CN212894798U - 一种熔融还原工艺脱硫增碳复合喷枪 - Google Patents

Abstract

一种熔融还原工艺脱硫增碳复合喷枪，涉及熔融还原装备技术领域，包括喷枪，喷枪靠近出口的周壁上包覆有外套管，外套管的端部呈圆台形设置且包覆喷枪的出口；喷枪的入口端通过匹配器安装有更换组件，更换组件上连接有喷吹管道加速节。本实用新型解决了传统技术中受限于物料粒度问题，或喷吹载气压力流量波动等问题导致喷枪容易堵塞；以及喷枪耐火材料包裹处与铁水接触部分耐材烧蚀严重，频繁更换降低脱硫及生产效率的问题。

Description

一种熔融还原工艺脱硫增碳复合喷枪

技术领域

本实用新型涉及熔融还原装备技术领域，具体涉及一种熔融还原工艺脱硫增碳复合喷枪。

背景技术

HIsmelt熔融还原技术是世界上唯一种完全不使用焦炭、烧结及球团工艺的冶金技术。适应国内外超高纯生铁及高端铸件需求，以HIsmelt技术工艺特性生产低磷、低铅、低砷、低铋、低硼、低钡、低锌的高纯度铁水为依托，生产高纯生铁。

由于HIsmelt熔融还原技术的特殊性，其炉内氧化还原冶炼条件不同于高炉，导致炉内原料中元素的反应条件发生变化，如P、S等。所述熔融还原炉铁水中P含量仅为0.02％(高炉铁水P在0.1％左右)；但S含量在0.1％左右(高炉铁水S含量在0.05％左右)，故后续冶炼过程需要对铁水进行脱硫预处理，且熔融还原铁水脱硫压力要比传统高炉预处理任务重，所需设备稳定性和处理能力提出了更高的要求。

中国国家知识产权局公开了一个申请号为200420022313.9的专利，该方案包括壳体、外管、内管、套管；外管设置于壳体内；其与壳体间填充耐材，外管上套设有套管；内管设置于外管内；喷枪头部内管与外管间的间隙逐渐变小。使用时，脱硫剂由内管喷入，外管喷入压力较高的气体，在喷枪出口处，外管直径缩小，气体在此处被加速，在脱硫剂出口处形成一层气膜，大大减轻了铁水向内管的热传导，从而降低了堵枪事故，提高脱硫装置的作用率。此外，喷枪头部可以拆卸，可以方便更换。

现有的装置随着使用，逐渐的暴露出了不足之处，主要表现在以下几方面：

第一，脱硫过程因物料粒度问题，或喷吹载气压力流量波动等问题导致喷枪容易堵塞，影响喷吹及脱硫效率，不适用于Hismelt工艺铁水生产速度。

第二，脱硫喷枪使用过程中喷枪耐火材料包裹处与铁水接触部分耐火材料烧蚀严重，频繁更换降低脱硫及生产效率。

综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种熔融还原工艺脱硫增碳复合喷枪，用以解决传统技术中受限于物料粒度问题，或喷吹载气压力流量波动等问题导致喷枪容易堵塞；以及喷枪耐火材料包裹处与铁水接触部分耐材烧蚀严重，频繁更换降低脱硫及生产效率的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种熔融还原工艺脱硫增碳复合喷枪，包括喷枪，所述喷枪靠近出口的周壁上包覆有外套管，所述外套管的端部呈圆台形设置且包覆所述喷枪的出口；所述喷枪的入口端通过匹配器安装有更换组件，所述更换组件上连接有喷吹管道加速节。

作为一种优化的方案，所述喷枪包括由外管与内管同轴套装组成的管道。

作为一种优化的方案，所述外管的内径为70-90mm，壁厚为10-18mm，长度为3000-6000mm。

作为一种优化的方案，所述内管的内径为30-60mm，壁厚为10-18mm，长度为3000-6100mm。

作为一种优化的方案，所述更换组件包括连接法兰盘。

作为一种优化的方案，所述喷吹管道加速节的进口端连接主管，所述喷吹管道安装于管道支架上，所述喷吹管道加速节的周壁上还固接有支撑节。

作为一种优化的方案，所述喷吹管道加速节的进口端设有变速器。

作为一种优化的方案，所述喷枪上还固接有肋板。

作为一种优化的方案，所述外套管呈圆台形设置的端部的锥度为1:3。

作为一种优化的方案，所述喷枪通过榫卯连接结构与所述外套管呈圆台形设置的端部之间进行连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

