5孔氧枪喷头在120t转炉上的设计与应用

2. 5 扩张段长度 L
理论的气体膨胀角为 4#~ 8#, 扩张段的张角
理应也设计成 4#~ 8#。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, 对于新炉子,
随着氧气转炉的发展, 氧枪作为炼钢的关键 设备, 设计工艺数据必然影响着冶炼技术经济指 标的优劣, 氧枪喷头各参数的合理选取、精细的加 工制造技术及最佳的熔炼操作工艺, 是实现高效 平稳吹炼的必要途径。安钢第二炼轧厂新建 1 座 120 t 顶底复吹转炉, 配套有 1 套 L F 精炼炉、1 套 VD 真空脱气装置和 1 台宽板坯连铸机。在转炉 氧枪喷头设计上, 根据安钢实际铁水废钢条件及 品种结构, 选用 5 孔拉瓦尔式喷头, 并通过生产的 数理统计与论证, 此设计合理, 取得了良好的冶炼 操作效果, 达到了预期的设计要求。
5
1 52. 1 18. 6 13. 1
5. 2. 3 喷头冷却水冷却情况
从实际生产喷头冷却情况看, 水流量、压力、 水温差都满足了设计要求, 保证了氧枪的安全运 转, 见表 10。
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钢 铁 研究
第 35 卷
3结论
强磁场广泛应用于材料的制备, 已引起研究 者的重视, 并且在一系列的实验研究中, 发现了大 量的有价值的磁现象, 建立了一些有关强磁场的 理论。这些都为强磁场在材料科学中应用提供了 依据, 相应的强磁场在凝聚态物理、材料科学、化 学和生物科学领域都已开始研究。随着超导低温 技术和超导技术的进步, 获得高强度的磁场已成 为可能。在高强度磁场的极限条件下, 还会发现 更多有价值的现象, 为科学的发展提供机遇。同 时我们应该认识到强磁场的发展也存在着一些问 题, 在解决好技术问题的同时, 使强磁场更加方便 地应用于生产中, 还应完善各项强磁场理论, 为生 产提供理论依据。强磁场材料科学是一门新的学 科, 它已显示了强大的发展前景, 但是需要在深度 和广度上不断扩展强磁场在材料科学中的应用。
5 应用效果
5. 1 应用工艺条件
转炉炉衬工艺数据及原料成分见表 5~ 表 7。
有效容积/ m3 142. 2
表 5 炉衬工艺数 据
熔池直径/ mm 熔池深度/ mm 炉膛内高/ mm 炉膛内径/ mm 炉底总厚度/ mm 炉衬总厚度/ mm
5 021
1 399
8 311
5 076
9 90
7 87
C
枪位/ m
表 8 实际运用效果
流量/ 压力/ 供氧时 冶炼周 ( m3 h- 1 ) M Pa 间/ min 期/ min
喷头寿 命/ 次
1. 6~ 1. 9 30 000 0. 85 14. 5
37
2 00
初渣形 炉渣返
成时间/ 干率/
m inBiblioteka %3~ 515
表9
喷溅 率/ %
化渣效果
粘枪 炉渣成分( 平均) / % 率/ % CaO SiO2 T F e
2. 7 五孔分布圆直径 D
为减轻喷头出口氧射流互相掺混, 减小氧射 流作用熔池叠加冲击, 要求增大端底氧孔分布圆 直径与 出口直 径之比, 一般 在 3~ 4 之间, 所以 D 孔 = 190 mm。
2. 8 基本操作枪位 H
基本操作枪位考虑为出口直径的 35~ 40 倍, 即 H = 1 687~ 1 928 mm。
1 氧枪喷头设计条件
1. 1 供氧时间
安钢 120 t 转炉工程的工艺设备为铁水预处 理 转炉 精炼设备 连铸。安钢 120 t 转炉氧 枪从设计的生产能力和工艺匹配等角度考虑, 合 理设计转炉工序的冶炼周期为 37 min, 纯供氧时 间为 15 m in。
1. 2 供氧压力及流量
120 t 转炉平均出钢量为 135 t , 最大出钢量 为 150 t , 根据现有的铁水和废钢状况及钢铁料消
耗要求, 并结合转炉冶炼代表性钢种的物料平衡 和热平衡计算, 转炉 冶炼氧 气耗量 吨钢 52 ~ 53 m3, 故氧气流量( 标准 状态) 为 28 000 ~ 32 000 m3/ h, 供氧压 力为 0. 8 ~ 1. 2 M Pa, 供氧 强度为 3. 5~ 3. 9 m3 / ( min t ) 。
由于炉膛压力近似于 大气压力, 所以 P出 =
0. 102 M Pa, 则 Po = 0. 79 M Pa。根据安钢 120 t 转炉实际情况, 设定正常工作氧压为 0. 65~ 1. 05 MP a, 设计喷头时按 0. 85 MP a 计算, 相应氧流量
为 28 500 m3 / h。
2. 4 喷头尺寸
0. 692 1. 413 2. 030
4 冷态试验结果
4. 1 冲击深度
不同枪位、氧压 5 孔喷头冲击深度见表 3。
表 3 枪位、氧压和冲击深度关系
枪位/ m 1. 3
0. 6 M P a 0. 543
