一种脱硫喷枪的制作方法

本发明属于钢铁冶金技术中的铁水预处理领域，具体涉及一种旋转式多级喷镁脱硫喷枪。

背景技术：

目前在铁水预处理过程中采用喷吹钝化镁颗粒脱硫已经成为国内钢厂的一种主流脱硫工艺，钝化镁粒被喷吹到钢水中后，镁与硫发生反应得到硫化镁：mg+s→mgs，mgs上浮到渣层中，在随后的扒渣操作中mgs被扒除,完成脱硫操作。

然而由于镁的熔点为648℃，沸点为1107℃，而铁水温度一般在1250℃以上，所以镁被喷入铁水中后会被气化，变成镁蒸汽泡，而镁在低温铁水中的饱和溶解度很小，根据郭汉杰、李贵阳所著的论文《金属镁粒铁水脱硫过程物理化学》中所述，在1523k温度的铁水中，镁的饱和溶解度为：0.0041％，所以气化后的镁蒸气也很难大量溶解到铁水中。若喷吹到铁水中的镁不能快速与镁反应，则该部分镁会以镁蒸气泡的形式从铁水中逸出，导致镁的利用率不高。

根据段宏韬、王勇等著的论文《金属镁粒铁水脱硫过程物理化学》中所述，采用喷吹钝化镁粒进行脱硫过程中的镁利用率一般波动在17％～41％之间。镁的利用率低，不仅使脱硫速度变慢而且造成了镁资源的巨大浪费，大量的镁资源来不及与硫进行反应就挥发到空气中去，如何改善喷吹到铁水中的镁与硫反应的动力学条件，提高镁与硫的反应速度，成为提高镁利用率的关键。

专利申请cn201510879090公开了一种可改变喷吹角度的鱼雷罐铁水脱硫喷枪装置及其脱硫方法，该技术提供的装置由安装在工作台上的导架升降机构、导架、喷枪杆以及安装在导架上的喷枪杆驱动机构组成，通过导架升降机构可以控制导架以及安装在导架上的喷枪杆的升降，同时导架上安装的电动机驱动丝杠以不同方向转动，通过牵引摆动摇杆带动两支喷枪杆分别绕旋转支撑做循环摆动。与现有鱼雷罐常规脱硫喷枪相比，该方法能在不改变鱼雷罐罐口尺寸大小的情况下，扩大脱硫范围，提高鱼雷罐铁水脱硫反应动力学性能，有效改善单根喷枪喷吹脱硫造成的返硫现象，提高脱硫效率和脱硫质量，降低脱硫成本，具有较好的经济效益，但该方法仅能使脱硫喷枪在一个平面范围内摆动，仅能提高喷枪摆动平面内脱硫的动力学条件，对于整个鱼雷罐体内的脱硫的动力学条件改善幅度较少。

技术实现要素：

为解决现有技术中镁的利用率低下，且脱硫动力学有待改善的问题，本发明提供一种旋转式多级喷镁脱硫喷枪。

本发明提供的脱硫喷枪包括枪身，所述枪身上设置有主喷头和若干个副喷头，所述主喷头设置于所述枪身的最底部，副喷头分散设置于枪身的中下部，所述枪身内设置有吹喷通道，所述主喷头和所述副喷头与所述吹喷通道连接。所述脱硫喷枪和传动机构连接，在喷镁脱硫过程中，传动机构带动脱硫喷枪做自旋运动。作为上述脱硫喷枪一种更好的选择，所述主喷头为喇叭口状。

作为上述脱硫喷枪一种更好的选择，所述相邻副喷头之间的距离为100-300mm。所述副喷头在垂直方向上均匀或者不均匀的分布，且保持喷头间具有一定距离，达到在铁水包内立体范围内喷吹的效果。

作为上述脱硫喷枪一种更好的选择，所述副喷头在喷枪径向方向或铁水包底部的投影在一个圆周上均匀分布。

作为上述脱硫喷枪一种更好的选择，所述副喷头的外观为喇叭口状，所述副喷头伸出枪身约100-300mm。

作为上述脱硫喷枪一种更好的选择，所述吹喷通道按照吹喷方向逐渐变小，且每经过一个副喷头内径均降低。

作为上述脱硫喷枪一种更好的选择，所述吹喷通道的内径在副喷头处缩减10-20％。

作为上述脱硫喷枪一种更好的选择，所述脱硫喷枪和密封轴承连接，所述脱硫喷枪通过传动机构驱动转动。

作为上述脱硫喷枪一种更好的选择，所述吹喷通道和吹喷软管连接，所述吹喷软管与氮气储气源和钝化镁储存管连接。

作为上述脱硫喷枪一种更好的选择，所述喷枪的枪身和喷头沿内径方向由外到内依次为外层耐火材料层、耐火材料骨架、钢胆、内层耐火材料层和吹喷通道。

本发明通过在脱硫喷枪的枪身中下部额外布置一定数量的副枪头，副枪头呈立体分布，可以达到在铁水包内立体范围内喷吹的效果。喷吹镁粒的过程中，枪身做自旋运动，通过枪身的旋转可以达到搅拌铁水的效果，使用该喷枪进行喷吹钝化镁粒脱硫可以使得镁粒均匀分散至铁水中，能改善整个钢包立体范围内镁粒与铁水中硫反应的动力学条件，从而提高镁的利用率。

本发明中，所述脱硫喷枪最底部的喷头为主喷头，呈喇叭口状，并且除喷枪最底部的主喷头外，在喷枪的中下部枪身上额外设置2～5个位置为镁粒喷出点，并在每个镁粒喷出点上安装上喷吹镁粒的副喷头，该2～5个喷吹镁粒的副喷头沿枪身从上向下布置，副喷头之间的距离为100～300mm，并且该2～5个喷吹镁粒的副喷头在铁水包底的投影为在一个圆周上均匀分布的2～5个位置，副喷头的外观呈喇叭口形状，并且伸出枪身100～300mm。为使镁粒能顺利的从副喷头喷出，枪身内部喷吹镁粒的通道内径在副喷头处都有明显缩小，从上到下，每经过一个副喷头，枪身内部的喷吹通道内径缩减10％～20％，由于该2～5个喷吹镁粒的位置均匀分布在枪身周围的立体空间内，从副喷头喷出的镁粒可以较大范围的喷吹至铁水中，能使镁粒均匀分布到铁水中，有利于镁与硫反应速度的提高。

使用本发明的脱硫喷枪进行喷吹镁粒过程中，喷枪一边喷吹镁粒一边做自旋运动，枪身上的副喷头跟随枪身做圆周运动，这能使副喷头喷出的镁粒均匀喷吹到喷头所在的水平平面内，由于喇叭口状的副喷头伸出枪身100～300mm，枪身做自旋运动过程中，副喷头还能起到搅拌铁水的作用，促进镁在铁水中的扩散流动，提高镁粒脱硫反应的动力学条件。

喷枪的枪身和喷头沿内径方向由外到内依次为外层耐火材料层－耐火材料骨架－钢胆－内层耐火材料层－喷管，其中外层耐火材料层起到抵御铁水对枪身侵蚀的作用；耐火材料骨架为横向环形钢筋与纵向钢筋交叉固定结成网状，并焊接在钢胆上，起到固定外层耐火材料的作用；钢胆为钢质的圆管，起到支撑喷枪枪身的作用；内层耐火材料层除能起到抵御铁水对喷管侵蚀的作用外还起到钢管和喷管间填充物的作用；喷管为高锰类耐磨钢管，喷管内喷吹钝化镁粒和氮气。

本发明具有如下的有益效果：

1、沿喷镁脱硫枪枪身的中下部额外布置副喷头，副喷头在铁水包内较大的纵向和横向范围内分布，这可以使得铁水包内的喷镁范围变大，能使喷出的镁粒均匀分散的分布到铁水中，降低了铁水内的镁因过饱而溢出的几率，提高了镁硫反应的范围，有利于镁与硫反应速度的提高。

2、脱硫过程中，喷枪做自旋运动，枪身上的喷头随枪身做圆周运动，喷头沿圆周轨迹向铁水中喷镁，能把镁粒均匀的喷到圆周平面附近的铁水内，喷枪自旋过程中，喇叭口状的副喷头对铁水有搅拌作用，促进铁水流动和镁蒸气与铁水的混合，改善了镁蒸气在铁水中的传质条件，提高了镁溶入铁水或者与硫反应的动力学条件。

附图说明

图1、一种旋转式多级喷镁脱硫枪示意图；

图2、一种旋转式多级喷镁脱硫枪俯视图；

图3、喷镁脱硫枪枪身剖面图。

附图标识：

1：氮气储气源；2：钝化镁储存管；3：喷吹软管；4：密封轴承；5：传动机构；6：枪身；7：铁水包；8：铁水；9：副喷头；10：主喷头；11：喷吹通道；12：内层耐火材料；13：钢胆；14：耐火材料骨架；15：外层耐火材料层。

具体实施方式

以下配合装置示意图1-3对一种旋转式多级喷镁脱硫枪做进一步说明，其仅用作对本发明的解释而并非限制。

如图1-图3所示的旋转式多级喷镁脱硫枪，该旋转式多级喷镁脱硫枪的枪身6通过喷吹软管3连接氮气储气源1和钝化镁储存罐2，喷枪枪身6与喷吹软管3通过密封轴承4连接，喷枪枪身6还与传动机构5连接，在喷镁脱硫过程中，传动机构5带动旋转式多级喷镁脱硫枪做自旋运动。

喷枪最底部的喷头为喷镁脱硫枪的主喷头10，呈喇叭口状，并且除喷枪最底部的喷头10外，在喷枪的中下部枪身上额外设置2～5个位置为镁粒喷出点,并在每个镁粒喷出点上安装上喷吹镁粒的副喷头9，该2～5个喷吹镁粒的副喷头9沿枪身6从上向下布置，相邻的两个副喷头9之间的距离为100～300mm，并且该2～5个喷吹镁粒的副喷头9在铁水包7底部或喷枪径向方向的投影为在一个圆周上均匀分布的2～5个位置，副喷头9的外观呈喇叭口形状，并且伸出枪身6约100～300mm；为使镁粒能顺利的从副喷头9喷出，枪身6内部的喷吹通道11的内径在副喷头9处都有明显缩小，从上到下，每经过一个副喷头9，枪身6内部的喷吹通道11的内径缩减10％～20％，由于该2～5个喷吹镁粒的副喷头9均匀分布在枪身6周围的立体空间内，从副喷头9喷出的镁粒可以较大范围的喷吹至铁水8中，能使镁粒均匀分布到铁水8中，有利于镁与硫反应速度的提高。

喷吹镁粒过程中，喷枪一边喷吹镁粒一边做自旋运动，转动速度为5～60转/分钟，旋转式枪身上的副喷头9随枪身做圆周运动，能使副喷头9喷出的镁粒均匀喷吹到副喷头9所在的水平平面内，由于喇叭口状的副喷头9伸出枪身6约100～300mm，枪身6做自旋运动过程中，副喷头9还能起到搅拌铁水8的作用，促进镁在铁水中的扩散流动，提高镁粒脱硫反应的动力学条件。

喷枪的枪身和喷头沿内径方向由外到内依次为外层耐火材料层15－耐火材料骨架14－钢胆13－内层耐火材料层12－喷吹通道11，其中外层耐火材料层15起到抵御铁水8对枪身6侵蚀的作用；耐火材料骨架14为横向环形钢筋与纵向钢筋交叉固定结成网状，并焊接在钢胆13上，起到固定外层耐火材料15的作用；钢胆13为钢质的圆管，起到支撑枪6身的作用；内层耐火材料层12除能起到抵御铁水对喷管侵蚀的作用外还起到钢管和喷管间填充物的作用；喷吹通道11为高锰类耐磨钢管，喷管内喷吹钝化镁粒和氮气。

