浸没式喷枪及熔炼设备系统的制作方法

本实用新型涉及冶金熔炼设备技术领域，尤其是涉及一种浸没式喷枪及熔炼设备系统。

背景技术：

常规的浸没式喷枪，其前端暴露在高温熔体中，枪管前端受热后，弹性模量和屈服强度下降，导致材料许用应力急剧下降，在熔体冲刷和“喷枪后坐力”的综合作用下，喷枪发生变形、烧损和磨损。因此，降低枪管的使用温度是提高浸没式喷枪寿命的关键所在。

目前，降低喷枪使用温度有两种方式，其一是提高冷却介质的流速，比如增加外层冷却风的风速，有的喷枪使用过程中冷却风工况流速已经接近音速；其二是采用更好的冷却介质，比如水冷和油冷等。采用提高风速的方法，需要配备更好的压缩机和管道系统，能耗高，并且枪口处气体高速喷吹容易造成更加严重的气泡后坐现象，从而加剧喷枪的磨损。而水冷和油冷的方式目前由于安全和造价原因，在浸没式喷枪中也很罕见。

在实际生产过程中，喷枪枪管前端伸出枪口砖的部分不断减小，当枪管前端与枪砖平齐或者嵌入到枪砖内部后，会使枪口砖暴露在高速气流和熔体冲刷环境中，加剧枪口砖的磨损，从而进一步加剧喷枪前端枪口的磨损。在目前的设计中，喷枪枪管通常设计为自耗式。由于枪管是固定式结构，枪管前端枪口部分耗损后，造成枪管前端嵌入枪口砖内的现象，加剧了枪口砖的磨损。综上，现有技术存在如下缺点：

1、采用提高冷却介质流速的方法来提高喷枪冷却强度，易造成更严重的“气泡后坐”现象，加剧喷枪磨损，同时，对压缩机和管路要求高，能耗高；

2、采用水冷和油冷的强化冷却方式，安全性和经济性较差；

3、喷枪枪管设计为固定式，其插入深度无法随喷枪损耗进行及时调整，导致喷枪枪管前端嵌入枪口砖，加剧枪口砖的磨损。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种强化冷却的减少枪管前端磨损的浸没式喷枪。

根据本实用新型一方面实施例的浸没式喷枪，包括枪管，所述枪管具有前端和后端，所述枪管具有一端和另一端，所述枪管包括：

外管，所述外管的内壁沿轴向方向形成有多个凹槽；

内管，所述内管同轴地套设在所述外管内，所述内管的外壁与所述外管的内壁之间限定出外层冷却通道，所述内管内限定出沿轴向方向的中心通道。

根据本实用新型实施例的浸没式喷枪，使用时，向外层冷却通道通入冷却介质(如氮气或压缩空气)，向中心通道通入氧气或富氧空气。由于枪管的外管为主受热件，外管的内壁与内管的外壁之间限定出外层冷却通道，外管的内壁沿轴线方向形成有多个凹槽，这样大大地增加了冷却介质与外层冷却通道的散热接触面积，尤其是增加了外管内壁的散热接触面积，从而在不增加冷却介质气体流速和改变冷却介质的条件下，大大提高了枪管尤其是外管的强化冷却效果，从而降低外管温度，减缓浸没式喷枪枪口和枪口砖的变形、烧损和磨损。另外，在一些需要加入燃料的浸没式喷枪中，外层冷却通道还可以用于运输燃料。

另外，根据本实用新型实施例的浸没式喷枪，还可以具有如下附加技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述凹槽的截面为任意形状的曲面。

根据本实用新型的一个实施例，所述枪管还包括柱套头，所述柱套头限定出沿轴向方向延伸的主喷孔和多个副喷孔，所述主喷孔位于所述柱套头的中心位置，多个所述副喷孔沿所述主喷孔的外围间隔环绕分布，所述柱套头从所述枪管的前端嵌设在所述内管内，且使所述主喷孔和多个副喷孔分别与所述中心通道连通。

根据本实用新型的一个实施例，还包括伸缩固定件和伸缩活动件，所述伸缩固定件的一端固定在炉墙的外壁上，所述伸缩活动件固定在所述枪管上且临近于所述枪管的后端；所述伸缩活动件与所述伸缩固定件活动连接，且当所述伸缩活动件相对于所述伸缩固定件作轴向移位时，所述枪管随所述伸缩活动件同步轴向移位。

进一步的，所述伸缩固定件为伸缩固定管，所述伸缩活动件为伸缩活动管，所述伸缩固定管和所述伸缩活动管分别与所述枪管同轴地套设在所述枪管外且位于所述枪管的后端，其中，所述伸缩固定管的一端固定在炉墙的外壁上，所述伸缩活动管的一端固定在所述枪管上，所述伸缩活动管的另一端与所述伸缩固定管的另一端活动连接。

