[发明专利]回转化铁炉水冷外混式纯氧燃气烧嘴

说明书

本发明涉及一种纯氧燃气烧嘴，特别是回转化铁炉使用的纯氧燃气烧嘴，用于铸造领域。本发明烧嘴前端设置有多个当量直径小的燃气喷孔和氧气喷孔，同时使燃气喷孔中心线形成的线簇和氧气喷孔中心线形成的线簇在烧嘴前方空间呈交汇状态。通过缩短火焰长度，提高纯氧燃气回转化铁炉的功率密度，提高其熔化效率、缩短其熔化时间，节省燃料、降低生产成本。通过在进水腔设进水螺旋流道叶片在烧嘴冷却水流道中形成的螺旋流道，大幅度提高了冷却水流速、强化了冷却水与烧嘴之间的对流换热效率，加强了冷却水对烧嘴的冷却，预防了烧嘴火焰缩短后高温火焰对烧嘴的热损坏。

技术领域

本发明涉及一种纯氧燃气烧嘴，特别是回转化铁炉使用的纯氧燃气烧嘴，用于铸造领域。

背景技术

回转化铁炉（英文简称RF）是一种铸铁熔化设备，在工业发达国家已有约70年的发展应用历史。目前一般所谓的回转化铁炉，指以燃气（天然气或石油液化气）为燃料，以纯氧为助燃剂熔化铸铁的化铁炉。该炉如果以天然气为燃料，熔化每吨铸铁排放约40～60m³二氧化碳，碳排放量不到燃焦冲天炉的30%、不到电炉所用电力燃煤碳排放量折算值的20%；尾气中不存在氮的氧化物（NO_x）；炉渣排放量量大大低于冲天炉，非常有利于环境保护。该炉的设备投资低于电炉，建造费用低，建造费用接近于普通燃焦冲天炉，是一种新型的铸铁熔化设备，特别适合于手工造型、产量不大、品种不少的中小铸铁厂。

但是，现有技术的纯氧燃气回转化铁炉相对于现有的冲天炉和电炉，熔化效率低、熔化铸铁的周期较长。现有的3～30吨纯氧燃气回转化铁炉，熔化时间在60～135min之间，炉子容量越大，熔化时间越长。

《铸造工业》杂志2015年第2期（P53～61），所刊登的“回转化铁炉的构造及其铸铁熔化工艺”一文，对该炉有详细的介绍。

现有技术的纯氧燃气回转化铁炉使用的纯氧烧嘴，采用水冷外混式结构，即烧嘴存在水冷套、燃气和氧气束流脱离烧嘴前端后，在炉膛内混合、燃烧。外混式结构出于安全的考虑，防止氧气与燃气在烧嘴内混合引起爆炸。

纯氧燃气回转化铁炉使用的现有纯氧烧嘴，由金属材料形成相互叠套的三层，其中心层为燃气流道、中层为氧气流道、外层为冷却水流道；相互叠套的三层，其横截面为圆形。虽然纯氧烧嘴相互叠套的三层，也可以为矩形或方形截面，但流道为圆形截面的烧嘴显然更具有结构和成本上经济性。

燃料与助燃剂的充分混合是燃料燃烧的前提条件，如果烧嘴的混合性能差、两种气流需要较长距离才能均匀混合，则燃烧产生的火焰长度较大。

回转化铁炉现有纯氧燃气烧嘴，燃气束流脱离烧嘴的瞬间为圆柱形，氧气束流为空心圆柱形，两股射流在脱离烧嘴的瞬间呈相互平行状态；两股射流通过相互之间及其与炉膛中的气体三者之间的相互作用，在炉膛中进行横向迁移、相互散射，实现混合目的。在现有纯氧燃气烧嘴出口处，两种气体的束流当量直径大、而且流向相互平行、混合性能差，需要较长距离才能混合均匀，因此现有纯氧燃气烧嘴的火焰长度长。

加热炉的功率密度是指加热炉单位容量（t）的加热功率（KW），单位一般为KW/t，该技术概念最先应用于感应加热电炉。在一定范围内提高加热炉的功率密度，可以缩短加热时间、提高生产效率，同时达到减少炉体散热量、节省能量或者燃料消耗的目的。毫无疑义，如果提高纯氧燃气回转化铁炉的功率密度，可以达到提高其生产效率、缩短其加热时间的目的。

纯氧燃气回转化铁炉的炉膛尺寸，需要遵从炉膛表面积尽可能小、减少炉壁散热的基本设计原则，炉膛的长度与炉膛的直径之间存在一定的数值关系。在化铁炉炉膛长度一定的条件下，欲提高化铁炉的功率密度、增加烧嘴的热功率，如果烧嘴的混合性能差、火焰长度大，烧嘴燃烧产生的火焰将脱离炉膛、脱离所要加热的炉料，导致无效加热和燃料浪费。所以说，烧嘴的火焰长度决定了纯氧燃气回转化铁炉的功率密度。

发明内容