用于镁脱硫剂直接喷吹铁水脱硫喷枪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁水预处理领域，具体地指一种用于镁脱硫剂直接喷吹铁水脱硫喷枪。
【背景技术】
[0002]文献“铁水的炉外脱硫，山西冶金，2007年，Nol”报道，铁水作为钢水冶炼的基本原料，其化学成分和物理性质在某种程度上决定着钢铁产品的质量和企业的效益，因此，从20世纪70年代开始，人们开始重视铁水预处理技术的发展，并不断改进其工艺和方法，脱除铁水中有害元素。除含硫钢种外，硫是钢种中主要有害元素之一，但在高炉炼铁过程中脱除，就必须提高渣的碱度和炉温，而这将使高炉技术经济指标下降，同时，由于转炉冶炼过程的热力学条件制约，转炉脱硫率仅40%左右。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]金属镁和硫的亲和力很强，其特点是脱硫能力强，反应速度快，渣量少，对铁水带渣量与铁水温度不敏感，可以不进行铁水预先扒渣，脱硫扒渣铁损和热量损失少，因而，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。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1300°C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，并在上浮过程中通过镁蒸汽泡的不断加热升温、气泡聚集合并与铁水静压的降低，镁蒸汽泡体积急剧增大，上浮速度不断提高，缩短了镁蒸汽泡在铁水中的停留时间，导致大量的镁蒸汽穿透铁水液面渣层逃逸，引起铁水剧烈喷溅，大幅度降低了金属镁的脱硫利用率，同时逃逸渣层的镁蒸汽在渣层表面氧化燃烧，形成大量的氧化镁微粒粉尘，并因粉尘收集除尘困难，导致氧化镁微粒四溢漂浮，环境粉尘污染严重，因而，制约了铁水直接喷吹金属镁脱硫技术的应用。
[0004]针对上述铁水喷吹金属镁脱硫技术的不足，早在上世纪50年代，乌克兰钛设计院、黑色冶金研究院从延长金属镁蒸汽泡在铁水中的停留时间入手，开发了采用枪头带气化室的喷枪进行铁水喷吹金属颗粒镁的脱硫工艺，通过金属颗粒镁进入铁水前在枪头气化室中的加热预气化，为金属颗粒镁气化提供了相应的气化时间与空间，消除了金属颗粒镁喷入高温铁水中的受热汽化过程，相应地延长了金属镁在铁水中的停留时间，同时也避免了金属颗粒镁铁水中迅速气化、气泡聚集合并与快速加热膨胀带来的铁水剧烈喷溅与镁蒸汽大量逃逸引起的不足；高温预气化的镁蒸汽与喷吹载气沿气化室底部边缘排出进入铁水，通过铁水中含镁气泡的界面脱硫反应和气泡界面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效率的目的，并在中小型铁水罐喷吹脱硫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。但由于温度多670°C时，熔化状态的镁与氮气发生反应:3Mg+N2= Mg 3N2，而且随着温度的上升，反应速度加快；此夕卜，金属镁还会与水、氧反应形成MgO，金属颗粒镁杂质及其钝化膜在金属镁高温气化后形成残留物，由于这些反应产物熔点高，在气化室内壁不断粘附沉积，导致喷枪气化室内壁粘渣严重，为了维持气化室足够的气化空间与金属镁的稳定气化，必须不断地对气化室内壁粘渣进行清理，导致气化室机械损伤，不仅影响了喷枪的使用寿命与生产效率，而且还增加了大量的维护工作与生产成本，恶化了生产操作环境，给实际生产应用带来不便，此外，为了尽量降低气化室的粘渣速度，对金属颗粒镁提出了严格的质量要求，以防止金属颗粒镁杂质与钝化膜引起的粘渣，从而也增加了铁水脱硫的脱硫剂消耗成本。