一種脫硫噴槍的製作方法
2023-06-01 20:30:21
本發明屬於鋼鐵冶金技術中的鐵水預處理領域，具體涉及一種旋轉式多級噴鎂脫硫噴槍。
背景技術：
目前在鐵水預處理過程中採用噴吹鈍化鎂顆粒脫硫已經成為國內鋼廠的一種主流脫硫工藝，鈍化鎂粒被噴吹到鋼水中後，鎂與硫發生反應得到硫化鎂：mg+s→mgs，mgs上浮到渣層中，在隨後的扒渣操作中mgs被扒除,完成脫硫操作。
然而由於鎂的熔點為648℃，沸點為1107℃，而鐵水溫度一般在1250℃以上，所以鎂被噴入鐵水中後會被氣化，變成鎂蒸汽泡，而鎂在低溫鐵水中的飽和溶解度很小，根據郭漢傑、李貴陽所著的論文《金屬鎂粒鐵水脫硫過程物理化學》中所述，在1523k溫度的鐵水中，鎂的飽和溶解度為：0.0041％，所以氣化後的鎂蒸氣也很難大量溶解到鐵水中。若噴吹到鐵水中的鎂不能快速與鎂反應，則該部分鎂會以鎂蒸氣泡的形式從鐵水中逸出，導致鎂的利用率不高。
根據段宏韜、王勇等著的論文《金屬鎂粒鐵水脫硫過程物理化學》中所述，採用噴吹鈍化鎂粒進行脫硫過程中的鎂利用率一般波動在17％～41％之間。鎂的利用率低，不僅使脫硫速度變慢而且造成了鎂資源的巨大浪費，大量的鎂資源來不及與硫進行反應就揮發到空氣中去，如何改善噴吹到鐵水中的鎂與硫反應的動力學條件，提高鎂與硫的反應速度，成為提高鎂利用率的關鍵。
專利申請cn201510879090公開了一種可改變噴吹角度的魚雷罐鐵水脫硫噴槍裝置及其脫硫方法，該技術提供的裝置由安裝在工作檯上的導架升降機構、導架、噴槍桿以及安裝在導架上的噴槍桿驅動機構組成，通過導架升降機構可以控制導架以及安裝在導架上的噴槍桿的升降，同時導架上安裝的電動機驅動絲槓以不同方向轉動，通過牽引擺動搖杆帶動兩支噴槍桿分別繞旋轉支撐做循環擺動。與現有魚雷罐常規脫硫噴槍相比，該方法能在不改變魚雷罐罐口尺寸大小的情況下，擴大脫硫範圍，提高魚雷罐鐵水脫硫反應動力學性能，有效改善單根噴槍噴吹脫硫造成的返硫現象，提高脫硫效率和脫硫質量，降低脫硫成本，具有較好的經濟效益，但該方法僅能使脫硫噴槍在一個平面範圍內擺動，僅能提高噴槍擺動平面內脫硫的動力學條件，對於整個魚雷罐體內的脫硫的動力學條件改善幅度較少。
技術實現要素：
為解決現有技術中鎂的利用率低下，且脫硫動力學有待改善的問題，本發明提供一種旋轉式多級噴鎂脫硫噴槍。
本發明提供的脫硫噴槍包括槍身，所述槍身上設置有主噴頭和若干個副噴頭，所述主噴頭設置於所述槍身的最底部，副噴頭分散設置於槍身的中下部，所述槍身內設置有吹噴通道，所述主噴頭和所述副噴頭與所述吹噴通道連接。所述脫硫噴槍和傳動機構連接，在噴鎂脫硫過程中，傳動機構帶動脫硫噴槍做自旋運動。作為上述脫硫噴槍一種更好的選擇，所述主噴頭為喇叭口狀。
作為上述脫硫噴槍一種更好的選擇，所述相鄰副噴頭之間的距離為100-300mm。所述副噴頭在垂直方向上均勻或者不均勻的分布，且保持噴頭間具有一定距離，達到在鐵水包內立體範圍內噴吹的效果。
作為上述脫硫噴槍一種更好的選擇，所述副噴頭在噴槍徑向方向或鐵水包底部的投影在一個圓周上均勻分布。
