CN107723416B - 一种铁水包自转喷枪脱磷装置 - Google Patents

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Abstract

一种铁水包自转喷枪脱磷装置，属于铁水预处理技术领域。包括旋转接头、内壁耐磨钢管、推力轴承、密封盖、烟罩、喷粉枪、混合气体喷枪。喷粉枪和混合气体喷枪的喷孔轴线与喷枪轴线相交并分别呈夹角α和β。喷粉枪侵入式喷吹预熔脱磷剂，二氧化碳为载气；混合气体喷枪喷吹氧气和二氧化碳的混合气。在流体的反作用力下喷粉枪和混合气体喷枪可绕轨道中心自由转动。优点在于：不需要外力驱动，仅靠喷吹流体的反作用力实现喷枪的自由转动；可形成移动的脱磷点和火点，增加渣‑铁间反应面积，造渣快，提高了界面间反应速率，脱磷效果好；喷粉枪和吹气枪反复交换位置，脱磷渣利用率高，处理时间短，温降小，渣耗少，喷溅大大减弱。

Description

一种铁水包自转喷枪脱磷装置
技术领域
本发明属于铁水包脱磷预处理技术领域，提供了一种铁水包自转喷枪脱磷装置，适用于铁水脱磷预处理生产工艺。
背景技术
我国粗钢产量连续多年位居世界产量第一，但铁矿石的自给率仅50％，对进口矿的依存度高达52％。而我国鄂西、河北和四川等地储有大量的中高磷铁矿，因不能满足炼钢脱磷的技术要求尚未大量使用。为了降低钢铁生产成本，需要进一步扩大铁资源，研究开发中高磷铁水冶炼新工艺可以大量使用廉价的中高磷矿，具有明显的经济效益和战略意义。
随着钢铁企业对降低生产成本的意愿日趋强烈，在炼铁工序配加低价高磷铁矿石是降低成本的最佳选择。在高炉中配加高磷的铁矿石，转炉入炉铁水磷含量达到0.2％左右，甚至更高。对于转炉常规冶炼来说，目前转炉吹炼更适合于冶炼磷含量小于0.15％的铁水，对于冶炼磷含量大于0.2％的铁水。因此，研究开发新的预处理脱磷工艺，提高铁水的脱磷效率意义重大。常规预处理脱磷工艺处理时间长，搅拌强度小，温降大，渣量大，喷溅现象严重。《铁水脱硫/脱磷旋转喷枪》(2011104447114)及《一种带搅拌器的旋转喷枪》(2005200056003)等专利先后公开了如下类似技术：提供一种可提高铁水与喷吹介质的混合搅拌效果，改变载气上浮轨迹，提高脱硫或脱磷效率并使喷溅降低的铁水预处理旋转喷枪。但是这些喷枪都需要外力驱动，增加了驱动设备设计和维修费用，工业实践较难。因此，开发了新的铁水包脱磷喷枪装置，该装置具有无需外力可自由转动，而且转动速度随反应的剧烈程度变化，喷溅大大减弱；渣-铁反应效果好，处理时间短；处理温降小；吨铁渣耗少，脱磷率高等优点。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种铁水包自转喷枪脱磷装置，使铁水包脱磷预处理脱磷能力优化，可提高脱磷效率，还能起到减弱喷溅、降低处理温降和渣量的效果。
本发明的铁水包自转喷枪脱磷装置主要包括旋转接头1、内壁耐磨钢管2、推力轴承3、密封盖4、烟罩5、喷粉枪6、混合气体喷枪7。旋转接头1上端两路分别连接喷粉罐系统和混合气气源，下端两路分别连接与喷粉枪6和混合气体喷枪7等内径的内壁耐磨钢管；两支钢管的另一端分别连接喷粉枪6和混合气体喷枪7；喷粉枪6和混合气体喷枪7的上端侧面固定在推力轴承3上圈内侧，且固定位置相对于轴承圈圆心对称；推力轴承3的上圈上方按有密封盖4，防止烟尘外泄；推力轴承4的下圈固定在烟罩5平台上，并支撑着整个装置的重量；烟罩平台是固定的，且强度足够大，铁水包从烟罩平台的下方运送；喷粉枪和混合气体喷枪都为单孔喷枪，喷孔轴线与喷枪轴线相交并分别呈夹角α和β，其值分别为45～60度和14～24度。喷孔轴线与喷枪轴线组成的平面与喷枪的转动轨道圆相切且夹角α和β分别在喷粉枪和混合气体喷枪轴线组成平面的两侧。
喷吹时，喷粉枪和混合气体喷枪的喷头都受到喷吹流体的反作用力，作用力方向为沿转动轨道切线方向向上。此力可分解为水平沿转动轨道的切向力和沿枪体轴向向上的推力，且喷粉枪和喷气枪枪体所受的切向力都是顺(逆)时针。沿轴向向上的力可以克服部分枪体的重力，沿轨道切线方向的切向力可以克服推力轴承和旋转接头的摩擦力，使枪体在不受外力驱动的情况下沿转动轨道自由转动。
旋转接头2为双通路，一路通以二氧化碳为载气的脱磷剂，一路通氧气与二氧化碳的混合气体，在保证温降适宜的情况下尽量增大喷吹强度，特别是喷粉强度。因为喷吹强度增加，喷粉载气和喷吹混合气体自身的搅拌能变大，而且枪体所受的沿自转轨迹的切向力增大，枪体自转速度增加，喷粉枪对熔池的搅拌强度增加，整个熔池的动力学条件大大改善，脱磷率增高。旋转接头的密封为石墨-石墨密封，与常规的陶瓷-石墨密封相比摩擦阻力减小，枪体自转速度增加。为了提高喷粉系统的流畅度，脱磷剂的粒度要求小且均匀，粉气比要适当。
整套装置的重量都集中在推力轴承(3)上，其内径侧带有密封圈，可防止烟尘进入轴承；并且此轴承为滚子推力轴承，摩擦系数为0.001～0.0015之间。轴承内径近似认为是枪体自转半径，轴承内径与铁水包底径的比为d，d为0.2～0.3，此时喷枪系统的喷吹搅拌效果较好，熔池的动力学条件较优，并且熔体对铁水包耐火材料的侵蚀较弱。