进一步的，所述伸缩固定管与所述伸缩活动管紧密配合，并用定位螺栓进行固定。

进一步的，所述伸缩活动件沿轴线方向的轴向移位行程为100-500mm。

根据本实用新型的一个实施例，还包括连接件，所述连接件内分别限定出第一通道和第二通道，所述连接件与所述枪管固定连接时，所述第一通道与所述中心通道连通，所述第二通道与所述外层冷却通道连通。

进一步的，所述第一通道包括第一子通道和第二子通道，所述第一子通道与所述外层冷却通道沿所述枪管轴向方向连通，所述第二子通道与所述第一子通道成一钝角交叉连通。

进一步的，所述枪管的后端设有第一法兰，所述连接件设有第二法兰，所述第一法兰与所述第二法兰固定连接。

根据本实用新型另一方面实施例的浸没式喷枪，包括：

枪管，所述枪管具有前端和后端，所述枪管包括外管、内管和柱套头，所述外管的内壁沿轴向方向形成有多个凹槽，所述内管同轴地套设在所述外管内，所述内管的外壁与所述外管的内壁之间限定出外层冷却通道，所述内管内沿轴向方向限定出中心通道；所述柱套头限定出沿轴向方向延伸的主喷孔和多个副喷孔，所述主喷孔位于所述柱套头的中心位置，多个所述副喷孔沿所述主喷孔的外围间隔环绕分布，所述柱套头从所述枪管的前端嵌设在所述内管内，且使所述主喷孔和多个副喷孔分别与所述中心通道连通；所述枪管的后端设有第一法兰；

伸缩固定管和伸缩活动管，所述伸缩固定管和所述伸缩活动管分别与所述枪管同轴地套设在所述枪管外且位于所述枪管的后端，其中，所述伸缩固定管的一端固定在炉墙的外壁上，所述伸缩活动管的一端通过螺钉或焊接固定在所述枪管上，所述伸缩活动管的另一端与所述伸缩固定管的另一端紧密配合；当所述伸缩活动管相对于所述伸缩固定管作轴向移位时，所述枪管随所述伸缩活动管作同步轴向移位；

连接件，所述连接件内分别限定出第一通道和第二通道，所述连接件设有第二法兰，所述连接件与所述枪管通过所述第二法兰和所述第一法兰固定连接时，所述第一通道与所述中心通道连通，所述第二通道与所述外层冷却通道连通；其中，所述第一通道包括第一子通道和第二子通道，所述第一子通道与所述外层冷却通道沿所述枪管轴向方向连通，所述第二子通道与所述第一子通道成一钝角交叉连通。

根据本实用新型另一方面实施例的浸没式喷枪，具有如下方面的优点：第一，由于外管的内壁形成有沿轴向的多个凹槽，加大了浸没式喷枪主受热件外管的散热面与冷却介质的接触面积，从而在不增加冷却介质气体流速和改变冷却介质的条件下，强化了浸没式喷枪尤其是枪管的外管的冷却效果；第二，枪管设计为活动式设计，枪管的枪口损耗后可及时调整枪管伸出枪口砖的长度，减少了气体和熔体对枪口砖的冲刷；第三，连接件的第二法兰和第三法兰的设计，使得连接件整体安装拆卸均方便。

此外，本实用新型还提供一种熔炼设备系统，包括熔炼炉，所述熔炼炉包括炉墙、设在所述炉墙内侧的枪口砖和浸没式喷枪，所述浸没式喷枪为上述本实用新型另一方面实施例的浸没式喷枪，所述浸没式喷枪安装在所述炉墙和所述枪口砖上且使所述枪管伸出所述枪口砖，所述枪管的前端伸出所述枪口砖的长度为0-100mm。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施例的浸没式喷枪的结构及安装示意图。

图2是本实用新型实施例的浸没式喷枪的枪管前端端面示意图。

附图标记：

浸没式喷枪100

枪管1 外管11 外层冷却通道111 内管12 柱套头13 喷孔131

副喷孔132 第一法兰14 枪管的前端15 枪管的后端16

伸缩固定件(伸缩固定管)2 伸缩活动件(伸缩活动管)3

连接件4 第一通道41 第二通道42 第三法兰43 第二法兰44

炉墙6 枪口砖7

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考图1和图2来描述根据本实用新型实施例的浸没式喷枪及熔炼设备系统。

