一种气基直接还原工艺用氧枪冷却结构及冷却方法与流程

本发明涉及气基直接还原炼铁，尤其涉及一种气基直接还原工艺用氧枪冷却结构及冷却方法。

背景技术：

1、气基直接还原工艺是近年来发展迅速的炼铁技术，其以天然气或煤制气为还原剂，在竖炉中将铁矿石直接还原为海绵铁，在该工艺中，氧枪是向竖炉内喷吹氧气以调控炉内温度场和气氛分布的关键设备。

2、但是，在实际生产过程中，氧枪长期处于1100℃以上的高温环境下工作，受高温炙烤、热辐射及高温气流冲刷等多重因素影响，氧枪前端极易出现烧损、变形、开裂等损坏现象。氧枪损坏后不仅影响正常生产，导致竖炉温度场和还原气氛失衡，还会造成非计划停机，增加检修作业频次和备件成本，同时存在较大的安全风险。目前，现有技术中针对氧枪的冷却方案主要采用水冷结构，例如，通过在氧枪外部设置水冷套管或螺旋冷却水管，利用循环冷却水带走热量，达到冷却的效果。然而，水冷结构存在以下不足：（1）冷却水在高温环境下易产生水垢，堵塞冷却通道，影响冷却效果；（2）水冷系统结构复杂，需要配备循环水泵、水箱、换热器等辅助设备，占地大、投资高；（3）一旦发生漏水事故，水进入高温炉内可能引发剧烈汽化甚至爆炸，安全隐患较大；（4）水冷通道的加工和密封要求高，制造和维护成本较高。此外，现有技术中还存在一种“无氮气冷却氧枪”的设计，但其主要涉及氮气与氧气的输送切换控制，而非利用氮气作为主动冷却介质对氧枪本身进行降温保护。

3、基于此，有必要开发一种气基直接还原工艺用氧枪冷却结构及冷却方法，以解决现有水冷结构存在的结构复杂、安全隐患大等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种气基直接还原工艺用氧枪冷却结构及冷却方法，针对现有技术中气基直接还原工艺氧枪在高温环境下易损坏、水冷结构存在安全隐患且结构复杂的技术问题，通过在氧枪内部增设独立的氮气通道，利用高流速氮气带走高温炙烤的热量，实现对氧枪的有效冷却，延长氧枪使用寿命，以解决现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种气基直接还原工艺用氧枪冷却结构，包括氧枪本体，所述氧枪本体沿轴线方向设置有氧气通道，所述氧枪本体内部还设置有至少一条氮气冷却通道，所述氮气冷却通道沿氧枪本体的轴向延伸，其入口端设置于氧枪本体的尾端，用于连接外部氮气供应源，其出口端设置于氧枪本体的前端或侧壁，用于将换热后的氮气排出；

3、所述氮气冷却通道与所述氧气通道相互独立、互不连通；

4、所述氮气冷却通道的横截面积小于所述氧气通道的横截面积。

5、优选的，所述氮气冷却通道为环形通道，套设于所述氧气通道的外侧。

6、优选的，所述氮气冷却通道为多条沿氧枪本体周向均匀分布的轴向孔道。

7、优选的，所述氮气冷却通道的出口端设置有喷嘴结构。

8、优选的，所述氧枪本体前端设置有温度检测装置。

9、本发明还公开了一种基于气基直接还原工艺用氧枪冷却结构的冷却方法，包括以下步骤：

10、s1：将氧枪本体安装于气基直接还原竖炉的氧枪插口中；

11、s2：通过氧气通道向炉内喷吹氧气，同时通过氮气冷却通道向氧枪本体内通入氮气；

12、s3：控制氮气的流量和压力，使氮气在氮气冷却通道内以高流速流动，利用高速流动的氮气与氧枪本体进行对流换热，带走氧枪本体吸收的热量；

13、s4：换热后的氮气从氮气冷却通道的氮气出口端排出。

14、优选的，步骤s3中所述氮气的流速为50～200m/s。

15、优选的，步骤s3中所述氮气的压力为0.6～2.0mpa。

16、优选的，步骤s3中还包括：将排出的氮气经换热器回收余热后循环利用。

17、优选的，步骤s3中根据温度检测装置的实时反馈信号，调节氮气的参数。

18、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本发明公开了一种气基直接还原工艺用氧枪冷却结构及冷却方法，通过在氧枪本体内部增设与氧气通道相互独立、互不连通的氮气冷却通道，并以横截面积小于氧气通道的方式形成高流速通道结构，使高压氮气在通道内高速流动时与氧枪本体进行强制对流换热，快速带走氧枪在1100℃以上高温环境下吸收的热量，有效降低氧枪本体的工作温度，防止氧枪因高温炙烤而损坏。并且冷却工质氮气为惰性气体，化学性质稳定，不存在水冷系统因漏水引发汽化爆炸的安全隐患，且在高温下不会产生水垢或锈蚀堵塞冷却通道，运行可靠性高；同时该系统无需配备循环水泵、水箱、换热器等辅助设备，结构大幅简化，制造和维护成本低。此外，配合温度检测装置实时监测氧枪前端温度并据此调节氮气流量和压力，能够根据温度变化动态调整冷却强度，实现精准冷却控制，避免过度冷却或冷却不足。

1.一种气基直接还原工艺用氧枪冷却结构，包括氧枪本体（1），所述氧枪本体（1）沿轴线方向设置有氧气通道（2），其特征在于：

2.根据权利要求1所述的气基直接还原工艺用氧枪冷却结构，其特征在于：所述氮气冷却通道（3）为环形通道，套设于所述氧气通道（2）的外侧。

3.根据权利要求1所述的气基直接还原工艺用氧枪冷却结构，其特征在于：所述氮气冷却通道（3）为多条沿氧枪本体（1）周向均匀分布的轴向孔道。

4.根据权利要求1所述的气基直接还原工艺用氧枪冷却结构，其特征在于：所述氮气冷却通道（3）的出口端设置有喷嘴结构。

5.根据权利要求1所述的气基直接还原工艺用氧枪冷却结构，其特征在于：所述氧枪本体（1）前端设置有温度检测装置（6）。

6.一种气基直接还原工艺用氧枪冷却方法，基于权利要求1-5任意一项所述的气基直接还原工艺用氧枪冷却结构，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的气基直接还原工艺用氧枪冷却方法，其特征在于：步骤s3中所述氮气的流速为50～200m/s。

8.根据权利要求6所述的气基直接还原工艺用氧枪冷却方法，其特征在于：步骤s3中所述氮气的压力为0.6～2.0mpa。

9.根据权利要求6所述的气基直接还原工艺用氧枪冷却方法，其特征在于：步骤s3中还包括：将排出的氮气经换热器回收余热后循环利用。

10.根据权利要求6所述的气基直接还原工艺用氧枪冷却方法，其特征在于：步骤s3中根据温度检测装置的实时反馈信号，调节氮气的参数。