一种环齿缝超音速射流喷头.pdf

本发明公开了一种环齿缝超音速射流喷头，由中空芯管和变截面外管组成环管气流通道，具有环形断面的收缩加速段和环形断面的扩张加速段，环齿断面的过渡段连接收缩段与扩张段，可以将一定压力和流量的气体加速到超音速，在喷头出口处形成超音速射流。应用于RH真空精炼炉顶枪时，能够在真空条件下对真空室内的钢液实现吹氧脱碳和吹氧升温以及喷粉脱硫，并在非真空条件下对真空室吹燃气烘烤和加热除冷钢；应用于电炉炉壁枪时，超音速气流可以实现切割废钢和喷碳粉、造泡沫渣；应用于高炉时，可以实现长距离喷煤粉。应用于工业加热炉时，可以实现大功率超长焰加热；应用于蒸汽喷射真空泵可以实现大流量抽气。

权利要求书
1.  一种环齿缝超音速射流喷头，包括外管和设于外管内的中空芯管，所述外管与中空芯管同 轴设置，其特征在于：所述外管内廓面与中空芯管外廓面之间形成三段变截面通道，即收 缩段、扩张段以及具有环齿缝断面的喉口段，所述收缩段的横断面积逐渐变小，扩张段的 横断面积逐渐变大，连接收缩段与扩张段的喉口段横断面积最小，在喷头轴向截面上所述 变截面通道为轴对称的收缩-扩张变截面状。

