專利名稱：氣體噴槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及向爐內(nèi)噴射氣體的槍。
本發(fā)明特別，但不是唯一地，應(yīng)用于在高溫條件下向冶金爐內(nèi)噴射預(yù)熱氣體流的槍。
該冶金爐例如可以是通過直接熔煉法生產(chǎn)熔融金屬液的直接熔煉爐。
在本申請人的國際專利申請PCT/AU96/00197(WO 96/31627)中介紹了周知的直接熔煉法，它依靠熔融金屬層作為反應(yīng)介質(zhì)，且通常稱為HIsmelt方法。
如該國際申請中說明的HIsmelt法包括；(a)在爐子中形成熔融鐵水和爐渣的熔池；(b)向該熔池進行噴射(i)含金屬的原料，一般是金屬氧化物；和(ii)固體含碳材料，一般是煤，其作為金屬氧化物的還原劑和能源；和(c)將含金屬原料熔煉成金屬層的金屬中。
“熔煉(smelting)”一詞在此應(yīng)理解為熱工藝處理過程，其中發(fā)生還原金屬氧化物的化學(xué)反應(yīng)，以產(chǎn)生金屬液。
本發(fā)明也提供直接熔煉裝置，其包括向直接熔煉爐中噴射氣體的槍。
本發(fā)明還提供在冶金爐中安裝和取下氣體噴槍的方法。
一般來說，在現(xiàn)有技術(shù)中說明的將含鐵材料直接熔煉成鐵水的熔融熔池基工藝需要對從熔池釋放的如CO和H2等的反應(yīng)產(chǎn)物進行二次燃燒，以產(chǎn)生維持熔池溫度的足夠的熱。
現(xiàn)有技術(shù)一般提出，通過噴槍噴射含氧氣體取得二次燃燒，所述噴槍伸到直接熔煉爐的頂部空間。
為了經(jīng)濟的原因，理想的是直接熔煉爐齡較長，一般至少一年，因此重要的是氣體噴槍能夠在直接熔煉爐的頂部空間中在延長的爐齡時間內(nèi)經(jīng)受高溫環(huán)境，一般約為2000℃。
提供含氧氣體的一種選擇是使用預(yù)熱到800℃的空氣或富氧空氣。為了取得二次燃燒的給定水平，與用純氧作為含氧氣體相比較來說，這樣氣體的需求量要大的多。因而，用空氣或富氧空氣操作的直接熔煉爐必須比用氧操作的直接熔煉爐的結(jié)構(gòu)大的多。因此，向直接熔煉爐中噴射空氣或富氧空氣的槍必須具有較大結(jié)構(gòu)，能夠向直接熔煉爐中伸進大的距離，并且在該槍長度的至少主要部分上不受支撐。在這種情況下，本申請人提出的6米直徑的HIsmelt爐包括外徑1.2米的槍，其大約為60噸，向爐中伸進約10m。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個方面，本發(fā)明提供一種向爐內(nèi)噴射氣體的槍，包括氣流導(dǎo)管，其從后端延伸到從該導(dǎo)管排放氣體的前端；長形的中心結(jié)構(gòu)，其在所述氣流動導(dǎo)管中從其后端延伸到前端；多個流動引導(dǎo)葉片，其設(shè)置在臨近導(dǎo)管的前端的中心結(jié)構(gòu)周圍，以通過導(dǎo)管前端向氣流施加旋流；冷卻水供給和返回通道，其穿過所述氣流導(dǎo)管的壁延伸，并從氣流導(dǎo)管的后端延伸到前端，用于向?qū)Ч艿那岸斯┙o和返回冷卻水；以及環(huán)形導(dǎo)管尖部，其設(shè)置在導(dǎo)管前端，并具有于所述冷卻水供給和返回通道連接的內(nèi)冷卻水通道，以便接收和返回冷卻水流，以對所述導(dǎo)管尖部進行內(nèi)冷卻；其中所述槍由可拆卸的緊固件可拆卸地緊固在一起的三個模件構(gòu)成，所述模件包括1)主導(dǎo)管模件，其形成貫串該導(dǎo)管長度的主要部分的氣流導(dǎo)管并包括所述水供給和返回通道和所述環(huán)形導(dǎo)管尖部。
2)氣體入口模件，其包括管狀體，和支管，其中所述管狀體由第一組緊固件可拆卸地緊固到所述主導(dǎo)管模件的后端，使得其內(nèi)部與所述導(dǎo)管模件的內(nèi)部連接，所述支管從所述管狀體橫向分支，以用作氣體進入向所述管狀體和所述主導(dǎo)管模件的內(nèi)部的氣體入口，和3)中心模件，其形成所述長形中心結(jié)構(gòu)和所述流動導(dǎo)向葉片，通過第二組所述緊固件緊固到所述氣體入口模件的所述管狀體的后端。
主導(dǎo)管模件的后端和氣體入口模件的前端可形成對接圓形法蘭，所述第一組緊固件可拆卸地將這些法蘭緊固到一起。
所述氣體入口模件的管狀體的后端和中心模件的后端也可形成對接圓形法蘭，并且第二組緊固件可可拆卸地將這些法蘭緊固到一起。
主導(dǎo)管模件可包括向外突起的圓形法蘭，其從所述模件的后端向前分開，用于在冶金爐的壁上安裝槍。
后者法蘭可以圍繞在導(dǎo)管周圍圓形延伸的管狀套筒設(shè)置，并且設(shè)有用于對所述套筒進行內(nèi)冷的內(nèi)部水流通道。
套筒可從所述向外突出的圓形法蘭向前延伸，以便在使用所述槍時，突出到待安裝該槍的爐壁中的開口中。
主導(dǎo)管模件可包括與冷卻水供給和返回通道連接的水入口和出口連接器，它們設(shè)置在主導(dǎo)管模件的后端和向外突出的圓形安裝法蘭之間。
優(yōu)選地，各所述主導(dǎo)管模件，氣體入口模件和中心模件還包括至少一個冷卻回路，用于在使用中接收冷卻水流，所述冷卻回路獨立地操作。
優(yōu)選地，所述主模件的供給和返回通道包括基本并行的環(huán)形流道，其由在所述模件內(nèi)保持的三個或多個基本同心圓筒形件構(gòu)成，以保障兩個或多個所述基本圓筒形件的差分膨脹，并且氣體入口模件包括兩個基本同心圓筒形件，以提供在所述基本圓筒形件之間的冷卻水的單層流道。
優(yōu)選地，一個或多個分隔為所述氣體入口模件的單層流道提供兩個或多個水流過道。
優(yōu)選地，所述單層流道包括兩個獨立的水流回路。
優(yōu)選地，所述氣體入口件包括分支管，其從所述入口模件的中心軸橫向延伸，所述分支管包括法蘭，用于連接到氣體供給導(dǎo)管，所述單層流道在所述分支管周圍延伸。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，本發(fā)明提供一種向爐子噴射氣體的槍，所述爐子具有接收槍的開口，所述槍包括管狀槍體，其限定通過該槍的氣流的氣流導(dǎo)管，該導(dǎo)管適于穿過所述爐子開口到爐內(nèi)，槍安裝圓形法蘭，其從所述槍體向外突出，和管狀套筒，其在安裝法蘭附近圍繞槍體圓周延伸。
優(yōu)選地，所述套筒設(shè)有用于內(nèi)部冷卻套筒的內(nèi)水流通道。
優(yōu)選地，所述套筒的外徑如此選擇，使得在使用中，所述槍體和形成在槍體上的冷凝爐渣層在不接觸爐子開口的情況下，能夠經(jīng)由所述爐開口從爐抽出。
所述套筒可從所述安裝法蘭沿槍體延伸，以便在槍的使用中，突出到待安裝槍的爐子開口中。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，本發(fā)明提供一種將氣體噴射到爐內(nèi)的槍，包括管狀槍體，其限定氣流導(dǎo)管并包括長形冷卻水供給和返回通道，其用于向所述管狀槍體的尖部供給冷卻水，并且所述管狀槍體還由三個或多個基本同心的圓筒形件構(gòu)成，以提供所述長形的供給和返回通道，并且所述基本圓筒形行件保持在所述槍內(nèi)，以提供兩個或多個所述基本圓筒形行件的差分膨脹，所述槍還包括氣體入口件，其適于在使用中與氣體供給導(dǎo)管連接并接收來自該氣體供給導(dǎo)管的該氣體，所述氣體入口件具有與所述氣流導(dǎo)管流體連通的氣流通道，包括兩個基本同心圓筒形件，其為所述基本圓筒形件之間的冷卻水流提供單層流道。
優(yōu)選地，所述管狀件的供給和返回流道獨立于所述入口件的所述單層流道操作。
優(yōu)選地，一個或多個分隔向所述氣體入口件的單層流道提供兩個或多個水流過道。
優(yōu)選地，所述單層流道包括兩個獨立的水流回路。
優(yōu)選地，所述氣體入口件包括分支管，其從所述入口件的軸線橫向延伸，所述分支管包括連接到氣體供給導(dǎo)管的法蘭，所述單層流道圍繞所述分支管延伸。
在使用中，本發(fā)明的槍可安裝在冶金爐的上壁中，以便向下延伸進入該爐。所述爐可以是通過直接熔煉法生產(chǎn)金屬液的直接熔煉爐。
因此，本發(fā)明還提供通過直接熔煉法從含鐵原料生產(chǎn)金屬鐵的裝置，包括 爐，其能夠容納熔融金屬和爐渣的熔池；在熔融熔池上的氣體空間；以及根據(jù)本發(fā)明所述第一或第二方面的氣體噴射槍，其向下伸進到爐中，向爐中噴射氣體。
具體地，本發(fā)明可提供通過直接熔煉法從含鐵原料生產(chǎn)金屬鐵的裝置，所述裝置包括爐，其能夠容納熔融金屬和爐渣的熔池；在熔融熔池上的氣體空間；以及根據(jù)第一方面的氣體噴射槍，其向下伸進爐中，向爐噴射含氧氣體，其中所述槍的主導(dǎo)管模件安裝在所述爐的上壁中，以便從在爐外的上端(后端)向下延伸到爐內(nèi)，所述氣體入口模件位于所述主導(dǎo)管模件上端并由其支撐，所述中心模件從其與所述氣體入口模件的上端(后端)的連接處懸掛，使得在氣體入口模件的管狀體和所述主導(dǎo)管模件的內(nèi)部內(nèi)向下豎直懸掛。
所述中心模件上的葉片可在導(dǎo)管尖部內(nèi)延伸，并且其尺寸使得在所述裝置操作時，它們在導(dǎo)管的橫向由內(nèi)部水冷的導(dǎo)管尖部接合和支撐。
本發(fā)明還提供在冶金爐中安裝根據(jù)所述第一方面的氣體噴射槍的方法，所述方法包括步驟在吊車上從主導(dǎo)管模件的后端提升主導(dǎo)管模件，使得它從其后端豎直向下懸掛，下降所述主導(dǎo)管模件，使得它向下伸進到爐中，可拆卸地將所述主導(dǎo)管模件的上部緊固在爐的上壁上，并在吊車上提升所述氣體入口模件，并將其下降到所述主導(dǎo)管模件的上端上，可拆卸地將所述氣體入口模件的下端緊固到所述主導(dǎo)管模件的上端上，在吊車上從中心模件的后端提升中心模件，使得它豎直向下懸掛，在吊車上將中心模件下降，直至它向下穿過所述氣體入口模件的管狀體和所述主導(dǎo)管模件內(nèi)部，并將所述中心模件的上端緊固到所述氣體入口模件的上端上。
