专利名称:转炉用煤氧喷枪及其保护工艺的制作方法
本发明属于转炉冶炼工艺。主要适用于顶吹转炉底吹煤氧及底吹煤氧枪的保护。
底吹煤氧喷枪的工作环境十分恶劣，喷枪前端受到高温熔体的静压力和钢水的冲刷作用，以及炉衬和高温熔体的辐射，受热条件苛刻;同时，由于冶炼过程中炉衬耐火材料不断烧损等原因，使喷枪必须是“自耗式”的，故不能采用水冷结构。另外，由于喷枪处于炉底，喷口周围的钢水，很容易使喷咀堵塞，造成喷粉中断或下粉量不稳定等现象。
所以，保证煤氧喷枪顺利地输送煤、氧，并能有效地保护底吹煤氧喷枪，就成了底吹煤氧的顶底复合吹炼技术的关键之一。
国内专利申请号为85106668的发明专利-电炉用煤氧喷枪及其喷吹工艺，其喷枪是一种水冷结构，而且是非自耗的，显然不适用于顶吹转炉的底吹煤氧工艺。
西德克虏伯公司采用煤粉作为冷却介质保护煤氧喷枪;其喷枪为双层套管结构，中心管通氧气，外管输送煤粉，保护吹氧管。并提出煤粉保护底吹煤氧喷枪的工艺是控制喷吹的碳氧原子比为0.5～2.0(《ISE》1982，No2，P38-42)。
实践证明，上述工艺参数并不能达到良好保护喷枪的目的，主要原因如下1.当喷吹煤粉的强度较低时，不足以带走喷管的热量，即使减小氧气流量，满足碳氧原子比为0.5～2.0的工艺条件，底吹煤氧喷枪仍然得不到保护;
2.当喷粉的工艺参数不适宜时，粉气双相流介质的透射率高，高温熔体对喷管的高温辐射热不能屏蔽掉，即使保证喷吹的煤氧原子比为0.5～2.0，也同样要发生烧枪事故。正因为上述原因，该喷枪至今未能用于炼钢。
本发明的目的一是提供一种结构上合理的底吹煤氧喷枪，以便顺利输送煤氧，保证顶吹转炉底吹煤氧的复合吹炼工艺的顺利进行;二是提供一种以煤粉作为冷却介质，能够良好保护煤氧喷枪的工艺条件。
其解决方案是底吹煤氧喷枪采用双层套管结构，中心管道通氧气，外管道输送煤粉，保护中心吹氧管。喷枪在结构上要尽量减少煤粉输送的阻力，使煤粉能畅通运行，并在喷口处加速，以便加强喷吹效果。在对喷枪的保护上，采用合适的粉气比(煤粉与运载气体的重量比值)和供粉强度，使喷枪在冶炼过程中，能保持在较低的温度下(如小于300℃)，正常工作。
及实施例附图1为煤氧喷枪的结构图。图中1为氧气输送管，2为煤粉输送管，3为舌头，4为连接外管，5为收缩连接管，6为中心内管，7为外管，8为筋板;D1为连接外管4内径，D2为中心内管6内径，D3为外管7的内径，D4为煤粉输送管2的内径。
煤氧喷枪由三部分组成，即输送管路、连接件和枪体。
输送管路有氧气输送管路和煤粉输送管路。氧气输送管1和中心内管6连接成氧气输送管路，其连接处有一30°角的锥形收缩段，可减小气体阻力。煤粉输送管路由煤粉输送管2和由舌头3、连接外管4、收缩连接管5与外管7构成的外套管组成。煤粉输送管2与连接外管4成10～30°倾角相连接，以便减小煤粉输送的流动阻力。
连接件由舌头3、连接外管4和收缩连接管5三部分组成。
舌头3是一个有内孔的园柱体，端部为楔形，其楔形角度与煤粉输送管2和连接外管4所成的角度相同，即10～30°。舌头的主要作用一是为了保证中心内管6定位对中;二是形成较平滑的弯头，使粉气双相流易于拐弯，以便减少粉体流动的阻力，防止粉料沉降。故舌头3的外径与连接外管4的内径紧配合，舌头3的内径与中心内管6的外径紧配合。
