专利名称：铁水预处理喷枪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及炼钢设备，具体地指一种用于鱼雷罐或铁水罐喷吹脱硫、脱磷、脱 硅等预处理的铁水预处理喷枪。
背景技术：
目前，在冶金行业转炉炼钢前铁水炉外喷吹预处理使用的喷枪通常是由金属枪芯 和耐火材料枪衬组成，耐火材料枪衬采用浇注料整体浇注成型，包裹在金属枪芯上。由于喷 枪的金属枪芯与耐火材料枪衬之间的相容性较差，常常会出现严重的纵裂纹烧穿、枪衬剥 落与枪头脱落等问题，导致喷枪实际使用寿命较短。为了延长喷枪的使用寿命，各种方法被研究出来以解决不同类型喷枪的金属 枪芯与耐火材料枪衬之间的热膨胀协调问题、喷枪大面积烧穿、枪衬大面积剥落和枪头 脱落的问题，如专利号为ZL200320115797. 7的中国专利“铁水预处理喷枪”、专利号为 ZL03254739. 0的中国专利“长寿命单喷口钝化镁脱硫喷枪”、专利号为ZL200710051992. 0 的中国专利“铁水喷吹脱硫喷枪”以及专利号为ZL200610013623. 7的中国专利“自冷式铁 水预处理喷枪”中介绍的不同的喷枪结构。然而，现有的喷枪结构均未考虑在喷吹过程中，载气与预处理剂流动状态对喷枪 使用性能的影响，导致喷枪在距喷枪底部端面一定距离处仍频繁出现纵裂纹烧穿破损，影 响了喷枪的使用寿命。此外，现有的喷枪的喷口多采用底部直吹或底部侧壁上双喷口对称 布置的形式，致使喷吹预处理时载气与预处理剂在铁水中的喷射流股少，影响了预处理剂 在铁水中的分散混合，缩短了预处理剂上浮轨迹、铁水中的停留时间与反应时间，降低了喷 射搅拌强度低，限制了脱硫反应传质速度与预处理剂的利用效率，影响了铁水喷吹预处理 技术经济指标的进一步提高。因此，亟需一种改进的铁水预处理喷枪以克服前述缺陷。
发明内容本实用新型的目的就是要提供一种结构简单、制作方便、使用寿命长、且喷吹动力 学条件优的铁水预处理喷枪。为实现上述目的，本实用新型所设计的铁水预处理喷枪包括用于输送载气和预处 理剂的金属枪芯和包覆所述金属枪芯的耐火材料枪衬。所述耐火材料枪衬下端形成扰流分 布器，所述扰流分布器为两端小、中部大的鼓形结构。本实用新型的优点在于所设计的铁水预处理喷枪的耐火材料枪衬下端形成扰流 分布器，利用该扰流分布器的鼓形结构下部的从下而上直径(径向尺寸)不断增大的结构 特征，遏制上浮速度分量，提高喷射的径向水平流动速度分量，增大喷射载气与预处理剂的 径向流动距离，延长预处理剂上浮轨迹、铁水中的停留时间与反应时间，提高预处理剂利用 效率，降低预处理剂消耗与铁水预处理成本。同时，该结构为载气与预处理剂在上浮过渡阶 段的径向内聚提供足够的径向行程，延缓上浮内聚流动对喷枪耐火材料枪衬壁面的冲刷磨 损，降低喷枪局部枪衬因换热增强导致的热应力增大与热应力纵裂纹破损，从而延长喷枪的使用寿命。优选地，所述扰流分布器下部形成有供所述载气和预处理剂喷出的喷口以及至少 两条以所述喷口为起点沿所述扰流分布器外壁向上延伸的分流凹槽。该分流凹槽以喷枪喷 口为起点向外放射，起到诱导流动作用，通过分化喷射流股，提高喷射流股面积与预处理剂 的分散混合效果，扩展预处理剂反应面积与反应传质速度，从而提高预处理剂利用率，改善 喷吹预处理技术经济指标。较佳地，所述分流凹槽的宽度从所述喷口开始向上逐渐变大。且其转角部位为圆 弧过渡面结构。该结构便于浇注成型的脱模，降低转角部位的应力集中，延缓裂纹剥落进 程，进一步延长喷枪的使用寿命。
