CN106065426B - 一种用于转炉底部供氧喷粉的底吹元件 - Google Patents

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Abstract

本发明属于喷射冶金技术领域，具体涉及一种用于转炉底部供氧喷粉的底吹元件。所述底吹元件由套管式底吹喷枪、用于实时监测炉底温度变化的埋入式热电偶、压力变送器、镁碳质耐火材料和炉底接口法兰组成；所述埋入式热电偶用于实时监测炉底温度变化，所述压力变送器安装在底吹喷枪粉气流接口处，用于实时监测粉气流接口处粉气流的压力；所述套管式底吹喷枪包括透气保护部件以及变径弯头，所述透气保护部件用于在所述变径弯头的外弧壁面形成气膜保护。本发明通过对底吹喷枪结构和尺寸的优化、枪管材质的调整和传感器的添加，有效提高底吹喷枪的使用效果，延长底吹元件的使用寿命，为转炉底部供氧喷粉工艺的高效、低成本实施提供重要支撑。

Description

一种用于转炉底部供氧喷粉的底吹元件
技术领域
本发明属于喷射冶金技术领域，具体涉及一种用于转炉底部供氧喷粉的底吹元件。
背景技术
转炉底部供氧喷粉工艺可以大幅强化转炉熔池搅拌效果，促进渣钢平衡，降低终点钢水碳氧积，改善转炉的脱磷和脱硫效率，从而降低转炉炼钢工艺的钢铁料消耗、造渣料消耗和脱氧合金消耗。
底吹元件是转炉底部供氧喷粉工艺的关键元件，通常采用双层套管结构，其中内层管喷吹粉气流，环缝喷吹冷却保护气体，材质通常选用铜管或者不锈钢管，但是铜管和不锈钢管的耐磨性均较差，且不锈钢的导热性差，不利于喷枪的冷却；如果底吹喷枪尺寸不合理，将导致气流以鼓泡形式进入转炉熔池，鼓泡产生的后坐力会增加底吹砖的侵蚀；常规底吹喷粉元件不具备测温和测压功能，无法实时获取底吹元件的工作状况，存在喷枪堵塞和漏钢的巨大风险；常规底吹喷粉元件的弯头部位受到高速粉气流的冲刷磨损，使用寿命短，磨损严重后只能更换整个底吹元件，造成维护和使用成本增加。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种用于转炉底部供氧喷粉的底吹元件，以满足转炉底部供氧喷粉工艺的需要，通过对底吹喷枪结构和尺寸的优化、枪管材质的调整和传感器的添加，有效提高底吹喷枪的使用效果，延长底吹元件的使用寿命，并且实现底吹元件和喷吹系统工作状态的实时监测，为转炉底部供氧喷粉工艺的高效、低成本实施提供重要支撑。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于转炉底部供氧喷粉的底吹元件，所述底吹元件由套管式的底吹喷枪、埋入式热电偶、压力变送器、镁碳质耐火材料和炉底接口法兰组成；所述埋入式热电偶用于实时监测炉底温度变化，所述压力变送器安装在所述底吹喷枪粉气流接口处，用于实时监测粉气流接口处粉气流的压力；所述底吹喷枪包括透气保护部件和变径弯头，所述透气保护部件用于在所述变径弯头的外弧壁面形成气膜保护。
进一步地，所述底吹喷枪还包括内层管、外层管、保护气接口、粉气流接口；
所述粉气流接口、所述变径弯头、和所述内层管依次连接，粉气流由粉气流接口经过变径弯头进入底吹喷枪内层管，由喷枪出口喷出；
所述内层管与外层管之间为一环缝，保护气由保护气接口进入内层管与外层管之间的环缝；
其中，所述底吹喷枪的内层管采用内镀陶瓷的铜管或连续纤维增韧碳化硅陶瓷；内镀陶瓷的铜管或连续纤维增韧碳化硅陶瓷兼具高导热性和高耐磨性。
