铁水高效脱硫长寿命防堵喷枪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁水预处理领域，具体地指一种铁水高效脱硫长寿命防堵喷枪。
【背景技术】
[0002]大量的研究表明，铁水预处理脱硫已公认是高炉转炉一连铸流程降低钢中硫质量分数的最经济工艺，是改善高炉和转炉操作的重要手段之一，在炼钢中起着重要的作用，并向全面铁水预处理的方向发展。
[0003]根据资料报道，现代钢铁冶金流程中的铁水喷吹脱硫工艺以其技术成熟、设备投资省而在国内钢铁企业普遍推广应用，并根据脱硫剂种类和喷吹方式的不同，又分为钙基脱硫剂喷吹、镁基脱硫剂复合喷吹和金属颗粒镁纯喷等方式；除纯喷金属颗粒镁中小型铁水罐铁水脱硫采用枪头带气化室的喷枪外，其它工艺均采用单喷口直筒式喷枪以及倒T形或倒Y形双喷口喷枪。由于金属镁和硫的亲和力很强，具有脱硫能力强、反应速度快、脱硫渣量少、对铁水带渣量与铁水温度不敏感等特点，可以不进行铁水预先扒渣，因而，具有铁水喷吹脱硫时间短、脱硫扒渣铁损低、铁水温降小等优点，早在上世纪70年代就有喷吹金属颗粒镁或镁基脱硫剂进行铁水脱硫的报道，目前作为铁水喷吹脱硫的主流工艺在国内外钢铁企业普遍应用。
[0004]文献“吴明，铁水镁脱硫高效化的研究与应用，安徽冶金，2010年，Nol"和文献“舍甫钦科A Φ、巴什马科夫AM等、铁水包内大用量喷镁脱硫工艺，炼钢，2013年，No6”分别报道了双喷口倒Y形喷枪在铁水镁基复合喷吹脱硫和铁水金属颗粒镁纯喷脱硫工艺中的应用效果，与原单喷口直筒式喷枪相比，双喷口倒Y形喷枪的应用，取得了改善喷吹脱硫动力学条件、降低脱硫剂消耗、缩短喷吹脱硫时间的优良效果。通过技术交流和实际生产试验，对于镁基复合喷吹脱硫与纯喷金属颗粒镁脱硫，与原单喷口直筒式喷枪相比，倒Y形双喷口均存在堵塞频繁的问题，为此，特模仿铁水钙基脱硫剂喷吹脱硫工艺常用的倒T形双喷口喷枪进行镁基复合喷吹与金属颗粒镁纯喷脱硫工业性试验，同样存在喷口堵塞频繁的不足，在采用金属棒热态疏通喷口时，发现喷口堵塞物半熔融态粘结喷口壁，冷却后粘接强度大，金属棒无法彻底疏通，喷吹50炉左右堵塞。针对上述问题，特从金属镁的性能出发进行分析，金属镁的熔点为651°C，沸点为1107°C，若将金属镁直接喷吹到高温铁水(一般为130(TC左右)中进行脱硫，将使金属镁迅速气化形成高温高压镁蒸汽泡；此外，在温度^ 670°C时，熔化状态的镁或镁蒸汽与喷吹氮气发生反应:3Mg+N2= Mg3N2^于喷吹脱硫过程中喷枪喷口区域的喷射气体扰动，强化了该区域的铁水换热，使喷口外侧段快速加热到金属镁的熔点温度，甚至更高，为该喷口段Mg3N2的形成创造了条件，形成的Mg 3N2微粒在界面力的作用下向金属喷口内表面不断沉积，此外，金属颗粒镁的杂质及其钝化膜在金属镁高温气化后形成残留物，也会向金属喷口内表面不断沉积，最终形成高温半熔融态和冷却后结合强度大的粘渣，导致喷口疏通困难，这也是为什么目前纯喷金属颗粒镁或镁基复合喷吹铁水脱硫用喷枪仍以单喷口直筒式喷枪的主要原因。此外，对于钙基脱硫剂复合与混合喷吹脱硫，一般采用倒T形或倒Y形双喷口喷枪，也有采用单喷口直筒式喷枪，虽然脱硫剂中不含金属镁，不存在金属镁喷口区域的高温反应物沉积堵塞喷口问题，但在喷吹系统压力剧烈喘动或脱硫剂受潮粘接条件下也存在喷口堵塞现象，但单喷口直筒式喷枪防堵性能相对较优，一旦出现喷口凝铁堵塞仍将无法进行喷口疏通而终止使用。
