D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1997.s1.013 第9卷增刊 北京科技大学学报 VoL 19 197年2月 Joumal of University of Science and Technology Beijing Feb.1997 转炉热喷补机喷射系统的分析 琚诒春 朱允言 北京科技大学机械工程学院,北京100083 摘要论述了转炉热喷补技术的发展与应用,在对宝钢转炉热喷补机进行充分调查的情况下, 对喷补机喷射系统的结构及参数作了分析,提出了有关参数的确定与计算方法 关键词喷补机,喷射系统,转炉 如何提高转炉炉衬寿命是当今炼钢工业的重要课题.对转炉炉衬进行热修补是一种行 之有效的延长炉衬寿命的措施.转炉炉衬喷补过程可以采用含水的湿喷补料或干燥的喷补 料.根据其含水与否及含水量多少,喷补方法可分为湿法、半干法、火焰法3种,料中水分起 到帮助喷补料的传送喷射,防止细料的飘落,提高喷补料的粘附性,冷却喷枪等作用.喷补 方法不同,其相应的喷补工艺、设备结构你有区别, 热喷补机喷射系统的结构和参数直按响喷补的质量和速度.本文根据宝钢多年来的 使用经验,对于干法喷补机的喷射系统做一分析, 1宝钢喷补机实测与分析 1.1料仓 料仓的容积大小主要根据生产要求的一次装料量来确定,并在装好料后还应留有 15%~20%的松动空间,以便喷补料的流态化.宝钢喷补料占用料仓空间为0.8m2.2= 0.364m,考虑到料仓内的其它装置所占用的体积约0.15m3,这样料仓松动空间n通过 计算可得: 1=0.6-0.1S)-0.364/0.6-0.15)]×100%=19.1% 可见,该料仓留有的空间余量比较充裕, 料仓的主要结构参数有高度H,直径D,锥角x.其中料仓高度H与直径D应有利于 喷补料的流态化与料仓结构的紧凑,参考其它设备料仓结构,一般取H/D=2左右.面 宝钢喷补机的H/D=1269m/1200m=1.06.可见该料仓在设计时充分考虑了整体结构的紧 凑,同时又保证了喷补料流态化性能好 选取较小的x值有利于料粉的自然下降.工程上其它设备料仓锥角一般在60°以 下.宝钢喷补机料仓锥角为60°因. 通过以上分析,作者认为宝钢喷补机料仓的结构及其参数均比较合理,很值得国内喷补 机研制时借鉴,有关料仓结构参数作者推荐为: 199%-03-20收稿 第一作者男37岁硕士
第 坦 卷 增 刊 1哭刀 年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 J加爪目 of U面饥抑 成 欣妇以 . 回 1议恤咖份 致幼 嗯l V沈 19 f比 . 1望刀 转 炉 热 喷 补 机 喷 射 系 统的分析 据治春 朱允言 北 京 科技 大学 机械工 程学 院 , 北京 1仪X) 83 摘要 论述 了转炉热喷补技术的发展与应用 , 在对宝钢转炉热喷补机进行充分调查的情况下 , 对喷补机 喷射系统的结构及参数作了 分析 , 提出了有 关参数 的确定与 计算方法 . 关健 词 喷补机 , 喷射系统 , 转炉 如何提 高转 炉炉衬 寿命是 当今炼 钢工 业的重要 课题 . 对转炉 炉 衬进 行 热 修 补是 一 种 行 之有效 的延 长炉衬 寿命的措施 . 转炉 炉衬 喷补过 程可 以 采用 含水 的湿 喷补 料 或 干燥 的喷 补 料 . 根据其 含水 与否及 含水量 多少 , 喷补方 法可 分为 湿法 、 半干法 、 火焰法 3 种{1] . 料 中水分 起 到 帮助 喷补 料 的传送 喷射 , 防止细料 的飘落 , 提 高 喷 补料 的粘 附 性 , 冷 却喷枪 等 作 用 . 喷 补 方法 不 同 , 其相 应 的喷补工 艺 、 设 备结构 亦有 区 别 . 热喷补机 喷射系 统的结构 和参数 直按 衫响喷 补 的质量和 速度 . 本 文根 据 宝 钢多 年来 的 使用 经验 , 对于 干法 喷补机 的喷射 系统做一 分析 . 