专利名称：一种气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，具体地说是一种颗粒 镁喷吹脱硫用气化室喷枪内壁粘渣的清理装置。
背景技术：
金属镁和硫的亲合力极高，铁水脱硫反应主要是在铁水中的均相反应；对 铁水来说，金属镁是最强的脱硫剂之一，故用量少，生产的渣量也少，扒渣的 铁损少，且脱硫渣没有环境污染问题；由于渣的存在不影响镁的均相脱硫反应， 因而对铁水带有高炉渣不敏感；由于脱硫的镁用量少，因而脱硫处理的设备投 资低，脱硫过程对铁水的化学成分也基本没有影响。为了充分利用颗粒镁强脱 硫剂的优势，针对金属镁高温下蒸气压力高的特点，从避免金属镁高温条件下 快速气化膨胀引起的脱硫过程中铁水喷溅问题，乌克兰钛设计院、黑色冶金研 究院早在上世纪50年代开发了枪头带气化室喷枪纯喷颗粒镁铁水脱硫工艺， 并在实际生产中得到广泛应用，尤其是镁资源丰富的国家，例如前苏联的联 邦国家和我国。具体脱硫工艺过程是以空气、氮气、氩气或天然气为载气，--般为氮气，以粒度为0.5 2.5mm的金属颗粒镁为脱硫剂，--般粒度为0.6 1.6mm。通过潜入铁水中的枪头带气化室的喷枪，将脱硫剂送达铁水罐中的铁 水深处，通过颗粒镁进入铁水前在气化室中的预气化，避免颗粒镁在高温铁水 中迅速气化带来的剧烈喷溅和控制困难的问题，此后，通过镁蒸气泡的界面脱 硫反应和铁水溶解镁的均相脱硫反应，达到提高颗粒镁利用率和铁水脱硫的目
的。然而，气化室内高温条件下共存的喷吹载气(氮气)与金属镁之间化学反 应生成的氮化镁、飞溅的脱硫渣以及金属镁的熔融与气化物，导致气化室内壁
粘渣，并随着喷枪使用次数的增多，气化室内的粘渣不断增多；同时，在颗粒 镁钝化过度和受潮水化、氧化的条件下，镁化合物钝化膜以及颗粒镁受潮水化 物、氧化物的固体残存物增大，致使气化室内壁粘渣速度加快、粘渣结合强度 增大，给喷枪气化室内壁的清渣维护带来困难，导致维护性非作业时间增长， 限制了设备生产能力的发挥和正常生产的组织。尤其是颗粒镁受潮水化引起的 颗粒镁粘连与团聚，直接影响了颗粒镁喷吹的流动性与喷吹量的稳定，导致剧 烈喷溅，影响了喷吹过程的正常进行，并带来设备与人身安全隐患。针对纯喷 颗粒镁铁水脱硫用枪头带气化室喷枪在实际生产中气化室内壁粘渣严重的问 题，国内外主要的维护措施是采用风镐进行气化室内壁打渣或采用水管冲洗内 辨粘渣，由于内壁粘渣速度较快，为了保证喷吹过程中有效的气化空间，控制 粘渣层厚度35mm左右进行风镐打渣或水管冲洗内壁粘渣，根据颗粒镁脱硫剂 钝化膜厚度以及受潮状况的不同，内壁粘渣处理的周期也不同，随着颗粒镁脱 硫剂钝化膜厚度的增大和受潮状况的加剧，即颗粒镁气化固体物残存增大，内 壁粘渣处理周期縮短， 一般处理周期为3 5次，但在颗粒镁气化固体物残存 高时，处理周期仅为1 3次不等。对于人工风镐机械处理清渣方式，其操作 设备是风镐；由于需进行喷枪冷却和人工操作，导致维护时间长、操作环境恶 劣、劳动强度大、安全隐患多， 一次粘渣处理需30 50min，不利于设备生产 能力的提高和生产组织。对于水管冲洗方式，其清渣原理是通过内壁粘渣物 (氮化镁、氧化镁、冷凝的金属镁)与冲洗水的水化反应，引起粘渣物结合相 粘结强度降低和粘渣物体积膨胀而脱落，实际处理过程中，为了节省清渣维护
时间，充分利用高温对水化反应的促进作用，采取喷枪起枪后立即喷水清渣，