适用于当前Hismelt工艺生产铁水硫高、温度相对较低脱硫过程易结壳、硅含量偏低的特点喷枪端部形状利于应力集中使喷枪充分深入铁水内部。

采用变速器与加速节设计，增加复合脱硫剂冲击势能，增强对铁水的涡旋效应及搅拌效应，使复合脱硫剂与铁水充分搅拌融合，提高深脱硫能力，使脱硫效率达98％以上同时降低喷溅，最大限度降低铁水温降。

采用榫卯连接的形式实现喷枪与耐高温防腐蚀外套管进行连接，连接可高、密封性好、承受反向作用力越大结合越紧密，拆卸时只需顺其受力方向施加反向力即可相对轻松进行各管路拆卸。

使用匹配器连接，可适用不同内径、不同长度喷枪使用，适用范围广、互换性高，节约成本及人力物力资源；

提高工作过程中的稳定性；部件少，工序简便，且故障率低；结构简单，使用寿命长；操作控制简便，易于大规模制造与安装，应用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型喷枪出口端的结构示意图；

图中：1-外套管；2-更换组件；3-喷吹管道加速节；4-肋板；5-匹配器；6-紧固螺栓组件；7-支撑节；8-变速器；9-管道支架；10-外管；11-内管；12-榫卯连接结构。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1和图2所示，熔融还原工艺脱硫增碳复合喷枪，包括喷枪，喷枪靠近出口的周壁上包覆有外套管1，外套管1的端部呈圆台形设置且包覆喷枪的出口；喷枪的入口端通过匹配器5安装有更换组件2，更换组件2上连接有喷吹管道加速节3。

匹配器，起到两段直径不同管道连接匹配作用。

喷枪包括由外管10与内管11同轴套装组成的管道。

外管10的内径为70-90mm，壁厚为10-18mm，长度为3000-6000mm。

内管11的内径为30-60mm，壁厚为10-18mm，长度为3000-6100mm。

更换组件2包括连接法兰盘。

喷吹管道加速节3的进口端连接主管，喷吹管道安装于管道支架9上，喷吹管道加速节3的周壁上还固接有支撑节7。

管道支架9还安装有用以对喷吹管道加速节3固定的紧固螺栓组件6。

喷吹管道加速节3的进口端设有变速器8。

变速器8根据喷枪管道直径大小制作相应变径的变速器。

喷枪上还固接有肋板4。

外套管1呈圆台形设置的端部的锥度为1:3。

喷枪通过榫卯连接结构12与外套管1呈圆台形设置的端部之间进行连接。

喷枪部分与物料喷吹管道联结处采用法兰、铰制孔螺栓进行联接固定，铰制孔螺栓起到对中作用；

喷枪主体部分由两根材质为BS3602钢同轴套装组成，同轴度偏离不大于10mm，外套管1匹配熔融还原脱硫系统，尺寸为φ70-90mm*10-18mm*3000-6000mm，外套尺寸根据不同的脱硫工况可变，以使得喷枪末端位置达到熔融还原铁水的最佳底部罐体处，距离底部距离200-1300mm，以提高脱硫喷吹效率，内套管尺寸为φ30-60mm*10-18mm*3000-6100mm喷枪总长度L：3000mm-8000mm喷嘴尺寸为φ26.7mm*3.91mm。内、外套管1与喷枪喷嘴管处采用焊接与隼接复合的形式进行固定，采用双层喷枪设计，喷枪内外层使用不同的材料以及结构，并在连接方式上作出优化，外层尺寸、结构及材质的选择既保证了该超长喷枪的单体支撑强度，同时使得外层能够很好的抵抗密度为7左右的高温液态金属的腐蚀与冲刷，同时对内部复合脱硫剂做了一次保温作用，防止复合脱硫剂变性；内层喷吹管路尺寸、结构及材质的选择既保证了该脱硫喷枪的内部阻力系数达到可控范围，同时使得内层能够很好的应对每秒0.05马赫以上复合喷吹剂及其载气的冲刷及摩擦侵蚀作用，同时对所输送的复合脱硫剂做了二次保温作用，防止复合脱硫剂受高温(1300-1500摄氏度)液态金属的热传导作用影响而变性；