进一步地，所述埋入式热电偶和所述压力变送器均采用无线传输方式传输数据；解决了转炉炉底布置电源线和数据线的麻烦。
进一步地，所述埋入式热电偶的温度测量范围为800～1600℃，控制所述埋入式热电偶埋置于底吹元件上表面下方70～300mm、且距离底吹喷枪外侧壁面20～150mm处。
进一步地，埋入式热电偶测得的温度数据通过无线温度变送器发送至主控计算机，主控计算机控制系统中的温度模型可根据埋入式热电偶实测数值测算炉底厚度和钢水温度，测算获得的炉底厚度和钢水温度能够作为判断炉底侵蚀程度的指标和转炉终点控制的参数。
进一步地，所述压力变送器为膜片式耐磨防堵结构，所述压力变送器测得的粉气流接口处粉气流的压力数据通过无线传输方式发送至主控计算机，控制系统根据压力变化及时判断底吹喷枪或输送管道是否发生堵塞，压力变送器和主控计算机的控制系统具备报警和联锁功能。
进一步地，所述透气保护部件由耐磨材质加工而成，所述透气保护部件的上壁面为变径弯头的外弧壁面；所述透气保护部件内部设有一定数量的毛细透气管，弥散气流在变径弯头的外弧壁面上形成气膜，减少粉料对壁面的直接冲刷磨损。
进一步地，所述透气保护部件为可拆卸结构，所述透气保护部件通过快速接头与底吹喷枪枪体连接；如果透气保护部件的上壁面磨损严重，可将该部件拆除更换，如果发生底吹喷枪堵塞或钢渣渗漏的情况，也可将该部件拆下，对底吹喷枪内层管进行疏通和清理。
进一步地，控制粉气流接口处的供气流量为500～3000Nm3/h；供粉流量为0～300kg/min，固气比为0～5；并控制粉气流喷入钢水熔池的喷吹压力为0.5～1.0MPa，底吹喷枪出口的马赫数为1.0，粉气流由转炉底部以临界音速喷入钢水熔池形成射流，避免鼓泡产生的后坐力损伤底吹元件。
本发明的有益技术效果：
本发明通过对底吹喷枪结构和对底吹喷枪供气流量、喷吹压力和喷吹速度的优化、枪管材质的调整和传感器的添加，有效提高底吹喷枪的使用效果，延长底吹元件的使用寿命，为转炉底部供氧喷粉工艺的高效、低成本实施提供重要支撑。
本发明的底吹元件适用于30～350吨的底部供氧喷粉转炉，比传统供氧喷粉底吹元件的使用寿命延长500炉以上，炉底侵蚀速率减缓25％以上。
附图说明
图1是本发明实施例1中所述一种用于转炉底部供氧喷粉的底吹元件结构示意图；
附图标记：1.底吹喷枪、2.埋入式热电偶、3.压力变送器、4.镁碳质耐火材料、5.炉底接口法兰、6.底吹喷枪的内层管、7.底吹喷枪的外层管、8.变径弯头、9.保护气接口、10.粉气流接口、11.透气保护部件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
一种用于转炉底部供氧喷粉的底吹元件，如图1所示：所述底吹元件由套管式底吹喷枪1、埋入式热电偶2、压力变送器3、镁碳质耐火材料4和炉底接口法兰5组成，其中套管式底吹喷枪1包含内层管6、外层管7、变径弯头8、保护气接口9、粉气流接口10、透气保护部件11。
所述底吹喷枪1长度为1米，底吹喷枪1的内层管6选用内镀陶瓷的紫铜管，尺寸为30*3mm，外层管7选用不锈钢无缝管，尺寸为36*2mm，粉气流入口尺寸为DN50，粉气流由粉气流接口10经过变径弯头8进入底吹喷枪1的内层管6，逐渐加速至临界音速由底吹喷枪出口喷出。
