专利名称：一种电弧炉炼钢中利用喷吹粉剂提高射流冲击效果的装置及方法
技术领域：
本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及到一种适用于5-300t的电弧炉炼钢供氧和喷吹粉剂的电弧炉炼钢利用喷吹粉剂提高射流冲击效果的方法。
背景技术：
目前，5-300t的电弧炉炼钢炉壁供氧与喷吹粉剂是最重要的操作手段，分别由炉壁氧枪和炉壁喷吹粉剂枪来完成。实际使用过程中存在以下问题氧气射流在炉气中衰减速度快，有效射流长度较短，对电弧炉熔池的冲击力不足；喷吹粉剂时粉剂颗粒运动速度低，易受炉内气流扰动，难以进入熔池参加反应，粉剂收得率低；喷吹系统运行和维护成本 闻。本发明采用超音速氧气直接输送粉剂，既可提高氧气射流冲击力，又可提高粉剂的利用率，从而改变传统电弧炉供氧、喷吹粉剂方法，降低冶炼氧气消耗，提高喷吹粉剂效果，实现电弧炉炼钢的节能降耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种将粉剂颗粒均匀混入高压氧气介质当中，利用压力势能与动能相互转换的原理，将氧气与粉剂颗粒共同加速到超音速状态，产生气-固两相均匀混合的超音速射流，从而提高射流的冲击力，强化熔池搅拌，实现粉剂颗粒的高效输送的电弧炉炼钢利用喷吹粉剂提高射流冲击效果的方法。本发明的原理是射流的机械能主要以动能的形式存在，其动能密度与介质密度成正比，与介质运动速度的二次方成正比。粉剂颗粒的密度是标准氧气密度的1000倍左右，因此，在相同的运动速度下，粉剂颗粒的动能密度也为氧气射流动能密度的1000倍。气-固两相均匀混合的超音速射流随粉剂颗粒的混入比例不同，平均流体的动能密度能达到氧气射流动能密度的10 50倍，在相同射流长度下，射流的冲击力大大提高。通常电弧炉喷吹粉剂的速度5 25m/s，气-固两相均匀混合的超音速射流中的粉剂颗粒速度达到传统方法的10倍以上，在此速度下，受炉内气流的影响减小，粉剂颗粒可进入熔池，粉剂颗粒的利用率大幅提闻。为了实现本发明的目的，提出一种电弧炉炼钢中利用喷吹粉剂提高射流冲击效果的装置，所述装置包括粉剂颗粒流量控制系统、氧气流量控制系统、气-固相混匀器、超音速发生装置、水冷保护装置和输送管道，其中，所述粉剂流量控制系统使用回转式给料器或喷射式给料器，粉剂使用压送式气力输送，输送载气压力为O. 6Mpa I. 5Mpa ；所述氧气流量控制系统由气动调节阀、压差流量计组成，氧气气源压力大于I. 3Mpa 2. OMpa ；所述气-固相混匀器将氧气与粉剂的颗粒均匀混合，压力为O. 5 I. 2Mpa ；
所述超音速发生装置包括喷粉管与氧枪喷头，所述喷粉管与氧枪喷头采用钨铜合金、不锈钢、铬质或刚玉质材料，以减小粉剂对管道及氧枪喷头的磨损；所述超音速发生装置为拉瓦尔管，将压力势能转换为动能，生成高速混合射流。本发明还提出一种使用上述设备的方法，所述方法使用所述粉剂流量控制系统控制输送载气输送粉剂，输送载气流量为100 1000Nm3/h，粉剂流量范围为5_60kg/min ;使用所述氧气流量控制系统控制氧气流量为500 3500Nm3/h ;粉剂和氧气分别沿输送管道进入所述气-固相混匀器，形成气-固混合相，流量为500 4000Nm3/h，固气比为O. 5_5kg/kg ;所述气固混合相沿输送管道进入所述超音速发生装置，产生高速混合射流；高速混合射流在所述水冷保护装置的保护下，由炉壁进入电弧炉，所述粉剂的颗粒在高速运动下的动能提高射流的冲击力，进入熔池与炉渣中氧化铁反应产生泡沫渣。所述气固混合相固气比为O O. 63kg/kg，氧气流量为500 3500Nm3/h ;气-固 混合相流量为500 4000Nm3/h。所述粉剂颗粒的粒径为2mm 5mm。所述输送载气为空气。本发明的方法用于60吨电弧炉，所述输送载气流量为180Nm3/h，所述粉剂流量为12kg/min ;所述氧气气流流量为1200Nm3/h ;所述气-固混合相的流量为1380Nm3/h，压力为
I.IMpa ;所述高速混合射流的速度为470m/s。本发明的方法用于230吨电弧炉，所述输送载气流量为700Nm3/h，所述粉剂流量为46kg/min ;所述氧气气流流量为4600Nm3/h ;所述气-固混合相的流量为5300Nm3/h，固气比为O. 60kg/kg,压力为I. 3Mpa ;所述高速混合射流的速度为670m/s。本发明适用于炉壁供氧并喷吹粉剂的电弧炉炼钢工艺，通过粉剂颗粒提高射流的冲击力，提高射流的穿透深度，加强熔池搅拌强度20%以上，提高了氧气、粉剂的利用率，氧气消耗降低大于15%,粉剂消耗降低大于30%。
图I为使用本发明电弧炉炼钢利用喷吹粉剂提高射流冲击效果的方法的设备连接图。I.粉剂储存罐7.超音速发生装置2.载气气源8.水冷保护装置3.氧气气源9.高速混合射流4.粉剂流量控制系统10.电弧炉炉壁5.氧气流量控制系统11.输送管道6.气-固相混匀器
