CN201954970U - 一种新型氧枪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型炉顶供热氧枪主要用于燃烧熔融还原炉中产生的还原性气体，并且燃烧轻质油(柴油)或重油者释放大量的热量维持炉温。氧枪体由三支同心管组成，包括内管(氧管)、中间管和外管。枪体采用内循环高压水冷方式冷却。油管位于外管和中间管间水冷套中，油管开口于喷头端面，喷头端面有油雾化装置。油管在水冷套中对称排列，其间与氧枪中心线夹角36～180°。内管通入富氧气体，与雾化燃油进行外混式燃烧。与氧枪配套使用包括高压水泵、高压油泵、水软化、过滤器、燃油过滤器等装置。该氧枪使用寿命350～400炉。该氧枪油管位于水冷套中，安全性能较好。形成多股火焰柱，火焰平稳且均匀，燃烧效果理想，提升炉温迅速，加热温度高，射流强烈，噪声符合国家标准。
Description
技术领域
本实用新型涉及炉窑节能装置，特别是涉及可以在富氧顶吹熔融还原炉、转炉、电炉、平炉等冶炼领域使用的新型氧枪。
背景技术
随着中国经济的迅速发展，对钢铁材料需求量日益增大。在市场需求的拉动下，钢铁产量出现了迅速增长的趋势，2007年中国的粗钢产量达4.89亿t，占世界总产量的1/3以上。钢铁企业作为国民经济的支柱型产业，同样也是能源和资源密集型企业。每年都消耗大量的能源和资源，由此导致的一系列环境和资源问题日益突出。
传统的高炉炼铁工艺具有以下突出特点：必须使用大量焦炭；环境污染严重，特别是焦炉和烧结粉尘和SO2的排放，高炉CO2排放较高；高炉工艺流程长，投资较大；从高炉工艺全过程看，包含着重复加热、降温，增碳、脱碳，资源和能源循环使用率低，热能利用不合理；且需有炼焦和球团烧结工序，因此整个过程耗能较大，也带来了较大的环境污染。炼铁过程的能耗占钢铁产品总能耗70％以上，传统炼铁工艺(高炉工艺)给企业的节能减排工作带来了巨大压力。伴随着环境和资源问题日益突出，新兴炼铁技术优势显现(如环境友好，清洁低能耗，冶炼周期短，投资省，流程短等)。各国纷纷积极开发非高炉炼铁技术。富氧顶吹熔融还原冶炼技术是基础于HIsmelt冶炼技术而发展而来的一种新型的熔融还原冶炼技术。该技术具有原料和燃料适应性强；低投资成本；环境污染小，低有害气体排放(如二恶英，呋喃，苯酚，焦油)，减少了SO2和NOX排放量；该工艺可灵活的停和启动；由于炉渣亚铁含量高，可以达到较好脱磷效果，适合冶炼高磷铁矿。
本实用新型专利所述氧枪主要用于富氧顶吹熔融还原冶炼领域，与该冶炼技术配套使用。该氧枪同时也可以应用于转炉、电炉、平炉冶炼生产过程中。氧枪在冶 炼过程中至关重要，属于关键设备，其设计制造及使用情况对冶炼生产影响较大。
由于富氧顶吹熔融还原技术在采用粉煤提升炉温较慢(冷启动过程)、以及在特殊炉况条件下炉温波动影响冶炼效果等原因。燃油与氧燃烧温度高、发热量大、燃烧过程易于控制等特点。氧枪作为熔融还原炉顶燃烧枪，主要用于燃烧熔融还原炉中产生的还原性气体，并且燃烧重油或者柴油释放大量的热量维持炉温。
发明内容
氧枪从炉顶中心插入熔融还原炉中。在熔融还原炉冷启动升温过程中，采用燃油与富氧共同提升炉温。当炉温到达熔炼所需的温度后，通过中频炉熔化并兑入铁水后，减小燃油流量，主要依靠氧枪喷吹富氧燃烧熔池中产生的还原性气体，释放大量热量用以维持还原反应的持续进行。以及用于在出现特殊炉况的情况条件下，通过氧枪燃烧燃油释放大量热量，用以辅助维持炉温，使得炉温可控。该氧枪采用超音速射流，可以在恒定枪位的条件下，通过调节富氧出口压力及流量，方便的实现“软吹”和“硬吹”，实现了操作的灵活简便的特性。
本实用新型氧枪内容如下：本实用新型氧枪枪体由三支同心管组成，包括内管、中间管和外管组成，其为同心嵌套结构。内管输送富氧气体，内管与喷头拉瓦尔口通过焊接方式连接，富氧气体经过拉瓦尔口后，变为超音速射流，设计流速1.8～2.2马赫。与雾化燃油进行外混式燃烧；油管(4)位于外管(4)和中间管(5)之间的回水套中，燃油雾化装置位于油管(2)末端，开口于喷头端面；油管(2)与喷头通过焊接方式连接；中间管(5)、外管(4)与喷头通过焊接方式连接；与氧枪配套使用包括高压水泵、高压油泵、水软化、过滤器、燃油过滤器装置。外管和中间管之间，及中间管和内管之间通入高压冷却水，氧枪通过水冷方式冷却。油管位于水冷套中，开口于喷头端面，喷头端面有油雾化装置。
