专利名称：将含氧的气体喷到生铁生产设备中的喷射式插装管的喷嘴的制作方法
将含氧的气体喷到生铁生产设备中的喷射式插装管的喷嘴本发明涉及一种最好是由铜或铜合金制造的喷嘴以用于将含氧的气体喷送到生铁生产设备中，其中该喷嘴设有一喷射式插装管。在生铁生产设备中含氧化铁的材料通过应用含碳体(Kohlentr^ger)被还原为生铁，为了制造起还原作用的气体以及为了提供为进行化学和物理转化必需的热量通过放热的氧化过程向该生铁生产设备中吹送氧或含氧的气体。为了更容易地阅读，则在下面的文本中将概念“氧”和“含氧的气体”应用为同义词。其中在生铁生产设备的反应腔上邻接的吹氧装置部件则要承受高温作用，这样就导致这些构件需要一种强烈的冷却。为了在冷却时实现一种特别好的排热，则将吹氧喷嘴由铜或铜合金制造。在生铁生产设备运行中存在的问题是，在应用70和330m/s之间的高氧-吹入速度时会出现介质从反应腔中被抽吸到氧气射流中。该介质例如是热气体、固体颗粒、或液体颗粒、例如熔融铁或熔渣。该抽吸会引起介质的与氧流动方向相反的回流，该介质回流将延续至喷嘴的氧通道的出口边缘处。它这表明，因此使热气体、固体颗粒，或液体颗粒被抽吸到氧气通道中，这样将导致在氧通道中的沉积并造成喷嘴的热力-磨蚀的磨损。进入氧气通道中的热气体还导致与氧流动方向相反的阻力的建立，并且导致对氧气的加热，进而会导致喷嘴的热力负荷负载以及由热引起的磨损。虽然使用铜或铜合金作为喷嘴-材料提供了这样的优点由于其热传导性可以良好地进行冷却，但是缺点在于，基于它的强度则很难抵御热磨蚀的磨损。该磨损造成多重的负面后果。一方面为了维修必需更换被磨损的喷嘴，这就意味着运行停工进而生产中断。此外在生铁生产设备中的反应特性也发生变化，因为氧气射流在不同形状的出口边缘情况下则以不同的程度进入到反应腔中；在更长时间间隔期间的生产计划由于还原时间的与出口边缘磨损相关的波动而变得困难。此外该磨损还会引起显著的安全危险，因为该喷嘴用水进行冷却。如果磨损造成冷却水通道中的泄漏，则可能发生水进入到反应腔中并引起爆炸。
发明内容
本发明的目的是，提供一种优选由铜或铜合金制造的、用于将含氧的气体喷送到生铁生产设备中的喷嘴，其中减少喷嘴的磨损，并且在这种情况下该喷嘴能简单地制造和维修。所述目的通过一种将含氧的气体喷送到生铁生产设备中的喷嘴来实现，其中喷嘴具有至少一个气体通道，其中喷嘴的特征在于-在所述喷嘴的气体通道中如此设置一优选可更换地插入到在喷嘴的气体通道中的喷射式插装管，使得在所述喷射式插装管的整个长度上存在一包围所述喷射式插装管的、在所述气体通道的壁和喷射式插装管的外壁之间的中间腔，其中所述喷射式插装管具有间隔保持器，所述间隔保持器在安装状态下将所述喷射式插装管支承在所述气体通道的壁上，-所述喷射式插装管由耐火材料制造，-所述喷射式插装管至少延伸至所述喷嘴的包含气体通道出口的端面，
-并且由所述喷射式插装管包围的腔室与用于含氧的气体的导入管相连接，-并且在所述气体通道的壁与所述喷射式插装管的外壁之间的中间腔与用于保护气体的输送管道连接，或与用于含氧的气体的输送管道相连接。根据本发明的用于将含氧的气体从喷嘴喷送到生铁生产设备中的方法，该喷嘴具有至少一个气体通道，其特征在于-使含氧的气体导入到由喷射式插装管的内壁包围的腔室中，所述喷射式插装管可更换地安装到所述喷嘴的气体通道中，并且使含氧的气体在流经所述喷射式插装管后以一种氧气流入速度进入到生铁生产设备中，-并同时使一气体流经在所述喷射式插装管外壁和气体通道的壁之间存在的中间腔，所述气体在流经所述中间腔后以一种气体流出速度排出到生铁生产设备中，-其中该氧气流入速度大于该气体流出速度。