氧枪喷头计算

3 喷管尺寸计算及模型建立

在数值模拟中要对氧枪射流流动状况进行计算，首先要生成相关计算区域的网格。这需要先对所研究内容的进行几何建模，即将描述氧枪射流的几何尺寸信息用软件绘制出来，然后将这些几何信息传递到网格生成软件中生成所需要的计算网格。几何建模是根据网格生成软件的需要而进行，即给出的数据格式要符合网格生成软件的需要。

3．1氧枪喷头设计

（2）选取喷孔出口马赫数

Ma 选取2.01。

（3）理论设计氧压

理论氧压应根据查等熵表来确定。查等熵流表，当Ma=2.01，

p/o p =0.12583，p=0.101325Mpa ，则，o p =

61012583.0101325.0⨯=0. 79284⨯610Pa （4）计算喉口直径

令D C =0.93，o T =273+27=300K ，o p =0. 79284MPa ，由公式 ：o o D T A p C 782.1喉实=Q ⇒1.782⨯0.93⨯300108 0.414.362⨯⨯d

得：d 喉=20mm

（5）计算出口直径

依据Ma=2.01，查等熵流表得喉A A /=1.7017

出d =（21A A ）喉

喉d =21

7017.1⨯35=26mm （6）收缩段长度：

收L =1.2⨯喉d =24mm

（7）理论的气体膨胀角为4~8度，扩张段的张角理应也设计成4~8度。小扩张角具有控制膨胀作用，因而出口流股会有轻微膨胀，氧流贴近孔壁流动会出现层流，从而加重射流表面与炉氧混合，有利于提高热效率。大扩张角控制膨胀作用小，扩张段短，受孔壁粗糙度影响小，有利于减小氧射流的能量损失，提高作用熔池贯穿力，应取较大的张角，半角定为5度。

扩L =（26-20）/2tan o 5=34mm

（8）喷嘴喉口长度的确定

喉L =2mm

（9）收缩段入口直径

取收缩段的半锥角）2/(收α为o 10

2/tan 收α=收喉收2/）d -d （L 则收d =26mm 。

3 氧枪喷头的设计

3.1 喷孔数目和类型选择

喷孔数目的选择以有利于快速成渣和改善热效率为基本原则。文中主要以研究熔池内氧气射流与熔池的相互作用为主要目的，为了获得更加直观明显的模拟效果，同时为保证装入量增加后仍然满足纯供氧时间的要求，选择3孔氧枪喷头。

3.2 马赫数的选择

国内钢厂多数采用马赫数为1.97到2.05之间，欧美的钢厂通常选用较高的马赫数。如果采用马赫数过低，则氧气出口速度小，氧气射流动能低，对熔池的搅拌能力较弱，氧的利用率低，渣中氧化铁含量过高，容易引起喷溅，此时如果在用较低的枪位则要降低氧枪寿命。从提高氧气射流的冲击能力考虑，希望采用较高的马赫数，但是马赫数过大需要高压管线设施，相对投资较大，且反应激烈，操作难度大，产生喷溅的危险增大，并易损坏转炉炉衬和炉底。根据输氧管道压力和转炉的大小，马赫数取2.01。

3.3 计算工况氧压Po

查等熵流表，当马赫数取2.01时p/o p =0.12583，式中P 出为喷孔出口压

力，由于喷孔出口压力近似于大气压力，所以P 出=0.102MPa ，则，

o p =61012583

.0101325.0⨯=0. 79284⨯610Pa ，工况氧压也即是喷头氧气滞止压力，大于此压力氧气在出口处可获得完全膨胀的超音速射流。

喷头选定工作氧压为0.8MPa ，故喷头在此压力下工作时，可获得完全膨胀的超音速射流，该射流具有较大动能，有利于熔池搅拌。

3.4 计算氧流量Q 和供氧强度I

吹炼1t 金属料所需要的氧气量，可以通过计算求出来。其步骤是：首先计

算出熔池个元素氧化所需要氧气量和其他氧气量，然后再减去铁矿石或氧化铁皮带给熔池的氧量。

吹炼钢种以Q235B 为例，金属装入量中铁水占90%，废钢占10%，渣量是金属装入量的7.78%；吹炼过程中，金属料中90%的碳氧化生成CO 、10%的碳氧化生成CO 2。

1. （1）供氧量：单位时间的供氧量决定于供氧强度和炉容量，而供氧强度则与铁水成分、炉容比和炉容量有关。铁水含硅，磷高时，供氧强度应降低，以免太喷溅影响尽速收得率，同理，供氧量的精确值只有通过物料平衡才能求得。它与吨钢耗氧量、出钢量和吹氧时间的关系可用下式表示：

⨯=吨钢耗氧量出钢量供氧量吹氧时间

据物料平衡计算得，每吨金属氧耗量为45.673m ，氧气利用率取87%，氧气纯度为为99.5%，金属收得率为90%，则转炉吨钢氧耗量由计算可得，约为58m 3/t ，若吹氧时间取16min ，则每一孔氧流量为24.43m /min

3.5 氧枪喷头的主要尺寸设计

3.5.1 喉口直径D 喉

由氧流量公式Q=64.3236×Po ×A 喉

式中：A 喉——喉口截面积

得出D 喉=35mm

3.5.2 出口直径D 出

根据M=2.01，查等熵流表，得A 出/A 喉=1.7017

式中：A 出——出口截面积

得出D 出=34.8mm