1 宝钢喷补机 实测 与分析 L l 料仓 料仓 的容 积 大 小 主要 根据 生 产 要 求 的 一 次 装 料 量 来 确 定 , 并 在 装 好 料 后 还 应 留 有 15 % 一 2 0 % 的 松动空 间 , 以便 喷补料 的流态 化 . 宝钢 喷补料 占用料 仓空间为 .0 8m3 .2/ 2 = .0 3 64 耐 , 考 虑 到 料 仓内 的其 它 装置所 占用 的 体积 约 0 . 巧 m 3 , 这样 料 仓松 动 空 间 叮 通 过 计算可得 : 粉 = [( 0 . 6 一 0 . 1 5) 一 0 . 3 64 (/ 0 . 6 一 0 . 15 )] X l 0() % = 19 . 1% 可 见 , 该料 仓留有 的空 间余量 比较 充裕 . 料仓的主要 结构 参数有 高度 H , 直 径 D , 锥 角 : . 其中料仓高度 H 与直 径 D 应有 利 于 喷补 料 的流态化 与料 仓结构的紧凑 , 参考其 它设 备料 仓结 构 , 一 般 取 H D/ = 2 左 右 . 而 宝钢 喷补 机的 H D/ 二 1 2 69 坷 1 Zo m = 1 . 06 . 可见 该料 仓在设计时充 分考 虑了整体 结 构的 紧 凑 , 同时又 保证 了喷 补料流态 化性 能好 . 选取 较 小 的 : 值有 利 于 料 粉 的 自然 下 降 . 工 程 上 其 它 设 备 料 仓锥 角 一 般 在 60 “ 以 下 . 宝 钢喷 补机料 仓锥 角 为 60 “ 2[] . 通过 以上 分 析 , 作者认 为宝钢喷补机料仓的结构及 其参数均 比较合理 , 很 值得 国 内喷补 机研 制时借鉴 . 有 关料 仓结 构参数作 者推荐为 : 1男 6一 03 一 20 收稿 第一 作者 男 3 7 岁 硕士 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1997. s1. 013
Vol.19 琚诒春等:转炉热喷补机喷射系统的分析 ·49· H/D=1~1.5;x=40~60°;n=15%~20%. 12输送管道 宝钢喷补机的输送管道全部采用内径规格为45mm的耐磨软管.软管具有装拆方便,抗 振性好等优点,尤其喷补机的体积往往受到限制,管道短,弯管多,在此情况下采用软管便 于其配置与检修.另外,喷补机输送压力都较低,对软管的强度要求不高,易于实现制作.因 此,对软管的要求主要是耐磨性能好,其结构一般由耐磨橡胶与金属骨架组成 13喷射器 由喷射器向输送管道供给二次气体,不仅能调节混合比,加速物料颗粒的运动速度,而且 还能在喷补机停止喷料作业或料仓出料阀门关闭后能马上对输送管道进行喷扫,将其剩余 物料清理掉,以防止堵塞,这对湿法与半干法喷补机极为重要.喷射器通常安装在料仓出料口 下部,即输送管道始端, 图1所示的是宝钢喷补机的喷射器四,气体与喷补料在A段混合后进人B段而受到压 缩,并且速度加快,到达C段后固体颗粒可得到较高的运动速度.因此,采用这种结构可使 颗粒速度很快提高,即加速时间短,两相流很快进入稳定流动状态,这对喷补机来说是有必 要的. 流 图1喷射器结构示意图 图2混合室结构示意图 1.4混合室 如图2所示,混合室通常安装在输送管道中部,一般为圆筒形结构,其轴线与其前后输 送管道轴线成一条直线,内径大小同于前后管道,在其同一周向上均匀分布数个注水小 孔,数个小孔的轴线同交于混合室轴线的某一点上,小孔轴线与混合室轴线成一角度x.混 合室设计成如此结构,既能很好实现水料的混合,又易与前后输送管成一体,保证输送平稳 而无脉动,且不结料堵塞 水压直接关系到喷水射程及雾化程度,水要有一定的压力,使其从小孔喷出后能充分雾 化,并且要有一定的射程,以便与固体颗粒充分混合.若从防止注水孔被堵塞的角度考虑