喷吹氮气流量200m3-800m3/h，喷吹物料速度5kg-60kg/min。喷吹物料主要为熔融还原高硫铁水复合喷吹溶剂。主要操作过程为：首先打开喷吹载气并调节载气压力至600KPA以上，待载气压力流量稳定后开始落枪，落枪期间观察枪位及载气压力是否正常。喷枪端部下落至距离铁水包底部100mm-300mm处开始进行复合脱硫剂的喷吹，此距离因喷枪喷吹复合脱硫剂物料，可以使复合脱硫剂与铁水包底部形成均匀冲击产生涡旋效应与搅拌效应，涡旋效应与搅拌效应切线处相交从而使整包铁水上、下层间充分流动扩散可达到高达99％的搅拌脱硫效果并最大可能的减少铁水喷溅及热损失。脱硫完成后停止复合脱硫剂喷吹保持喷吹载气供给知道喷枪脱离铁水液面并回到准备工位，以防止脱硫喷枪堵塞或铁水倒灌引发安全事故。同时复合喷吹剂由半焦、钝化镁粒、石灰、铁粒、硅铁组成，其中半焦作为增碳剂增碳效果较高同时因Hismelt工艺可产出大量半焦以供脱硫使用，半焦颗粒大小均匀粒度适合当前所需喷吹搅拌效果，二次利用的同时大大降低生产陈本。铁粒作为搅拌剂使用，喷吹复合物料过程中可携带大量冲击势能，充分对铁水起到搅拌作用，同时也是Hismelt工艺产物作为回收利用以节降成本。钝化镁粒、石灰作为镁系脱硫普遍材料使用，起主要脱硫作用。因Hismelt工艺产出铁水硅含量较低，为保证后续炼钢过程顺次进行需在铁水中配入一定含量硅，便于炼钢吹炼过程产热及造渣以保护吹炼完成的钢水不被二次氧化和控制钢中氧含量。

管道支架9：安装固定复合喷吹管道加速节3；喷吹管道加速节3：将喷吹复合脱硫进行加速至0.05马赫以上并输送至喷枪；快速更换组件2：可方便快速的进行喷枪更换并保证更换后喷枪即可进行正常喷吹操作无泄漏、堵塞等发生可能；匹配器5：可适用多种尺寸喷枪进行对接并且具有精度高、可靠性高、适配性强、故障率低、快速更换的特性；肋板4：便于喷枪安装过程中使用工程类机械进行吊装辅助安装，大大降低更换时间及人力物力；喷枪：分为内、外套管1两层，外套管1保护内套管，内套管进行复合脱硫剂的喷吹；榫卯连接结构12：采用榫卯形式进行连接，可靠性高、精度高、制作简单、拆装迅速、紧密性高；耐高温防腐蚀外套管1：采用高铝矾土、焦宝石、电熔白刚玉等材料混合浇筑而成具有耐1600℃高温侵蚀及良好的热震性；变速器8：将喷吹载气携带的复合脱硫剂进行多级加速使复合脱硫剂携带冲击势能加倍，起到更好的铁水旋流及搅拌作用；支撑节7：安装存放过程中起到支撑作用，增加管道刚性防止变形影响喷吹效果。

喷枪下部3000mm-5000mm为耐高温防腐蚀外套管1，属于直接接触铁水部分，较易因铁水冲蚀及温度变化导致耐火材料侵蚀，适用于铁水温度1260℃-1480℃左右，具有良好的热震性、低温强度、耐冲刷性能主要材质为：高铝矾土、焦宝石、电熔白刚玉等材料，喷枪端部耐火材料设计为圆台状，便于脱硫喷枪落下时刺破固化铁水液面及减少端部应力集中，圆台锥度为1:3。

喷枪下部耐火材料防护区域尺寸为2000mm-5000mm，适用于当前40T、50T、60T、80T及以上标准钢包脱硫操作使用，脱硫时喷枪随管道安装支架落下，浸入铁水中，理论浸入深度距根据标准钢包底部距离200mm-1500mm，具体距离的判定依据钢包标准以及产品质量要求而调整，不同的举例要求可发挥最大喷吹搅拌效率，并提供合理的包内复合喷吹剂扩散条件、最大的复合喷吹剂活度系数以及包内输送马赫数。