在借助根据本发明的装置来实施根据本发明的方法的情况下，从喷射式插装管进入到生铁生产设备中的含氧的气体由以较低速度流动的气体形成的罩所包围。因为以气体流出速度排出到生铁生产设备中的气体较慢，因此会很少发生从生铁生产设备的反应腔中抽吸介质，并很少发生这类介质朝向喷嘴的回流。相应地，由这种回流引起的磨损以及在喷嘴处和气体通道中的沉积都被减少，并且提高了喷嘴的使用寿命。优选地，喷嘴由铜或铜合金制造，以便在其进行冷却时确保良好的排热。喷嘴可以具有一个或多个气体通道，通过该气体通道可以将气体输送给生铁生产设备。在根据本发明的装置中，在该气体通道的至少一个中设置喷射式插装管。喷射式插装管优选能更换地安装在气体通道中。其优点是，由于磨损而被侵蚀的喷射式插装管可被容易地更换。“能更换地安装”应被理解为一种安装方式，其中在喷射式插装管和气体通道之间没有形成固定连接，或者在气体通道和插装件之间形成一种在没有作用到喷嘴结构上的情况下可拆卸的连接。这种在没有作用到喷嘴结构上的情况下可拆卸的连接方式例如是粘接或螺纹连接。一种在喷射式插装管和气体通道之间没有形成固定连接的安装方式例如是插塞连接。一种在喷射式插装管和气体通道之间没有形成固定连接的安装方式是优选的。例如这种方式以下述方式实现，即，如果气体通道的直径朝向反应腔的方向连续地或逐段地跳跃式收缩，则喷射式插装管的外部轮廓就按照气体通道的内部轮廓，并且通过流动的含氧的气体的压力、而非通过喷射式插装管和气体通道间的连接被保持在位。该喷射式插装管如此设置在气体通道中，使得在其外壁和气体通道壁间存在中间腔。该中间腔在喷射式插装管的整个长度上围绕所述喷射式插装管。因此实现送入到中间腔中的气体可以在喷射式插装管的整个长度上冷却该喷射式插装管。为了使装入的喷射式插装管保持在位，喷射式插装管设有间隔保持器，该间隔保持器其将喷射式插装管支承在气体通道壁上。为了不妨碍在喷射式插装管外壁和气体通道壁之间的中间腔中送入的气体的流动，该间隔保持器最好以尽可能薄和窄的方式进行设计。按照本发明的一种实施方式，在气体通道中设置多个喷射式插装管，其中分别在第一喷射式插装管内设置另一个具有较小直径的喷射式插装管。由此在这两个喷射式插装管的壁之间形成环形隙部。能通过在两个喷射式插装管之间的环隙缝中的每一个环缝隙来引导不同的介质。喷射式插装管在气体通道中的固定的叙述相应地适用于喷射式插装管相互间的固定。该喷射式插装管由耐火材料制造，其具有高的机械强度、形状稳定性、耐磨损性、 耐腐蚀性以及能承受高的许可使用温度。因此在运行条件下降低喷射式插装管的易磨损性。耐火材料例如是三氧化二铝Al2O3、二氧化锆、氧化镁MgO，例如由碳化硅SiC和碳 C纤维构成的非氧化陶瓷纤维-复合材料，或氧化陶瓷纤维-复合材料、例如陶瓷-板，例如由Al2O3与胶合剂SiA或ZiO2或Al2O3构成的纤维。关于术语耐火材料也包括耐高温钢。优选的耐火材料是陶瓷板。一种陶瓷-板具有由99. 9质量百分比的Al2O3(其余为杂质)构成的纤维和由93质量百分比的Al2O3和7质量百分比的二氧化锆构成的基质， 其用Smol %的氧化钇稳定化处理并具有一种抗弯强度按照DINEN 843-1 [N/mm2]当RT = 160-170 ；抗拉强度按照 DIN V ENV1892 [N/mm2]当 1000C。= 35 ；E-Modul (弹性模量)按照 DIN EN843-2 标准[N/mm2]当 RT = 50000。