专利名称：新型超高功率电炉炼钢用炉壁碳氧喷枪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及钢铁冶金，具体涉及新型超高功率电炉炼钢用炉壁碳氧喷枪。
背景技术：
随着国内外冶金行业竞争的加剧，提高电炉短流程钢厂竞争力成为日益紧迫的问题，为此必须提高短流程钢厂的生产效率，关键是进一步缩短电炉冶炼时间，主要途径是提高电能、物理能和化学能的输入，减少热损失以缩短通电时间和减少停工时间。
电炉发展的一个趋势是大量应用化学能，为此发展了超高功率电炉冶炼的强化用氧技术。许多电炉安装超音速氧枪、碳氧喷枪、氧燃烧嘴和应用二次燃烧技术，大量输入化学能源，使得电炉冶炼周期大大缩短，电耗和电极消耗不断降低，但是经过长期的冶炼实践发现普通超音速水冷C-O喷枪喷吹距离短，供气强度低，供氧点单一；许多水冷超音速氧枪安装在炉门附近，吹氧时自炉门插入，操作复杂，炉门不能关闭，工人劳动强度大；氧油烧嘴虽然安装在炉壁上，但烧嘴火焰短，安装位置高，吹炼效果差。
发明内容
为克服普通炉门和炉壁超音速氧枪、碳氧喷枪、氧燃烧嘴的缺点和更好的应用二次燃烧技术，本实用新型提供一种新型超高功率电炉炼钢用炉壁碳氧喷枪，该碳氧喷枪能有效地将化学能引入到电炉中去，从而降低电炉电耗和电极消耗，提高电炉工作效率。
本实用新型的技术解决方案是该碳氧喷枪将氧枪和碳枪组合起来，都安装在水冷铜箱内，铜箱安装在炉壁耐火砖层的顶部，其前部表面与耐火砖的热表面表本上处在一个圆柱面上，氧枪和碳枪更加靠近熔池，氧枪包括超音速氧气喷嘴和环氧喷嘴，在超音速主氧流的周围加一圈保护气流，减少超音速氧流的发散，使之在更长的距离上保持集速状态。
理论研究表明，在没有任何保护气流的情况下，超音速氧气流只在短时间或短距离内保持集束状，然后无控制地向各个方向发散，氧流的集束性降低，其速度和穿透能力降低，氧气利用率下降。本实用新型的集束射流氧枪喷嘴中心的主氧气流指向熔池，用于钢水脱碳。在超音速主氧气流的周围外加环绕气流，若无天然气则可外加环绕气流(环氧)，使燃气流或环氧流对主氧气流起封套保护作用，这样主氧气流就可以在较长的距离上保持集束状态，从而具备强大的穿透能力，搅拌熔池的作用加强，明显增加了氧气与钢水的接触面积，改善了炼钢化学反应的动力学条件，提高了氧气的利用率。环氧除用来保护主氧气流外，还提供二次燃烧用氧，即用于CO后期燃烧。
理论研究还证明，即使使用了环绕保护气流，随着氧气离开喷嘴距离的增大，氧气流速和穿透能力仍然会降低，因此，还有必要缩短喷嘴到熔池的距离，同时保持一个良好的穿透角度，此原理同样适用于高效喷碳，即喷碳也有必要接近熔池并保持一个相对较陡的角度。为达此目的，本实用新型的氧枪和喷枪都安装在铜水冷箱内，铜箱设计有较长的寿命，可提供极好的冷却，而且能承受废钢冲击。铜箱安装在炉壁耐火砖层的顶部，其前部表面与耐火砖的热表面基本上处在一个圆柱面上，这样的设计很好地解决了普通固定式氧枪和碳枪距液面较远的主要难题，使氧枪和碳枪距离熔池更短，而且喷射角度更合理。
本实用新型使用集束射流、水冷铜箱实现更短的喷射距离，提高供氧强度和氧气利用率，造良好的泡沫渣；增强搅拌，加快脱碳速度，使炉内温度、成分更加均匀。
图1为本实用新型安装电炉侧壁剖面图图2为本实用新型水箱安装氧枪示意图图中1超音速氧枪、2保护环氧枪、3水冷箱供水(回水)口、4喷碳枪、5水冷箱、6炉壁耐火砖顶部、7氧枪具体实施方式
淮钢70吨电炉是从意大利达涅利公司引进的，变压器功率(AC)为60±20％MVA，配备MORE型炉门水冷超音速氧枪(2500Nm3/h)1座，MORE型炉壁氧油烧嘴(氧气流量3×800Nm3/h)3个，喷碳系统1套，年设计生产能力为30万吨。95年投产后，淮钢对70吨电炉进行了一系列的技术改造，采用铁水热装、低纯度氧炼钢和二次燃烧等工艺，大大提高了电炉的生产能力，2001年实际产钢已达66万吨，电炉吨钢电耗降到300度以下，冶炼时间在50分钟左右。为进一步降低电炉电耗和电极消耗，缩短冶炼时间，解决电炉碳高须停电脱碳，容易引发大喷溅等问题，淮钢开发了新型超高功率电炉炼钢用炉壁碳氧喷枪，取代电炉MORE型炉门氧枪和炉壁烧嘴。
沿70吨电炉炉壁四周安装3套新型超高功率电炉炼钢用炉壁碳氧喷枪，1#和2#炉壁碳氧喷枪系统由3000Nm3/hVPSA制氧机组供氧，3#炉壁碳氧喷系统由一套2×1000Nm3/h深冷制氧机组供氧。