图1为本实用新型铁水预处理喷枪的一个实施例的结构示意图；图2为图1所示铁水预处理喷枪的扰流分布器的放大结构示意图；图3为图1所示铁水预处理喷枪的仰视结构示意图；图4为本实用新型铁水预处理喷枪的另一实施例的结构示意图；图5为图4所示铁水预处理喷枪的扰流分布器的放大结构示意图；图6为图4所示铁水预处理喷枪的仰视结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。图1 3显示了本实用新型铁水预处理喷枪的一个实施例的结构示意图。本实施 例的铁水预处理喷枪包括用于输送载气和预处理剂的金属枪芯1和包覆所述金属枪芯1的 耐火材料枪衬2。所述耐火材料枪衬2下端形成扰流分布器3，所述扰流分布器3为两端小、 中部大的鼓形结构。所述鼓形结构的横截面形状可以为圆形或椭圆形。通过铁水喷吹预处理水模实验，观察载气与预处理剂的上浮轨迹域流动状态，有 如下发现。在喷射阶段由于喷射动能与铁水浮升力的共同作用下，载气与预处理剂为径向 外射与轴向浮升的流动状态，流动轨迹为以喷枪为基础的向外延伸的上升曲线，但由于喷 射速度高、喷射动能消耗快，载气与预处理剂喷射距离较小，致使喷口磨损、烧蚀与局部枪 衬热应力剥落破损。在上浮过渡阶段随着喷射动能的迅速消耗，载气与预处理剂的径向外 流速度也迅速降低至0 ；此外，由于载气与预处理剂的上浮运动，导致铁水静压不断下降， 载气泡体积胀大，上浮速度的加快，但在喷枪壁面的滞流作用下，由于喷枪壁面局域流体补 充不畅，引起载气与预处理剂为向喷枪聚集，形成径向内聚与上浮的合成流动状态，其流动 轨迹为以喷枪为基础的向内聚集的上升曲线，增强了喷口上方1 1. 5m处枪衬的磨损与换 热，导致热应力裂纹与剥落，是喷枪纵裂纹烧穿的主要区域。在上浮末期阶段随着载气与 预处理剂的继续上浮，铁水静压迅速降低为载气与预处理剂外溢时的0，载气泡体积快速胀 大，并伴随径向膨胀外推力，载气与预处理剂形成径向水平向外与轴向上升的合成流动状 态，其流动轨迹为以喷枪为基础的向外延伸的上升曲线，并由于大气泡外溢而引起铁水液 面的剧烈波动，加剧了喷枪渣线枪衬的侵蚀。本实施例的铁水预处理喷枪通过将其耐火材料枪衬下端形成扰流分布器，该扰流
4分布器为两端小、中部大的鼓形结构，也就是说，鼓形结构下部从下而上直径(径向尺寸) 不断增大，从而遏制上浮速度分量，提高喷射的径向水平流动速度分量，增大喷射载气与预 处理剂的径向流动距离，延长预处理剂上浮轨迹、铁水中的停留时间与反应时间，提高预处 理剂利用效率，降低预处理剂消耗与铁水预处理成本。同时，该结构为载气与预处理剂在上 浮过渡阶段的径向内聚提供足够的径向行程，延缓上浮内聚流动对喷枪耐火材料枪衬壁面 的冲刷磨损，降低喷枪局部枪衬因换热增强导致的热应力增大与热应力纵裂纹破损，从而 延长喷枪的使用寿命。进一步地，所述扰流分布器3下部，即所述鼓形结构下部形成有供所述载气和预 处理剂喷出的喷口 4、以及至少两条以所述喷口 4为起点沿所述扰流分布器外壁向上延伸 的分流凹槽5。在本实施例中，所述喷口 4位于所述扰流分布器3的底部中心处，所述分流 凹槽5有6条，对称分布于所述喷口 4周围。所述分流凹槽的条数也可以根据实际需要变 化。所述分流凹槽6以喷枪喷口 4为起点向外放射，起到诱导流动作用，通过分化喷射流股， 提高喷射流股面积与预处理剂的分散混合效果，扩展预处理剂反应面积与反应传质速度， 从而提高预处理剂利用率，改善喷吹预处理技术经济指标。更进一步地，所述分流凹槽5的宽度从所述喷口 4开始向上逐渐变大，其壁面由三 段圆弧面相切组成，这三段圆弧面分别位于扰流分布器3的底面、侧壁及底面与侧壁的连 接处。所述分流凹槽5的转角部位为圆弧过渡面结构，该结构便于浇注成型的脱模，降低转 角部位的应力集中，延缓裂纹剥落进程，进一步延长喷枪的使用寿命。需要说明的是，本实施例的金属枪芯1的具体结构与专利号为ZL200710051992. 0 的中国专利《铁水喷吹脱硫喷枪》中的喷枪底部直吹喷口或底部直吹石墨喷口的喷枪结构 相同，在此略去详细描述，但并不以此为限，任何采用喷枪底部端面中心单一喷口布置形式 的常规喷枪均属于本发明的保护范围。