專利名稱：一種電弧爐煉鋼中利用噴吹粉劑提高射流沖擊效果的裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金技術領域，特別涉及到一種適用于5-300t的電弧爐煉鋼供氧和噴吹粉劑的電弧爐煉鋼利用噴吹粉劑提高射流沖擊效果的方法。
背景技術：
目前，5-300t的電弧爐煉鋼爐壁供氧與噴吹粉劑是最重要的操作手段，分別由爐壁氧槍和爐壁噴吹粉劑槍來完成。實際使用過程中存在以下問題氧氣射流在爐氣中衰減速度快，有效射流長度較短，對電弧爐熔池的沖擊力不足；噴吹粉劑時粉劑顆粒運動速度低，易受爐內氣流擾動，難以進入熔池參加反應，粉劑收得率低；噴吹系統(tǒng)運行和維護成本 聞。本發(fā)明采用超音速氧氣直接輸送粉劑，既可提高氧氣射流沖擊力，又可提高粉劑的利用率，從而改變傳統(tǒng)電弧爐供氧、噴吹粉劑方法，降低冶煉氧氣消耗，提高噴吹粉劑效果，實現(xiàn)電弧爐煉鋼的節(jié)能降耗。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種將粉劑顆粒均勻混入高壓氧氣介質當中，利用壓力勢能與動能相互轉換的原理，將氧氣與粉劑顆粒共同加速到超音速狀態(tài)，產(chǎn)生氣-固兩相均勻混合的超音速射流，從而提高射流的沖擊力，強化熔池攪拌，實現(xiàn)粉劑顆粒的高效輸送的電弧爐煉鋼利用噴吹粉劑提高射流沖擊效果的方法。本發(fā)明的原理是射流的機械能主要以動能的形式存在，其動能密度與介質密度成正比，與介質運動速度的二次方成正比。粉劑顆粒的密度是標準氧氣密度的1000倍左右，因此，在相同的運動速度下，粉劑顆粒的動能密度也為氧氣射流動能密度的1000倍。氣-固兩相均勻混合的超音速射流隨粉劑顆粒的混入比例不同，平均流體的動能密度能達到氧氣射流動能密度的10 50倍，在相同射流長度下，射流的沖擊力大大提高。通常電弧爐噴吹粉劑的速度5 25m/s，氣-固兩相均勻混合的超音速射流中的粉劑顆粒速度達到傳統(tǒng)方法的10倍以上，在此速度下，受爐內氣流的影響減小，粉劑顆?？蛇M入熔池，粉劑顆粒的利用率大幅提聞。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，提出一種電弧爐煉鋼中利用噴吹粉劑提高射流沖擊效果的裝置，所述裝置包括粉劑顆粒流量控制系統(tǒng)、氧氣流量控制系統(tǒng)、氣-固相混勻器、超音速發(fā)生裝置、水冷保護裝置和輸送管道，其中，所述粉劑流量控制系統(tǒng)使用回轉式給料器或噴射式給料器，粉劑使用壓送式氣力輸送，輸送載氣壓力為O. 6Mpa I. 5Mpa ；所述氧氣流量控制系統(tǒng)由氣動調節(jié)閥、壓差流量計組成，氧氣氣源壓力大于I. 3Mpa 2. OMpa ；所述氣-固相混勻器將氧氣與粉劑的顆粒均勻混合，壓力為O. 5 I. 2Mpa ；
所述超音速發(fā)生裝置包括噴粉管與氧槍噴頭，所述噴粉管與氧槍噴頭采用鎢銅合金、不銹鋼、鉻質或剛玉質材料，以減小粉劑對管道及氧槍噴頭的磨損；所述超音速發(fā)生裝置為拉瓦爾管，將壓力勢能轉換為動能，生成高速混合射流。本發(fā)明還提出一種使用上述設備的方法，所述方法使用所述粉劑流量控制系統(tǒng)控制輸送載氣輸送粉劑，輸送載氣流量為100 1000Nm3/h，粉劑流量范圍為5_60kg/min ;使用所述氧氣流量控制系統(tǒng)控制氧氣流量為500 3500Nm3/h ;粉劑和氧氣分別沿輸送管道進入所述氣-固相混勻器，形成氣-固混合相，流量為500 4000Nm3/h，固氣比為O. 5_5kg/kg ;所述氣固混合相沿輸送管道進入所述超音速發(fā)生裝置，產(chǎn)生高速混合射流；高速混合射流在所述水冷保護裝置的保護下，由爐壁進入電弧爐，所述粉劑的顆粒在高速運動下的動能提高射流的沖擊力，進入熔池與爐渣中氧化鐵反應產(chǎn)生泡沫渣。所述氣固混合相固氣比為O O. 63kg/kg，氧氣流量為500 3500Nm3/h ;氣-固 混合相流量為500 4000Nm3/h。所述粉劑顆粒的粒徑為2mm 5mm。所述輸送載氣為空氣。本發(fā)明的方法用于60噸電弧爐，所述輸送載氣流量為180Nm3/h，所述粉劑流量為12kg/min ;所述氧氣氣流流量為1200Nm3/h ;所述氣-固混合相的流量為1380Nm3/h，壓力為
I.IMpa ;所述高速混合射流的速度為470m/s。本發(fā)明的方法用于230噸電弧爐，所述輸送載氣流量為700Nm3/h，所述粉劑流量為46kg/min ;所述氧氣氣流流量為4600Nm3/h ;所述氣-固混合相的流量為5300Nm3/h，固氣比為O. 60kg/kg,壓力為I. 3Mpa ;所述高速混合射流的速度為670m/s。本發(fā)明適用于爐壁供氧并噴吹粉劑的電弧爐煉鋼工藝，通過粉劑顆粒提高射流的沖擊力，提高射流的穿透深度，加強熔池攪拌強度20%以上，提高了氧氣、粉劑的利用率，氧氣消耗降低大于15%,粉劑消耗降低大于30%。


圖I為使用本發(fā)明電弧爐煉鋼利用噴吹粉劑提高射流沖擊效果的方法的設備連接圖。I.粉劑儲存罐7.超音速發(fā)生裝置2.載氣氣源8.水冷保護裝置3.氧氣氣源9.高速混合射流4.粉劑流量控制系統(tǒng)10.電弧爐爐壁5.氧氣流量控制系統(tǒng)11.輸送管道6.氣-固相混勻器
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。實施例I. 60噸電弧爐本發(fā)明在60t超高功率電弧爐上應用。粉劑控制系統(tǒng)控制輸送載氣流量為180Nm3/h，粉劑流量為12kg/min ;氧氣控制系統(tǒng)控制氧氣氣流流量為1200Nm3/h ;粉劑和氧氣分別沿輸送管道進入氣-固相混勻器，形成氣-固混合相，流量為1380Nm3/h，壓力為I. IMpa ；氣固混合相沿輸送管道進入超音速發(fā)生器，產(chǎn)生高速混合射流，射流速度為470m/s ;在水冷保護裝置的保護下，高速混合射流由爐壁進入電弧爐。粉劑顆粒的動能提高了射流的沖擊力，同時粉劑進入熔池與爐渣中氧化鐵反應產(chǎn)生泡沫渣。使用本發(fā)明后，供氧射流的沖擊力提高，射流的穿透深度增加，熔池攪拌強度提高21%，氧氣消耗降低15%，粉劑消耗降低30%。實施例2. 230噸電弧爐本發(fā)明在230t超高功率電弧爐上應用。粉劑控制系統(tǒng)控制輸送載氣流量為700Nm3/h，粉劑流量為46kg/min ;氧氣控制系統(tǒng)控制氧氣氣流流量為4600Nm3/h ;粉劑和氧氣分別沿輸送管道進入氣-固相混勻器，形成氣-固混合相，流量為5300Nm3/h，固氣比為
O.60kg/kg,壓力為 I. 3Mpa ；氣固混合相沿輸送管道進入超音速發(fā)生器，產(chǎn)生高速混合射流，射流速度為670m/s ;在水冷保護裝置的保護下，高速混合射流由爐壁進入電弧爐。粉劑顆粒的動能提高了射流的沖擊力，同時固體進入熔池與爐渣中氧化鐵反應產(chǎn)生泡沫渣。使用本發(fā)明后，供氧射流的沖擊力提高，射流的穿透深度增加，熔池攪拌強度提高23%，氧氣消耗降低16%，粉劑消耗降低31%。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步的 詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種電弧爐煉鋼中利用噴吹粉劑提高射流沖擊效果的裝置，其特征在于，所述裝置包括粉劑顆粒流量控制系統(tǒng)、氧氣流量控制系統(tǒng)、氣-固相混勻器、超音速發(fā)生裝置、水冷保護裝置和輸送管道，其中， 所述粉劑流量控制系統(tǒng)使用回轉式給料器或噴射式給料器，粉劑使用壓送式氣力輸送，輸送載氣壓力為O. 6Mpa I. 5Mpa ； 所述氧氣流量控制系統(tǒng)由氣動調節(jié)閥、壓差流量計組成，氧氣氣源壓力為1.3Mpa 2. OMpa ； 所述氣-固相混勻器將氧氣與粉劑的顆粒均勻混合，壓力為O. 5 I. 2Mpa ； 所述超音速發(fā)生裝置包括噴粉管與氧槍噴頭，所述噴粉管與氧槍噴頭采用鎢銅合金、不銹鋼、鉻質或剛玉質材料，以減小粉劑對管道及氧槍噴頭的磨損； 所述超音速發(fā)生裝置為拉瓦爾管，將壓力勢能轉換為動能，生成高速混合射流。
