氧枪设计计算

4 氧枪设计
氧枪设计主要内容有：喷头设计、枪身设计。

本设计采用半钢冶炼，为迅速化渣，缩短冶炼周期选择四孔拉瓦尔喷头。

原始数据：① 转炉公称容量120t ，② 炉容比V/T =1.03，③ 熔池直径D=4.81m ，④ 8.45m =内H ，⑤ 熔池深度h=1.30m 。

4.1 喷头设计参数的确定
（1）氧气流量计算
吹氧时间
出钢量
每吨钢氧耗量氧气流量⨯=
=55×120/20.31=324.96 m 3/min
（2）喷嘴出口马赫数
根据国内推荐，M=1.8~2.1为佳，攀钢目前M 取1.92，本设计取M =2.0。

四孔喷嘴夹角取12°。

（3）设计工况氧压
通过查取等熵流表，当M =2.0时，P/P 0=0.1278，炉膛周围压力P 膛=1.27×105Pa 。

则，P 设=Pa 1094.91278.01027.1/55
⨯=⨯=O P P P 膛
（4）理论设计氧压
P/P 0=0.1278，P=0.1015MPa 。

P 0=0.79×106 Pa （5）扩张角β取10°（半锥角取5°）
扩张段长度L 可由经验公式求得：扩张段长度/出口直径=1.2~1.5。

（6）喉口直径
每孔氧流量：24.814/96.324==q m 3/min
由公式0
T D
874.1T p A C q 设
=，令C D =0.90，T 0=300K ，则
81.24=1.784×0.9×
300
41094.95
2
T ⨯⨯⨯d π，d T =3.35×10-2m=3.35cm 。

(7)喷头出口直径：依据M=2.0，查等熵流表 A 出/A 喉＝1.688。

688.135.3/0T ⨯=⨯=A A d d 出=4.35cm
(8)扩张段长度
扩张段长度L 取决于扩张角β的大小。

L
L d d 235
.335.42-2
tan
T -==
出β
L=5.71cm
(9) 收缩段长度
根据35.33.23.24.2~2T T ⨯===d d d ）（入=7.705cm
收缩角α取45°，则收缩半角为22.5°，则
o d
d L 5
.22tan 2-T 入缩==（7.705-3.35）/(2×0.414)=5.26cm
(10)喉口长度
为了稳定气流，使收缩段和扩张段加工方便，根据攀钢设计经验，取1.55cm 。

(11)喷头总喉口直径
=⨯
=4
42
T
d A π喉总4×1/4×3.14×3.352=35.24cm 2
喷头总喉口直径喉总喉总A d 13.1==6.71cm 。

(12)喷头进口直径
ω
6013
.113.10⨯==P PQv
F d 进进
P —绝对标准大气压，1×105Pa ； P 0—设计氧压； Q —转炉容量120t ；
ν—供氧强度2.5m 3/(t ·min)； ω—氧气喷嘴的流速取40m/s 。

=142mm
4.2 氧枪尺寸设计
(1) 内层管直径
内层管是氧气通道，直径应等于或略大于喷头进口直径，内径内d =142mm ，内管外径外1d 取155mm 。

(2) 中层管直径
j V j V q A W =
π
j
A d
d 4212+
=外
40
601079.05.21201013
.165
⨯⨯⨯⨯⨯=进d
外1d —内层管外径； j A —进水环形通道截面积； W V q —高压冷却水进出口量取60t/h ； j V —高压冷却水流速，取6m/s 。

2mm 78.27773600
660
=⨯=
j A
=⨯
+=+
=14
.378
.2777415542212π
j
A d
d 外
166mm 中层管外径取182mm 。

(3) 外层管尺寸
选取回水流速=p υ7m/s 。

回水通道的面积3600
760
p
Ph ⨯=
=
v q A W V =2380.95mm 2
15.19014
.395
.2380418242Ph
2
23=⨯
+=+
=π
A d d 外 mm 中层管外径取205mm 。

(4) 氧枪产度
考虑到冶炼末期炉膛扩大，熔池有所下降，故喷头端到熔池面的高度h 0取400mm ，作为确定吹氧管最低位置。

吹氧管总长度为：
87654321h h h h h h h h H +++++++=管 式中：
h 1—吹氧管头部最低位置至炉口的距离；
h 2—转炉炉口至烟道下沿的距离，考虑到当活动烟罩提升后，方便观察终点火焰，距离603mm ；
h 3—烟罩下沿至烟道拐点的距离，3400mm ；
h 4—烟道拐点至吹氧管孔的距离，1.225×2.26/(2×tan45°)=1384mm ； h 5+ h 6—吹氧管孔至吹氧管把持口的距离，1560mm ； h 7—吹氧管把持口中心线距离，1810mm ；
h 8—吹氧管把持口中心线至吹氧管接头法兰的距离。

取650mm 。

h 1=8.45-1.3-0.4=6.75m
H 管=6750+603+3400+1384+1560+1810+650=16.157m 吹氧管的行程（H 行）
H 行= 54321h h h h h ++++
h 1， h 2， h 3， h 4同上所述，h 5—当吹氧管头需要打渣时，或吹氧管发生故障需要更换时，要求把吹氧管喷头拔离吹氧管孔上沿的距离，本设计取750mm 。

H 行= 6750+603+3400+1384+750=12.887m。