明

图1为实施例1所述高性能喷枪的正视示意图；

图2为实施例4所述高性能喷枪的正视示意图；

图3为实施例7所述高性能喷枪的正视示意图；

图4为图1、3的仰视示意图；

图5为图2仰视示意图；

图6为图1的B-B剖面图；

图7为图2的B-B剖面图；

图8为图3的B-B剖面图；

图9为双喷口对中布置时A-A剖面示意图；

图10为双喷口偏心布置时A-A剖面示意图；

图11为三喷口对中布置时A-A剖面示意图。

图中，连接段1、连接法兰1.1、枪身段2、喷吹段3、旋流扩散器4

(上圆台体4.1、圆柱体4.2、下倒圆台体4.3)、喷枪主管5、V型锚固件6、

耐火浇注料衬7、喷口8、旋流片9、金属芯板9.1、封头10、

回转体金属芯11、喷枪枪衬12。

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、6和9所示，一种用于铁水喷吹预处理的高性能喷枪，包括依次连接相通的连接段1、枪身段2、喷吹段3，连接段1包含连接法兰1.1，喷枪内设置有喷枪主管5，喷枪主管5设置在连接法兰1.1与喷枪底部封头10之间，枪身段2、和喷吹段3之间设置有旋流扩散器4，旋流扩散器4包括依次连接相通的上圆台体4.1、圆柱体4.2和下倒圆台体4.3，上圆台体4.1与枪身段2连通，下倒圆台体4.3与喷吹段3连通，喷枪主管5与封头10之间沿喷枪周向均匀开设2个喷口8，且喷口8位于喷吹段3的侧壁上；两个喷口8轴线与喷枪轴线夹角β为90°，且两个喷口8与喷枪主管5对中相通；

下倒圆台体4.3顶端至喷吹段3底端端面处的外壁上倾斜布置有旋流片9，且旋流片9位于喷口8上方。

旋流片9径向外表面包络圆直径与圆柱体4.2外径相同，旋流片9包括金属芯板9.1；旋流扩散器4由内至外依次为喷枪主管5和回转体金属芯11，金属芯板9.1焊接在回转体金属芯11和喷吹段3喷枪主管5的外壁上。

制备喷枪时，金属芯板9.1、回转体金属芯11、封头10、喷吹段3和枪身段2的喷枪主管的喷枪主管5外壁上均匀焊接V型锚固件6；并在外壁上整体浇筑耐火浇注料衬得到喷枪枪衬11；浇筑完成后，金属芯板9.1、V型锚固件6和耐火浇注料衬7形成旋流片9，并且旋流片9、旋流扩散器4和喷吹段3形成整体结构；

旋流片9的轴线与喷枪轴线形成的倾斜夹角α为15～75°；旋流片9的截面呈梯形结构，其长底边面焊接在外壁上。

实施例2

如图1、4、6和10所示，本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：

两个喷口8与喷枪主管5偏心相通，偏心距为e＝XXXX～XXXX。0≤e≤(D-d)/2，其中，D为喷枪主管5内径，d为喷口8内径。

实施例3

如图1、4、6、11所示，本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：

喷口8为3个，三个喷口8与喷枪主管5对中相通。

实施例4

如图2、5、7和9所示，本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：

旋流片9径向外表面包络圆直径沿喷枪轴线向下由圆柱体4.2外径逐渐缩小，直至在喷枪底部端面处等于喷枪直径。

实施例5

如图2、5、7和10所示，本实施例与实施例4的结构基本相同，不同之处在于：

两个喷口8与喷枪主管5偏心相通，偏心距为e≤(D-d)/2，其中，D为喷枪主管5内径，d为喷口8内径。

实施例6

如图2、5、7和11所示，本实施例与实施例4的结构基本相同，不同之处在于：

喷口8为3个，三个喷口8与喷枪主管5对中相通。

实施例7

如图3、4、8和9所示，本实施例与实施例4的结构基本相同，不同之处在于：

旋流片9径向外表面包络圆直径沿喷枪轴线向下由圆柱体4.2外径逐渐缩小，直至在喷枪底部端面处大于喷枪直径；喷口8轴线与喷枪轴线夹角β为75°。

实施例8

如图3、4、8和10所示，本实施例与实施例7的结构基本相同，不同之处在于：

两个喷口8与喷枪主管5偏心相通，偏心距e≤(D-d)/2，其中，D为喷枪主管5内径，d为喷口8内径。

实施例9

如图3、4、8和11所示，本实施例与实施例7的结构基本相同，不同之处在于：

喷口8为3个，三个喷口8与喷枪主管5对中相通。

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)

1.一种用于铁水喷吹预处理的高性能喷枪，包括依次连接相通的连接段(1)、枪身段(2)、喷吹段(3)，所述连接段(1)包含连接法兰(1.1)，所述喷枪内设置有喷枪主管(5)，所述喷枪主管(5)设置在连接法兰(1.1)与喷枪底部封头(10)之间，所述枪身段(2)的喷枪主管(5)的外壁依次设置有V型锚固件(6)和耐火浇注料衬(7)，其特征在于：所述枪身段(2)和喷吹段(3)之间设置有旋流扩散器4，所述旋流扩散器4包括依次连接相通的上圆台体(4.1)、圆柱体(4.2)和下倒圆台体(4.3)，所述上圆台体(4.1)与枪身段(2)连通，所述下倒圆台体(4.3)与喷吹段(3)连通，所述喷枪主管(5)与封头(10)之间沿喷枪周向均匀开设2～4个喷口(8)，且喷口(8)位于喷吹段(3)的侧壁上；所述下倒圆台体(4.3)顶端至喷吹段(3)底端端面处的外壁上倾斜布置有旋流片(9)，且旋流片(9)位于喷口(8)上方。

2.根据权利要求1所述用于铁水喷吹预处理的高性能喷枪，其特征在于：所述旋流片(9)的轴线与喷枪轴线形成的倾斜夹角α为15～75°。

3.根据权利要求1或2所述用于铁水喷吹预处理的高性能喷枪，其特征在于：所述旋流片(9)的截面呈梯形结构，其长底边面焊接在外壁上。

4.根据权利要求3所述所述用于铁水喷吹预处理的高性能喷枪，其特征在于：所述旋流片(9)径向外表面包络圆直径与圆柱体(4.2)外径相同，或旋流片(9)径向外表面包络圆直径沿喷枪轴线向下由圆柱体(4.2)外径逐渐缩小，直至在喷吹段(3)底端端面处大于等于喷枪直径。

5.根据权利要求4所述用于铁水喷吹预处理的高性能喷枪，其特征在于：所述旋流片(9)包括金属芯板(9.1)；所述旋流扩散器(4)由内至外依次为喷枪主管(5)和回转体金属芯(11)，所述金属芯板(9.1)焊接在回转体金属芯(11)和喷吹段(3)喷枪主管(5)的外壁上，所述金属芯板(9.1)、回转体金属芯(11)、封头(10)和喷吹段(3)喷枪主管(5)外壁上依次设置有V型锚固件(6)和耐火浇注料衬(7)。

6.根据权利要求1或2所述用于铁水喷吹预处理的高性能喷枪，其特征在于：所述的喷口(8)轴线与喷枪轴线夹角β为45～90°，且喷口(8)与喷枪主管(5)对中相通或偏心相通，偏心距为e≤(D-d)/2，其中，D为喷枪主管5内径，d为喷口8内径。