[0005]针对常规单喷口直筒式喷枪与倒T形、倒Y形双喷口喷枪存在的喷吹段磨损严重和喷射流股分散不佳等不足，专利号:ZL201020183592.2的中国实用新型专利公开了一种铁水预处理喷枪，该喷枪的枪头上设置有扰流分配器，扰流分布器外形为鼓形结构，鼓形截面为圆形或椭圆形结构，并在下部鼓形结构开设有2条以上的分流凹槽；分流凹槽均以喷枪喷口为起点在扰流分布器下部鼓形结构壁面上对称布置；分流凹槽宽度沿开口方向逐渐增大，转角部位为圆弧过渡面结构。利用扰流分布器鼓形结构下部的从下而上直径(径向尺寸)不断增大的结构特征，遏制上浮速度分量，提高喷射的径向水平流动速度分量，增大喷射载气与预处理剂的径向流动距离，延长预处理剂上浮轨迹、铁水中的停留时间与反应时间，提高预处理剂利用效率，降低预处理剂消耗与铁水预处理成本；同时，为载气与预处理剂在上浮过渡阶段的径向内聚提供足够的径向行程，延缓上浮内聚流动对喷枪耐火材料枪衬壁面的冲刷磨损，降低喷枪局部枪衬因换热增强导致的热应力增大与热应力纵裂纹破损，延长喷枪使用寿命。通过以喷枪喷口为起点向外放射的半圆形或半椭圆形截面分流凹槽的诱导流动作用，分化喷射流股，提高喷射流股面积与预处理剂的分散混合效果，扩展预处理剂反应面积与反应传质速度，提高预处理剂利用率。根据文献“姚年春，单吹颗粒镁铁水脱硫工艺中镁粒度检查与验收，机械工程与自动化，2014年，No6”报道，颗粒镁流动性合格是保证不堵枪和脱硫动力学的条件之一，并使垂直喷射流股在铁水中形成70?80mm的坑，保证颗粒镁与铁水的接触面积。由此可见，上述专利中设计的半圆形或半椭圆形截面分流凹槽只能起到上浮气流的诱导变向作用，难以达到流股分股的作用，动力学条件改善有限。
[0006]综合上述可见，对于铁水喷吹脱硫，单喷口直筒式喷枪不易堵枪，但单流股喷射脱硫动力学条件差；对于双喷口倒T形或倒Y形喷枪虽然可明显改善脱硫动力学条件，但易出现喷口堵塞现象，尤其是金属颗粒镁纯喷与镁基复合喷吹铁水脱硫，由于喷口内金属镁反应产物的沉积粘附，喷口堵塞现象十分频繁，并且因反应产物高温半熔融粘附与常温固化粘接，导致反应物粘渣清理与喷口疏通十分困难。如何在保证铁水喷吹脱硫动力学条件的基础上，防止喷口堵塞、延长喷枪使用寿命是目前铁水喷吹脱硫的重要研究方向之一，尤其是铁水金属颗粒镁纯喷或镁基复合喷吹脱硫。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题就是提供一种铁水高效脱硫长寿命防堵喷枪；该喷枪可以防堵，其具有结构简单、制备简便、维护简捷、使用寿命长、喷吹脱硫反应动力学条件优、喷吹稳定、脱硫剂利用效率高等特点。
[0008]为解决上述技术问题，本发明提供的一种铁水高效脱硫长寿命防堵喷枪，它由连接段、枪身段和喷吹段组成，所述连接段依次由连接法兰和复合枪芯组成，所述枪身段和喷吹段外壁是由耐火材料浇筑而成耐火材料枪衬；所述喷吹段包括喷吹段枪身和设置在喷吹段枪身顶端的枪头，所述复合枪芯贯穿整个枪身段和喷吹段枪身伸入枪头中部；所述复合枪芯由内至外依次包括内插管、主管和加强管，所述加强管底端的内壁上安装有内插管连接器，所述内插管引导器下端开设有中空的固定槽，所述固定槽内安装有石墨质喷吹管，所述主管固定在内插管引导器上端的内壁上，所述内插管穿过内插管引导器插入至石墨质喷吹管内，所述内插管底部端面与石墨质喷吹管底部端面平齐，所述石墨质喷吹管底部端面设置有与石墨质喷吹管同轴的中心通孔，且中心通孔伸入枪头底部，所述石墨质喷吹管和中心通孔包裹耐火材料枪衬内，所述石墨质喷吹管底部开设有2?3条水平槽道，所述水平槽道以中心通孔为中心对称布置，且水平槽道与中心通孔相通。
[0009]进一步地，所述中心通孔的截面为逐渐增大的梯形结构，所述中心通孔底面的直径d大于石墨质喷吹管外径D，d = 1.2?2.0D。
[0010]再进一步地，所述水平槽道横截面为上小下大的梯形结构，水平槽道高度为30?100_、槽道宽度为0.5?Id。
[0011]再进一