CN105420452A - 一种防卷渣的超音速喷头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种炼钢领域的防卷渣的超音速喷头，由主氧通道和位于主氧通道***的副氧通道构成，其中拉瓦尔管中心孔形成主氧通道，拉瓦尔管上设置有多个细长节流孔，节流孔位于中心孔的***并形成副氧通道。本发明的副氧流在中心超音速射流外形成环绕伴随流，减弱抵消超音速射流产生的低压区，消除使钢渣卷入喷头的吸力，同时还可使中心超音速射流扩展及衰减更小，超音速射流更长，提高氧气射流对熔池的穿透深度及搅拌强度，枪位提高减少钢液喷溅和枪头粘渣，使用寿命延长。在RH真空精炼时，主氧流冲击钢液并与钢液中的碳反应生成一氧化碳，溢出钢液的一氧化碳与环绕伴流的副氧流发生二次燃烧加热真空槽，减小钢液温降。

Description

一种防卷渣的超音速喷头

技术领域

本发明涉及冶金行业中用于生成超音速长氧气流的喷射装置，特别涉及一种防卷渣的超音速喷头。

背景技术

RH真空精炼是上世纪五十年代发展起来的一种钢铁冶金技术，除了真空脱气外，还可吹氧脱碳、喷粉脱硫，使得超低碳洁净钢得以大规模冶炼。而吹氧脱碳的装置起初设置在真空槽下部，后来设置在真空槽中部，最后设置在真空槽顶部，成为水冷多功能顶枪。现有技术中，无论是RH-KTB顶枪、RH-MFB顶枪、RH-MESID顶枪、RH-PB顶枪还是中国专利申请号200420027046.4、200610076151.0、200820174977.5、200820174973.7、201110000083.0、201210346652.1、201310431081.6所涉及的顶枪或喷头，均采用圆孔拉瓦尔管结构，这类结构在实际使用过程中，不可避免发生枪头粘渣现象。究其原因，超音速拉瓦尔喷头在使气流产生超音速加速的同时，也使其喷口附近产生一个低压区，使得周围的钢渣等吸附在喷头上，影响了超音速喷头的使用效果，降低了喷头的预期寿命。

在转炉炼钢装备中，顶吹氧枪大量采用拉瓦尔管做氧气加速器，其喷头结构一般为单孔或多孔拉瓦尔喷口。由于同样的机理，使得钢渣易于吸附在枪头上，严重时甚至发生危及生产安全和人生安全的事故。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种防卷渣的超音速喷头。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明技术方案如下：

一种防卷渣的超音速喷头，包括拉瓦尔管，所述拉瓦尔管中心孔形成主氧通道，所述拉瓦尔管上设置有多个节流孔，所述节流孔位于中心孔的***，该节流孔形成副氧通道。

上述结构，在作为主氧通道的超音速拉瓦尔管的***设有若干细长节流孔作为副氧通道，氧气由主氧通道和副氧通道进入分别形成主氧流和副氧流，所述副氧流在主氧流***形成一层环绕伴随流，填补主氧气流形成的低压区，消除钢渣吸附到喷头的条件。

作为优选：所述节流孔的进气口位于拉瓦尔管的进气口处，所述节流孔的出气口位于拉瓦尔管端部中心孔出口的四周。

作为优选：所述拉瓦尔管沿气流方向依次分为进口收缩段、喉口等速段、出口扩展段。

作为优选：所述节流孔进气口位于拉瓦尔管的出口扩展段上气体压力大于拉瓦尔管出口压力的位置，所述节流孔的出气口在拉瓦尔管端部出口管口四周。

作为优选：所述节流孔为开放式，其侧面与中心孔连通，所述节流孔进气口位于拉瓦尔管出口扩展段，节流孔出气口位于拉瓦尔管出口管口边沿，即节流孔实质上为在出口扩展段内壁上形成的槽状结构。

节流孔的进气口可以有三个位置，可以位于拉瓦尔管进口的进口收缩段上，也可以位于出口扩展段上，在出口扩展段上具有两种布置方式，位于出口扩展段上时，节流孔形成的副氧通道具的副氧流能够达到更高的速度。

氧气流流过拉瓦尔管被加速成超音速射流的部分为主氧流，流过节流孔的氧流为副氧流，主氧流冲击钢液并产生脱碳反应生成一氧化碳，副氧流与一氧化碳反应生成二氧化碳形成保护气罩消除超音速射流产生的低压卷渣区。

采用上述结构，主氧通道的拉瓦尔管可以使氧气在通过时获得超音速加速，副氧通道节流孔流出的氧气在超音速主氧的外层环绕伴随流，减弱抵消超音速射流产生的低压区，消除使钢渣卷入喷头的吸力，同时还可使中心超音速射流扩展及衰减更小，超音速射流更长，提高氧气射流对熔池的穿透深度及搅拌强度，同时由于射流速度衰减延缓，可提高氧枪的吹炼枪位，而不影响射流对钢液的冲击深度，延长了氧枪喷头的使用寿命。氧气从节流孔流出形成的外层环绕伴随流还可与钢液脱碳产生的一氧化碳燃烧生成二氧化碳，放出的热量加热真空槽耐材，减少钢液温度下降速度。