本發(fā)明還提供從冶金爐取下如此安裝的氣體噴射槍的方法，包括步驟拆卸所述中心模件的上端到所述氣體入口模件的上端的緊固，利用吊車從所述氣體入口和主導(dǎo)管模件豎直提升所述中心模件，并從爐中將其取下，拆卸所述氣體入口模件的下端到所述主導(dǎo)管模件的上端的緊固，利用吊車提升氣體入口模件離開主導(dǎo)管模件，并將其移動離開爐，拆卸所述主導(dǎo)管模件對爐的上壁的緊固，利用吊車豎直提升所述主導(dǎo)管模件，以將其從爐抽出，和將其移動離開爐。


為了更完全地說明本發(fā)明，下面參照附圖詳細(xì)說明一種槍的具體形式和在冶金爐中安裝的方法圖1是通過直接熔煉爐的部分的豎直剖視圖，所述爐安裝了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的熱氣體噴射槍；圖2是通過熔煉爐的上部和熱空氣噴射槍的豎直剖視圖；圖3是圖2示出的一些部件的放大剖視圖；圖4是通過熱空氣噴射槍的縱向剖視圖；圖5是熱空氣噴射槍的氣體入口模件的側(cè)視圖；圖6是氣體入口模件的剖視圖；圖7示出形成槍的部分的主導(dǎo)管模件的上端的部件；圖8是通過導(dǎo)管安裝法蘭和套筒的剖視圖；圖9是導(dǎo)管安裝法蘭和套筒的端視圖；圖10是圖9所示的套筒的展開圖；圖11是放大比例的詳圖，示出槍的外導(dǎo)管的前或下端的導(dǎo)管尖部的結(jié)構(gòu)；圖12是通過導(dǎo)管尖部的部分的部分剖視圖；圖13和14示出槍的中心結(jié)構(gòu)的前部的結(jié)構(gòu)；圖15和16示出槍的中心結(jié)構(gòu)的前緣的結(jié)構(gòu)；以及圖17，18和19示出將槍安裝到冶金爐中進行的順序步驟。
具體實施例方式
附圖示出適于國際專利申請PCT/AU96/00197中說明的HIsmelt法操作的直接熔煉爐。該爐在此以標(biāo)記11表示，并具有爐床，其包括用耐火磚構(gòu)成的底部12和側(cè)部13；側(cè)壁14，其形成從爐床的側(cè)部13向上延伸的基本圓筒形筒，它包括上筒部15和下筒部16；頂17；和用于廢氣的出口18；用于連續(xù)排放熔融金屬的前爐19；和用于排放熔融爐渣的放渣孔21。
在使用中，該爐裝有包括熔融金屬層22和在金屬層22上的熔融爐渣層23的鐵和爐渣的熔融熔池。標(biāo)記24示出的箭頭指出金屬層22的名義平靜表面位置，箭頭25表示渣層23的名義平靜表面位置?！捌届o(quiescent)表面”應(yīng)理解為當(dāng)沒有向爐中噴射氣體和固體時的表面。
爐設(shè)有向下延伸的熱空氣噴射槍26，用于向爐的上部區(qū)域輸送熱空氣鼓風(fēng)；和向下延伸并向內(nèi)通過側(cè)壁14進入渣層23的固體噴槍27，用于向金屬層22噴射鐵礦、固體含碳材料和缺氧載氣中夾帶的熔劑。槍27的位置這樣選擇，從而在操作過程中，它們的出口端28位于金屬層22的表面上方。槍的這個位置減少通過與熔融金屬的接觸而造成的損失，也使得能夠通過強制進行內(nèi)部水冷對槍進行冷卻，而沒有水接觸爐中的熔融金屬的重大危險。
在圖4A/4B-14中示出熱空氣噴射槍26的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本實施例，槍由三個分開的模件26A，26B和26C構(gòu)成，它們分開制造，并且在將槍安裝到爐中時，根據(jù)下面參照圖15-17說明的方式，在順序步驟中組織并可拆卸地連接到一起。
槍模件26A是主導(dǎo)管模件，其提供將熱氣體引向爐的上部區(qū)域的長形導(dǎo)管31。槍模件26B是氣體入口模件，其提供將熱氣體引向槍模件26A的長形導(dǎo)管31的氣體入口結(jié)構(gòu)32。槍模件26C是中心模件，其包括在氣流導(dǎo)管31內(nèi)延伸的長形中心管狀結(jié)構(gòu)33，并臨近其前或下端帶有一系列渦旋產(chǎn)生葉片34，用于對從導(dǎo)管出去的氣流賦予渦旋。渦旋葉片34可以形成四頭(start)螺旋線結(jié)構(gòu)。它們的入口(后端)可以具有從開始直的部分到完全展開的螺旋線的平滑過渡，以使得紊流和壓降最小。
槍由一序列水冷回路和/或元件進行水冷。這些回路和/或元件彼此分隔，因此，彼此獨立地操作，但是它們可以從共用的冷卻水頭供給冷水，并且將冷卻水返回到共用的水頭。每個模件26A，26B和26C的水冷回路和/或元件與其他的模件26A，26B和26C的每個水冷回路和/或元件分隔。
在使用中，槍模件26A和26C基本保留在槍內(nèi)，并且經(jīng)受溫度剃度，因此沿它們長度具有非均勻冷卻要求，在相鄰發(fā)生逸出氣體燃燒處的尖部的槍的前端具有最高的溫度。在這個區(qū)域中的溫度可約為2000-2200℃。通過氣流導(dǎo)管的熱鼓風(fēng)具有1200℃的溫度，在槍外和離開尖部的溫度一般在1400-1500℃的范圍內(nèi)。