增加了变速器8及加速节设计，最大限度的增加喷吹载气携带复合脱硫剂对铁水的冲击势能及搅拌、混合、扩散能力提高脱落效率及能力；采用快速更换螺栓与喷枪进行连接，大大降低喷枪更换时间，且更换后即可进行工作，可靠性高；采用匹配器5与喷枪下部主体进行连接，可快速更换不同管径喷枪，适应性高、可更换性好；采用复合套管进行复合脱硫剂喷吹，内管11具有较高的耐磨性，外管10起到保护内管11作用及固定耐高温防腐蚀外套管1作用；设计采用榫卯结构进行各管路组装，可靠性高、密封性好、便于快速更换且安装加工方便。

改进喷枪管路直径，内管11直降增加至φ48.3mm*11mm，喷嘴尺寸为26.7mm*3.91mm，降低喷枪堵塞几率，增加物料喷吹效率。同时设计有变速器8及复合管道加速节，增加复合脱硫剂的冲击势能，提高搅拌效果，使铁水与复合脱硫剂充分搅拌混合降低了物料消耗提高脱硫效率达98％以上。同时设计使用匹配器5，可实现多种内径组合管道使用。

外套管1选用采用高铝矾土、焦宝石、电熔白刚玉等材料混合浇筑而成具有耐1600℃高温侵蚀及良好的热震性，提高喷枪使用寿命，减少更换频率。

Hismelt工艺产出铁水温度较低、硅含量低、硫含量高的主要特点，相较普通脱硫喷枪，本发明喷枪端部采用圆台形设计，增加应力集中，便于喷枪刺破温度较低铁水表层以深入铁水内部进行脱硫工作；同时采用榫卯连接的形式实现复合套管与耐高温防腐蚀外套管1进行连接，连接可高、密封性好、承受反向作用力越大结合越紧密；设计有变速器8与加速节，可实现对复合脱硫剂冲击势能的加强，增加脱硫过程涡旋及搅拌效应实现铁水充分搅拌及与脱硫剂的充分接触增加脱硫效率；使用匹配器5连接，可适用不同容量铁水包及不同深度相匹配内径喷枪使用，互换性高节约成本、提高工作效率。

涉及到的其他结构属于日常所常见的，属于本领域技术人员所公知的，因此在此不多赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种熔融还原工艺脱硫增碳复合喷枪，其特征在于：包括喷枪，所述喷枪靠近出口的周壁上包覆有外套管(1)，所述外套管(1)的端部呈圆台形设置且包覆所述喷枪的出口；所述喷枪的入口端通过匹配器(5)安装有更换组件(2)，所述更换组件(2)上连接有喷吹管道加速节(3)。

2.根据权利要求1所述的一种熔融还原工艺脱硫增碳复合喷枪，其特征在于：所述喷枪包括由外管(10)与内管(11)同轴套装组成的管道。

3.根据权利要求2所述的一种熔融还原工艺脱硫增碳复合喷枪，其特征在于：所述外管(10)的内径为70-90mm，壁厚为10-18mm，长度为3000-6000mm。

4.根据权利要求2所述的一种熔融还原工艺脱硫增碳复合喷枪，其特征在于：所述内管(11)的内径为30-60mm，壁厚为10-18mm，长度为3000-6100mm。

5.根据权利要求1所述的一种熔融还原工艺脱硫增碳复合喷枪，其特征在于：所述更换组件(2)包括连接法兰盘。

6.根据权利要求1所述的一种熔融还原工艺脱硫增碳复合喷枪，其特征在于：所述喷吹管道加速节(3)的进口端连接主管，所述喷吹管道安装于管道支架(9)上，所述喷吹管道加速节(3)的周壁上还固接有支撑节(7)。

7.根据权利要求1所述的一种熔融还原工艺脱硫增碳复合喷枪，其特征在于：所述喷吹管道加速节(3)的进口端设有变速器(8)。

8.根据权利要求1所述的一种熔融还原工艺脱硫增碳复合喷枪，其特征在于：所述喷枪上还固接有肋板(4)。

9.根据权利要求1所述的一种熔融还原工艺脱硫增碳复合喷枪，其特征在于：所述外套管(1)呈圆台形设置的端部的锥度为1:3-1：6。

10.根据权利要求1所述的一种熔融还原工艺脱硫增碳复合喷枪，其特征在于：所述喷枪通过榫卯连接结构(12)与所述外套管(1)呈圆台形设置的端部之间进行连接。

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