CN1183477A

CN1183477A - 电炉吹氧用喷枪

Info

Publication number: CN1183477A
Application number: CN96105559A
Authority: CN
Inventors: 冈本浩志; 高柴信元
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 1998-06-03
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: KR100208915B1; EP0725150B1; TW311621U; DE69607664D1; BR9600265A; KR960029746A; CN1046765C; DE69607664T2; EP0725150A1; US5788920A

Abstract

电弧炉吹氧用喷枪,该喷枪由在配备有上部电极的电弧炉侧壁上形成的操作口插入该电弧炉内,并配置在该电弧炉内的熔融金属的上方,在其前端部具备有向该熔融金属表面喷射氧气射流的喷嘴,其是由喷枪本体和喷枪头构成,在该喷枪本体内部中央形成氧气通路,在该氧气通路的外侧形成冷却水通路,该喷枪本体具备有直线状的水平部和由该水平部前端向上方倾斜并以直线状延伸的倾斜部喷枪头安装在该喷枪本体的前端,其端部弯向该熔融金属的表面,在该端部具有多个喷嘴。

Description

电炉吹氧用喷枪

本发明涉及为向用于金属材料熔化、熔融金属升温、精炼等的电炉中，特别是向使用铁水的电炉中吹氧的的喷枪。

作为电炉，公知是是直流电弧炉和交流电弧炉。前者是在装入炉内的金属材料的上方设置的上部电极和在炉底或侧壁等处设置的下部电极之间流过电流，以产生的电弧作为热源，进行金属的熔化、熔融金属的精炼等。另一方面，后者则是在上述金属材料上方设置的三根电极之间流过电流，以产生的电弧作为热源，进行金属材料的熔化、熔融金属的精炼等。

在这种电炉中，为促进金属材料的熔化，进行熔融金属的精炼等，一般要有喷枪向炉内的熔融金属中吹入氧气和粉末。

过去的喷枪，已知的例如有实开平2-38457号公报中所记载的喷枪。该喷枪31如图8所示那样，以直线形状形成，它搭载在自行台车32上，由配备有上部电极36的电炉33的侧壁插入炉内，在该喷枪31的前端部，形成一个吹入氧气用的喷嘴34。

但是，这种喷枪31通常使用直径40mm的小直径管。因而为将吹入氧气用的喷嘴34的喷嘴内背压(喷嘴出口侧的气体压力)维持在临界压力(喷嘴内压力/气氛压力＞1.89)，管内的氧气流量要变得极多，是不现实的，因此将喷嘴的内背压控制在临界压力以下，也就是说将喷嘴34的氧气喷射速度控制在音速以下。而由于氧气喷射速度为音速以下并且上述那样的喷嘴34的数目为一个，所以为提高氧的利用效率，将喷枪的前端部浸渍在熔融金属35中，将氧气射流喷射到熔融金属内。

但是，按这样将喷枪31的前端部浸渍在熔融金属35中时，由于熔融金属35的热量，会使喷枪31逐渐消耗。因此必须向自行台车32上供给新喷枪31，喷枪31的供给操作十分费事，同时供给的新喷枪31的费用也很在。此外，一旦喷枪31的前端受热弯曲造成氧气射流喷射到上方的状况时，还会产生炉壁耐受不住热负荷而导致炉壁损伤，使炉子的操作不能进行。

为解决这样的不利情况，特开平6-192718号公报中提出了水泠式喷枪。

如图9所示，该水泠式喷枪37以直线状形成，由电炉33的侧壁上设置的操作口39插入炉内，配置在熔金属35表面的上方。此外，在喷枪37的前端部，使用向熔融金属35的表面以超音速喷射氧气射流的渐扩形状的拉瓦尔喷管形的喷嘴38。如图10所示，所谓拉瓦尔喷管形喷嘴38，就是将断面形状作成渐扩的形状，使通常的直线形喷嘴和断面急剧扩大的喷喷不能达到的超音速氧气射流喷射成为可能。这样，水冷式喷枪37使用拉瓦尔喷管形的喷嘴38以超音速喷射氧气射流，籍此增大了向熔融金属35的供氧量。

换句话说，通过提高氧气的利用效率，由熔融金属35的上方位置进行氧气喷射，使喷枪37的前端部不浸渍在熔融金属35中，最终解决3上述的问题。

另一方面，即使在进行熔融金属精炼的转炉中，也在使用上述的水冷式喷枪。该水冷喷枪(图中被省略)从转炉的上部炉口部位插入，使用拉瓦尔喷管形的喷嘴，以500m/s以上的超音速向熔融金属喷射氧气射流。另外，由熔融金属表面到喷嘴的高度(以下称做喷枪高度)，按照使氧气射流到达熔融金属表面时的速度为50m/s以下而设定在2-4m的范围。这样使到达溶融金属表面时的速度成为50m/s以下，抑制氧气射流与熔融金属表面冲突时熔融金属和渣的飞溅。

可是，由于从喷嘴喷射出的氧气射流的流速与喷枪高度呈反比例衰减，所以已经知道提高喷枪高度是降低氧气射流到达熔融金属表面时的速度的有效手段。

但是在上述的水冷式喷枪37用于电炉33的场合，因为是由电炉33的侧壁的操作口39将直线状的喷枪37插入，所以要按照操作口39的大小来规定插入高度，从而与转炉相比，喷枪高度受到显著的限制。在此场合，或是象转炉那样将喷枪37由炉子上部插入，或是按图9中双点划线所示那样将喷枪37的整体向上方倾斜地插入来提高喷枪高度。但是，电炉33的高度为转炉的约1/2，固此无论如何也不可能达到转炉那样的喷枪高度，而且在前一方案中，因电炉33的上部设置有电极36，要将喷枪37由电炉33上部插入是困难的，在后一方案中，氧气射流与熔融金属35的冲突角度变小，因此即使熔融金属35或渣向上方的飞溅量减低，向炉侧壁的飞溅也会增大。

因而，在将直线状喷枪37用于电炉的场合，喷枪高度受到显著限制，尽管氧气由喷嘴38的喷射速度具有与转炉场合大约同等的500m/s以上，但到达熔融金属表面时的速度则变成100m/s以上。因此氧气射流给予熔融金属35表面的冲击能量与转炉的场合相比，在局部要大得多。其结果是该冲击能量作为搅拌力和剪切力作用于熔融金属和渣，产生使粒状化的该熔融金属和渣大量飞溅的不利情况。

而且，飞溅的熔融金属和渣一旦附着在电炉内的炉壁或排气用弯管上时，导致电极和炉盖短路，流过大电流，结果使炉盖烧损，或是覆盖炉侧壁的水冷箱的水冷管道发生漏水，或是电极插入部(小炉顶)的寿命降低或是附着在炉盖上的金属块落入熔融金属中使熔融金属的温度降低，或是碳量不符要求等种种弊端。

本发明的目的就是为消除上述的缺点，提供一种电炉吹氧用喷枪，在向炉内的熔融金属吹氧操作时，可不必供给新的喷枪，而且能良好地抑制熔融金属和渣的飞溅。

为了达到上述目的，本发明提供了一种电弧炉吹氧用的喷枪，该喷枪由配备有上部电极的电炉的侧壁上形成的操作口插入该电弧炉内，并配置在该电弧炉内熔融金属的上方，在其前端部具有向该熔融金属表面喷射氧气射流的喷嘴，其特征在于，它由喷枪主体和喷枪头构成，在喷枪主体的内部中央形成氧气通路，在该氧气通路的外侧形成冷却水通路，该主体具有直线状的水平部分和从该水平部分的前端向上方倾斜，呈直线状伸出的倾斜部分，上述喷枪头安装在喷枪主体的顶端，其端部向着熔融金属的表面，并且其端部配备有多个喷嘴。

本发明的结构及其变型从以下详细说明中定可明了。

图1是显示将本发明一个实施例的吹氧用喷枪配置在电炉上的状态的概略侧剖面图。

图2是图1局部放大图。

图3是图2的平面图。

图4是本发明吹氧用喷枪的剖面图。

图5是由图4中箭头Y方向的视图。

图6是本发明另一实施例的吹氧用喷枪的剖面图。

图7是本发明又一实施例的吹氧用喷枪的剖面图。

图8是用于说明过去的吹氧用喷枪的示意图。

图9是用于说明过去的另一种吹氧用喷枪的示意图。

图10是图9的吹氧用喷枪前端部的剖面图。

在权利要求1的发明中，使喷枪插入电炉内的部份向上方倾斜延伸，将前端部配置在向操作口插入方向的延长线的上方，使氧气射流对熔融金属的冲击角度不象过去那样小，从而可以提高喷枪高度，由高的位置进行氧气射流喷射。

在权利要求2和3的发明中，即使喷嘴内背压在临界压力以上，也可以通过采用喷射速度顶多只能达到音速的直线形喷嘴和调整小直径部(喉径)与大直径部(出口直经)之比和喷咀内背压，可使氧气射流的喷射速度设定在音速以下任意速度的断面急剧扩大的喷嘴，由高的位置向熔融金属表面喷射音速以下的氧气射流，籍此使氧气射流到达熔融金属表面时的速度减缓，使得给予熔融金属表的冲击能量变小。

在权利要求4的发明中，采用断面急剧扩大的喷嘴和直线形喷嘴各1个以上构成，以弥补因喷射速度在音速以下而产生的向熔融金属供氧量的不足，使氧气与熔融金属高效反应，同时，通过形成多个该喷嘴和提高喷枪高度，将氧气射流大范围地喷射到熔融金属表面，使氧气射流在熔融金属表面上的冲击面积增大，从而使每单位面积的冲击能量变小。

在权利要求5的发明中，在喷枪前端部形成的多个喷嘴内，在离熔融金属表面较近的一侧配置的喷嘴，因所喷射的氧气射流到达熔融金属表面的速度衰减较小，所以到达熔融金属表面时的速度比由较远一侧的喷嘴喷射的氧气射流要大，使熔融金属等易于飞溅。因此，通过使离熔融金属表面较近一侧的喷嘴外径比较远一侧喷嘴的外经大，以调整喷射速度，使其减缓，使得由各个喷嘴喷射的氧气射流到达熔融金属表面时的速度均等。

在权利要求6的发明中，在喷枪前端部形成的多个喷嘴内，离熔融金属表面较近一侧配置的喷嘴，因所喷射的氧气射流到达熔融金属表面的速度衰减较小，所以到达熔融金属表面时的速度比由较远一侧喷嘴喷射的氧气射流要大，使熔融金属等易于飞溅。因此，通过将离熔融金属表面较近一侧的喷嘴采用可设定为音速以下任意喷射速度的断面急剧扩大的喷嘴，调整断面急剧扩大喷嘴的喷射速度，使其比直线形喷嘴的喷射速度小，从而使由各喷嘴喷射的氧气射流到达熔融金属表面的速度均等。

实施例

以下参照图1-图7说明本发明的一个实施例。图1是将本发明一个实施例的吹氧用喷枪配置在电炉上的状态的概略剖面图，图2是图1的局部放大图，图3是图2的平面图，图4、图6和图7是吹氧用喷枪的剖面图，图5是由图4中箭头Y方向的视图。另外，本实施例中的电炉采用使用铁水的直流电弧炉。

首先参照图1对直流电弧炉1(以下简称为电弧炉)进行说明。符号2是由耐火材料构成的炉体，3是覆盖炉体2侧壁4的水冷箱，5是设置在炉体2上部的炉盖，6是由炉盖5中心部通过小炉顶7插入电弧炉1内并能自由升降的上部电极。在上部电极6和安装在炉体2的炉底8算上的下部电极(图中未示出)之间流过直流电流，使上部电极6产生电弧，以该电弧作为热源，进行装入电弧炉1内的废钢的熔化，熔融金属9的精炼的铁水的升温等。

此外，为了进行熔融金属9的辅助加热、精炼和铁水的辅助加热，如图2和图3所示，吹入粉末物料用的喷枪和2根水冷式吹氧用喷枪12a、12b分别由炉体2的侧壁4上形成的操作口10插入电弧炉1内。通过驱动装置(图中未示出)可以调整各喷枪11、12a和12b在电炉1内的位置和向电弧炉1中进退移动。

其次，参照图2-图5说明本发明一个实施例的吹氧用喷枪12a，12b。另外，如图3所示，水冷式吹氧用喷枪12a、12b除了是在水平方向相互对称配置这一点之外，其结构是相同的，因此反对水冷式吹氧用喷枪12a进行说明。

