專利名稱：頂置噴管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴管。
盡管不排他，本發(fā)明尤其涉及一種用在基于連續(xù)性投料或批量投料的冶金容器中的噴管。該噴管能夠長期暴露于爐內(nèi)能化學腐蝕噴管的金屬熔液和熔渣中，并承受易促使噴管過早發(fā)生機械性故障的爐內(nèi)溫度的劇烈變化。
盡管絕非特指，本發(fā)明特別涉及一種用于一定操作位置范圍內(nèi)的噴管，將固體原料注入內(nèi)裝一定熔融爐料的冶金容器中，爐料中有一層金屬熔液、一層熔渣、或許還有兩者的混合物。上述的操作位置范圍包括，但不限于下列位置ⅰ．噴管頂端高于熔池，處于能夠被噴濺著的位置或脫離噴濺的位置；ⅱ．噴管頂端插入熔渣中；ⅲ．噴管頂端插入金屬熔液中。
盡管絕非特指，本發(fā)明特別涉及一種基于采用本發(fā)明的噴管向冶金容器中噴注固體原料的方法。
盡管絕非特指，本發(fā)明特別涉及這樣一種噴管，能夠利用頂置噴注固體原料，如煤炭、鐵礦石，和溶劑，透過冶金容器中金屬熔液和熔渣表面完成高強度熔化過程，產(chǎn)生鐵水。
還有許多已知的噴管和噴口裝置能夠向冶金容器中噴注固體原料來制造黑色金屬和有色金屬，以及合金。舉例來說，已知的噴管和噴口裝置包括?。_維德-李型底端噴口裝置，透過冶金容器的耐火材料襯層向爐內(nèi)噴注氧氣。噴口裝置至少包括兩個同軸管。典型地，使用時通過內(nèi)管噴注氧氣，通過兩管之間環(huán)形通道向爐內(nèi)噴注作為冷卻劑的碳氫化合物。這種噴口裝置也可用于不噴注氧氣，而通過運載氣體(如Z-Bop,KS,KMS)來噴注固體原料。Kortec AG曾有類似的專利，是由幾個特殊的同軸管組成的噴口裝置，使用時由碳氫化合物和水組成的混合物，以及運載氣體進行冷卻。這些裝置有廣泛的應(yīng)用范圍，然而，一般來說該噴口裝置對其周圍耐火爐襯燒損和腐蝕很敏感。典型地，爐襯燒損以及伴隨產(chǎn)生的耐火材料層腐蝕的速度介于0.5mm/小時和1.5mm/小時之間，這種速度限制了噴口裝置的壽命。
ⅱ．Kortec AG也有水平或豎直的可移動噴口裝置專利，與ⅰ中所述的噴口裝置特性相似。噴口裝置的同軸管裝在圓形耐火材料襯套中，管和襯套的總成逐漸浸入冶金容器中，用以補償爐襯的燒損。這種方法，可使耐火材料層的腐蝕減少到最低限度。
ⅲ．傾斜頂置噴管，尤其用于向電弧爐裝置中注入氧氣、煤炭和其它固體。該噴管采用水冷方式，在熔爐操作中，噴管插入熔渣層中，但不應(yīng)接觸金屬熔液層，以確保噴管和熔液有最少的接觸。典型地，噴管的壽命限于500-2000個熱循環(huán)(200-800個操作小時)，此后就需要維護和修補。
其它已知的噴管和噴口裝置包括，但不限于西羅熔煉(Sirosemlt)噴管，奧熔煉(Ausmelt)噴管和用于鋼鐵工業(yè)中噴注氣體和固體的鋼管(以及耐火材料層鋼管)。
然而，盡管有眾多已知的噴管，但未發(fā)現(xiàn)能夠長期暴露于鐵水中并承受相當長時間和持續(xù)溫變的噴管，而這些要求在高強度熔煉過程或類似過程中采用頂置噴注原料時都是需要的。
本發(fā)明的目的是提供一種能夠在這些條件下使用的噴管。
本發(fā)明提供一種向冶金容器中噴注原料，尤其是固體原料的噴管，包括?。言纤瓦M噴管的進口；ⅱ．噴管前端用于排出原料的出口；ⅲ．組成進口、出口間原料通道的中空延伸構(gòu)件，適于被第一種冷卻流體冷卻；ⅳ．位于構(gòu)件部分長度周圍的套筒，適于被第二種冷卻流體冷卻。
使用時，套筒和流經(jīng)套筒的第二種冷卻流體作為被圍構(gòu)件部分的防護裝置，防止因接觸金屬熔液和/或熔渣而導致的對該部分構(gòu)件的直接損壞，并把高溫和溫變對整個構(gòu)件的副作用減少到最低限度。另外，使用時流經(jīng)構(gòu)件的第一種冷卻流體保護構(gòu)件不受高溫環(huán)境副作用的影響；即保護其(ⅰ)．構(gòu)件外部，包括噴管前端超出套筒的構(gòu)件部分；(ⅱ)．構(gòu)件內(nèi)部，在原料被預(yù)熱的位置上。
盡管絕非必須，構(gòu)件最好采用環(huán)形結(jié)構(gòu)。
在噴管前端，構(gòu)件最好延伸到套筒之外。
構(gòu)件最好有至少一條供第一種冷卻流體流經(jīng)的冷卻流體通道。
