氧枪

高效氧枪喷头优化设计与应用

习晓峰，罗岩，李都宏（陕西龙门钢铁有限责任公司炼钢厂）

摘要: 龙钢炼钢厂50t 转炉原采用Ф168的四孔氧枪喷头,

在使用过程中存在马赫数高（2.05），冶炼终渣化不透，渣中带铁量高、喷溅率高、炉底上涨频繁的情况。根据现场实际情况, 改用四孔Ф180氧枪, 并对喷头的各项参数进行了优化设计和改造, 改造取得了良好的效果,

转炉化渣有了明显的改善，渣中带铁量由35%降至20%, 喷溅率由25%降至10%, 转炉炉型规则保持延长。

关键词: 转炉；氧枪；喷头；优化改造

1 前言

供氧制度包括确定合理的喷头结构、供氧强度、氧压和枪位控制,是控制整个吹炼过程的中心环节,直接影响吹炼效果和钢铁料消耗的高低。供氧制度还关系到造渣速度、化渣优劣、喷溅情况、终点碳高低、温度的控制和炉衬寿命;对转炉强化冶炼、提高钢水质量也有重要的影响。

龙钢炼钢厂现有4座混铁炉，4座50t转炉，4台方坯连铸机，09年以前氧枪一直使用Ф168的4孔拉瓦尔氧枪,喉口直径Φ25.7mm，出口直径33.5mm,马赫数2.05。从生产数据统计来看, 该枪在使用过程中,冶炼终渣化不透，渣中带铁量达35%、喷溅率在25%以上、炉底上涨频繁，使炼钢钢铁料消耗达到1094kg/t左右，直接影响成本。

另外,炉底的上涨导致炉型不规则，终点碳难于把握，对高拉碳影响较大。

2 高效氧枪喷头优化设计

2.1 马赫数的选择

马赫数(M)是设计喷头的一个重要参数，M的大小决定了氧气流股的出口速度(V出)的大小,即决定了氧气流股对熔池的冲击能力的大小。M过大,流股对熔池的冲击能力越大，会导致喷溅严重；M 过小，又会使熔池得不到良好的搅拌。为使吹炼过程保持平稳，通过M与（P设）和（V出）三者之间（如图1）所示的关系。从图中可

以看出, M—P 设和M—V 出两条曲线都是随着M的增大而单调增大的。但是, 两条曲线的斜率不相同。综合考虑, 马赫数M取2.0。

2.2 喷头喉口直径及出口直径的计算

2.2.1 计算工况氧压Po

查等熵流表，当M为2.0时，P出/P0=0.1278，由于炉膛压力近似于大气压力，所以P出=0.102Mpa，则P0=0.8Mpa=8.14kg/cm2，故工作压力为0.80～0.85MPa

2.2.2 计算氧流量Q

Q= 吨钢氧耗×出钢量×60÷纯供氧时间

供氧强度为4.15Nm3/( t﹒min)，则Q=13700Nm3/h。2.2.3 计算喉口直径D喉

根据炉子的吨位和实践仍选用四孔喷头, 由氧流量公式:

Q=64.3236×PO×A喉

其中：A喉为喉口截面积。得出：D喉=28.9mm。

2.2.4 计算出口直径D出

根据M=2.0, 查等熵流表, 知A出/A喉=1.688, A 出为喷头出口截面积,

得出：D出=37.6mm。

2.2.5 据生产实际经验仍选取孔倾角α=120

2.3 操作枪位及冲击深度计算

2.3.1

选择操作枪位主要考虑两点，及射流中心线速度衰减和取得最大冲击面，当枪位低于30D出，速度衰减已经趋向平缓，但是速度值也低，冲击能量不足。因此，枪位选择在30～40 D出为宜。

基本枪位1310mm；最高枪位1500mm；最低枪位1130mm。

2.3.2 冲击深度根据佛林公式：

H=3.4×PO×D喉/H0.5-0.0381

对于四孔喷头取修正系数0.90, 计算得：冲击深度=580mm

3 实际操作过程中枪位确定

3.1 枪位与熔池搅拌的关系

枪位在适当的范围内变动, 可以调节熔池表面和内部的化学反应速度, 尤其碳氧反应速度,从而也起到调节熔池的搅拌作用。如果短时间内采用高-低枪位, 还有利于消除炉内液面上出现的“死角”。3.2 枪位与渣中TFe 含量的关系

渣中TFe含量与吹炼的关系极为密切, 不仅影响成渣速度, 而且是转炉炼钢氧的载体,转炉内各氧化反应的参与者。在吹炼的不同时期，根据炼钢的任务，对渣中TFe含量的要求也不同。如在吹炼初期为了去除P、S应早化渣,要求使用稍高枪位, 保证渣中TFe含量高

些；在吹炼中期为防止喷溅，要求使用适中枪位,保证合适的渣中TFe 含量；在吹炼后期为了提高钢水收得率, 最好降低枪位以降低渣中TFe含量。

3.3 枪位与熔池温度关系

根据现有原料(特别是铁水)条件，以及现场的试验摸索，综合考虑枪位与炉内温度、熔池搅拌、渣中TFe含量，得出操作过程中的最佳枪位。

4 氧枪高效改造的生产实践效果

09年转炉使用改造过的氧枪后，各类指标出现明显的好转。具体情况见表一：

应用表明,

该氧枪有利于前期渣早化,提高了过程化渣效果,为提高终点碳创造了条件，同时更好的抑制了喷溅的产生；终渣较以前更透，大大降低了一倒渣中带铁量，降低了转炉钢铁料消耗,使炼钢成本进一步降低；提高供氧强度，缩短了冶炼周期,达到班产20炉的高冶炼节奏, 为进一步提高产能提供了有力的保障。