本发明同时提供一种多孔式的防卷渣的超音速喷头，具有多个拉瓦尔型喷孔，每个所述拉瓦尔型喷孔***均设置有多个节流孔，所述拉瓦尔型喷孔形成主氧通道，每个主氧通道***由对应的节流孔形成副氧通道。即为多孔拉瓦尔喷头结构，多个拉瓦尔喷管同时向转炉钢液熔池喷射氧气。

如上所述，本发明的有益效果是：

1、防卷渣的超音速喷头，其副氧通道的气流减弱抵消了主氧通道超音速射流产生的低压区，消除使钢渣卷入喷头的吸力。

2、改变了现有超音速氧枪的超音速射流在实际使用中受气流的影响衰减较快，存在喷吹距离短、冲击强度小等缺点。

3、带副氧通道的喷头能产生长距离保持初始出口直径、速度、射流动量的聚合射流，气流对钢液的注入能力大于现有超音速喷头，可促进钢渣反应、均匀成分和温度、减少喷溅、提高氧气利用率、提高金属收得率。同时因穿透能力的增强，枪位可适当提高，减少喷头粘钢，降低氧枪喷头消耗。

4、在本发明的喷头结构中，氧气从节流孔流出形成的外层环绕伴随流还可与钢液脱碳产生的一氧化碳燃烧生成二氧化碳，放出的热量加热RH真空槽耐材，减少钢液温度下降速度。

附图说明

图1为本发明实施例1中节流孔进气口在拉瓦尔管进口的喷头结构示意图；

图2为本发明实施例1中节流孔进气口在超音速拉瓦尔管进口的喷头底部示意图；

图3为本发明实施例1中节流孔进气口在拉瓦尔管出口扩张段的喷头结构示意图；

图4为本发明实施例1中开放式节流孔在拉瓦尔管出口扩张段的喷头结构示意图；

图5为本发明实施例1中开放式节流孔在超音速拉瓦尔管出口扩张段的喷头底部示意图；

图6为本发明实施例2中转炉氧枪喷头结构的示意图。

零件标号说明

1进口收缩段

2喉口等速段

3出口扩展段

4节流孔进气口

5节流孔出气口

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

实施例1

如图1至图5所示，为一种应用于RH顶枪的防卷渣超音速喷头，其主体结构为单孔式拉瓦尔喷头，包括主氧通道和副氧通道，主氧通道由超音速拉瓦尔管的中心孔形成，副氧通道为在超音速拉瓦尔管中心孔***的细长节流孔；所述拉瓦尔管沿气流方向依次分为进口收缩段2、喉口等速段2、出口扩展段3；进口收缩段2压缩加速气流、喉口等速段2气流达到音速、出口扩展段3加速气流到超音速。当然还包括水冷外管、隔水管、水冷内管等结构。具有一定压力的氧气流过所述喷头，流过拉瓦尔管被加速成超音速射流的部分为主氧流，流过节流孔的氧流为副氧流，主氧流冲击钢液并产生脱碳反应生成一氧化碳，副氧流与一氧化碳反应生成二氧化碳形成保护气罩消除超音速射流产生的低压卷渣区。在由钢水包、真空室、顶枪和抽真空装置等组成的RH工艺装备中，将真空室的浸渍管***钢水包的钢液中，顶枪通过密封通道***真空室，抽真空装置使真空室内钢液表面的压力处于低压状态，上升浸渍管内通入提升气使钢液在真空室与钢水包之间循环流动，在顶枪内通入氧气，通过喷头加速获得超音速射流注入钢液中，与钢液中的碳元素发生反应，生产气态一氧化碳溢出钢液，进而降低钢液的碳含量。

节流孔构成的副氧通道在喷头上可以有三种形式：

1、第一种布置形式如图1和图2所示，节流孔进气口4在拉瓦尔管的进口，节流孔出气口5在喷头端部拉瓦尔管出口管口四周。

2、第二种布置形式如图3所示，副氧通道的节流孔进气口4在拉瓦尔管的出口扩展段3上气体压力大于拉瓦尔管出口压力的位置，节流孔出气口5在喷头端部拉瓦尔管出口管口四周；

