CN101386901A - 一种颗粒镁脱硫用气化室喷枪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种颗粒镁脱硫用气化室喷枪，包括下端设有气化室的金属枪芯，其外圆周表面及底面均覆盖有耐火材料工作衬，气化室侧壁的内表面为外凸弧面，且下端设有底边裙，底边裙的内表面上沿周向设有若干齿尖向下的锯齿形凸起或为焊接在底边裙内表面的若干金属短圆柱，耐火材料工作衬内均布设有若干铆固件。本发明的气化室结构，避免了原有圆台形顶部转角对粘渣的促进作用，降低了粘渣速度与清渣频率，延缓了气化室金属构件的变形速度；异形底边裙，能吸收气化室侧壁底边的整体变形，增强室壁的综合强度与抗变形能力，最终达到延长喷枪使用寿命、降低喷枪制作成本、改善喷枪使用性能的目的。

Description

一种颗粒镁脱硫用气化室喷枪

技术领域

本发明涉及一种颗粒镁脱硫用气化室喷枪，具体地说是一种用于铁水纯喷颗粒镁脱硫用枪头带气化室的喷枪。

背景技术

金属镁和硫的亲合力极高，铁水脱硫反应主要是在铁水中的均相反应，是铁水脱硫的最强脱硫剂之一，具有用量、渣量、扒渣铁损少和环境污染小的优点。由于渣的存在不影响镁的均相脱硫反应，因而对铁水带有高炉渣不敏感；由于脱硫的镁用量少，因而脱硫处理的设备投资低，脱硫过程对铁水的化学成分也基本没有影响。

为了充分利用颗粒镁强脱硫剂的优势，针对金属镁熔点与气化温度低、高温下蒸气压力高的特点，从避免金属镁高温条件下快速气化膨胀引起的脱硫过程中铁水喷溅问题，乌克兰钛设计院、黑色冶金研究院早在上世纪50年代开发了枪头带气化室喷枪纯喷颗粒镁铁水脱硫工艺，并在实际生产中得到广泛应用，尤其是镁资源丰富的国家，例如：前苏联的联邦国家和我国。具体脱硫工艺过程是以空气、氮气、氩气或天然气为载气，一般为氮气，以粒度为0.5～2.5mm的金属颗粒镁为脱硫剂，一般粒度为0.6～1.6mm。通过潜入铁水中的枪头带气化室的喷枪，气化室为圆台形内空结构，将脱硫剂送达铁水罐中的铁水深处，通过颗粒镁进入铁水前在气化室中的预气化，避免颗粒镁在高温铁水中迅速气化带来的剧烈喷溅和控制困难的问题，此后，通过镁蒸气泡的界面脱硫反应和溶解镁的均相脱硫反应，达到提高颗粒镁利用率和铁水脱硫效率的目的。然而，气化室内高温条件下共存的喷吹载气(氮气)与金属镁之间化学反应生成的氮化镁以及金属镁的熔融、气化，导致气化室内壁固体氮化镁与熔融金属镁的粘结，并随着喷枪使用次数的增多，气化室内的粘渣不断增多；同时，在颗粒镁钝化过度和受潮水化、氧化的条件下，钝化膜氯氧化镁以及颗粒镁受潮水化物、氧化物的固体残存物增大，致使气化室内壁粘渣速度加快、粘渣结合强度增大，给喷枪气化室内壁的清渣维护带来困难，导致维护性非作业时间增长，限制了设备生产能力的发挥和正常生产的组织。尤其是颗粒镁受潮水化引起的颗粒镁粘连与团聚，直接影响了颗粒镁喷吹的流动性与喷吹量的稳定，导致剧烈喷溅，影响了喷吹过程的正常进行，并带来设备与人身安全隐患。

针对颗粒镁铁水脱硫用枪头带气化室喷枪在实际生产中气化室内壁粘渣严重的问题，国内外主要的维护措施是简便易行的水管冲渣，由于内壁粘渣速度较快，为了保证喷吹过程中有效的气化空间，控制粘渣层厚度35mm左右进行一次水管冲渣，根据颗粒镁脱硫剂钝化膜厚度以及受潮状况的不同，内壁粘渣处理的周期也不同，随着颗粒镁脱硫剂钝化膜厚度的增大和受潮状况的加剧，即颗粒镁气化固体物残存增大，内壁粘渣处理周期缩短，一般处理周期为3～5次，但在颗粒镁气化固体物残存高时，处理周期仅为1～3次不等。水管冲渣的清渣原理是：通过内壁粘渣物(氮化镁、氧化镁、冷凝的金属镁)与冲洗水的水化反应，引起粘渣物结合相粘结强度降低和粘渣物体积膨胀而脱落，实际处理过程中，为了节省清渣维护时间，充分利用高温对水化反应的促进作用，采取喷枪起枪后立即喷水清渣，单次清渣处理时间为15min左右，采用的清渣装置是由渣盘、布置在中心的向上直喷的金属水管和安装在渣盘下部的小车构成；由于水管喷射水柱的集中、水对气化室内壁的强冷以及水流与水蒸气对气化室边裙耐火材料的水化和急冷作用，导致气化室金属构件变形、耐火材料枪裙工作衬裂纹脱落和气化室外壁耐火材料工作衬龟裂，加快了喷枪的破损进程，使喷枪使用寿命缩短1/3左右。此外，由颗粒镁脱硫用气化室喷枪结构可见，耐火材料枪裙工作衬单位体积换热比表面积大，因而，在喷枪间歇式工作条件下，耐火材料枪裙工作衬急冷急热条件最为恶劣，导致热震裂纹与热应力剥落。同时，在喷枪下枪过程中，铁水表面渣块频繁撞击枪裙，导致耐火材料枪裙工作衬机械撞击破损。此外，气化室圆台形内空顶部的转角，促进了粘渣的沉积搭桥，加快了粘渣速度与结合强度，增大了清渣的困难与频率，推进了气化室金属构件的变形进程。由于上述原因，致使耐火材料枪裙工作衬成为喷枪使用寿命的限制性环节。由此可见，对于铁水颗粒镁脱硫用气化室喷枪，耐火材料枪裙工作衬破损最为严重，往往因其剥落而引起气化室金属构件烧损严重，大幅度增大了喷枪的在线维护量，制约了喷枪金属构件的循环利用率和喷枪的使用寿命。针对颗粒镁铁水脱硫用枪头带气化室喷枪使用寿命短的问题，中国专利“汽化室式长寿脱硫喷枪，专利号ZL03254800.1”提供了一种制作简便、结构简单、使用寿命长的颗粒镁铁水脱硫用枪头带气化室喷枪，其技术方案是：改进金属枪芯结构，增强金属枪芯与耐火材料工作衬的结合强度，提高喷枪的抗剥落性能；在金属枪芯表面涂刷石墨质有机涂层，通过喷枪烘烤与高温使用条件下有机溶剂的挥发，使金属枪芯与耐火材料工作衬之间形成热膨胀缓冲间隙，延缓喷枪破损源的形成与发展进程，并在实际应用中取得了较好的应用效果。但专利对气化室内空结构、气化室金属构件变形与烧损引起的喷枪破损问题未提供相应的改进措施，同时，金属枪芯与耐火材料工作衬之间的石墨质有机涂层因石墨优良的耐火性能和浸润困难的特点，导致缓冲间隙不均匀，缓冲能力不足，从而限制喷枪使用寿命的进一步提高和金属枪芯的循环利用率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决颗粒镁脱硫用气化室喷枪气化室内壁粘渣速度较快，耐火材料枪裙工作衬破损严重的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种颗粒镁脱硫用气化室喷枪，包括下端设有气化室的金属枪芯，所述金属枪芯的外圆周表面及底面均覆盖有耐火材料工作衬，所述气化室侧壁的内表面为外凸弧面，该侧壁的下端设有底边裙且底边裙的壁厚小于气化室下端的壁厚。

所述底边裙的内表面上沿周向均布设有若干柱状凸起，所述凸起为齿尖向下的锯齿形或焊接在底边裙的内表面上的金属短圆柱。

所述金属枪芯包括主管、增强管和若干搭桥焊接件，所述增强管套装在主管外，且增强管与主管的内外径之间均匀焊接若干搭桥焊接件。

还包括设置在耐火材料工作衬内的若干V形铆固件、双V蝶形铆固件和环形铆固件，所述双V蝶形铆固件由位于相互成一定夹角的两个平面内的V字形铆固件的V字顶点相互焊接而成，V形和双V蝶形铆固件分别沿增强管和气化室的外壁、底边裙的周向、轴向以及底边裙下表面的周向间隔布置，且V形和双V蝶形铆固件的尖部分别与增强管、气化室的外壁和底边裙的外表面焊接，所述环形铆固件分别焊接在增强管和气化室外壁上以及底边裙上的V形铆固件的顶端。

所述增强管和气化室的外壁上涂刷有一层有机涂层，该有机涂层的材料为机械润滑油。

所述V形和双V蝶形铆固件中的一半为普通螺纹钢或碳钢盘条，另一半为耐热合金材料，并按材质间隔布置；所述环形铆固件为耐热合金材料。

还包括若干加强筋板，其上开有2个以上的孔，材质为普通碳钢，分别与气化室的上壁外表面和增强管底部外圆周面焊接。

还包括喷吹管，固定设置在主管的内部且与气化室相通。

本发明针对喷枪在实际应用中出现的气化室金属构件变形与耐火材料枪裙工作衬破损严重的问题，通过气化室结构的设计，避免了气化室内空圆台形顶部转角对粘渣的促进作用，降低了粘渣速度与清渣频率，延缓了气化室金属构件的变形速度；从降低气化室室壁的变形量、提高其与耐火材料工作衬结合强度的角度考虑，在气化室侧壁底边上设置了异形底边裙，吸收气化室侧壁底边的整体变形，采取增大气化室侧壁底边厚度的措施，增强了侧壁的综合强度与抗变形能力，降低了金属材料与耐火材料热物理性质差异的不利影响，并通过异形底边裙上布置的V形和双V蝶形铆固件，提高气化室侧壁底边与耐火材料枪裙工作衬之间的结合面积与结合强度，进而提高耐火材料枪裙工作衬的抗撞击破损能力。从降低冲渣水对耐火材料枪裙工作衬的不利影响角度考虑，通过气化室侧壁底边厚度大于异形底边裙厚度的结构设计，使气化室侧壁底边形成内凸台，冲渣水从气化室侧壁底边内壁滴落，避免了冲渣水与耐火材料枪裙工作衬的直接接触，延缓了耐火材料枪裙工作衬破损和气化室侧壁底边烧损的进程。V形铆固件、双V形铆固件、环形铆固件的合理设计与布置，增强了耐火材料工作衬与金属枪芯之间的结合状况，提高了枪衬耐火材料的抗破损能力。有机涂层的应用，使喷枪在烘烤与使用过程中，通过有机涂层的烧失残留的细小间隙缓解枪芯与枪衬之间的热膨胀不同步。增强管外壁不布置加强筋和适量增大增强管直径或壁厚的措施，保证了喷枪金属枪芯的强度和刚度，避免了加强筋不均匀膨胀带来的危害。金属枪芯主管与增强管之间搭桥焊接件的设置，进一步增强了喷枪金属枪芯的强度和刚度，改善了金属枪芯的抗弯曲能力，提高了金属枪芯的循环利用率。通过气化室、金属枪芯抗变形能力的提高和气化室底边缘烧损进程的降低，金属枪芯的循环利用率，降低了喷***作成本。喷枪耐火材料工作衬采用发明的“脱硫喷枪用耐火浇注料，专利号：ZL03118869.9”专利产品整体浇注成型，通过浇注料性能的改进，进一步延缓喷枪耐火材料工作衬的破损进程。最终达到延长喷枪使用寿命、降低喷枪制作成本、改善喷枪使用性能的目的。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例二的结构示意图；

图3为图1的A-A剖面图；

图4为本发明的双V蝶形铆固件立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作出详细的说明。

实施例一、

如图1、图2所示，本发明包括一个金属枪芯，其上端设有连接法兰16，通过连接螺栓15将喷枪与枪杆17法兰连接在一起，金属枪芯的下端设有气化室6，金属枪芯的外圆周表面及底面均覆盖有耐火材料工作衬10，耐火材料工作衬10采用专利号为ZL03118869.9的脱硫喷枪用耐火浇注料整体浇注成型；金属枪芯包括主管1、增强管2和若干搭桥焊接件3，主管1和增强管2分别采用普通碳钢无缝钢管制作，搭桥焊接件3采用螺纹钢制作，增强管2套装在主管1外，其外圆周面上均匀布置若干开孔4，并在开孔部位通过搭桥焊接件3与主管1进行搭桥焊接，增强管2底部的外圆周面上还焊接若干加强筋板5，所述加强筋板5为三角形状，其上开有2个以上的通孔，材质为普通碳钢。主管1的内部还固定设有与气化室6相通的喷吹管14，内插喷吹管14为外径18mm的无缝碳钢管，增强管2和气化室6的外壁上涂刷有一层有机涂层13，该有机涂层13的材料为机械润滑油。

所述气化室6的室壁类似于一个金属钟罩，采用铸钢浇铸成型，金属钟罩11的底边缘厚度为50mm，其它部位厚度为30mm；其侧壁的内表面为外凸弧面，该侧壁的下端设有与其外圆周表面平齐的底边裙12，底边裙12与金属钟罩11一起铸造成型，厚度为20mm，小于气化室6下端的壁厚，底边裙12的内表面上沿周向均布设有若干齿尖向下的锯齿形凸起。

在耐火材料工作衬内设有若干V形铆固件7、双V蝶形铆固件8和环形铆固件9，所述V形和双V蝶形铆固件7、8分别沿增强管2、气化室6的外壁、底边裙12的周向、轴向以及底边裙12下表面的周向间隔布置，V形铆固件7、双V蝶形铆固件8和环形铆固件9的轴向布置间距为50～150mm，且V形和双V蝶形铆固件7、8的尖部分别与增强管2、气化室6的外壁和底边裙12的外表面焊接，所述环形铆固件9为圆环形，分别焊接在增强管2和气化室6的外壁上以及底边裙上的V形铆固件7的顶端。V形和双V蝶形铆固件7、8中的一半为普通螺纹钢或碳钢盘条，另一半为直径5mm的铁铬铝耐热金属丝，并按材质间隔布置；环形铆固件9为直径5mm的铁铬铝耐热金属丝。

实施例二、

本实施例与实施例一的区别在于底边裙的内表面上沿周向均布焊接若干金属短圆柱，金属短圆柱为直径为18mm的螺纹钢。

本发明颗粒镁脱硫用气化室喷枪具有如下优点：

1.本发明的一种颗粒镁脱硫用气化室喷枪，避免冲渣水与耐火材料枪裙工作衬的直接接触，延缓了耐火材料枪裙工作衬破损和气化室6侧壁底边缘烧损的进程。

2.本发明通过增大气化室6侧壁底边厚度的方式，提高了气化室6侧壁的抗变形能力，保证了喷枪气化室6的有效气化空间，提高了脱硫效率与金属镁利用率。

3.本发明通过V形铆固件7、双V形铆固件8、环形铆固件9的合理设计与布置，增强了耐火材料工作衬与金属枪芯之间的结合状况，提高了枪衬耐火材料的抗破损能力。

4.本发明通过增强管2外壁不布置加强筋和适量增大增强管2直径或壁厚的措施，保证了喷枪金属枪芯的强度和刚度，避免了加强筋不均匀膨胀带来的危害。

5.本发明通过在金属枪芯主管1与增强管2之间搭桥焊接件3的设置，进一步增强了喷枪金属枪芯的强度和刚度，防止金属枪芯的弯曲变形。

6.本发明通过气化室6侧壁、金属枪芯抗变形能力的提高和气化室6侧壁底边缘烧损进程的降低，提高了气化室6侧壁、金属枪芯的循环利用率，达到降低喷枪制作成本的目的。

7.本发明有机涂层13的应用，使喷枪在烘烤与使用过程中，通过有机涂层13的烧失残留的细小间隙缓解枪芯与枪衬之间的热膨胀不同步。

8.本发明具有便于气化室内壁清渣、气化室变形小、使用寿命长、制作成本低的优点。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1、一种颗粒镁脱硫用气化室喷枪，包括下端设有气化室(6)的金属枪芯，所述金属枪芯的外圆周表面及底面均覆盖有耐火材料工作衬，其特征在于所述气化室侧壁的内表面为外凸弧面，该侧壁的下端设有底边裙(12)且底边裙(12)的壁厚小于气化室(6)下端的壁厚。

2、如权利要求1所述的颗粒镁脱硫用气化室喷枪，其特征在于所述底边裙(12)的内表面上沿周向均布设有若干凸起，所述凸起为齿尖向下的锯齿形或焊接在底边裙(12)的内表面上的金属短圆柱。

3、如权利要求1所述的颗粒镁脱硫用气化室喷枪，其特征在于所述金属枪芯包括主管(1)、增强管(2)和若干搭桥焊接件(3)，所述增强管(2)套装在主管(1)外，且增强管(2)与主管(1)的内外径之间均匀焊接若干搭桥焊接件(3)。

4、如权利要求3所述的颗粒镁脱硫用气化室喷枪，其特征在于还包括设置在耐火材料工作衬内的若干V形铆固件(7)、双V蝶形铆固件(8)和环形铆固件(9)，所述V形和双V蝶形铆固件(7)、(8)分别沿增强管(2)、气化室(6)的外壁和底边裙(12)的周向、轴向以及底边裙(12)下表面的周向间隔布置，且V形和双V蝶形铆固件(7)、(8)的尖部分别与增强管(2)、气化室(6)的外壁和底边裙(12)的下表面焊接，所述环形铆固件(9)分别焊接在增强管(2)和气化室(6)外壁上以及底边裙(12)上的V形铆固件(7)的顶端。

5、如权利要求4所述的颗粒镁脱硫用气化室喷枪，其特征在于所述增强管(2)和气化室(6)的外壁上涂刷有一层有机涂层(13)，该有机涂层(13)的材料为机械润滑油。

6、如权利要求5所述的颗粒镁脱硫用气化室喷枪，其特征在于所述V形和双V蝶形铆固件(7)、(8)中的一半为普通螺纹钢或碳钢盘条，另一半为耐热合金材料，并按材质间隔布置；所述环形铆固件(9)为耐热合金材料。

7、如权利要求6所述的颗粒镁脱硫用气化室喷枪，其特征在于还包括若干加强筋板(5)，其上开有2个以上的孔，材质为普通碳钢，分别与气化室(6)的上壁外表面和增强管(2)底部外圆周面焊接。

8、如权利要求7所述的颗粒镁脱硫用气化室喷枪，其特征在于还包括喷吹管(14)，固定设置在主管(1)的内部且与气化室相通。

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