鐵水高效脫硫長壽命防堵噴槍的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鐵水預處理領域，具體地指一種鐵水高效脫硫長壽命防堵噴槍。
【背景技術】
[0002]大量的研究表明，鐵水預處理脫硫已公認是高爐轉爐一連鑄流程降低鋼中硫質量分數的最經濟工藝，是改善高爐和轉爐操作的重要手段之一，在煉鋼中起著重要的作用，并向全面鐵水預處理的方向發展。
[0003]根據資料報道，現代鋼鐵冶金流程中的鐵水噴吹脫硫工藝以其技術成熟、設備投資省而在國內鋼鐵企業普遍推廣應用，并根據脫硫劑種類和噴吹方式的不同，又分為鈣基脫硫劑噴吹、鎂基脫硫劑復合噴吹和金屬顆粒鎂純噴等方式；除純噴金屬顆粒鎂中小型鐵水罐鐵水脫硫采用槍頭帶氣化室的噴槍外，其它工藝均采用單噴口直筒式噴槍以及倒T形或倒Y形雙噴口噴槍。由于金屬鎂和硫的親和力很強，具有脫硫能力強、反應速度快、脫硫渣量少、對鐵水帶渣量與鐵水溫度不敏感等特點，可以不進行鐵水預先扒渣，因而，具有鐵水噴吹脫硫時間短、脫硫扒渣鐵損低、鐵水溫降小等優點，早在上世紀70年代就有噴吹金屬顆粒鎂或鎂基脫硫劑進行鐵水脫硫的報道，目前作為鐵水噴吹脫硫的主流工藝在國內外鋼鐵企業普遍應用。
[0004]文獻“吳明，鐵水鎂脫硫高效化的研究與應用，安徽冶金，2010年，Nol"和文獻“舍甫欽科A Φ、巴什馬科夫AM等、鐵水包內大用量噴鎂脫硫工藝，煉鋼，2013年，No6”分別報道了雙噴口倒Y形噴槍在鐵水鎂基復合噴吹脫硫和鐵水金屬顆粒鎂純噴脫硫工藝中的應用效果，與原單噴口直筒式噴槍相比，雙噴口倒Y形噴槍的應用，取得了改善噴吹脫硫動力學條件、降低脫硫劑消耗、縮短噴吹脫硫時間的優良效果。通過技術交流和實際生產試驗，對于鎂基復合噴吹脫硫與純噴金屬顆粒鎂脫硫，與原單噴口直筒式噴槍相比，倒Y形雙噴口均存在堵塞頻繁的問題，為此，特模仿鐵水鈣基脫硫劑噴吹脫硫工藝常用的倒T形雙噴口噴槍進行鎂基復合噴吹與金屬顆粒鎂純噴脫硫工業性試驗，同樣存在噴口堵塞頻繁的不足，在采用金屬棒熱態疏通噴口時，發現噴口堵塞物半熔融態粘結噴口壁，冷卻后粘接強度大，金屬棒無法徹底疏通，噴吹50爐左右堵塞。針對上述問題，特從金屬鎂的性能出發進行分析，金屬鎂的熔點為651°C，沸點為1107°C，若將金屬鎂直接噴吹到高溫鐵水(一般為130(TC左右)中進行脫硫，將使金屬鎂迅速氣化形成高溫高壓鎂蒸汽泡；此外，在溫度^ 670°C時，熔化狀態的鎂或鎂蒸汽與噴吹氮氣發生反應:3Mg+N2= Mg3N2^于噴吹脫硫過程中噴槍噴口區域的噴射氣體擾動，強化了該區域的鐵水換熱，使噴口外側段快速加熱到金屬鎂的熔點溫度，甚至更高，為該噴口段Mg3N2的形成創造了條件，形成的Mg 3N2微粒在界面力的作用下向金屬噴口內表面不斷沉積，此外，金屬顆粒鎂的雜質及其鈍化膜在金屬鎂高溫氣化后形成殘留物，也會向金屬噴口內表面不斷沉積，最終形成高溫半熔融態和冷卻后結合強度大的粘渣，導致噴口疏通困難，這也是為什么目前純噴金屬顆粒鎂或鎂基復合噴吹鐵水脫硫用噴槍仍以單噴口直筒式噴槍的主要原因。此外，對于鈣基脫硫劑復合與混合噴吹脫硫，一般采用倒T形或倒Y形雙噴口噴槍，也有采用單噴口直筒式噴槍，雖然脫硫劑中不含金屬鎂，不存在金屬鎂噴口區域的高溫反應物沉積堵塞噴口問題，但在噴吹系統壓力劇烈喘動或脫硫劑受潮粘接條件下也存在噴口堵塞現象，但單噴口直筒式噴槍防堵性能相對較優，一旦出現噴口凝鐵堵塞仍將無法進行噴口疏通而終止使用。
[0005]針對常規單噴口直筒式噴槍與倒T形、倒Y形雙噴口噴槍存在的噴吹段磨損嚴重和噴射流股分散不佳等不足，專利號:ZL201020183592.2的中國實用新型專利公開了一種鐵水預處理噴槍，該噴槍的槍頭上設置有擾流分配器，擾流分布器外形為鼓形結構，鼓形截面為圓形或橢圓形結構，并在下部鼓形結構開設有2條以上的分流凹槽；分流凹槽均以噴槍噴口為起點在擾流分布器下部鼓形結構壁面上對稱布置；分流凹槽寬度沿開口方向逐漸增大，轉角部位為圓弧過渡面結構。利用擾流分布器鼓形結構下部的從下而上直徑(徑向尺寸)不斷增大的結構特征，遏制上浮速度分量，提高噴射的徑向水平流動速度分量，增大噴射載氣與預處理劑的徑向流動距離，延長預處理劑上浮軌跡、鐵水中的停留時間與反應時間，提高預處理劑利用效率，降低預處理劑消耗與鐵水預處理成本；同時，為載氣與預處理劑在上浮過渡階段的徑向內聚提供足夠的徑向行程，延緩上浮內聚流動對噴槍耐火材料槍襯壁面的沖刷磨損，降低噴槍局部槍襯因換熱增強導致的熱應力增大與熱應力縱裂紋破損，延長噴槍使用壽命。通過以噴槍噴口為起點向外放射的半圓形或半橢圓形截面分流凹槽的誘導流動作用，分化噴射流股，提高噴射流股面積與預處理劑的分散混合效果，擴展預處理劑反應面積與反應傳質速度，提高預處理劑利用率。根據文獻“姚年春，單吹顆粒鎂鐵水脫硫工藝中鎂粒度檢查與驗收，機械工程與自動化，2014年，No6”報道，顆粒鎂流動性合格是保證不堵槍和脫硫動力學的條件之一，并使垂直噴射流股在鐵水中形成70?80mm的坑，保證顆粒鎂與鐵水的接觸面積。由此可見，上述專利中設計的半圓形或半橢圓形截面分流凹槽只能起到上浮氣流的誘導變向作用，難以達到流股分股的作用，動力學條件改善有限。
[0006]綜合上述可見，對于鐵水噴吹脫硫，單噴口直筒式噴槍不易堵槍，但單流股噴射脫硫動力學條件差；對于雙噴口倒T形或倒Y形噴槍雖然可明顯改善脫硫動力學條件，但易出現噴口堵塞現象，尤其是金屬顆粒鎂純噴與鎂基復合噴吹鐵水脫硫，由于噴口內金屬鎂反應產物的沉積粘附，噴口堵塞現象十分頻繁，并且因反應產物高溫半熔融粘附與常溫固化粘接，導致反應物粘渣清理與噴口疏通十分困難。如何在保證鐵水噴吹脫硫動力學條件的基礎上，防止噴口堵塞、延長噴槍使用壽命是目前鐵水噴吹脫硫的重要研究方向之一，尤其是鐵水金屬顆粒鎂純噴或鎂基復合噴吹脫硫。

【發明內容】

[0007]本發明所要解決的技術問題就是提供一種鐵水高效脫硫長壽命防堵噴槍；該噴槍可以防堵，其具有結構簡單、制備簡便、維護簡捷、使用壽命長、噴吹脫硫反應動力學條件優、噴吹穩定、脫硫劑利用效率高等特點。
[0008]為解決上述技術問題，本發明提供的一種鐵水高效脫硫長壽命防堵噴槍，它由連接段、槍身段和噴吹段組成，所述連接段依次由連接法蘭和復合槍芯組成，所述槍身段和噴吹段外壁是由耐火材料澆筑而成耐火材料槍襯；所述噴吹段包括噴吹段槍身和設置在噴吹段槍身頂端的槍頭，所述復合槍芯貫穿整個槍身段和噴吹段槍身伸入槍頭中部；所述復合槍芯由內至外依次包括內插管、主管和加強管，所述加強管底端的內壁上安裝有內插管連接器，所述內插管引導器下端開設有中空的固定槽，所述固定槽內安裝有石墨質噴吹管，所述主管固定在內插管引導器上端的內壁上，所述內插管穿過內插管引導器插入至石墨質噴吹管內，所述內插管底部端面與石墨質噴吹管底部端面平齊，所述石墨質噴吹管底部端面設置有與石墨質噴吹管同軸的中心通孔，且中心通孔伸入槍頭底部，所述石墨質噴吹管和中心通孔包裹耐火材料槍襯內，所述石墨質噴吹管底部開設有2?3條水平槽道，所述水平槽道以中心通孔為中心對稱布置，且水平槽道與中心通孔相通。
[0009]進一步地，所述中心通孔的截面為逐漸增大的梯形結構，所述中心通孔底面的直徑d大于石墨質噴吹管外徑D，d = 1.2?2.0D。
[0010]再進一步地，所述水平槽道橫截面為上小下大的梯形結構，水平槽道高度為30?100_、槽道寬度為0.5?Id。
[0011]再進一