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。实施例I. 60吨电弧炉本发明在60t超高功率电弧炉上应用。粉剂控制系统控制输送载气流量为180Nm3/h，粉剂流量为12kg/min ;氧气控制系统控制氧气气流流量为1200Nm3/h ;粉剂和氧气分别沿输送管道进入气-固相混匀器，形成气-固混合相，流量为1380Nm3/h，压力为I. IMpa ；气固混合相沿输送管道进入超音速发生器，产生高速混合射流，射流速度为470m/s ;在水冷保护装置的保护下，高速混合射流由炉壁进入电弧炉。粉剂颗粒的动能提高了射流的冲击力，同时粉剂进入熔池与炉渣中氧化铁反应产生泡沫渣。使用本发明后，供氧射流的冲击力提高，射流的穿透深度增加，熔池搅拌强度提高21%，氧气消耗降低15%，粉剂消耗降低30%。实施例2. 230吨电弧炉本发明在230t超高功率电弧炉上应用。粉剂控制系统控制输送载气流量为700Nm3/h，粉剂流量为46kg/min ;氧气控制系统控制氧气气流流量为4600Nm3/h ;粉剂和氧气分别沿输送管道进入气-固相混匀器，形成气-固混合相，流量为5300Nm3/h，固气比为
O.60kg/kg,压力为 I. 3Mpa ；气固混合相沿输送管道进入超音速发生器，产生高速混合射流，射流速度为670m/s ;在水冷保护装置的保护下，高速混合射流由炉壁进入电弧炉。粉剂颗粒的动能提高了射流的冲击力，同时固体进入熔池与炉渣中氧化铁反应产生泡沫渣。使用本发明后，供氧射流的冲击力提高，射流的穿透深度增加，熔池搅拌强度提高23%，氧气消耗降低16%，粉剂消耗降低31%。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的 详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种电弧炉炼钢中利用喷吹粉剂提高射流冲击效果的装置，其特征在于，所述装置包括粉剂颗粒流量控制系统、氧气流量控制系统、气-固相混匀器、超音速发生装置、水冷保护装置和输送管道，其中， 所述粉剂流量控制系统使用回转式给料器或喷射式给料器，粉剂使用压送式气力输送，输送载气压力为O. 6Mpa I. 5Mpa ； 所述氧气流量控制系统由气动调节阀、压差流量计组成，氧气气源压力为1.3Mpa 2. OMpa ； 所述气-固相混匀器将氧气与粉剂的颗粒均匀混合，压力为O. 5 I. 2Mpa ； 所述超音速发生装置包括喷粉管与氧枪喷头，所述喷粉管与氧枪喷头采用钨铜合金、不锈钢、铬质或刚玉质材料，以减小粉剂对管道及氧枪喷头的磨损； 所述超音速发生装置为拉瓦尔管，将压力势能转换为动能，生成高速混合射流。
2.一种使用如权利要求I所述设备的方法，其特征在于，所述方法使用所述粉剂流量控制系统控制输送载气输送粉剂，输送载气流量为100 1000Nm3/h，粉剂流量范围为5-60kg/min ;使用所述氧气流量控制系统控制氧气流量为500 3500Nm3/h ;粉剂和氧气分别沿输送管道进入所述气-固相混匀器，形成气-固混合相，流量为500 4000Nm3/h，固气比为O. 5-5kg/kg ;所述气固混合相沿输送管道进入所述超音速发生装置，产生高速混合射流；高速混合射流在所述水冷保护装置的保护下，由炉壁进入电弧炉，所述粉剂的颗粒在高速运动下的动能提高射流的冲击力，进入熔池与炉渣中氧化铁反应产生泡沫渣。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述气固混合相固气比为O O.63kg/kg，氧气流量为500 3500Nm3/h ;气-固混合相流量为500 4000Nm3/h。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述粉剂颗粒的粒径不大于2mm 5mm。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述输送载气为空气。
6.根据权利要求2-5所述的方法，其特征在于，所述方法用于60吨电弧炉，所述输送载气流量为180Nm3/h，所述粉剂流量为12kg/min ;所述氧气气流流量为1200Nm3/h ;所述气-固混合相的流量为1380Nm3/h，压力为I. IMpa ;所述高速混合射流的速度为470m/s。
7.根据权利要求2-5所述的方法，其特征在于，所述方法用于230吨电弧炉，所述输送载气流量为700Nm3/h，所述粉剂流量为46kg/min ;所述氧气气流流量为4600Nm3/h ;所述气-固混合相的流量为5300Nm3/h，固气比为O. 60kg/kg,压力为I. 3Mpa ;所述高速混合射流的速度为670m/s。
全文摘要
本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及到电弧炉炼钢供氧和喷吹粉剂的方法。针对当前电弧炉炼钢供氧射流衰减速度快，冲击力不足和粉剂收得率低的问题，将氧气与粉剂颗粒混合成气-固混合相，并产生高速混合射流，利用粉剂颗粒的动能提高电弧炉供氧射流的冲击力，强化熔池搅拌，实现粉剂颗粒的高效输送。本发明粉剂流量范围为5-60kg/min，氧气流量为500～3500Nm3/h；气-固混合相流量为500～4000Nm3/h，固气比为0.5-5kg/kg；高速混合射流速度为50～700m/s；本发明适用于炉壁供氧并喷吹粉剂的5～300t电弧炉炼钢。使用本发明后电弧炉熔池搅拌强度加强20％以上，氧气、粉剂的利用率提高，氧气消耗降低大于15％，喷吹粉剂消耗降低大于30％。
文档编号C21C5/52GK102643951SQ20121012308
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者刘文娟, 刘福海, 吕明, 朱荣, 朱长富, 杨凌志, 林腾昌, 王成杰, 苏荣芳, 董凯, 逯志方, 马国宏 申请人:北京科技大学