CSP连铸SEN水口烘烤专用天然气烧嘴的制作方法

本实用新型属于连铸设备领域，更具体地说，涉及一种CSP连铸SEN水口烘烤专用天然气烧嘴。

背景技术：

CSP连铸投产以来中包SEN水口烘烤一直使用高压焦炉煤气，随着天然气这一清洁能源的推广使用，CSP连铸工艺也逐渐采用天然气作为燃烧能源。天然气是一种无毒、洁净环保的优质能源，几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，天然气与人工煤气相比，释放相同热量情况下，价格相当。天然气是经济效益以及环境效益都较为理想的燃料，广泛应用于各工业企业。随着我国“西气东输”等一系列大型天然气项目的建成，天然气已经成为现阶段我国应用较广，经济效益以及环境效益都较为理想的燃料。天然气烧嘴形式多种多样，火焰状态各有不同，但传统的天然气烧嘴往往不能达到天然气与空气充分混合，导致燃料的不完全燃烧，进而形成部分天然气的浪费。

例如，中国专利申请号为201220401603.9，授权公告日为2013年3月27日的专利申请文件公开了一种天然气长焰烧嘴，包括风管，所述风管内，设有天然气总管和通过通道连接盘与天然气总管相连接的天然气分管，天然气分管的出气端连接有天然气分配器，通道连接盘上分别连接有位于天然气总管内的中心进气管、位于天然气分管内的风气混合管，风气混合管的出气端连接有出气口位于天然气分配器出气孔处的中心混合气管。该天然气烧嘴可以拉长火焰长度，但是天然气存在燃烧不充分的问题，且燃烧空气通常以压缩空气的形式供应，压缩空气必须充分减压后才能更好的与天然气混合，而上述烧嘴并未考虑这方面的问题。

又如，中国专利申请号为201510368138.1，申请公布日为2015年11月4日的专利申请文件公开了一种天然气烧嘴，包括测压阀、后盖、瓷管、风管、燃气管、风片、气帽、烧嘴壳、火口；所述风管装在所述瓷管的前端；所述烧嘴壳安装在所述风管的前端；所述后盖安装在所述瓷管的后端；所述测压阀安装在所述后盖上；所述燃气管安装在所述后盖、所述瓷管、所述风管内部；所述气帽安装在所述燃气管前端；所述火口位于气帽之上；所述风片安装在所述风管前端内部且位于燃气管的外侧。该天然气烧嘴能节省天然气，但是同样存在上述的不足之处，因此需要进一步改进。

传统的CSP连铸工艺使用的高压焦炉煤气管道为DN50，压力4～5bar，热值约16.37MJ/Nm³，设计流量400m³N/h。若改用天然气作为燃料，一般天然气的压力2bar左右，天然气热值约32MJ/Nm³。SMS DEMAG公司设计的CSP中包水口烘烤工艺操作规程要求：由Al₂O₃制作的SEN水口，在45分钟内烘烤温度必须达到1000℃和1100℃之间。在中包和水口烘烤过程中，中包烘烤使得中包内有一定的压力，如果水口烘烤压力不足够大，水口烘烤的热气流无法达到水口根部和塞棒头部，此处烘烤温度低在钢水浇注前期由于热震容易产生裂纹导致水口破碎，这是本领域内长期存在的一个技术难题，现有的天然气烧嘴均不能很好的克服这一难题。

技术实现要素：

1.要解决的问题

针对现有的天然气烧嘴存在与空气混合不充分且水口容易破碎的问题，本实用新型提供一种CSP连铸SEN水口烘烤专用天然气烧嘴，现有的天然气烧嘴，没有考虑压缩空气减压的问题，且没有认识到压缩空气减压后再与天然气混合可以提高混合度，进一步可以提高燃烧效率，本专利中的天然气烧嘴结合天然气的压力和压缩空气的压力，充分考虑了压缩空气的减压问题，设计了特殊结构的旋流片，不仅能使压缩空气减压，而且能将压缩空气变成旋流的空气，还能起到控制压缩空气流量的目的，使得天然气和空气充分混合，显著提高燃烧效率。

