CN105821176A - 一种电炉用斜锥面多孔炉门氧枪喷头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电炉用斜锥面多孔炉门氧枪喷头，其特征在于：所述氧枪喷头的前下端具有斜向下的斜锥面，在斜锥面上开设有至少2个喷孔，喷孔与氧枪喷头中心管孔相连通，所述中心管孔通入氧气；斜锥面的锥面中心线与所述氧枪喷头的喷头轴线夹角α范围在30～75°之间；各喷孔的中心线与所述锥面中心线的夹角β范围在8～25°之间。本发明可以在高铁水比的冶炼条件下，提高了熔池的脱碳、升温的速度，缩短了电炉冶炼时间；多孔喷头提高了供氧强度，降低渣中氧化铁含量，并且减少射流喷溅现象。

Description

一种电炉用斜锥面多孔炉门氧枪喷头
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，涉及一种高铁水比冶炼电炉的多孔炉门氧枪喷头。
背景技术
为提高电炉冶炼效率，降低冶炼成本，目前多数电炉采用铁水+废钢操作工艺。当采用高铁水比冶炼时，如铁水比70％(采用预热废钢30％)或80％(采用冷废钢20％)冶炼电耗接近为零(即不再或少量使用电极)，冶炼周期将缩短到45min以内。
电炉供氧是钢铁冶炼的主要方面，传统电炉供氧通常为炉壁氧枪和炉门氧枪两种供氧方式的组合，炉壁氧枪一般布置在电炉壁水冷块上，和熔池液面距离较远且喷吹角度大，往往形成“软吹”，较有利于化渣而不利于熔池脱碳，即使采用集束氧枪，也很难取得明显改善效果。炉门氧枪供氧效率高，熔池脱碳速度快，分为浸入式和水冷式氧枪供氧两种方法。浸入式氧枪将金属钢管插入电炉熔池吹氧，缺点是受管径限制供氧强度较低且氧枪烧损十分严重，即使采用耐火材料涂层等方法，也很难提高寿命；炉门水冷氧枪的结构是中心管通氧气，外部进行水冷，由炉门插入炉内通过图1所示的水冷超音速枪头向熔池吹氧，寿命较长。但射流出口速度为500m/s以上，受炉门高度限制很难将冲击到钢水面的速度降到50m/s以下，造成冲击界面大量金属飞溅，引发各种安全事故。为此必须降低出口氧气流量，减小喷孔尺寸。同时吹氧孔只能布置在枪头下方一侧，受位置限制很难设计为多孔喷头，一般多为单孔或者双孔。
为解决上述电炉供氧系统的缺点，适应高铁水比冶炼，最近有提出将电炉上部的电极系统取消，更换成与转炉相同的顶吹供氧系统，采用6孔水冷拉瓦尔氧枪向熔池供氧。这不但增加了供氧强度，而且能获得较高的脱碳速度，但是大量的变更电炉设备，增加更换电极和氧枪的工艺操作频次，很难在电炉上推广采用。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种电炉用斜锥面多孔炉门氧枪喷头，用以解决现有炉门供氧出口流速大，流量小的问题，对改善电炉供氧工艺提高高铁水比冶炼电炉的反应效率具有重要意义。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种电炉用斜锥面多孔炉门氧枪喷头，其特征在于：所述氧枪喷头的前下端具有一斜向下的斜锥面，在所述斜锥面上开设有两个以上喷孔，所述喷孔与氧枪喷头中心管孔相连通，所述中心管孔中通入氧气；
所述斜锥面的锥面中心线与所述氧枪喷头的喷头轴线夹角为30～75°之间；
各所述喷孔的中心线与所述锥面中心线的夹角在8～25°之间。
进一步地，所述喷孔采用拉瓦尔喷管式设计，出口马赫数控制在1.50～2.50。