实施例1、

如图1、图2、图3所示的旋转式多级喷镁脱硫枪，该旋转式多级喷镁脱硫枪的枪身6通过喷吹软管3连接氮气储气源1和钝化镁储存罐2，喷枪枪身6与喷吹软管3通过密封轴承4连接，喷枪枪身6还与传动机构5连接，在喷镁脱硫过程中，传动机构5带动旋转式多级喷镁脱硫枪做自旋运动。

喷镁脱硫枪的外径为350mm，喷镁脱硫枪内部喷吹通道11的内径为15mm,喷镁脱硫枪最底部的喷头为主喷头10，呈喇叭口状，并且除喷枪最底部的喷头10外，在喷枪的中下部枪身上额外设置2个位置为镁粒喷出点,并在每个镁粒喷出点上安装上喷吹镁粒的副喷头9，该2个喷吹镁粒的副喷头9沿枪身6从上向下布置，每两个副喷头9之间的距离为300mm，并且该2个喷吹镁粒的副喷头9在铁水包7底部的投影为在一个圆周上均匀分布的2个位置，副喷头9的外观呈喇叭口形状，并且伸出枪身6约300mm；为使镁粒能顺利的从副喷头9喷出，枪身6内部的喷吹通道11的内径在副喷头9处有明显缩小，从上到下，每经过一个副喷头9，枪身6内部的喷吹通道11的内径缩减20％，每个副喷头9的内径为经过该处副喷头的枪身喷管内径的50％，由于该2个喷吹镁粒的副喷头9均匀分布在枪身6周围的立体空间内，从副喷头9喷出的镁粒可以较大范围的喷吹至铁水8中，能使镁粒均匀分布到铁水8中，有利于镁与硫反应速度的提高。

需对铁水8进行脱硫操作时，打开氮气储气源1的阀门，将旋转式多级喷镁脱硫枪降入铁水8中，降入过程中，氮气从副喷头9和主喷头10吹出，形成相对铁水8的正压，防止铁水流入脱硫枪内的喷管通道中烧坏喷管，将旋转式多级喷镁脱硫枪降至主喷头10距铁水包包底20cm时，停止下降，打开钝化镁储存管的阀门，开始喷吹钝化镁粒脱硫，喷吹镁粒过程中，喷枪一边喷吹镁粒一边做自旋运动，转动速度为5转/分钟，旋转式枪身上的副喷头9随枪身做圆周运动，能使副喷头9喷出的镁粒均匀喷吹到副喷头9所在的水平平面内，由于喇叭口状的副喷头9伸出枪身6约300mm，枪身6做自旋运动过程中，副喷头9还能起到搅拌铁水8的作用，促进镁在铁水中的扩散流动，提高镁粒脱硫反应的动力学条件。

喷枪的枪身和喷头沿内径方向由外到内依次为外层耐火材料层15－耐火材料骨架14－钢胆13－内层耐火材料层12－喷吹通道11，其中外层耐火材料层15起到抵御铁水8对枪身6侵蚀的作用；耐火材料骨架14为横向环形钢筋与纵向钢筋交叉固定结成网状，并焊接在钢胆13上，起到固定外层耐火材料15的作用；钢胆13为钢质的圆管，起到支撑枪6身的作用；内层耐火材料层12除能起到抵御铁水对喷管侵蚀的作用外还起到钢管和喷管间填充物的作用；喷吹通道11为高锰类耐磨钢管，喷管内喷吹钝化镁粒和氮气。

喷镁脱硫过程中，铁水重量为：120吨，初始铁水中含硫：0.037％，喷镁量为：0.35kg/吨铁水，喷镁时间为：7分钟，脱硫后检测铁水中含硫：0.003％，镁粒利用率为：72.8％，脱硫效率和镁的利用率有了明显的提高。