单次清渣处理时间为15min左右，采用的清渣装置是由渣盘、布置在中心的向 上直喷的金属水管和安装在渣盘下部的车轮构成；由于管口喷射水柱的集中、 水对气化室内壁的强冷以及水流与水蒸气对气化室边裙耐火材料的水化和急 冷作用，导致气化室金属件变形、边裙耐火材料裂纹脱落和气化室外壁耐火材 料工作衬龟裂，加快了喷枪的破损进程，使喷枪使用寿命縮短1/3左右；同时， 高温条件下氮化镁水化形成的氨气以及大量的水蒸汽，严重恶化了现场操作环 境。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述清渣过程对气化室脱硫喷枪耐火 材料枪裙的破损不足，提供气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置及清渣方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种气化室脱硫 喷枪内壁粘渣清理装置，它包括小车、设置在小车上的接渣盘、喷吹管和设置 在喷吹管顶端的喷吹头，所述喷吹管垂直设置在接渣盘的中心，所述喷吹头设 有螺旋雾化装置，所述喷吹管内设有压縮空气通道和水通道，喷吹管的下端设 有压縮空气进气口和进水口 ，所述压縮空气进气口与喷吹管中的压縮空气通道 连通，所述进水口与喷吹管中的水通道连通；所述螺旋雾化装置包括若干设置 在喷吹头顶部的压縮空气喷孔和喷水口，以及至少一条沿喷吹管纵向轴线设置 的螺旋形水通道，所述压縮空气喷孔与喷吹管的压縮空气通道连通，所述喷水 口与所述螺旋形水通道连通且螺旋形水通道与喷吹管中的水通道连通。
上述方案中，所述喷吹头包括外套帽和与外套帽内表面相配合的内芯，所 述压縮空气喷孔和喷水口分别设置在内芯的顶端，所述内芯与外套帽内表面接 触的外表面上沿内芯的纵向轴线设有螺旋形凹槽，所述螺旋形凹槽与外套帽内 表面形成螺旋形水通道。
在内芯的顶面上，所述压縮空气喷孔和喷水口呈环形布置，其中压縮空气 喷孔至少布置一圈。
所述压縮空气喷孔的中心线与喷吹头中心线之间的夹角根据环形压縮空
气喷孔的环形直径的不同设置为10° 80°。
所述外圈压縮空气喷孔的中心线与喷吹头中心线之间的夹角为45°。 所述内圈压縮空气喷孔的中心线与喷吹头中心线之间的夹角为15°。 所述外套帽的上端为圆台状。
所述喷吹管由套装在一起的外管和内管组成，所述内管中部的空腔为压縮 空气通道，所述内管与外管之间的间隙为水通道。
本发明通过雾化装置上均匀布置的压縮空气喷孔与多道水流螺旋槽道结 构，避免了水管喷射水柱引起的冷却不均匀以及由此造成的局部热应力、气化 室金属件变形、气化室外壁耐火材料工作衬龟裂破损，通过雾化空气与水流比 例以及流量大小的调节，降低沿气化室内壁回流水对耐火材料边裙急冷、浸润 渗透带来的不利影响，降低水化除渣过程中金属气化室与耐火材料边裙的冷却 强度与热震强度，提髙冷却的均匀性，减缓温差热应力引起的耐火材料工作衬 裂纹剥落与金属气化室的变形进程，最终达到降低清渣劳动强度、縮短清渣维 护时间、改善操作环境、提高设备生产能力、延长喷枪使用寿命与降低脱硫生 产成本。
图1为本发明的结构示意图2为图1的A—A剖面图； 图3为本发明喷吹头的俯视图。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明作出详细的说明。
如图l、图3所示，本发明包括小车5、设置在小车5上的接渣盘1、喷吹 管和设置在喷吹管顶端的喷吹头2，所述喷吹管垂直设置在接渣盘1的中心， 所述喷吹头2设有螺旋雾化装置8，所述喷吹管内设有压縮空气通道10和水通 道ll，喷吹管的下端设有压縮空气进气口7和进水口6，所述压縮空气进气口 7与喷吹管中的压縮空气通道10连通，所述进水口 6与喷吹管中的水通道11 连通；所述螺旋雾化装置8包括若干设置在喷吹头2顶部的压縮空气喷孔12 和喷水口 13，以及至少一条沿喷吹管纵向轴线设置的螺旋形水通道，所述压縮 空气喷孔12与喷吹管的压縮空气通道10连通，所述喷水口 13与所述螺旋形 水通道连通且螺旋形水通道与喷吹管中的水通道11连通。
如图2所示，所述喷吹头包括外套帽9和与外套帽9内表面相配合的内芯， 所述压縮空气喷孔12和喷水口 13分别设置在内芯的顶端，所述内芯与外套帽 9内表面接触的外表面上沿内芯的纵向轴线设有螺旋形凹槽，所述螺旋形凹槽 与外套帽9的内表面形成螺旋形水通道。
在内芯的顶面上，所述压縮空气喷孔12和喷水口 13呈环形布置，其中压 縮空气喷孔12至少均匀布置一圈，喷水口 13均匀布置一圈。压縮空气喷孔12 优选布置两圈。