连接外管4主要起连接作用。它的内径D1与煤粉输送管2的内径D4之比为1～1.5，即D1/D4＝1～1.5收缩连接管5的一端与连接外管4相连，另一端与枪体外管7连接。收缩连接管与连接外管平滑相接后，内径逐渐减小，呈收缩状喇叭口，即收缩连接管内表面呈园锥角面，锥角为10～20°，表面光洁度要求达到
5。这样，使粉气双相流体经过这段管路后，能加速运行。
枪体由中心内管6和外管7组成。外管为不锈钢管，中心内管为紫铜或不锈钢管。其表面需经硬化处理，提高材质的耐磨性。中心内管与外管之间焊有筋板8，保证中心内管对中。
工作时，氧气经由氧气输送管进入中心内管，并从喷口环缝喷出;煤粉由非氧化性气体(如氮气)运载，经煤粉输送管、连接外管和收缩连接管，加速后从喷口环缝喷出。
本发明以煤粉作为冷却介质，以非氧化性气体作为运载煤粉的气体，保护底吹煤氧喷枪。要达到此目的，必须满足合适的工艺条件。
通过对底吹煤氧喷枪受热状况的分析，得出喷枪端部吸收的总热量ΣQ吸为ΣQ吸＝Q1+Q2+Q3+δQ4(焦耳);
式中Q1为钢水(或铁水)对喷枪的辐射热(焦耳);
Q2为炉衬(外管)对喷枪的辐射热(焦耳);
Q3为炉衬对喷枪的传导热(焦耳);
δQ4为喷枪与氧气反应(烧损)产生的热量(焦耳)。
当δ＝0时 T枪＜T临当δ＝1时 T枪≥T临T枪为喷枪的温度，T临为喷枪与氧气反应的临界温度。
喷枪失去的总热量∑Q失为∑Q失＝Q1′+Q2′+Q3′为(焦耳)式中Q1′为通过对流，冷却介质吸收的热量(焦耳);
Q2′为通过枪体本身热传导损失的热量(焦耳);
Q3′为冷却介质吸收的辐射热(焦耳)。
综上所述，底吹煤氧喷枪得到保护的条件是<1>喷枪的温度低于临界温度，即T枪＜T临<2>喷枪损失的热量大于或等于喷枪得到的热量，即Σ失≥ΣQ吸为了达到以上两个条件，有效地保护喷枪，冷却介质必须满足以下工艺条件(1)冷却介质必须有较高的辐射能力，可以全部或大部分吸收钢水(或铁水)和炉衬对喷枪的高温辐射热;
(2)冷却介质具有强的对流给热能力，能大量带走炉衬的传导热;
(3)冷却介质具有较大的热容量或在高温下能发生分解吸热反应，降低介质本身的温度。
同时，在结构上，采用双层套管结构，使中心吹氧管和高温炉衬分开，减少衬砖对喷枪的热传导;另外，应选用具有较高导热系数，且与氧的反应速度慢的材料作喷管，能把热量带走，避免或减轻氧与喷管的直接氧化反应。
油的辐射率接近1，天然气为0.7，均可起到屏蔽高温辐射的作用。同时，油和天燃气在高温下发生分解反应，可吸热降温。所以两者均可作为底吹喷枪的冷却介质，保护喷枪。其缺点是成本高，造成油、气能源的浪费。
煤粉本身的辐射能力很强。实践证明，创造一定的工艺条件，能使煤粉和运载气体(如氮气)所形成的双相流体具有很高的辐射能力，对底吹煤氧枪起充分的保护作用。
根据理论分析和实践结果，得出良好保护煤氧喷枪的工艺条件是1.输送的粉气比(煤粉与运载气体的重量比)为μs≥5.02.每支喷枪的供粉强度为(Gs)/(πD) ≥0.6(公斤/厘米·分)式中Gs为煤粉流量(公斤/分)，D为外管7的内径(厘米)。
采用本发明设计的喷枪对顶吹转炉进行底吹煤氧的复合吹炼，并根据本发明所提供的工艺条件进行控制，既能使底吹煤氧能顺利进行，又能使喷枪得到良好的保护，在整个冶炼过程中，平均喷枪温度在250℃左右。
