CN200999253Y - 超音速水冷氧枪 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种超音速水冷氧枪，枪体设有主氧气通道、辅助氧气通道、燃料通道和冷却水通道，冷却水通道包括：进水口和出水口，分别设置于枪体冷却段后部；环形分流器，呈圆形带状，与进水口连通；若干条上行竖直冷却管，下部与环形分流器连通，并沿枪体壁向上延伸至冷却段前端；前端环形冷却分流器，呈圆形带状，与各竖直冷却管前端连通；若干条横向冷却管，自前端环形冷却分流器沿径向向内延伸；若干下行条竖直冷却管，与横向冷却管数量相等并分别连通，并沿枪体壁向下延伸至冷却段后部；环形收集槽，呈圆形带状，连通各条竖直冷却管和出水口。该氧枪冷却水通道具有较好的冷却效果，枪体的使用寿命和效能大幅度提高。

Description

超音速水冷氧枪
技术领域
本实用新型涉及一种冶金炼钢吹氧设备，尤其涉及一种向电炉钢液中输送氧气的水冷氧枪。
背景技术
现代电炉炼钢炉壁吹氧普遍采用超音速射流方式，超音速氧枪已成为高功率电炉提高冷区废钢熔化速度和均匀熔化的必备工具。供电与供氧的结合是提高炼钢过程中化学能利用效率，以降低电能消耗、提高冶炼强度和节约成本的重要手段，对提高电炉炼钢的冶炼节奏和降低生产成本具有非常重要的意义。
电炉氧枪最常见的结构为三层套管设计，主氧走中心管，燃料气体在中间管缝间流动，辅助氧气在外管缝间穿行，利用环形燃烧形成的封套，保护主氧气流不被周围气体所渗透，保持主氧的喷射距离和速度。这种氧枪结构简单，但冷却效果欠佳，喷嘴易被火焰烧损，使用寿命短。为克服这一缺点，发明专利CN1379115A在三层套管的基础上，在氧枪最外层再增加两层套管作为冷却水进出管，以改善冷却效果。但外层冷却水对温度较高的次内层燃料环口的冷却效果不好。另一种革新的设计发明如专利RU2218420中所述，在铜制喷头上集中了数个燃料孔和辅助氧气孔，借助于喷头外缘与配套的铜制水冷却壁接触，达到冷却枪体的目的，同时形成水冷燃烧室。但氧枪与水冷却壁之间接触存在空气隔膜并有锈蚀层存在的可能，冷却效果仍然欠佳。特别是对燃料使用煤气或燃油的场合，其中的重碳氢化合物在氧枪端部喷嘴附近温度超过800℃时，会形成积碳，影响氧枪效能的发挥，同时也会造成喷口的烧损，使喷射口径增大，射流分散，喷射速度降低，水冷燃烧室承受更大的散射热流冲击，降低了氧枪组件的使用寿命。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种超音速水冷氧枪，采用内外分层及内部分流的设计，使其克服现有氧枪外部冷却效果差的缺点，从而延长氧枪使用寿命，增强使用效能。
本实用新型实现以上目的的技术方案是：一种超音速水冷氧枪，包括枪体，枪体上设有主氧气通道、辅助氧气通道、燃料通道和冷却水通道，冷却水通道设置在枪体前部的冷却段，其特征在于所述冷却水通道包括：进水口和出水口，分别设置于枪体冷却段后部；环形分流器，呈圆形带状，与进水口连通；若干条上行竖直冷却管，下部与环形分流器连通，并沿枪体壁向上延伸至冷却段前端；前端环形冷却分流器，呈圆形带状，与各上行竖直冷却管前端连通；若干条横向冷却管，自前端环形冷却分流器沿径向向内延伸；若干条下行竖直冷却管，与横向冷却管数量相等并分别连通，并沿枪体壁向下延伸至冷却段后部；环形收集槽，呈圆形带状，连通各条下行竖直冷却管和出水口。
水冷系统工作时，水通过进水口首先进入枪体内部环形分流器，通过均匀分布的上行竖直冷却管到达枪体前端部的环形冷却分流器，再次分流后向内分别进入前端对称分布的横向冷却管，流至枪体前部温度最高的燃料喷口附近，然后转向90°角，通过与燃料通路平行的下行竖直冷却管流回到枪体冷却段后部，流向环形收集槽，最后到达出水口，完成冷却水对氧枪的整个冷却过程。
还包括若干条转向导流管，位于下行竖直冷却管与环形收集槽之间，其数量与下行竖直冷却管相等且分别连通，并沿径向向外延伸。冷却水通过与燃料通路平行的下行竖直冷却管流回到枪体后部，再经过90°角转向导流管，流向环形收集槽，最后到达出水口。
本实用新型的竖直冷却管分两层设计，一层(上行竖直冷却管)靠近枪体外壁，另一层(下行竖直冷却管)设置于燃料通道和辅助氧通道之间，提高了对枪体受热最高部位的局部冷却效果。
本实用新型由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
通过系统分流和小孔截流的设计，从结构上既提高了冷却水的流速，又保证了散热及冷却的均匀性。内部水冷分层设计，增大了换热面积，提高了换热效率。在枪体前端布置横向冷却管，在燃料通道附近布置竖直冷却管，提高了对枪体受热最高部位的局部冷却效果。枪体采用一体化集束式结构设计，保证了枪体结构的紧凑性，方便现场实际使用。由于枪体的冷却效果大幅度提高，消除了燃料喷口积碳的发生，能够真正适合于天然气、煤气、燃油等多种燃料的使用需求，枪体的使用寿命和效能大幅度提高。
附图说明
图1为本实用新型氧枪前端面结构示意图。
图2为图1沿A-A线的剖面图。
图3为图2的B-B剖视图。
图4为图2的C-C剖视图。
具体实施方式
参照图1和图2，在本实用新型的一个具体实施例中，超音速水冷氧枪包括：枪体冷却段6，主氧气通道1，辅助氧气通道3，燃料通道2和冷却水通道。
枪体冷却段6位于枪体前部，冷却水通道包括：进水口4和出水口5，分别设置于枪体冷却段6后部；环形分流器7，呈圆形带状，与进水口4连通；若干条上行竖直冷却管8，下部与环形分流器7连通，并沿枪体壁向上延伸至冷却段前端；前端环形冷却分流器9，呈圆形带状，与各上行竖直冷却管8前端连通；若干条横向冷却管10，自前端环形冷却分流器9沿径向向内延伸；若干条下行竖直冷却管11，与横向冷却管10数量相等并分别连通，并沿枪体壁向下延伸至冷却段后部；环形收集槽13，呈圆形带状，连通各条下行竖直冷却管11和出水口5。若干条转向导流管12，位于下行竖直冷却管11和环形收集槽13之间，其数量与竖直冷却管11相等且分别连通，并沿径向向外延伸。所述下行竖直冷却管11设置于燃料通道2和辅助氧通道3之间。
水冷系统工作时，水通过冷却水进水口4首先进入枪体内部环形分流器7，通过均匀分布的上行竖直冷却管8到达枪嘴前部的环形冷却分流器9，再次分流后向内分别进入前端对称分布的横向冷却管10流至枪体前部温度最高的燃料喷口附近，然后转向90°角，通过与燃料通路平行的下行竖直冷却管11流回到枪体冷却段后部，再经过90°角转向导流管12，流向环形收集槽13，最后到达出水口5，完成冷却水对氧枪的整个冷却过程。
图3为图2的B-B剖视示意图，即氧枪前端面的剖视图，由图3可知，上行竖直冷却管8与前端环形冷却分流器9连通，前端环形冷却分流器9又与沿径向向内延伸的数个横向冷却管10连通，横向冷却管10与下行竖直冷却管11数量相等并分别连通，这样，形成了连通的冷却水通路，并利用横向冷却管10对前端面进行冷却。
图4为图2的C-C剖视图，由图4可知，进水口4与环形分流器7连通，转向导流管12的数量与竖直冷却管11相等且分别连通，并沿径向向外延伸。
枪体为一体化集束式设计，主氧气通道1、燃料通道2、辅助氧气通道3和冷却水通道均设在枪体内部，枪体侧部分别设有冷却水进水口4和出水口5、辅助氧入口和燃料入口，主氧气体入口设在枪体的后部，主氧喷吹系统位于氧枪的中心位置，前端出口为Laval结构，实现超音速喷氧。主氧外层一圈喷口用于燃料喷吹，最外层一圈喷口用于辅助氧的喷射，辅助氧与燃料燃烧形成环形封套，保证主氧的喷射速度和距离，构成主氧气流保护系统。
水冷系统采用内部二次分流和小孔截流的设计，从结构上既提高了冷却水的流速，又保证了散热及冷却的均匀性。特别针对受热最高的枪体前端和燃料通道附近布置高效水冷管，提高了薄弱部位的冷却效果。
实际使用工艺条件为：氧枪压力1.0～1.6MPa，主氧流量1000～5000Nm3/h，辅助氧流量200～1000Nm3/h，气体燃料压力0.1～0.8MPa，气体燃料流量200～1000Nm3/h液体燃料流量200～1000kg/h，冷却水压力0.1～0.6MPa，冷却水流量20～160l/min。主氧射速可达到音速2.1马赫以上，有效喷射距离1000～2000mm。

