[发明专利]一种炼钢用超燃超集束射流喷管及其超燃超集束射流方法

说明书

本发明一种炼钢用超燃超集束射流喷管及其超燃超集束射流方法，该方法在现有集束射流基础上，用超音速伴随流代替亚音速伴随流，即在普通超音速主氧射流外环绕两层超音速气体，其中次外层为超音速燃气伴随流，主要包括CH₄，C₃H₈等，出口马赫数为1‑4，最外层为超音速氧气流，出口马赫数为1‑4，利用超音速燃气流燃烧产生的超燃火焰，形成温度，速度可调的高温高速稀薄气体封套超音速主氧射流，不仅提高对主氧射流的引射能力，同时扩大燃烧火焰区域面积，产生超集束效果在更长距离内保持主氧射流速度不衰减，大幅延长主氧射流核心段长度，增大熔池冲击深度，加快熔池搅拌速度。

技术领域

本发明属于冶金领域，主要涉及炼钢用超音速氧气射流喷射装置，提供一种延迟超音速主氧射流速度的衰减，提高对熔池搅拌能力的炼钢用超燃超集束射流喷管及其超燃超集束射流方法。

背景技术

炼钢过程是一个极其复杂的多相反应的物理化学过程，有些反应在热力学上是可行的，但其进行速度太慢，难以在一定时间内完成。因此，如何增强熔池搅拌能力，扩大界面接触面积，提高传热、传质速度是关键技术问题。现有集束射流方法是在传统超音速氧气射流基础上加上了燃气伴随流，但由于燃气伴随流速度较低，一方面对超音速主氧射流引射能力不足，另一方面燃烧火焰面靠前，无法长距离“封套”主氧射流，延迟主氧射流速度衰减能力有限，已无法满足炼钢过程对熔池搅拌日益增长的需求。因此需要开发一种新的射流方法，更好的延迟主氧射流速度的衰减，延长主氧射流核心段长度，增强对熔池的冲击能力。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是利用超燃火焰产生温度，速度可调的高温高速稀薄气体封套超音速主氧射流，延迟主氧射流速度的衰减，提高射流对熔池的搅拌效率的炼钢用超燃超集束射流喷管及其超燃超集束射流方法。

本发明的技术方案是：一种炼钢用超燃超集束射流喷管，所述超燃超集束射流喷管为三层或两层套管结构，中心为超音速主氧射流喷管，利用超音速主氧喷管外侧形成超音速伴随流层，延迟超音速主氧射流速度衰减。

进一步，所述三层套管的超燃超集束射流喷管包括喷管主体，所述喷管主体的外侧壁上设有冷却层，所述喷管主体中心为超音速主氧射流喷管，其中，所述超燃超集束射流喷管还包括用于形成超音速燃气伴随流的第一环缝，用于形成超音速氧气伴随流的第二环缝，所述第一环缝设置在主氧喷管的外侧，所述第二环缝设置在所述第一环缝的外侧，所述喷管主体直径为10-200mm，所述第一环缝的环缝间距为2-50mm，所述第二环缝环缝间距为3-60mm。

进一步，所述二层套管的超燃超集束射流喷管包括喷管主体，所述喷管主体的外侧壁上设有冷却层，所述喷管主体中心为超音速主氧射流喷管，所述超燃超集束射流喷管还包括用于形成超音速燃气伴随流的第一环缝，所述第一环缝设置在主氧射流喷管的外侧，所述喷管主体直径为10-200mm，所述第一环缝的环缝间距为2-50mm。

进一步，所述三层套管的超燃超集束射流喷管包括喷管主体，所述喷管主体的外侧壁上设有冷却层，所述喷管主体中心为超音速主氧射流喷管，所述超燃超集束射流喷管还包括用于形成超音速燃气伴随流的环孔结构，用于形成超音速氧气伴随流的第二环孔结构，所述第一环孔结构设置在主氧喷管的外侧，所述第二环孔结构设置在所述第环孔结构的外侧，所述环孔结构由6-12个环孔等距布置组成，每个所述环孔的直径为4-90mm。

进一步，所述二层套管的超燃超集束射流喷管包括喷管主体，所述喷管主体的外侧壁上设有冷却层，所述喷管主体中心为超音速主氧射流喷管，所述超燃超集束射流喷管还包括用于形成超音速燃气伴随流的第一环孔结构，所述第一环孔结构设置在主氧喷管的外侧，所述环孔结构由6-12个环孔等距布置组成，每个所述环孔的直径为4-90mm。

进一步，所述喷管主体、第一环缝、第二环缝、第一环孔结构和第二环孔结构的出口位置结构均为收缩段和扩张段。