V OI . 19 据治春等 : 转炉热喷补机 喷射系统的分析 万脚 = l 一 1 . 5 ; : = 40 -0 6 0 “ ; 叮 = 1 5 % 一 2 0% . 1.2 输送 管道 宝 钢喷 补机 的输 送管道 全部 采用 内径规格 为 45 1刀 r n的耐 磨软 管 . 软管具 有装拆 方便 , 抗 振性好 等优 点 . 尤其 喷补 机 的体积往往 受到 限制 , 管道 短 , 弯管 多 , 在 此情 况 下 采 用 软管便 于其配置 与检修 . 另 外 , 喷补 机输送压 力都较 低 , 对软管 的强度要 求 不高 , 易 于 实 现制 作 . 因 此 , 对软管 的要 求 主要是 耐磨性 能好 , 其结构 一般 由耐磨橡 胶 与金 属骨 架组成 . 1.3 喷 射器 由喷射器 向输送管道供给二 次气体 , 不仅 能调节 混合比 , 加 速物料 颗粒 的运 动 速度 , 而 且 还 能在 喷补机 停止 喷料作 业或料仓出料 阀门关闭后 能马上 对输送 管道 进 行 喷扫 , 将其剩 余 物料清理 掉 , 以 防止堵 塞 . 这 对湿法 与半 干法 喷补机极为重要 . 喷射器通常安 装在 料仓 出料 口 下部 , 即输 送管 道始端 . 图 1 所示 的是 宝钢 喷补机 的 喷射器2[] , 气体与 喷补 料 在 A 段混 合后 进 人 B 段 而 受 到 压 缩 , 并且 速度加 快 , 到达 C 段 后 固体颗粒 可得到较 高 的运动速 度 . 因 此 , 采 用这 种 结 构 可 使 颗粒 速度 很快提 高 , 即加 速 时间短 , 两相流很 快进人 稳定 流动状态 , 这 对喷 补机 来 说是有 必 要 的 . 气 . 料 团 图 1 喷射 器结构 示意 图 图 2 混合室结构示意 图 1 .4 混合室 如 图 2 所 示 , 混 合室 通 常安装在 输送管 道 中部 , 一般 为 圆筒 形 结 构 , 其 轴 线 与 其前 后 输 送 管道 轴线 成 一 条 直 线 , 内径 大 小 同于前 后 管 道 , 在 其 同一周 向上 均 匀 分 布 数个 注 水 小 孔 , 数个 小孔 的轴线 同交于 混合 室轴 线的某一 点上 , 小孔 轴线 与混 合 室 轴 线 成 一 角 度 : . 混 合室设计 成如此 结构 , 既 能很好 实现 水料 的混合 , 又易 与前后 输送管成 一 体 , 保 证输 送 平 稳 而 无脉 动 , 且 不结料 堵 塞 . 水压直接 关系 到喷水射程 及雾化程度 . 水要有 一定 的压力 , 使其从小 孔喷出后能 充分雾 化 , 并且 要 有一定的射程 , 以便与固体颗 粒充分混合 . 若从防止注 水孔 被堵 塞 的 角度考虑
·50· 北京科技大学学报 1997年 水压较高是有利的.宝钢喷补机水缸压力为4.0~5.0kg/cm2.此值较高,正是考虑了 上述因素 注水小孔直径与数量一方面要根据需水量来确定,也更要考虑所提供的水压以及水分 雾化程度.小孔直径如果太小,容易被料堵塞;直径太大,对其结构及均匀雾化都有不利影 响.一般小孔直径可在3~4mm之间选择.有了小孔直径便可根据水压及需水量确定小孔 数量.当水注进混合室时,x角决定了两个分速度各自的大小与方向, 宝钢喷补机混合室α=30°.根据现场情况看,使用效果较好,水料不仅能均匀混合,而 且无堵塞现象发生,因此,x=30°是可靠的. 15喷枪及喷嘴 宝钢喷枪横截面采用正方形焊接结构.这是因为喷枪的旋转是由其支承管带动,方形结 构可起传动作用.经现场测绘,方形边长为36mm,其内面积为1296mm2,而输送管 道的内截面积为1590m2,这样喷枪横截面积稍小于输送管道,两相流的流动速度有所 加快. 喷嘴的结构有直管式,套管式,斜插式等不同结构的喷嘴,直管式喷嘴结构简 单,适于喷补炉底部位或喷补料雾散性要求不高的条件下喷补;套管式喷嘴就是内外同心 管式,内管增送压缩空气,内外管之间的环缝送喷补料,斜插式喷嘴就是它装于喷枪上时其 中心线与喷枪中心线成某一阝角度,这种喷嘴不仅结构简单,而且可设计不同角度的喷嘴 以满足不同炉补部位的喷补需要.同时,它还有较强的抗料流磨损的能力.实验表明,斜插 式喷嘴适用于喷送细滴泥浆.