一種雙路氧流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)爐頂吹氧流量的槍頭結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型屬于冶金行業(yè)中煉鋼領域，特別涉及一種雙路氧流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)爐頂吹氧流量的槍頭結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]轉(zhuǎn)爐煉鋼是鋼鐵生產(chǎn)的重要手段，而頂吹氧槍是氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的關鍵設備之一。轉(zhuǎn)爐頂吹氧槍能實現(xiàn)將氧氣壓力能轉(zhuǎn)換為動能，目前一般采用單孔和多孔圓孔拉瓦管的超音速噴頭設計，供氧系統(tǒng)常為單氣路高壓氧。轉(zhuǎn)爐吹煉前期渣堿度低，易過氧化、過泡沫化并誘發(fā)噴濺，脫磷效率低，吹煉后期脫碳反應機理的轉(zhuǎn)變早，鋼渣間反應離平衡遠，氧的脫碳利用率低等，致使鋼水質(zhì)量較難控制，原材料消耗較高。通常的處理辦法是恒流量調(diào)槍位或恒槍位調(diào)流量，但提槍操作會降低氧氣利用率，而減小氧流量會偏離超音速射流設計點，影響噴射攪拌效果。實用新型專利89103227.4提出了由中心孔和三至四個帶有內(nèi)旋角的四周孔的雙流道頂吹氧槍采用變槍位和雙流道全變流量吹煉，用于解決轉(zhuǎn)爐吹煉前、后期熔池攪拌強度不足等問題。但由于其中心孔和四周孔均為拉瓦爾噴口，其變流量調(diào)節(jié)必然偏離超音速射流設計點，影響噴射攪拌效果，其技術(shù)未得到廣泛認可與應用。
[0003]授權(quán)公告號為CN102134627的實用新型專利涉及一種雙流道氧槍，其雙流道僅在槍體部分，其噴頭仍是普通單氣路拉瓦爾噴頭，雙流道僅實現(xiàn)CO2作冷卻氣體替代鐵礦石、氧化皮等冷卻料。
[0004]申請?zhí)枮?00510011201.2的實用新型專利公開了一種轉(zhuǎn)爐煉鋼雙流道集束射流氧槍冶煉工藝及噴頭，其氧氣導流管將氧氣分為中心氧射流及外層環(huán)形氧射流，中心氧通過I?8個拉瓦爾噴頭射出超音速氧流，每個拉瓦爾噴頭均環(huán)繞外層環(huán)形射流且與轉(zhuǎn)爐CO燃燒產(chǎn)生高溫稀薄氣體，包裹中心射流形成集束氧流。本技術(shù)氧氣流量及壓力可根據(jù)冶煉過程進行調(diào)整，化渣階段中心主氧為設計供氧量的70%，環(huán)形氧為設計氧量的100%;脫碳階段中心主氧為設計氧量的100%，環(huán)形氧為設計氧量的50%;爐渣及溫度調(diào)整階段中心主氧為設計氧量的50%，環(huán)形氧為設計氧量的50%。實際上，仿真和實踐均說明:當中心主氧供氧流量開始小于超音速設計流量時，射流的馬赫數(shù)迅速降低，其射流沖擊和攪拌能力迅速下降，以致不降低槍位就無法使氧流穿透泡沫渣到達熔池表面。
[0005]對于轉(zhuǎn)爐常規(guī)冶煉來說，目前轉(zhuǎn)爐吹煉更適合于冶煉磷含量小于0.15%以下的鐵水，對于冶煉磷含量大于0.15%甚至高達0.2%的鐵水，意味著要進一步提高轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的脫磷率，以滿足成品鋼水磷含量的要求。根據(jù)以往經(jīng)驗，在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中增加噴粉功能可實現(xiàn)中高磷鐵水的冶煉。此外，向轉(zhuǎn)爐噴吹煤粉可以獲得熱補償，Ikg煤粉可多熔化7kg廢鋼。但目前鋼廠轉(zhuǎn)爐的大多數(shù)噴粉裝置，如專利申請?zhí)?01210123055.2、201220155429.4、201410542384.X等所公布的技術(shù)方案，直接在現(xiàn)有的氧槍系統(tǒng)引入頂吹噴粉功能，沒有對噴頭和供氧系統(tǒng)進行合理化設計。一類方案是將粉劑混入主氧流從拉瓦爾孔噴出，隨機波動的流體密度破壞了超音速氣流的生成條件，無法實現(xiàn)穩(wěn)定的超音速射流;另一類方案設計有粉劑的專有通道，但噴出的粉劑會被四周超音速氧流產(chǎn)生的負壓區(qū)氣流卷走，嚴重影響了粉劑的利用率，而降低槍位以便更多粉劑進入熔池又會增加冶煉過程產(chǎn)生的噴濺，造成粘槍甚至導致安全事故的風險，因此現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐噴粉技術(shù)難于達成高效脫磷的預期效果，成為轉(zhuǎn)爐處理中高磷鐵水工藝面臨的難題之一。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于提供一種雙路氧流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)爐吹氧流量的槍頭結(jié)構(gòu)，以保證恒定超音速射流。
[0007]為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本實用新型技術(shù)方案如下:
[0008]—種雙路氧流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)爐頂吹氧流量的槍頭結(jié)構(gòu)，包括噴頭和中心管，所述噴頭具有中心孔，所述中心管伸入噴頭中心孔內(nèi)，中心管外壁與噴頭內(nèi)壁之間沿噴射方向形成先收縮后擴張的噴射通道，且所述中心管外壁與噴頭喉口處內(nèi)壁之間形成環(huán)槽縫噴口，所述中心孔四周的噴頭上傾斜設置有多個拉瓦爾型噴口。
[0009]采用上述結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，主氧流通過噴頭上的拉瓦爾型噴口和環(huán)槽縫噴口以超音速射入轉(zhuǎn)爐，副氧流及粉劑通過中心管直接射入轉(zhuǎn)爐。主氧流維持在超音速射流，保持對熔池的攪拌和沖擊力恒定，可在槍位恒定并維持超音速射流的情況下，通過中心管內(nèi)副氧流流量的調(diào)節(jié)實現(xiàn)供氧量的調(diào)節(jié)，以適應工藝需求。
[0010]作為優(yōu)選:還包括由內(nèi)至外依次設置的主氧管、隔水管和水冷管，所述主氧管和水冷管分別與噴頭焊接，所述主氧管與隔水管之間構(gòu)成冷卻水進水通道，所述隔水管與水冷管之間構(gòu)成冷卻水回水通道。
[0011]作為優(yōu)選:所述中心管插入噴頭中心孔，中心管外壁與噴頭喉口段內(nèi)壁通過棱脊定位，形成所述環(huán)槽縫噴口。
[0012]作為優(yōu)選:所述中心管內(nèi)構(gòu)成副氧流通道或粉劑通道，所述主氧管與中心管之間形成主氧流通道，主氧流經(jīng)環(huán)槽縫噴口和拉瓦爾型噴口噴入轉(zhuǎn)爐。
[0013]主氧流通道和副氧流通道相互獨立，在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，主氧流通過拉瓦爾型噴口和環(huán)槽縫噴口以恒定超音速射入轉(zhuǎn)爐，副氧流通過中心管以亞音速可變流量射入轉(zhuǎn)爐，通過單獨調(diào)節(jié)副氧流的流量實現(xiàn)總氧流量的調(diào)節(jié)。在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，通過調(diào)節(jié)副氧流實現(xiàn)供氧量的連續(xù)調(diào)節(jié)直至關閉，所述主氧流與副氧流的氧流量總和等于轉(zhuǎn)爐吹煉所需的氧流量，所述主氧流與副氧流的最大流量總和等于轉(zhuǎn)爐吹煉的最大設計流量。中心管噴射的氧流或粉劑被環(huán)槽縫噴口射出的超音速氣流環(huán)繞包裹進入煉鋼熔池。
[0014]作為優(yōu)選:所述中心管為直管，所述噴頭中心孔沿噴射方向依次形成變徑收縮段、等徑喉口段和變徑擴張段。
[0015]采用雙路氧流通道，主氧流保證氧槍的超音速射流，副氧流保證在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)供氧量。主氧流通過噴頭上的拉瓦爾型噴口和環(huán)槽縫噴口以超音速恒流量射入轉(zhuǎn)爐，副氧流通過的中心管穿過噴頭中心直接將氧氣以亞音速變流量送入轉(zhuǎn)爐，副氧流還可以攜帶轉(zhuǎn)爐煉鋼用粉劑在環(huán)槽縫氧流的裹挾下送入轉(zhuǎn)爐而不影響主氧流的馬赫數(shù)，并且獲得較高的粉劑利用率。
[0016]如上所述，本實用新型的有益效果是:
[0017]1、吹煉過程中槍位可保持不變。
[0018]2、根據(jù)可吹煉進程在較大范圍內(nèi)及時連續(xù)調(diào)節(jié)氧槍總流量，調(diào)節(jié)范圍為副氧流的最小值至最大值。
[0019]3、在調(diào)節(jié)氧槍總流量時，超音速拉瓦爾型噴口和環(huán)槽縫噴口的氧氣射流流量和流速在吹煉過程中保持恒定，保持對熔池的攪拌和沖擊力恒定。
[0020]4、主氧流超音速吹煉的同時，可以由中心管噴粉，提高脫磷、脫硫、脫碳等冶金效果O
[0021]5、環(huán)槽縫噴口的超音速射流環(huán)繞裹挾粉劑噴入熔池，提高粉劑利用率。
[0022]6、副氧流在環(huán)槽縫噴口的超音速射流裹挾下射入熔池，得到集束射流注入鋼液的效果。
[0023]7、副氧流通道通入⑶2可以降低過高的轉(zhuǎn)爐溫度，防止爐渣“返干”或爐渣過度泡沫化，從而減少轉(zhuǎn)爐發(fā)生噴濺。
[0024]8、斜置拉瓦爾型噴口可以提高熔池攪拌效果。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型槍頭結(jié)構(gòu)軸線剖面示意圖；
[0026]圖2為本實用新型槍頭結(jié)構(gòu)底面嗔口不意圖；
[0027]圖3為本實