CN118222782A - 一种硬氧熔炼反向旋流雾化空气预热式电弧炉炉壁氧燃枪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硬氧熔炼反向旋流雾化空气预热式电弧炉炉壁氧燃枪，属于冶金行业电弧炉技术领域。技术方案是：氧枪外壳（9）与燃烧室外壳（13）固定连接在一起，燃烧室外壳（13）与燃烧室内壳（14）之间为燃烧室冷却水夹层（15），硬氧分流环管（19）固定在燃烧室外壳（13）上；压缩空气管式余热预热器（23）与氧枪安装固定板（24）及压缩空气进口管（21）焊接在一起，组成整体助燃空气***，喷碳枪（30）安装位置为环形均布在氧枪外壳（9）与硬氧分流环管（19）之间的燃烧室外壳（13）上。本发明的有益效果是：能够实现预热废钢、缩短废钢融化时间等多种模式，从而缩短冶炼周期，度降低能耗。

Description

一种硬氧熔炼反向旋流雾化空气预热式电弧炉炉壁氧燃枪

技术领域

本发明涉及一种硬氧熔炼反向旋流雾化空气预热式电弧炉炉壁氧燃枪，属于冶金行业电弧炉炉壁氧燃枪技术领域。

背景技术

当前电炉冶炼行业中正在使用的氧燃枪，存在着以下几方面的不足。行业内在用的氧燃枪因结构设计上的技术局限，不具备碳、氧同时喷吹入炉的能力，加之喷入电炉内的氧气量因燃烧室体积小而受限，因此，无法替代炉门碳氧枪；全废钢冶炼时，炉内废钢堆量大，也会影响氧燃枪燃烧空间及热负荷释放，每炉加入废钢量受限；氧气通过氧燃枪燃烧室供入，此处形成高温区，氧燃枪寿命受到影响；其燃料雾化、混合技术也没有显著的突破；而冷却水余热、炉壁余热回收也是空白；冶炼中形成熔池后，氧燃枪供入氧气对钢水的冲击力有限，破渣、搅拌、脱碳能力不能完全满足冶炼工艺要求；都不具备助燃空气富氧技术能力；最后是不具备任意启用烧嘴＋一次空气＋富氧模式,先行预热废钢、开启烧嘴＋富氧＋硬氧模式，缩短废钢融化时间及单独启用硬氧氧***式或喷氧＋喷碳模式，代替炉门碳氧枪。

发明内容

本发明的目的是提供一种硬氧熔炼反向旋流雾化空气预热式电弧炉炉壁氧燃枪，能够实现预热废钢、缩短废钢融化时间等多种模式，从而缩短冶炼周期，度降低能耗，解决背景技术中存在的问题。

本发明的技术方案是：

一种硬氧熔炼反向旋流雾化空气预热式电弧炉炉壁氧燃枪，包含喷嘴、一次空气导流罩、二次空气旋流器氧枪外壳、氧枪燃烧室、燃烧室外壳、燃烧室内壳、燃烧室冷却水夹层、硬氧管支撑板、硬氧管、硬氧管切向喷口、硬氧分流环管、硬氧进口管、压缩空气进口管、热压缩空气出口管、压缩空气管式余热预热器、氧枪安装固定板、热压缩空气进口、富氧管、富氧控制气动阀和喷碳枪，喷嘴***二次空气导流罩内，二次空气导流罩前部固定二次空气旋流器后***到氧枪外壳内，氧枪外壳与燃烧室外壳固定连接在一起；燃烧室外壳与燃烧室内壳构成氧枪燃烧室的双层结构，燃烧室外壳与燃烧室内壳之间为燃烧室冷却水夹层，燃烧室冷却水夹层内设有硬氧管、硬氧管支撑板和与硬氧管相连接的硬氧管切向喷口；硬氧分流环管固定在燃烧室外壳上；压缩空气管式余热预热器与氧枪安装固定板及压缩空气进口管焊接在一起，组成整体助燃空气***，压缩空气管式余热预热器倾斜焊接在燃烧室外壳上，热压缩空气出口管焊接在氧枪外壳的热压缩空气进口上；富氧控制气动阀安装在富氧管上，富氧管一端与热压缩空气出口管相连接，一端与硬氧进口管相连接；喷碳枪安装位置为环形均布在氧枪外壳与硬氧分流环管之间的燃烧室外壳上。

所述喷嘴的一端为雾化喷口，喷嘴的外表面设有一次空气导流环。

所述喷嘴与二次空气导流罩之间通过紫铜垫片密封。

所述喷嘴通过喷嘴六角螺母压盖旋紧固定在二次空气导流罩内。

所述硬氧管为环形布置的四根。

所述硬氧分流环管为能够覆盖四根硬氧管管口的半圆形。

所述压缩空气管式余热预热器的倾斜角度为30度。

本发明的有益效果是：

（1）可根据电弧炉大小，灵活布置水冷模块，消除炉内冷区死角；

（2）降低冶炼时间，根据钢种不同，可实现每炉80min±20或更低,提高产能，缩短冶炼周期，大幅度降低电耗，吨钢节电100kwh/以上；综合吨钢降低成本150元/t钢左右；

（3）大幅度提高钢水日产量，显著降低全废钢冶炼废钢融化时间；

（4）氧气、空气、燃气或油流量调节宽泛，适应各种冶炼钢种及工艺；

（5）可有效防止氧焰回燃、逆燃烧损水冷模块；

（6）热装铁水最高可达到接近70%或100%全废钢冶炼；

（7）对于废钢入炉规格大小适应性更强；

（8）启用烧嘴＋富氧模式，可先行预热废钢；

（9）硬氧＋烧嘴模式，大幅缩短废钢融化时间；

（10）冶炼中期集束射流，对熔池的搅拌效果更强；

（11）实现全程泡沫渣埋弧冶炼，改善冶炼条件；

（12）二次燃烧，充分利用化学能源；

（13）在氧化早期极大地改善了脱P反应的动力学条件。

附图说明

图1为本发明氧燃枪结构主视图；

图2为本发明氧燃枪剖视图；

图3为燃气（油）喷嘴示意图；

图4为一次助燃空气导流罩示意图；

图5为二次空气旋流器；

图中：喷嘴1、一次雾化空气导流环2、一次雾化空气进口3、一次空气导流罩4、热空气均压混合室5、二次空气旋流器6、一次空气环缝喷口7、雾化喷口8、氧枪外壳9、喷嘴六角螺母压盖10、紫铜垫片11、氧枪燃烧室12、燃烧室外壳13、燃烧室内壳14、燃烧室冷却水夹层15、硬氧管支撑板16、硬氧管17、硬氧管切向喷口18、硬氧分流环管19、硬氧进口管或喷碳管20、压缩空气进口管21、热压缩空气出口管22、压缩空气管式余热预热器23、氧枪安装固定板24、冷却水进口管25、冷却水出口管26、热压缩空气进口27、富氧管28、富氧控制气动阀29、喷碳枪30。

具体实施方式

以下结合附图，通过实例对本发明作进一步说明。

参照附图1-5，一种硬氧熔炼反向旋流雾化空气预热式电弧炉炉壁氧燃枪，包含喷嘴1、一次空气导流罩4、二次空气旋流器6、氧枪外壳9、氧枪燃烧室12、燃烧室外壳13、燃烧室内壳14、燃烧室冷却水夹层15、硬氧管支撑板16、硬氧管17、硬氧管切向喷口18、硬氧分流环管19、硬氧进口管20、压缩空气进口管21、热压缩空气出口管22、压缩空气管式余热预热器23、氧枪安装固定板24、热压缩空气进口27、富氧管28、富氧控制气动阀29和喷碳枪30，喷嘴1***二次空气导流罩4内，二次空气导流罩4前部固定二次空气旋流器6后***到氧枪外壳9内，氧枪外壳9与燃烧室外壳13固定连接在一起；燃烧室外壳13与燃烧室内壳14构成氧枪燃烧室12的双层结构，燃烧室外壳13与燃烧室内壳14之间为燃烧室冷却水夹层15，燃烧室冷却水夹层15内设有硬氧管17、硬氧管支撑板16和与硬氧管17相连接的硬氧管切向喷口18；硬氧分流环管19固定在燃烧室外壳13上；压缩空气管式余热预热器23与氧枪安装固定板24及压缩空气进口管21焊接在一起，组成整体助燃空气***，压缩空气管式余热预热器23倾斜焊接在燃烧室外壳13上，热压缩空气出口管22焊接在氧枪外壳9的热压缩空气进口27上；富氧控制气动阀29安装在富氧管28上，富氧管28一端与热压缩空气出口管22相连接，一端与硬氧进口管20相连接；喷碳枪30安装位置为环形均布在氧枪外壳9与硬氧分流环管19之间的燃烧室外壳13上。