根据实际生产过程的跟踪调研以及水模实验，随着金属颗粒镁与喷吹载气在气化室内的不断加热以及金属颗粒镁的气化，混合气体体积不断增大，气化室内气体压力升高，迫使气化室内铁水液面不断降低，最终铁水液面下降至气化室底部边缘，气化室内气体克服铁水静压以大气泡形式从气化室底部边缘快速排出进入铁水，气化室内压力降低，铁水回流进入气化室，气化室内铁水液面上升，等待下一次的气体排出，因而气化室内的金属镁蒸汽与喷吹载气是以大气泡脉冲方式进入铁水，导致瞬间气体喷吹动能剧增，引起喷枪剧烈摆动，同时，大气泡上浮速度快、液面溢出搅拌能大，引起液面剧烈波动、震荡、翻腾甚至喷派，加剧了镁蒸汽的溢出逃逸，铁水脱硫稳定性差，脱硫技术经济指标波动大，限制了脱硫剂喷吹流量的提高，因而，气化室喷枪直接喷吹金属颗粒镁铁水脱硫技术对中小型铁水罐、小流量喷吹适应性较好。
[0005]随着铁水喷吹脱硫设备大型化的发展，基于上述气化室喷枪直接喷吹金属颗粒镁铁水脱硫技术的不足，本世纪初乌克兰钛设计院、黑色冶金研究院学者根据铁水纯喷金属颗粒镁脱硫的反应热力学与动力学原理，通过金属颗粒镁在铁水中脱硫反应过程及其在铁水中的运动行为分析，提出了大型铁水罐单喷口直通式喷枪直接喷吹金属颗粒镁铁水脱硫新工艺。通过大型铁水罐喷枪插入深度的大幅提高，为喷入铁水深处的金属颗粒镁气化、溶解与脱硫反应提供足够的上浮距离和停留时间，同时，通过喷入铁水中金属颗粒镁喷吹载气泡的界面穿透，实现金属颗粒镁在铁水中的分散、快速加热气化、溶解与脱硫反应，避免了喷枪气化室内金属镁预气化的气化室内壁粘渣，达到铁水脱硫目的。文献“牛琳霞，庄汉宁，新一代颗粒镁铁水脱硫工艺，钢铁研究，2005，Nol，51-53”报道了铁水气化室喷枪与单喷口直通式喷枪直接喷吹金属颗粒镁脱硫以及铁水镁基复合喷吹脱硫的技术经济指标对比情况。根据上述文献的报道以及铁水气化室喷枪与单喷口直通式喷枪直接喷吹金属颗粒镁脱硫的经济指标与工艺技术的对比分析结果，在喷枪铁水插入深度多3m时，单喷口直通式喷枪直接喷吹金属颗粒镁铁水脱硫的吨铁镁消耗与气化室喷枪基本相同，并且，随着喷枪插入深度的增大，脱硫剂利用率提高，喷吹流量提高近一倍。文献“卢春生，屠学信，李鹏程等，首钢第二炼钢厂铁水喷镁脱硫工艺优化与实践，首钢科技，2005，No5, 41-44”报道了首钢二炼钢厂200t铁水罐引进乌克兰直通式喷枪直接喷吹金属颗粒镁脱硫工艺的技术参数、经济指标及其工艺技术改进效果与发展过程。由该文献报道可见，对于200吨铁水罐，喷枪插入深度3?3.2m，单喷口直通式喷枪直接喷吹金属颗粒镁铁水脱硫工艺能够满足铁水脱硫稳定生产的需求，避免了气化室喷枪纯喷金属颗粒镁铁水脱硫的气化室内壁粘渣问题，但与100吨铁水罐气化室喷枪纯喷金属颗粒镁铁水脱硫相比，喷吹流量基本相同，也仅为6?8kg/min，导致喷吹脱硫时间长，生产效率下降，否则将因镁蒸汽泡的聚集长大溢出而引起喷溅和大量镁蒸汽液面逃逸损耗，因而，对金属颗粒镁的质量要求同样严格，以保证在3?3.2m的上升距离内完成金属颗粒镁的气化与溶解，吨铁金属镁消耗增加10%以上，说明金属镁利用率略有下降。为了提高金属颗粒镁喷吹强度，文献“舍甫钦科A Φ，巴什马科夫AM，马那钦HA等，铁水包内大用量喷镁脱硫工艺，炼钢，2013，No6, 5_8”基于铁水双枪镁基复合喷吹脱硫工艺显著提高生产效率的实际生产结果，在台湾中钢300吨铁水罐上采用倒Y形双喷口喷枪取代原单喷口直通式喷枪进行铁水直接金属颗粒镁脱硫，在铁水脱硫稳定生产的条件下，金属颗粒镁喷吹流量提高50?120% (达16?25kg/min)，镁利用率平均为47.3%，并相应地缩短了铁水喷吹脱硫作业时间，但吨铁金属颗粒镁平均消耗为0.41kg/t，比首钢二炼钢厂报道