宝钢喷补机的喷嘴正是采用了此种结构,而且设计了3种不 同的B角,可根据需要交替使用,并且更换时也很方便, 2讨论与结论 (1)喷补机的输送管道应尽量短,并要特别重视采取合适的管道直径和弯曲半径.对于 喷枪来说,若有拐弯处还应进行局部加厚处理,采用耐磨材料制作也是一种延长寿命的措 施.尽管喷补系统上的短管较多,但在联结处应避免管径的变化,以防发生堵塞 (2)从作业环境上讲,转炉热喷补机是在高温下操作,尤其喷枪需要伸人炉衬温度约1200 ℃的炉腔内,容易产生较大的弯曲变形,甚至摇摆晃动.因此,喷枪要用耐高温材料制 作,或自带支撑导向装置,并尽可能采用水冷结构,尤其对火焰法喷补机的喷枪更是如此. (3)确保稳定的气体压力对喷补机来说极为重要.实际上,为了降低喷补机的造价,通常 借用厂房公用压缩空气作喷补机的气源.实际情况是厂房公用气源往往满足不了较高的压 力要求,因此,喷补机采用低压操作比较现实可行.同时,在保证顺利供料的条件下,低压操 作也有利于增大固气比和减少耗气量. (4)考虑到同一转炉炉村使用的喷补料多种多样,颗粒组成变化较大,颗粒密度也很不同 等因素,喷补机料仓应选择下锥体结构,且从底部出料,在料仓内出料口上方安设流态化装 置,使其物料在出料口附近进行局部流态化.这样可以使流态化耗气量较少,又能达到结构
· 印 · 北 京 科 技 大 学 学 报 1卯 7年 水压较 高 是 有 利 的 . 宝 钢 喷补机 水缸 压 力 为 . 4 0 一 5.0 k g c/ m ’ . 此 值较 高 , 正 是 考 虑 了 上述 因素 . 注水小孔 直径 与数量 一方 面要根据需水量来确定 , 也更要 考虑所提 供 的水压 以及 水分 雾 化程 度 . 小孔 直径如果 太小 , 容易被料堵塞 ; 直径太大 , 对其结构及均 匀雾 化都有不 利影 响 一般小 孔直 径可在 3 一 4 I n n l 之间选 择 . 有 了小 孔直径便 可根 据水压 及需水 量 确 定 小 孔 数量 . 当水注进 混合室 时 , : 角决定 了两 个分速 度各 自的大 小与方 向 . 宝钢 喷补机 混合室 仪 二 30 “ . 根据 现场 情况 看 , 使用效 果较 好 , 水 料 不 仅能 均 匀混合 , 而 且 无堵塞 现象发生 . 因此 , : = 30 “ 是可 靠 的 . 1.5 喷枪及 喷嘴 宝钢喷枪横截面采用正方形 焊接结构 . 这是 因为喷枪 的旋转是 由其支承 管带动 , 方形 结 构 可起传 动作 用 . 经 现 场 测 绘 , 方形 边 长 为 36 m l n , 其 内面 积 为 1 2% ~ 2 , 而 输 送 管 道 的内截 面积为 1 5 90 l l u l l 2 , 这样 喷 枪 横截 面积 稍 小 于 输 送 管 道 , 两相 流 的流 动速度 有 所 加 快 . 喷 嘴 的结 构 有 直 管 式 , 套 管 式 , 斜 插 式 等 不 同 结 构 的 喷 嘴 . 直 管 式 喷 嘴 结 构 简 单 , 适于 喷补炉 底部位 或喷补 料雾散 性要求 不 高 的条 件下 喷 补 ; 套 管式 喷嘴就 是 内外 同心 管式 , 内管增送 压缩 空 气 , 内外管 之间 的环缝送 喷 补料 . 斜 插式 喷嘴就 是 它装 于 喷 枪 上 时其 中心线与喷枪 中心线成某 一 刀角度 . 这种喷嘴不仅结 构简单 , 而 且 可设 计不 同角度 的 喷嘴 以满足不 同炉 补部 位 的喷补需 要 . 同时 , 它 还 有 较 强 的抗 料流 磨 损 的 能 力 . 实 验表 明 , 斜 插 式 喷嘴适 用于 喷送细滴泥浆 . 宝钢 喷补机 的 喷 嘴正 是 采 用 了此 种结 构 , 而且 设 计 了 3 种 不 同 的 刀角 , 可根据需 要交替 使用 , 并且 更换 时也很 方便 . 2 讨论 与 结论 ( l) 喷补 机 的输 送管道 应尽 量短 , 并要特别重视采取合适 的管道直 径和 弯曲半 径 . 对于 喷枪来说 , 若有 拐弯处 还应 进行局部 加厚处理 , 采 用 耐 磨 材 料制 作也 是 一 种 延 长 寿命 的措 施 . 