在本实施例中，参照附图1-5，喷嘴1为燃气（油）喷嘴，喷嘴1的一端为雾化喷口8，喷嘴1的外表面设有一次空气导流环2。喷嘴1与一次空气导流环2、雾化喷口8***到二次空气导流罩4内，用紫铜垫片密封，由喷嘴六角螺母压盖10旋紧固定在4二次空气导流罩内；二次空气导流罩4前部焊接二次空气旋流器6后整体***到氧枪外壳9内，二者焊接固定为一体，二次空气旋流器6外缘带毫米级环缝；氧枪外壳9前端与燃烧室外壳13焊接成为一体。

圆柱形燃气（油）氧枪燃烧室12由燃烧室外壳13、燃烧室内壳14、燃烧室冷却水夹层15焊接组装成；用硬氧管支撑板16与之焊接固定在燃烧室冷却水夹层15中的四根硬氧管17以及硬氧管切向喷口18和无缝管焊接组成。

覆盖环形布置的四根17硬氧管17管口的半圆形硬氧分流环管19焊接在燃烧室外壳13上，并与硬氧进口管20焊接连接。

三根环管组成的压缩空气管式余热预热器23与燃气（油）氧枪安装固定板24及压缩空气进口管21焊接组成整体助燃空气***，压缩空气管式余热预热器23倾斜30度焊接在燃烧室外壳13上；热压缩空气出口管22焊接在燃气（油）氧枪外壳9热压缩空气进口29上。

29富氧控制气动阀安装在28富氧管上，29富氧管一端与22热压缩空气出口焊接连接，一端与20硬氧进口管焊接连接。

四个喷碳枪30安装位置为环形均布在燃气（油）氧枪外壳9与硬氧分流环管19之间的燃烧室外壳13上。

燃气（油）氧枪燃烧室12及燃烧室冷却水夹层15的冷却水管焊接安装在硬氧分流环管19和燃气（油）氧枪外壳9之间的燃烧室外壳13上。

本发明具有以下特点：

（1）较行业中普遍使用的传统氧燃枪,在燃烧室水冷夹层中增加了硬氧管道，使得从厂房外制氧站所输送过来的低温氧气有所升温，既提高了入炉氧气温度，同时还吸收了冷却水的热量，带来更好的冷却燃烧室，防止其烧损，间接提高了其使用寿命，对电弧炉在生产中的热平衡效果更好；硬氧喷口可在制造时根据生产需求改变其喷射角度，还可以在前端安装拉夫尔管式喷头，使氧气喷出速度超过音速，在废钢融化及冶炼中形成熔池后，氧燃枪供入氧气对钢水的冲击力及破渣、搅拌、脱碳能力满足冶炼工艺要求。另外，硬氧管安装在冷却水夹层中，呈环形布置，数量可随意增加，还可以扩展布置一定数量的喷碳管，使其具有炉门吹氧、喷碳相同的碳氧枪的作用；

（2）通过两组热压缩空气旋流装置，使其在生产中产生一次雾化兼助燃空气、二次助燃空气相互间实现反向旋流，使得雾化后的燃料与空气混合更均匀，燃烧更充分，火焰长度更容易管控；

（3）能够将外网送来的低温压缩空气预热升温的管式空气预热器，充分回收炉体散失的热量，使其通过压缩空气的载体再回到炉内，改善电弧炉整体热平衡，提高热效率；还可以有效地改善或提高燃气（油）氧枪的燃烧温度；

（4）增加富氧管道及自动控制气动阀，提高热空气含氧量，对初次生产点火启动及连续生产中的废钢预热、融化作用明显，控制供氧量的富氧控制气动阀，可接入整体氧燃枪自动化运行控制***中。