图4 6显示了本实用新型铁水预处理喷枪的另一实施例的结构示意图。该实 施例的铁水预处理喷枪包括用于输送载气和预处理剂的金属枪芯1'和包覆所述金属枪芯 1'的耐火材料枪衬2'。所述耐火材料枪衬2'下端形成扰流分布器3'，所述扰流分布器 3'为两端小、中部大的鼓形结构。进一步地，所述扰流分布器3'下部，即所述鼓形结构下部形成有供所述载气和预 处理剂喷出的喷口 4'、以及以所述喷口 4'为起点沿所述扰流分布器外壁向上延伸的分 流凹槽5'。具体的，所述喷口 4'对称开设在所述扰流分布器3'下部的侧壁上。在该实施例 中，每一所述喷口 4'上方对称分布有两条分流凹槽5'。所述分流凹槽5'的宽度从所述 喷口 4'开始向上逐渐变大，其壁面由圆弧过渡面与斜面相切组成。所述分流凹槽5'的转 角部位为圆弧过渡面结构。在该实施例中，所述扰流分布器3'的横截面形状为圆形，但是它也可以为椭圆 形，以减轻喷枪的重量。需要说明的是，该实施例的铁水预处理喷枪的金属枪芯1'的结构与采用喷枪底 部侧壁上双喷口对称布置形式的常规喷枪的结构相同，如专利号为ZL200610018623. 7的 中国专利《自冷式铁水预处理喷枪》中的倒T形双喷口喷枪等，该结构为本领域技术人员熟 知，在此不再详细描述。
权利要求一种铁水预处理喷枪，包括用于输送载气和预处理剂的金属枪芯(1、1′)和包覆所述金属枪芯(1、1′)的耐火材料枪衬(2、2′)，其特征在于所述耐火材料枪衬(2、2′)下端形成扰流分布器(3、3′)，所述扰流分布器(3、3′)为两端小、中部大的鼓形结构。
2.根据权利要求1所述的铁水预处理喷枪，其特征在于所述扰流分布器(3、3')下 部形成有供所述载气和预处理剂喷出的喷口(4、4')、以及至少两条以所述喷口(4、4') 为起点沿所述扰流分布器(3、3')外壁向上延伸的分流凹槽(5、5')。
3.根据权利要求2所述的铁水预处理喷枪，其特征在于所述分流凹槽(5、5')的宽 度从所述喷口(4、4')开始向上逐渐变大。
4.根据权利要求3所述的铁水预处理喷枪，其特征在于所述分流凹槽(5、5')的转 角部位为圆弧过渡面结构。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的铁水预处理喷枪，其特征在于所述喷口(4) 位于所述扰流分布器(3)的底部中心处，所述分流凹槽(5)有双数条，对称分布于所述喷口 ⑷周围。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的铁水预处理喷枪，其特征在于所述喷口(4') 对称开设在所述扰流分布器(3‘)下部的侧壁上，每一所述喷口(4')上方分布有至少两 条分流凹槽(5 ‘)。
7.根据权利要求6所述的铁水预处理喷枪，其特征在于所述扰流分布器(3')的横 截面为椭圆形或圆形。
专利摘要本实用新型公开了一种铁水预处理喷枪，其包括用于输送载气和预处理剂的金属枪芯和包覆所述金属枪芯的耐火材料枪衬。所述耐火材料枪衬下端形成扰流分布器，所述扰流分布器为两端小、中部大的鼓形结构。该铁水预处理喷枪结构简单、制作方便、使用寿命长且喷吹动力学条件优，可以有效提高预处理剂利用效率，降低预处理剂消耗与铁水预处理成本。
文档编号C21C7/04GK201678697SQ20102018359
公开日2010年12月22日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者刘小卿, 吴杰, 朱善合, 李具中, 李明晖, 欧阳德刚, 王海青, 田大鹏, 罗安智, 罗巍, 胡清明, 蒋扬虎 申请人:武汉钢铁(集团)公司;武汉红地节能材料有限公司