如图2和图3所示，吹氧用喷枪12a具有由操作口10插入电炉1内的喷枪本体13和设在该喷枪本体13前端部的喷枪头14。

喷枪本体13具有按大致水平方向由操作口10插入电炉1内的直线状的水平部份15，和由该水平部15的前端向上方倾斜并以直线状延伸的倾斜部份16。如图4所示，在喷枪主体13的内部中央形成氧气通路17，在该氧气通路17的外侧形成冷却水通路18。喷枪头14连接在喷枪主体14的倾斜部份16的前端。

如图2和图4所示，喷枪头14由倾斜部份16的前端向下方弯曲伸出，并使其前端面对着侧壁4和上部电极6之间的熔融金属9的表面(参照图3)。在喷枪头14的内部，与喷枪主体13相对应地形成氧气通路19和冷却水通路20。另外，如图2所示，喷枪头14的最前端部配置在水平部份15的轴线延长线X，(向操作口插入方向的延长线)的上方，这样既使氧气射流25对熔融金属9的冲击角不象过去那样小，又提高了喷枪高度。此外使在电炉1内喷枪12a的位置调整范围扩大，达到了调整喷枪高度时自由度的提高。在喷枪头14的前端面上，形成四个断面急剧扩大的喷嘴21。

如图4所示，断面急剧扩大的喷嘴21，在氧气流入侧和氧气流出侧分别形成小直径部22和大直径部23。并且，通过调整小直径部(喉径)22和大直径部(出口直径)23之比和喷嘴内背压，就可将氧气射流25的喷射速度设定在音速以下的任意速度。

在本实施例中，如图5所示，在喷枪头14的前端面上，形成四个断面急剧扩大的喷嘴21，在下侧，即离熔融金属9表面较近一侧的面上和上侧，即离熔融金属9表面较远的一侧的面上，分别按横方向相互离开的方式有两个喷嘴。此外，以各断面急剧扩大喷嘴21指向方向的延长线到达侧壁4和上部电极6之间的熔融金属表面那样配置，以使由断面急剧扩大喷嘴21喷射的氧气射流25不直接射中上部电极6。

另外，在喷枪前端部形成的多个断面急剧扩大喷嘴21内，使离熔融金属表面较近一侧的喷嘴21的外径比较远一侧喷嘴21的外径大，以调整喷射速度，使之减缓，使由各喷嘴21喷射的氧气射流25到达熔融金属表面时的速度均等。

在此作为在喷枪头14前端的上述断面急剧扩大喷嘴21的替代物，也可使用图6所示的直线喷嘴24。

如图6所示，直线形喷嘴24按由一个端部到另一端部的断面形状相同的方式构成，即使喷嘴内背压为临界压力以上，喷射速度顶多也只能达到音速。使各直线喷嘴24的指向方向的延长线到达侧壁4和上部电极6之间的熔融金属表面，以使由直线喷嘴24喷射的氧气射流25不会直接射中上部电极6。另外，在多个直线喷嘴24中，使离熔融金属表面较近一侧的喷嘴外径比较远一侧喷嘴的外径大。

如图7所示，在喷枪头14的前端，也可同时使用上述的断面急剧扩大喷嘴21和直线喷嘴24。在此场合，例如在喷枪头14的前端面中，在下侧、即离熔融金属表面较近一侧的面上，沿横方向相互离开地形成两个断面急剧扩大的喷嘴21，在上侧，即离熔融金属表面较近的一侧的面上，沿横方向相互离开地形成两个直线喷嘴24。此外，使断面急剧扩大喷嘴21和直线喷嘴24的指向方向延长线到达侧壁4和上部电极6之间的熔融金属9的表面，以使由断面急剧扩大喷嘴21喷射的氧气射流25不会直接射中上部电极6。

以下，使用本发明的吹氧用喷枪进行试验。在本实施例中，在将吹氧用喷枪12a，12b的各自喷氧量取60Nm³/分，喷枪高度数300-1250mm的场合，将断面急剧扩大喷嘴21的喷射速度调整为150m/S，将氧气射流到达熔融金属表面的速度控制在50m/S以下。

