CN113969347A - 一种喷嘴、喷吹结构及喷吹结构的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷嘴、喷吹结构及喷吹结构的控制方法，包括：顶板；用于对气体进行导向的导向板，与顶板配合形成具有喷吹口的喷吹腔，喷吹口为由顶板向导向板的方向导向的弧形喷吹口，导向板为由靠近顶板的一端向远离顶板的一端的方向渐扩的渐扩板；顶板远离导向板的一端为流线形导流面；扩散板与导向板远离顶板的一端圆滑连接，扩散板为由靠近导向板的一端向远离导向板的一端渐缩的渐缩板。将顶板的顶部设置为流线形导流面、喷吹口为朝向远离顶板的方向的弧形喷吹口、渐扩的导向板和渐缩的扩散板，消除了顶板外形造成的来流空气低速区、并对气体进行导向，保证了喷出的气体的流场轨迹，提高了喷吹的均匀性。

Description

一种喷嘴、喷吹结构及喷吹结构的控制方法

技术领域

本发明涉及冶炼的技术领域，特别涉及一种喷嘴、喷吹结构及喷吹结构的控制方法。

背景技术

烧结是我国钢铁冶炼主要的原料加工工艺，75％以上的高炉原料来源于烧结矿。但烧结是典型的高能耗、高污染行业，其能耗居钢铁工业第二位，污染负荷占钢铁工业的40％而居首位。随着环保要求的日益严格，研究和开发高能效低排放烧结清洁生产技术及其装备，对支撑我国钢铁工业产业升级、实现绿色可持续发展具有重大意义。

鉴于上述技术问题，提出了燃气喷吹和蒸汽喷吹强化烧结技术，这两种技术是现阶段较先进的烧结绿色化改造技术。

其中，燃气喷吹技术是通过在点火炉后往烧结料层表面喷入低于燃气爆炸浓度下限的燃气的方式用来代替烧结添加的部分焦粉，使燃气从料层表面进入烧结料层并在燃烧带上部附近燃烧。该技术可以有效降低整个生产工序中焦粉的使用量和污染物的排放量。此外，该技术还可有效避免烧结峰值温度过高，延长烧结高温保持时间，提高烧结矿质量。

蒸汽喷吹技术是在烧结料层表面喷入蒸汽，使得水蒸气穿过上部烧成矿后碰到燃烧带的焦粉而反应，利用水煤气反应起到强化焦粉燃烧的作用，使得燃烧更完全，提高了燃烧效率和烧结矿质量，减少了焦粉的使用量。为了进一步提高烧结效果，目前将蒸汽喷吹技术和燃气喷吹技术耦合在一起使用，并在耦合段将蒸汽和燃气耦合在一起再从喷嘴喷出。

目前现有喷嘴喷吹范围较小，为满足整个台车料面的喷吹需求，喷嘴管排设置较多，上部来流空气经过大量非流线外形的喷嘴管排后，导致其下部流场紊乱，严重影响喷出的燃气或蒸汽的流场轨迹，降低了喷吹均匀性。

因此，如何提供一种喷吹结构的喷嘴，提高喷吹的均匀性，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种喷吹结构的喷嘴，提高喷吹的均匀性。本发明的另一目的在于提供一种具有上述喷嘴的喷吹结构及喷吹结构的控制方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种喷吹结构的喷嘴，其包括：

顶板；

用于对气体进行导向的导向板，所述导向板与所述顶板配合形成具有喷吹口的喷吹腔，所述喷吹腔用于与燃气和/或蒸汽供应装置连通，所述喷吹口为由所述顶板向所述导向板的方向导向的弧形喷吹口，所述导向板为由靠近所述顶板的一端向远离所述顶板的一端的方向渐扩的渐扩板；

所述顶板远离所述导向板的一端为流线形导流面，所述流线形导流面用于对所述顶板远离所述导向板的方向吹来的气体进行导向；

扩散板，所述扩散板与所述导向板远离所述顶板的一端圆滑连接，且所述扩散板为由靠近所述导向板的一端向远离所述导向板的一端渐缩的渐缩板。

优选的，上述的喷嘴中，所述导向板与所述扩散板相连的一端设置有伸缩杆，所述伸缩杆的两端与所述导向板的端部相抵，用于调节所述导向板的渐扩角度A。

优选的，上述的喷嘴中，所述伸缩杆与所述扩散板固定连接，并且所述伸缩杆能够调节所述扩散板的渐缩角度C。

优选的，上述的喷嘴中，所述喷吹口距离料面的距离为H₁时，且对应的喷吹速度为v 时，可测得喷吹角B和扩散角D，喷吹范围宽度为L₂，

而喷嘴底端距离料面的距离H₂可通过下式计算得到：

H₃为相邻喷嘴的喷吹重合高度，由重合系数确定，H₃＝k*H₁，k一般为2％～10％；

可计算对应的渐扩角度A和渐缩角度C：

一种喷吹结构，包括喷嘴，其中，所述喷嘴为上述任一项所述的喷嘴。

优选的，上述的喷吹结构中，还包括：

喷吹总管，所述喷吹总管一端与所述燃气和/或蒸汽供应装置连通，所述喷吹总管上依次布置有总管流量调节阀和总管流量计；

喷吹支管，所述喷吹支管一端与所述喷吹总管通过金属软管(10)连接，所述喷吹支管的出口与所述喷嘴的喷吹腔连通，所述喷吹支管上布置有支管流量调节阀和支管流量计，所述喷吹支管与所述喷嘴一一对应。