構(gòu)件最好有把第一種冷卻流體引進冷卻流體通道的進口，和從冷卻流體通道中排出已被加熱的冷卻流體的出口。
液卻液通道出口最好位于噴管前端。
冷卻流體通道最好采用環(huán)形空腔結(jié)構(gòu)。
第一種冷卻流體最好是由水和氣體(如氮氣，一氧化碳，或氬氣等)組成的混合物。
第一種冷卻流體也可以包括一種或多種使用時對熔煉過程有益的其它氣體。
噴管最好還包括霧化水/氣混合物中水的裝置。
尤其是把霧化裝置布置在冷卻流體通道入口處最佳。
構(gòu)件最好有兩個或多個供第一種冷卻流體流經(jīng)的冷卻流體通道。
對于這種裝置，冷卻流體通道最好是同軸的環(huán)形空腔。
構(gòu)件最好包括外壁、內(nèi)壁、以及兩者之間形成的環(huán)形冷卻流體空腔。
對于這種裝置，其它的環(huán)形冷卻流體空腔最好由構(gòu)件外壁和套筒內(nèi)壁之間的環(huán)形間隙組成。
噴管最好還包括一個支撐構(gòu)件的裝置，使得構(gòu)件在噴管縱向方向上可以相對于套筒移動。
噴管最好還包括相對于套筒移動構(gòu)件的裝置，用以補償噴管前端處構(gòu)件的腐蝕，并由此維持噴管頂端處構(gòu)件和套筒之間的相對位置。
套筒最好布置在噴管前端處構(gòu)件部分的周圍。
套筒最好形成一個供第二種冷卻流體流經(jīng)的空腔。
該空腔最好在噴管前端處封閉。
尤其是空腔最好采用環(huán)形腔結(jié)構(gòu)。
對于這種裝置，套筒最好有把第二種冷卻流體引進空腔的進口，和從空腔中排出已加熱第二冷卻流體的出口。
噴管最好包括控制第二種冷卻流體進入空腔進口處流速的裝置，尤其是使用時，流速最好控制在能夠使套筒外表面形成并維持一層鐵水/熔渣凍層的水平上。
第二種冷卻流體最好是水。
本發(fā)明提供一種向裝有金屬熔液和熔渣爐料的冶金容器中噴注固體原料的方法，該方法包括?。谝欢ú僮魑恢梅秶鷥?nèi)有選擇地在冶金容器中布置如上所述的噴管，操作位置范圍包括a．高于熔池，處于能夠被噴濺著的位置或脫離噴濺的位置；b．插入熔渣中；c．插入金屬熔液中。
ⅱ．通過噴管構(gòu)件中的通道向熔池內(nèi)噴注原料；ⅲ．向構(gòu)件提供第一冷卻流體；ⅳ．向噴管套筒提供第二種冷卻流體，這樣套筒和第二種冷卻流體就構(gòu)成了位于構(gòu)件封閉部分周圍的護套。
本發(fā)明將結(jié)合附圖進行更深入的描述，其中

圖1是一示意圖，圖示了帶有頂置噴管的冶金容器，其中噴管從冶金容器側(cè)壁穿過；圖2是采用本發(fā)明的頂置噴管的一個優(yōu)選實施例的縱剖視圖。
下面按照把鐵礦石熔煉成鐵水的情況進行描述，當然，不難理解本發(fā)明并不局限于該應(yīng)用，一般來說，還適用于在冶金容器中煉制黑色和有色金屬和合金。
圖1是簡化的原理圖，圖示了用頂置噴注固體原料方法采用高強度熔煉過程進行煉制鐵礦石的裝置的一個實施例。
該裝置包括冶金容器3。冶金容器有金屬外殼和耐火材料襯層，其中耐火材料襯層適于盛留由鐵水層、熔渣層及兩者混合物組成的熔融熔池9。冶金容器3包括一個爐底4，柱狀側(cè)面6，爐頂20和氣體出口8。
該裝置還包括用于向熔池9中噴注固體原料，如鐵礦石(包括預(yù)還原的鐵礦石)、煤炭，和熔劑的噴管5，爐料在熱態(tài)或冷態(tài)下包含在運載氣體中，如空氣、氮氣、或天然氣等。噴管5穿過冶金容器3的側(cè)壁6，可以在一定的操作位置范圍內(nèi)布置，包括圖1所示的位置，其中噴管5的頂端13在熔池9表面的上方，并與熔池9表面有一段短的距離；其它的操作位置還包括把噴管頂端13浸入熔渣層或熔渣/金屬層，這些都可以采用。
該裝置還包括用于向冶金容器3內(nèi)噴注含氧氣體的頂置噴管10，噴管10穿過冶金容器3的爐頂20延伸。
典型地，使用過程中，冶金容器3的溫度變化范圍在1450℃到2000℃之間。尤其是為了在上述操作位置范圍內(nèi)正常使用，噴管5使用時必須能夠承受熔池1500℃數(shù)量級的溫度，以及熔池9上方氣體空間高達2000℃的高溫。
如圖2所示，噴管5包括把固體原料送進管內(nèi)的進口端21，和把固體原料從中排出的出口端23。
噴管5也包括一個中空的延伸管構(gòu)件，整體標號是25。該構(gòu)件形成了一個在噴管5整個縱向方向上延伸的中央通道19，位于進口端21和出口端23之間，其中出口端23形成了噴管的前端。