进一步地，所述氧枪喷头上设置有冷却水通道，冷却水经过所述冷却水通道冷却所述氧枪喷头之后，返回至外部。
进一步地，所述冷却水循环通道通过在所述氧枪喷头实心体部位上开设进水腔、喷管间空隙、出水腔而形成，其中所述喷管间空隙同时连通进水腔和出水腔，所述喷管间空隙是在各个喷管间形成。
进一步地，所述进水腔和出水腔是在喷头实心体部位开设的两个环形空腔，两个空腔之间是由环形隔水挡板隔开。
进一步地，所述氧枪喷头的头部外形呈半球状。
进一步地，所述斜锥面设置在所述半球状外形的前下端。
进一步地，所述喷孔有3个以上，围绕所述斜锥面的中心布置。
本发明有益效果如下：1、本发明可以在高铁水比的冶炼条件下，提高了熔池的脱碳、升温的速度，缩短了电炉冶炼时间；2、本发明化渣迅速、吹炼平稳，提高了金属收得率；3、多孔喷头，提高了供氧强度，降低渣中氧化铁含量，并且避免流喷溅现象；4、促进了冶金反应进一步平衡，脱磷率、脱硫率提高。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
本发明的结构和内容通过以下文字和图例详细说明。
图1是传统水冷氧枪头的剖面图。
图2是电炉用斜锥面多孔炉门氧枪配置在电炉上的工作状态和原理示意图。
图3是本发明氧枪喷头的剖面图。
图4是本发明氧枪喷头端面外型示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
如图2所示，炉门氧枪置于旋转大臂上，可在从电炉炉门口伸入到炉内并且在执行机构驱动下可向上下、前后、左右方向进行运动，上下运动可调节吹氧高度，控制熔池化渣和脱碳；前后和左右运动可调节炉内吹氧点，达到均匀供氧的目的，如图中的位置一和位置二。
氧枪喷头1是本发明独特之处，氧枪喷头1布置在炉门氧枪端部，如图3所示是氧枪喷头1的基本结构，氧枪喷头1头部外形呈半球状，只是在球头的前下方铣削形成一个倾斜向下的斜锥面2，在斜锥面上开出几个喷孔，与氧枪喷头1的中心管孔相通，氧枪喷头1的中心管孔连接氧气管，外部的氧气由此管进入并从喷孔喷出。斜锥面2的锥面中心线3与喷头轴线4(也即中心管孔的中心线)夹角α控制在30～75°之间，如图中标注的45°。由于电炉氧枪是从炉门插进去的，枪体与钢液面基本平行，而氧气射流要与钢液面相交，所以射流与枪头中心需要有一个角度。多孔氧枪喷头喷孔围绕在斜锥面中心线周围，所以要求斜锥面中心线与喷头轴线4有一定夹角，这个角度是冶炼工艺的需要。
在斜锥面2上布置2个以上的喷孔，如图3中的第一喷孔5和第二喷孔6，各喷孔在斜锥面上采用对称布置或非对称布置方式均可，如图4所示为4个孔对称性布置。各个喷孔的中心线与锥面中心线3的夹角β控制在8～25°之间，如图中标注的15°，以保证各个喷孔喷出的射流不会发生互相干涉。氧气从中心管孔进入氧枪喷头1并从喷头的各喷孔喷出。
每个喷孔采用独立的拉瓦尔喷管式设计，出口马赫数控制在1.50～2.50。为避免氧气射流冲击熔池速度过大引起喷溅，应严格控制各孔氧气流量在最佳的范围内。现场发现单孔供氧强度在q＝0.25～0.4Nm3/t.min范围内时既能有效的供氧又能避免发生喷溅，因此通过增加喷孔数n的方式达到合理的供氧流量：Q＝60nqW(式中：Q为总供氧流量，Nm3/h；W为电炉公称吨位)。如100t电炉q取0.35Nm3/t.min，n＝4时炉门枪的供氧流量可达到8400Nm3/h，比现有炉门氧枪的供氧流量提高1.5倍。