该喷射式插装管至少延伸至气体通道的进入到生铁生产设备反应腔中的出口。因此确保了，不会在气体通道内部就已发生由喷射式插装管和由中间腔流出的气体流的混合。因此，较快流动的含氧的气体通过较慢流动的气体的包封效果在生铁生产设备的反应腔中是特别显著的，并且有效地防止回流。为了能为喷射式插装管提供含氧的气体，由喷射式插装管包围的腔室与用于含氧的气体的导入管相连接。在喷射式插装管外壁和气体通道壁之间存在的中间腔中流动的气体可以是保护气体、例如惰性气体，如氮气或氩气；或水蒸汽或天然气；或生铁生产设备中伴随产生的气体；或不同保护气体的混合物；或含氧的气体。最好是应用氩气或氮气作为保护气体。为了能为中间腔提供这类气体，该中间腔与用于保护气体的输送管道连接或与用于含氧的气体的输送管道连接。借助保护气体也可以将物质吹送到生铁生产设备的反应腔中，例如粒料、油或粉尘。这能实现将在生铁生产中希望的物质输送到反应腔中或者能实现废料的清除。在喷射式插装管外壁和气体通道壁之间存在的中间腔中流动的气体的温度越低， 则其对喷嘴和喷射式插装管的冷却作用就越大。这种冷却作用有助于使热引起的磨损减少。在实施根据本发明的方法时，该氧气流入速度为在70m/s和330m/s之间，优选在 170m/s和220m/s之间。该气体流出速度为在20m/s和60m/s之间。在小于20m/s情况下不能克服该生铁生产设备中存在的压力。在大于60m/s情况下如此多的保护气体被送入到生铁生产设备中，使得明显地影响在生铁生产设备中进行的工艺。该生铁生产设备可以是熔融汽化器(Einschmelzvergaser)或高炉。优选本发明应用在熔融汽化器中。按照本发明的一种实施方式，该喷射式插装管延伸超出喷嘴的包含气体通道出口的端面。由此，送入到生铁生产设备中的含氧的气体被更长地集束地进而可以更为定向且更深地进入到反应腔中。此外，使含氧的气体更好地用于在生铁生产设备的反应腔中进行的反应。按照本发明的一种优选实施方式，该气体通道在出口区域中具有一个或多个耐火
6材料制成的插装件，该插装件至少延伸至喷嘴之包含该氧气通道出口的端面处，其中该出口边缘被一起涵盖。已述用于喷射式插装管的耐火材料的相同材料可以被考虑用于插装件的耐火材料。在此，气体通道出口的区域应被理解为从出口边缘起该气体通道纵向延伸部的10%。已经表明，在喷嘴磨损时的主要问题是在出口边缘处热磨蚀引起的磨损。在出口边缘处磨损开始以后，该磨蚀就越来越快地进展并不断扩展，因为该出口边缘的由磨损造成的倒圆一方面引起通过喷入的氧气对于出口边缘的冷却减小，另一方面导致增强的抽吸作用进而与之关联地导致与磨损相关的问题区域中的温度升高。出口具有能抵抗的插装件， 其优点在于，在出口边缘处磨损问题继续进展的危险被降低。插装件例如可以是柱形的。如果插装件延伸超出喷嘴的包含该氧气通道出口的端面，则该出口边缘特别好地避免受到磨损。此外送入生铁生产设备中的气体被更长地集束，这一点会降低出现促进磨损的抽吸以及介质从反应腔中回流的危险。
按照本发明的一种优选实施方式，该喷嘴的包含气体通道出口的端面具有一个或多个耐火材料制成的插装件，其中该出口的边缘被完全地覆盖。已述用于喷射式插装管的耐火材料的相同的材料可以被考虑用于这种插装件的耐火材料。该端面连同出口边缘具有带抵抗能力的插装件，其优点在于，降低了在出口边缘处和端面处继续进展的磨损问题的危险。插装件可以例如是盘形的结构。相对于现有技术，在根据本发明的喷嘴或根据本发明的喷射式插装管的应用中的优点是，提高了喷嘴的使用寿命，同时不会使维修变得困难或使制造复杂化。有利地，已存在的喷嘴可以具有与气体通道的形状相适配的根据本发明的喷射式插装管。必要时，为此需要在喷嘴上进行改装。下面借助示例性示意图阐述本发明。