如下面詳細(xì)說明的，槍模件26A和26C具有長形結(jié)構(gòu)，并帶有由基本圓筒形結(jié)構(gòu)的同心管構(gòu)成的平行的(或至少雙層的)水流通道。所述管保持在每個模件內(nèi)，以允許兩個或多個管或其他部件經(jīng)受有差別的膨脹。該平行的(或至少雙層的)水流通道允許這些通道的入口和出口的連接存在于爐外。
在使用中，槍模件26A基本位于爐外，并且由于熱鼓風(fēng)流和外部的環(huán)境溫度條件，其在內(nèi)經(jīng)受1200℃的基本均勻的溫度梯度。槍模件26B由基本平行的同心管構(gòu)成，其提供用于冷卻水的單層流道，該冷卻水由一個或多個分隔分成兩個或多個水流過道。單層流道對模件26B的冷卻要求已是足夠，所述模件26B對于允許冷卻回路內(nèi)的差分熱膨脹需要較小。
中心結(jié)構(gòu)33的前端具有拱形前緣35，其向前突出到導(dǎo)管31的尖部36外，使得中心體的前端和導(dǎo)管尖部一起共同形成環(huán)形噴嘴，其用于從導(dǎo)管出來的、帶有葉片34賦予的渦旋的氣體擴張流。
從氣體入口32向下延伸的導(dǎo)管31的主部的壁內(nèi)部受到水冷。該導(dǎo)管這部分由延伸到連接導(dǎo)管尖部36的導(dǎo)管的前端部的一系列三個同心鋼管37，38和39構(gòu)成。導(dǎo)管尖部36為中空圓環(huán)形，并且由分隔結(jié)構(gòu)80內(nèi)部分開，其將尖部的內(nèi)部分成四個水流過道81，82，83和84，這四個過道互連形成標(biāo)記為85的單個冷卻水通道，通過在導(dǎo)管31的壁中的通道向冷卻水通道85供給冷卻水并返回。具體地，通過入口41和環(huán)形入口歧管42，冷卻水供給到限定在導(dǎo)管的管37，38之間的內(nèi)環(huán)形水流通道43中，并供至導(dǎo)管尖部36。通過限定在管38，39之間的外環(huán)形水返回流通道44，水從尖部返回，并反向到位于導(dǎo)管31的水冷部分后端處的水出口。
導(dǎo)管尖部36具有由焊接在一起形成外殼的四個環(huán)形段86，87，88和89形成的外殼40。段86形成導(dǎo)管尖部36的后壁，并且焊接到構(gòu)成導(dǎo)管壁的管的最內(nèi)管37。分隔結(jié)構(gòu)80包括設(shè)置在尖部殼40內(nèi)的鋼環(huán)，并且設(shè)有從該環(huán)的中心部80E向外突出的四個圓形法蘭80A，80B，80C和80D，以便將殼的內(nèi)部分成水流過道81-84，并且起到對殼的加固支撐作用。法蘭80A焊接到導(dǎo)管壁的中間管38，法蘭80B和80D焊接到尖部殼段86和89，以完成尖部相對于導(dǎo)管壁的互連，并且將尖部內(nèi)部分成冷卻水流過道81，82，83和84。隔板91裝配在分隔結(jié)構(gòu)80和殼之間，以限定水流過道端。口92位于在臨近這些隔板的分隔環(huán)的法蘭中，使得水連續(xù)圍繞尖部流動，首先通過過道81，然后通過過道82和83，最后到過道84。從限定在導(dǎo)管的管37，38之間的水流通道43，水進入過道81，通過限定在管38，39之間的返回通道44從過道84流出。
限定尖部內(nèi)周和外端的導(dǎo)管尖部殼段87和88由銅制造，以強化尖部的這些部分的冷卻，但是段86和89和分隔結(jié)構(gòu)80由鋼制造，產(chǎn)生高強度的加固尖部結(jié)構(gòu)，如下詳細(xì)說明的，其允許負(fù)荷力從內(nèi)和中間管37，38向?qū)Ч艿耐夤?9傳遞。
在槍模件26A的后端設(shè)有安裝組件101，其包括水冷卻外殼102，其通過法蘭100連接到外導(dǎo)管39和到安裝法蘭110，用于連接到爐的上部，使得槍從安裝法蘭110沿豎直方向懸掛，并且其所有重量由外導(dǎo)管39承擔(dān)。中間管38的后端由在外殼102內(nèi)的滑動密封104支撐，內(nèi)管37的后端支撐在模件26A的后端法蘭103中的滑動密封105內(nèi)，以允許在各槍部件的相差膨脹時管的相對縱向移動。為了不使得這些滑動密封104和105過負(fù)荷，冷卻水、耐火材料、內(nèi)管37和中間管38的重量由分隔結(jié)構(gòu)80轉(zhuǎn)移傳遞到外管39。
槍模件26A的后端法蘭103提供氣體入口槍模件26B的安裝。模件26B包括管狀體106和從所述管狀體橫向分支的分支管107，該分支管的作用是用于氣體進入到管狀體、進而到主導(dǎo)管模件26A的內(nèi)部的氣體入口。管狀體106的前或下端設(shè)有圓形法蘭111，用于對接模件26A的后法蘭103，在下面說明的槍安裝過程中，對接法蘭103，111由緊固螺栓112可拆卸的緊固到一起。模件26B的分支管107也設(shè)有連接法蘭113，通過法蘭113，分支管107能夠連接到熱空氣供給導(dǎo)管。
模件26B的上端設(shè)有端法蘭114，其作用是與在中心模件26C的后或頂端處的法蘭115對接，在下述的槍安裝中，通過連接螺栓116將對接法蘭114，115可拆卸地連接一起。
槍模件26B形成為外雙壁鋼殼，其形成有內(nèi)部水流通道，通過該水流通道，水穿過入口和出口連接器120和130進行循環(huán)。在雙壁之間的空間提供單層流道，并且可由分隔175分開，使得提供一系列水流過道178，它們可以任何方便的方式排列。水流過道178可由中心分隔180分成上冷卻流道190和下冷卻流道192。模件26B的內(nèi)部襯有耐火材料118。
導(dǎo)管31的水冷部分內(nèi)襯有內(nèi)耐火襯里46，其裝在導(dǎo)管的最內(nèi)金屬管39內(nèi)，并延伸穿過到導(dǎo)管的水冷卻尖部36。導(dǎo)管尖部36的內(nèi)周一般與耐火襯里的內(nèi)表面齊平，耐火襯里限定通過導(dǎo)管的氣體的有效流動通道。耐火襯里的前端具有稍減小的直徑部分47，其基本與導(dǎo)管尖部36的內(nèi)周齊平。在內(nèi)導(dǎo)管管37內(nèi)安裝的各部分中形成耐火襯里。當(dāng)安裝槍并在豎直狀態(tài)時，該襯里的底部分位于導(dǎo)管尖部的后壁86上，其他襯里部分支撐在焊接到管39的磚襯環(huán)90上。因此，耐火襯里的全部重量向下施加在導(dǎo)管的內(nèi)管37上。由于導(dǎo)管完全通過外管39由它的上端支撐，這個向下的負(fù)荷必然通過尖部壁86、分隔結(jié)構(gòu)80和尖部結(jié)構(gòu)89提供的互連從內(nèi)管向外管傳遞，尖部壁86、分隔結(jié)構(gòu)80和尖部結(jié)構(gòu)89都是由鋼制造的，并且提供能夠傳遞這些力的很堅固的剛性和撐牢的互連。
從部分47向后，耐火襯里的直徑稍大，使得在槍組裝時，中心結(jié)構(gòu)33能夠向下插入通過導(dǎo)管，而不碰撞耐火材料。然后，在耐火材料的減小直徑部分內(nèi)移動渦旋葉片34，直到它們的前端進入到導(dǎo)管尖部36的最后部分內(nèi)。在最終組裝中，葉片沿中心結(jié)構(gòu)33從導(dǎo)管尖部36向后分開的后端34A延伸到內(nèi)導(dǎo)管尖部內(nèi)設(shè)置的前端34B。確定葉片的尺寸，使得在導(dǎo)管的葉片和耐火襯里之間的徑向間隙很小。它們的大小也使得當(dāng)槍在冷狀態(tài)時，在葉片的前端和導(dǎo)管尖部36的內(nèi)周之間約有2mm小的徑向間隙，但是在操作條件下的熱膨脹時，葉片的前端與水冷尖部接合，然后該尖部對葉片和中心結(jié)構(gòu)33的下端提供橫向支撐。中心結(jié)構(gòu)是長的和柔性的，并且如果它不被支撐，氣體鼓風(fēng)能夠引起猛烈振動。根據(jù)圖示的設(shè)置，橫向支撐通過冷卻尖部與葉片的接合而得以提供。葉片可由鈷合金材料制造，如UMCO50。它們可以形成在套筒上，而所述套筒直接裝配在中心結(jié)構(gòu)的下端，并利用鍵固定以防止旋轉(zhuǎn)。
導(dǎo)管尖部36的后壁形成有可變形的中間部分，以在與葉片34的前端接合時接收在壁上的徑向負(fù)荷。更具體地，形成該壁的環(huán)形尖部殼段帶有U形截面的可變形波紋86A，其能夠靠攏，以接收在壁上的超負(fù)荷，以便在HIsmelt法產(chǎn)生的嚴(yán)酷操作條件下，在熱移動產(chǎn)生的徑向負(fù)荷下，限制壁中的應(yīng)力。
帶有渦旋葉片34的中心結(jié)構(gòu)33的前端用冷卻水進行內(nèi)部水冷，所述冷卻水從槍的后端到前端通過中心結(jié)構(gòu)供給，然后沿中心結(jié)構(gòu)返回到槍的后端。這實現(xiàn)了直接到中心結(jié)構(gòu)的前端和拱形前緣35的強冷卻水流，在槍的操作中拱形的前緣35特別經(jīng)受到很高的熱通量。
中心結(jié)構(gòu)33包括由端對端設(shè)置并焊接到一起的管段形成的內(nèi)外同心鋼管50和51。內(nèi)管50限定中心水流通道52，通過該通道，水從槍的后端處的水入口53通過中心結(jié)構(gòu)到中心結(jié)構(gòu)的前端前緣35，和限定在兩個管之間的環(huán)形水返回通道54，通過通道54，冷卻水穿過中心結(jié)構(gòu)從前緣35返回到槍的后端處的水出口55。
