回轉(zhuǎn)化鐵爐水冷外混式純氧燃?xì)鉄斓闹谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種純氧燃?xì)鉄?，特別是回轉(zhuǎn)化鐵爐使用的純氧燃?xì)鉄欤糜阼T造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]回轉(zhuǎn)化鐵爐(英文簡稱RF)是一種鑄鐵熔化設(shè)備，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家已有約70年的發(fā)展應(yīng)用歷史。目前一般所謂的回轉(zhuǎn)化鐵爐，指以燃?xì)?天然氣或石油液化氣)為燃料，以純氧為助燃劑熔化鑄鐵的化鐵爐。該爐如果以天然氣為燃料，熔化每噸鑄鐵排放約40?60m3二氧化碳，碳排放量不到燃焦沖天爐的30%、不到電爐所用電力燃煤碳排放量折算值的20% ;尾氣中不存在氮的氧化物(N0X);爐渣排放量量大大低于沖天爐，非常有利于環(huán)境保護(hù)。該爐的設(shè)備投資低于電爐，建造費用低，建造費用接近于普通燃焦沖天爐，是一種新型的鑄鐵熔化設(shè)備，特別適合于手工造型、產(chǎn)量不大、品種不少的中小鑄鐵廠。
[0003]但是，現(xiàn)有技術(shù)的純氧燃?xì)饣剞D(zhuǎn)化鐵爐相對于現(xiàn)有的沖天爐和電爐，熔化效率低、熔化鑄鐵的周期較長?，F(xiàn)有的3?30噸純氧燃?xì)饣剞D(zhuǎn)化鐵爐，熔化時間在60?135min之間，爐子容量越大，熔化時間越長。
[0004]《鑄造工業(yè)》雜志2015年第2期(P53?61)，所刊登的“回轉(zhuǎn)化鐵爐的構(gòu)造及其鑄鐵熔化工藝”一文，對該爐有詳細(xì)的介紹。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)的純氧燃?xì)饣剞D(zhuǎn)化鐵爐使用的純氧燒嘴，采用水冷外混式結(jié)構(gòu)，即燒嘴存在水冷套、燃?xì)夂脱鯕馐髅撾x燒嘴前端后，在爐膛內(nèi)混合、燃燒。外混式結(jié)構(gòu)出于安全的考慮，防止氧氣與燃?xì)庠跓靸?nèi)混合引起爆炸。
[0006]純氧燃?xì)饣剞D(zhuǎn)化鐵爐使用的現(xiàn)有純氧燒嘴，由金屬材料形成相互疊套的三層，其中心層為燃?xì)饬鞯?、中層為氧氣流道、外層為冷卻水流道；相互疊套的三層，其橫截面為圓形。雖然純氧燒嘴相互疊套的三層，也可以為矩形或方形截面，但流道為圓形截面的燒嘴顯然更具有結(jié)構(gòu)和成本上經(jīng)濟(jì)性。
[0007]燃料與助燃劑的充分混合是燃料燃燒的前提條件，如果燒嘴的混合性能差、兩種氣流需要較長距離才能均勻混合，則燃燒產(chǎn)生的火焰長度較大。
[0008]回轉(zhuǎn)化鐵爐現(xiàn)有純氧燃?xì)鉄?，燃?xì)馐髅撾x燒嘴的瞬間為圓柱形，氧氣束流為空心圓柱形，兩股射流在脫離燒嘴的瞬間呈相互平行狀態(tài)；兩股射流通過相互之間及其與爐膛中的氣體三者之間的相互作用，在爐膛中進(jìn)行橫向迀移、相互散射，實現(xiàn)混合目的。在現(xiàn)有純氧燃?xì)鉄斐隹谔?，兩種氣體的束流當(dāng)量直徑大、而且流向相互平行、混合性能差，需要較長距離才能混合均勻，因此現(xiàn)有純氧燃?xì)鉄斓幕鹧骈L度長。
[0009]加熱爐的功率密度是指加熱爐單位容量(t)的加熱功率(KW)，單位一般為KW/t，該技術(shù)概念最先應(yīng)用于感應(yīng)加熱電爐。在一定范圍內(nèi)提高加熱爐的功率密度，可以縮短加熱時間、提高生產(chǎn)效率，同時達(dá)到減少爐體散熱量、節(jié)省能量或者燃料消耗的目的。毫無疑義，如果提高純氧燃?xì)饣剞D(zhuǎn)化鐵爐的功率密度，可以達(dá)到提高其生產(chǎn)效率、縮短其加熱時間的目的。
