[发明专利]一种电弧炉超音速环燃集束碳氧枪及喷头结构

说明书

技术领域

本发明涉及冶金行业中用于电弧炉冶炼的喷射装置，特别涉及一种电弧炉超音速环燃集束碳氧枪及喷头结构。

背景技术

电弧炉吹氧、喷碳、喷石灰粉等是近年来新发展起来的一种钢铁冶金技术，是现代电炉强化用氧、增加化学能输入的重要手段。由于炉壁碳氧枪集成了预热烧嘴、集束射流吹氧脱碳、喷吹碳粉造泡沫渣以及二次燃烧等多种功能，可以有效降低吨钢电耗，在业内得到广泛应用。

为了延长主流氧气的喷射距离，增加气体对钢液的搅拌强度，众多的电炉氧枪采用了集束吹氧技术，如申请号201220742975.8、201120553225.1、201010123000.2、201020518313.3、201220333503.7、02100466.8、200920023587.2等所述，即在主氧流拉瓦尔超音速喷口的周围设置了一层伴流的氧气或一层燃气加一层氧气伴流燃烧，其伴流氧气与主流氧气由压力、流量不同的管道分别提供。现有技术的碳粉喷枪一般与电弧炉氧枪或分体，或平行布置在同一水冷体内形成子母枪，如申请号99223126.4、02214529.x、200320123669.7、201320149882.9等。由于电弧炉内除尘气流的扰动，阻碍了粉剂到达钢水液面，降低了碳粉的使用率。也有通多主氧气管喷吹粉剂的枪体结构，但是两者一般不能同时喷吹。

现有技术所产生的超音速气流不能够包裹粉剂，使得粉剂喷吹距离相对较短且分散，被除尘气流抽走或落在渣面，没有到达被氧气射流吹开的钢液表面，制约了更高效的电弧炉冶炼工艺的发展，因此有必要研究一种支撑吹氧、喷粉、燃烧加热过程同时进行的超音速环燃集束碳氧枪及喷头结构。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适合电弧炉使用的集吹氧、喷粉、燃烧加热功能一体的环燃集束碳氧枪及喷头结构，以达到提高氧气和粉剂射程，提高粉剂使用率，延长其使用寿命，提高喷吹效能的目的。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供一种电弧炉超音速环燃集束碳氧枪及喷头结构，包括集束喷头和枪杆，所述枪杆主要由同轴设置的粉剂管、氧气管、燃气管、水冷内管、水冷外管以及粉剂入口组件、密封组件组成，并分别对应设有粉剂入口、氧气入口、燃气入口、冷却水进口、冷却水出口，所述集束喷头设有中心孔、环氧小孔、环燃小孔和燃烧定向室，所述氧气管、燃气管、水冷外管分别与所述集束喷头焊接，所述粉剂管与所述集束喷头插接。

进一步，所述枪杆的所述冷却水内管、冷却水外管焊接在一起并与所述密封组件法兰连接且端面密封，所述氧气管、燃气管与所述密封组件插接并由弹性密封环密封，所述粉剂管与粉剂入口组件螺纹连接并由橡胶密封圈密封，所述粉剂入口组件与所述密封组件法兰连接且端面密封。

进一步，所述集束喷头中心孔内壁与粉剂管外壁形成加速主氧气流速至超音速的变截面环管通道，主氧气出口与环氧出口、环燃出口、粉剂出口并列在所述燃烧定向室底部，所述粉剂出口位于燃烧定向室中央，主氧气出口在粉剂出口外围且与之同心，环燃出口与环氧出口围绕主氧气出口交替布置，环氧进口位于氧气管内径范围内，环燃进口位于燃气管与氧气管之间。

采用上述结构，主氧气在通过变截面环管通道时获得超音速加速，围绕主氧气的环燃氧气和环燃燃气在燃烧定向室混合燃烧，高温气体伴随并挤压超音速主氧气气流形成集束射流，使中心主氧气超音速射流扩散及衰减变缓慢，超音速射流延长，可以穿过渣面注入钢液。

采用上述结构，碳粉或石灰粉或煤粉等各类冶金粉剂可以采用低压气体输入，降低粉剂对输送管道以及喷枪粉剂管的磨损，并在超音速集束主氧流的裹挟下注入电弧炉钢液，避免被除尘气流卷走或洒落在渣面，提高粉剂使用率。

采用上述结构，可以及时更换被磨损的粉剂管，延长电炉集束环燃碳氧枪的使用寿命。

采用上述结构，可以方便更换集束喷头，保留无损坏的枪杆。

采用上述结构，水冷套同时保护氧气管、燃气管和粉剂管，延长环燃集束碳氧枪的使用寿命。

采用上述结构，电弧炉碳氧枪可以实现多功能冶炼：仅需喷粉无需吹氧时，关闭燃气和氧气，并通入惰性保护气体，电弧炉碳氧枪成为喷粉枪；仅需吹氧无需喷粉时，粉剂管停止粉剂输入并通入惰性保护气体，电弧炉碳氧枪成为吹氧枪；仅需燃烧加热时，粉剂管停止粉剂输入并通入燃气，电弧炉碳氧枪成为烧嘴；粉剂管尾部安装摄像头或红外温度传感器或火焰监测传感器时，电弧炉碳氧枪可以成为监测装置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：