一種新型氧槍的製作方法

2023-12-09 20:28:21

專利名稱：一種新型氧槍的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及爐窯節能裝置，特別是涉及可以在富氧頂吹熔融還原爐、轉爐、電爐、平爐等冶煉領域使用的新型氧槍。
背景技術：
隨著中國經濟的迅速發展，對鋼鐵材料需求量日益增大。在市場需求的拉動下，鋼鐵產量出現了迅速增長的趨勢，2007年中國的粗鋼產量達4. 89億t，佔世界總產量的1/3 以上。鋼鐵企業作為國民經濟的支柱型產業，同樣也是能源和資源密集型企業。每年都消耗大量的能源和資源，由此導致的一系列環境和資源問題日益突出。傳統的高爐煉鐵工藝具有以下突出特點必須使用大量焦炭；環境汙染嚴重，特別是焦爐和燒結粉塵和的排放，高爐CO2排放較高；高爐工藝流程長，投資較大；從高爐工藝全過程看，包含著重複加熱、降溫，增碳、脫碳，資源和能源循環使用率低，熱能利用不合理；且需有煉焦和球團燒結工序，因此整個過程耗能較大，也帶來了較大的環境汙染。煉鐵過程的能耗佔鋼鐵產品總能耗70%以上，傳統煉鐵工藝(高爐工藝)給企業的節能減排工作帶來了巨大壓力。伴隨著環境和資源問題日益突出，新興煉鐵技術優勢顯現(如環境友好，清潔低能耗，冶煉周期短，投資省，流程短等)。各國紛紛積極開發非高爐煉鐵技術。 富氧頂吹熔融還原冶煉技術是基礎於HIsmelt冶煉技術而發展而來的一種新型的熔融還原冶煉技術。該技術具有原料和燃料適應性強；低投資成本；環境汙染小，低有害氣體排放 (如二惡英，呋喃，苯酚，焦油)，減少了和NOx排放量；該工藝可靈活的停和啟動；由於爐渣亞鐵含量高，可以達到較好脫磷效果，適合冶煉高磷鐵礦。本實用新型專利所述氧槍主要用於富氧頂吹熔融還原冶煉領域，與該冶煉技術配套使用。該氧槍同時也可以應用於轉爐、電爐、平爐冶煉生產過程中。氧槍在冶煉過程中至關重要，屬於關鍵設備，其設計製造及使用情況對冶煉生產影響較大。由於富氧頂吹熔融還原技術在採用粉煤提升爐溫較慢(冷啟動過程)、以及在特殊爐況條件下爐溫波動影響冶煉效果等原因。燃油與氧燃燒溫度高、發熱量大、燃燒過程易於控制等特點。氧槍作為熔融還原爐頂燃燒槍，主要用於燃燒熔融還原爐中產生的還原性氣體，並且燃燒重油或者柴油釋放大量的熱量維持爐溫。
發明內容氧槍從爐頂中心插入熔融還原爐中。在熔融還原爐冷啟動升溫過程中，採用燃油與富氧共同提升爐溫。當爐溫到達熔煉所需的溫度後，通過中頻爐熔化並兌入鐵水後，減小燃油流量，主要依靠氧槍噴吹富氧燃燒熔池中產生的還原性氣體，釋放大量熱量用以維持還原反應的持續進行。以及用於在出現特殊爐況的情況條件下，通過氧槍燃燒燃油釋放大量熱量，用以輔助維持爐溫，使得爐溫可控。該氧槍採用超音速射流，可以在恆定槍位的條件下，通過調節富氧出口壓力及流量，方便的實現「軟吹」和「硬吹」，實現了操作的靈活簡便的特性。[0007]本實用新型氧槍內容如下本實用新型氧槍槍體由三支同心管組成，包括內管、中間管和外管組成，其為同心嵌套結構。內管輸送富氧氣體，內管與噴頭拉瓦爾口通過焊接方式連接，富氧氣體經過拉瓦爾口後，變為超音速射流，設計流速1.8 2.2馬赫。