每套新型超高功率电炉炼钢用炉壁碳氧喷枪都包含有集束射氧枪7、喷碳枪4和水冷铜箱5。淮钢设计的集束射氧枪7包括超音速氧气喷嘴1和环流氧喷嘴2，有使用天然气和不使用天然气两种，通过使用一个燃烧室来混合和喷射氧枪内的两股氧气流，从而保证产生集束射流。当超音速氧气喷嘴以2马赫的声速向熔池供氧时，环流氧以最大8Nm3/mih的速度对超音速射氧流进行保护，同时提供二次燃烧用氧。淮钢暂无天然气来源，无法使用燃气流保护主氧气流，但燃气阀站已装好待用。
每座新型超高功率电炉炼钢用炉壁碳氧喷枪还有一个喷碳枪，布置在集束射氧枪的右下方，这种平行布置有利于泡沫渣的快速形成并防止喷孔堵塞。
集束射氧枪和喷碳枪都装在水冷铜箱中，受到铜箱的保护。铜箱安装在距离钢水液面约0.6-0.75米的炉壁耐材的上方，对炉子中心的下倾角为43-45度，既保证喷射距离最短，又最大限度地减少了喷溅，同时由于水冷铜箱的冷却作用，使得铜箱下面的耐材浸蚀速度减慢。
配备氧气/燃气控制阀站1套，对每个集束射氧枪的燃气流和氧气流提供单独控制，配备了所有安全生产所必需的装置。
复合式操作控制系统配备一台西门子S7-400PLC，可根据炉内输入电能的变化，提供不同的氧气流量和喷碳量，操作程序考虑到炼钢车间最大氧流量和潜在的限制范围，根据炉料结构和钢种变化，以及需要的吹氧量不同，设置了不同的操作模式，通过显示器进行人机对话，可选择自动操作和手动操作。
与普通炉门和炉壁超音速氧枪、碳氧喷枪、氧燃烧嘴相比新型炉壁碳氧喷枪具有如下一系列优点(1)使用集束射流、炉中多点供氧喷碳和更短的喷射距离，供氧强度增大，电炉快速熔化废钢，脱碳和脱磷能力增强，特别适用于铁水热装，以及冶炼含碳量较高的钢种。
(2)由于三支氧枪均匀分布，炉内温度、成分更加均匀，钢渣喷溅大大减少，炉盖粘钢现象大大改善；良好的泡沫渣埋弧，减少了电弧热辐射，降低了水冷件的消耗。
(3)喷碳靠近熔池，并与主氧气流平行，可稳定地造良好的泡沫渣，减少碳的损失，提高金属收得率。
(4)实现关闭炉门操作，炉门口吸入的冷风少，减少热量损失；与原有的MORE型氧枪相比，减少了清理氧枪沾附的冷钢、冷渣和炉门区域的劳动量；由于新型炉壁碳氧喷枪固定装于炉壁，以前氧枪的很多机械性维修减少，节省维修费用。
(5)淮钢70吨电炉安装新型炉壁碳氧喷枪，电炉各项经济指标进一步改善，使用新型炉壁碳氧喷枪与使用前平均指标相比，冶炼周期缩短3-6分钟，电炉电耗降低30Kwh/t左右，电极消耗降低了0.4kg/t，实现年经济效益1200万元。使用新型炉壁碳氧喷枪与MORE型氧枪指标对比见表1。
表1使用新型炉壁碳氧喷枪与MORE型氧枪指标对比指标MORE型氧 新型炉壁 变化枪系 氧枪**平均功率输入，MW43.6 47.4 +3.8通电时间，min 33-36 30-33-3～-5出钢——出钢时 45-54 42-50-3～-6间，min电耗，Kwh/t 295 265 -30电极消耗，Kg/t 1.8 1.4 -0.4氧气消耗，Nm3/t3239 +7喷碳量，Kg/t2 5+3燃油消耗，Kg/t 3 0-3二次侧电压，V 410-440 420-460 +10～+20收得率，％ 9090.5 +0.权利要求1.新型超高功率电炉炼钢用炉壁碳氧喷枪，其特征在于该碳氧喷枪复合了集束射氧枪(7)与喷碳枪(4)，喷碳枪(4)平行布置在集束射氧枪(7)的右下方，氧枪(7)和碳枪(4)都安装在水冷箱(5)内。
2.根据权利要求1所述的新型超高功率电炉炼钢用炉壁碳氧喷枪，其特征在于氧枪(7)包括有超音速氧枪(1)和环氧枪(2)。
3.根据权利要求1所述的新型超高功率电炉炼钢用炉壁碳氧喷枪，其特征在于水冷箱(5)安装在炉壁耐火砖层的顶部(6)处。
专利摘要本实用新型公开了一种新型超高功率电炉炼钢用炉壁碳氧喷枪，其特征在于该碳氧枪包含有集束射氧枪(7)和喷碳枪(4)，集束射氧枪(7)包括有超音速氧气喷嘴(1)和环流氧喷嘴(2)，集束射氧枪(7)和喷碳枪(4)都装在水冷铜箱(5)中。集束射氧枪喷嘴中心的主氧气流指向熔池，主氧气流的周围外加环绕燃气流或环氧流对主氧气流起封套保护作用，使主氧气流在较长的距离上保持集束状态，从而具备强大的穿透能力。喷碳枪与氧枪平行布置，氧枪和喷碳枪都安装在水冷铜箱内，铜箱安装在炉壁耐火砖层的顶部(6)，其前部表面与耐火砖的热表面基本上处在一个圆柱面上，使氧枪和碳枪距离熔池更短，而且喷射角度更合理。该碳氧喷枪能有效地将化学能引入电炉中去，从而降低电炉电耗和电极电耗，提高电炉工作效率，增加经济效益。
文档编号C21C5/52GK2673879SQ200320123669
公开日2005年1月26日 申请日期2003年12月31日 优先权日2003年12月31日
发明者韩建淮, 杨武, 李培松, 何振斌 申请人:南京钢铁集团江苏淮钢有限公司