兼具吹炼和预热预熔废钢的转炉多功能氧枪及使用方法

技术领域

本发明涉及炼钢设备与工艺技术领域，特别涉及一种兼具吹炼和预热预熔废钢的转炉多功能氧枪及使用方法。

背景技术

转炉及其附属设备是各大钢铁企业所使用的主体炼钢设备，其中顶吹氧枪是其炼钢生产的主要附属装置之一，该装置被置于转炉上方，通过向转炉内喷吹高速氧气，进行钢水精炼，或者喷吹氮气，完成溅渣护炉的操作。

目前，通用转炉氧枪均由三层套在一起的钢管和枪体喷头组成，其中内一层套管为氧气通道，内一层套管与内二层套管之间形成的环缝为冷却水进水通道，内二层套管与外层套管之间形成的环缝为冷却水回水通道，进水通道和回水通道在枪体喷头处连通。使用氧枪时，向氧气通道通入氧气，氧气通过氧气喷孔喷吹至转炉内，和铁水中的碳、硅等元素发生氧化还原反应，放出热量，精炼钢水；或者在氧气通道中通入氮气，进行溅渣护炉操作。冷却水经进水管道流至枪体喷头处冷却枪体与喷头后，再经回水管道返回。

由此可见，传统转炉氧枪只具备喷吹单一气体功能，其中喷吹氧气，用以精炼钢水并通过碳氧反应放出热量，为炼钢补充热能；或者喷吹氮气进行溅渣护炉。

目前钢铁行业是碳排放量最高的制造行业。废钢是唯一可以替代铁矿石的炼钢原料，废钢作为载能体，每利用一吨废钢可以节约350kg标煤/吨钢，减排CO

根据现在的转炉炼钢生产工艺，使用传统转炉氧枪所能提供的化学热量相对有限，废钢加入量仅为冶炼钢水的10～20％，使用传统氧枪提高转炉废钢加入量收到限制。

为进一步提高转炉炼钢废钢占比，消耗更多废钢，减少炼钢碳排放，急需一种能提供更多热能的新型转炉氧枪。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种兼具吹炼和预热预熔废钢的转炉多功能氧枪，为转炉提供热补偿，以实现转炉高废钢比冶炼，减少炼碳排放的目的。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种兼具吹炼和预热预熔废钢的转炉多功能氧枪，包括枪体，枪体头部设有多个拉瓦尔喷孔，枪体包括同轴设置的内一层套管、内二层套管、内三层套管、外层套管，内一层套管的后端与氧气支管相连通形成氧气通道，拉瓦尔喷孔与氧气通道连通，内二层套管的后端与燃气支管连通，内一层套管与内二层套管之间形成燃气通道，在拉瓦尔喷孔扩张段设有多个燃气通孔，燃气通孔与燃气通道连通，内三层套管的后端与进水支管连通，内二层套管与内三层套管之间形成进水通道，外层套管的后端与回水支管连通，内三层套管与外层套管之间形成回水通道，内三层套管的头部设有通水口，通水口将进水通道和回水通道连通。

所述的拉瓦尔喷孔的数量为5～6个。

所述的燃气通孔的数量为4～6个。

所述的燃气通孔设置在拉瓦尔喷孔的扩张段。

所述的燃气通孔的直径为10mm～12mm。

一种兼具吹炼和预热预熔废钢的转炉多功能氧枪使用方法，采用转炉多功能氧枪进行废钢预热预熔冶炼，具体操作步骤如下：

(1)降下转炉多功能氧枪，氧气支管通入氮气，向转炉内喷入氮气，进行溅渣护炉1～3分钟，然后提起转炉多功能氧枪；

(2)向转炉内加入单炉1次炼钢总量25～50％的废钢，降下转炉多功能氧枪，氧气通道通入氧气，同时燃气支管通入燃气，向转炉内喷入氧气燃气混合气体，然后点火，冷却水从进水支管进入进水通道，达到枪体头部进行冷却，冷却水从通水口进入回水通道，由回水支管流出，废钢加热到800～1600℃，然后提起转炉多功能氧枪；