冲击深度/ m 0. 7 M Pa 0. 639
0. 8 M Pa 0. 735
1. 6
0. 486
CD 喷管流量系数, 取 1 A 喉 喉口面积, cm2 T 0 入口氧气温度, T 0 = ( 273+ 15) ∀ ( 2) 出口直径
根据查等熵流表, 在 M出 = 2. 0 时, 得A 出 / A 喉 = 1. 687 5。
A 出 = A 喉 ! 1. 687 5= 1 886 m m2
D 出 = 48. 2 m m
2. 0 37. 1 48. 2 15 3. 5 90 28 500 0. 85
表 4 枪位、氧压和冲击面积关系
枪位/ m
1. 3 1. 6 1. 9
0. 6 M Pa
2. 169 2. 388 2. 970
冲击面积/ m2
0. 7 M Pa
1. 413 2. 207 2. 387
0. 8 M Pa
装入深度较深, 考虑喷头的穿透能力, 应取较大的
张角, 定为 3. 5#。则 L 为 90. 7 m m。最后确定取 L = 90 mm 。
2. 6 确定喷头倾角
多孔喷头的各个流股发生汇交和不汇交以效 应角 为界, 大于 各个流股就很少汇交, 小于 就必定汇交。得出 = 12. 8#~ 15. 4#, 综合考虑取 孔倾角为 15#。
作者简介: 刘海强( 1974- ) , 男, 河南安阳人, 工程师, 主要从事转炉炼钢方面的研究工作.
第3期
刘海强, 等: 5 孔氧枪喷头在 120 t 转炉上的设计与应用
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施, 相对投资较大, 且反应激烈, 操作难度大; 而马
赫数过小, 则输氧管线的氧压没有被充分利用, 也
是不经济的。综合考虑, 马赫数 M= 2. 0 最佳。
2. 2 喷头数目的确定
喷头数目的多少与转炉炉型、转炉化渣操作、
熔池搅拌都有很大的关系, 结合 120 t 转炉炉型,
保证一定的冲击面积和冲击深度, 尽快形成乳化
区, 减少喷溅, 提高成渣速度和改善热效率, 并通
过对同类转炉氧枪的使用情况, 确定为 5 孔。
2. 3 计算工况氧压
根据 等 熵 流 表, 当 M = 2. 0 时, P出 / Po = 0. 127 8。
3 喷头设计结果
设计氧枪 5 孔喷头 几何尺寸见图 1, 氧枪 5 孔喷头参数如表 2 所示。
图 1 5 孔喷头几何尺寸
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钢 铁 研究
第 35 卷
表 2 5 孔喷头参数
马 喉口 出口 中心夹 扩张 扩张 设计 工作 赫 直径/ 直径/ 角/ 角/ 段长/ 流量/ 氧压/ 数 mm mm (#) (#) mm ( m3 h- 1 ) M Pa
54 2
设计工况氧 压/ M Pa 0. 79 1. 68
3. 0
10 3
197
59 0
3. 72
从提高氧气射流的冲击能力考虑, 希望采用 较高的马赫数, 但从表 1 可以看出: 当 M > 2. 0 以 后, 随着马赫数的增大, 氧气出口温度减低, 出口 音速不断减小, 使出口速度增加变慢, 而设计工况 压力却增加很快。过高的马赫数需要高压管线设
摘 要: 阐述了安钢 120 t 转炉氧枪喷头重要参数的设计和 选取, 并通过冷态 测试和实 际运用对 氧枪喷
头的使用效果进行了分析和讨论。
关键词: 转炉; 氧枪喷头; 设计; 应用
中图分类号: T F769. 2 文献标识码: A
文章编号: 1001 1447( 2007) 03 0052 03
Design and application of 5 hole nozzle of oxygen lance in 120 t converter
在实际应用当中, 枪位控制在 1. 6~ 1. 9 m, 氧气压力平均 0. 85 M Pa, 纯供氧时 间平均达到 14. 5 min, 冶炼周期平均 37 m in, 终点碳、终点温 度受控率高达 90 % 以上, 完全满足生产需要, 也 满足了原设计要求。随着操作工对枪位及造渣制 度的逐步摸索和掌握, 平均喷头寿命达到 200 次, 最长已超过 300 次, 如表 8 所示。
5. 2. 2 喷头化渣效果
统计了 500 炉实际冶炼炉次, 从化渣效果看, 化渣效果较好, 起渣时间平均 4 min; 吹氧 5 min 后
碱度可达到 2. 0, 保证了前期脱磷效果, 吹炼中期 炉渣返干、喷溅率较低, 金属收得率高, 粘枪事故较 低, 偶尔产生的返干、喷溅、粘枪与铁水成分、温度、 原材料质量波动也有关系。倒炉时炉渣流动性好, 终点取样分析, 渣中 w( T Fe) 较低, 平均 13. 1 % , 终 渣碱度在 2. 5~ 3. 0, 一次倒炉 w ( P) 受控率达 到 95 % , 均满足了冶炼钢种要求, 见表 9。