與霧化燃油進行外混式燃燒；油管(4)位於外管(4)和中間管( 之間的回水套中，燃油霧化裝置位於油管( 末端，開口於噴頭端面；油管O)與噴頭通過焊接方式連接；中間管(5)、外管(4) 與噴頭通過焊接方式連接；與氧槍配套使用包括高壓水泵、高壓油泵、水軟化、過濾器、燃油過濾器裝置。外管和中間管之間，及中間管和內管之間通入高壓冷卻水，氧槍通過水冷方式冷卻。油管位於水冷套中，開口於噴頭端面，噴頭端面有油霧化裝置。燃油可以使用輕質油(如柴油)和重油兩類，燃油在通入氧槍之前需經過過濾處理，濾除燃油中固體夾雜物。其中氧油噴槍較為重要的部分是噴頭，噴頭的結構直接決定了富氧射流的氣體動力學特性。因此，對噴頭的基本要求是，形成射流的動力學特性應符合工藝的要求，並且在長期的使用過程中，能夠較好保持射流特性不變。拉瓦爾型噴頭可以有效的把氣流轉化為穩定的超音速射流。根據超音速噴口的流體力學知識可知，富氧射流在經過拉瓦爾噴口時，先受壓縮經過擴張段得到迅速加速。由於超音速射流衝擊深度較大，當槍位在較高的位置條件下，實現「硬吹」。由於槍位較高，可以有效改善噴頭的工作條件，提高其使用壽命。由於噴頭相對於槍身距離熔池表面較近，工作條件相對於槍身較為惡劣，減少了粘渣，延長噴頭使用壽命。本實用新型氧槍噴頭採用紫銅整體鑄造製作，噴頭中心為拉瓦爾管，設計超音速射流為 1. 8 2. 2馬赫，在噴頭端面設計有2 10個油口，油管端部配有霧化裝置，油管與噴頭採用氬弧焊機進行保護焊接。噴頭端面厚度為10 20mm。收縮段半錐角(a ft/2)為18 20°，擴張段半錐角(a r/2)為5 6°。噴頭拉瓦爾口出口直徑為6 160mm，喉口直徑 5 110mm。供油速率0 500L/h。中心富氧管與噴頭拉瓦爾口端部採用焊接方式連接。氧槍中間管和外管均採用焊接方式與噴頭連接。氧槍體三層套管採用短筋對稱焊接固定。富氧管尾部採用螺紋與制氧設備金屬耐壓管連接，採用「0」型密封膠圈密封，並且在氧槍與制氧設備連接處設有止回閥。進水管焊接於中間管上，出水管焊接於外管上。輸水管路上配加高壓水泵，及配套水軟化裝置。與該氧槍配套使用裝置還包括高壓油泵、過濾器等。該氧槍油管位於水冷套中，安全性能較好。火焰平穩，射流強烈，燃燒效果理想，提升爐溫迅速。富氧射流氧含量30 99%，射流流速1. 8 2. 2馬赫。供油系統供油速率0 500L/h。

圖1本實用新型新型氧槍的結構示意圖。圖2為圖1所示新型氧槍的A-A剖視圖。圖3為圖1所示新型氧槍的B-B剖視圖。圖4為圖1所示新型氧槍的C-C剖視圖。圖中1為油管接口，2為油管，3為拉瓦爾口，4為外管、5為中間管，6為內管(即氧管)；7為短筋；8為出水口 ；9為螺紋連接處；10為進水口。
具體實施方式