使用時，由運載氣體攜帶的固體原料從進口端21進入通道19，經(jīng)出口端即前端23從噴管排出。
管構(gòu)件25包括三個同軸管，其中內(nèi)管27由陶瓷材料制成，中間管29和外管31由不銹鋼制成。
管構(gòu)件25的結(jié)構(gòu)中，中間管29和外管31之間形成了一個環(huán)形間隙，該間隙形成了供冷卻流體流經(jīng)的環(huán)形通道33，冷卻流體是霧化水和諸如氮氣、一氧化碳和氬氣之類的氣體組成的混合物。
噴管5還包括一個水冷套筒35，位于管構(gòu)件25部分長度的周圍，水冷套筒位于噴管5的前端即出口端部位。
套筒35的結(jié)構(gòu)中，管構(gòu)件25與套筒35之間形成了一個環(huán)形間隙，該間隙形成了另一個霧化水/氣混合物流經(jīng)的環(huán)形通道。
噴管5還包括歧管空腔41和43，這些空腔形成了霧化水/氣混合物進入冷卻流體通道39,33的進口。使用時，通過歧管空腔41,43噴射的霧化水/氣混合物經(jīng)通道33,39流動，從噴管5的前端即出口端23排出。
套筒35由不銹鋼制成，形成了前端封閉的環(huán)形空腔37。套筒35包括冷卻水進口45和已加熱冷卻水出口47，兩者位于套筒35一遠端末梢部分直徑上完全相反的位置，該端遠離噴管5的出口端，即前端23。使用時，通過進口45噴射的冷卻水經(jīng)空腔37，從出口47把已加熱的冷卻液排出。
套筒35還包括空腔37中的環(huán)形管49，用以把空腔37隔成內(nèi)、外兩部分。管49的使用目的是優(yōu)化冷卻水的熱傳遞。
噴管5的結(jié)構(gòu)中，管構(gòu)件25可以相對于套筒35移動。這個特征使得管構(gòu)件25可以朝著噴管5出口端(即前端)的方向逐漸移動，以維持管構(gòu)件25和套筒35之間的相對位置，如圖2所示。這對于補償噴管前端即出口端23位置管構(gòu)件25的逐漸磨損是必要的，而這種磨損是在冶金容器3中使用噴管5的必然結(jié)果。
申請者在裝有鐵水和熔渣的冶金容器3內(nèi)對上面所述的噴管5進行了試驗，從中發(fā)現(xiàn)噴管5事實上能夠承受冶金容器3的環(huán)境條件。
在不脫離本發(fā)明范圍和精神實質(zhì)的基礎(chǔ)上，可對上述優(yōu)選實施例做出許多變更。
權(quán)利要求
1．向冶金容器中噴注原料，尤其是固體原料的噴管，包括?。言纤瓦M噴管的進口；ⅱ．噴管前端用于排出原料的出口；ⅲ．組成進口、出口間原料通道的中空延伸構(gòu)件，適于被第一種冷卻流體冷卻；ⅳ．位于構(gòu)件部分長度周圍的套筒，適于被第二種冷卻流體冷卻。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴管，其特征在于在噴管前端，所述構(gòu)件延伸到套筒以外。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的噴管，其特征在于所述構(gòu)件至少包括一條供第一種冷卻流體流經(jīng)的冷卻流體通道。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴管，其特征在于所述構(gòu)件包括把第一種冷卻流體引進冷卻流體通道的進口，和排出已受熱第一種冷卻流體的出口。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴管，其特征在于冷卻流體通道出口位于噴管的前端部位。
6．根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的噴管，其特征在于冷卻流體通道采用環(huán)形空腔形式。
7．根據(jù)權(quán)利要求4到6中任何一項所述的噴管，其特征在于第一種冷卻流體包括水和諸如氮氣、一氧化碳或氬氣之類的氣體組成的混合物。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的噴管，其特征在于，還包括在冷卻流體通道進口處把水/氣混合物中水霧化的裝置。
9．根據(jù)權(quán)利要求4到8中任何一項所述的噴管，其特征在于所述構(gòu)件包括兩個或更多供第一種冷卻流體流經(jīng)的冷卻流體通道。