所述压縮空气喷孔12的中心线与喷吹头2中心线之间的夹角根据环形压 縮空气喷孔的环形直径的不同而不同，角度范围为10° 80°。
所述外圈压縮空气喷孔的中心线与喷吹头中心线之间的夹角P为45°。 所述内圈压縮空气喷孔的中心线与喷吹头中心线之间的夹角a为15°。 所述外套帽9的上端为圆台状。圆台形结构便于压縮空气喷孔12与喷水 口 13的均匀布置，并使喷出气流与水流成一定的夹角喷出，强化了压縮空气 对喷出水的雾化效果。同时，也使不同喷水口喷出的水柱交叉，强化了水柱之 间的撞击雾化效果。通过圆台顶面压縮空气喷孔的双圈布置，进--步加强了喷 出气流对喷出水流的雾化强度。
所述喷吹管由套装在一起的外管和内管组成，所述内管中部的空腔为压缩 空气通道IO，所述内管与外管之间的间隙为水通道ll。
使用上述气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置的清渣方法如下
a、 喷枪起枪后的高温阶段，采用高压空气预冷和粘渣预水化，中低温阶 段采用高压空气雾化的水雾进行强冷和粘渣快速水化清渣。
b、 在喷枪起枪后的全过程，采用高压空气雾化的水雾进行强冷和粘渣快 速水化清渣。
本发明针对人工风镐机械打渣清渣方式与清渣装置在实际应用中存在的 维护吋间长、操作环境恶劣、劳动强度大、安全隐患多以及水管冲洗清渣方式 与清渣装置存在的气化室金属件变形、边裙耐火材料裂纹脱落和气化室外壁耐 火材料工作衬龟裂等问题，基于喷枪气化室内壁粘渣速度快、清渣频繁的特点， 从縮短气化室清渣维护时间、降低清渣劳动强度、避免安全隐患的角度考虑， 分析了人工机械清渣的局限性，指明了自动水洗冲渣的合理性与有效性从降 低水管冲洗清渣引起的喷枪气化室金属件变形和清渣过程对喷枪使用寿命的 影响角度考虑，提出了采用高压空气为雾化剂的水雾喷射清渣装置进行粘渣水 化清理的新装置和新方法，通过雾化装置上均匀布置的压縮空气喷孔与多道水 流螺旋槽道结构，避免了水管喷射水柱引起的冷却不均匀以及由此造成的局部 热应力、气化室金属件变形、气化室外壁耐火材料工作衬龟裂破损，通过雾化 空气与水流比例以及流量大小的调节，降低沿气化室内壁回流水对耐火材料边 裙急冷、浸润渗透带来的不利影响，降低水化除渣过程中金属气化室与耐火材 料边裙的冷却强度与热震强度，提高冷却的均匀性，减缓温差热应力引起的耐 火材料工作衬裂纹剥落与金属气化室的变形进程，最终达到降低清渣劳动强 度、缩短清渣维护时间、改善操作环境、提高设备生产能力、延长喷枪使用寿 命与降低脱硫生产成本的目的。
从降低清渣的实际实施过程对环境、喷枪寿命的角度考虑，喷枪起枪后的 高温阶段喷射高压空气预冷和粘渣预水化和中低温阶段喷射高压空气雾化的 水雾进行强冷和粘渣快速水化的清渣操作方法，利用高压空气冷却强度比水低 的特点，降低了喷枪起枪后髙温阶段的冷却速度和冷却过程的温差应力，延缓 清渣过程对喷枪破损的影响程度和水蒸汽形成与粘渣快速水化引起的环境污 染，利用喷枪中低温阶段水雾的喷射，扩展了水分与粘渣的接触面积，促进粘 渣的快速水化与剥落，达到縮短清渣处理时间的目的。降低了现场操作劳动强 度，避免了人工打渣的安全隐患。
本发明具有如下优点
1. 本发明的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置制备简单，成本低、操作简便。
2. 本发明的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理方法适应性强。
3. 本发明的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置及清渣方法具有减缓喷枪
破损进程、改善操作劳动强度与操作环境的优点。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作 出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保 护范围之内。