以下結合附圖以實例進一步說明本發明的實質內容，但本發明的內容並不限於此。本實用新型氧槍槍體由三支同心管組成，包括內管、中間管和外管組成，其為同心嵌套結構。內管輸送富氧氣體，內管與噴頭拉瓦爾口通過焊接方式連接，富氧氣體經過拉瓦爾口後，變為超音速射流，設計流速1. 8 2. 2馬赫。外管和中間管之間，及中間管和內管之間通入高壓冷卻水，氧槍通過水冷方式冷卻。槍體採用含Cr、Ni、Ti元素高溫不鏽鋼製成，例如304、304L、310、310S等。在冶煉過程中產生大量熱量，使環境溫度可高達2500°C 以上，儘管槍體內有高壓水冷卻，但氧槍外層管壁表面溫度仍然可以達到500°C，氧槍熱負荷較高。該氧槍槍體採用高溫不鏽鋼，有較好耐用性能，氧槍使用壽命較長。油管位於水冷套中，開口於噴頭端面，噴頭端面有油霧化裝置。油管在水冷套中對稱排列，油管數量2 10支，其間與氧槍中心線夾角36 180°，油管外徑8 20mm，壁厚2 4mm，油管採用紫銅製作，油管不能與外管相接觸，油管位於外管和中間管之間，偏向中間管一側。燃油可以使用輕質油(如柴油)和重油兩類，燃油在通入氧槍之前需經過過濾處理，濾除燃油中固體夾雜物。在使用重油過程中，需添加乳化劑或對重油進行預熱處理(預熱溫度30 120°C )，或經過一次霧化尾部預混進入油管中。富氧氣體(富氧氧含量30 99%)從內管通入，與霧化然油進行外混式燃燒，形成多支剛性火焰柱。富氧氧含量和流量依據實際工況而定。富氧和燃油通過外混式燃燒，形成多股火焰柱，火焰均勻，加熱溫度高， 該氧槍使用壽命350 400爐。氧槍在使用過程中，需與熔池距離400mm以上。其中氧油噴槍較為重要的部分是噴頭，噴頭的結構直接決定了富氧射流的氣體動力學特性。因此，對噴頭的基本要求是，形成射流的動力學特性應符合工藝的要求，並且在長期的使用過程中，能夠較好保持射流特性不變。拉瓦爾型噴頭可以有效的把氣流轉化為穩定的超音速射流。根據超音速噴口的流體力學知識可知，富氧射流在經過拉瓦爾噴口時， 先受壓縮經過擴張段得到迅速加速。由於超音速射流衝擊深度較大，當槍位在較高的位置條件下，實現「硬吹」。由於槍位較高，可以有效改善噴頭的工作條件，提高其使用壽命。由於噴頭相對於槍身距離熔池表面較近，工作條件相對於槍身較為惡劣，減少了粘渣，延長噴頭使用壽命。本實用新型氧槍噴頭採用紫銅整體鑄造製作，噴頭中心為拉瓦爾管，設計超音速射流為1. 8 2. 2馬赫，在噴頭端面設計有2 10個油口，油管端部配有霧化裝置，油管與噴頭採用氬弧焊機進行保護焊接。噴頭端面厚度為10 20mm。收縮段半錐角(Cilfe/2) 為18 20°，擴張段半錐角(α擴/2)為5 6°。噴頭拉瓦爾口出口直徑為6 160mm， 喉口直徑5 110mm。供油速率0 500L/h。中心富氧管與噴頭拉瓦爾口端部採用焊接方式連接。氧槍中間管和外管均採用焊接方式與噴頭連接。氧槍體三層套管採用短筋對稱焊接固定。富氧管尾部採用螺紋與制氧設備金屬耐壓管連接，採用「0」型密封膠圈密封，並且在氧槍與制氧設備連接處設有止回閥。進水管焊接於中間管上，出水管焊接於外管上。輸水管路上配加高壓水泵，及配套水軟化裝置。與該氧槍配套使用裝置還包括高壓油泵、過濾器等。該氧槍油管位於水冷套中，安全性能較好。火焰平穩，射流強烈，燃燒效果理想，提升爐溫迅速。富氧射流氧含量30 99%，射流流速1. 8 2. 2馬赫。供油系統供油速率0 500L/h。實施例1 氧槍三層套管分別採用，Φ108Χ5πιπι，Φ 76 X 4mm, Φ!