CN108251596A - 一种固定式转炉出钢口双喷嘴结构 - Google Patents

一种固定式转炉出钢口双喷嘴结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种固定式转炉出钢口双喷嘴结构，属于转炉炼钢技术领域。该结构包括两个出钢口喷嘴、出钢口喷嘴连接外部的供粉气流系统，供粉气流系统包括供粉装置、粉气流输送旋转接头和粉气流分配器，上述各部分通过炉体输粉管道连接，出钢口喷嘴内腔结构分为稳定段、扩张段和导流段。出钢口喷嘴固定于转炉出钢口两侧炉体上，两个出钢口喷嘴对称于出钢口轴线，出钢口喷嘴与转炉保持一体，无需随转炉角度动态调整喷嘴角度，喷出的粉剂始终朝向钢流，使用更加便捷；出钢口喷嘴的特殊结构能够控制粉气流以环绕钢流的粉幕形式射出，包裹钢流与钢流良好混合，避免出钢过程钢液二次氧化及吸氮，提升脱氧效果，降低氮含量，提高钢材质量。

Description

一种固定式转炉出钢口双喷嘴结构
技术领域
本发明属于转炉炼钢技术领域，特别涉及一种固定式转炉出钢口双喷嘴结构。
背景技术
目前转炉炼钢通常采用顶吹超音速氧气射流和底吹惰性气体的冶炼方法，但炉内搅拌依然较弱，尤其在炉役后期，转炉底吹孔基本堵塞，仅依靠顶吹氧，炉内搅拌情况更差，导致冶炼终点钢水氧含量偏高。
近几年废钢比增大使得转炉终点温度不够，严重后吹进行升温，导致钢液过氧化严重，终点钢液氧含量较高，导致脱氧合金的消耗增加，钢水中夹杂物数量增多，且夹杂物脱除困难，既增加冶炼成本，也危害钢种质量。
目前，以碳粉为脱氧剂的脱氧方法不会增加钢中夹杂物，且成本低廉，但是传统的将袋装碳粉直接投入钢包内的方法易出现结坨现象及瞬间反应导致的钢水翻包事故，且碳含量不易控制，操作难度较大。
2016年公布了专利“一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧方法及系统”(专利号：ZL201610602812.2)，主要内容为：在冶炼的出钢过程中，根据冶炼终点钢液参数，结合精炼环节目标钢液预期参数，对所需脱氧粉剂的组成成分及各组分质量进行计算并完成在线配比，确定出钢过程喷粉脱氧工艺参数，采用喷枪直接向出钢钢流喷射载气-脱氧粉剂高速粉气流，实现出钢过程在线喷粉脱氧。其所述的脱氧方法可以应用于转炉出钢过程，但是其所述的喷射装置在转炉使用过程有缺陷之处，所以在转炉出钢过程需要特殊的喷嘴结构，原因如下：
(1)“一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧方法及系统”专利中所述喷枪及运动夹持机构安装于炉下，由于转炉工序较为复杂，转炉下方的炉坑两侧墙上安装有溜渣板，对炉下空间限制极大，无法布置运动夹持机构；且转炉是360度旋转的机构，易撞坏喷枪装置；再者，出钢过程转炉炉体及烟罩易掉落大块炉渣砸坏设备，所以不适合用于转炉。
(2)“一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧方法及系统”专利中所述直管式喷粉枪出口为管径缩小式的圆孔出口，其喷出的粉剂直接冲击钢流，易发生钢流分散现象，导致钢液二次氧化及吸氮现象严重，降低钢水质量，甚至氮含量超标致使钢种降判事故。
(3)“一种炼钢出钢过程在线喷粉脱氧方法及系统”专利中所述喷枪必须根据炉体角度通过运动夹持机构进行动态调整，而转炉在出钢过程从70度到92度一直处于动态出钢，现场情况给运动夹持机构的调整带来了很大的困难，易发生调整滞后，喷嘴喷出的粉剂不能喷向钢流，导致炉下粉剂四散，影响出钢工视线，最终出钢终点判定不准或无法出钢的事故。
发明内容
本发明为解决目前空间有限、设备易损坏、喷嘴结构导致的钢水质量低、动态调整滞后引起的无法出钢等问题，提供一种固定式转炉出钢口双喷嘴结构。