权利要求
1、一种气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，包括小车、设置在小车上的接渣盘、喷吹管和设置在喷吹管顶端的喷吹头，所述喷吹管垂直设置在接渣盘的中心，其特征在于所述喷吹头设有螺旋雾化装置，所述喷吹管内设有压缩空气通道和水通道，喷吹管的下端设有压缩空气进气口和进水口，所述压缩空气进气口与喷吹管中的压缩空气通道连通，所述进水口与喷吹管中的水通道连通；所述螺旋雾化装置包括若干设置在喷吹头顶部的压缩空气喷孔和喷水口，以及至少一条沿喷吹管纵向轴线设置的螺旋形水通道，所述压缩空气喷孔与喷吹管的压缩空气通道连通，所述喷水口与所述螺旋形水通道连通且螺旋形水通道与喷吹管中的水通道连通。
2、 如权利要求1所述的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，其特征在于 所述喷吹头包括外套帽和与外套帽内表面相配合的内芯，所述压縮空气喷孔和 喷水口分别设置在内芯的顶端，所述内芯与外套帽内表面接触的外表面上沿内 芯的纵向轴线设有螺旋形凹槽，所述螺旋形凹槽与外套帽内表面形成螺旋形水 通道。
3、 如权利要求2所述的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，其特征在于 所述压縮空气喷孔和喷水口分别沿内芯的顶面均布。
4、 如权利要求1至3项任一项权利要求所述的气化室脱硫喷枪内壁粘渣 清理装置，其特征在于，在内芯的顶面上，所述压縮空气喷孔和喷水口呈环形 布置，其中压縮空气喷孔至少布置一圈。
5、 如权利要求4所述的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，其特征在于 所述压縮空气喷孔的中心线与喷吹头中心线之间的夹角为10° 80°。
6、 如权利要求4所述的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，其特征在于 所述外圈压縮空气喷孔的中心线与喷吹头中心线之间的夹角为45°。
7、 如权利要求4所述的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，其特征在于 所述内圈压縮空气喷孔的中心线与喷吹头中心线之间的夹角为15°。
8、 如权利要求2所述的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，其特征在于 所述外套帽的上端为圆台状。
9、 如权利要求1所述的气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，其特征在于 所述喷吹管由套装在一起的外管和内管组成，所述内管中部的空腔为压縮空气 通道，所述内管与外管之间的间隙为水通道。
全文摘要
本发明公开了一种气化室脱硫喷枪内壁粘渣清理装置，包括小车、设置在小车上的接渣盘、喷吹管和设置在喷吹管顶端的喷吹头，喷吹头设有螺旋雾化装置，螺旋雾化装置包括若干设置在喷吹头顶部的压缩空气喷孔和喷水口，以及至少一条沿喷吹管纵向轴线设置的螺旋形水通道，压缩空气喷孔与喷吹管中的压缩空气通道连通，喷水口通过螺旋形水通道与喷吹管中的水通道连通。本发明通过螺旋雾化装置上至少一圈均匀布置的压缩空气喷孔与多道水流螺旋槽形成雾化水汽，避免了水管喷射水柱引起的冷却不均匀以及由此造成的局部热应力，减缓温差热应力引起的喷枪耐火材料工作衬裂纹剥落与金属气化室的变形进程，延长喷枪使用寿命，降低脱硫生产成本。
文档编号C21C7/064GK101338352SQ20081004858
公开日2009年1月7日 申请日期2008年7月28日 优先权日2008年7月28日
发明者李具中, 欧阳德刚, 王清方, 秦新会, 罗安智, 胡清明 申请人:武汉钢铁(集团)公司;武汉红地节能材料有限公司