本实用新型涉及气相预热炉设备领域，特别涉及一种气相预热炉用烧嘴装置。
背景技术：
纳米级二氧化钛的制备方法主要包括物理法和化学法，物理法主要包括溅射法、热蒸发法及激光蒸发法，化学法主要包括液相法和气相法，液相法主要包括均匀沉淀法和溶胶-凝胶法，气相法主要包括TiCl4气相氧化法，目前一般采用TiCl4气相氧化法来制备纳米二氧化钛。TiCl4气相氧化法一般是以氮气作为TiCl4的载气，以氧气作为氧化剂，在高温管式反应器中进行氧化反应，经气固分离，获得纳米级二氧化钛粉体，在此过程中，停留时间和反应温度对二氧化钛的粒径和粒径有影响。反应温度越高，晶界扩散速率越快，烧结驱动力越大，进而导致粒子表面积越小，粒径增大。在实际生产中，氧气需要预加热到800℃以上才能与气相的TiCl4混合反应，将氧气预热至 800℃以上需要设置一个庞大且复杂的预热系统，传统的预热系统不仅造价高，其预热效率也相对较低，预热时间长，对预热设备要求高，资源利用率较差，需要消耗大量的能源才能将氧气预热至 800℃以上，而且，当需要获得不同的预热温度的氧气时，传统的预热系统只能通过分批次来获得，而不能通过一次性预热作业来获得所需，这就导致传统的预热系统对需求的适应性差，无法针对需求的变换来做出相应的调整。
同时，传统的预热炉的烧嘴一般只有一个，且设置于炉体的一侧，通过烧嘴向炉体内喷火，进而对换热单元进行加热，这种喷火方式存在缺陷，即靠近火焰中心的换热单元所获得热量大于位于火焰两侧的换热单元所获得热量，进而导致每个换热单元所获得的热量不均，氧气在每个换热单元内所获得的预热速率均不一样，其不仅会导致氧气的预热温度不稳定，还会导致靠近火焰中心的换热单元长时间过烧而报废，缩短了换热单元的使用周期。而且，为了使炉体能够获得足够的热量，往往烧嘴需要喷发出热量很高的火焰，以维持炉体内的高温，这就对烧嘴的材质和结构提出了很高的要求，一般用于高温加热的烧嘴均存在过烧的问题，烧嘴的使用周期不及设计使用周期的一半，需要不断更换，而烧嘴的造价又比较昂贵，这无疑增加了预热炉的运行成本。
技术实现要素：
本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种气相预热炉用烧嘴装置，以解决现有技术所存在的不足。
本实用新型采用的技术方案如下：一种气相预热炉用烧嘴装置，包括位于炉体下部的喷火管，其特征在于，所述喷火管贯穿炉体的下部，且与换热单元空间垂直，喷火管上均布多个烧嘴，喷火管内设置有燃料输送管，燃料输送管与喷火管之间的间隙形成冷却液通道，烧嘴的底部伸入喷火管内与燃料输送管连通。
通过设置喷火管，在喷火管上设置多个烧嘴，通过喷火管上的烧嘴向炉体内均匀喷火，使每个换热单元均能获得较均匀的热量，由此解决了换热单元受热不均匀的问题，同时，通过均布多个烧嘴的方式，使烧嘴无需喷发出很高的热量来维持炉体内的高温，这就改善了烧嘴的使用环境，降低了对烧嘴的性能要求，烧嘴的使用寿命得到有效延长。同时，本实用新型采用双管的结构来更好地实现喷火功能，其积极效果主要有两点：一是可以防止输送燃料的管道本身温度过高，有效降低了对燃料输送的影响；二是喷火管和燃料输送管之间的间隙可用于输送冷却液（冷却水），以同时对燃料输送管、烧嘴和喷火管进行冷却，防止其过烧，由此在杜绝安全隐患的同时，还能有效延长燃料输送管、烧嘴和喷火管的使用寿命。另外，冷却液通道的设置还可以用来检验燃料输送管的密封性，当燃料输送管出现泄漏时，可以及时发现并采取应急措施，达到了良好地积极效果。
进一步，为了更好地实施本实用新型的喷火管结构，燃料输送管的一端为燃料输送口，其另一端为盲端；喷火管的两端敞口形成冷却液进口和冷却液出口。
考虑到在冷却过程中，冷却液会在燃料输送管的外壁结垢的问题，为了防止燃料输送管的外壁受到腐蚀，燃料输送管的外壁涂覆一层聚四氟乙烯层，聚四氟乙烯层的厚度不小于300μm。聚四氟乙烯层的主要作用是防止冷却液在燃料输送管的外壁结垢，由此保护燃料输送管的外壁不受到腐蚀的影响，起到了良好地防腐蚀效果。
为了使烧嘴喷射出的热源能够对换热单元进行充分加热，相邻烧嘴间的轴线不平行，且在竖直方向上关于相邻烧嘴之间的连线的中点对称设置，以使换热单元下方的烧嘴的喷口能够对准换热单元进行喷射，进而对换热单元进行充分加热。
