氧枪设计

氧枪设计

顶底复吹转炉是在氧气射流对熔池的冲击作用下进行的，依靠氧气射流向熔池供氧并搅动熔池，以保证转炉炼钢的高速度。因此氧气射流的特性及其对熔池作用对转炉炼钢过程产生重大影响，氧枪设计就是要保证提供适合于转炉炼钢过程得氧气射流。

转炉氧枪由喷头、枪身和尾部结构三部分组成，喷头一般由锻造紫铜加工而成，也可用铸造方法制造，枪身由无缝钢管制作得三层套管组成。尾部结构是保证氧气管路、进水和出水软管便于同氧枪相连接，同时保证三层管之间密封。需要特别指出的是当外层管受热膨胀时，尾部结构必须保证氧管能随外层管伸缩移动，氧管和外层管之间的中层管时冷却水进出的隔水套管，隔水套管必须保证在喷头冷却水拐弯处有适当间隙，当外层管受热膨胀向下延伸时，为保证这一间隙大小不变，隔水套管也应随外层管向下移动。

（1）喷头设计：喷头是氧枪的核心部分，其基本功能可以说是个能量转换器，将氧管中氧气的高压能转化为动能，并通过氧气射流完成对熔池的作用。

1）设计主要要求为：

A 正确设计工况氧压和喷孔的形状、尺寸，并要求氧气射流沿轴线的衰减应尽可能的慢。

B 氧气射流在熔池面上有合适的冲击半径。

C 喷头寿命要长，结构合理简单，氧气射流沿氧枪轴线不出现负压区和强的湍流运动。

2）喷头参数的选择：

A 原始条件：

类别\成分(%)

C Si Mn P S 铁水预处理后设定值 3.60 0.10 0.60 0.004 0.005 冶炼Q235A,终点钢水C=0.10%根据铁水成分和所炼钢种进行的物料平衡计算，取每吨钢铁料耗氧量为50.4m3（物料平衡为吨钢耗氧52m3）,吹氧时间为20min 。转炉炉子参数为：内径6.532m ，熔池深度为1.601m ，炉容比0.92m3/t 。转炉公称容量270t ，采用阶段定量装入法。

B 计算氧流量

每吨钢耗氧量取 52m3，吹氧时间取20min min /70220270523m Q =⨯

=

C 选用喷孔出口马赫数为2.0、采用5孔喷头（如下图3-3所示），喷头夹角为14°喷孔为拉瓦尔型。

图3-3 五孔喷头

D 设计工况氧压和喉口直径

查等熵流表，当M ＝2.0时，

0/P P ＝0.1278，取P=P 膛=0.101a M P ,则设计工况氧压

为： MPa P 790.01278.0101.00== 每孔流量：

min /4.140570253m Q q === 取 96.0=D C ， 0

290T K = ，MPa P 790.00= 代入下式： 00782.1T P A C q D

⨯=喉 则

29010790.04d 96.0782.14.14062⨯⨯⨯⨯

⨯=喉π d 喉＝0.047m

E 确定喷孔出口直径

根据M=2.0 查等熵流表得：/A A 出喉＝1.688，即 221.68844d d ππ

⨯出喉＝ 则 d 出＝61mm

F 确定喷孔其他几何尺寸：取喷孔喉口的直线长度为3mm ，扩散段的半锥角取3.5°，则扩散段长度L 为： mm 5.1145.3tan 2d d 0=-=喉出扩L

G 收缩段根据喷头实际尺寸确定。设计出的喷头真图基本如下（图3-4）

图3-4 五孔喷头

（2）氧枪水冷系统

氧枪枪身由三层同心无缝管组成，其长度决定于炉子尺寸与工艺布置要求。其主要尺寸计算如下：

1）中心钢管直径的确定。已知氧流量Q=702Nm3/min ，氧气流在中心管内的流速按 50m/s, 保证其经济性和安全性。

依据气体状态方程，在中心管内的实际状态下的氧流量为：

s /m 59.1min /m 64.9570227310790290101325Q T P T 335000==⨯⨯⨯⨯==标标P Q

则中心钢管直径为：

mm m v Q d 201201.050

59.144001==⨯⨯==

ππ

中心钢管的鼻喉及直径根据标准无缝管产品规格选定为ø230mm 。

2）中层钢管和外层钢管直径的确定。中层及外层钢管的直径主要根据冷却水的流速和流量来确定。冷却水从中心钢管和中层钢管之间形成的环缝进入，经过喷头端部，由外层和中层钢管之间的环缝流出。

进水速度选取6m/s ，出水速度选取7m/s ，端头处的水流速取为8 m/s 。270t 复吹转炉氧枪冷却水耗量为250t/h ，冷却水在氧枪中的温升控制﹤20℃，出水温度﹤50℃。氧枪受热表面所受的最大热负荷值大约为（0.9～1.71）×106kJ/h ·m2。

进水环缝截面积：F1=Q 水/V 进=250/（6×3600）=0.01157m2

出水环缝截面积：F2=Q 水/V 出=250/（7×3600）=0.00992m2

已知中心钢管外径d 内1=152mm ，则中层钢管的内径为： ()2114F d d π=+中内

=260mm

取中层钢管为：ø=300mm

同理，外层钢管内径为： ()2214F d d π=+外中 =320mm

选取外层钢管为ø=350mm

（3）冷却水在铜头底部的流通间隙：

由于铜头底部受的热流最大，为保证铜头能有较高的寿命，故应适当增加冷却水在端头处的流速。若δ为间隙高度，A 为外冷却水层环缝厚度，应使A ＞δ，或端头处的流速取为7～8m/s

氧枪装置与副枪

为了满足工艺过程中升降枪位和更换氧枪的要求，设置有一套升降装置和横移装置， 为了在吹炼过程中取得中间数据，实现计算机控制，布置一套与氧枪平行副枪装置。