作為上述脫硫噴槍一種更好的選擇，所述副噴頭的外觀為喇叭口狀，所述副噴頭伸出槍身約100-300mm。
作為上述脫硫噴槍一種更好的選擇，所述吹噴通道按照吹噴方向逐漸變小，且每經過一個副噴頭內徑均降低。
作為上述脫硫噴槍一種更好的選擇，所述吹噴通道的內徑在副噴頭處縮減10-20％。
作為上述脫硫噴槍一種更好的選擇，所述脫硫噴槍和密封軸承連接，所述脫硫噴槍通過傳動機構驅動轉動。
作為上述脫硫噴槍一種更好的選擇，所述吹噴通道和吹噴軟管連接，所述吹噴軟管與氮氣儲氣源和鈍化鎂儲存管連接。
作為上述脫硫噴槍一種更好的選擇，所述噴槍的槍身和噴頭沿內徑方向由外到內依次為外層耐火材料層、耐火材料骨架、鋼膽、內層耐火材料層和吹噴通道。
本發明通過在脫硫噴槍的槍身中下部額外布置一定數量的副槍頭，副槍頭呈立體分布，可以達到在鐵水包內立體範圍內噴吹的效果。噴吹鎂粒的過程中，槍身做自旋運動，通過槍身的旋轉可以達到攪拌鐵水的效果，使用該噴槍進行噴吹鈍化鎂粒脫硫可以使得鎂粒均勻分散至鐵水中，能改善整個鋼包立體範圍內鎂粒與鐵水中硫反應的動力學條件，從而提高鎂的利用率。
本發明中，所述脫硫噴槍最底部的噴頭為主噴頭，呈喇叭口狀，並且除噴槍最底部的主噴頭外，在噴槍的中下部槍身上額外設置2～5個位置為鎂粒噴出點，並在每個鎂粒噴出點上安裝上噴吹鎂粒的副噴頭，該2～5個噴吹鎂粒的副噴頭沿槍身從上向下布置，副噴頭之間的距離為100～300mm，並且該2～5個噴吹鎂粒的副噴頭在鐵水包底的投影為在一個圓周上均勻分布的2～5個位置，副噴頭的外觀呈喇叭口形狀，並且伸出槍身100～300mm。為使鎂粒能順利的從副噴頭噴出，槍身內部噴吹鎂粒的通道內徑在副噴頭處都有明顯縮小，從上到下，每經過一個副噴頭，槍身內部的噴吹通道內徑縮減10％～20％，由於該2～5個噴吹鎂粒的位置均勻分布在槍身周圍的立體空間內，從副噴頭噴出的鎂粒可以較大範圍的噴吹至鐵水中，能使鎂粒均勻分布到鐵水中，有利於鎂與硫反應速度的提高。
使用本發明的脫硫噴槍進行噴吹鎂粒過程中，噴槍一邊噴吹鎂粒一邊做自旋運動，槍身上的副噴頭跟隨槍身做圓周運動，這能使副噴頭噴出的鎂粒均勻噴吹到噴頭所在的水平平面內，由於喇叭口狀的副噴頭伸出槍身100～300mm，槍身做自旋運動過程中，副噴頭還能起到攪拌鐵水的作用，促進鎂在鐵水中的擴散流動，提高鎂粒脫硫反應的動力學條件。
噴槍的槍身和噴頭沿內徑方向由外到內依次為外層耐火材料層－耐火材料骨架－鋼膽－內層耐火材料層－噴管，其中外層耐火材料層起到抵禦鐵水對槍身侵蝕的作用；耐火材料骨架為橫向環形鋼筋與縱向鋼筋交叉固定結成網狀，並焊接在鋼膽上，起到固定外層耐火材料的作用；鋼膽為鋼質的圓管，起到支撐噴槍槍身的作用；內層耐火材料層除能起到抵禦鐵水對噴管侵蝕的作用外還起到鋼管和噴管間填充物的作用；噴管為高錳類耐磨鋼管，噴管內噴吹鈍化鎂粒和氮氣。
本發明具有如下的有益效果：
1、沿噴鎂脫硫槍槍身的中下部額外布置副噴頭，副噴頭在鐵水包內較大的縱向和橫向範圍內分布，這可以使得鐵水包內的噴鎂範圍變大，能使噴出的鎂粒均勻分散的分布到鐵水中，降低了鐵水內的鎂因過飽而溢出的機率，提高了鎂硫反應的範圍，有利於鎂與硫反應速度的提高。
2、脫硫過程中，噴槍做自旋運動，槍身上的噴頭隨槍身做圓周運動，噴頭沿圓周軌跡向鐵水中噴鎂，能把鎂粒均勻的噴到圓周平面附近的鐵水內，噴槍自旋過程中，喇叭口狀的副噴頭對鐵水有攪拌作用，促進鐵水流動和鎂蒸氣與鐵水的混合，改善了鎂蒸氣在鐵水中的傳質條件，提高了鎂溶入鐵水或者與硫反應的動力學條件。
附圖說明
圖1、一種旋轉式多級噴鎂脫硫槍示意圖；
圖2、一種旋轉式多級噴鎂脫硫槍俯視圖；
圖3、噴鎂脫硫槍槍身剖面圖。
附圖標識：
1：氮氣儲氣源；2：鈍化鎂儲存管；3：噴吹軟管；4：密封軸承；5：傳動機構；6：槍身；7：鐵水包；8：鐵水；9：副噴頭；10：主噴頭；11：噴吹通道；12：內層耐火材料；13：鋼膽；14：耐火材料骨架；15：外層耐火材料層。
具體實施方式
以下配合裝置示意圖1-3對一種旋轉式多級噴鎂脫硫槍做進一步說明，其僅用作對本發明的解釋而並非限制。
如圖1-圖3所示的旋轉式多級噴鎂脫硫槍，該旋轉式多級噴鎂脫硫槍的槍身6通過噴吹軟管3連接氮氣儲氣源1和鈍化鎂儲存罐2，噴槍槍身6與噴吹軟管3通過密封軸承4連接，噴槍槍身6還與傳動機構5連接，在噴鎂脫硫過程中，傳動機構5帶動旋轉式多級噴鎂脫硫槍做自旋運動。
噴槍最底部的噴頭為噴鎂脫硫槍的主噴頭10，呈喇叭口狀，並且除噴槍最底部的噴頭10外，在噴槍的中下部槍身上額外設置2～5個位置為鎂粒噴出點,並在每個鎂粒噴出點上安裝上噴吹鎂粒的副噴頭9，該2～5個噴吹鎂粒的副噴頭9沿槍身6從上向下布置，相鄰的兩個副噴頭9之間的距離為100～300mm，並且該2～5個噴吹鎂粒的副噴頭9在鐵水包7底部或噴槍徑向方向的投影為在一個圓周上均勻分布的2～5個位置，副噴頭9的外觀呈喇叭口形狀，並且伸出槍身6約100～300mm；為使鎂粒能順利的從副噴頭9噴出，槍身6內部的噴吹通道11的內徑在副噴頭9處都有明顯縮小，從上到下，每經過一個副噴頭9，槍身6內部的噴吹通道11的內徑縮減10％～20％，由於該2～5個噴吹鎂粒的副噴頭9均勻分布在槍身6周圍的立體空間內，從副噴頭9噴出的鎂粒可以較大範圍的噴吹至鐵水8中，能使鎂粒均勻分布到鐵水8中，有利於鎂與硫反應速度的提高。
噴吹鎂粒過程中，噴槍一邊噴吹鎂粒一邊做自旋運動，轉動速度為5～60轉/分鐘，旋轉式槍身上的副噴頭9隨槍身做圓周運動，能使副噴頭9噴出的鎂粒均勻噴吹到副噴頭9所在的水平平面內，由於喇叭口狀的副噴頭9伸出槍身6約100～300mm，槍身6做自旋運動過程中，副噴頭9還能起到攪拌鐵水8的作用，促進鎂在鐵水中的擴散流動，提高鎂粒脫硫反應的動力學條件。
噴槍的槍身和噴頭沿內徑方向由外到內依次為外層耐火材料層15－耐火材料骨架14－鋼膽13－內層耐火材料層12－噴吹通道11，其中外層耐火材料層15起到抵禦鐵水8對槍身6侵蝕的作用；耐火材料骨架14為橫向環形鋼筋與縱向鋼筋交叉固定結成網狀，並焊接在鋼膽13上，起到固定外層耐火材料15的作用；鋼膽13為鋼質的圓管，起到支撐槍6身的作用；內層耐火材料層12除能起到抵禦鐵水對噴管侵蝕的作用外還起到鋼管和噴管間填充物的作用；噴吹通道11為高錳類耐磨鋼管，噴管內噴吹鈍化鎂粒和氮氣。
實施例1、
如圖1、圖2、圖3所示的旋轉式多級噴鎂脫硫槍，該旋轉式多級噴鎂脫硫槍的槍身6通過噴吹軟管3連接氮氣儲氣源1和鈍化鎂儲存罐2，噴槍槍身6與噴吹軟管3通過密封軸承4連接，噴槍槍身6還與傳動機構5連接，在噴鎂脫硫過程中，傳動機構5帶動旋轉式多級噴鎂脫硫槍做自旋運動。
噴鎂脫硫槍的外徑為350mm，噴鎂脫硫槍內部噴吹通道11的內徑為15mm,噴鎂脫硫槍最底部的噴頭為主噴頭10，呈喇叭口狀，並且除噴槍最底部的噴頭10外，在噴槍的中下部槍身上額外設置2個位置為鎂粒噴出點,並在每個鎂粒噴出點上安裝上噴吹鎂粒的副噴頭9，該2個噴吹鎂粒的副噴頭9沿槍身6從上向下布置，每兩個副噴頭9之間的距離為300mm，並且該2個噴吹鎂粒的副噴頭9在鐵水包7底部的投影為在一個圓周上均勻分布的2個位置，副噴頭9的外觀呈喇叭口形狀，並且伸出槍身6約300mm；為使鎂粒能順利的從副噴頭9噴出，槍身6內部的噴吹通道11的內徑在副噴頭9處有明顯縮小，從上到下，每經過一個副噴頭9，槍身6內部的噴吹通道11的內徑縮減20％，每個副噴頭9的內徑為經過該處副噴頭的槍身噴管內徑的50％，由於該2個噴吹鎂粒的副噴頭9均勻分布在槍身6周圍的立體空間內，從副噴頭9噴出的鎂粒可以較大範圍的噴吹至鐵水8中，能使鎂粒均勻分布到鐵水8中，有利於鎂與硫反應速度的提高。
需對鐵水8進行脫硫操作時，打開氮氣儲氣源1的閥門，將旋轉式多級噴鎂脫硫槍降入鐵水8中，降入過程中，氮氣從副噴頭9和主噴頭10吹出，形成相對鐵水8的正壓，防止鐵水流入脫硫槍內的噴管通道中燒壞噴管，將旋轉式多級噴鎂脫硫槍降至主噴頭10距鐵水包包底20cm時，停止下降，打開鈍化鎂儲存管的閥門，開始噴吹鈍化鎂粒脫硫，噴吹鎂粒過程中，噴槍一邊噴吹鎂粒一邊做自旋運動，轉動速度為5轉/分鐘，旋轉式槍身上的副噴頭9隨槍身做圓周運動，能使副噴頭9噴出的鎂粒均勻噴吹到副噴頭9所在的水平平面內，由於喇叭口狀的副噴頭9伸出槍身6約300mm，槍身6做自旋運動過程中，副噴頭9還能起到攪拌鐵水8的作用，促進鎂在鐵水中的擴散流動，提高鎂粒脫硫反應的動力學條件。
噴槍的槍身和噴頭沿內徑方向由外到內依次為外層耐火材料層15－耐火材料骨架14－鋼膽13－內層耐火材料層12－噴吹通道11，其中外層耐火材料層15起到抵禦鐵水8對槍身6侵蝕的作用；耐火材料骨架14為橫向環形鋼筋與縱向鋼筋交叉固定結成網狀，並焊接在鋼膽13上，起到固定外層耐火材料15的作用；鋼膽13為鋼質的圓管，起到支撐槍6身的作用；內層耐火材料層12除能起到抵禦鐵水對噴管侵蝕的作用外還起到鋼管和噴管間填充物的作用；噴吹通道11為高錳類耐磨鋼管，噴管內噴吹鈍化鎂粒和氮氣。
噴鎂脫硫過程中，鐵水重量為：120噸，初始鐵水中含硫：0.037％，噴鎂量為：0.35kg/噸鐵水，噴鎂時間為：7分鐘，脫硫後檢測鐵水中含硫：0.003％，鎂粒利用率為：72.8％，脫硫效率和鎂的利用率有了明顯的提高。
實施例2、