尽管 喷补系 统上 的短管较多 , 但 在联结处应 避 免管径 的变化 , 以 防发生堵 塞 . ( 2) 从作业环境上 讲 , 转炉热 喷补机 是在 高温下 操作 , 尤 其喷枪需要伸人炉衬温度约 1 2 0 ℃ 的 炉 腔 内 , 容 易产生 较大 的弯 曲变 形 , 甚 至 摇 摆 晃 动 . 因此 , 喷枪 要 用 耐 高温 材 料 制 作 , 或自带支撑 导 向装 置 , 并尽可 能采 用水冷结 构 , 尤其对火焰 法 喷补机 的喷枪更 是 如此 . ( 3) 确 保稳 定 的气 体压力 对喷补 机来说极 为重要 . 实 际上 , 为 了降低喷补 机 的造价 , 通常 借 用厂房公 用压 缩空气作 喷补机的气 源 . 实际情 况是 厂房公 用气 源往 往 满 足 不 了较 高 的压 力要 求 , 因此 , 喷补 机采用 低压操 作 比较 现实 可行 . 同时 , 在 保证顺 利供料 的条件 下 , 低 压 操 作也 有利 于增大 固气 比和减 少耗气量 . ( 4) 考虑 到 同一 转炉 炉衬使用的喷补 料多种 多样 , 颗 粒组 成变化较大 , 颗粒密度也很不 同 等因素 , 喷补机 料仓应 选择下锥体结构 , 且 从底部出料 , 在料仓内出料 口 上 方 安 设 流 态化装 置 , 使其物料在 出料 口 附近 进行局部 流态 化 . 这样 可 以使流态 化耗 气量 较 少 , 又 能 达到 结 构
Vol.19 琚诒春等:转炉热喷补机喷射系统的分析 51· 紧凑,出料均匀,输送平稳等目的, (5)湿法及半干法喷补机的管道要输送带水的喷补料,一旦喷补作业结束,喷补料容易粘 结在管道内壁,造成管径局部变小,在下次喷补时就可能产生脉动或间断出料等现象而 影响正常喷补,日积月累还会堵塞管道.因此,在其输送管道始端设置喷射室进行二次供 气很有必要,这样不但能及时清扫管道,防止堵塞,而且还能根据需要调节物料输送速度、 (6)混合室的结构应有利于水料混合的均匀,要求它不但能按需要供应一定的水 量,还要有一定的喷出速度,而且水注人后要能充分雾化,以达到既均匀又充分地与喷补料 混合的目的, (7)由于半干法喷补机喷补时其喷枪内的水分比湿法喷补要少,并且在输送过程中基本 细滴化,为喷出时进一步雾化已创造了良好的条件,对于半干法喷补机采用斜插式喷嘴比 较合适,根据转炉冶炼的特点,炉底部一般不需要喷补.因此,可将喷嘴分别设计成30? 45?60的不同结构即可满足需要. (8)在一定的条件下,改变喷嘴截面积可得到不同的喷出速度,在供气压力波动很大的情 况下,可设计不同截面积的喷嘴,以确保不同操作环境下的喷射流都能以合适的速度到达 被喷补炉衬表面. 参考文献 1薛启文,冶金炉喷补.北京:冶金工业出版社.1976 2黑崎.转炉热喷补机M型使用说明书.日本新日铁,1991 Analysis of Injecting System of Converter Hot-shooting Ju Yichun Zhu Yunyan College of Mechanical Engineering,USTB,Beijing 100083,PRC ABSTRACT This paper discusses the application and development of the technology of converter hot-shooting.Based on the studying of converter hot shooting at Baoshan Iron Steel General Works,the mechanical structure and technical specification of the injecting system of hot-shooter are analyzed.The calculating method of parameters and approaches of designing are discussed. KEY WORDS shooter,injectint system,converter
