CN107034336B - 一种提高转炉溅渣效果的装置及方法 - Google Patents

一种提高转炉溅渣效果的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高转炉溅渣效果的装置，主要包括枪身和喷头，喷头固定于枪身的下端，并与枪身内管道相通；枪身内管道包括第一管道、第二管道、第三管道和第四管道，第一管道位于第二管道内，第二管道位于第三管道内，第三管道位于第四管道内；喷头内管道包括第五管道、第六管道、第七管道和第八管道，第五管道位于第六管道内，并与第一管道相连通；第六管道位于第七管道内，并与第二管道相连通；第七管道位于第八管道内，并与第三管道相连通；第八管道与第四管道相连通。同时，本发明还提供了一种提高转炉溅渣效果的方法。本发明的有益效果：在保证炉渣具有一定粘度的基础上，通过溅渣喷枪的摆动进行全方位的溅渣，从而实现转炉的长寿命。

Description

一种提高转炉溅渣效果的装置及方法
技术领域
本发明属于转炉溅渣护炉技术领域，特别涉及一种提高转炉溅渣效果的装置及方法。
背景技术
转炉溅渣护炉技术已应用到复吹转炉的炼钢工艺中，取得了较好的效果，保证了转炉的高炉龄。转炉溅渣护炉技术是转炉出钢后留下全部或部分的炉渣，使用氧枪向炉渣喷吹高压氮气，冲击炉渣，使炉渣飞溅到炉衬上，在炉衬表面形成一层抗侵蚀的保护层，达到保护炉衬的目的。
从溅渣护炉工艺上看，大多数钢厂采用溅渣和吹炼的喷枪是相同的，但这样会存在一些问题。例如，在正常吹炼时的氧枪，希望能够快速造渣以形成高碱度的炉渣，有利于铁水脱磷，因此，在氧枪设计及在保证使用压力的条件下，尽可能选取马赫数小一些，中心夹角大一些的设计参数，以保证化渣和脱磷；但在溅渣护炉方面，炉渣在溅渣冷却过程中，溅到炉衬上的高熔点相先粘结在炉衬面上，起到保护炉衬的作用，而对于氧枪喷头的要求，希望氧枪喷头的马赫数大一些，中心夹角小一点，出口速度大，冷却炉渣的能力强。因此，对于转炉溅渣和吹炼，在氧枪设计上的理念是完全不同的。
大多数钢厂在转炉吹炼结束后，全部留渣，这样做是为了保证溅渣的效果，希望把炉渣都溅到炉衬上。但吹炼氧枪由于设计的原因，要达到这个要求是很困难的，特别是炉役后期或对转炉下渣的要求，炉内残留部分的钢水，对于溅渣来说是非常困难的。另外，目前的氧枪溅渣时通过枪位来调节，溅渣的位置能难控制，有些位置溅不到。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种提高转炉溅渣效果的装置及方法，用以解决现有技术中溅渣不均匀的问题；本发明适合于全留渣转炉的溅渣工艺，本发明具有喷吹镁质材料和氮气的功能，在保证炉渣具有一定粘度的基础上，通过溅渣喷枪的摆动进行全方位的溅渣，从而实现转炉的长寿命。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种提高转炉溅渣效果的装置，主要包括枪身和喷头，所述喷头固定于所述枪身的下端，并与所述枪身内管道相通；所述枪身内管道包括第一管道、第二管道、第三管道和第四管道，所述第一管道位于所述第二管道内，所述第二管道位于所述第三管道内，所述第三管道位于所述第四管道内；所述喷头内管道包括第五管道、第六管道、第七管道和第八管道，所述第五管道位于所述第六管道内，并与所述第一管道相连通；所述第六管道位于所述第七管道内，并与所述第二管道相连通；所述第七管道位于所述第八管道内，并与所述第三管道相连通，作为进水管；所述第八管道与所述第四管道相连通，作为出水管。
本发明装置将枪身和喷头制成四层套管形式，方便单独将镁质材料和氮气均匀的喷入转炉中，以保证熔渣的粘度。
进一步的，所述第一管道内通入镁质材料和氮气；所述第一管道的马赫数为1.0～1.5。
本发明第一管道内通入镁质材料和氮气主要是用于喷吹镁质材料，通过氮气带动喷剂，保证喷剂的正常喷吹，由于是向熔渣中喷粉，因此希望喷孔的出口速度不要太快，将马赫数设置为1.0～1.5，能够保证喷吹镁质粉剂均匀铺撒在液态的熔渣上。
进一步的，所述第二管道用于通入氮气。
进一步的，所述喷头的第六管道的下端采用多孔拉瓦尔管喷嘴，所述多孔拉瓦尔管喷嘴分为收缩段和扩张段，所述多孔拉瓦尔管喷嘴上有3-6个孔，马赫数为2.1～2.5，所述多孔拉瓦尔管的喉口管径为30～40mm。
第六管道通入氮气的主要目的是降低熔渣的温度，使1600度左右的熔渣快速冷却；同时，保证溅渣效果；多孔拉瓦尔管喷嘴的出口速度等于马赫数乘以音速，马赫数越大，出口速度越大，有利于熔渣的降温。
进一步的，所述第七管道和第八管道的下端部相通。
进一步的，所述枪身的上端部通过摆动或旋转机构与横移装置相连。
优选地，所述枪身的上端部与横移装置的中心位置相连。
横移装置用来平移本发明装置，在横移装置的中心位置上安装摆动或旋转机构，从而实现吹炼时顶吹装置在直径为0.2～3.0m内自由摆动或主动摆动的动作；自由摆动是指受到高压气流的反作用力造成的自由摆动；主动摆动是指在旋转机构的作用，氧枪进行主动的摆动。
进一步的，所述枪身的摆动直径与熔池直径之比小于1.0。
一种提高转炉溅渣效果的方法，主要包括：
步骤1、转炉出钢后，将转炉渣全部留在炉内，将提高转炉溅渣效果的装置插入转炉中，开启循环水，开启枪身上部的摆动或旋转机构，使得枪身摆动或旋转；
步骤2、打开第一管道，由第一管道向转炉中吹入镁质材料和氮气进行调渣；
步骤3、关闭第一管道，打开第二管道，由第二管道向转炉中吹入氮气；
步骤4、关闭第二管道，关闭循环水，关闭摆动或旋转机构；
步骤5、取出装置，溅渣过程完毕。
本发明方法不仅能够保证转炉渣与镁质材料充分融合，提高炉渣的粘度和均匀性；同时能够保证溅到炉衬的熔渣均匀分布到炉衬上；本发明装置的冷却系统由进水管和出水管组成，装置插入转炉中就开启冷却系统，保证高速的氮气产生的摩擦热被循环的冷却水带走，降低吹氮气管道的温度。
进一步的，所述步骤1中，所述摆动装置保证枪身能够进行自由的摆动。
进一步的，所述步骤1中，所述喷头距熔渣的高度范围为0.4～1.5m。
喷头距熔渣0.4～0.8m的高度，能够保证熔渣溅到炉帽和炉身上方的位置；喷头距熔渣0.8～1.5m的高度，能够保证熔渣被溅到炉身下方的位置。
进一步的，所述步骤2中，吹入镁质材料和氮气的时间是0.5～1min，喷吹镁质材料的流量为10～700kg/min，压力为0.3～1.7Mpa。
本发明根据熔渣的粘稠程度，确定喷吹镁质材料的时间和喷吹量；熔渣较稀，加入的镁质材料较多，喷吹时间较长，反之，加入的镁质材料少，喷吹时间短，以保证熔渣的粘稠度。
进一步的，所述步骤3中，氮气的喷吹时间为2～4min，流量为3～6Nm3/t·min，压力为0.8～1.7Mpa。
进一步的，所述步骤2中，镁质材料为生白云石、轻烧白云石、镁质废弃砖或镁质耐火材料的一种或几种的混合物，所述镁质材料的粒径为0.2～5mm。
本发明选择粒径为0.2～5mm粒径的镁质材料，能够保证喷到熔渣的喷剂比较均匀且不被氮气流带到烟气中。
进一步的，所述镁质材料喷吹入转炉中后，转炉中氧化镁的质量百分数为10％～12％。
因为镁质材料是增加熔渣的氧化镁含量，保证在10～12％内，能够确保熔渣的粘度，以达到溅渣护炉的效果。
本发明有益效果如下：
(1)本发明装置采用独特的单孔喷吹镁质材料的喷嘴，保证镁质材料与炉渣充分融合，提高炉渣的粘度和均匀性；而在传统的溅渣工艺中，调渣时从料仓中加入白云石等材料，会导致白云石等材料与熔渣接触不充分，达不到与熔渣完全融合的目的；
(2)本发明采用高马赫数的喷孔，能够保证高压的氮气流，进而促进熔渣的快速冷却，与传统的溅渣氧枪相比，设计的马赫数在2.1～2.5，高于传统的溅渣氧枪，能够提高熔渣的冷却能力；
(3)本发明采用摆动机构来保证枪身的均匀摆动，能够保证溅到炉衬的熔渣均匀分布到炉衬上。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的特征和优点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
图1为本发明一种提高转炉溅渣效果的装置喷头的正视图；
图2为本发明一种提高转炉溅渣效果的装置喷头的俯视图；
图3为本发明一种提高转炉溅渣效果的装置的定向摆动示意图。
图中，1-第五套管，2-第六套管，3-第七套管，4-第八套管，5-摆动固定点，6-摆动装置。