该结构包括两个出钢口喷嘴，出钢口喷嘴末端与出钢口轴线以10-30度角固定安装在转炉炉体的裙摆下部，出钢过程炉体摇动，喷出的粉剂始终朝向钢流，无需配合转炉动态调整喷嘴角度，使用快捷方便，在裙摆的保护下，出钢口喷粉装置不易被炉渣砸损；出钢口喷嘴与转炉炉体之间保持相对静止，两个出钢口喷嘴以出钢口轴线为对称；出钢口喷嘴通过炉体输粉管道接转炉外部的供粉气流系统，供粉气流系统包括供粉装置、粉气流输送旋转接头和粉气流分配器，供粉装置提供载气-粉剂均匀混合的粉气流；粉气流输送旋转接头将均匀混合的粉气流由转炉炉体以外输送至铺设在转炉炉体上的炉体输粉管道；出钢口喷嘴内部为出钢口喷嘴内腔，出钢口喷嘴内腔为圆管斜向下扩展0-40度，出钢口喷嘴内腔出口端为环绕钢流且朝向钢流中心轴的半弧形缝隙结构，两个出钢口喷嘴内腔形成的两个半弧形缝隙结构末端与出钢口外沿为同心圆，每个出钢口喷嘴内腔由入口端至出口端依次为稳定段、扩张段和导流段。
其中，稳定段为圆形直管，使炉体输粉管道输出的气流速度在此重新均匀分布，稳定段的入口端为快换接头，快换接头与炉体输粉管道相连接，稳定段的出口端连接扩张段。
扩张段由圆管开始以中心轴为对称，向两边扩展，且厚度均匀减小，扩展角α为0-40度，终端厚度为2-5mm，圆管在扩展的同时，斜向下光滑弯曲，扩张段终端与导流段无缝对接。
导流段由两条平行直线绕出钢口轴线旋转5-30度形成的两个半弧形平行曲面和垂直固定在平行曲面间的导流板组成，两条平行直线距离为两个平行曲面形成的缝隙厚度D，D＝2-5mm；两条平行直线的长度L为10-100mm，直线朝向出钢口中心轴线，导流板与出钢口中心轴线所成夹角γ为10-30度，导流板的方向均朝向钢流中心，导流板数量为2-20个，导流段的两端由导流板封闭。
出钢口喷嘴的入口为粉气流入口，粉气流由供粉气流系统产生，供粉气流系统的粉气流分配器和连接粉气流分配器的一个入口及两个出口的炉体输粉管道均固定于转炉炉体上，随转炉本体一同转动，与转炉炉体之间保持相对静止。
出钢口喷嘴的外部防护结构为弯曲扇形结构，外部防护结构材质为耐磨不锈钢。
粉气流分配器将一路粉气流均匀分配至两个出钢口喷嘴，出钢口喷嘴产生环绕式粉气流，在出钢过程中包裹钢流，使环绕式粉气流与钢流均匀混合。
出钢口喷嘴与转炉炉壳钢板的连接处有环形槽，该环形槽焊接在炉壳钢板上，出钢口喷嘴固定安装在环形槽中。
两个出钢口喷嘴以出钢口轴线为对称，喷出的粉剂对称冲向钢流，防止钢流因外力不均导致散开或改变走向。
该双喷嘴结构的出钢口喷嘴适用于30～350吨的转炉。
该结构的出钢口喷粉装置适用于喷吹碳粉、石灰粉、石灰石粉和萤石粉中的任意一种或者任意两种以上的混合物，粉剂粒度为200μm～2.0mm，载气为氩气或氮气。
在转炉冶炼过程中，该结构仅喷吹氩气作为保护气，在转炉出钢过程中，根据终点钢水成分及目标钢水成分，该装置利用所述的载气喷吹所述的粉剂。
该结构采用渗氮不锈钢、淬火不锈钢、耐磨不锈钢等耐磨材料制成。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，出钢口喷嘴及附属设备固定安装于转炉裙摆下方，解决了转炉下方的炉坑空间有限的问题；在裙摆的保护下，喷粉装置避免了被炉体上的炉渣落下砸坏；固定角度的出钢口喷嘴无需动态调整角度，喷出的粉剂始终朝向钢流，避免了喷嘴动态调整滞后引起粉气流不能与钢流结合而导致粉剂四散且无法出钢情况的发生；出钢口喷嘴的特殊结构，产生环绕式粉气流，在出钢过程中包裹钢流，使粉气流与钢流均匀混合，阻止了出钢过程钢液二次氧化及吸氮，应用于转炉出钢过程，钢中氧含量降低了200～600ppm，且氮含量比正常出钢时降低了10～30ppm。
附图说明
图1为本发明的固定式转炉出钢口双喷嘴结构整体示意图；
图2为本发明的转炉出钢过程出钢口处的剖面视图；
图3为本发明出钢口喷嘴内腔结构的三维视图；
图4为本发明出钢口喷嘴内腔结构的二维俯视图；
图5为本发明的出钢口喷嘴内腔结构的二维正视图。
其中：1-供粉装置；2-粉气流输送旋转接头；3-炉体输粉管道；4-粉气流分配器；5-出钢口喷嘴；6-出钢口；7-转炉；8-钢流；9-环绕式粉气流；10-出钢口喷嘴内腔；101-稳定段；102-扩张段；103-导流段；11-导流板；α-扩展角；β-收缩角；γ-导流板与出钢口中心轴夹角；e-直线一；f-直线二；D-缝隙厚度；L-直线长度。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种固定式转炉出钢口双喷嘴结构。
如图1和图2所示，该结构包括两个出钢口喷嘴5，出钢口喷嘴5末端与出钢口轴线以10-30度角固定安装在转炉7炉体的裙摆下部，出钢口喷嘴5与转炉7炉体之间保持相对静止，两个出钢口喷嘴5以出钢口6轴线为对称；出钢口喷嘴5通过炉体输粉管道3连接转炉7外部的供粉气流系统，供粉气流系统包括供粉装置1、粉气流输送旋转接头2和粉气流分配器4，如图3、图4和图5所示，出钢口喷嘴5内部为出钢口喷嘴内腔10，出钢口喷嘴内腔10为圆管斜向下扩展0-40度，出钢口喷嘴内腔10出口端为环绕钢流8且朝向钢流8中心轴的半弧形缝隙结构，两个出钢口喷嘴内腔10形成的两个半弧形缝隙结构末端与出钢口6外沿为同心圆，每个出钢口喷嘴内腔10由入口端至出口端依次为稳定段101、扩张段102和导流段103。
其中，稳定段101为圆形直管，使炉体输粉管道3输出的气流速度在此重新均匀分布，稳定段101的入口端为快换接头，快换接头与炉体输粉管道3相连接，稳定段101的出口端连接扩张段102。
扩张段102由圆管开始以中心轴为对称，向两边扩展，且厚度均匀减小，扩展角α为0-40度，终端厚度为2-5mm，扩张段102圆管在扩展的同时，斜向下光滑弯曲，扩张段102终端与导流段103无缝对接。
导流段103由两条平行直线(直线一e和直线二f)绕出钢口轴线旋转5-30度(即收缩角β)形成的两个半弧形平行曲面和垂直固定在平行曲面间的导流板11组成，两条平行直线距离为两个平行曲面形成的缝隙厚度D，D＝2-5mm；两条平行直线长度L为10-100mm，直线朝向出钢口6中心轴线，导流板与出钢口中心轴线所成夹角γ为10-30度，导流板11的方向均朝向钢流中心，导流板11数量为2-20个，导流段的两端由导流板11封闭。
转炉出钢过程喷粉全流程如图1所示，供粉装置1将载气氩气与脱氧粉剂碳粉均匀混合，并将粉气流输出，通过耐磨不锈钢输粉管道送粉气流输送旋转接头2，粉气流输送旋转接头2的出口端与固定在炉体上的不锈钢管道相连，管道的另一端与粉气流分配器4的入口相连，粉气流分配器4将来自输粉管道的一路粉气流等流量等压力分配至两个出钢口喷嘴5，最终粉气流从出钢口喷嘴5喷出。
两个出钢口喷嘴5，末端与出钢口轴线以10-30度角对称固定安装在转炉出钢口两侧，出钢口喷嘴随转炉本体一同转动，与转炉炉体之间保持相对静止，随转炉转动，出钢过程无需调整喷嘴角度位置，粉气流对称冲向钢液流股，方便快捷。
出钢口喷嘴5包含两个喷嘴，两个喷嘴对称于出钢口中心轴线。出钢口喷嘴的内腔结构使得粉气流从稳定段101进入后，在扩张段102开始扩展并向下与钢流成一定角度，通过导流段103，导流段选用10块导流板11，使扩展的粉气流方向朝向钢流，朝着钢流8的中心喷出，以环绕钢流的方式，与钢水流股混合并发生脱氧反应，同时阻断钢流与周围空气接触，抑制了钢水二次氧化及吸氮；
将本实施例所述出钢口喷粉系统应用于120吨转炉，控制每个出钢口喷嘴喷吹碳粉的流量为24kg/min，喷吹氩气流量为300Nm3/min，粉气流出口压力为2MPa，在转炉出钢10s后，开始进行喷粉操作，喷粉时间为2.5min。
实施结果表明：120吨转炉使用本发明的出钢口喷粉装置后，不影响正常的炼钢流程，喷粉装置安好无损，喷出的粉气流始终以环绕钢流的粉幕形式射向钢流，钢中氧含量降低350ppm，且氮含量比不使用本发明时降低了20ppm。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种固定式转炉出钢口双喷嘴结构，其特征在于：包括两个出钢口喷嘴(5)，出钢口喷嘴(5)末端与出钢口轴线以10-30度角固定安装在转炉(7)炉体的裙摆下部，出钢口喷嘴(5)与转炉(7)炉体之间保持相对静止，两个出钢口喷嘴(5)以出钢口(6)轴线为对称；出钢口喷嘴(5)通过炉体输粉管道(3)连接转炉(7)外部的供粉气流系统，供粉气流系统包括供粉装置(1)、粉气流输送旋转接头(2)和粉气流分配器(4)，出钢口喷嘴(5)内部为出钢口喷嘴内腔(10)，出钢口喷嘴内腔(10)为圆管斜向下扩展0-40度，出钢口喷嘴内腔(10)出口端为环绕钢流(8)且朝向钢流(8)中心轴的半弧形缝隙结构，两个出钢口喷嘴内腔(10)形成的两个半弧形缝隙结构末端与出钢口(6)外沿为同心圆，每个出钢口喷嘴内腔(10)由入口端至出口端依次为稳定段(101)、扩张段(102)和导流段(103)。
2.根据权利要求1所述的固定式转炉出钢口双喷嘴结构，其特征在于：所述稳定段(101)为圆形直管，使炉体输粉管道(3)输出的气流速度在此重新均匀分布，稳定段(101)的入口端为快换接头，快换接头与炉体输粉管道(3)相连接，稳定段(101)的出口端连接扩张段(102)。
3.根据权利要求1所述的固定式转炉出钢口双喷嘴结构，其特征在于：所述扩张段(102)由圆管开始以中心轴为对称，向两边扩展，且厚度均匀减小，扩展角α为0-40度，终端厚度为2-5mm，扩张段(102)圆管在扩展的同时，斜向下光滑弯曲，扩张段(102)终端与导流段(103)无缝对接。
4.根据权利要求1所述的固定式转炉出钢口双喷嘴结构，其特征在于：所述导流段(103)由两条平行直线绕出钢口轴线旋转5-30度形成的两个半弧形平行曲面和垂直固定在平行曲面间的导流板(11)组成，两条平行直线距离为两个平行曲面形成的缝隙厚度D，D＝2-5mm；两条平行直线长度L为10-100mm，直线朝向出钢口(6)中心轴线，导流板(11)与出钢口中心轴线所成夹角γ为10-30度，导流板(11)的方向均朝向钢流中心，导流板(11)数量为2-20个，导流段的两端由导流板(11)封闭。
5.根据权利要求1所述的固定式转炉出钢口双喷嘴结构，其特征在于：所述出钢口喷嘴(5)的入口为粉气流入口，粉气流由供粉气流系统产生，供粉气流系统的粉气流分配器(4)和连接粉气流分配器(4)的一个入口及两个出口的炉体输粉管道(3)均固定于转炉(7)炉体上，随转炉(7)本体一同转动，与转炉(7)炉体之间保持相对静止。
6.根据权利要求1所述的固定式转炉出钢口双喷嘴结构，其特征在于：所述出钢口喷嘴(5)的外部防护结构为弯曲扇形结构，外部防护结构材质为耐磨不锈钢。
7.根据权利要求1所述的固定式转炉出钢口双喷嘴结构，其特征在于：所述粉气流分配器(4)将一路粉气流均匀分配至两个出钢口喷嘴(5)，出钢口喷嘴(5)产生环绕式粉气流(9)，在出钢过程中包裹钢流(8)，使环绕式粉气流(9)与钢流(8)均匀混合。
8.根据权利要求1所述的固定式转炉出钢口双喷嘴结构，其特征在于：所述出钢口喷嘴(5)与转炉(7)炉壳钢板的连接处有环形槽，该环形槽焊接在炉壳钢板上，出钢口喷嘴(5)固定安装在环形槽中。
9.根据权利要求1所述的固定式转炉出钢口双喷嘴结构，其特征在于：该双喷嘴结构的出钢口喷嘴适用于30～350吨的转炉。
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