2.  根据权利要求1所述的一种环齿缝超音速射流喷头，其特征在于：所述喉口段环齿缝的环 齿位于外管或中空芯管上。

3.  根据权利要求1所述的一种环齿缝超音速射流喷头，其特征在于：所述外管内廓面在扩张 段为收口的变截面管。

4.  根据权利要求1所述的一种环齿缝超音速射流喷头，其特征在于：所述外管内廓面在扩张 段为扩口的变截面管。

5.  根据权利要求1所述的一种环齿缝超音速射流喷头，其特征在于：所述外管内廓面在扩张 段为等截面管。

6.  根据权利要求1所述的一种环齿缝超音速射流喷头，其特征在于：所述收缩段和扩张段均 为环形截面。

7.  根据权利要求1所述的一种环齿缝超音速射流喷头，其特征在于：所述中空芯管内安装有 摄像头。

说明书一种环齿缝超音速射流喷头
技术领域
本发明涉及冶金行业中用于生成超音速气流的喷射装置，具体为一种环齿缝超音速射流 喷头。
背景技术
超音速射流在冶金行业有着广泛的应用，如顶吹转炉的氧枪、RH真空精炼炉顶枪等。但 无论是RH-KTB顶枪，还是以后开发的RH-MFB顶枪、RH-MESID顶枪、RH-PB顶枪以及 中国专利200420027046.4、200610076151.0、200820174977.5、200820174973.7、 200820174973.7、201110000083.0、201210346652.1、201310431081.6所涉及的顶枪或喷头， 均采用圆孔拉瓦尔管结构，即拉瓦尔管一般在中心位置，燃气通道分布在拉瓦尔管外侧，个 别枪头燃气通道在中心位置，而拉瓦尔管采用多孔外置倾斜分布，均存在制造难度大、使用 寿命低、吹氧流量有限、使用中容易堵枪等缺点。中国专利20142044449.6提出环缝喷头技 术，解决了上述问题，但是存在喷头材料受热后膨胀影响环缝面积进而影响喷吹流量的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适合RH真空精炼等多个领 域使用的一种环齿缝超音速射流喷头，以达到降低制造难度，保证流量稳定，减少堵枪几率， 延长其使用寿命，提高喷吹效能的目的。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供如下技术方案：
一种环齿缝超音速射流喷头，包括外管和设于外管内的中空芯管，所述外管与中空芯管 同轴设置，所述外管内廓面与芯管外廓面之间形成三段变截面通道，即收缩段、扩张段以及 具有环齿缝断面的喉口段，所述收缩段的横断面积逐渐变小，扩张段的横断面积逐渐变大， 连接收缩段与扩张段的喉口段横断面积最小，在喷头轴向截面上所述变截面通道为轴对称的 收缩-扩张变截面状。
采用上述结构的喷头，所述芯管位于外管内，喉口段的横截面小于收缩段和扩张段，依 次形成的三段变截面通道可以将一定压力的低速气流加速到超音速，在喷头出口处形成超音 速射流。由于环齿缝形喉口能够在热胀冷缩时流通截面积不会变化太多，保证了喷射流量稳 定，而且传统圆形喉口容易出现被钢渣等全部堵死的情况，采用环缝形喉口可以避免喉口全 部被堵住的现象，进而减少堵枪几率，延长其使用寿命，提高RH真空精炼装置冶炼的效能。
作为优选：所述喉口段环齿缝的环齿位于外管或中空芯管上。
作为优选：所述外管内廓面在扩张段为收口的变截面管。
作为优选：所述外管内廓面在扩张段为扩口的变截面管。
作为优选：所述外管内廓面在扩张段为等截面管。
作为优选：所述喷头收缩段和扩张段均为环形截面。
作为优选：所述中空芯管内安装有摄像头。
中空芯管内可以通过与环管内不同性质的气流。所述中空芯管内可以通过固体粉剂。
如上所述，本发明的有益效果是：
1、采用本发明喷头的真空精炼顶枪通过顶枪密封通道进入RH真空室，能够在真空条件 下对真空室内的钢液实现吹氧脱碳和吹氧升温以及喷粉脱硫，并在非真空条件下对真空室吹 燃气烘烤和加热除冷钢。
2、本发明喷头可以使氧气、燃气、脱硫粉剂在各自不同的通道内输送至RH真空室。
3、本发明喷头能够在保持氧气压力与传统RH真空精炼装置相同的条件下，增大吹氧流 量而不增加钢液吹坑深度，进而提高脱碳速率，提高RH真空精炼装置的效能。
4、本发明喷头能够在喷粉脱硫时期，在氧气通道通入保护气体，使得脱硫粉剂在被周围 的保护气体包围下到达钢液表面，从而减少被真空抽气吸走的粉剂量，提高脱硫粉剂的收得 率。
5、本发明喷头能够在烘烤真空室或除冷钢时期实现纯氧或富氧燃烧，提高加热效率。
6、本发明喷头能够在吹氧脱碳时，实现超音速氧气射流，使得工作枪位更高，减少飞溅 钢液粘枪，且环齿缝喉口比拉瓦尔喉口更能有效防止堵枪，延长顶枪的使用寿命。
7、本发明喷头的环齿缝形喉口能够在热胀冷缩时不发生喉口堵塞现象，保证喷头的流量。
8、本发明喷头除了应用于RH真空精炼炉顶枪时，能够在真空条件下对真空室内的钢液 实现吹氧脱碳和吹氧升温以及喷粉脱硫，并在非真空条件下对真空室吹燃气烘烤和加热除冷 钢之外，应用于电炉炉壁枪时，超音速气流可以实现切割废钢和喷碳粉、造泡沫渣。应用于 高炉时，可以实现长距离喷煤粉。应用于工业加热炉时，可以实现大功率超长焰加热。应用 于蒸汽喷射真空泵可以实现大流量抽气。
附图说明
图1为本发明实施例环齿缝超音速射流喷头喉口断面示意图；
图2为本发明实施例环齿缝超音速射流喷头轴向截面示意图；
图3为本发明实施例中外管扩张段为等截面圆管的结构示意图；
图4为本发明实施例中外管扩张段为扩口的变截面圆管的结构示意图；
图5为本发明实施例中外管扩张段为收口的变截面圆管的结构示意图；