下面按电弧炉1的操作顺序，说明使用吹氧用喷枪12a，12b吹氧的方法。

首先，将作为炼钢原料的废钢装入直流电弧炉1中，然后由上部电极生成电弧将废钢熔化。接着，将铁水装入直流电弧炉1中，然后，由吹氧用喷枪12a，12b的各个断面扩大喷嘴21向操作口10附近的废钢喷射氧气，促使废钢熔化，进行所谓的切割操作。

在操作口10附近的废钢进行熔化时，一边使吹氧用喷枪12a，12b向电弧炉1内的深处前进，一边由断面急剧扩大喷嘴21喷射氧气射流，从操作口10的近傍到内部将废钢顺序熔化。

在废钢的熔化大致终了的时刻，使吹氧用喷枪12a，12b上升(图2中用双点划线表示)，提高喷枪高度，在此状态下，由断面急剧扩大喷嘴21向熔融金属9的表面喷射氧气射流，进行熔融金属的升温和精炼。

此时，如上所述，对熔融金属9的冲击角度不象过去那样小，喷枪高度也高，在由高的位置喷射氧气射流的同时，由各断面急剧扩大喷嘴21喷射的氧气射流的喷射速度都在音速以下，从而使氧气射流到达熔融金属表面的速度变为过去的1/2即50m/S以下，因此可使与熔融金属9表面的冲击能量大幅度变小。而且由于在喷枪头14上形成4个断面急剧扩大的喷嘴21，所以良好地弥补了因喷射速度变为音速以下而产生的向熔融金属9的供氧量不足，使氧气和熔融金属9的有效反应成为可能。另外由于形成多个断面急剧扩大喷嘴21且喷枪高度取高位，所以将氧气射流大范围地喷射到熔融金属9的表面，由于可使熔融金属表面上氧气射流的冲突面积增大，所以可使每单位面积的冲击能量变小。结果可使作用于熔融金属和渣等上的搅拌力和剪切力比过去大幅度减低，从而可使熔融金属和渣的飞溅大幅度减小。

另外，各断面急剧扩大喷嘴21的指向方向的延长线均达到侧壁4和上部电极6之间的熔融金属表面，由各喷嘴21喷射的氧气射流不会直接射中上部电极6，因此可减小该上部电极6的损耗量。

并且由于将吹氧用喷枪12a，12b配置在熔融金属9表面的上方喷射氧气射流，所以不会象过去那样因熔融金属9的热量使喷枪消耗，因而在吹氧作业时，可以不必供给新的喷枪。

Claims

1.电弧炉吹氧用喷枪，该喷枪由在配备有上部电极的电弧炉侧壁上形成的操作口插入该电弧炉内，并配置在该电弧炉内的熔融金属的上方，在其前端部具备有向该熔融金属表面喷射氧气射流的喷嘴，其特征是，它由喷枪本体和喷枪头构成，在该喷枪本体内部中央形成氧气通路，在该氧气通路的外侧形成冷却水通路，该喷枪本体具备有直线状的水平部和由该水平部前端向上方倾斜并以直线状延伸的倾斜部喷枪头安装在该喷枪本体的前端，其端部弯向该熔融金属的表面，在该端部具有多个喷嘴。

2.权利要求1所述的电弧炉吹氧用喷枪，其特征在于，上述喷嘴的形状是氧气流入侧为小直径，氧气流出侧为大直径的断面急剧扩大喷嘴。

3.权利要求1所述的电弧炉吹氧用喷枪，其特征在于，上述喷嘴的形状是氧气流入侧和氧气流出侧直径相同的直线形喷嘴。

4.权利要求1所述的电弧炉吹氧用喷枪，其特征在于，上述断面急剧扩大喷嘴和上述直线喷嘴分别具有至少一个，将上述断面急剧扩大喷嘴配置在离熔融金属表面比上述直线喷嘴近的一侧。

5.权利要求3所述的电弧炉吹氧用喷枪，其特征在于，在上述多个喷嘴中，离熔融金属表面较近一侧的喷嘴直径比较远一侧的喷嘴直径大。

6.权利要求1、2、3、4、或5所述的电弧炉吹氧用喷枪，其特征在于，配置上述喷嘴时使氧气射流喷射到上述电炉侧壁和上述上部电极之间的熔融金属表面上。