(3)按常规流程向转炉内加入铁水和造渣剂，降下转炉多功能氧枪，停止通入燃气，仅氧气支管通入氧气，向转炉内喷吹氧气进行吹炼，达冶炼目标后出钢。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的转炉多功能氧枪，能够同时喷吹氧气和燃气，燃气从拉瓦尔喷孔扩张段进入与氧气进行混合，以获得较高的燃烧效率和燃烧温度，为转炉提供热补偿，以提高转炉废钢比。当废钢预热预熔到一定程度后，向转炉内兑入铁水，之后氧枪作为供氧使用，仅通入氧气进行吹炼。

使用转炉多功能氧枪，可大幅增加转炉废钢装入量，废钢比可达50％以上，与传统炼钢10％～15％的废钢装入量相比，大幅减少铁水用量，极大降低了吨钢成本和碳排放。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中A处放大图。

图3为本发明的结构俯视图。

图中：内一层套管1、内二层套管2、内三层套管3、外层套管4、通水口5、拉瓦尔喷孔6、燃气通孔7、氧气支管8、燃气支管9、进水支管10、回水支管11、氧气通道12、燃气通道13、进水通道14、回水通道15、

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施案例及实施案例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的内容有：”术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定方位、以特定方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明描述中，除非另有说明，“多个”含义是两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～图3，一种兼具吹炼和预热预熔废钢的转炉多功能氧枪，包括枪体，枪体的头部设有多个拉瓦尔喷孔6，枪体包括同轴设置的内一层套管1、内二层套管2、内三层套管3、外层套管4，内一层套管1、内二层套管2、内三层套管3及外层套管4的头部均为密封结构。

内一层套管1的后端与氧气支管8相连通形成氧气通道12，氧气支管2可通入氮气或氧气，拉瓦尔喷孔6与氧气通道12连通；

内二层套管2的后端与燃气支管9连通，内一层套管1与内二层套管2之间形成燃气通道13，拉瓦尔喷孔6的圆周上均布多个燃气通孔7，燃气通孔7设置在拉瓦尔喷孔的扩张段，燃气通孔7与燃气通道13连通，预熔预热废钢时，燃气先后流经燃气通道13和燃气通孔7后进入拉瓦尔喷孔6的扩张段，与氧气在扩张段混合后，氧气和燃气混合气喷入转炉内，混合气体在炉内燃烧，产生高热用于加热或熔化废钢。

内三层套管3的后端与进水支管10连通，内二层套管2与内三层套管3之间形成进水通道14，外层套管4的后端与回水支管11连通；内三层套管3与外层套管4之间形成回水通道15，枪体头部的进水通道14和回水通道连通15之间设有通水口5，冷却水由进水支管10进水，经进水通道14，到达枪体头部，冷却枪体头部后由回水通道15返回，再由回水支管11排出。

所述的拉瓦尔喷孔6的数量为5～6个。

所述的燃气通孔7的数量为4～6个。

所述的燃气通孔7的直径为10mm～12mm。

一种兼具吹炼和预热预熔废钢的转炉多功能氧枪的使用方法，采用转炉多功能氧枪进行废钢预热预熔冶炼，具体操作步骤如下：

(1)降下转炉多功能氧枪，氧气支管通入氮气，向转炉内喷入氮气，进行溅渣护炉1～3分钟，然后提起转炉多功能氧枪；

(2)向转炉内加入单炉1次炼钢总量25～50％的废钢，降下转炉多功能氧枪，氧气通道通入氧气，同时燃气支管通入燃气，向转炉内喷入氧气燃气混合气体，然后点火，冷却水从进水支管进入进水通道，达到枪体头部进行冷却，冷却水从通水口进入回水通道，由回水支管流出，废钢加热到800～1600℃，然后提起转炉多功能氧枪；

(3)按常规流程向转炉内加入铁水和造渣剂，降下转炉多功能氧枪，停止通入燃气，仅氧气支管通人氧气，向转炉内喷吹氧气进行吹炼，达冶炼目标后出钢。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

为使本发明的目的、技术方案和技术效果更加清楚，现对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。但以下所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。结合本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护范围。