3、第三种布置形式如图4和图5所示，节流孔为开放式，起点在拉瓦尔管出口扩展段3，终点在喷头端部拉瓦尔管出口管口边沿，即节流孔为槽状，分布在出口扩展段3内壁上。

在RH真空精炼时，通过顶枪向真空槽内吹入氧气，超音速吹氧、二次燃烧加热等工艺过程同时进行，枪头位于钢液面较高位置避开钢液严重飞溅区。氧气由主氧通道和副氧通道进入分别形成主氧流和副氧流，所述副氧流在主氧流***形成一层环绕伴随流，使主氧流形成聚合射流，主氧流冲击钢液并与钢液中的碳反应生成一氧化碳，溢出钢液的一氧化碳与环绕伴流的副氧流发生二次燃烧加热真空槽，减小钢液温降。

实施例2

如图6所示，一种应用于转炉氧枪的多孔式防卷渣的超音速喷头，其主体为多孔拉瓦尔喷头结构，具有多个拉瓦尔型喷孔，每个所述拉瓦尔型喷孔***均设置有多个节流孔，所述拉瓦尔型喷孔形成主氧通道，每个主氧通道***由对应的节流孔形成副氧通道。多个拉瓦尔喷管同时向转炉钢液熔池喷射氧气。对于每个拉瓦尔喷管，均设有主氧通道和副氧通道，喷头主氧通道为超音速拉瓦尔管中心孔通道，副氧通道为在超音速拉瓦尔管***的细长节流孔，本例中，节流孔进气口4在拉瓦尔管的进口，节流孔出气口5在喷头端部拉瓦尔管出口管口四周；其他实施例中可以采用实施例1中第二或第三种布置方式。

具有一定压力的氧气流过所述喷头，流过拉瓦尔管被加速成超音速射流的部分为主氧流，流过节流孔的氧流为副氧流，主氧流冲击钢液熔池并产生脱碳反应生成一氧化碳，副氧流与部分一氧化碳反应生成二氧化碳，形成保护气罩消除超音速射流产生的低压卷渣区，消除使钢渣卷入喷头的吸力，同时还可使中心超音速射流扩展及衰减更小，超音速射流更长，提高氧气射流对熔池的穿透深度及搅拌强度。由于射流速度衰减延缓，可提高氧枪的吹炼枪位，而不影响射流对钢液的冲击深度，延长了氧枪喷头的使用寿命。

综上，本发明在超音速射流的外层增加环绕伴随流，消除超音速气流产生的低压区，使中心超音速射流扩展及衰减更小，超音速射流更长。应用在RH真空精炼炉顶枪时，可以减少枪头粘渣，提高氧气射流对熔池的穿透深度及搅拌强度，同时由于射流速度衰减延缓，可提高氧枪的吹炼枪位，降低氧枪喷头消耗，同时不会影响射流对钢液的冲击深度，延长了氧枪喷头的使用寿命。

本发明应用于RH真空精炼用顶枪实施例取得了如下效果：

1)本实施例的喷头结构与现有的喷头结构相比，增加了副氧通道；

2)由于副氧通道的气流减弱了超音速射流的低压区，避免了卷渣吸附效应；

3)由于副氧通道的气流减弱了超音速射流的低压区，延伸了超音速主氧的喷射距离；

4)由于副氧通道的氧气与一氧化碳燃烧，明显提高加热保温效率；

5)延伸的超音速射流提高了工作枪位，降低了冷却水耗量，延长了顶枪喷头寿命；任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种防卷渣的超音速喷头，包括拉瓦尔管，所述拉瓦尔管沿气流方向依次分为进口收缩段、喉口等速段、出口扩展段，所述拉瓦尔管中心孔形成主氧通道，其特征在于：所述拉瓦尔管上设置有多个节流孔，所述节流孔位于中心孔的***，该节流孔形成副氧通道。

2.根据权利要求1所述的一种防卷渣的超音速喷头，其特征在于：所述节流孔的进气口位于拉瓦尔管的进口处，所述节流孔的出气口位于拉瓦尔管端部中心孔出口的四周。

3.根据权利要求1所述的一种防卷渣的超音速喷头，其特征在于：所述节流孔进气口位于拉瓦尔管的出口扩展段上气体压力大于出口压力的位置，所述节流孔的出气口在拉瓦尔管端部出口管口四周。

4.根据权利要求1所述的一种防卷渣的超音速喷头，其特征在于：所述节流孔为开放式，其侧面与中心孔连通，所述节流孔进气口位于拉瓦尔管出口扩展段，节流孔出气口位于拉瓦尔管出口管口边沿。

5.根据权利要求1所述的一种防卷渣的超音速喷头，其特征在于：氧气流流过拉瓦尔管被加速成超音速射流的部分为主氧流，流过节流孔的氧流为副氧流，主氧流冲击钢液并产生脱碳反应生成一氧化碳，副氧流与一氧化碳反应生成二氧化碳形成保护气罩消除超音速射流产生的低压卷渣区。

6.一种防卷渣的超音速喷头，具有多个拉瓦尔型喷孔，其特征在于：每个所述拉瓦尔型喷孔***均设置有多个节流孔，所述拉瓦尔型喷孔形成主氧通道，每个主氧通道***由对应的节流孔形成副氧通道。