所述埋入式热电偶2选用铂铑13-铂热电偶，可在0～1200℃范围内长期使用，短期最高使用温度为1500℃，埋入式热电偶2埋置于底吹元件上表面下方75mm、距底吹喷枪外壁面25mm处，保护套管选用高铝质陶瓷，埋入式热电偶2测得的温度数据通过无线温度变送器发送至主控计算机，控制系统中的温度模型可根据热电偶实测数值测算炉底厚度和钢水温度，作为判断炉底侵蚀程度的指标和转炉终点控制的参数。
所述压力变送器3选用膜片式耐磨防堵压力变送器，测压范围为0～2.5MPa，安装在底吹喷枪的粉气流接口10处，压力数据通过无线传输方式发送至主控计算机，控制系统根据压力变化及时判断底吹喷枪或输送管道是否发生堵塞，具备报警和联锁功能。
所述透气保护部件11由马氏体不锈钢加工而成，其上壁面作为变径弯头的外弧壁面，内部设有10个内径为0.5mm的毛细透气管，弥散气流在变径弯头的外弧壁面上形成气膜，减少粉料对壁面的直接冲刷磨损；所述透气保护部件11为可拆卸结构，通过快速接头与底吹喷枪枪体连接，如果其上壁面磨损严重，可将该部件拆除更换，如果发生喷枪堵塞或钢渣渗漏的情况，也可将该部件拆下，对底吹喷枪内层管进行疏通和清理。
将本实施例所述底吹元件应用于120吨转炉，转炉底部安装有6支本实施例所述底吹元件，控制每个底吹元件喷吹氧气流量为20Nm3/min，喷吹钝化石灰粉流量为80kg/min，喷吹固气比为2.8，粉气流入口压力为0.7～0.9MPa，保护气流量为2Nm3/min，。
实施结果表明：120吨的底部供氧喷粉转炉使用本发明的底吹元件后，底吹元件的寿命平均为2300炉，炉底侵蚀速率减缓25％。
实施例2
一种用于转炉底部供氧喷粉的底吹元件，所述底吹元件由套管式底吹喷枪、埋入式热电偶、压力变送器、镁碳质耐火材料和炉底接口法兰组成，其中套管式底吹喷枪包含内层管、外层管、变径弯头、保护气接口、粉气流接口、透气保护部件。
所述底吹喷枪长度为1.3米，底吹喷枪的内层管选用连续纤维增韧的碳化硅陶瓷管，尺寸为38*4mm，外层管选用不锈钢无缝管，尺寸为45*2.5mm，粉气流入口尺寸为DN65，粉气流由粉气流接口经过变径弯头进入底吹喷枪内层管，逐渐加速至临界音速由喷枪出口喷出。
所述埋入式热电偶选用铂铑10-铂热电偶，可在0～1300℃范围内长期使用，短期最高使用温度为1600℃，热电偶埋置于底吹元件上表面下方150mm、距底吹喷枪外壁面80mm处，保护套管选用高铝质陶瓷，热电偶测得的温度数据通过无线温度变送器发送至主控计算机，控制系统中的温度模型可根据热电偶实测数值测算炉底厚度和钢水温度，作为判断炉底侵蚀程度的指标和转炉终点控制的参数。
所述压力变送器选用膜片式耐磨防堵压力变送器，测压范围为0～2.5MPa，安装在底吹喷枪的粉气流入口处，压力数据通过无线传输方式发送至主控计算机，控制系统根据压力变化及时判断喷枪或输送管道是否发生堵塞，具备报警和联锁功能。
所述透气保护部件由马氏体不锈钢加工而成，其上壁面作为变径弯头的外弧壁面，内部设有15个内径为1.0mm的毛细透气管，弥散气流在变径弯头的外弧壁面上形成气膜，减少粉料对壁面的直接冲刷磨损；所述透气保护部件为可拆卸结构，通过快速接头与底吹喷枪枪体连接，如果其上壁面磨损严重，可将该部件拆除更换，如果发生喷枪堵塞或钢渣渗漏的情况，也可将该部件拆下，对底吹喷枪内层管进行疏通和清理。
实施结果表明：300吨的底部供氧喷粉转炉使用本发明的底吹元件后，底吹元件的寿命平均为2500炉，炉底侵蚀速率减缓28％。