Claims (3)

1.一种超音速水冷氧枪，包括枪体，枪体上设有主氧气通道(1)、辅助氧气通道(3)、燃料通道(2)和冷却水通道，其特征在于所述冷却水通道包括：
进水口(4)和出水口(5)，分别设置于枪体冷却段(6)后部；
环形分流器(7)，呈圆形带状，与进水口(4)连通；
若干条竖直冷却管(8)，下部与环形分流器(7)连通，并沿枪体壁向上延伸至冷却段前端；
前端环形冷却分流器(9)，呈圆形带状，与各竖直冷却管(8)前端连通；
若干条横向冷却管(10)，自前端环形冷却分流器(9)沿径向向内延伸；
若干条竖直冷却管(11)，与横向冷却管(10)数量相等并分别连通，并沿枪体壁向下延伸至冷却段(6)后部；
环形收集槽(13)，呈圆形带状，连通各条竖直冷却管(11)和出水口(5)。
2.如权利要求1所述的超音速水冷氧枪，其特征在于：还包括若干条转向导流管(12)，位于竖直冷却管(11)环形收集槽(13)之间，其数量与竖直冷却管(11)相等且分别连通，并沿径向向外延伸。
3.如权利要求1或2所述的超音速水冷氧枪，其特征在于：所述竖直冷却管(11)设置于燃料通道(2)和辅助氧通道(3)之间。
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