如图1和图2所示，根据本实用新型一方面实施例的浸没式喷枪100，包括枪管1，枪管具有前端15和后端16，枪管1包括外管11和内管12，外管11的内壁沿轴向方向形成有多个凹槽；内管12同轴地套设在外管11内，内管12的外壁与外管11的内壁之间限定出外层冷却通道111，内管12内限定出沿轴向方向的中心通道(图中未示意出)。

根据本实用新型实施例的浸没式喷枪100，使用时，向外层冷却通道111通入冷却介质(如氮气或压缩空气)，向中心通道通入氧气或富氧空气。由于枪管1的外管11为主受热件，外管11的内壁与内管12的外壁之间限定出外层冷却通道111，外管11的内壁沿轴线方向形成有多个凹槽，这样大大地增加了冷却介质与外层冷却通道111的散热接触面积，尤其是增加了外管11内壁的散热接触面积，从而在不增加冷却介质气体流速和改变冷却介质的条件下，大大提高了枪管1尤其是外管11的强化冷却效果，从而降低外管温度，减缓浸没式喷枪100枪口和枪口砖7的变形、烧损和磨损。另外，在一些需要加入燃料的浸没式喷枪100中，外层冷却通道111还可以用于运输燃料。

根据本实用新型的一个实施例，凹槽的截面可以为任意形状的曲面。本实施例中，凹槽的截面为三角形，当然，在其他实施例中，凹槽也可以为扇形，方形或者其他形状，只要能够增加凹槽的壁面面积以达到增加主受热件外管11的散热面与冷却介质的接触面，均可以考虑采用。

根据本实用新型的一个实施例，所枪管1还包括柱套头13，柱套头13限定出沿轴向方向延伸的主喷孔131和多个副喷孔132，主喷孔131位于柱套头13的中心位置，多个副喷孔132沿主喷孔131的外围间隔环绕分布，柱套头13从枪管1的前端15嵌设在内管12内，且使主喷孔131和多个副喷孔132分别与中心通道连通。

通过在枪管1的内管一端嵌设柱套头13，柱套头13上分别限定出与中心通道连通的主喷孔131和多个副喷孔132，使得氧气或富氧空气从枪管喷出来后分支成多股射流，其中，主喷孔131的中心射流为主射流，起到引流作用，副喷孔132的外围射流为辅助射流，起到分散射流的作用，一方面可以防止熔体倒灌入枪管1内，另一方面有利于扩大氧气或富氧空气与熔体的接触面积，使氧气与熔体充分反应。

进一步的，柱套头13沿轴向方向的长度为200mm，有利于枪管1的使用时间较长。

根据本实用新型的一个实施例，还包括伸缩固定件2和伸缩活动件3，伸缩固定件2的一端固定在炉墙6的外壁上，伸缩活动件3固定在枪管1上且临近于枪管1的后端16；伸缩活动件3与伸缩固定件2活动连接，且当伸缩活动件3相对于伸缩固定件2作轴向移位时，枪管1随伸缩活动件3同步轴向移位。

通过设置伸缩活动件3和伸缩固定件2，伸缩活动件3相对伸缩固定件2作相对运动发生轴向移位时，带动枪管1作与伸缩活动件3同步的轴向移位，从而实现枪管1伸出枪口砖7的长度的动态调节。这样，当枪管1的枪口损耗后，可以及时调整枪管伸出枪口砖7的长度，避免当枪口与枪转平齐或者嵌入到枪口砖7内部后，枪口砖7暴露在高速气流和熔体冲刷环境中，对枪口砖7的磨损加剧。枪口砖7和枪管1是相互依存关系，对枪口砖7的保护，同样会增加浸没式喷枪的使用寿命。

进一步的，伸缩固定件2为伸缩固定管，伸缩活动件3为伸缩活动管，伸缩固定管和伸缩活动管分别与枪管1同轴地套设在枪管1外且位于枪管1的后端16，其中伸缩固定管的一端固定在炉墙6的外壁上，伸缩活动管的一端固定在枪管1上，伸缩活动管的另一端与伸缩固定管的另一端活动连接。具体地说，伸缩活动管的固定方式为将伸缩活动管另一端的管体上设有径向的螺钉孔，伸缩活动管通过螺钉穿过螺钉孔紧固在外管11上，安装方便；当然在其他的实施例中，伸缩活动管的固定方式也可以采用将伸缩活动管焊接在外管11上；伸缩活动管与伸缩固定管活动连接方式为紧密配合，结构简单，容易操作实现枪管伸出枪口砖7长度的动态调节。

进一步的，伸缩活动件3沿沿轴线方向的轴向移位行程优选为100-500mm，有利于提高浸没式喷枪100和枪口砖7的使用寿命，不需要对浸没式喷枪100和枪口砖7频繁的定期维护。

根据本实用新型的一个实施例，还包括连接件4，连接件4内分别限定出第一通道41和第二通道42，连接件4与枪管1固定连接时，第一通道41与中心通道连通，第二通道42与外层冷却通道111连通。通过连接件4可以方便地向枪管1的外层冷却通道111和中心通道分别相应地喷吹冷却介质(如氮气或压缩空气)和氧气(或富氧空气)。

进一步的，第一通道41包括第一子通道和第二子通道，第一子通道与外层冷却通道111沿枪管1轴向方向连通，第二子通道与第一子通道成一钝角交叉连通(如图1中所示的α夹角)，以减少由于直角或锐角连接造成的气体冷却介质(如氮气或压缩空气)局部阻力损失。

进一步的，枪管1的后端16设有第一法兰14，连接件4设有第二法兰44，第一法兰14与第二法兰44固定连接，安装拆卸方便；而且，连接件4的第一子通道的末端和第二通道42的末端也均设有第三法兰43，使得连接件4的整体安装拆卸均方便。

如图1和图2所示，根据本实用新型另一方面实施例的浸没式喷枪100，包括：枪管1、伸缩固定管2、伸缩活动管3和连接件4。其中，枪管1包括外管11、内管12和柱套头13，外管11的内壁沿轴向方向形成有多个凹槽，内管12同轴地套设在外管11内，内管12的外壁与外管11的内壁之间限定出外层冷却通道111，内管12内沿轴向方向限定出中心通道；柱套头13限定出沿轴向方向延伸的主喷孔131和多个副喷孔132，主喷孔131位于柱套头13的中心位置，多个副喷孔132沿主喷孔131的外围间隔环绕分布，柱套头13从枪管1的前端15嵌设在内管12内，且使主喷孔131和多个副喷孔132分别与中心通道连通；枪管1的后端16设有第一法兰14；伸缩固定管和伸缩活动管分别与枪管1同轴地套设在枪管1外且位于枪管1的后端16，其中，伸缩固定管的一端固定在炉墙6的外壁上，伸缩活动管的一端通过螺钉或焊接固定在枪管1上，伸缩活动管3的另一端与伸缩固定管2的另一端螺纹连接；当伸缩活动管3相对于伸缩固定管2作轴向移位时，枪管1随伸缩活动管3作同步轴向移位；连接件4内分别限定出第一通道41和第二通道42，连接件4设有第二法兰44，连接件4与枪管1通过第二法兰44和第一法兰14固定连接时，第一通道41与中心通道连通，第二通道42与外层冷却通道111连通；其中，第一通道41包括第一子通道和第二子通道，第一子通道与外层冷却通道111沿枪管1轴向方向连通，第二子通道与第一子通道成一钝角交叉连通；第一子通道和第二通道42的末端均分别设有第三法兰43。

根据本实用新型另一方面实施例的浸没式喷枪100，具有如下方面的优点：第一，由于外管11的内壁形成有沿轴向的多个凹槽，加大了浸没式喷枪100主受热件外管11的散热面与冷却介质的接触面积，从而在不增加冷却介质气体流速和改变冷却介质的条件下，强化了浸没式喷枪100尤其是枪管1的外管11的冷却效果；第二，枪管设计为活动式设计，枪管的枪口损耗后可及时调整枪管伸出枪口砖7的长度，减少了气体和熔体对枪口砖7的冲刷；第三，连接件4的第二法兰44和第三法兰43的设计，使得连接件4整体安装拆卸均方便。

此外，本实用新型还提供一种熔炼设备系统(如图1和图2所示)，包括熔炼炉，熔炼炉包括炉墙6、设在炉墙6内侧的枪口砖7和浸没式喷枪100，浸没式喷枪100为上述本实用新型另一方面实施例的浸没式喷枪100，浸没式喷枪100安装在炉墙6和枪口砖7上且使枪管1伸出枪口砖7，枪管1的前端15伸出枪口砖7的长度为0-100mm。

根据本实用新型实施例的熔炼设备系统，其中的浸没式喷枪100具有如下方面的优点：第一，由于外管11的内壁形成有沿轴向的多个凹槽，加大了浸没式喷枪100主受热件外管11的散热面与冷却介质的接触面积，从而在不增加冷却介质气体流速和改变冷却介质的条件下，强化了浸没式喷枪100尤其是枪管1的外管11的冷却效果；第二，枪管1设计为活动式设计，枪管1的枪口损耗后可及时调整枪管伸出枪口砖7的长度，减少了气体和熔体对枪口砖7的冲刷；第三，连接件4的第二法兰44和第三法兰43的设计，使得连接件4整体安装拆卸均方便。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。