燃油可以使用轻质油(如柴油)和重油两类，燃油在通入氧枪之前需经过过滤处理，滤除燃油中固体夹杂物。其中氧油喷枪较为重要的部分是喷头，喷头的结构直接决定了富氧射流的气体动力学特性。因此，对喷头的基本要求是，形成射流的动 力学特性应符合工艺的要求，并且在长期的使用过程中，能够较好保持射流特性不变。拉瓦尔型喷头可以有效的把气流转化为稳定的超音速射流。根据超音速喷口的流体力学知识可知，富氧射流在经过拉瓦尔喷口时，先受压缩经过扩张段得到迅速加速。由于超音速射流冲击深度较大，当枪位在较高的位置条件下，实现“硬吹”。
由于枪位较高，可以有效改善喷头的工作条件，提高其使用寿命。由于喷头相对于枪身距离熔池表面较近，工作条件相对于枪身较为恶劣，减少了粘渣，延长喷头使用寿命。本实用新型氧枪喷头采用紫铜整体铸造制作，喷头中心为拉瓦尔管，设计超音速射流为1.8～2.2马赫，在喷头端面设计有2～10个油口，油管端部配有雾化装置，油管与喷头采用氩弧焊机进行保护焊接。喷头端面厚度为10～20mm。收缩段半锥角(α收/2)为18～20°，扩张段半锥角(α扩/2)为5～6°。喷头拉瓦尔口出口直径为6～160mm，喉口直径5～110mm。供油速率0～500L/h。
中心富氧管与喷头拉瓦尔口端部采用焊接方式连接。氧枪中间管和外管均采用焊接方式与喷头连接。氧枪体三层套管采用短筋对称焊接固定。富氧管尾部采用螺纹与制氧设备金属耐压管连接，采用“O”型密封胶圈密封，并且在氧枪与制氧设备连接处设有止回阀。进水管焊接于中间管上，出水管焊接于外管上。输水管路上配加高压水泵，及配套水软化装置。与该氧枪配套使用装置还包括高压油泵、过滤器等。该氧枪油管位于水冷套中，安全性能较好。火焰平稳，射流强烈，燃烧效果理想，提升炉温迅速。富氧射流氧含量30～99％，射流流速1.8～2.2马赫。供油系统供油速率0～500L/h。
附图说明
图1本实用新型新型氧枪的结构示意图。
图2为图1所示新型氧枪的A-A剖视图。
图3为图1所示新型氧枪的B-B剖视图。
图4为图1所示新型氧枪的C-C剖视图。
图中：1为油管接口，2为油管，3为拉瓦尔口，4为外管、5为中间管，6为内 管(即氧管)；7为短筋；8为出水口；9为螺纹连接处；10为进水口。
具体实施方式
下面结合附图以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。
本实用新型氧枪枪体由三支同心管组成，包括内管、中间管和外管组成，其为同心嵌套结构。内管输送富氧气体，内管与喷头拉瓦尔口通过焊接方式连接，富氧气体经过拉瓦尔口后，变为超音速射流，设计流速1.8～2.2马赫。外管和中间管之间，及中间管和内管之间通入高压冷却水，氧枪通过水冷方式冷却。枪体采用含Cr、Ni、Ti元素高温不锈钢制成，例如304、304L、310、310S等。在冶炼过程中产生大量热量，使环境温度可高达2500℃以上，尽管枪体内有高压水冷却，但氧枪外层管壁表面温度仍然可以达到500℃，氧枪热负荷较高。该氧枪枪体采用高温不锈钢，有较好耐用性能，氧枪使用寿命较长。油管位于水冷套中，开口于喷头端面，喷头端面有油雾化装置。油管在水冷套中对称排列，油管数量2～10支，其间与氧枪中心线夹角36～180°，油管外径8～20mm，壁厚2～4mm，油管采用紫铜制作，油管不能与外管相接触，油管位于外管和中间管之间，偏向中间管一侧。
燃油可以使用轻质油(如柴油)和重油两类，燃油在通入氧枪之前需经过过滤处理，滤除燃油中固体夹杂物。在使用重油过程中，需添加乳化剂或对重油进行预热处理(预热温度30～120℃)，或经过一次雾化尾部预混进入油管中。富氧气体(富氧氧含量30～99％)从内管通入，与雾化然油进行外混式燃烧，形成多支刚性火焰柱。富氧氧含量和流量依据实际工况而定。富氧和燃油通过外混式燃烧，形成多股火焰柱，火焰均匀，加热温度高，该氧枪使用寿命350～400炉。氧枪在使用过程中，需与熔池距离400mm以上。