优选的，上述的喷吹结构中，还包括：

堵管体，所述堵管体与所述喷嘴的两端连接；

连接杆，所述连接杆与所有所述喷嘴的所述堵管体相连；

用于调节所述喷嘴与料面之间距离的管排升降杆，所述连接杆与所述管排升降杆相连。

优选的，上述的喷吹结构中，还包括：

测距仪，所述测距仪用于检测所述喷嘴距离料面之间的距离，并控制所述管排升降杆移动。

一种喷吹结构的控制方法，其包括：

获取当前喷嘴的喷吹口到料面的距离H₁’；

获取喷嘴的喷吹流量和流速，并测得喷吹角B和扩散角D；

利用当前渐扩角度A’和渐缩角度C’计算得到当前的喷嘴的底端到料面的距离H₂’

根据测得的喷吹角B和扩散角D计算得到所需的渐扩角度A和渐缩角度C；

控制伸缩杆使导向板的喷吹角调节至所需的渐扩角度A，将扩散板夹角调节至所需的渐缩角度C；

重复上述步骤，直至渐扩角度A和渐缩角度C的实际值和计算值的差值小于ε，ε为1°～2°。

由以上技术方案可以看出，本发明所公开的一种喷吹结构的喷嘴，将顶板的顶部设置为流线形导流面、将喷吹口设置为朝向远离顶板的方向的弧形喷吹口、设置渐扩的导向板和渐缩的扩散板，消除了顶板外形造成的来流空气低速区、并对气体进行导向，保证了喷出的气体的流场轨迹，提高了喷吹的均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中公开的喷嘴的结构示意图；

图2为本发明实施例中公开的喷吹结构的主视图；

图3为本发明实施例中公开的喷吹结构的俯视图。

具体实施方式

有鉴于此，本发明的核心在于提供一种喷吹结构的喷嘴，提高喷吹的均匀性。本发明的核心的另一目的在于提供了一种具有上述喷嘴的喷吹结构及喷吹结构的控制方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1-图3所示，本发明公开了一种喷吹结构的喷嘴，其包括：顶板73、导向板74和扩散板76。其中，导向板74用于对由喷吹口71喷出的气体进行导向，导向板74与上述顶板73配合形成具有喷吹口71的喷吹腔72，具体地，导向板74的凹槽与顶板73的凹槽相配合形成喷吹腔72，为了实现喷吹，导向板74与顶板73配合后两者之间具有间隙，形成喷吹口71，具体的，为沿喷吹腔72的轴线方向延伸的喷吹口71，将应用康达效应的喷嘴核心结构设置为两侧长条形，扩大了喷吹范围，减少了整体料面2喷吹死角，提高了料面2喷吹浓度均匀性，在喷吹的同时起到了无叶风扇的效果。上述的喷吹腔72用于与燃气和/或蒸汽供应装置连通，喷吹口71为由顶板73向导向板74的方向导向的弧形喷吹口71，此外，该导向板74为由靠近顶板73的一端向远离顶板73的一端的方向渐扩的渐扩板，以实现对气体的导向。进一步的，顶板73远离导向板74的一端为流线形导流面，并且该流线形导流面用于对顶板73远离导向板74的方向吹来的气体进行导向，以防止喷嘴远离顶板73的方向流场紊乱。上述的扩散板76与导向板74远离顶板73的一端圆滑连接，且扩散板76为由靠近导向板74的一端向远离导向板74的一端渐缩的渐缩板。

本申请中将顶板73的顶部设置为流线形导流面、将喷吹口71设置为朝向远离顶板73 的方向的弧形喷吹口、设置渐扩的导向板74和渐缩的扩散板76，消除了顶板73外形造成的来流空气低速区、并对气体进行导向，保证了喷出的气体的流场轨迹，提高了喷吹的均匀性。

具体的实施例中，上述的导向板74与扩散板76相连的一端设置有伸缩杆75，并且伸缩杆75的两端与导向板74的端部相抵，用于调节导向板74的渐扩角度A。通过调节导向板74的渐扩角度A，可调节喷吹范围，并能够给气体进行导向，消除喷嘴下端低速区，并且在喷嘴高度变化时能够使得喷吹范围始终覆盖全部料面2。

