一种环槽集束射流喷头结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及冶金行业中用于生成超音速长氧气流的喷射装置，特别涉及一种环槽集束射流喷头结构。
【背景技术】
[0002]RH真空精炼装置是上世纪五十年代发展起来的一种钢铁冶金技术，除了真空脱气外功能外，还有吹氧脱碳功能，使得超低碳钢的大规模冶炼成为可能。其实现吹氧脱碳功能的装置起初设置在真空槽下部，后来设置在真空槽中部，最后设置在真空槽顶部，成为水冷顶吹氧枪。现有技术中，无论是RH-KTB顶枪、RH-MFB顶枪、RH-MESID顶枪、RH-PB顶枪还是中国专利 200420027046.4^200610076151.0^200820174977.5^200820174973.7、200820174973.7^201110000083.0^201210346652.K201310431081.6 所涉及的顶枪或喷头，均采用圆孔拉瓦尔管结构，即拉瓦尔管一般在中心位置，燃气通道分布在拉瓦尔管外侦牝这类限制了进一步提高超音速氧气射流的射程，即在吹氧脱碳期需要将顶枪降到钢液面上2.5?3.5m的位置，在喷粉脱硫期降到Im以下甚至0.1m左右实施喷粉，并且，吹氧与喷粉一般不能同时进行，无疑延长了真空精炼的工艺周期，妨碍实现高枪位精炼，减少钢液喷溅和枪头粘渣的工艺需求。现有的RH真空脱气和吹氧脱碳，枪位不够高还无法避免枪头粘渣、超音速氧流发散太快对钢液表面无法形成有效冲击直至射入穿透钢液面等，特别是喷粉需要更接近钢液面并且粉剂进入真空系统腐蚀管道，使得喷粉技术在RH中难以推广。
[0003]中国专利申请号 2015102313132、2014103868764、2014103876370、2014103868800等发明专利所涉及的环缝和环齿缝顶枪结构，使得吹氧和喷粉的工艺过程可以同时进行，并且喷粉脱硫时不用再降低枪位。即使这种新型顶枪结构所产生的超音速气流能够包裹粉剂和燃气，但是仍然同其它喷枪的超音速射流一样，喷吹距离相对较短且分散，射流的扩散和衰减使得氧气射流对熔池的冲击力小，在钢液表面形成的浅坑反而妨碍钢液流动，影响混匀时间。
[0004]对于RH精炼过程中增加粉剂与钢液的反应界面、缩短喷射时间、提高粉剂的利用率、减少RH设备内耐火材料的耗损、最大限度地去除钢液中夹杂是真空精炼工艺的必然要求。但现有的RH真空精炼顶枪结构限制了这种工艺需求，制约了更高效的RH精炼工艺的发展，因此有必要研究一种支撑吹氧、喷粉、燃烧加热等精炼工艺过程同时进行的喷枪喷头结构。
【发明内容】
[0005]鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适合RH真空精炼等多个领域使用的一种环槽集束射流喷头结构，以达到提高氧气射程，减少堵枪几率，延长其使用寿命，提尚嗔吹效能的目的。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本发明技术方案如下:
[0007]—种环槽集束射流喷头结构，包括喷头芯管和喷头外管，所述喷头外管开设有中心孔和围绕中心孔分布的节流孔，所述喷头芯管插入中心孔内，并与喷头外管之间通过定位结构定位，所述喷头芯管外廓面与喷头外管内廓面之间构成多孔隙环槽状气体通道和锥形环状气体通道。
[0008]采用上述结构，多孔隙环槽状气体通道和锥形环状气体通道可以使氧气在通过时获得超音速加速，并由喷头外管节流孔流出的氧气在超音速主氧的外层环绕伴随流，使中心超音速射流扩展及衰减更小，超音速射流更长，提高氧气射流对熔池的穿透深度及搅拌强度，同时由于射流速度衰减延缓，可提高氧枪的吹炼枪位，而不影响射流对钢液的冲击深度，延长了氧枪喷头的使用寿命。氧气从节流孔流出形成的外层环绕伴随流还可与钢液脱碳产生的一氧化碳燃烧生成二氧化碳，放出的热量加热真空槽耐材，减少钢液温度下降速度。即在冶炼过程中燃烧一氧化碳加热真空槽，冶炼间隙喷吹燃气和氧气燃烧升温真空槽，达到消除残钢的目的。该结构可以应用于转炉氧枪、电炉碳氧枪、高炉喷煤等各种喷头。
[0009]作为优选:所述喷头外管中心孔内廓面由三段连续母线绕中心轴线旋转而成，第一段母线与中心轴线成正夹角形成横断面收缩的变径圆锥孔，第二段母线与中心轴线平行形成等径圆柱孔，第三段母线与中心轴线成负夹角形成横断面扩大的变径圆锥孔，定位结构位于喷头外管中心孔的圆柱孔与喷头芯管之间，使得喷头外管中心孔的第二段与喷头芯管外廓面之间形成多孔隙环槽状气体通道，喷头外管的变径圆锥孔与所述喷头芯管外廓形成变断面积的锥形环状气体通道，从氧气进口到出口分别连续形成收缩环锥段、多隙环槽段、扩展环锥段。
[0010]作为优选:所述定位结构为定位棱脊，所述定位棱脊设置于喷头外管上或喷头芯管上。