[0010]純氧燃?xì)饣剞D(zhuǎn)化鐵爐的爐膛尺寸，需要遵從爐膛表面積盡可能小、減少爐壁散熱的基本設(shè)計原則，爐膛的長度與爐膛的直徑之間存在一定的數(shù)值關(guān)系。在化鐵爐爐膛長度一定的條件下，欲提高化鐵爐的功率密度、增加燒嘴的熱功率，如果燒嘴的混合性能差、火焰長度大，燒嘴燃燒產(chǎn)生的火焰將脫離爐膛、脫離所要加熱的爐料，導(dǎo)致無效加熱和燃料浪費。所以說，燒嘴的火焰長度決定了純氧燃?xì)饣剞D(zhuǎn)化鐵爐的功率密度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供一種回轉(zhuǎn)化鐵爐水冷外混式純氧燃?xì)鉄?，克服現(xiàn)有技術(shù)燒嘴當(dāng)量中氧氣和天然氣出口的直徑大、束流平行的局限性，通過縮短火焰長度，提高純氧燃?xì)饣剞D(zhuǎn)化鐵爐的功率密度，提高其熔化效率、縮短其熔化時間，節(jié)省燃料、降低生產(chǎn)成本。
[0012]技術(shù)解決方案
本發(fā)明包括:燒嘴，燒嘴上設(shè)有冷卻水的進(jìn)水流道及回水流道，其特征在于，燒嘴前端設(shè)置有多個當(dāng)量直徑小的燃?xì)鈬娍缀脱鯕鈬娍?，同時使燃?xì)鈬娍字行木€形成的線簇和氧氣噴孔中心線相成的線簇在燒嘴前方空間呈交匯狀態(tài)。
[0013]所述燃?xì)鈬娍缀脱鯕鈬娍装匆欢ㄒ?guī)律排列，并且燃?xì)鈬娍字行木€形成的線簇與氧氣噴孔中心線形成的線簇之間，存在著小于90°的交匯角，經(jīng)過燃?xì)鈬娍缀脱鯕鈬娍椎膬煞N氣流在燒嘴前方一定位置交匯。
[0014]所述燃?xì)鈬娍谆蚨鄠€氧氣噴孔分布在幾個直徑不同的圓上或矩形線格上，燃?xì)鈬娍着c氧氣噴孔中心線形成的線簇在其視平面上投影呈交匯狀態(tài)。
[0015]所述燃?xì)鈬娍谆蜓鯕鈬娍字行木€形成的線簇包括:圓錐面、雙曲面、圓柱面、棱錐面、或者棱柱面。
[0016]燃?xì)鈬娍着c氧氣噴孔的橫截面形狀為圓形，分布在幾個直徑不同的圓上；位于外側(cè)的兩圈氧氣噴孔中心線形成的線簇為兩個圓錐面，兩個圓錐的頂點均在燒嘴中線上；位于最內(nèi)側(cè)的燃?xì)鈬娍字行木€形成的線簇為圓柱面，位于次內(nèi)側(cè)的燃?xì)鈬娍字行木€形成的線簇為圓錐面，錐頂點在燒嘴中線上。
[0017]燃?xì)鈬娍着c氧氣噴孔分布在大小不同的矩形線格上，并且燃?xì)鈬娍着c氧氣噴孔的中心線形成的線簇在其視平面上的投影存在小于90°的交匯角。
[0018]所述外側(cè)兩圈的氧氣噴孔的中心線與燒嘴中線存在一定角度，且外側(cè)兩圈的氧氣噴孔的中心線順時針方向傾斜，氧氣噴孔中心線形成的線簇為雙曲面；位于最內(nèi)側(cè)的燃?xì)鈬娍字行木€形成的線簇為圓柱面，位于次內(nèi)側(cè)的燃?xì)鈬娍字行木€形成的線簇也為雙曲面，每個噴孔的中心線沿逆時針傾斜。
[0019]所述氧氣噴孔與燃?xì)鈬娍追植荚诰匦胃窬€上，外側(cè)布置的兩圈氧氣噴孔的中心線形成的線簇均為四棱錐面；最內(nèi)側(cè)一圈的燃?xì)鈬娍字行木€形成的線簇為四棱柱面，次內(nèi)側(cè)一圈的燃?xì)鈬娍字行木€形成的線簇為四棱錐面。
[0020]所述燒嘴冷卻水的進(jìn)水流道或回水流道中設(shè)有冷卻水螺旋流道葉片，進(jìn)水流道中的進(jìn)水腔或回水流道中的出水腔與冷卻水螺旋流道葉片在燒嘴冷卻水流道中形成的螺旋流道。
[0021 ] 所述燒嘴冷卻水的進(jìn)水流道和回水流道中同時設(shè)冷卻水螺旋流道葉片，進(jìn)水流道中的進(jìn)水腔和回水流道中的出水腔分別與冷卻水螺旋流道葉片在燒嘴冷卻水流道中形成的螺旋流道。
[0022]本發(fā)明優(yōu)點:
本發(fā)明繼承了現(xiàn)有燒嘴氧氣和燃?xì)馔饣斓膬?yōu)點，在保證燒嘴工作安全性的前提下，通過在燒嘴前端設(shè)置多個按一定規(guī)律排列的當(dāng)量直徑較小的燃?xì)鈬娍缀脱鯕鈬娍?，同時通過使燃?xì)鈬娍字行暮脱鯕鈬娍字行木€所形成的線簇在空間呈交匯狀態(tài)，克服了現(xiàn)有技術(shù)涉及的純氧燃?xì)鉄旎旌闲圆睢⒒鹧骈L度大的局限性；并且通過燒嘴冷卻水流道的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，運動軌跡為螺旋線。進(jìn)水腔和進(jìn)水螺旋流道葉片在燒嘴冷卻水流道中形成的螺旋流道，與環(huán)形流道相比，其優(yōu)越性在于縮小了流道的水力學(xué)半徑、大幅度提高了冷卻水的流速、強化了冷卻水與燒嘴之間的對流換熱效率，加強了冷卻水對燒嘴的冷卻，預(yù)防了燒嘴火焰縮短后高溫火焰對燒嘴的熱損壞，提高純氧燃?xì)饣剞D(zhuǎn)化鐵爐的功率密度，提高其熔化效率、縮短其熔化時間，節(jié)省燃料、降低生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1的A部放大圖，表示氧氣噴孔與燃?xì)鈬娍字行木€簇的交匯狀態(tài)；
圖3、圖4與圖5均為圖1的B向視圖；
圖6為圖1中冷卻水螺旋流道的視圖。
[0024]圖7為本發(fā)明燒嘴的一個實施例；
圖8為圖7的D部局部放大圖；
圖9為圖7的E向視圖。
[0025]圖10為現(xiàn)有技術(shù)純氧燃?xì)鉄斓慕Y(jié)構(gòu)示意圖；
圖11為圖10的F向視圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖及其實施例說明本發(fā)明所述燒嘴的結(jié)構(gòu)和工作原理，并結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)燒嘴說明本發(fā)明的優(yōu)越性。
[0027]在圖1到圖11中，1.聯(lián)結(jié)法蘭，2.冷卻水出口，3.出水腔，4.氧氣接口，5.氧氣流道，6.燃?xì)饬鞯溃?.燃?xì)饨涌冢?.進(jìn)水腔，9.冷卻水進(jìn)口，10.燒嘴中心線，11.進(jìn)水腔螺旋流道葉片，12.燃?xì)鈬姵隹祝?3.氧氣噴出孔，14.聯(lián)結(jié)螺栓，15.爐殼，16.爐襯，17.回水腔螺旋流道葉片，18.隔離支筋，19.燃?xì)馀c氧氣噴頭，20.螺紋，21.扳手缺口。其中；圖2表示氧氣噴孔與燃?xì)鈬娍字行木€簇的交匯狀態(tài)；
燃?xì)庥扇細(xì)饨涌?7進(jìn)入燒嘴、沿燃?xì)饬鞯?到達(dá)燒嘴前端，經(jīng)過多個燃?xì)鈬娍?2在燒嘴前方與多個氧氣噴孔13流出的氧氣束流交匯。氧氣由氧氣接口 4進(jìn)入燒嘴、沿氧氣流道5到達(dá)燒嘴前端，經(jīng)過多個氧氣噴孔13在燒嘴前端與多個燃?xì)鈬娍?2流出的燃?xì)馐鹘粎R。
[0028]圖2表示，燃?xì)鈬娍?2中心線形成的線簇和氧氣噴孔13中心線形成的線簇之間，存在著小于90°的交匯角，經(jīng)過燃?xì)夂脱鯕鈬娍椎膬煞N氣流在燒嘴前方一定位置交匯、達(dá)到兩種氣體相互混合的目的。燃?xì)夂脱鯕庵行木€形成的線簇不管是圓錐面、雙曲面、圓柱面、棱錐面、或者棱柱面，只要兩者的中心線在圖2視平面上投影呈交匯狀態(tài)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。此處所謂的有關(guān)中心線形成的有關(guān)線簇在圖2視平面上呈交匯狀態(tài)，并不意味著每個燃?xì)鈬娍?2的中心線與每個氧氣噴孔13的中心線一定處于在同一平面上、SP不意味著所有噴孔的中心線一定呈相交狀態(tài)。
[0029]圖3表示，燃?xì)鈬娍?2與氧氣噴孔13，各個噴孔的橫截面形狀為圓，分布在幾個直徑不同的圓上；位于外側(cè)的兩圈氧氣噴孔13中心線形成的線簇為兩個圓錐面，兩個圓錐的頂點均在燒嘴中線10上；位于最內(nèi)側(cè)的燃?xì)鈬娍?2中心線形成的線簇為圓柱面，位于次內(nèi)側(cè)的燃?xì)鈬娍?2中心線形成的線簇為圓錐面，錐頂點在燒嘴中線10上。
[0030]如果噴孔橫截面的形狀為圓錐形或其他幾何形