Vo . 1l 9 据治春等 : 转炉热喷补机 喷射系统的分 析 · 51 · 紧凑 , 出料均 匀 , 输送 平稳 等 目的 . ( 5) 湿 法及半 干法 喷 补机 的管道要输送带水的喷补 料 , 一旦喷补作业结束 , 喷补料容易粘 结 在 管道 内壁 , 造 成 管 径 局部 变小 , 在 下次 喷补时就 可能 产生 脉动 或 间断 出料等 现 象 而 影 响正 常喷 补 旧 积 月累还 会堵 塞管道 . 因此 , 在 其输送 管道 始 端 设 置 喷射室 进行 二 次供 气很有必要 , 这 样不但 能及 时清 扫管道 , 防止堵 塞 , 而且还 能 根 据需 要 调 节 物料 输送速 度 . (6) 混合 室 的结 构 应 有 利 于 水料 混 合 的 均 匀 , 要 求 它 不 但 能 按 需 要 供 应 一 定 的 水 量 , 还 要有 一定 的喷 出速度 , 而且 水注 人后要能 充分雾 化 , 以 达 到既均 匀 又充 分 地 与 喷补 料 混合的 目的 . ( 7) 由于半 干法 喷补机 喷补 时其喷枪 内的水 分 比 湿法 喷补要少 , 并且 在输 送过程 中基本 细滴化 , 为喷 出时进一 步雾 化 已创 造 了 良好 的条件 . 对于 半 干 法 喷 补 机采 用 斜插 式 喷嘴 比 较合适 . 根 据转 炉冶炼 的特 点 , 炉底部 一般不需要 喷补 . 因此 , 可 将 喷嘴分别 设 计 成 30 飞 4 5 0, 6 0 “ 的不 同结 构 即可满 足需要 . ( 8) 在 一定 的条件 下 , 改变 喷嘴截 面积可 得到不 同的 喷出速度 . 在供气压力波动很大的情 况下 , 可设计不 同截 面积 的喷 嘴 , 以确 保不 同操 作环境下 的喷射 流都 能 以 合 适 的速 度 到 达 被 喷补 炉衬 表面 . 参考文献 薛启文 . 冶金 炉喷补 . 北京 二 冶金工业 出版社 . 1976 2 黑崎 . 转炉热喷补机 M 型使 用说 明书 . 日 本新 日铁 , 19 91 A卫a o f I nj et ign S ys te m o f C o vne rte r H o t 一 s ho o t ign uJ Y比h u 炸 Z h u Y 比 助n e ge of M 仪ha n i司 E卿ne ir gn , sU T B ” 夕口n eB ij i n g l仅洲粥3 , P R C A B S T R AC T P a P fC co n v e ir ℃r ho t 一 s h o o it gn . d is c t 眨巧巴 B韶de o n S 枉兄I G en e ar 1 W o r k s , ht e n 蓝℃h a in ca o f h o t 一 s h o o et r a er a n a l y瑕1 . hT e d es ig n i n g a er d is c 侧 S de . ht e a P Pll以t i o n a n d d e v e 1 0 P men t o f het t ce h n o fo g y o f t h e s t du y ign o f co n ve 川七r h o t s h o o t l n g a t B a o s ha n DI n & s utr ct uer a n d t eC h n l c a l s P颐if ca tio n o f t h e inj 。 沈in g s ys t巴 n ca l c ul a tin g ner t h o d o f P a ar ner et sr a n d a P Por a ch 巴 o f . ysl hT K E Y WO R I万 s h o o et r , inj 。 沈I n t s ys t e m , co n v e rt e r