实施例1

一种兼具吹炼和预热预熔废钢的转炉多功能氧枪，包括枪体，枪体的头部设有5个拉瓦尔喷孔6，枪体包括同轴设置的内一层套管1、内二层套管2、内三层套管3、外层套管4，

内一层套管1的后端与氧气支管8相连通形成氧气通道12，氧气支管2可通入氮气或氧气，拉瓦尔喷孔6与氧气通道12连通；

内二层套管2的后端与燃气支管9连通，内一层套管1与内二层套管2之间形成燃气通道13，拉瓦尔喷孔6的圆周上设有4个燃气通孔7，燃气通孔7设置在拉瓦尔喷孔的扩张段。燃气通孔7与燃气通道13连通，燃气通孔的直径为10mm。

内三层套管3的后端与进水支管10连通，内二层套管2与内三层套管3之间形成进水通道14，外层套管4的后端与回水支管11连通；内三层套管3与外层套管4之间形成回水通道15，内三层套管3的头部设有通水口5，通水口5将进水通道14和回水通道连通15。

以某钢厂260t转炉为例，使用转炉多功能氧枪进行废钢预热预熔和的炼，具体操作步骤如下：

(1)降下转炉多功能氧枪，氧气支管通入氮气，向转炉内喷入氮气，进行溅渣护炉1～3分钟，然后提起转炉多功能氧枪；

(2)向转炉内加入单炉1次炼钢总量25～50％的废钢，降下转炉多功能氧枪，氧气通道通入氧气，同时燃气支管通入燃气，向转炉内喷入氧气燃气混合气体，然后点火，冷却水从进水支管进入进水通道，达到枪体头部进行冷却，冷却水从通水口进入回水通道，由回水支管流出，废钢加热到熔化所需的1500～1600℃，然后提起转炉氧燃枪；

(3)按比例向转炉内加入130t铁水，降下转炉氧燃枪，关闭燃气阀门，仅通过氧气通道向转炉内喷吹氧气进行吹炼，达冶炼目标后出钢。

实施例2：

一种兼具吹炼和预热预熔废钢的转炉多功能氧枪，包括枪体，枪体的头部设有6个拉瓦尔喷孔6，枪体包括同轴设置的内一层套管1、内二层套管2、内三层套管3、外层套管4，

内一层套管1的后端与氧气支管8相连通形成氧气通道12，氧气支管2可通入氮气或氧气，拉瓦尔喷孔6与氧气通道12连通；

内二层套管2的后端与燃气支管9连通，内一层套管1与内二层套管2之间形成燃气通道13，拉瓦尔喷孔6的圆周上设有6个燃气通孔7，燃气通孔7设置在拉瓦尔喷孔的扩张段，燃气通孔7与燃气通道连通13，燃气通孔的直径为10mm。

内三层套管3的后端与进水支管10连通，内二层套管2与内三层套管3之间形成进水通道14，外层套管4的后端与回水支管11连通；内三层套管3与外层套管4之间形成回水通道15，内三层套管3的头部设有通水口5，通水口5将进水通道14和回水通道连通15。

以某钢厂300t转炉冶炼普碳钢为例，废钢装入量为150t。使用转炉多功能氧枪进行废钢预热预熔和的炼，具体操作步骤如下：

(1)降下转炉多功能氧枪，氧气支管通入氮气，向转炉内喷入氮气，进行溅渣护炉1～3分钟，然后提起转炉多功能氧枪；

(2)向转炉内加入单炉1次炼钢总量25～50％的废钢，降下转炉多功能氧枪，氧气通道通入氧气，同时燃气支管通入燃气，向转炉内喷入氧气燃气混合气体，然后点火，冷却水从进水支管进入进水通道，达到枪体头部进行冷却，冷却水从通水口进入回水通道，由回水支管流出，废钢加热至熔化所需的1520～1600℃，然后提起转炉氧燃枪；

(3)按比例向转炉内加入150t铁水，降下转炉氧燃枪，关闭燃气阀门，仅通过氧气通道向转炉内喷吹氧气进行吹炼，达冶炼目标后出钢。

尽管已经展示和描述了本发明的实施例子，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和基本原则的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。