图1以纵向截面图示出了具有喷嘴的生铁生产设备的壁的区域的局部截面图，图2以纵向截面图示出了用于本发明的一种实施方式的喷嘴的局部截面图，图3以纵向截面图示出了用于本发明另一种实施方式的喷嘴的局部截面图，图4和图5以纵向截面图示出了在喷射式插装管和喷嘴的气体通道之间的连接结构的变型，图6以纵向截面图示出了本发明的一种实施方式，其中该喷射式插装管仅在气体通道的一部分长度上延伸。图1示出了生铁生产设备的壁1的区域的局部截面图。在生铁生产设备的壁1上配置套筒2，其延伸至该生铁生产设备的内部。在套筒2的朝向生铁生产设备内部的端部上安装喷嘴4。不仅套筒2而且喷嘴4都具有冷却通道3a，3b，水在其中循环。为了有效的排热，该喷嘴4由铜合金制造。喷嘴4沿纵向被气体通道贯穿。在喷嘴4的气体通道中可更换地安装由耐火材料制造的喷射式插装管5，其延伸直至喷嘴4的包含该气体通道出口的端面。通过在生铁生产设备的壁1中的开口，并且通过套筒2将用于含氧的气体的导入管6引入。用于含氧的气体的导入管6与由喷射式插装管5包围的腔室连接。通过导入管 6和喷射式插装管5流动的含氧的气体用直线箭头表示。在喷射式插装管5的外壁和气体通道壁之间存在的中间腔7与用于保护气体的输送管道8相连接。通过输送管道8和中间腔7流动的保护气体用波状箭头表示。导入管6与由喷射式插装管5包围的腔室的连接以及在喷射式插装管5的外壁和气体通道壁之间存在的中间腔7与输送管道8的连接通过中间件13来实现。用于保护气体的输送管道8通过在生铁生产设备的壁1中的开口和套筒2引入。 从喷射式插装管5使含氧的气体进入到在生铁生产设备内部的反应腔9中。在此，该含氧的气体由保护气体包围，该保护气体从中间腔7中流出。其中该氧气流入速度大于该气体流出速度。为使被插入的喷射式插装管5保持在位，该喷射式插装管具有间隔保持器10，该间隔保持器将喷射式插装管支承在气体通道壁上。对于本发明的实施方式，图2示出了喷嘴4的局部截面图，其中喷射式插装管5安装到铜制喷嘴4的气体通道中。喷射式插装管5的形状按流动技术最佳地适配于气体通道的形状。喷射式插装管的内部轮廓及外部轮廓按照气体通道的轮廓。由此实现了，通过气体通道的形状应能实现的流动技术效果还在穿流所述喷射式插装管时出现。
间隔保持器10提供了很少的流动阻力，通过该间隔保持器10使喷射式插装管5 支承在气体通道的内壁上。生铁生产设备的反应腔9被安置在喷嘴4的右边。喷射式插装管5延伸超出喷嘴的端面11，该端面包含气体通道的进入到反应腔中的出口，并因此喷射式插装管插入到反应腔中。氧气通过喷射式插装管5流入到反应腔9中。通过在喷射式插装管外壁和气体通道壁之间存在的中间腔7使以波状箭头表示的保护气体流入到反应腔中。这种以较低气体流出速度流到生铁生产设备中的保护气体包围从喷射式插装管5流入到生铁生产设备中的、以直线箭头表示的氧气流，并冷却该喷嘴4及喷射式插装管5。图3很大程度上与图2相应，但区别在于，气体通道在出口区域中设有由耐火材料制成的柱形的插装件12，该插装件防止气体通道的出口边缘受到磨损。图4和图5示出了在喷射式插装管5与喷嘴4的气体通道之间的连接结构的变型方案。在图4中示出了，喷射式插装管5如何粘接在固定于气体通道中的间隔环14上。该粘接部15被以波纹线表示。