喷头及氧枪设计计算

第三部分喷头及氧枪设计计算（一）喷咀理论与设计

一、有关公式[5]537

1、缩放管公式（M2—1）错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。（3—1）

讨论马赫数M=V/a （3—2）

①M<1为亚音速，V

②M=1为音速，V=a，喉口处面积不变（dA=0），为音速段（dV=0）；

③M>1为超音速，V>a，当断面放大（dA=+），则流速增大（dV=+）。

因此，当可压缩流在经过缩放喷咀后，流速可经亚音速，音速而得超音速，从而使氧气由压力能转化为超音速动能，用以搅拌熔池进行冶金反应。

2、三孔喷头在不同单位时的氧流量计算式[5]546

错误！未找到引用源。=3错误！未找到引用源。0.4167P0A*/错误！未找到引用源。[kg/S] （3—3）

错误！未找到引用源。=3错误！未找到引用源。17.5P0A*/错误！未找到引用源。[Nm3/min] （3—4）

式中：A*——喉口面积[cm2]

P0——设计氧压[kg/cm2]

而KgO2=0.7[Nm3]（参[2]628）

3、用冷却水温度代氧滞止温度后的影响

取氧气贮气罐滞止温度T0=15°C（288K），冷却水温度T水=20°C（293K），当用T水代T0上升5°C，对氧气流量地影响为：

Wo2（288）/ Wo2（293）=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=1.0085

即用T水代T0升温对氧气流的影响为0.0085<1%

因此可用T水错误！未找到引用源。T0（参[5]557）

4、当确定出口马赫数后如提高供养压力，则出口压力，滞止温度和出口温度都相应提高。

错误！未找到引用源。=（1+错误！未找到引用源。）-7/2=错误！未找到引用源。[5]546 （3—5）

5、贮气罐的表压力可代喷头入口处的绝对氧压

关系式为：错误！未找到引用源。+（错误！未找到引用源。—错误！未找到引用源。）=错误！未找到引用源。（3—6）

式中：错误！未找到引用源。贮气、表压力与喷咀入口氧压等

错误！未找到引用源。用于克服管道阻力损失，其值约1大气压，因此可认为近似地抵消了大气压力错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。符号“0”指滞止状态，也即为设计氧压或供用氧压

6、出口马赫数

M=V/a=42.646错误！未找到引用源。/19.07错误！未找到引用源。[5]536 （3—7）

=2.244错误！未找到引用源。（3—8）

P绝=P液+P大气（=P0=P设=P供）

图3-1 转炉供氧各部压力示意图

二、参数分析

1、三孔喷头氧流量=（加废钢后每吨钢耗氧量）错误！未找到引用源。（出钢量）/（吹氧量）[Nm3/min]

（3—9）或Qo2=3错误！未找到引用源。17.5P0A*/错误！未找到引用源。[Nm3/min] （3—10）

①令后期炉膛扩大，为保持炉容比（V/T）和吹氧时间不变应同时提高出钢量和氧流量；

②提高氧流量的方法有两种：提高氧压P0或换枪使用时增大喉口面积A*和出口面积A（由表3—1

知出口马赫数可保持不变）。

表3—1 可压缩气体等熵流各参数的比值表

M P/P0T/T0A/A*

1.5 1.176

1.95 1.619

1.96 1.633

1.97 1.646

1.98 1.660

1.99 1.674

2.00

1.688

2.01

1.702

2.02

1.716

2.03

1.730

2.04

1.745

2.05

1.760

2.30

2.193

2.50

2.637

3.0

4.235

2、供氧强度=加废钢后每吨钢耗氧量/吹氧时间[Nm 3

/T 错误！未找到引用源。min] 当渣量少，炉容比大，喷空多均可提高供氧强度而缩短冶炼时间。 3、设计工况氧压（P 设=P 0）和出口马赫数M 的确定 取：冷却水温度代滞止氧温度T 0=17[°C]=290[K]

炉内压力P=1大气压=1.034[kg/cm 2

]

可由式（3—5）、（3—6）和表3—1得表3—2及图3—2

表3—2不同出口马赫数M 时所需的设计工况氧压（P 设）与各出口参数间的关系

M T 0[K] a o [m/S] V 0[m/S] P 设=P 0[kg/cm 2

]

1.5 200.01 269.70 404.55 3.80

2.0 161.12 242.06 484.12 8.10 2.3 140.91 226.37 520.65 12.93 2.5 128.88 216.49 541.23 17.67

3.0

103.56

194.06

582.20

38.00

① 由表3—2及图3—2可知 630 580 530 P 设=P 0[㎏/㎡]

V 出[m/s]

25 20 15 P 0

V

图 3—2 出口马赫数M 与P 设、V 出的关系图

提高出口马赫数需相应提高设计工况氧压，但可得较大的出口速度取得较好的搅抖动能； ② 新炉取出口马赫数M=2时，由图或计算可知，设计工况氧压P 设=8.1[kg/cm 2]较低，但出口氧速V

出

=484[m/S]较高；

③ 当M>2时，P 设上升快而V 出的上升曲线则变平，因此取M=2时比较经济合理，即设计氧压不高，

但出口氧速大，搅拌好。

V 出的上升曲线在M>2后变平的原因可从表3一2中看出，原因是出口温度T 下降，和音速(a=19.07T

)

随之下降有关，这时P 设上升快而V 出上升慢(图3一2)。 气体动能分配估计: (参〔4〕16)

搅拌. 克服浮力 非弹性碰撞 200% 5~1000 70~80%

例1:取出口马赫数M=2，出口压力与炉内环境压力相等为P=1. 0348.1[kg/cm 2

]，并用冷却水温度代滞止氧气温度T 0=290[K]，求喷头前供氧压力P o [kg/cm 2

]绝对，以及出口氧流速V [m/S]和喷咀出口与喉口的直径比D/D*各为多少?

解:由表3-1知，当M=2时可得等嫡流的参数比值如下: A/A*=1.688 ;两边开方得D/D* =1. 299 P/P 0=0.1278;或P o =1.034/0.1278=8.1[kg/cm 2

] T/T 0=0.5556;或T=0. 5556 X 290=161.12[K]

T

=12. 7

因此可得 V=Ma=2X19.07

T

=2X19.07X12.7=484[m/S] (见图3一2)

也可由(3-7)式计算; V=42.646

0T T

-=42.646

290161.12-=484[m/S]

例2:如取出口马赫数M=2. 3，则设计氧压应提高为12. 98[kg/cm 2

]，Vm=520.65}[m/S](见表3一2)这里: 设计工况氧压提高

12.938.1

8.1

-=60%

出口氧速仅提高

520.65484

484

-=7.6%

因此M=2时比较经济合理.如氧压许可，也可选用M>2 ,如M=2. 2~2. 3这对三孔喷 愉相应可提高枪位对枪令极为有利。

④生产炉不取M<2，因在低马赫数区，只要用较少的供氧压力%使可换取更大的出口氧速度%(见表3一3)。

表3—3 △M 相等氧压，出口速度相应增值比较表

M 上升值相同

△M

△P%

△V%