如图3所示，由于氧枪喷头位置伸入炼炉内，温度很高，所以需要冷却，本发明中在氧枪喷头1上设置冷却水通道。所述冷却水通道通过在氧枪喷头1实心体部位上开设通水腔形成，包括进水腔7、喷管间空隙8、出水腔9，喷管间空隙8同时连通进水腔7和出水腔9，从而形成水道。进一步讲，进水腔7与出水腔9是在喷头实心体部位开设的两个环形空腔，两个空腔之间由环形隔水挡板10隔开，环形隔水挡板10也是实心体的一部分，进水腔7与出水腔9由环形隔水挡板10隔开而形成。喷管间空隙8是在各个喷孔间形成。冷却水通过进水腔7流入氧枪喷头，并经过喷管间空隙8返回至出水腔9，喷头内部有环形隔水挡板10，确保冷却水从喷孔之间的间隙流过，强化均匀冷却效果。
再如图2所示，每个炉门氧枪的每个喷孔冲击熔池表面呈非对称性，即每孔射流在熔池表面的冲击角度、冲击面积、冲击深度均不完全相同。利用这一特点可适当调节氧枪化渣和脱碳功能，通过优化各喷孔面积比以保证喷枪具有最佳的化渣能力，同时又能保证最佳的脱碳效果。
下面是一个实际操作的实施例：
电炉用斜锥面多孔炉门氧枪体现出了化渣快、喷溅少，同时也提高了脱碳速度，使用效果明显，并取得了很好的经济效益。试用如表1所示：
表1
以上厂家采用本发明一种电炉用斜锥面多孔炉门氧枪喷头后，获得了如下的明显技术、经济效益：
(1)在高铁水比的冶炼条件下，提高了熔池的降碳、提温的速度，提高了电炉冶炼时间缩短10-20％；
(2)化渣迅速、吹炼平稳，提高了金属收得率；
(3)提高了供氧强度，渣中氧化铁降低2-5％；
(4)促进了冶金反应进一步平衡，脱磷率、脱硫率提高了10％；
(5)吨钢效益可获效益2-5元/吨。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电炉用斜锥面多孔炉门氧枪喷头，其特征在于：所述氧枪喷头的前下端具有一斜向下的斜锥面，在所述斜锥面上开设有两个以上喷孔，所述喷孔与氧枪喷头中心管孔相连通，所述中心管孔中通入氧气；
所述斜锥面的锥面中心线与所述氧枪喷头的喷头轴线夹角α范围在30～75°之间；
各所述喷孔的中心线与所述锥面中心线的夹角β范围在8～25°之间。
2.根据权利要求1所述的电炉用斜锥面多孔炉门氧枪喷头，其特征在于：所述喷孔采用拉瓦尔喷管结构，出口马赫数控制在1.50～2.50。
3.根据权利要求1所述的电炉用斜锥面多孔炉门氧枪喷头，其特征在于：所述氧枪喷头上设置有冷却水通道，冷却水经过所述冷却水通道冷却所述氧枪喷头之后，返回至外部。
4.根据权利要求3所述的电炉用斜锥面多孔炉门氧枪喷头，其特征在于：所述冷却水循环通道通过在所述氧枪喷头实心体部位上开设进水腔、喷管间空隙、出水腔而形成，其中所述喷管间空隙同时连通进水腔和出水腔，所述喷管间空隙是在各个喷孔间形成。
5.根据权利要求4所述的电炉用斜锥面多孔炉门氧枪喷头，其特征在于：所述进水腔和出水腔是在喷头实心体部位开设的两个环形空腔，两个空腔之间是由环形隔水挡板隔开。
6.根据权利要求1所述的电炉用斜锥面多孔炉门氧枪喷头，其特征在于：所述氧枪喷头的头部外形呈半球状。
7.根据权利要求6所述的电炉用斜锥面多孔炉门氧枪喷头，其特征在于：所述斜锥面设置在所述半球状外形的前下端。
8.根据权利要求1所述的电炉用斜锥面多孔炉门氧枪喷头，其特征在于：所述喷孔有3个以上，围绕所述斜锥面的中心线布置。
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