ΜΧ4_，材質採用304，油管採用Φ8Χ2πιπι，材質採用紫銅，油管3支，位於回水套中，其間與氧槍中心夾角 120°。噴頭端底壁厚度10mm，拉瓦爾口擴張段半錐角為5°，收縮段的半錐角19°。實施例2 氧槍三層套管分別採用，Φ 168 X 8mm，Φ 133 X 5mm, Φ 95 X 5mm，材質採用310，油管採用Φ14Χ3πιπι，材質採用紫銅，油管5支，位於回水套中，其間與氧槍中心夾角72°。噴頭端底壁厚度12mm，拉瓦爾口擴張段半錐角為6°，收縮段的半錐角18°。實施例3 氧槍三層套管分別採用，Φ245Χ10_，Φ 203 X 6mm, Φ 159 X 6mm，材質採用310S，油管採用Φ16Χ4πιπι，材質採用紫銅，油管6支，位於回水套中，其間與氧槍中心夾角60°。噴頭端底壁厚度14mm，拉瓦爾口擴張段半錐角為5°，收縮段的半錐角18°。
權利要求1.一種新型氧槍，其特徵在於氧槍體由三支同心管組成，包括內管(6)、中間管(5)和外管G)，槍體採用內循環高壓水冷方式冷卻，富氧氣體從內管(6)通入，內管(6)與位於噴頭上拉瓦爾口 C3)通過焊接方式連接，富氧氣體經過拉瓦爾口 C3)變為超音速射流，與霧化燃油進行外混式燃燒；油管(4)位於外管(4)和中間管( 之間的回水套中，燃油霧化裝置位於油管(2)末端，開口於噴頭端面；油管(2)與噴頭通過焊接方式連接；中間管(5)、外管 (4)與噴頭通過焊接方式連接；與氧槍配套使用包括高壓水泵、高壓油泵、水軟化、過濾器、 燃油過濾器裝置。
2.根據權利1所述的新型氧槍，其特徵在於氧槍外徑為100 250mm；噴頭端面厚度為10 20mm ；收縮段半錐角α收/2為18 20°，擴張段半錐角α r/2為5 6° ；噴頭拉瓦爾口(3)出口直徑6 160謹，喉口直徑5 110謹。
3.根據權利1所述的新型氧槍，其特徵在於油管⑵對稱排列，數量2 10支，其間與中心線夾角36 180°，油管⑵外徑8 20mm，壁厚2 4_，油管⑵採用紫銅製作， 油管( 不能與外管相接觸，油管( 位於外管(4)和中間管( 之間，偏向中間管一側。
專利摘要本實用新型爐頂供熱氧槍主要用於燃燒熔融還原爐中產生的還原性氣體，並且燃燒輕質油(柴油)或重油者釋放大量的熱量維持爐溫。氧槍體由三支同心管組成，包括內管(氧管)、中間管和外管。槍體採用內循環高壓水冷方式冷卻。油管位於外管和中間管間水冷套中，油管開口於噴頭端面，噴頭端面有油霧化裝置。油管在水冷套中對稱排列，其間與氧槍中心線夾角36～180°。內管通入富氧氣體，與霧化燃油進行外混式燃燒。與氧槍配套使用包括高壓水泵、高壓油泵、水軟化、過濾器、燃油過濾器等裝置。該氧槍使用壽命350～400爐。該氧槍油管位於水冷套中，安全性能較好。形成多股火焰柱，火焰平穩且均勻，燃燒效果理想，提升爐溫迅速，加熱溫度高，射流強烈，噪聲符合國家標準。
文檔編號F27D3/16GK201954970SQ201020619528
公開日2011年8月31日 申請日期2010年11月23日 優先權日2010年11月23日
發明者卿山, 嶽爭超, 張竹明, 李亮清, 李幼靈, 楊雪峰, 湯忖江, 王 華, 齊翼龍 申請人:昆明理工大學