图6为本发明应用于RH真空精炼用顶枪实施例的结构示意图。
零件标号说明
1    外管
2    中空芯管
3    环齿
4    水冷外管
5    隔水管
6    内管
7    中心管
8    输粉管
9    O型密封圈
10   收缩段
11   喉口段
12   扩张段
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭 露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
本实施例中所提及的方位，以从后至前的方向为喷射方向。
如图1至图3所示，本发明提供一种环齿缝超音速射流喷头，包括同轴设置的中空芯管2 和变截面外管1，中空芯管2位于外管1内，外管1内廓面与中空芯管2外廓面之间沿轴向 依次形成环形的收缩段10、喉口段11和环形的扩张段12三段变截面通道，其中收缩段10 的横截面沿轴向的喷射方向逐渐变小，扩张段12的横截面沿轴向的喷射方向逐渐变大，喉口 段11位于收缩段10和扩张段12之间，喉口段11横截面小于收缩段10和扩张段12，且喉 口段11具有环齿缝断面，变截面通道在喷头轴向截面上为轴对称的截面，形成收缩-扩张的 变截面状。依次形成的三段变截面通道可以将一定压力的低速气流加速到超音速，在喷头出 口处形成超音速射流。由于环齿缝形喉口能够在热胀冷缩时保证喷射流量，不发生喉口堵塞 现象，进而减少堵枪几率，延长其使用寿命，提高RH真空精炼装置冶炼的效能。
本例中中空芯管2外廓面上沿周向设置有环齿3，相邻环齿3之间形成喉口段11的环齿 缝，环齿缝连通收缩段10和扩张段12，其他实施例中环齿3也可以设在外管1内廓面上， 中空芯管2外壁上还设置有支撑筋板。
如图3所示，外管1的内廓面在扩张段12为等截面管。
如图4所示，外管1的内廓面在扩张段12扩口的变截面管。
如图5所示，外管1的内廓面在扩张段12收口的变截面管。
中空芯管2内还可以安装摄像头进行监控等。中空芯管2内可以通过与环管内不同性质 的气流。中空芯管2内可以通过固体粉剂。
如图6所示，本发明还提供一种RH真空精炼用顶枪，包括上述的喷头，还包括水冷外管 4、隔水管5、内管6、中心管7、输粉管8及O型密封圈9等部件。
如图6所示，水冷外管4与外管1焊接连接为一体，内管6与喷头的外管1插接在一起， 采用三道O型密封圈9密封，中心管7插入喷头的中空芯管2中心孔内，采用两道O型密封 圈9密封。内管6与水冷外管4之间为冷却水通道，内管6与水冷外管4之间有隔水管5将 冷却水分成进水通道和出水通道，并在喷头的外管1处转向。内管6与中心管7之间为氧气 通道，中心管7与输粉管8之间为燃气通道，输粉管8内为粉剂通道。水冷外管4、隔水管5、 内管6、中心管7以及输粉管8为直套管，实现氧气超音速射流的是喷头的外管1与中空芯 管2之间的环形断面的变截面段，即在横断面上为环型，在轴向截面为一收缩-扩张变截面， 其横断面面积最小处为环齿缝形喉口，一定压力的气体在流经环形喉口时被收缩段10加速至 音速，并在经过环形喉口后被扩张段12加速至超音速。中空芯管2的出口位于扩张段12， 燃气或粉剂在出口处受到抽吸作用而被加速。
本发明一种RH真空精炼用顶枪实施例取得了如下效果：
1)本实施例的顶枪喷头与现有的顶枪喷头相比，无需采用精密铸造，制造难度得到明显 降低；
2)由于采用环齿缝形喉口段加速气流，允许氧气流量能够有效增加，并进一步提高吹氧 脱碳和吹氧加铝升温的效率；
3)由于采用环形惰性气体保护脱硫粉剂，降低粉剂耗量，提高收得率；
4)由于采用纯氧或富氧助燃煤气或天然气，明显提高加热效率；
5)超音速射流提高了工作枪位，降低了冷却水耗量，延长了顶枪喷头寿命；
6)环齿缝形喉口段能明显降低堵枪几率；
7)环齿缝形喉口段能明显降低热胀冷缩对喉口面积的影响。
下面对采用本实施例喷头的RH真空精炼顶枪的具体实施方式作详细说明。
1)RH真空精炼顶枪通过真空室顶部的顶枪密封通道进入真空室，在顶枪冷却水通道持 续通入冷却水。钢液由真空室底部的浸渍管进出真空室。
2)吹氧脱碳冶炼期和吹氧加铝升温期，在顶枪氧气通道通入压力为0.9MPa的氧气，中 心管通入惰性保护气体。吹炼结束后，氧气通道用惰性气体吹扫，并继续吹入保护性惰性气 体。
3)喷粉脱硫期，输粉管内通入被惰性气体输送的脱硫粉剂，氧气通道通入惰性保护气。 喷粉结束后，输粉管用惰性气体吹扫，氧气通道、中心管继续吹入保护性惰性气体。
4)加热升温或除冷钢期，中心管内通入燃气，氧气通道通入富氧空气或纯氧助燃。处理 结束后，均需吹扫并通入惰性保护气。
环齿缝超音速射流喷头不仅可以应用于RH真空精炼炉顶枪，能够在真空条件下对真空室 内的钢液实现吹氧脱碳和吹氧升温以及喷粉脱硫，并在非真空条件下对真空室吹燃气烘烤和 加热除冷钢。并且，环齿缝超音速射流喷头应用于电炉炉壁枪时，超音速气流可以实现切割 废钢和喷碳粉、造泡沫渣；应用于高炉时，可以实现长距离喷煤粉；应用于工业加热炉时， 可以实现大功率超长焰加热；应用于蒸汽喷射真空泵可以实现大流量抽气。
需要说明的是，任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实 施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的 精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。