实施例2、

加工如图1、图2、图3所示的旋转式多级喷镁脱硫枪，该旋转式多级喷镁脱硫枪的枪身6通过喷吹软管3连接氮气储气源1和钝化镁储存罐2，喷枪枪身6与喷吹软管3通过密封轴承4连接，喷枪枪身6还与传动机构5连接，在喷镁脱硫过程中，传动机构5带动旋转式多级喷镁脱硫枪做自旋运动。

喷镁脱硫枪的外径为400mm，喷镁脱硫枪内部喷吹通道11的内径为20mm,喷枪最底部的喷头为主喷头10，呈喇叭口状，并且除喷枪最底部的喷头10外，在喷枪的中下部枪身上额外设置5个位置为镁粒喷出点,并在每个镁粒喷出点上安装上喷吹镁粒的副喷头9，该5个喷吹镁粒的副喷头9沿枪身6从上向下布置，每两个副喷头9之间的距离为100mm，并且该5个喷吹镁粒的副喷头9在铁水包7底部的投影为在一个圆周上均匀分布的5个位置，副喷头9的外观呈喇叭口形状，并且伸出枪身6约100mm；为使镁粒能顺利的从副喷头9喷出，枪身6内部的喷吹通道11的内径在副喷头9处都有明显缩小，从上到下，每经过一个副喷头9，枪身6内部的喷吹通道11的内径缩减10％，每个副喷头9的内径为经过该处副喷头的枪身内喷吹通道内径的20％，由于该5个喷吹镁粒的副喷头9均匀分布在枪身6周围的立体空间内，从副喷头9喷出的镁粒可以较大范围的喷吹至铁水8中，能使镁粒均匀分布到铁水8中，有利于镁与硫反应速度的提高。

需对铁水8进行脱硫操作时，打开1氮气储气源1的阀门，将旋转式多级喷镁脱硫枪降入铁水8中，降入过程中，氮气从副喷头9和主喷头10吹出，形成相对铁水8的正压，防止铁水流入脱硫枪的喷吹通道中烧坏喷管，将旋转式多级喷镁脱硫枪降至主喷头10距铁水包包底30cm时，停止下降，打开钝化镁储存管的阀门，开始喷吹钝化镁粒脱硫，喷吹镁粒过程中，喷枪一边喷吹镁粒一边做自旋运动，转动速度为60转/分钟，旋转式枪身上的副喷头9随枪身做圆周运动，能使副喷头9喷出的镁粒均匀喷吹到副喷头9所在的水平平面内，由于喇叭口状的副喷头9伸出枪身6约100mm，枪身6做自旋运动过程中，副喷头9还能起到搅拌铁水8的作用，促进镁在铁水中的扩散流动，提高镁粒脱硫反应的动力学条件。

喷枪的枪身和喷头沿内径方向由外到内依次为外层耐火材料层15－耐火材料骨架14－钢胆13－内层耐火材料层12－喷管11，其中外层耐火材料层15起到抵御铁水8对枪身6侵蚀的作用；耐火材料骨架14为横向环形钢筋与纵向钢筋交叉固定结成网状，并焊接在钢胆13上，起到固定外层耐火材料15的作用；钢胆13为钢质的圆管，起到支撑枪6身的作用；内层耐火材料层12除能起到抵御铁水对喷管侵蚀的作用外还起到钢管和喷管间填充物的作用；喷吹通道11为高锰类耐磨钢管，喷管内喷吹钝化镁粒和氮气。

喷镁脱硫过程中，铁水重量为：120吨，初始铁水中含硫量为：0.045％，喷镁量为：0.4kg/吨铁水，喷镁时间为：6分钟，脱硫后检测铁水中含硫：0.002％，镁粒利用率为：80.6％，脱硫效率和镁的利用率有了明显的提高。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。