喷粉枪6为耐火浇注料浇注成的一体结构，内部为不锈钢钢管，喷孔为拉瓦尔喷管，马赫数为1.2～1.6，喷孔出口处粉剂具有较大速度，脱磷剂在铁水内部停留时间较长，渣金反应效果好；混合气体喷枪7枪身为包裹耐火材料的不锈钢钢管，枪头为可拆卸的钼制喷头，喷孔为先收缩后扩张型的拉瓦尔喷管，马赫数为1.5～2.1。喷粉枪和混合气体喷枪均喷吹二氧化碳气体，二氧化碳起到搅拌熔池和冷却枪头的作用，因此该喷吹系统的喷粉枪和混合气体喷枪无需冷却系统。
本发明的优点在于：
1、本发明中喷吹枪体的转动是自由转动，不依靠任何外力，不需要任何驱动设备，仅靠喷吹流体的反作用力实现喷枪的自由转动，可形成移动的脱磷点和火点；这与其他旋转喷枪有本质区别。
2、喷枪在喷吹流体的同时在流体的反作用力的作用下自由转动，渣-金反应界面面积增大，熔池搅拌能增加，脱磷效率大大提高；处理时间短，温降小，渣耗少；由于喷粉枪和吹气枪的自由转动速度与反应剧烈程度正相关，而枪体的搅动减弱了能量在某一点的积聚，喷溅大大减弱。
3、喷粉枪与吹气枪反复交换位置，渣-金界面更新快，脱磷渣利用率高，渣耗减少，处理时间短，温降小。
4、喷枪的自由转动速度和熔池反应剧烈程度是呈正相关的，而喷枪的自转动反过来又减弱了能量在某一点的积聚，在很大程度上抑制了喷溅的发生，这与其他旋转喷枪有本质区别。
附图说明
图1为本发明装置的示意图。其中，旋转接头1、内壁耐磨钢管2、推力轴承3、密封盖4、烟罩5、喷粉枪6、混合气体喷枪7。
具体实施方式
本发明的铁水包自转喷枪脱磷装置主要包括旋转接头1、内壁耐磨钢管2、推力轴承3、密封盖4、烟罩5、喷粉枪6、混合气体喷枪7。旋转接头1上端两路分别连接喷粉罐系统和混合气气源，下端两路分别连接与喷粉枪6和混合气体喷枪7等内径的内壁耐磨钢管；两支钢管的另一端分别连接喷粉枪6和混合气体喷枪7；喷粉枪6和混合气体喷枪7的上端侧面固定在推力轴承3上圈内侧，且固定位置相对于轴承圈圆心对称；推力轴承3的上圈上方按有密封盖4，防止烟尘外泄；推力轴承4的下圈固定在烟罩5平台上，并支撑着整个装置的重量；烟罩平台是固定的，且强度足够大，铁水包从烟罩平台的下方运送；喷粉枪和混合气体喷枪都为单孔喷枪，喷孔轴线与喷枪轴线相交并分别呈夹角α和β，其值分别为45～60度和14～24度。喷孔轴线与喷枪轴线组成的平面与喷枪的转动轨道圆相切且夹角α和β分别在喷粉枪和混合气体喷枪轴线组成平面的两侧。
下面结合实施方式对本发明作进一步描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及到的脱磷剂统一描述如下，实施例中不再赘述：
石灰25～35wt％，轧钢皮32～42wt％，烧结尘24～34wt％，萤石3～5wt％，预熔后球磨机破碎至粒度80目。
实施例1：
100吨铁水包进行高磷铁水脱磷，铁水包内底径为2254mm，内顶径为2782mm，熔池液面深度为3095mm，净空850mm。喷枪自转轨迹半径为300mm，喷粉枪侵入深度为200～300mm，混合气体喷枪枪位600～800mm。喷粉枪喷吹强度为35～45kg/min，载气供气强度为0.24～0.28Nm3/min。混合气体喷枪的供气强度为0.8～1.2Nm3/min，CO2/O2＝4。处理时间为8～12min，最终铁水磷含量由1.05％降到0.5％，温降为55℃。
实施例2：
130吨铁水包进行高磷铁水脱磷，铁水包内底径为2748mm，内顶径为3092mm，熔池液面深度为2923mm，净空830mm。喷枪自转轨迹半径为360mm，喷粉枪侵入深度为210～280mm，混合气体喷枪枪位550～700mm。喷粉枪喷吹强度为48～52kg/min，载气供气强度为0.26～0.31Nm3/min。混合气体喷枪的供气强度为1.0～1.5Nm3/min，CO2/O2＝4。处理时间为9～15min，最终铁水磷含量由0.95％降到0.42％，温降为53℃。
实施例3：
100吨铁水包进行高磷铁水脱磷，铁水包内底径为2254mm，内顶径为2782mm，熔池液面深度为3090mm，净空855mm。喷枪自转轨迹半径为320mm，喷粉枪侵入深度为200～250mm，混合气体喷枪枪位600～700mm。喷粉枪喷吹强度为38～45kg/min，载气供气强度为0.24～0.28Nm3/min。混合气体喷枪的供气强度为0.8～1.2Nm3/min，CO2/O2＝3。处理时间为8～11min，最终铁水磷含量由1.03％降到0.56％，温降为48℃。
实施例4：
130吨铁水包进行高磷铁水脱磷，铁水包内底径为2748mm，内顶径为3092mm，熔池液面深度为2923mm，净空830mm。喷枪自转轨迹半径为380mm，喷粉枪侵入深度为180～240mm，混合气体喷枪枪位550～680mm。喷粉枪喷吹强度为48～52kg/min，载气供气强度为0.26～0.31Nm3/min。混合气体喷枪的供气强度为1.0～1.5Nm3/min，CO2/O2＝3。处理时间为9～13min，最终铁水磷含量由0.96％降到0.38％，温降为50℃。