（5）可任意启用烧嘴＋一次空气＋富氧模式可先行预热废钢；也可以开启烧嘴＋富氧＋硬氧模式，大幅缩短废钢融化时间；还可以选择单独启用硬氧氧***式或喷氧＋喷碳模式，代替炉门碳氧枪。

本发明工艺流程如下：

该氧燃枪对燃料的要求很宽泛，可以是液化气、天然气，甚至是焦炉煤气、转炉煤气，或者是重油、渣油，其它轻质油都可以。

（1）不论是哪种燃料，都是从燃气（油）喷嘴1前部管道进入，经过燃气（油）雾化喷口8的喉口处被加速到超过音速，压力能大部分转换成动能形成高速强力喷射，从喷口扩压而雾化喷出；

（2）而压缩空气从压缩空气进口管21进入压缩空气管式余热预热器23被氧燃枪安装孔、缝隙处的炉内辐射热及水冷壁传热的余热预热升温为一次、二次助燃的压缩空气，一次助燃热压缩空气从热压缩空气出口22与燃气（油）氧枪进口连接管及热压缩空气进口27进入到热空气均压混合室5再经穿过一次空气导流罩4及一次雾化空气进口4进入喷嘴与导流罩夹层空间，通过一次雾化空气导流环2形成顺时针旋转的气流，经过一次空气环缝喷口7喷出，与从燃气（油）喷嘴1喷口扩压而雾化喷出的燃气（油）切向碰撞，再次助其雾化，并使二者均匀混合，在燃气（油）氧枪燃烧室12内点火燃烧形成高温火焰流喷出；

（3）二次助燃空气通过二次空气旋流器6及其外缘的毫米级环缝进入到燃气（油）氧枪燃烧室12中，使得二次空气流与一次空气流形成反向旋流，使得空气与物化的燃料更好的混合，而二次空气旋流器6的外缘的毫米级环缝可起到燃气（油）氧枪燃烧室12增加过剩空气量的作用，使燃烧更充分，燃料化学能利用率更高，使燃烧室喷出的火焰流对电弧炉中的废钢进行预热、并使其快速融化；

（4）硬氧从硬氧进口管20进入到硬氧分流环管19，均匀分配到四个硬氧管17中，被燃烧室外壳13及燃烧室内壳14形成的燃烧室冷却水夹层15中的冷却水加热后从硬氧管切向喷口18以根据燃料不同、电弧炉的不同而针对性设计的喷口角度喷出，硬氧喷口可在制造时根据生产需求改变其喷射角度，使其具有与顶吹氧枪、炉门吹氧相同的单独氧枪的作用，在废钢堆料前，与在燃气（油）氧枪燃烧室12内点火燃烧形成并喷出的高温火焰流相遇形成二次燃烧，快速融化已被预热的加入炉中的废钢料，并在冶炼中、后期实现集束射流吹氧脱碳。该新型燃气（油）氧燃枪的富氧模式是靠设置的富氧管28连接硬氧进口管20及热压缩空气出口22与燃气（油）氧枪进口连接管将硬氧混入热空气中后形成富氧混合气，进入热空气均压混合室5，并通过二次空气旋流器6及一次空气环缝喷口进7入燃气（油）氧枪燃烧室12，富氧量或比例可以通过富氧控制气动阀29根据炉况控制、调节；

（5）另外，热压缩空气进口27设置在燃气（油）氧枪外壳9上，燃气（油）喷嘴1的安装通过喷嘴六角螺母压盖10实现固定，二者间设紫铜垫片11进行有效密封。

本发明多种工艺运行模式：

（1）启用烧嘴＋一次空气＋富氧模式，可先行预热废钢

这种工艺运行模式属于燃气（油）氧枪初次投用及每炉装料间隔完成开始生产时的工艺运行模式。少量开启燃料供给，点火成功后，逐渐增加一次、二次助燃空气量，使氧燃枪形成稳定的燃烧火焰流，逐渐加大燃料量及一次、二次空气量，火焰流长度、扩散角度达到需求时，可以开启富氧提高火焰温度对废钢进行预热。