[0011]作为优选:所述喷头外管中心孔的圆柱孔内壁均布有3道及以上的凹槽，相邻两凹槽之间构成所述定位棱脊。
[0012]作为优选:与喷头外管中心孔的圆柱孔对应的喷头芯管外廓面上沿周向分布有多个凹弧面，相邻两凹弧面之间构成所述定位棱脊。
[0013]作为优选:所述喷头外管上还开设有安装孔，所述安装孔内密封地安装有中间套管。多个中间套管内可以安装摄像头、火焰检测装置、燃气点火装置等附属设备。
[0014]作为优选:所述安装孔为台阶孔，所述安装孔位于中心孔与节流孔之间，或所述节流孔位于中心孔与安装孔之间。
[0015]作为优选:还包括与喷头外管同轴设置的水冷外管、隔水管、水冷内管、气体内管，所述水冷外管和水冷内管与喷头外管焊接密封；所述气体内管与喷头芯管插接且由弹性密封环密封。
[0016]作为优选:所述多孔隙环槽状气体通道断面最小空隙处的总面积等于设计气体流量下音速气流喉口面积，锥形环状气体通道在圆锥孔出口处断面总的圆环状空隙总面积等于设计气体流量下设计马赫数所对应的超音速气流出口面积。
[0017]作为优选:所述喷头芯管与喷头外管中心孔收缩的变径圆锥孔段对应的外廓面为圆柱面。
[0018]作为优选:所述喷头芯管与喷头外管中心孔收缩的变径圆锥孔段对应的外廓面为圆锥面。
[0019]作为优选:所述喷头芯管与喷头外管中心孔扩大的变径圆锥孔段对应的外廓面为圆锥面。
[0020]作为优选:所述喷头芯管与喷头外管中心孔扩大的变径圆锥孔段对应的外廓面为圆柱面。
[0021]如上所述，本发明的有益效果是:
[0022]1、采用本发明喷头结构的真空精炼顶枪通过顶枪密封通道进入RH真空室，能够在真空条件下对真空室内的钢液实现吹氧脱碳和吹氧升温以及喷粉脱硫，并在非真空条件下对真空室吹燃气烘烤和加热除冷钢。可以使氧气、燃气、脱硫粉剂在各自不同的通道内输送至RH真空室。
[0023]2、本发明喷头结构能够在保持氧气压力与传统RH真空精炼装置相同的条件下，增大吹氧流量而不增加钢液吹坑深度，进而提尚脱碳速率，提尚RH真空精炼装置的效能。
[0024]3、本发明喷头结构能够在喷粉脱硫时期，在氧气通道通入保护气体，使得脱硫粉剂在被周围的保护气体包围下到达钢液表面，从而减少被真空抽气吸走的粉剂量，提高脱硫粉剂的收得率。
[0025]4、本发明喷头结构能够在烘烤真空室或除冷钢时期实现纯氧或富氧燃烧，提高加热效率。
[0026]5、本发明喷头结构在超音速射流的外层增加环绕伴随流，使中心超音速射流扩展及衰减更小，超音速射流更长。应用在RH真空精炼炉顶枪时，可以提高氧气射流对熔池的穿透深度及搅拌强度，同时由于射流速度衰减延缓，可提高氧枪的吹炼枪位，而不影响射流对钢液的冲击深度，延长了氧枪喷头的使用寿命。
[0027]6、本发明喷头的环槽缝形喉口能够在热胀冷缩时不发生喉口堵塞现象，保证喷头的流量。
[0028]7、本发明喷头结构可以安装视频摄像头，直接观察喷头以下空间情形。可以安装燃气点火装置和火焰监测仪器，实现自动点火和安全保护功能。
【附图说明】
[0029]图1为本发明实施例1中环槽集束射流喷头结构示意图；
[0030]图2为本发明实施例1中环槽集束射流喷头底部示意图；
[0031]图3为本发明实施例1中喷头外管的结构示意图；
[0032]图4为本发明实施例1中节流孔的另一种分布示意图；
[0033]图5为本发明实施例2中环槽集束射流喷头结构示意图；
[0034]图6为本发明实施例2中环槽集束射流喷头底部示意图；
[0035]图7为本发明实施例2中喷头芯管的结构示意图。
[0036]零件标号说明
[0037]I 喷头芯管
[0038]2 喷头外管
[0039]3 中间套管
[0040]4 水冷外管
[0041]5 隔水管
[0042]6 水冷内管
[0043]7气体内管
[0044]8多孔隙环槽状气体通道
[0045]9定位棱脊
[0046]2a 中心孔
[0047]2b节流孔
[0048]2c台阶孔
【具体实施方式】
[0049]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0050]实施例1
[0051]如图1至图3所示，本发明提供一种环槽集束射流喷头结构，包括同轴设置的多层套管、喷头芯管1、喷头外管2，所述多层套管从外到内分别为水冷外管4、隔水管5、水冷内管6、气体内管7。水冷外管4和水冷内管6与喷头外管2焊接密封，气体内管7与喷头芯管I插接且由弹性密封环密封。在本发明的结构中，水冷内管6与隔水管5之间为冷却水进水通道、水冷外管4与隔水管5为冷却水出水通道、水冷内管6与气体内管7之间为氧气通道、气体内管7内为燃气通道，也可以根据需要通入粉剂。
[0052]本发明的关键在于，喷头外管2开有一个中心孔2a和多个围绕中心孔2a均布的节流孔2b，节流孔2b贯穿