进一步的，伸缩杆75与扩散板76固定连接，以实现伸缩杆75同时调节扩散板76的渐缩角度C和渐扩角度A，进一步提高喷吹的均匀性。

在上述技术方案的基础上，公开了具体的计算方式：

当喷吹口71距离料面2的距离为H₁时，且对应的喷吹速度为v时，可测得喷吹角B和扩散角D，喷吹范围宽度为L₂(可通过实验测得)，

而喷嘴7底端距离料面的距离H₂可通过下式计算得到：

H₃为相邻喷嘴的喷吹重合高度，由重合系数确定，H₃＝k*H₁，k一般为2％～10％；

可计算对应的渐扩角度A和渐缩角度C：

上述公开了各个参数之间的关系。

采用上述公开的喷嘴，在使用时：进入喷吹腔72的燃气和/或蒸汽，由于康达效应，沿着弧形的喷吹口71喷出，然后沿着导向板74引导的方向流动，在喷嘴尾部被尾部扩散板76导向。

由于导向板74有效扩大了喷吹范围，但渐扩角度A越大，喷嘴7下部低速区越大。由于康达效应，沿导向板74流动的燃气和/或蒸汽被尾部扩散板76导向，扩散至喷嘴7正下方，有效减少了因导向板74的渐扩角度A增大导致的喷嘴7下部燃气和/或蒸汽低速区，扩大了喷吹范围。

导向板74长度为L₄，可通过内部伸缩连杆75调节其渐扩角度A来控制燃气和/或蒸汽的喷吹角B。通过伸缩连杆75调节导向板74的渐扩角度A时，能联动调节尾部扩散板 76的渐缩角度C来控制燃气和/或蒸汽的扩散角D。导向板74和尾部扩散板76的连接处以及尾部扩散板76内部连接处都是用可动联锁装置连接。

上部来流空气经过流线型的顶板73导流后与喷吹口71喷出燃气和/或蒸汽混合，有效消除了顶板外形造成的来流空气低速区。

根据伯努利方程，喷吹口71喷出燃气和/或蒸汽由于流速快形成低压区吸引附近空气，提高了空气速度，加快了混合速度。

此外，本申请还公开了一种喷吹结构，包括喷嘴7，具体的该喷嘴7为上述实施例中公开的喷嘴7，因此，具有该喷嘴7的喷吹结构也具有上述所有技术效果，在此不再一一赘述。

具体的，该喷吹结构还包括：喷吹总管3和喷吹支管4。其中，喷吹总管3一端与燃气和/或蒸汽供应装置连通，喷吹总管3上依次布置有总管流量调节阀12和总管流量计11；喷吹支管4一端与喷吹总管3连接，喷吹支管4的出口与喷嘴7的喷吹腔72连通，喷吹支管4上布置有支管流量调节阀5和支管流量计6，并且喷吹支管4与喷嘴7一一对应。此处公开了一种喷吹结构的具体结构，在实际中，可根据不同的需要增加不同的部件，且均在保护范围内。

工作时，燃气或/和蒸汽从喷吹总管3进入，依次经过总管流量调节阀12、总管流量计11和金属软管10，再依次经过喷吹支管4上的支管流量调节阀5、支管流量计6，进入到喷嘴7的喷吹腔72，从喷吹口71喷出后进入料面2。

喷吹段喷吹量需求不同，通过各喷吹段的总管流量调节阀12和总管流量计11，自动调节总管流量满足不同喷吹段的喷吹量需求。通过支管流量调节阀5、支管流量计6，自动调节各支管流量，使得各支管流量相同。

优选的实施例中，上述的喷吹结构还包括：堵管体8、连接杆9和管排升降杆1。其中，堵管体8与喷嘴7的两端连接；连接杆9与所有喷嘴7的堵管体8相连；管排升降杆 1用于调节喷嘴7与料面2之间的距离，连接杆9与该管排升降杆1相连。通过管排升降杆1调节喷嘴7与料面2之间的距离，以保证喷吹到料面2的气体的均匀性。此处公开了一种调节喷嘴7与料面2之间距离的具体连接方式。

为了实现自动化控制，本申请中公开的喷吹结构，还包括测距仪13，其中，测距仪13用于检测喷嘴7到料面2之间的距离，并控制管排升降杆1移动。具体的，该测距仪 13获取喷嘴7的喷吹口71到料面2的距离，并根据需要调节管排升降杆1的驱动装置的启停以及转动方向。