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。
本发明一种提高转炉溅渣效果的装置，即高效转炉溅渣喷枪，本发明高效转炉溅渣喷枪与炼钢厂使用的氧枪整体结构是一致的，即由枪身和喷头组成，但本发明枪身内设置有四层套管，分别为第一管道、第二管道、第三管道和第四管道，这四层管道以套管的形式进行嵌套组装，第一管道位于枪身的中心，第二管道围绕在第一管道的外侧，第三管道围绕在第二管道的外侧，第四管道围绕在第三管道的外侧；
喷头位于枪身的下部，且枪身与喷头通过焊接方式进行连接，喷头内设置有四层套管，如图1、2所示，分别为第五管道1、第六管道2、第七管道3和第八管道4，其中，第五管道1位于中心，其上端与第一管道相连通；第六管道2围绕在第五管道1的外侧，其上端与第二管道相连通；第七管道3围绕在第六管道2的外侧，其上端与第三管道相连通；第八管道4围绕在第七管道3的外侧，其上端与第四管道相连通；第七管道3与第八管道4的下端部相通，保证冷却水管道内的循环运行；第六管道2的下端采用多孔拉瓦尔管作为喷嘴，多孔拉瓦尔管分为两段，即收缩段和扩张段；多孔拉瓦尔管的喉道管径为30～40mm，本发明多孔拉瓦尔管喷嘴上有5个孔，马赫数为2.3；
枪身的第一管道内通入镁质材料和氮气，管道直径为15～25mm，第一管道的通道是独立的，马赫数为1.3，保证喷吹的镁质粉剂均匀铺撒在液态的熔渣上；第二管道内通入氮气，保证炉渣的溅渣效果，同时能够降低熔渣的温度；第三管道为进水管，第四管道为出水管，在第三管道和第四管道的管道中通入冷却水，作为冷却介质，可降低喷枪枪身的温度。
本发明为了提高溅渣层在炉衬上的均匀分布，在喷枪枪身上端部与横移装置之间安装摆动或旋转机构，本实施例安装摆动装置6，如图3所示，摆动固定点5为枪身上端部与摆动或旋转机构的接触点，摆动装置6能够保证枪身以转炉中心轴为轴进行旋转。
本实施例所使用的横移装置为横移小车，摆动装置6能够实现吹炼时顶吹喷枪在直径为0.2～3.0m内自由摆动或主动摆动的动作；摆动直径与熔池直径之比在小于1.0范围内做自由摆动动作，保证溅渣均匀反射到炉衬上，从而提高溅渣层在炉衬上的均匀分布。
以高效溅渣装置用于500kg级转炉热模拟炉的溅渣为例，说明本发明在转炉出钢后的溅渣效果。
实施例1
在300kg级转炉热模拟试验炉，吹炼结束，倒掉钢水后，剩余熔渣20kg；成分为CaO42％，MgO 10.14％，SiO2 11.13％，TFe 14.04％，Al2O3 1.79％，MnO 3.3％。采用本发明高效溅渣装置，先通过喷枪的第一管道1向熔池的熔渣喷入白云石粉剂2kg，粒度为0.5mm，喷吹白云石粉剂的压力为0.8Mpa,流量为20kg/min，喷吹1min后关闭第一管道1的喷吹阀门，打开第二管道2，向熔池中吹入压力为0.8Mpa，流量为72Nm3/h的氮气，吹入氮气时间为3min，吹气时，高效溅渣装置通过旋转机构做顺时针360°的旋转，喷枪距熔渣的高度为0.5～1.4m，先高后低；整个喷吹过程中，循环水均处于开通状态。溅渣结束后，从肉眼观察看，溅上去的炉渣均匀地分布在炉壁上。
实施例2
在300kg级转炉热模拟试验炉，吹炼结束，倒掉钢水后，剩余熔渣28kg；成分为CaO36.33％，MgO 11.19％，SiO2 9.69％，TFe 19.44％，Al2O3 1.28％，MnO 3.42％。采用本发明高效溅渣装置，先通过喷枪的第一管道1向熔池的熔渣喷入轻烧白云石粉剂3kg，粒度为0.5mm，喷吹镁质材料的压力为0.7Mpa,流量为15kg/min，喷吹1min后关闭第一管道1的喷吹阀门，打开第二管道2，向熔池中吹入压力为1.1Mpa，流量为84Nm3/h的氮气，吹入氮气时间为3min，吹气时喷枪做顺时针360°的旋转，喷枪距熔渣的高度为0.5～1.4m，先高后低；整个喷吹过程中，循环水均处于开通状态。溅渣结束后，从肉眼观察看，溅上去的炉渣均匀地分布在炉壁上。
实施例3