（2）烧嘴＋富氧＋硬氧模式，大幅缩短废钢融化时间

炉内废钢逐渐升温变红时可及时增加富氧量，促使废钢开始融化，同时开启硬氧，促进废钢快速融化，废钢完全融化进入熔池时，可根据冶炼工艺保持氧燃枪热负荷量或是进行调整热负荷满足冶炼需求。

（3）单独的硬氧氧***式或碳氧***式，代替炉门氧枪

该新型燃气（油）氧枪也可以单独开启硬氧氧***式以替代炉门氧枪进行中、后期冶炼或碳氧***式，并在冶炼中后期实现集束射流吹氧脱碳。硬氧喷口可在制造时根据生产需求改变其喷射角度，使其具有与顶吹氧枪、炉门吹氧相同的单独氧枪的作用。

Claims (7)

1.一种硬氧熔炼反向旋流雾化空气预热式电弧炉炉壁氧燃枪，其特征在于：包含喷嘴（1）、一次空气导流罩（4）、二次空气旋流器（6）、氧枪外壳（9）、氧枪燃烧室（12）、燃烧室外壳（13）、燃烧室内壳（14）、燃烧室冷却水夹层（15）、硬氧管支撑板（16）、硬氧管（17）、硬氧管切向喷口（18）、硬氧分流环管（19）、硬氧进口管（20）、压缩空气进口管（21）、热压缩空气出口管（22）、压缩空气管式余热预热器（23）、氧枪安装固定板（24）、热压缩空气进口（27）、富氧管（28）、富氧控制气动阀（29）和喷碳枪（30），喷嘴（1）***二次空气导流罩（4）内，二次空气导流罩（4）前部固定二次空气旋流器（6）后***到氧枪外壳（9）内，氧枪外壳（9）与燃烧室外壳（13）固定连接在一起；燃烧室外壳（13）与燃烧室内壳（14）构成氧枪燃烧室（12）的双层结构，燃烧室外壳（13）与燃烧室内壳（14）之间为燃烧室冷却水夹层（15），燃烧室冷却水夹层（15）内设有硬氧管（17）、硬氧管支撑板（16）和与硬氧管（17）相连接的硬氧管切向喷口（18）；硬氧分流环管（19）固定在燃烧室外壳（13）上；压缩空气管式余热预热器（23）与氧枪安装固定板（24）及压缩空气进口管（21）焊接在一起，组成整体助燃空气***，压缩空气管式余热预热器（23）倾斜焊接在燃烧室外壳（13）上，热压缩空气出口管（22）焊接在氧枪外壳（9）的热压缩空气进口（27）上；富氧控制气动阀（29）安装在富氧管（28）上，富氧管（28）一端与热压缩空气出口管（22）相连接，一端与硬氧进口管（20）相连接；喷碳枪（30）安装位置为环形均布在氧枪外壳（9）与硬氧分流环管（19）之间的燃烧室外壳（13）上。

2.根据权利要求1所述的一种硬氧熔炼反向旋流雾化空气预热式电弧炉炉壁氧燃枪，其特征在于：所述喷嘴（1）的一端为雾化喷口（8），喷嘴（1）的外表面设有一次空气导流环（2）。

3.根据权利要求2所述的一种硬氧熔炼反向旋流雾化空气预热式电弧炉炉壁氧燃枪，其特征在于：所述喷嘴（1）与二次空气导流罩（4）之间通过紫铜垫片（11）密封。

4.根据权利要求3所述的一种硬氧熔炼反向旋流雾化空气预热式电弧炉炉壁氧燃枪，其特征在于：所述喷嘴（1）通过喷嘴六角螺母压盖（10）旋紧固定在二次空气导流罩（4）内。

5.根据权利要求1所述的一种硬氧熔炼反向旋流雾化空气预热式电弧炉炉壁氧燃枪，其特征在于：所述硬氧管（17）为环形布置的四根。

6.根据权利要求5所述的一种硬氧熔炼反向旋流雾化空气预热式电弧炉炉壁氧燃枪，其特征在于：所述硬氧分流环管（19）为能够覆盖四根硬氧管（17）管口的半圆形。

7.根据权利要求1所述的一种硬氧熔炼反向旋流雾化空气预热式电弧炉炉壁氧燃枪，其特征在于：所述压缩空气管式余热预热器（23）的倾斜角度为30度。