[发明专利]多股旋流分散防堵铁水喷吹脱硫喷枪

说明书

技术领域

本发明涉及铁水预处理领域，具体地指一种多股旋流分散防堵铁水喷吹脱硫喷枪。

背景技术

根据资料报道，现代钢铁冶金流程中的铁水喷吹脱硫工艺以其技术成熟、设备投资省而在国内钢铁企业普遍推广应用，并根据脱硫剂种类和喷吹方式的不同，又分为钙基脱硫剂喷吹、镁基脱硫剂复合喷吹和金属颗粒镁纯喷等方式；除纯喷金属颗粒镁中小型铁水罐铁水脱硫采用枪头带气化室的喷枪外，其它工艺均采用单喷口直筒式喷枪以及倒T形或倒Y形双喷口喷枪。由于金属镁和硫的亲和力很强，具有脱硫能力强、反应速度快、脱硫渣量少、对铁水带渣量与铁水温度不敏感等特点，可以不进行铁水预先扒渣，因而，具有铁水喷吹脱硫时间短、脱硫扒渣铁损低、铁水温降小等优点，早在上世纪70年代就有喷吹金属颗粒镁或镁基脱硫剂进行铁水脱硫的报道，目前作为铁水喷吹脱硫的主流工艺在国内外钢铁企业普遍应用。

文献“吴明，铁水镁脱硫高效化的研究与应用，安徽冶金，2010年，No1”和文献“舍甫钦科АФ、巴什马科夫АМ等、铁水包内大用量喷镁脱硫工艺，炼钢，2013年，No6”分别报道了双喷口倒Y形喷枪在铁水镁基复合喷吹脱硫和铁水金属颗粒镁纯喷脱硫工艺中的应用效果，与原单喷口直筒式喷枪相比，双喷口倒Y形喷枪的应用，取得了改善喷吹脱硫动力学条件、降低脱硫剂消耗、缩短喷吹脱硫时间的优良效果。由此可见，增加喷吹流股数量达到了扩展流股流经区域、强化脱硫剂分散、改善脱硫动力学条件的目的，但喷枪实际生产中存在堵枪频繁的严重不足，不仅大幅度缩短了喷枪的使用寿命，同时也制约了脱硫生产能力的有效发挥。通过现场调研和技术交流，对于不同种类脱硫剂的铁水喷吹脱硫，与单喷口直筒式式喷枪相比，倒T形与倒Y形双喷口喷枪均存在严重的堵枪风险，尤其是镁基复合喷吹脱硫与纯喷金属颗粒镁脱硫，相比倒T形双喷口喷枪，倒Y形双喷口喷枪堵枪风险更高、堵塞物疏通更困难。通过三种喷枪的镁基复合喷吹与金属颗粒镁纯喷脱硫工业性对比试验，进一步证实了倒T形与倒Y形双喷口喷枪堵枪严重的不足，并在采用钢筋热态疏通喷口时，发现喷口堵塞物呈半熔融态粘结喷口内壁，冷却后粘接强度大，钢筋无法彻底疏通，喷吹15-30炉时彻底堵塞。针对上述问题，特从金属镁的性能出发进行分析，金属镁的熔点为651℃，沸点为1107℃，若将金属镁直接喷吹到高温铁水(一般为1300℃左右)中进行脱硫，将使金属镁迅速气化形成高温高压镁蒸汽泡；此外，在温度≥670℃时，熔化状态的镁或镁蒸汽与喷吹氮气发生反应：3Mg+N₂＝Mg₃N₂；由于喷吹脱硫过程中喷枪喷口区域的喷射气体扰动，强化了该区域的铁水换热，使喷口外侧段快速加热到金属镁的熔点温度，甚至更高，为该喷口段Mg₃N₂的形成创造了条件，形成的Mg₃N₂微粒在界面力的作用下向金属喷口内表面不断沉积，此外，金属颗粒镁的杂质及其钝化膜在金属镁高温气化后形成残留物，也会向金属喷口内表面不断沉积，最终形成高温半熔融态和冷却后结合强度大的粘渣，导致喷口疏通困难，这也是为什么目前纯喷金属颗粒镁或镁基复合喷吹铁水脱硫用喷枪仍以单喷口直筒式喷枪的主要原因。对于钙基脱硫剂复合与混合喷吹脱硫，虽然实际生产中单喷口直筒式喷枪与倒T形或倒Y形双喷口喷枪均有采用，但倒T形或倒Y形双喷口喷枪的喷口堵枪现象时有发生，虽然脱硫剂中不含金属镁，不存在金属镁喷口区域的高温反应物沉积堵塞喷口问题，但在喷吹系统压力剧烈喘动或脱硫剂受潮粘接条件下，引起两个喷口流股不对称，低流速喷口流股充满度小，易形成脱硫剂沉积和铁水沿喷口内壁内渗凝结，从而增加了该喷口的流动阻力，促进了喷口流股的不对称性和进一步凝铁堵塞，最终彻底堵塞而终止使用。