本发明应用于300吨转炉，转炉底部安装有8支本发明所述底吹元件，每个底吹元件喷吹氧气流量为35Nm3/min，喷吹钝化石灰粉流量为200kg/min，保护气流量为4Nm3/min，喷吹固气比为4.0，粉气流入口压力为0.8～1.0MPa。

Claims (5)

1.一种用于转炉底部供氧喷粉的底吹元件，其特征在于，所述底吹元件由套管式的底吹喷枪（1）、埋入式热电偶（2）、压力变送器（3）、镁碳质耐火材料（4）和炉底接口法兰（5）组成；所述埋入式热电偶（2）用于实时监测炉底温度变化，所述压力变送器（3）安装在所述底吹喷枪（1）粉气流接口（10）处，用于实时监测粉气流接口（10）处粉气流的压力，所述压力变送器（3）为膜片式耐磨防堵结构，所述压力变送器（3）测得的粉气流接口（10）处粉气流的压力数据通过无线传输方式发送至主控计算机，控制系统根据压力变化及时判断底吹喷枪或输送管道是否发生堵塞，压力变送器（3）和主控计算机的控制系统具备报警和联锁功能；埋入式热电偶（2）测得的温度数据通过无线温度变送器发送至主控计算机，主控计算机控制系统中的温度模型可根据埋入式热电偶实测数值测算炉底厚度和钢水温度，测算获得的炉底厚度和钢水温度能够作为判断炉底侵蚀程度的指标和转炉终点控制的参数；
所述底吹喷枪（1）包括透气保护部件（11）和变径弯头（8），所述透气保护部件（11）用于在所述变径弯头（8）的外弧壁面形成气膜保护，所述透气保护部件（11）由耐磨材质加工而成，所述透气保护部件（11）的上壁面为变径弯头（8）的外弧壁面；所述透气保护部件（11）内部设有一定数量的毛细透气管，弥散气流在变径弯头（8）的外弧壁面上形成气膜，所述透气保护部件（11）为可拆卸结构，所述透气保护部件通过快速接头与底吹喷枪（1）枪体连接。
2.根据权利要求1所述一种用于转炉底部供氧喷粉的底吹元件，其特征在于，所述底吹喷枪（1）还包括内层管（6）、外层管（7）、保护气接口（9）、粉气流接口（10）；
所述粉气流接口（10）、所述变径弯头（8）、和所述内层管（6）依次连接，粉气流由粉气流接口（10）经过变径弯头（8）进入底吹喷枪内层管（6），由底吹喷枪（1）出口喷出；
所述内层管（6）与外层管（7）之间为一环缝，保护气由保护气接口（9）进入内层管（6）与外层管（7）之间的环缝；
其中，所述底吹喷枪的内层管（6）采用内镀陶瓷的铜管或连续纤维增韧碳化硅陶瓷。
3.根据权利要求1所述一种用于转炉底部供氧喷粉的底吹元件，其特征在于，所述埋入式热电偶（2）和所述压力变送器（3）均采用无线传输方式传输数据。
4.根据权利要求1所述一种用于转炉底部供氧喷粉的底吹元件，其特征在于，所述埋入式热电偶（2）的温度测量范围为800~1600℃，控制所述埋入式热电偶（2）埋置于底吹元件上表面下方70~300mm、且距离底吹喷枪外侧壁面20~150mm处。
5.根据权利要求1所述一种用于转炉底部供氧喷粉的底吹元件，其特征在于，控制粉气流接口（10）处的供气流量为500~3000Nm3/h；供粉流量为0~300kg/min，固气比为0~5；并控制粉气流喷入钢水熔池的喷吹压力为0.5~1.0MPa，底吹喷枪出口的马赫数为1.0，粉气流由转炉底部以临界音速喷入钢水熔池形成射流，避免鼓泡产生的后坐力损伤底吹元件。
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