Claims (4)

1.一种铁水包用自转喷枪脱磷装置，其特征在于：包括旋转接头(1)、内壁耐磨钢管(2)、推力轴承(3)、密封盖(4)、烟罩(5)、喷粉枪(6)、混合气体喷枪(7)；旋转接头(1)上端两路分别连接喷粉罐系统和混合气气源，下端两路分别连接与喷粉枪(6)和混合气体喷枪(7)等内径的内壁耐磨钢管；两支钢管的另一端分别连接喷粉枪(6)和混合气体喷枪(7)；喷粉枪(6)和混合气体喷枪(7)的上端侧面固定在推力轴承(3)上圈内侧，且固定位置相对于轴承圈圆心对称；推力轴承(3)的上圈上方按有密封盖(4)，防止烟尘外泄；推力轴承(3)的下圈固定在烟罩(5)平台上，并支撑着整个装置的重量；烟罩平台是固定的，且强度足够大，铁水包从烟罩平台的下方运送；喷粉枪(6)和混合气体喷枪(7)都为单孔喷枪，喷孔轴线与喷枪轴线相交并分别呈夹角α和β，其值分别为45～60度和14～24度；喷孔轴线与喷枪轴线组成的平面与喷枪的自转轨道圆相切且夹角α和β分别在喷粉枪(6)和混合气体喷枪(7)轴线组成平面的两侧；
喷吹时，喷粉枪和混合气体喷枪的喷头都受到喷吹流体的反作用力，作用力方向为沿转动轨道切线方向向上；此力可分解为水平沿转动轨道的切向力和沿枪体轴向向上的推力，且喷粉枪和气体喷枪的枪体所受的切向力都是顺或逆时针，沿轴向向上的力能克服部分枪体的重力，沿轨道切线方向的切向力能克服推力轴承和旋转接头的摩擦力，使枪体沿转动轨道在不受外力驱动的情况下自由转动。
2.按照权利要求1所述的自转喷枪脱磷装置，其特征在于：旋转接头(1)为双通路，一路通以二氧化碳为载气的脱磷剂，一路通氧气与二氧化碳的混合气体；旋转接头的密封为石墨-石墨密封，脱磷剂的粒度要求小且均匀。
3.按照权利要求1所述的自转喷枪脱磷装置，其特征在于：推力轴承(3)为带密封条的滚子推力轴承，它支撑着整个系统的重量；轴承内径近似是枪体自转半径，轴承内径与铁水包底径的比为d，d为0.2～0.3，此时喷枪系统的喷吹搅拌效果较好且包衬侵蚀较弱。
4.按照权利要求1所述的自转喷枪脱磷装置，其特征在于：喷粉枪(6)为耐火浇注料浇注成的一体结构，内部为不锈钢钢管，喷孔为拉瓦尔喷管，马赫数为1.2～1.6；混合气体喷枪(7)枪身为包裹耐火材料的不锈钢钢管，枪头为能拆卸的钼制喷头，喷孔为先收缩后扩张型的拉瓦尔喷管，马赫数为1.5～2.1；喷粉枪和混合气体喷枪均喷吹含CO2的混合气体，CO2起到搅拌熔池和冷却枪头的作用，因此该喷吹系统无需冷却系统。
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