10．根據(jù)權(quán)利要求8所述的噴管，其特征在于冷卻流體通道是同軸的環(huán)形空腔。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的噴管，其特征在于所述構(gòu)件包括外壁、內(nèi)壁和兩者之間形成的一個環(huán)形冷卻流體通道。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的噴管，其特征在于所述構(gòu)件外壁與套筒內(nèi)壁之間形成另一個環(huán)形冷卻流體通道。
13．根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的噴管，其特征在于，還包括支撐所述構(gòu)件的裝置，使得該構(gòu)件可以在噴管的縱向方向上相對于套筒移動。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的噴管，其特征在于，還包括相對于套筒移動構(gòu)件的裝置，以補償噴管前端部位構(gòu)件的腐蝕，從而維持噴管前端部位套筒和構(gòu)件之間最初的相對位置。
15．根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的噴管，其特征在于套筒位于噴管前端處構(gòu)件部分的周圍。
16．根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的噴管，其特征在于套筒形成了供第二種冷卻流體流經(jīng)的空腔。
17．根據(jù)權(quán)利要求16所述的套筒，其特征在于上述空腔在噴管前端處是封閉的。
18．根據(jù)權(quán)利要求17所述的套筒，其特征在于上述空腔是環(huán)形的。
19．根據(jù)權(quán)利要求18所述的套筒，其特征在于套筒包括把第二種冷卻流體引進空腔的進口，和從空腔中把已受熱的第二種冷卻流體排出的出口。
20．根據(jù)權(quán)利要求19所述的噴管，其特征在于，還包括一個控制第二種冷卻流體進入空腔進口處流速的裝置。
21．向裝有金屬熔液和熔渣的冶金容器中噴注固體原料的方法，包括?。谝欢ú僮魑恢梅秶鷥?nèi)有選擇地在冶金容器中布置根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的噴管，操作位置范圍包括a．高于熔池，處于能夠被噴濺著的位置或脫離噴濺的位置；b．插入熔渣中；c．插入金屬熔液中；ⅱ．通過噴管構(gòu)件中的通道向熔池內(nèi)噴注原料；ⅲ．向構(gòu)件提供第一種冷卻流體；ⅳ．向噴管套筒提供第二種冷卻流體，使套筒和第二種冷卻流體構(gòu)成位于構(gòu)件封閉部分周圍的護套。
22．根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，包括對第二種冷卻流體流速進行控制，以便在套筒外表面形成金屬/熔渣凍層。
23．根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的方法，其特征在于熔池的溫度高達1500℃，熔池上方的氣體空間的溫度高達2000℃。
24．根據(jù)權(quán)利要求21到23中任何一條所述的方法，其特征在于熔池包括鐵水和熔渣，固體原料包括熔劑和煤、鐵礦石、部分還原的鐵礦石中的任何一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于向冶金容器中噴注原料,尤其是固體原料的噴管(5)。噴管包括:把原料送進管內(nèi)的進口(21);噴管(5)前端的用于排出原料的出口(23);形成進口(21)、出口(23)間原料通道(33)的中空延伸構(gòu)件(25),適于被第一種冷卻流體冷卻;位于構(gòu)件(25)部分長度周圍的套管(35),適于被第二種冷卻流體冷卻。
文檔編號F27D3/16GK1225140SQ97196205
公開日1999年8月4日 申請日期1997年7月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月12日
發(fā)明者拉爾夫·M·韋伯, 羅德尼·J·德賴, 塞西爾·P·貝茨 申請人:技術(shù)資源有限公司