[发明专利]一种颗粒镁脱硫用气化室喷枪

说明书

技术领域

本发明涉及一种颗粒镁脱硫用气化室喷枪，具体地说是一种用于铁水纯喷颗粒镁脱硫用枪头带气化室的喷枪。

背景技术

金属镁和硫的亲合力极高，铁水脱硫反应主要是在铁水中的均相反应，是铁水脱硫的最强脱硫剂之一，具有用量、渣量、扒渣铁损少和环境污染小的优点。由于渣的存在不影响镁的均相脱硫反应，因而对铁水带有高炉渣不敏感；由于脱硫的镁用量少，因而脱硫处理的设备投资低，脱硫过程对铁水的化学成分也基本没有影响。

为了充分利用颗粒镁强脱硫剂的优势，针对金属镁熔点与气化温度低、高温下蒸气压力高的特点，从避免金属镁高温条件下快速气化膨胀引起的脱硫过程中铁水喷溅问题，乌克兰钛设计院、黑色冶金研究院早在上世纪50年代开发了枪头带气化室喷枪纯喷颗粒镁铁水脱硫工艺，并在实际生产中得到广泛应用，尤其是镁资源丰富的国家，例如：前苏联的联邦国家和我国。具体脱硫工艺过程是以空气、氮气、氩气或天然气为载气，一般为氮气，以粒度为0.5～2.5mm的金属颗粒镁为脱硫剂，一般粒度为0.6～1.6mm。通过潜入铁水中的枪头带气化室的喷枪，气化室为圆台形内空结构，将脱硫剂送达铁水罐中的铁水深处，通过颗粒镁进入铁水前在气化室中的预气化，避免颗粒镁在高温铁水中迅速气化带来的剧烈喷溅和控制困难的问题，此后，通过镁蒸气泡的界面脱硫反应和溶解镁的均相脱硫反应，达到提高颗粒镁利用率和铁水脱硫效率的目的。然而，气化室内高温条件下共存的喷吹载气(氮气)与金属镁之间化学反应生成的氮化镁以及金属镁的熔融、气化，导致气化室内壁固体氮化镁与熔融金属镁的粘结，并随着喷枪使用次数的增多，气化室内的粘渣不断增多；同时，在颗粒镁钝化过度和受潮水化、氧化的条件下，钝化膜氯氧化镁以及颗粒镁受潮水化物、氧化物的固体残存物增大，致使气化室内壁粘渣速度加快、粘渣结合强度增大，给喷枪气化室内壁的清渣维护带来困难，导致维护性非作业时间增长，限制了设备生产能力的发挥和正常生产的组织。尤其是颗粒镁受潮水化引起的颗粒镁粘连与团聚，直接影响了颗粒镁喷吹的流动性与喷吹量的稳定，导致剧烈喷溅，影响了喷吹过程的正常进行，并带来设备与人身安全隐患。

针对颗粒镁铁水脱硫用枪头带气化室喷枪在实际生产中气化室内壁粘渣严重的问题，国内外主要的维护措施是简便易行的水管冲渣，由于内壁粘渣速度较快，为了保证喷吹过程中有效的气化空间，控制粘渣层厚度35mm左右进行一次水管冲渣，根据颗粒镁脱硫剂钝化膜厚度以及受潮状况的不同，内壁粘渣处理的周期也不同，随着颗粒镁脱硫剂钝化膜厚度的增大和受潮状况的加剧，即颗粒镁气化固体物残存增大，内壁粘渣处理周期缩短，一般处理周期为3～5次，但在颗粒镁气化固体物残存高时，处理周期仅为1～3次不等。水管冲渣的清渣原理是：通过内壁粘渣物(氮化镁、氧化镁、冷凝的金属镁)与冲洗水的水化反应，引起粘渣物结合相粘结强度降低和粘渣物体积膨胀而脱落，实际处理过程中，为了节省清渣维护时间，充分利用高温对水化反应的促进作用，采取喷枪起枪后立即喷水清渣，单次清渣处理时间为15min左右，采用的清渣装置是由渣盘、布置在中心的向上直喷的金属水管和安装在渣盘下部的小车构成；由于水管喷射水柱的集中、水对气化室内壁的强冷以及水流与水蒸气对气化室边裙耐火材料的水化和急冷作用，导致气化室金属构件变形、耐火材料枪裙工作衬裂纹脱落和气化室外壁耐火材料工作衬龟裂，加快了喷枪的破损进程，使喷枪使用寿命缩短1/3左右。此外，由颗粒镁脱硫用气化室喷枪结构可见，耐火材料枪裙工作衬单位体积换热比表面积大，因而，在喷枪间歇式工作条件下，耐火材料枪裙工作衬急冷急热条件最为恶劣，导致热震裂纹与热应力剥落。同时，在喷枪下枪过程中，铁水表面渣块频繁撞击枪裙，导致耐火材料枪裙工作衬机械撞击破损。此外，气化室圆台形内空顶部的转角，促进了粘渣的沉积搭桥，加快了粘渣速度与结合强度，增大了清渣的困难与频率，推进了气化室金属构件的变形进程。由于上述原因，致使耐火材料枪裙工作衬成为喷枪使用寿命的限制性环节。由此可见，对于铁水颗粒镁脱硫用气化室喷枪，耐火材料枪裙工作衬破损最为严重，往往因其剥落而引起气化室金属构件烧损严重，大幅度增大了喷枪的在线维护量，制约了喷枪金属构件的循环利用率和喷枪的使用寿命。针对颗粒镁铁水脱硫用枪头带气化室喷枪使用寿命短的问题，中国专利“汽化室式长寿脱硫喷枪，专利号ZL03254800.1”提供了一种制作简便、结构简单、使用寿命长的颗粒镁铁水脱硫用枪头带气化室喷枪，其技术方案是：改进金属枪芯结构，增强金属枪芯与耐火材料工作衬的结合强度，提高喷枪的抗剥落性能；在金属枪芯表面涂刷石墨质有机涂层，通过喷枪烘烤与高温使用条件下有机溶剂的挥发，使金属枪芯与耐火材料工作衬之间形成热膨胀缓冲间隙，延缓喷枪破损源的形成与发展进程，并在实际应用中取得了较好的应用效果。但专利对气化室内空结构、气化室金属构件变形与烧损引起的喷枪破损问题未提供相应的改进措施，同时，金属枪芯与耐火材料工作衬之间的石墨质有机涂层因石墨优良的耐火性能和浸润困难的特点，导致缓冲间隙不均匀，缓冲能力不足，从而限制喷枪使用寿命的进一步提高和金属枪芯的循环利用率。