[发明专利]适用于不同型号铁水罐或不同脱硫剂的旋转喷吹脱硫喷枪

说明书

技术领域

本发明涉及铁水预处理领域，具体地指一种适用于不同型号铁水罐或不同脱硫剂的旋转喷吹脱硫喷枪。

背景技术

铁水预处理脱硫作为现代钢铁工业生产流程中必备的工序，已成为洁净钢生产平台的关键技术之一。在众多脱硫方式中，铁水喷吹脱硫以其一次性投资少、操作简便、铁水温降小等特点在国内外得到广泛应用。铁水喷吹脱硫是利用插入容器中铁水深处的喷枪，通过喷吹通道由高压氮气将脱硫粉剂大流量喷入温度大于1250℃以上的铁水中，并使脱硫剂与铁水充分接触反应，从而将铁水中的硫脱除。由此可见，喷枪是喷吹脱硫工艺的关键部件，其作用不仅要将脱硫粉剂导入熔融铁水深处，同时，还要通过喷口的喷射流场组织和喷吹气体的搅拌动能，实现脱硫剂在铁水中分散混合，提高铁水脱硫反应接触面积与传质速度，达到铁水高效脱硫的目的

目前，实际生产中有多种铁水喷吹脱硫工艺，按照脱硫剂种类不同可分为纯颗粒镁喷吹、镁基混合或复合喷吹、钙基混合或复合喷吹。根据脱硫剂的种类不同，不同工艺使用的脱硫喷枪形式也不尽相同，如纯颗粒镁喷吹工艺中，镁脱硫剂容易气化，由于中小型铁水罐铁水深度浅，铁水中金属颗粒镁上浮行程小、停留时间短，无法在上浮过程中完成金属颗粒镁的气化与溶解，一般采用气化室喷枪，而大型铁水罐上浮行程较长，则一般采用直通单喷口的喷枪形式；钙基、镁基混合或复合喷吹工艺中一般使用倒T形双喷口和直通单喷口喷枪。

通过实际生产调研和水模试验研究，目前铁水喷吹脱硫工艺在实际生产中存在的主要问题有：

(1)纯镁气化室喷枪喷吹脱硫过程中，由于镁脱硫剂首先在喷枪气化室内预气化，金属镁以大气泡形式从喷枪底部排出，导致镁气泡界面的比表面积小，影响了金属镁通过气泡界面向铁水中的溶解速度以及镁气泡的界面脱硫反应和铁水中溶解镁的均相脱硫反应；同时，气化室内大气泡排出导致气化室内压力波动、喷枪摆动，自由液面的大气泡溢出引起液面剧烈波动、甚至喷溅和镁蒸汽的逃逸，降低金属镁的脱硫利用率，限制了金属镁喷吹强度的提高；再次，使用过程中，喷枪气化室内壁粘渣严重，为了维持气化室足够的气化空间与金属镁的稳定气化，必须不断地对气化室内壁粘渣进行清理，但促进了气化室的破损进程，影响了喷枪使用寿命、使用性能以及生产效率，给实际生产应用带来不便，增加了生产维护的难度与生产成本。

(2)纯镁直通喷枪喷吹脱硫过程中，由于纯镁直通喷枪未设置气化室，镁颗粒没有进行气化室内预气化，该工艺中金属颗粒镁的气化与溶解均是在金属颗粒镁铁水中上浮过程完成，影响了金属镁的利用率；若气泡上浮距离和停留时间不足，还将导致大量镁气泡液面溢出逃逸，并带来铁水喷溅；此外，由于大喷吹流量时气泡束在上浮过程中存在气泡合并聚集现象，出现瞬间大量气泡溢出液面，引起铁水剧烈喷溅，因而金属颗粒镁喷吹强度也不能太大。

(3)镁基和钙基喷吹脱硫过程中，由于喷枪喷射流场搅拌动能的限制，脱硫剂利用效率难以进一步提高，导致脱硫剂消耗高，脱硫剂的脱硫功效未能充分发挥，脱硫生产效率较低，脱硫生产成本还有进一步降低的空间。

针对上述不足，相关学者先后开展了大量的喷枪结构优化研究工作。例如：对于纯镁气化室脱硫过程中存在的喷枪摆动大、镁蒸汽大气泡液面溢出引起的液面剧烈波动震荡与翻腾等问题，申请号为200810237411.7的中国发明专利公开了一种铁水纯喷颗粒镁脱硫用气化室喷枪，其主要特征在于：气化室形状为圆台与圆柱的组合形状或圆柱状，汽化室的末端为喷枪下部出口，侧壁上设置有2～12个喷枪侧部出口，喷枪侧部出口的中心线与等高面的最小夹角为0～60°，喷枪侧部出口或为圆形孔或为椭圆形孔或为喇叭形孔或为方形孔。具有气体在铁水中逸出均匀、气泡连续、喷吹稳定、液面波动小且喷溅少的优点。但从该专利的结构来看，喷枪侧壁上设置2～12个出口易被气化室内壁粘渣堵塞，导致侧部出口排气不稳定，同时也给气化室内壁粘渣清理带来困难，目前未见实际生产应用的报道。

为了提高纯镁直通喷吹中金属颗粒镁喷吹强度，文献“舍甫钦科АФ，巴什马科夫АМ，马那钦ИА等，铁水包内大用量喷镁脱硫工艺，炼钢，2013，No6,5-8”，在台湾中钢300吨铁水罐上采用双喷口喷枪取代原单喷口直通式喷枪进行铁水纯喷金属颗粒镁脱硫，在铁水脱硫稳定生产的条件下，金属颗粒镁喷吹强度提高50～120％(达16～25kg/min)镁利用率提高了25～35％(平均达到47.3％)，并相应地缩短了铁水喷吹脱硫作业时间，但吨铁金属颗粒镁平均消耗为0.41kg/t，比其他钢厂报道的平均值高30％以上。