鐵水高效脫硫長壽命防堵噴槍的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵水預(yù)處理領(lǐng)域，具體地指一種鐵水高效脫硫長壽命防堵噴槍。
【背景技術(shù)】
[0002]大量的研究表明，鐵水預(yù)處理脫硫已公認(rèn)是高爐轉(zhuǎn)爐一連鑄流程降低鋼中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的最經(jīng)濟(jì)工藝，是改善高爐和轉(zhuǎn)爐操作的重要手段之一，在煉鋼中起著重要的作用，并向全面鐵水預(yù)處理的方向發(fā)展。
[0003]根據(jù)資料報(bào)道，現(xiàn)代鋼鐵冶金流程中的鐵水噴吹脫硫工藝以其技術(shù)成熟、設(shè)備投資省而在國內(nèi)鋼鐵企業(yè)普遍推廣應(yīng)用，并根據(jù)脫硫劑種類和噴吹方式的不同，又分為鈣基脫硫劑噴吹、鎂基脫硫劑復(fù)合噴吹和金屬顆粒鎂純噴等方式；除純噴金屬顆粒鎂中小型鐵水罐鐵水脫硫采用槍頭帶氣化室的噴槍外，其它工藝均采用單噴口直筒式噴槍以及倒T形或倒Y形雙噴口噴槍。由于金屬鎂和硫的親和力很強(qiáng)，具有脫硫能力強(qiáng)、反應(yīng)速度快、脫硫渣量少、對鐵水帶渣量與鐵水溫度不敏感等特點(diǎn)，可以不進(jìn)行鐵水預(yù)先扒渣，因而，具有鐵水噴吹脫硫時(shí)間短、脫硫扒渣鐵損低、鐵水溫降小等優(yōu)點(diǎn)，早在上世紀(jì)70年代就有噴吹金屬顆粒鎂或鎂基脫硫劑進(jìn)行鐵水脫硫的報(bào)道，目前作為鐵水噴吹脫硫的主流工藝在國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)普遍應(yīng)用。
[0004]文獻(xiàn)“吳明，鐵水鎂脫硫高效化的研究與應(yīng)用，安徽冶金，2010年，Nol"和文獻(xiàn)“舍甫欽科A Φ、巴什馬科夫AM等、鐵水包內(nèi)大用量噴鎂脫硫工藝，煉鋼，2013年，No6”分別報(bào)道了雙噴口倒Y形噴槍在鐵水鎂基復(fù)合噴吹脫硫和鐵水金屬顆粒鎂純噴脫硫工藝中的應(yīng)用效果，與原單噴口直筒式噴槍相比，雙噴口倒Y形噴槍的應(yīng)用，取得了改善噴吹脫硫動(dòng)力學(xué)條件、降低脫硫劑消耗、縮短噴吹脫硫時(shí)間的優(yōu)良效果。通過技術(shù)交流和實(shí)際生產(chǎn)試驗(yàn)，對于鎂基復(fù)合噴吹脫硫與純噴金屬顆粒鎂脫硫，與原單噴口直筒式噴槍相比，倒Y形雙噴口均存在堵塞頻繁的問題，為此，特模仿鐵水鈣基脫硫劑噴吹脫硫工藝常用的倒T形雙噴口噴槍進(jìn)行鎂基復(fù)合噴吹與金屬顆粒鎂純噴脫硫工業(yè)性試驗(yàn)，同樣存在噴口堵塞頻繁的不足，在采用金屬棒熱態(tài)疏通噴口時(shí)，發(fā)現(xiàn)噴口堵塞物半熔融態(tài)粘結(jié)噴口壁，冷卻后粘接強(qiáng)度大，金屬棒無法徹底疏通，噴吹50爐左右堵塞。針對上述問題，特從金屬鎂的性能出發(fā)進(jìn)行分析，金屬鎂的熔點(diǎn)為651°C，沸點(diǎn)為1107°C，若將金屬鎂直接噴吹到高溫鐵水(一般為130(TC左右)中進(jìn)行脫硫，將使金屬鎂迅速氣化形成高溫高壓鎂蒸汽泡；此外，在溫度^ 670°C時(shí)，熔化狀態(tài)的鎂或鎂蒸汽與噴吹氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng):3Mg+N2= Mg3N2^于噴吹脫硫過程中噴槍噴口區(qū)域的噴射氣體擾動(dòng)，強(qiáng)化了該區(qū)域的鐵水換熱，使噴口外側(cè)段快速加熱到金屬鎂的熔點(diǎn)溫度，甚至更高，為該噴口段Mg3N2的形成創(chuàng)造了條件，形成的Mg 3N2微粒在界面力的作用下向金屬噴口內(nèi)表面不斷沉積，此外，金屬顆粒鎂的雜質(zhì)及其鈍化膜在金屬鎂高溫氣化后形成殘留物，也會(huì)向金屬噴口內(nèi)表面不斷沉積，最終形成高溫半熔融態(tài)和冷卻后結(jié)合強(qiáng)度大的粘渣，導(dǎo)致噴口疏通困難，這也是為什么目前純噴金屬顆粒鎂或鎂基復(fù)合噴吹鐵水脫硫用噴槍仍以單噴口直筒式噴槍的主要原因。此外，對于鈣基脫硫劑復(fù)合與混合噴吹脫硫，一般采用倒T形或倒Y形雙噴口噴槍，也有采用單噴口直筒式噴槍，雖然脫硫劑中不含金屬鎂，不存在金屬鎂噴口區(qū)域的高溫反應(yīng)物沉積堵塞噴口問題，但在噴吹系統(tǒng)壓力劇烈喘動(dòng)或脫硫劑受潮粘接條件下也存在噴口堵塞現(xiàn)象，但單噴口直筒式噴槍防堵性能相對較優(yōu)，一旦出現(xiàn)噴口凝鐵堵塞仍將無法進(jìn)行噴口疏通而終止使用。
[0005]針對常規(guī)單噴口直筒式噴槍與倒T形、倒Y形雙噴口噴槍存在的噴吹段磨損嚴(yán)重和噴射流股分散不佳等不足，專利號(hào):ZL201020183592.2的中國實(shí)用新型專利公開了一種鐵水預(yù)處理噴槍，該噴槍的槍頭上設(shè)置有擾流分配器，擾流分布器外形為鼓形結(jié)構(gòu)，鼓形截面為圓形或橢圓形結(jié)構(gòu)，并在下部鼓形結(jié)構(gòu)開設(shè)有2條以上的分流凹槽；分流凹槽均以噴槍噴口為起點(diǎn)在擾流分布器下部鼓形結(jié)構(gòu)壁面上對稱布置；分流凹槽寬度沿開口方向逐漸增大，轉(zhuǎn)角部位為圓弧過渡面結(jié)構(gòu)。利用擾流分布器鼓形結(jié)構(gòu)下部的從下而上直徑(徑向尺寸)不斷增大的結(jié)構(gòu)特征，遏制上浮速度分量，提高噴射的徑向水平流動(dòng)速度分量，增大噴射載氣與預(yù)處理劑的徑向流動(dòng)距離，延長預(yù)處理劑上浮軌跡、鐵水中的停留時(shí)間與反應(yīng)時(shí)間，提高預(yù)處理劑利用效率，降低預(yù)處理劑消耗與鐵水預(yù)處理成本；同時(shí)，為載氣與預(yù)處理劑在上浮過渡階段的徑向內(nèi)聚提供足夠的徑向行程，延緩上浮內(nèi)聚流動(dòng)對噴槍耐火材料槍襯壁面的沖刷磨損，降低噴槍局部槍襯因換熱增強(qiáng)導(dǎo)致的熱應(yīng)力增大與熱應(yīng)力縱裂紋破損，延長噴槍使用壽命。通過以噴槍噴口為起點(diǎn)向外放射的半圓形或半橢圓形截面分流凹槽的誘導(dǎo)流動(dòng)作用，分化噴射流股，提高噴射流股面積與預(yù)處理劑的分散混合效果，擴(kuò)展預(yù)處理劑反應(yīng)面積與反應(yīng)傳質(zhì)速度，提高預(yù)處理劑利用率。根據(jù)文獻(xiàn)“姚年春，單吹顆粒鎂鐵水脫硫工藝中鎂粒度檢查與驗(yàn)收，機(jī)械工程與自動(dòng)化，2014年，No6”報(bào)道，顆粒鎂流動(dòng)性合格是保證不堵槍和脫硫動(dòng)力學(xué)的條件之一，并使垂直噴射流股在鐵水中形成70?80mm的坑，保證顆粒鎂與鐵水的接觸面積。由此可見，上述專利中設(shè)計(jì)的半圓形或半橢圓形截面分流凹槽只能起到上浮氣流的誘導(dǎo)變向作用，難以達(dá)到流股分股的作用，動(dòng)力學(xué)條件改善有限。
[0006]綜合上述可見，對于鐵水噴吹脫硫，單噴口直筒式噴槍不易堵槍，但單流股噴射脫硫動(dòng)力學(xué)條件差；對于雙噴口倒T形或倒Y形噴槍雖然可明顯改善脫硫動(dòng)力學(xué)條件，但易出現(xiàn)噴口堵塞現(xiàn)象，尤其是金屬顆粒鎂純噴與鎂基復(fù)合噴吹鐵水脫硫，由于噴口內(nèi)金屬鎂反應(yīng)產(chǎn)物的沉積粘附，噴口堵塞現(xiàn)象十分頻繁，并且因反應(yīng)產(chǎn)物高溫半熔融粘附與常溫固化粘接，導(dǎo)致反應(yīng)物粘渣清理與噴口疏通十分困難。如何在保證鐵水噴吹脫硫動(dòng)力學(xué)條件的基礎(chǔ)上，防止噴口堵塞、延長噴槍使用壽命是目前鐵水噴吹脫硫的重要研究方向之一，尤其是鐵水金屬顆粒鎂純噴或鎂基復(fù)合噴吹脫硫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種鐵水高效脫硫長壽命防堵噴槍；該噴槍可以防堵，其具有結(jié)構(gòu)簡單、制備簡便、維護(hù)簡捷、使用壽命長、噴吹脫硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件優(yōu)、噴吹穩(wěn)定、脫硫劑利用效率高等特點(diǎn)。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種鐵水高效脫硫長壽命防堵噴槍，它由連接段、槍身段和噴吹段組成，所述連接段依次由連接法蘭和復(fù)合槍芯組成，所述槍身段和噴吹段外壁是由耐火材料澆筑而成耐火材料槍襯；所述噴吹段包括噴吹段槍身和設(shè)置在噴吹段槍身頂端的槍頭，所述復(fù)合槍芯貫穿整個(gè)槍身段和噴吹段槍身伸入槍頭中部；所述復(fù)合槍芯由內(nèi)至外依次包括內(nèi)插管、主管和加強(qiáng)管，所述加強(qiáng)管底端的內(nèi)壁上安裝有內(nèi)插管連接器，所述內(nèi)插管引導(dǎo)器下端開設(shè)有中空的固定槽，所述固定槽內(nèi)安裝有石墨質(zhì)噴吹管，所述主管固定在內(nèi)插管引導(dǎo)器上端的內(nèi)壁上，所述內(nèi)插管穿過內(nèi)插管引導(dǎo)器插入至石墨質(zhì)噴吹管內(nèi)，所述內(nèi)插管底部端面與石墨質(zhì)噴吹管底部端面平齊，所述石墨質(zhì)噴吹管底部端面設(shè)置有與石墨質(zhì)噴吹管同軸的中心通孔，且中心通孔伸入槍頭底部，所述石墨質(zhì)噴吹管和中心通孔包裹耐火材料槍襯內(nèi)，所述石墨質(zhì)噴吹管底部開設(shè)有2?3條水平槽道，所述水平槽道以中心通孔為中心對稱布置，且水平槽道與中心通孔相通。
[0009]進(jìn)一步地，所述中心通孔的截面為逐漸增大的梯形結(jié)構(gòu)，所述中心通孔底面的直徑d大于石墨質(zhì)噴吹管外徑D，d = 1.2?2.0D。
[0010]再進(jìn)一步地，所述水平槽道橫截面為上小下大的梯形結(jié)構(gòu)，水平槽道高度為30?100_、槽道寬度為0.5?Id。
[0011]再進(jìn)一