另外，本申请还公开了一种喷吹结构的控制方法，其包括以下步骤：

步骤S1：获取当前喷嘴的喷吹口到料面的距离H₁’。

具体的，通过测距仪获取喷吹口到料面的距离。

步骤S2：获取喷嘴的喷吹流量和流速，并测得喷吹角B和扩散角D；

喷吹角B和扩散角D的参数可通过实验测得，为了提高效率，可将对应的喷吹流量和流速对应。

步骤S3：利用当前渐扩角度A’和渐缩角度C’计算得到当前的喷嘴的底端到料面的距离H₂’。

根据公式

计算得到。

步骤S4：根据测得的喷吹角B和扩散角D计算得到所需的渐扩角度A和渐缩角度C；

根据公式

计算得到。

步骤S5：控制伸缩杆使导向板的喷吹角调节至所需的渐扩角度A，将扩散板夹角调节至所需的渐缩角度C。

可通过人工控制或控制器控制。

步骤S6：重复上述步骤，直至渐扩角度A和渐缩角度C的实际值和计算值的差值小于ε，ε一般为1°～2°。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种喷吹结构的喷嘴，其特征在于，包括：

顶板(73)；

用于对气体进行导向的导向板(74)，所述导向板(74)与所述顶板(73)配合形成具有喷吹口(71)的喷吹腔(72)，所述喷吹腔(72)用于与燃气和/或蒸汽供应装置连通，所述喷吹口(71)为由所述顶板(73)向所述导向板(74)的方向导向的弧形喷吹口，所述导向板(74)为由靠近所述顶板(73)的一端向远离所述顶板(73)的一端的方向渐扩的渐扩板；

所述顶板(73)远离所述导向板(74)的一端为流线形导流面，所述流线形导流面用于对所述顶板(73)远离所述导向板(74)的方向吹来的气体进行导向；

扩散板(76)，所述扩散板(76)与所述导向板(74)远离所述顶板(73)的一端圆滑连接，且所述扩散板(76)为由靠近所述导向板(74)的一端向远离所述导向板(74)的一端渐缩的渐缩板。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述导向板(74)与所述扩散板(76)相连的一端设置有伸缩杆(75)，所述伸缩杆(75)的两端与所述导向板(74)的端部相抵，用于调节所述导向板(74)的渐扩角度A。

3.根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述伸缩杆(75)与所述扩散板(76)固定连接，并且所述伸缩杆(75)能够调节所述扩散板(76)的渐缩角度C。

4.根据权利要求3所述的喷嘴，其特征在于，所述喷吹口(71)距离料面(2)的距离为H₁时，且对应的喷吹速度为v时，可测得喷吹角B和扩散角D，喷吹范围宽度为L₂，

而喷嘴底端距离料面(2)的距离H₂可通过下式计算得到：

H₃为相邻喷嘴的喷吹重合高度，由重合系数确定，H₃＝k*H₁，k一般为2％～10％；

可计算对应的渐扩角度A和渐缩角度C：

5.一种喷吹结构，包括喷嘴，其特征在于，所述喷嘴为如权利要求1-4任一项所述的喷嘴。

6.根据权利要求5所述的喷吹结构，其特征在于，还包括：

喷吹总管(3)，所述喷吹总管(3)一端与所述燃气和/或蒸汽供应装置连通，所述喷吹总管(3)上依次布置有总管流量调节阀(12)和总管流量计(11)；

喷吹支管(4)，所述喷吹支管(4)一端与所述喷吹总管(3)通过金属软管(10)连接，所述喷吹支管(4)的出口与所述喷嘴(7)的喷吹腔(72)连通，所述喷吹支管(4)上布置有支管流量调节阀(5)和支管流量计(6)，所述喷吹支管(4)与所述喷嘴(7)一一对应。

7.根据权利要求6所述的喷吹结构，其特征在于，还包括：

堵管体(8)，所述堵管体(8)与所述喷嘴(7)的两端连接；

连接杆(9)，所述连接杆(9)与所有所述喷嘴(7)的所述堵管体(8)相连；

用于调节所述喷嘴(7)与料面(2)之间距离的管排升降杆(1)，所述连接杆(9)与所述管排升降杆(1)相连。

8.根据权利要求7所述的喷吹结构，其特征在于，还包括：

测距仪(13)，所述测距仪(13)用于检测所述喷嘴(7)距离料面(2)之间的距离，并控制所述管排升降杆(1)移动。

9.一种喷吹结构的控制方法，其特征在于，包括：

获取当前喷嘴的喷吹口到料面的距离H₁’；

获取喷嘴的喷吹流量和流速，并测得喷吹角B和扩散角D；

利用当前渐扩角度A’和渐缩角度C’计算得到当前的喷嘴的底端到料面的距离H₂’

根据测得的喷吹角B和扩散角D计算得到所需的渐扩角度A和渐缩角度C；

控制伸缩杆使导向板的喷吹角调节至所需的渐扩角度A，将扩散板夹角调节至所需的渐缩角度C；

重复上述步骤，直至渐扩角度A和渐缩角度C的实际值和计算值的差值小于ε，ε为1°～2°。

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