2.技术方案

为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种CSP连铸SEN水口烘烤专用天然气烧嘴，包括外套管、喷管、内套管和壳体，所述的内套管套设于喷管的外周，所述的外套管设置在喷管的一端，与壳体卡接于内套管的外周，外套管与内套管之间的间隙形成空气通道，所述的壳体设有空气入口，与所述的空气通道连通；喷管的另一端连接三通，所述的三通上设有天然气入口，三通上余下的通口上设有堵头；所述的外套管与内套管之间的间隙中设有旋流片，所述的旋流片为整体为圆环形，旋流片上设有若干并列排列的旋流叶片，旋流叶片之间形成空气通道。

进一步地，所述的旋流片上的旋流叶片形成的空气通道为楔形，空气进口的宽度小于空气出口。

进一步地，所述的空气进口的宽度为空气出口宽度的0.6～0.8倍。

进一步地，所述的喷管靠近外套管的一端的端面封闭，侧壁设有天然气出口。

进一步地，所述的天然气出口有2～6个，均匀分布在喷管上。

进一步地，所述的天然气出口的中心轴与喷管的夹角为α，40°≤α≤50°。

进一步地，所述的内套管上设有螺钉，用于固定旋流片。

进一步地，还包括压盖和内外螺母，所述的压盖与内套管的一端连接，压盖与三通之间通过内外螺母连接。

进一步地，所述的天然气出口的直径为4mm。

天然气的压力2bar左右，而压缩空气的压力6bar左右，两者压力差较大。因此设计的天然气烧嘴结构要充分考虑压缩空气减压的问题。由于CSP连铸用的SEN水口是扁平型的，限制了烧嘴的尺寸，也就限制了火孔的直径，这样又容易造成脱火。本专利设计的原理是基于两种介质的压力差别大，压缩空气压力高，天然气的压力低，压缩空气必须减压后才能与天然气充分混合。本专利中的烧嘴，压缩空气经过设置在外套管与内套管之间的圆周间隙中的旋流片，压力会降下来。喷管一端的圆周上布置2-6个直径4mm的天然气出口，天然气由这2-6个天然气出口出来后与减压后的压缩空气混合。烧嘴的内孔小于连接管的内径，能达到阻火的作用。

本专利中的烧嘴设计成型后进行了反复测试，火焰尺寸及现状，火焰稳定，有一定的抗风能力，燃气可以完全燃烧，不回火、不脱火。

3.有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型中的烧嘴是结合天然气和压缩空气的特点专门设计的，特别是旋流片的结构，旋流片设置在外套管与内套管之间的圆周间隙中，旋流片上有若干并列排列的旋流叶片，每两个旋流叶片之间形成一个空气通道，空气通道具有一定的斜度，空气通道的进口宽度为出口宽度的0.6～0.8倍，这种结构的旋流片具有以下优点：(i)压缩空气通过旋流片后能充分减压；(ii)将压缩空气变成旋流的空气，旋流速度使空气更易与天然气混合：(iii)能适度控制压缩空气的流量；且这种依据这种尺寸设计的烧嘴能达到正常燃烧时的合理空燃比；

(2)本实用新型设计的烧嘴不易造成管道堵塞，与焦炉煤气烧嘴相比，从未发生过因管道堵塞无法烘烤影响生产，提高了烘烤质量，降低了生产事故；

(3)本实用新型的天然气烧嘴，天然气通过三通进入喷管后，由喷管上均匀设置的天然气出口喷出与空气混合燃烧，能合理控制空燃比，使燃气充分与空气混合燃烧，旋流片产生的旋流空气能促进空气与天然气的混合；

(4)本实用新型新开发出的天然气烧嘴能满足CSP中包水口烘烤工艺操作规程要求，在较短的时间内达到要求的烘烤温度，针对由Al₂O₃制作的SEN水口，一般45分钟内烘烤温度能达到1000℃和1100℃之间，使得SEN水口烘烤压力足够大，SEN水口烘烤的热气流顺利达到SEN水口根部和塞棒头部，能有效保护SEN水口不易破碎，且不易烧损，降低了备件的消耗，降低维修成本。

附图说明

图1为本实用新型天然气烧嘴的结构示意图；

图2为本实用新型天然气烧嘴的C向结构示意图；

图3为本实用新型中旋流片的结构示意图；

图4为本实用新型中旋流片的轴向部分结构示意图。

图中：1、外套管；2、喷管；201、天然气出口；3、内套管；4、螺钉；5、旋流片；6、壳体；601、空气入口；7、压盖；8、内外螺母；9、三通；901、天然气入口；10、堵头；11、螺栓；12、垫圈；13、紧固螺栓；14、螺塞。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。

实施例1

如图1、图2所示，一种CSP连铸SEN水口烘烤专用天然气烧嘴，包括外套管1、喷管2、内套管3、壳体6、压盖7和内外螺母8，内套管3套设于喷管2的外周，外套管1设置在喷管2的一端，与壳体6卡接于内套管3的外周，外套管1与内套管3之间的间隙形成空气通道，壳体6设有空气入口601，与空气通道连通；喷管2的另一端连接三通9的一个通口，三通9的其中一个通口为天然气入口901，三通9上余下的通口上设有堵头10；外套管1与内套管3之间的间隙中设有旋流片5，内套管3上设有螺钉4，用于固定旋流片5；旋流片5整体为圆环形，如图3所示，旋流片5上设有若干并列排列的旋流叶片，每两个旋流叶片之间形成平行于喷管2的空气通道，空气通道的形状为楔形，具有一定的斜度，具体的，如图4所示，图4为旋流片5的轴向截面图(即喷管2长度方向的截面图)的部分示意图，空气进口502的宽度小于空气出口501，具体的，空气进口502的宽度为0.3mm，空气出口501的宽度为0.5mm，进口小，出口大，这种特殊结构的旋流片结构具有以下优点：(i)压缩空气通过旋流片后能充分减压；(ii)将压缩空气变成旋流的空气，旋流速度使空气更易与天然气混合：(iii)能适度控制压缩空气的流量；且这种依据这种尺寸设计的烧嘴能达到正常燃烧时的合理空燃比。

如图1的截面示意图所示，内套管3的截面呈金子塔形，金子塔的底部与压盖7通过螺栓11连接，螺栓11与压盖7之间还设有垫圈12，压盖7与三通9之间通过内外螺母8连接，压盖7与喷管2之间通过紧固螺栓13定位固定。外套管1的截面整体呈T字形，中空结构。喷管2的天然气出口端置于外套管1内，喷管2靠近外套管1的一端的端面封闭，侧壁设有4个天然气出口201，均匀分布在喷管2上，天然气出口201的直径为4mm，其在轴向上具有一定倾斜角，天然气出口201的中心轴与喷管2的夹角为α，α＝45°，能合理控制空燃比，使燃气充分与空气混合燃烧，旋流片产生的旋流空气能促进空气与天然气的混合。

传统的CSP连铸工艺使用的高压焦炉煤气作为燃料，使用的烧嘴结构也是结合燃料的性质设计的，将燃料更换为天然气后，之前设计的烧嘴已无法继续使用，而现有的天然气烧嘴在使用过程中存在一系列的问题，例如天然气和空气混合不均匀导致燃烧效率低，例如，不能给SEN水口提供足够的烘烤压力，导致水口容易破碎等，这些问题都实际存在与生产实践中，但一直没有很好的解决办法。本实用新型中设计的烧嘴结构，着重考虑了旋流片的结构设计，目的是为了对压缩空气进行充分减压，使其与天然气混合更充分，提高燃烧效率，在实际应用过程意外的发现，这种结构的烧嘴不仅能对压缩空气进行充分减压，而且能给SEN水口提供足够的烘烤压力，解决了SEN水口容易破碎的问题，取得了非常好的经济效益。

实施例2

如图1、图2所示，一种CSP连铸SEN水口烘烤专用天然气烧嘴，其结构基本同实施例1，所不同的是，喷管2靠近外套管1的一端的端面封闭，侧壁设有2个天然气出口201，均匀分布在喷管2上，天然气出口201的直径为4mm，其在轴向上具有一定倾斜角，天然气出口201的中心轴与喷管2的夹角为α，α＝40°；空气进口502的宽度为0.4mm，空气出口501的宽度为0.5mm，进口小，出口大。

实施例3

如图1、图2所示，一种CSP连铸SEN水口烘烤专用天然气烧嘴，其结构基本同实施例1，所不同的是，喷管2靠近外套管1的一端的端面封闭，侧壁设有6个天然气出口201，均匀分布在喷管2上，天然气出口201的直径为4mm，其在轴向上具有一定倾斜角，天然气出口201的中心轴与喷管2的夹角为α，α＝50°；空气进口502的宽度为0.3mm，空气出口501的宽度为0.5mm，进口小，出口大。天然气出口201的个数较多，更利于天然气与压缩空气的混合，提高燃烧效率。