其中氧油喷枪较为重要的部分是喷头，喷头的结构直接决定了富氧射流的气体动力学特性。因此，对喷头的基本要求是，形成射流的动力学特性应符合工艺的要求，并且在长期的使用过程中，能够较好保持射流特性不变。拉瓦尔型喷头可以有 效的把气流转化为稳定的超音速射流。根据超音速喷口的流体力学知识可知，富氧射流在经过拉瓦尔喷口时，先受压缩经过扩张段得到迅速加速。由于超音速射流冲击深度较大，当枪位在较高的位置条件下，实现“硬吹”。由于枪位较高，可以有效改善喷头的工作条件，提高其使用寿命。由于喷头相对于枪身距离熔池表面较近，工作条件相对于枪身较为恶劣，减少了粘渣，延长喷头使用寿命。本实用新型氧枪喷头采用紫铜整体铸造制作，喷头中心为拉瓦尔管，设计超音速射流为1.8～2.2马赫，在喷头端面设计有2～10个油口，油管端部配有雾化装置，油管与喷头采用氩弧焊机进行保护焊接。喷头端面厚度为10～20mm。收缩段半锥角(α收/2)为18～20°，扩张段半锥角(α扩/2)为5～6°。喷头拉瓦尔口出口直径为6～160mm，喉口直径5～110mm。供油速率0～500L/h。
中心富氧管与喷头拉瓦尔口端部采用焊接方式连接。氧枪中间管和外管均采用焊接方式与喷头连接。氧枪体三层套管采用短筋对称焊接固定。富氧管尾部采用螺纹与制氧设备金属耐压管连接，采用“O”型密封胶圈密封，并且在氧枪与制氧设备连接处设有止回阀。进水管焊接于中间管上，出水管焊接于外管上。输水管路上配加高压水泵，及配套水软化装置。与该氧枪配套使用装置还包括高压油泵、过滤器等。该氧枪油管位于水冷套中，安全性能较好。火焰平稳，射流强烈，燃烧效果理想，提升炉温迅速。
富氧射流氧含量30～99％，射流流速1.8～2.2马赫。供油系统供油速率0～500L/h。
实施例1：氧枪三层套管分别采用，φ108×5mm，φ76×4mm，φ34×4mm，材质采用304，油管采用φ8×2mm，材质采用紫铜，油管3支，位于回水套中，其间与氧枪中心夹角120°。喷头端底壁厚度10mm，拉瓦尔口扩张段半锥角为5°，收缩段的半锥角19°。
实施例2：氧枪三层套管分别采用，φ168×8mm，φ133×5mm，φ95×5mm，材质采用310，油管采用φ14×3mm，材质采用紫铜，油管5支，位于回水套中，其 间与氧枪中心夹角72°。喷头端底壁厚度12mm，拉瓦尔口扩张段半锥角为6°，收缩段的半锥角18°。
实施例3：氧枪三层套管分别采用，φ245×10mm，φ203×6mm，φ159×6mm，材质采用310S，油管采用φ16×4mm，材质采用紫铜，油管6支，位于回水套中，其间与氧枪中心夹角60°。喷头端底壁厚度14mm，拉瓦尔口扩张段半锥角为5°，收缩段的半锥角18°。
Claims (3)
1.一种新型氧枪，其特征在于：氧枪体由三支同心管组成，包括内管(6)、中间管(5)和外管(4)，枪体采用内循环高压水冷方式冷却，富氧气体从内管(6)通入，内管(6)与位于喷头上拉瓦尔口(3)通过焊接方式连接，富氧气体经过拉瓦尔口(3)变为超音速射流，与雾化燃油进行外混式燃烧；油管(4)位于外管(4)和中间管(5)之间的回水套中，燃油雾化装置位于油管(2)末端，开口于喷头端面；油管(2)与喷头通过焊接方式连接；中间管(5)、外管(4)与喷头通过焊接方式连接；与氧枪配套使用包括高压水泵、高压油泵、水软化、过滤器、燃油过滤器装置。
2.根据权利1所述的新型氧枪，其特征在于：氧枪外径为100～250mm；喷头端面厚度为10～20mm；收缩段半锥角α收/2为18～20°，扩张段半锥角α扩/2为5～6°；喷头拉瓦尔口(3)出口直径6～160mm，喉口直径5～110mm。
3.根据权利1所述的新型氧枪，其特征在于：油管(2)对称排列，数量2～10支，其间与中心线夹角36～180°，油管(2)外径8～20mm，壁厚2～4mm，油管(2)采用紫铜制作，油管(2)不能与外管相接触，油管(2)位于外管(4)和中间管(5)之间，偏向中间管一侧。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110831 Termination date: 20141123 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |