專利名稱：一種新型氧槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及爐窯節(jié)能裝置，特別是涉及可以在富氧頂吹熔融還原爐、轉(zhuǎn)爐、電爐、平爐等冶煉領(lǐng)域使用的新型氧槍。
背景技術(shù)：
隨著中國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，對鋼鐵材料需求量日益增大。在市場需求的拉動下，鋼鐵產(chǎn)量出現(xiàn)了迅速增長的趨勢，2007年中國的粗鋼產(chǎn)量達4. 89億t，占世界總產(chǎn)量的1/3 以上。鋼鐵企業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱型產(chǎn)業(yè)，同樣也是能源和資源密集型企業(yè)。每年都消耗大量的能源和資源，由此導(dǎo)致的一系列環(huán)境和資源問題日益突出。傳統(tǒng)的高爐煉鐵工藝具有以下突出特點必須使用大量焦炭；環(huán)境污染嚴重，特別是焦爐和燒結(jié)粉塵和的排放，高爐CO2排放較高；高爐工藝流程長，投資較大；從高爐工藝全過程看，包含著重復(fù)加熱、降溫，增碳、脫碳，資源和能源循環(huán)使用率低，熱能利用不合理；且需有煉焦和球團燒結(jié)工序，因此整個過程耗能較大，也帶來了較大的環(huán)境污染。煉鐵過程的能耗占鋼鐵產(chǎn)品總能耗70%以上，傳統(tǒng)煉鐵工藝(高爐工藝)給企業(yè)的節(jié)能減排工作帶來了巨大壓力。伴隨著環(huán)境和資源問題日益突出，新興煉鐵技術(shù)優(yōu)勢顯現(xiàn)(如環(huán)境友好，清潔低能耗，冶煉周期短，投資省，流程短等)。各國紛紛積極開發(fā)非高爐煉鐵技術(shù)。 富氧頂吹熔融還原冶煉技術(shù)是基礎(chǔ)于HIsmelt冶煉技術(shù)而發(fā)展而來的一種新型的熔融還原冶煉技術(shù)。該技術(shù)具有原料和燃料適應(yīng)性強；低投資成本；環(huán)境污染小，低有害氣體排放 (如二惡英，呋喃，苯酚，焦油)，減少了和NOx排放量；該工藝可靈活的停和啟動；由于爐渣亞鐵含量高，可以達到較好脫磷效果，適合冶煉高磷鐵礦。本實用新型專利所述氧槍主要用于富氧頂吹熔融還原冶煉領(lǐng)域，與該冶煉技術(shù)配套使用。該氧槍同時也可以應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐、電爐、平爐冶煉生產(chǎn)過程中。氧槍在冶煉過程中至關(guān)重要，屬于關(guān)鍵設(shè)備，其設(shè)計制造及使用情況對冶煉生產(chǎn)影響較大。由于富氧頂吹熔融還原技術(shù)在采用粉煤提升爐溫較慢(冷啟動過程)、以及在特殊爐況條件下爐溫波動影響冶煉效果等原因。燃油與氧燃燒溫度高、發(fā)熱量大、燃燒過程易于控制等特點。氧槍作為熔融還原爐頂燃燒槍，主要用于燃燒熔融還原爐中產(chǎn)生的還原性氣體，并且燃燒重油或者柴油釋放大量的熱量維持爐溫。
發(fā)明內(nèi)容氧槍從爐頂中心插入熔融還原爐中。在熔融還原爐冷啟動升溫過程中，采用燃油與富氧共同提升爐溫。當爐溫到達熔煉所需的溫度后，通過中頻爐熔化并兌入鐵水后，減小燃油流量，主要依靠氧槍噴吹富氧燃燒熔池中產(chǎn)生的還原性氣體，釋放大量熱量用以維持還原反應(yīng)的持續(xù)進行。以及用于在出現(xiàn)特殊爐況的情況條件下，通過氧槍燃燒燃油釋放大量熱量，用以輔助維持爐溫，使得爐溫可控。該氧槍采用超音速射流，可以在恒定槍位的條件下，通過調(diào)節(jié)富氧出口壓力及流量，方便的實現(xiàn)“軟吹”和“硬吹”，實現(xiàn)了操作的靈活簡便的特性。[0007]本實用新型氧槍內(nèi)容如下本實用新型氧槍槍體由三支同心管組成，包括內(nèi)管、中間管和外管組成，其為同心嵌套結(jié)構(gòu)。內(nèi)管輸送富氧氣體，內(nèi)管與噴頭拉瓦爾口通過焊接方式連接，富氧氣體經(jīng)過拉瓦爾口后，變?yōu)槌羲偕淞?，設(shè)計流速1.8 2.2馬赫。與霧化燃油進行外混式燃燒；油管(4)位于外管(4)和中間管( 之間的回水套中，燃油霧化裝置位于油管( 末端，開口于噴頭端面；油管O)與噴頭通過焊接方式連接；中間管(5)、外管(4) 與噴頭通過焊接方式連接；與氧槍配套使用包括高壓水泵、高壓油泵、水軟化、過濾器、燃油過濾器裝置。外管和中間管之間，及中間管和內(nèi)管之間通入高壓冷卻水，氧槍通過水冷方式冷卻。油管位于水冷套中，開口于噴頭端面，噴頭端面有油霧化裝置。燃油可以使用輕質(zhì)油(如柴油)和重油兩類，燃油在通入氧槍之前需經(jīng)過過濾處理，濾除燃油中固體夾雜物。其中氧油噴槍較為重要的部分是噴頭，噴頭的結(jié)構(gòu)直接決定了富氧射流的氣體動力學(xué)特性。因此，對噴頭的基本要求是，形成射流的動力學(xué)特性應(yīng)符合工藝的要求，并且在長期的使用過程中，能夠較好保持射流特性不變。拉瓦爾型噴頭可以有效的把氣流轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的超音速射流。根據(jù)超音速噴口的流體力學(xué)知識可知，富氧射流在經(jīng)過拉瓦爾噴口時，先受壓縮經(jīng)過擴張段得到迅速加速。由于超音速射流沖擊深度較大，當槍位在較高的位置條件下，實現(xiàn)“硬吹”。由于槍位較高，可以有效改善噴頭的工作條件，提高其使用壽命。由于噴頭相對于槍身距離熔池表面較近，工作條件相對于槍身較為惡劣，減少了粘渣，延長噴頭使用壽命。本實用新型氧槍噴頭采用紫銅整體鑄造制作，噴頭中心為拉瓦爾管，設(shè)計超音速射流為 1. 8 2. 2馬赫，在噴頭端面設(shè)計有2 10個油口，油管端部配有霧化裝置，油管與噴頭采用氬弧焊機進行保護焊接。噴頭端面厚度為10 20mm。收縮段半錐角(a ft/2)為18 20°，擴張段半錐角(a r/2)為5 6°。噴頭拉瓦爾口出口直徑為6 160mm，喉口直徑 5 110mm。供油速率0 500L/h。中心富氧管與噴頭拉瓦爾口端部采用焊接方式連接。氧槍中間管和外管均采用焊接方式與噴頭連接。氧槍體三層套管采用短筋對稱焊接固定。富氧管尾部采用螺紋與制氧設(shè)備金屬耐壓管連接，采用“0”型密封膠圈密封，并且在氧槍與制氧設(shè)備連接處設(shè)有止回閥。進水管焊接于中間管上，出水管焊接于外管上。輸水管路上配加高壓水泵，及配套水軟化裝置。與該氧槍配套使用裝置還包括高壓油泵、過濾器等。該氧槍油管位于水冷套中，安全性能較好?；鹧嫫椒€(wěn)，射流強烈，燃燒效果理想，提升爐溫迅速。富氧射流氧含量30 99%，射流流速1. 8 2. 2馬赫。供油系統(tǒng)供油速率0 500L/h。

圖1本實用新型新型氧槍的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1所示新型氧槍的A-A剖視圖。圖3為圖1所示新型氧槍的B-B剖視圖。圖4為圖1所示新型氧槍的C-C剖視圖。圖中1為油管接口，2為油管，3為拉瓦爾口，4為外管、5為中間管，6為內(nèi)管(即氧管)；7為短筋；8為出水口 ；9為螺紋連接處；10為進水口。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖以實例進一步說明本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容并不限于此。本實用新型氧槍槍體由三支同心管組成，包括內(nèi)管、中間管和外管組成，其為同心嵌套結(jié)構(gòu)。內(nèi)管輸送富氧氣體，內(nèi)管與噴頭拉瓦爾口通過焊接方式連接，富氧氣體經(jīng)過拉瓦爾口后，變?yōu)槌羲偕淞?，設(shè)計流速1. 8 2. 2馬赫。外管和中間管之間，及中間管和內(nèi)管之間通入高壓冷卻水，氧槍通過水冷方式冷卻。槍體采用含Cr、Ni、Ti元素高溫不銹鋼制成，例如304、304L、310、310S等。在冶煉過程中產(chǎn)生大量熱量，使環(huán)境溫度可高達2500°C 以上，盡管槍體內(nèi)有高壓水冷卻，但氧槍外層管壁表面溫度仍然可以達到500°C，氧槍熱負荷較高。該氧槍槍體采用高溫不銹鋼，有較好耐用性能，氧槍使用壽命較長。油管位于水冷套中，開口于噴頭端面，噴頭端面有油霧化裝置。油管在水冷套中對稱排列，油管數(shù)量2 10支，其間與氧槍中心線夾角36 180°，油管外徑8 20mm，壁厚2 4mm，油管采用紫銅制作，油管不能與外管相接觸，油管位于外管和中間管之間，偏向中間管一側(cè)。燃油可以使用輕質(zhì)油(如柴油)和重油兩類，燃油在通入氧槍之前需經(jīng)過過濾處理，濾除燃油中固體夾雜物。在使用重油過程中，需添加乳化劑或?qū)χ赜瓦M行預(yù)熱處理(預(yù)熱溫度30 120°C )，或經(jīng)過一次霧化尾部預(yù)混進入油管中。富氧氣體(富氧氧含量30 99%)從內(nèi)管通入，與霧化然油進行外混式燃燒，形成多支剛性火焰柱。富氧氧含量和流量依據(jù)實際工況而定。富氧和燃油通過外混式燃燒，形成多股火焰柱，火焰均勻，加熱溫度高， 該氧槍使用壽命350 400爐。氧槍在使用過程中，需與熔池距離400mm以上。其中氧油噴槍較為重要的部分是噴頭，噴頭的結(jié)構(gòu)直接決定了富氧射流的氣體動力學(xué)特性。因此，對噴頭的基本要求是，形成射流的動力學(xué)特性應(yīng)符合工藝的要求，并且在長期的使用過程中，能夠較好保持射流特性不變。拉瓦爾型噴頭可以有效的把氣流轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的超音速射流。根據(jù)超音速噴口的流體力學(xué)知識可知，富氧射流在經(jīng)過拉瓦爾噴口時， 先受壓縮經(jīng)過擴張段得到迅速加速。由于超音速射流沖擊深度較大，當槍位在較高的位置條件下，實現(xiàn)“硬吹”。由于槍位較高，可以有效改善噴頭的工作條件，提高其使用壽命。由于噴頭相對于槍身距離熔池表面較近，工作條件相對于槍身較為惡劣，減少了粘渣，延長噴頭使用壽命。本實用新型氧槍噴頭采用紫銅整體鑄造制作，噴頭中心為拉瓦爾管，設(shè)計超音速射流為1. 8 2. 2馬赫，在噴頭端面設(shè)計有2 10個油口，油管端部配有霧化裝置，油管與噴頭采用氬弧焊機進行保護焊接。噴頭端面厚度為10 20mm。收縮段半錐角(Cilfe/2) 為18 20°，擴張段半錐角(α擴/2)為5 6°。噴頭拉瓦爾口出口直徑為6 160mm， 喉口直徑5 110mm。供油速率0 500L/h。中心富氧管與噴頭拉瓦爾口端部采用焊接方式連接。氧槍中間管和外管均采用焊接方式與噴頭連接。氧槍體三層套管采用短筋對稱焊接固定。富氧管尾部采用螺紋與制氧設(shè)備金屬耐壓管連接，采用“0”型密封膠圈密封，并且在氧槍與制氧設(shè)備連接處設(shè)有止回閥。進水管焊接于中間管上，出水管焊接于外管上。輸水管路上配加高壓水泵，及配套水軟化裝置。與該氧槍配套使用裝置還包括高壓油泵、過濾器等。該氧槍油管位于水冷套中，安全性能較好?；鹧嫫椒€(wěn)，射流強烈，燃燒效果理想，提升爐溫迅速。富氧射流氧含量30 99%，射流流速1. 8 2. 2馬赫。供油系統(tǒng)供油速率0 500L/h。實施例1 氧槍三層套管分別采用，Φ108Χ5πιπι，Φ 76 X 4mm, Φ!ΜΧ4_，材質(zhì)采用304，油管采用Φ8Χ2πιπι，材質(zhì)采用紫銅，油管3支，位于回水套中，其間與氧槍中心夾角 120°。噴頭端底壁厚度10mm，拉瓦爾口擴張段半錐角為5°，收縮段的半錐角19°。實施例2 氧槍三層套管分別采用，Φ 168 X 8mm，Φ 133 X 5mm, Φ 95 X 5mm，材質(zhì)采用310，油管采用Φ14Χ3πιπι，材質(zhì)采用紫銅，油管5支，位于回水套中，其間與氧槍中心夾角72°。噴頭端底壁厚度12mm，拉瓦爾口擴張段半錐角為6°，收縮段的半錐角18°。實施例3 氧槍三層套管分別采用，Φ245Χ10_，Φ 203 X 6mm, Φ 159 X 6mm，材質(zhì)采用310S，油管采用Φ16Χ4πιπι，材質(zhì)采用紫銅，油管6支，位于回水套中，其間與氧槍中心夾角60°。噴頭端底壁厚度14mm，拉瓦爾口擴張段半錐角為5°，收縮段的半錐角18°。
權(quán)利要求1.一種新型氧槍，其特征在于氧槍體由三支同心管組成，包括內(nèi)管(6)、中間管(5)和外管G)，槍體采用內(nèi)循環(huán)高壓水冷方式冷卻，富氧氣體從內(nèi)管(6)通入，內(nèi)管(6)與位于噴頭上拉瓦爾口 C3)通過焊接方式連接，富氧氣體經(jīng)過拉瓦爾口 C3)變?yōu)槌羲偕淞?，與霧化燃油進行外混式燃燒；油管(4)位于外管(4)和中間管( 之間的回水套中，燃油霧化裝置位于油管(2)末端，開口于噴頭端面；油管(2)與噴頭通過焊接方式連接；中間管(5)、外管 (4)與噴頭通過焊接方式連接；與氧槍配套使用包括高壓水泵、高壓油泵、水軟化、過濾器、 燃油過濾器裝置。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的新型氧槍，其特征在于氧槍外徑為100 250mm；噴頭端面厚度為10 20mm ；收縮段半錐角α收/2為18 20°，擴張段半錐角α r/2為5 6° ；噴頭拉瓦爾口(3)出口直徑6 160謹，喉口直徑5 110謹。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的新型氧槍，其特征在于油管⑵對稱排列，數(shù)量2 10支，其間與中心線夾角36 180°，油管⑵外徑8 20mm，壁厚2 4_，油管⑵采用紫銅制作， 油管( 不能與外管相接觸，油管( 位于外管(4)和中間管( 之間，偏向中間管一側(cè)。
專利摘要本實用新型爐頂供熱氧槍主要用于燃燒熔融還原爐中產(chǎn)生的還原性氣體，并且燃燒輕質(zhì)油(柴油)或重油者釋放大量的熱量維持爐溫。氧槍體由三支同心管組成，包括內(nèi)管(氧管)、中間管和外管。槍體采用內(nèi)循環(huán)高壓水冷方式冷卻。油管位于外管和中間管間水冷套中，油管開口于噴頭端面，噴頭端面有油霧化裝置。油管在水冷套中對稱排列，其間與氧槍中心線夾角36～180°。內(nèi)管通入富氧氣體，與霧化燃油進行外混式燃燒。與氧槍配套使用包括高壓水泵、高壓油泵、水軟化、過濾器、燃油過濾器等裝置。該氧槍使用壽命350～400爐。該氧槍油管位于水冷套中，安全性能較好。形成多股火焰柱，火焰平穩(wěn)且均勻，燃燒效果理想，提升爐溫迅速，加熱溫度高，射流強烈，噪聲符合國家標準。
文檔編號F27D3/16GK201954970SQ201020619528
公開日2011年8月31日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者卿山, 岳爭超, 張竹明, 李亮清, 李幼靈, 楊雪峰, 湯忖江, 王 華, 齊翼龍 申請人:昆明理工大學(xué)