进一步，为了提高烧嘴的高温力学性能和抗烟气性能，所述烧嘴用Ni-Fe基高温合金材料制造而成，按质量百分比计，所述Ni-Fe基高温合金材料包括以下合金元素：C：0.04-0.05%、Fe：19.0-21.0%、Cr：19.5-20.5%、Al:0.90-1.05%、Ti：2.65-2.80%、V：0.20-0.30%、Mo：2.0-2.5%、Nb：1.50-1.70%、Y+Ce：0.046-0.058%、B：0.003-0.006%，余量为Ni及其它杂质。
本实用新型提供的烧嘴用Ni-Fe基高温合金材料具有优秀的高温力学性能和抗烟气腐蚀性能，主要解决了烧嘴在800℃以上时，易出现的“过烧”和“热裂”现象，在850℃的高温下，本实用新型的Ni-Fe基高温合金材料能够满足预热炉对烧嘴性能的需要，其在高温下不易出现裂纹和变形，使用周期较一般的烧嘴要长，节约了预热炉的运行成本。
为了更好地实施本实用新型的Ni-Fe基高温合金材料，Ni-Fe基高温合金材料的制备方法包括以下步骤：
1）按组分百分比称取原料，采用现有冶炼高温合金的制备工艺，在真空感应炉中于1500℃下进行熔炼，溶液浇注成合金铸坯；
2）将合金铸坯进行表面清理，然后置于真空加热炉内加热至810-820℃并去除合金铸坯表面的氧化皮，得到锻造原坯，其中升温速率控制在120℃/h；
3）将锻造原坯继续加热至锻造温度进行锻造，锻造后空冷至室温，并进行表面处理；
4）将表面处理后的锻造件进行固溶时效热处理后即得。
进一步，在步骤4）中，固溶时效热处理的具体过程为：固溶温度为1100-1150℃，保温2h，油冷；一次时效处理温度700-750℃，保温20-25h，空冷；二次时效处理温度660-680℃，保温20-25h，空冷。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种气相预热炉用烧嘴装置，主要克服传统预热炉的烧嘴结构预热效率低，对烧嘴性能要求高的问题，通过设置多个烧嘴并配以冷却管路，有效延长了烧嘴的使用寿命，降低了对烧嘴性能的要求，烧嘴预热效率高，同时，通过提供一种烧嘴用Ni-Fe基高温合金材料，使烧嘴在高温下不易出现裂纹和变形，使用周期得到进一步延长，节约了预热炉的运行成本。
附图说明
图1是本实用新型的一种用于生产纳米二氧化钛的预热炉结构示意图；
图2是本实用新型的炉体剖视结构示意图。
图中标记：1为炉体， 2为喷火管，3为换热单元，4为烧嘴，5为燃料输送管，6为冷却液通道，7为盲端。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1和图2所示，一种气相预热炉用烧嘴装置，包括位于炉体1下部的喷火管2，所述喷火管2贯穿炉体1的下部，且与换热单元3空间垂直，喷火管2上均布多个烧嘴4，喷火管2内设置有燃料输送管5，燃料输送管5与喷火管2之间的间隙形成冷却液通道6，烧嘴4的底部伸入喷火管2内与燃料输送管5连通。
通过设置喷火管2，在喷火管2上设置多个烧嘴4，通过喷火管2上的烧嘴4向炉体1内均匀喷火，使每个换热单元3均能获得较均匀的热量，由此解决了换热单元3受热不均匀的问题，同时，通过均布多个烧嘴4的方式，使烧嘴4无需喷发出很高的热量来维持炉体1内的高温，这就改善了烧嘴4的使用环境，降低了对烧嘴4的性能要求，烧嘴4的使用寿命得到有效延长。同时，本实用新型采用双管的结构来更好地实现喷火功能，其积极效果主要有两点：一是可以防止输送燃料的管道本身温度过高，有效降低了对燃料输送的影响；二是喷火管2和燃料输送管5之间的间隙可用于输送冷却液（冷却水），以同时对燃料输送管5、烧嘴4和喷火管2进行冷却，防止其过烧，由此在杜绝安全隐患的同时，还能有效延长燃料输送管5、烧嘴4和喷火管2的使用寿命。另外，冷却液通道6的设置还可以用来检验燃料输送管5的密封性，当燃料输送管5出现泄漏时，可以及时发现并采取应急措施，达到了良好地积极效果。
进一步地，为了更好地实施本实用新型的喷火管2结构，燃料输送管5的一端为燃料输送口（图中未画出），其另一端为盲端7；喷火管2的两端敞口形成冷却液进口（图中未画出）和冷却液出口（图中未画出）。