2.一種使用如權利要求I所述設備的方法，其特征在于，所述方法使用所述粉劑流量控制系統(tǒng)控制輸送載氣輸送粉劑，輸送載氣流量為100 1000Nm3/h，粉劑流量范圍為5-60kg/min ;使用所述氧氣流量控制系統(tǒng)控制氧氣流量為500 3500Nm3/h ;粉劑和氧氣分別沿輸送管道進入所述氣-固相混勻器，形成氣-固混合相，流量為500 4000Nm3/h，固氣比為O. 5-5kg/kg ;所述氣固混合相沿輸送管道進入所述超音速發(fā)生裝置，產(chǎn)生高速混合射流；高速混合射流在所述水冷保護裝置的保護下，由爐壁進入電弧爐，所述粉劑的顆粒在高速運動下的動能提高射流的沖擊力，進入熔池與爐渣中氧化鐵反應產(chǎn)生泡沫渣。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述氣固混合相固氣比為O O.63kg/kg，氧氣流量為500 3500Nm3/h ;氣-固混合相流量為500 4000Nm3/h。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述粉劑顆粒的粒徑不大于2mm 5mm。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法,其特征在于,所述輸送載氣為空氣。
6.根據(jù)權利要求2-5所述的方法，其特征在于，所述方法用于60噸電弧爐，所述輸送載氣流量為180Nm3/h，所述粉劑流量為12kg/min ;所述氧氣氣流流量為1200Nm3/h ;所述氣-固混合相的流量為1380Nm3/h，壓力為I. IMpa ;所述高速混合射流的速度為470m/s。
7.根據(jù)權利要求2-5所述的方法，其特征在于，所述方法用于230噸電弧爐，所述輸送載氣流量為700Nm3/h，所述粉劑流量為46kg/min ;所述氧氣氣流流量為4600Nm3/h ;所述氣-固混合相的流量為5300Nm3/h，固氣比為O. 60kg/kg,壓力為I. 3Mpa ;所述高速混合射流的速度為670m/s。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金技術領域，特別涉及到電弧爐煉鋼供氧和噴吹粉劑的方法。針對當前電弧爐煉鋼供氧射流衰減速度快，沖擊力不足和粉劑收得率低的問題，將氧氣與粉劑顆?；旌铣蓺?固混合相，并產(chǎn)生高速混合射流，利用粉劑顆粒的動能提高電弧爐供氧射流的沖擊力，強化熔池攪拌，實現(xiàn)粉劑顆粒的高效輸送。本發(fā)明粉劑流量范圍為5-60kg/min，氧氣流量為500～3500Nm3/h；氣-固混合相流量為500～4000Nm3/h，固氣比為0.5-5kg/kg；高速混合射流速度為50～700m/s；本發(fā)明適用于爐壁供氧并噴吹粉劑的5～300t電弧爐煉鋼。使用本發(fā)明后電弧爐熔池攪拌強度加強20％以上，氧氣、粉劑的利用率提高，氧氣消耗降低大于15％，噴吹粉劑消耗降低大于30％。
文檔編號C21C5/52GK102643951SQ20121012308
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權日2012年4月24日
發(fā)明者劉文娟, 劉福海, 呂明, 朱榮, 朱長富, 楊凌志, 林騰昌, 王成杰, 蘇榮芳, 董凱, 逯志方, 馬國宏 申請人:北京科技大學