在300kg级转炉热模拟试验炉，吹炼结束，倒掉钢水后，剩余熔渣28kg；成分为CaO42.12％，MgO 9.33％，SiO2 10.64％，TFe 15.23％，Al2O3 2.08％，MnO 3.22％。采用本发明高效溅渣装置，先通过喷枪的第一管道1向熔池的熔渣喷入废弃镁碳砖粉剂2kg，粒度为0.5mm，喷吹镁质材料的压力为0.85Mpa,流量为25kg/min，喷吹1min后关闭第一管道1的喷吹阀门，打开第二管道2，吹入压力为1.5Mpa，流量为90Nm3/h的氮气，吹入氮气的时间为4min，吹气时提高转炉渣效果的装置做顺时针360°的旋转；喷枪距熔渣的高度为0.5～1.4m，先高后低；整个喷吹过程中，循环水均处于开通状态。溅渣结束后，从肉眼观察看，溅上去的炉渣均匀地分布在炉壁上。
实施例4
在100t级工业用转炉中，因为剩余熔渣的量多，因此所喷吹镁质材料的流量为700kg/min。
综上所述，本发明提供了一种提高转炉溅渣效果的装置，本发明装置通过将氧枪设置为四层套管，将第一套管通入镁质材料和氮气，在保证炉渣具有一定粘度的基础上，通过溅渣喷枪的摆动进行全方位的溅渣，从而实现转炉的长寿命，同时，本发明提供了一种提高转炉溅渣效果的装置的使用方法，本方法保证溅渣均匀反射到炉衬上，从而提高溅渣层在炉衬上的均匀分布。
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)

1.一种提高转炉溅渣效果的装置，其特征在于，主要包括枪身和喷头，所述喷头固定于所述枪身的下端，并与所述枪身内管道相通；所述枪身内管道包括第一管道、第二管道、第三管道和第四管道，所述第一管道位于所述第二管道内，所述第二管道位于所述第三管道内，所述第三管道位于所述第四管道内；所述喷头内管道包括第五管道、第六管道、第七管道和第八管道，所述第五管道位于所述第六管道内，并与所述第一管道相连通；所述第六管道位于所述第七管道内，并与所述第二管道相连通；所述第七管道位于所述第八管道内，并与所述第三管道相连通，作为进水管；所述第八管道与所述第四管道相连通，作为出水管；
所述第一管道内通入镁质材料和氮气；所述第一管道的马赫数为1.0～1.5，所述第二管道用于通入氮气；
所述喷头的第六管道的下端采用多孔拉瓦尔管喷嘴；
所述枪身的上端部通过摆动或旋转机构与横移装置相连。
2.根据权利要求1所述的一种提高转炉溅渣效果的装置，其特征在于，所述多孔拉瓦尔管喷嘴分为收缩段和扩张段，所述多孔拉瓦尔管喷嘴上有3～6个孔，马赫数为2.1～2.5，所述多孔拉瓦尔管的喉口管径为30～40mm。
3.根据权利要求2所述的一种提高转炉溅渣效果的装置，其特征在于，所述枪身的摆动直径与熔池直径之比小于1.0。
4.采用权利要求1-3任一项所述的装置所实现的一种提高转炉溅渣效果的方法，其特征在于，主要包括：
步骤1、转炉出钢后，将转炉渣全部留在炉内，将提高转炉溅渣效果的装置插入转炉中，开启循环水，开启枪身上部的摆动或旋转机构，使得枪身摆动或旋转；
步骤2、打开第一管道，由第一管道向转炉中吹入镁质材料和氮气进行调渣；
步骤3、关闭第一管道，打开第二管道，由第二管道向转炉中吹入氮气；
步骤4、关闭第二管道，关闭循环水，关闭摆动或旋转机构；
步骤5、取出装置，溅渣过程完毕。
5.根据权利要求4所述的一种提高转炉溅渣效果的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述摆动装置保证枪身能够进行自由的摆动。
6.根据权利要求5所述的一种提高转炉溅渣效果的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述喷头距熔渣的高度范围为0.4～1.5m。
7.根据权利要求6所述的一种提高转炉溅渣效果的方法，其特征在于，所述步骤2中，吹入镁质材料和氮气的时间是0.5～1min，喷吹镁质材料的流量为10～700kg/min，压力为0.3～1.7MP a；所述步骤3中，氮气的喷吹时间为2～4min，流量为3～6Nm3/t·min，压力为0.8～1.7MP a。
8.根据权利要求7所述的一种提高转炉溅渣效果的方法，其特征在于，所述步骤2中，镁质材料为生白云石、轻烧白云石、镁质废弃砖或镁质耐火材料的一种或几种的混合物，所述镁质材料的粒径为0.2～5mm。
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