图4a放大地示出了连接结构的在图4中以点划线圈定的区域。 在图5中示出了，喷射式插装管5如何安装到固定在气体通道中的间隔环14的沟槽16中并另外利用粘接部15粘接到间隔环14上。图5a放大地示出了连接结构的在图5中以点划线圈定的区域。喷射式插装管不必在气体通道的整个长度上延伸。重要的只是，喷射式插装管至少延伸至该喷嘴的包含着所述气体通道进入到反应腔中的出口的端面。相应地，该喷射式插装管也可以仅在气体通道的一部分长度上延伸。较短的喷射式插装管可更简单和更便宜地制造。然后用于含氧的气体的导入管以及用于保护气体的输送管道或者用于含氧的气体的输送管道则被加长至伸入气体通道中的喷射式插装管。在图6中示出了本发明的实施方式，其中喷射式插装管5没有在喷嘴4的气体通道的整个长度上延伸。导入管6与由喷射式插装管5包围的腔室的连接以及输送管道8与在喷射式插装管5的外壁和气体通道壁之间存在的中间腔7的连接通过中间件17来实现， 加长管18从该中间件处延伸到气体通道中。该加长管18通过间隔保持器19支承在气体通道壁上。在加长管18的端部上固定该喷射式插装管19。喷射式插装管在加长管上的固定能够以所述用于在气体通道和喷射式插装管之间的连接的方式之一实现。例如，加长管在其端部上可以具有沟槽，该喷射式插装管被装入到该沟槽中，该沟槽附加地例如具有粘接部。
附图标记列表1(生铁生产设备的)壁2 套筒3冷却通道4 喷嘴5喷射式插装管6用于含氧的气体的导入管7中间腔(存在于喷射式插装管5外壁和气体通道壁之间)8用于保护气体的输送管道9反应月空10间隔保持器11 端面12柱形插装件13中间件14间隔环15粘接部16 沟槽17中间件18加长管19间隔保持器
权利要求
1.用于将含氧的气体喷送到生铁生产设备中的喷嘴G)，其中所述喷嘴(4)具有至少一个气体通道，其中所述喷嘴的特征在于-在所述喷嘴的气体通道中如此设置一优选能更换地插入到在所述喷嘴的气体通道中的喷射式插装管(5)，使得在所述喷射式插装管(5)的整个长度上存在一包围所述喷射式插装管(5)的、在所述气体通道的壁和喷射式插装管(5)的外壁之间的中间腔(7)，其中所述喷射式插装管( 具有间隔保持器(10)，所述间隔保持器在安装状态下将所述喷射式插装管支承在所述气体通道的壁上，-所述喷射式插装管(5)由耐火材料制造，-所述喷射式插装管(5)至少延伸至所述喷嘴的包含气体通道的出口的端面(11)，-并且由所述喷射式插装管( 包围的腔室与用于含氧的气体的导入管(6)相连接，-并且在所述气体通道的壁与所述喷射式插装管(5)的外壁之间的中间腔(7)与用于保护气体的输送管道(8)相连接，或与用于含氧的气体的输送管道相连接。
2.按权利要求1所述的喷嘴G)，其特征在于，所述生铁生产设备是熔融汽化器。
3.按权利要求1或2所述的喷嘴G)，其特征在于，所述耐火材料是三氧化二铝A1203、 二氧化锆、氧化镁MgO、非氧化陶瓷纤维-复合材料或氧化陶瓷纤维-复合材料或耐高温钢。
4.按前述权利要求之一所述的喷嘴G)，其特征在于，所述喷射式插装管(5)延伸超出所述喷嘴的包含所述气体通道的出口的端面(11)。
5.按前述权利要求之一所述的喷嘴G)，其特征在于，所述气体通道在出口区域中设有一个或多个由耐火材料制成的插装件(12)，所述插装件至少延伸至所述喷嘴的包含所述氧气通道的出口的端面(11)。
6.按前述权利要求之一所述的喷嘴G)，其特征在于，所述喷嘴(4)的包含气体通道的出口的端面(11)设有一个或多个由耐火材料制成的插装件，其中所述出口的出口边缘被完全覆盖。