加工如圖1、圖2、圖3所示的旋轉式多級噴鎂脫硫槍，該旋轉式多級噴鎂脫硫槍的槍身6通過噴吹軟管3連接氮氣儲氣源1和鈍化鎂儲存罐2，噴槍槍身6與噴吹軟管3通過密封軸承4連接，噴槍槍身6還與傳動機構5連接，在噴鎂脫硫過程中，傳動機構5帶動旋轉式多級噴鎂脫硫槍做自旋運動。
噴鎂脫硫槍的外徑為400mm，噴鎂脫硫槍內部噴吹通道11的內徑為20mm,噴槍最底部的噴頭為主噴頭10，呈喇叭口狀，並且除噴槍最底部的噴頭10外，在噴槍的中下部槍身上額外設置5個位置為鎂粒噴出點,並在每個鎂粒噴出點上安裝上噴吹鎂粒的副噴頭9，該5個噴吹鎂粒的副噴頭9沿槍身6從上向下布置，每兩個副噴頭9之間的距離為100mm，並且該5個噴吹鎂粒的副噴頭9在鐵水包7底部的投影為在一個圓周上均勻分布的5個位置，副噴頭9的外觀呈喇叭口形狀，並且伸出槍身6約100mm；為使鎂粒能順利的從副噴頭9噴出，槍身6內部的噴吹通道11的內徑在副噴頭9處都有明顯縮小，從上到下，每經過一個副噴頭9，槍身6內部的噴吹通道11的內徑縮減10％，每個副噴頭9的內徑為經過該處副噴頭的槍身內噴吹通道內徑的20％，由於該5個噴吹鎂粒的副噴頭9均勻分布在槍身6周圍的立體空間內，從副噴頭9噴出的鎂粒可以較大範圍的噴吹至鐵水8中，能使鎂粒均勻分布到鐵水8中，有利於鎂與硫反應速度的提高。
需對鐵水8進行脫硫操作時，打開1氮氣儲氣源1的閥門，將旋轉式多級噴鎂脫硫槍降入鐵水8中，降入過程中，氮氣從副噴頭9和主噴頭10吹出，形成相對鐵水8的正壓，防止鐵水流入脫硫槍的噴吹通道中燒壞噴管，將旋轉式多級噴鎂脫硫槍降至主噴頭10距鐵水包包底30cm時，停止下降，打開鈍化鎂儲存管的閥門，開始噴吹鈍化鎂粒脫硫，噴吹鎂粒過程中，噴槍一邊噴吹鎂粒一邊做自旋運動，轉動速度為60轉/分鐘，旋轉式槍身上的副噴頭9隨槍身做圓周運動，能使副噴頭9噴出的鎂粒均勻噴吹到副噴頭9所在的水平平面內，由於喇叭口狀的副噴頭9伸出槍身6約100mm，槍身6做自旋運動過程中，副噴頭9還能起到攪拌鐵水8的作用，促進鎂在鐵水中的擴散流動，提高鎂粒脫硫反應的動力學條件。
噴槍的槍身和噴頭沿內徑方向由外到內依次為外層耐火材料層15－耐火材料骨架14－鋼膽13－內層耐火材料層12－噴管11，其中外層耐火材料層15起到抵禦鐵水8對槍身6侵蝕的作用；耐火材料骨架14為橫向環形鋼筋與縱向鋼筋交叉固定結成網狀，並焊接在鋼膽13上，起到固定外層耐火材料15的作用；鋼膽13為鋼質的圓管，起到支撐槍6身的作用；內層耐火材料層12除能起到抵禦鐵水對噴管侵蝕的作用外還起到鋼管和噴管間填充物的作用；噴吹通道11為高錳類耐磨鋼管，噴管內噴吹鈍化鎂粒和氮氣。
噴鎂脫硫過程中，鐵水重量為：120噸，初始鐵水中含硫量為：0.045％，噴鎂量為：0.4kg/噸鐵水，噴鎂時間為：6分鐘，脫硫後檢測鐵水中含硫：0.002％，鎂粒利用率為：80.6％，脫硫效率和鎂的利用率有了明顯的提高。
最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。儘管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。