考虑到在冷却过程中，冷却液会在燃料输送管5的外壁结垢的问题，为了防止燃料输送管5的外壁受到腐蚀，燃料输送管5的外壁涂覆一层聚四氟乙烯层（图中未画出），聚四氟乙烯层的厚度不小于300μm。聚四氟乙烯层的主要作用是防止冷却液在燃料输送管5的外壁结垢，由此保护燃料输送管5的外壁不受到腐蚀的影响，起到了良好地防腐蚀效果。
进一步地，为了使烧嘴4喷射出的热源能够对换热单元3进行充分加热，相邻烧嘴3间的轴线不平行，且在竖直方向上关于相邻烧嘴3之间的连线的中点对称设置，以使换热单元3下方的烧嘴4的喷口能够对准换热单元3进行喷射，进而对换热单元3进行充分加热。（图2中的烧嘴为相互平行排布，但其并不代表本实用新型的烧嘴为平行排布，将多个烧嘴勾画为平行排布的缘由主要是为了更好地展示本实用新型的喷嘴在炉体内的布置方式，因此，在实际使用时，需要将喷嘴倾斜布置）
进一步地，为了提高烧嘴4的高温力学性能和抗烟气性能，所述烧嘴4用Ni-Fe基高温合金材料制造而成，按质量百分比计，所述Ni-Fe基高温合金材料包括以下合金元素：C：0.04-0.05%、Fe：19.0-21.0%、Cr：19.5-20.5%、Al:0.90-1.05%、Ti：2.65-2.80%、V：0.20-0.30%、Mo：2.0-2.5%、Nb：1.50-1.70%、Y+Ce：0.046-0.058%、B：0.003-0.006%，余量为Ni及其它杂质。
上述中，Ni-Fe基高温合金材料的制备方法包括以下步骤：
1）按组分百分比称取原料，采用现有冶炼高温合金的制备工艺，在真空感应炉中于1500℃下进行熔炼，溶液浇注成合金铸坯；
2）将合金铸坯进行表面清理，然后置于真空加热炉内加热至810-820℃并去除合金铸坯表面的氧化皮，得到锻造原坯，其中升温速率控制在120℃/h；
3）将锻造原坯继续加热至锻造温度进行锻造，锻造后空冷至室温，并进行表面处理；
4）将表面处理后的锻造件进行固溶时效热处理后即得。
在步骤3）中，锻造温度为1200-1250℃，时间为2-3h，开锻温度为1150℃，停锻温度为850℃。开锻温度和停锻温度的选择非常重要，除按照常规锻造温度的选择要求外，一定要注意锻造温度的宽度范围和锻造温度的起止点，锻造温度的起止点过高，锻造原坯不易得到晶粒细密的组织，力学性能较差，锻造温度的起止点过低，则易出现相变裂纹，在本实用新型中，锻造温度为1200-1250℃，开锻温度为1150℃，停锻温度为850℃时，锻造原坯易得到符合要求的锻件。
为了得到裂纹缺陷少、晶粒细密且分布均匀的锻造坯，锻造原坯达到锻造温度后，利用油压快锻机将锻造原坯镦拔变形锻造形成锻造坯，其中，火次为4，锻比控制在6.2-6.5，镦拔过程需分别进行3次。
进一步地，在步骤3）中，锻造坯冷却到停锻温度后，继续送至油压快锻机中镦拔变形锻造成一定厚度的合金板坯，火次为4，锻比控制在2.0-2.3，镦拔过程需分别进行3次，以使最终能得到的合金板坯金相组织更细化，分布更均匀，无裂纹和气孔夹杂等缺陷存在。
进一步地，在步骤4）中，固溶时效热处理的具体过程为：固溶温度为1100-1150℃，保温2h，油冷；一次时效处理温度700-750℃，保温20-25h，空冷；二次时效处理温度660-680℃，保温20-25h，空冷。
为了更好地说明本实用新型，表1列出了部分实施例：
表1 Ni-Fe基高温合金材料组成成分及含量（此处省略杂质）
上述实施例制得的Ni-Fe基高温合金材料的主要性能如表2所示：
表2 实施例1-5成品合金材料的主要性能
注：1、韧性是通过摆锤式冲击试验机测定；
2、腐蚀量采用65%硝酸腐蚀试验方法，即试验时将试样放入沸腾的65%硝酸溶液中连续48h为一个周期，共5个周期，最后算出平均腐蚀率，其中，试样在750-850℃时，是在其冷却至100℃左右后试验。
通过表2可以得到，在850℃时，本实用新型的Ni-Fe基高温合金材料的抗拉强度达到1270N/mm2，屈服强度达到1030 N/mm2，韧性达到12.1 J/cm2，腐蚀率最低为0.031 mm/月，因此能够满足预热炉对烧嘴性能的需要，其在高温下具有优秀的高温力学性能和抗烟气腐蚀性能，不易出现裂纹和变形，解决了用高温合金材料制造而成的烧嘴在800℃以上时，易出现的“过烧”和“热裂”的问题，节约了预热炉的运行成本。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。