7.用于将含氧的气体喷送到生铁生产设备中的喷嘴(4)用的喷射式插装管(5)，其中所述喷射式插装管(5)能更换地安装到所述喷嘴的气体通道中，其特征在于-喷射式插装管(5)由耐火材料制造，-并且所述喷射式插装管(5)在安装状态中至少延伸至所述喷嘴的包含气体通道的出口的端面(11)，-并且所述喷射式插装管( 设有间隔保持器(10)，所述间隔保持器在安装状态中将所述喷射式插装管支承在气体通道壁上。
8.按权利要求7所述的喷射式插装管(5)，其特征在于，所述生铁生产设备是熔融汽化器。
9.按权利要求7或8所述的喷射式插装管(5)，其特征在于，耐火材料是三氧化二铝 Al2O3、二氧化锆、氧化镁MgO、非氧化陶瓷纤维-复合材料或氧化陶瓷纤维-复合材料或耐高温钢。
10.按权利要求7至9之一所述的喷射式插装管(5)，其特征在于，所述喷射式插装管 (5)在安装状态下延伸超出所述喷嘴的包含所述气体通道的出口的端面(11)。
11.按权利要求1至6之一所述的喷嘴(4)在生铁生产时的应用。
12.按权利要求7至10之一所述的喷射式插装管( 在生铁生产时的应用。
13.按权利要求11或12所述的在生铁生产时在熔融汽化器中的应用。
14.用于从喷嘴(4)将含氧的气体喷送到生铁生产设备中的方法，所述喷嘴具有至少一个气体通道，其特征在于-使含氧的气体导入到由喷射式插装管(5)的内壁包围的腔室中，所述喷射式插装管能更换地安装到所述喷嘴的气体通道中，并且使含氧的气体在流经所述喷射式插装管(5) 后以一种氧气流入速度进入到生铁生产设备中，-并同时使一气体流经在所述喷射式插装管(5)的外壁和气体通道壁之间存在的中间腔(7)，所述气体在流经所述中间腔(7)后以一种气体流出速度排出到生铁生产设备中， -其中所述氧气流入速度大于所述气体流出速度。
15.按权利要求14的方法，其特征在于，流经在所述喷射式插装管( 的外壁和气体通道壁之间的中间腔(7)的气体是保护气体或含氧的气体。
全文摘要
本发明涉及一种用于将含氧的气体喷送到生铁生产设备中的喷嘴(4)，其中在该喷嘴的气体通道中设置由耐火材料制造的喷射式插装管(5)，其中在喷射式插装管(5)的整个长度上存在一包围所述喷射式插装管(5)的、在所述气体通道的壁和喷射式插装管(5)的外壁之间的中间腔(7)。该喷射式插装管(5)至少延伸至喷嘴的包含气体通道出口的端面(11)。由喷射式插装管(5)包围的腔室与用于含氧的气体的导入管(6)相连接，在气体通道壁及喷射式插装管(5)的外壁之间的中间腔(7)与用于保护气体的输送管道(8)相连接，或与用于含氧的气体的输送管道相连接。此外本发明还涉及一种喷射式插装管(5)以及涉及用于从根据本发明的喷嘴(4)喷送含氧的气体的方法，其中将含氧的气体引导到由喷射式插装管(5)内壁包围的腔室中，并且使含氧的气体在流经喷射式插装管后以氧气流入速度进入到生铁生产设备中，同时使一气体流经在喷射式插装管外壁和气体通道壁之间存在的中间腔(7)，其在流经中间腔(7)后以气体流出速度排出到生铁生产设备中，其中氧气流入速度大于气体流出速度。
文档编号F27D3/16GK102272335SQ200980147791
公开日2011年12月7日 申请日期2009年11月5日 优先权日2008年11月28日
发明者B·武莱蒂克, F·伯纳, G·艾钱格, J·L·申克, J·武尔姆, J-F·普劳尔, K·韦德, M·施密特, M·莱基克-尼尼克, S·莱希纳, T·森特根 申请人:西门子Vai金属科技有限责任公司, 西门子公司