中心結(jié)構(gòu)33的前緣端35包括內(nèi)銅體61，其裝配在也是銅制造的外拱形的前緣殼62內(nèi)。內(nèi)銅體61形成中心水流通道63，用于從結(jié)構(gòu)33的中心通道52接收水，并且將水引向前緣的尖部。銅體61形成有突出的棱條64，其緊密地裝配在前緣殼62內(nèi)，用于在銅體61和外前緣殼62之間限定單一連續(xù)的冷卻水流通道65。棱條64這樣成形，使得單一連續(xù)的通道65延伸成環(huán)形通道段66，其由從一個環(huán)形段向下一個傾斜的通道段67互連。因此，通道65以螺旋形從前緣的尖部伸出，所述螺旋雖然不是規(guī)則的螺旋形，但是確實螺旋圍繞并沿前緣返回，以在前緣的后端處出口進入形成在中心結(jié)構(gòu)33的管51和52之間的圓環(huán)形返回通道。
單一聚集流中的冷卻水強制流通過沿中心結(jié)構(gòu)的前緣端35圍繞并返回的螺旋通道65，這確保有效的熱吸收，并且避免在前緣上“熱點”的發(fā)展，如果前緣處的冷卻水允許在前端處分成分流，這種熱點的發(fā)展就會發(fā)生。在圖示的設(shè)置中，從進入前緣端35的時間到從前緣端出口的時間內(nèi)，冷卻水限制在單流中。
內(nèi)部結(jié)構(gòu)33設(shè)有外部熱屏蔽69，以對導(dǎo)管31中進入的熱氣流到中心結(jié)構(gòu)33內(nèi)冷卻水流的的熱傳導(dǎo)進行屏蔽。如果受到大規(guī)模熔煉設(shè)備中要求的高溫和高氣流，固體耐火材料屏蔽僅提供短的壽命，在圖示的結(jié)構(gòu)中，屏蔽69由商標(biāo)名為UMCO的陶瓷材料管狀套筒形成。這些套筒端對端排列，形成包圍在屏蔽和中心結(jié)構(gòu)的最外管51之間的空氣隙的連續(xù)陶瓷屏蔽。形成該屏蔽的方式的進一步詳情見美國專利說明書6673305的公開。
在爐內(nèi)安裝槍時，利用緊固螺栓121將安裝套筒110緊固到爐的上壁中的管狀開口123的上端處的法蘭122。安裝法蘭110形成有中空的管狀延伸套筒124，其在管狀開口123內(nèi)突出，并且由通過延伸穿過安裝法蘭110的入口125和出口126的冷卻水流進行內(nèi)部水冷。從入口125來的水通過內(nèi)通道127到管狀套筒124的底端，然后連續(xù)通過一系列圓形過道通過該管狀套筒回流，所述過道由套筒壁內(nèi)的內(nèi)圓形分隔128形成。爐的管狀開口123內(nèi)的套筒124的冷卻引起爐渣在開口的底部內(nèi)發(fā)生凝固，以封閉該開口，并減少通過開口的熱流。套筒124間隙配合在開口內(nèi)，并且也以小間隙圍繞槍體延伸，該間隙由凝固的爐渣封閉。這樣的設(shè)置保護爐開口和法蘭122不受過熱，并且不需要在爐的這個部分提供冷卻通道。這樣選擇套筒124的尺寸(更具體地為套筒的外徑)，使得在管狀開口123和槍模件26A和凝固的爐渣層之間存在間隙，在槍的使用中，所述凝固的爐渣層不可避免地形成在模件的外壁上。以這樣的設(shè)置，槍模件26A和凝固的爐渣能夠在不接觸管狀開口123的情況下從爐中抽出。在抽出過程中，使得在槍模件26A上的凝固爐渣損壞爐或槍模件的可能性最小，由此來看，這一點是重要的特征。
在圖18-20中示出安裝槍的方式。三個槍模件26A，26B和26C分開制造，并放到爐的位置以便連續(xù)安裝。在第一安裝步驟，通過在模件的最上端處的提升耳鉤131，在吊車上提升主導(dǎo)管模件25A，使得模件從吊車上豎直懸掛，并能夠通過在圖18示出的爐的上壁中的管狀開口123向下插入。將模件26A下降，直至安裝法蘭110對接爐上的法蘭122，然后通過緊固螺栓121將法蘭110和122牢固緊固。
如圖19所示，在第二安裝步驟，通過在該模件的上端處的提升耳鉤132，在吊車上提升氣體入口模件26B，使得該模件的管狀體豎直向下懸掛。將模件26B下降，直到在其下端的法蘭111與在模件26A上端的法蘭103對接，用連接螺栓112將法蘭111和103連接到一起。
在第三安裝步驟，通過在該模件上端的提升耳鉤133，在吊車上提升中心槍模件26C，使得模件豎直向下懸掛，并且能夠通過氣體入口模件26B向下延伸，并進入主導(dǎo)管模件26A，如圖20所示。將中心模件下降，直至它的法蘭115與在氣體入口模件的上端的法蘭114對接，通過緊固螺栓116將法蘭114和115緊固到一起，以便完成槍的安裝。在完成安裝中，中心模件從其與氣體入口模件的上端(后端)連接處懸掛，使得在氣體入口模件的管狀體和主導(dǎo)管模件內(nèi)部內(nèi)豎直向下懸掛。
為了取下槍，以與它們安裝的相反順序，將所述的三個槍模件連續(xù)拆卸，并利用吊車提升，即中心模件26C首先被取下，接著是模件26B和26A。
上述的模件式的構(gòu)成和安裝方法實現(xiàn)了在大型直接熔煉裝置中的很大的和很重的槍建造和安裝。
權(quán)利要求
1.一種向爐內(nèi)噴射氣體的槍，包括氣流導(dǎo)管，其從后端延伸到從該導(dǎo)管排放氣體的前端；長形的中心結(jié)構(gòu)，其在所述氣流導(dǎo)管中從其后端延伸到前端；多個流動引導(dǎo)葉片，其設(shè)置在臨近導(dǎo)管的前端的中心結(jié)構(gòu)周圍，以通過導(dǎo)管前端向氣流施加旋流；冷卻水供給和返回通道，其穿過所述氣流導(dǎo)管的壁延伸，并從氣流導(dǎo)管的后端延伸到前端，用于向?qū)Ч艿那岸斯┙o和返回冷卻水；以及環(huán)形導(dǎo)管尖部，其設(shè)置在導(dǎo)管前端，并具有與所述冷卻水供給和返回通道連接的內(nèi)冷卻水通道，以便接收和返回冷卻水流，以對所述導(dǎo)管尖部進行內(nèi)冷卻；其中所述槍由三個模件構(gòu)成，該三個模件由可拆卸的緊固件可拆卸地緊固在一起，所述模件包括1)主導(dǎo)管模件，其形成貫串該導(dǎo)管長度的主要部分的氣流導(dǎo)管，并包括所述水供給和返回通道和所述環(huán)形導(dǎo)管尖部，2)氣體入口模件，其包括管狀體和支管，其中所述管狀體由所述緊固件中的第一組可拆卸地緊固到所述主導(dǎo)管模件的后端，使得其內(nèi)部與所述導(dǎo)管模件的內(nèi)部連接，所述支管從所述管狀體橫向分支，以用作氣體進入所述管狀體并進而進入所述主導(dǎo)管模件的內(nèi)部的氣體入口，和3)中心模件，其形成所述長形中心結(jié)構(gòu)和所述流動導(dǎo)向葉片，并通過所述緊固件中的第二組緊固到所述氣體入口模件的所述管狀體的后端。
2.如權(quán)利要求1所述的槍，其中主導(dǎo)管模件的后端和氣體入口模件的前端形成對接圓形法蘭，所述緊固件中的第一組可拆卸地將這些法蘭緊固到一起。
3.如權(quán)利要求1或2所述的槍，其中所述氣體入口模件的管狀體的后端和中心模件的后端形成對接圓形法蘭，并且所述緊固件中的第二組可拆卸地將這些法蘭緊固到一起。
4.如上述權(quán)利要求任何一項所述的槍，其中所述主導(dǎo)管模件包括向外突出的圓形法蘭，其從所述模件的后端向前分隔開，用于在冶金爐的壁上安裝所述槍。
5.如權(quán)利要求4所述的槍，其中所述向外突出的圓形法蘭設(shè)置在管狀套筒周圍，所述套筒圍繞導(dǎo)管圓周延伸，并且設(shè)有用于內(nèi)冷卻所述套筒的內(nèi)部水流通道。
6.如權(quán)利要求5所述的槍，其中所述管狀套筒從所述向外突出的圓形法蘭向前延伸，以便在使用所述槍時，突出到待安裝該槍的爐壁中的開口中。
7.如權(quán)利要求4-6任何一項所述的槍，其中主導(dǎo)管模件包括與冷卻水供給和返回通道連接的水入口和出口連接器，它們設(shè)置在主導(dǎo)管模件的后端和向外突出的圓形安裝法蘭之間。
8.如上述權(quán)利要求任何一項所述的槍，其中所述主導(dǎo)管模件，氣體入口模件和中心模件各自還包括至少一個冷卻回路，用于在使用中接收冷卻水流，各所述冷卻回路獨立地操作。
9.如上述權(quán)利要求任何一項所述的槍，其中所述主模件的供給和返回通道包括基本并行的環(huán)形流道，其由保持在所述模件內(nèi)的三個或多個基本同心圓筒形件構(gòu)成，以保障兩個或多個所述基本圓筒形件的差分膨脹。
10.如上述權(quán)利要求任何一項所述的槍，其中氣體入口模件包括兩個基本同心圓筒形件，以提供用于所述基本圓筒形件之間的冷卻水的單層流道。
11.如權(quán)利要求10所述的槍，其中一個或多個分隔為所述氣體入口模件的單層流道提供兩個或多個水流過道。
12.如權(quán)利要求11所述的槍，其中所述單層流道包括兩個獨立的水流回路。
13.如權(quán)利要求10-12任何一項所述的槍，其中氣體入口件包括分支管，其從所述入口模件的中心軸橫向延伸，所述分支管包括用于連接到氣體供給導(dǎo)管的法蘭，所述單層流道在所述分支管周圍延伸。
14.一種向爐子噴射氣體的槍，所述爐子具有用于接收槍的開口，所述槍包括管狀槍體，其限定通過該槍的氣流的氣流導(dǎo)管，該導(dǎo)管適于穿過所述爐子開口延伸到爐內(nèi)；槍安裝圓形法蘭，其從所述槍體向外突出；和管狀套筒，其在安裝法蘭附近圍繞槍體圓周延伸。
15.如權(quán)利要求14所述的槍，其中所述套筒設(shè)有用于內(nèi)部冷卻所述套筒的內(nèi)水流通道。
16.如權(quán)利要求14或15所述的槍，其中所述套筒從所述安裝法蘭沿槍體延伸，以便在槍的使用中突出到待安裝槍的爐子開口中。
17.如權(quán)利要求14-16任何一項所述的槍，其中所述套筒的外徑如此選擇，使得在使用中，所述槍體和在槍體上形成的凝固爐渣層能夠在不接觸爐開口的情況下通過爐開口從爐中抽出。
18.一種將氣體噴射到爐內(nèi)的槍，包括管狀槍體，其限定氣流導(dǎo)管，并包括長形冷卻水供給和返回通道，用于向所述管狀槍體的尖部供給冷卻水，并且所述管狀槍體還由三個或多個基本同心的圓筒形件構(gòu)成，以提供所述長形的供給和返回通道，并且所述基本圓筒形件保持在所述槍內(nèi)，以提供兩個或多個所述基本圓筒形件的差分膨脹，所述槍還包括氣體入口件，其適于在使用中與氣體供給導(dǎo)管連接并接收來自該氣體供給導(dǎo)管的氣體，所述氣體入口件具有與所述氣流導(dǎo)管流體連通的氣流通道，所述氣體入口件包括兩個基本同心圓筒形件，其為所述基本圓筒形件之間的冷卻水流提供單層流道。
19.如權(quán)利要求18所述的槍，其中所述管狀件的供給和返回流道獨立于所述入口件的所述單層流道操作。
20.如權(quán)利要求18或19所述的槍，其中一個或多個分隔向所述氣體入口件的單層流道提供兩個或多個水流過道。
21.如權(quán)利要求20所述的槍，其中所述單層流道包括兩個獨立的水流回路。
22.如權(quán)利要求18-21任何一項所述的槍，其中所述氣體入口件包括分支管，其從所述入口件的軸線橫向延伸，所述分支管包括連接到氣體供給導(dǎo)管的法蘭，所述單層流道圍繞所述分支管延伸。
23.通過直接熔煉法從含鐵原料生產(chǎn)金屬鐵的裝置，包括爐，其能夠容納熔融金屬和爐渣的熔池；在熔融熔池上的氣體空間；以及根據(jù)權(quán)利要求1-20任何一項的氣體噴射槍，其向下伸進到爐中，以向爐中噴射氣體。
24.通過直接熔煉法從含鐵原料生產(chǎn)金屬鐵的裝置，所述裝置包括爐，其能夠容納熔融金屬和爐渣的熔池；在熔融熔池上的氣體空間；以及根據(jù)權(quán)利要求1-13任何一項的氣體噴射槍，其向下伸進爐中，以向爐中噴射含氧氣體，其中所述槍的主導(dǎo)管模件安裝在所述爐的上壁中，以便從在爐外的上端(后端)向下延伸到爐內(nèi)，所述氣體入口模件位于所述主導(dǎo)管模件的上端并由其支撐，所述中心模件從其與所述氣體入口模件的上端(后端)的連接處懸掛，使得在氣體入口模件的管狀體內(nèi)和所述主導(dǎo)管模件的內(nèi)部向下豎直懸掛。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述中心模件上的葉片在導(dǎo)管尖部內(nèi)延伸，并且其尺寸使得在所述裝置操作時，它們在導(dǎo)管的橫向被內(nèi)部水冷的導(dǎo)管尖部接合和支撐。
26.一種在冶金爐中安裝根據(jù)權(quán)利要求1-13所述的氣體噴射槍的方法，所述方法包括步驟在吊車上從主導(dǎo)管模件的后端提升主導(dǎo)管模件，使得它從其后端豎直向下懸掛，下降所述主導(dǎo)管模件，使得它向下伸進到爐中，可拆卸地將所述主導(dǎo)管模件的上部緊固在爐的上壁上，在吊車上提升所述氣體入口模件，并將其下降到所述主導(dǎo)管模件的上端，可拆卸地將所述氣體入口模件的下端緊固到所述主導(dǎo)管模件的上端，在吊車上從中心模件的后端提升中心模件，使得它豎直向下懸掛，在吊車上將中心模件下降，直至它向下穿過所述氣體入口模件的管狀體和所述主導(dǎo)管模件內(nèi)部延伸，并將所述中心模件的上端可拆卸地緊固到所述氣體入口模件的上端。
27.一種取下在冶金爐中安裝的根據(jù)權(quán)利要求1-13任何一項所述的氣體噴射槍的方法，包括步驟拆卸所述中心模件的上端到所述氣體入口模件的上端的緊固，利用吊車從所述氣體入口和主導(dǎo)管模件豎直提升出所述中心模件，并從爐中將其取下，拆卸所述氣體入口模件的下端到所述主導(dǎo)管模件的上端的緊固，利用吊車提升氣體入口模件離開主導(dǎo)管模件，并將其移動離開爐，拆卸所述主導(dǎo)管模件對爐的上壁的緊固，利用吊車豎直提升所述主導(dǎo)管模件，以將其從爐抽出，和將其移動離開爐。
全文摘要
用于向爐(11)中噴射熱氣的熱氣噴射槍(26)由三個模件(26A，26B和26C)構(gòu)成，它們分開制造，并在連續(xù)步驟中組裝和用可拆卸緊固件連接到一起。槍模件(26A)是主導(dǎo)管模件，提供向爐的上部區(qū)域引導(dǎo)熱氣體的長導(dǎo)管(31)。槍模件(26B)是氣體入口模件，通過它向模件(26A)的導(dǎo)管(31)引導(dǎo)熱氣體。槍模件(26C)是中心模件，它包括長中心管狀結(jié)構(gòu)(33)，其在氣流導(dǎo)管(31)內(nèi)延伸，在其下端帶有系列渦旋賦予管狀結(jié)構(gòu)(33)，所述結(jié)構(gòu)在氣流導(dǎo)管(31)內(nèi)延伸，在其下端帶有向出口導(dǎo)管的氣流賦予渦旋的渦旋賦予葉片(34)。主導(dǎo)管模件(26A)具有安裝法蘭(110)，其與爐(11)上的法蘭(122)對接，通過螺栓(121)將法蘭(110，122)對接。氣體入口模件具有下安裝法蘭(111)，其與模件(26A)的上端法蘭(103)對接，通過螺栓(112)將法蘭(111，103)對接，中心模件(26C)具有安裝法蘭(115)，其與在入口模件(26B)上端的法蘭(114)對接，通過螺栓(116)將法蘭(114，115)對接。
文檔編號C21C5/35GK101080503SQ200580042880
公開日2007年11月28日 申請日期2005年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月15日
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