实施例采用本发明设计的底吹煤氧喷枪在装料量为10吨的顶吹转炉上进行底吹煤氧的复合吹炼工艺。炉底安装一支喷枪。在喷枪的喷口附近装上热电偶，测量整个冶炼过程中喷枪的温度。
开炉前先装废钢，废钢比为30%。开炉喷粉后，马上兑铁水，并开始吹炼。顶枪供氧强度为3.5标米3/分·吨。炉底喷煤粉和吹氧在兑铁水前同时开始进行。运载煤粉的氮气助压为4.5公斤/厘米2，煤粉流量为9.5公斤/分，粉气比μs为5;底吹氧的氧压为9公斤/厘米2，底吹供氧强度为0.9标米3/分·吨;供粉强度为20公斤/厘米·分。
实测结果，在整个冶炼过程中平均枪温仅为250℃，底吹煤氧枪得到了很好的保护。
附图2表示吹炼过程中炉衬温度、枪温与煤粉流量的关系。图中横座标为冶炼时间，纵座标分别为煤粉流量Gs和温度ㄒ，曲线1为煤粉流量随时间的变化曲线，曲线2、3分别煤氧喷枪距炉底表面450、150毫米处的温度随时间的变化曲线，曲线3、4分别距喷枪400毫米，距炉底表面450和150毫米处的炉底温度随时间变化曲线。
权利要求
1.一种顶吹转炉复合吹炼用的底吹煤氧喷枪，采用双层套管结构，中心管为氧气输送管道，外套管为煤粉输送管道，其特征在于外套管由舌头、连接外管、收缩连接管和外管组成。
2.根据要求1所述的煤氧喷枪，其特征在于舌头是一个有内孔的园柱体，舌头端部为楔形，楔形角为10～30°。
3.根据权利要求
1所述的煤氧喷枪，其特征在于收缩连接管的内径逐渐减小，使整个收缩连接管呈收缩喇叭口，即收缩连接管内表面呈园锥面，锥角为10～20°。
4.根据权利要求
1所述的煤氧喷枪，其特征在于煤粉输送管与连接外管成10～30°倾角连接。
5.根据权利要求
1和2所述的煤氧喷枪，其特征在于舌头的外径与连接外管的内径紧配合，舌头的内径与中心内管的外径紧配合。
6.根据权利要求
1所述的煤氧喷枪，其特征在于连接外管的内径D1与煤粉输送管内径D4的比值为1～1.5。
7.根据权利要求
1所述的煤氧喷枪，其特征在于氧气输送管和中心管的连接处为30°角的锥形收缩口。
8.一种以煤粉作为冷却介质，保护转炉用煤氧喷枪的方法，其特征在于良好保护煤氧喷枪的工艺条件是(1)输送的粉气比(煤粉与运载气体的重量比值μs≥5.0。(2)每支喷枪的供粉强度(Gs)/(πD) ≥0.6(公斤/厘米·分)式中Gs为下粉量(公斤/分)，D为外管的直径(厘米)。
9.根据权利要求
8所述的保护转炉用煤氧喷枪的方法，其特征在于用非氧化性气体(如氮气)作运输煤粉的载体。
专利摘要
本发明系顶吹转炉底吹煤氧喷枪及其保护工艺。它是转炉热补偿技术的有效工具。煤氧喷枪由输送管路、连接件和枪体组成。用非氧化性气体(如氮气)作煤粉载体。喷枪结构上要尽量使煤粉能畅通运行，并在喷口处加速，以便加强喷吹效果。通过对喷枪受热状态的分析和实践结果，得出了良好保护喷枪的工艺条件为输送的粉气比≥5.0；供粉强度≥0.6公斤/厘米·分。在整个吹炼过程中，离钢水约150毫米处的平均枪温约为230℃。
文档编号C21C5/34GK87100352SQ87100352
公开日1988年8月3日 申请日期1987年1月21日
发明者刘浏, 郭征, 李正, 邵象华 申请人:冶金工业部钢铁研究总院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan