氧枪喷头设计

氧枪设计

原始条件

铁水成分（%）

C Si Mn P S

4.2 0.50 0.30 0.13 0.03

冶炼钢种

以低碳钢为主，多数钢种C≤0.10%。

转炉新炉子参数

内径5.05 m，有效高度8.72m，炉容比0.95m3/t。

供氧制度

根据铁水成分和所炼钢种进行物料平衡计算，取每顿钢铁料耗氧量为50.21 m3；依国内中型转炉目前所达到的供氧强度和冶炼技术水平，吹氧时间取18min。输氧管测压点氧气最高压力为1018MPa，氧气平均温度17℃。

氧枪枪位高度：化渣枪位1.8m，吹炼枪位1.2m。

计算氧气流量

取吨钢耗氧量50.21 m3，吹氧时间18min，则氧流量

qv＝（50.21×150）/18＝418.38 m3/min

选用喷孔参数

选定喷孔出口马赫数M＝2.0，采用五孔喷头，喷头为拉瓦尔型，喷孔夹角为15°。

计算设计工况氧压和喉口直径

查熵流表（见附录），当M＝2.0时，P/P

0＝0.1278，取P＝P

膛

＝0.099 Mpa 代

入，则设计工况氧压为：P

＝0.099/0.1287＝0.775 Mpa 每孔氧流量：q＝qv/5＝418.381/5＝83.676 m3/min

取C

D ＝0.92,T

＝290K, P

＝0.775MPa＝7.9kg/cm2,带入下式，求出喉口直径：

q＝17.64C

D

P

A

T

/

T

83.676＝17.64×0.92×7.9A

T /290＝17.64×0.96×7.9290×πd2

喉

/4

∴ d

T

＝36.83 mm

确定喷孔出口直径

根据M＝2.0，查等熵流表得：A出/A喉＝1.688，即π/d2出＝1.688×πd2喉/4

则 d

出＝ 1.688d

喉

＝ 1.688×36.83 ＝47.85 mm

计算扩张段长度

取喷孔喉口的直线段长度为5mm。扩散段的半锥角取4°则扩张段长度L为：

L

扩＝（d

出

－d

喉

）/（2tg4°）＝（47.85－36.83）/0.1385＝78.79 mm

收缩段长度

收缩段的直径以能使整个喷头布置得下五个喷孔为原则，尽可能采取收缩孔大一些。为此，取收缩段进口尺寸d收＝38mm，取收缩段长度L收＝0.8d收＝0.8×38＝30 mm。

确定喷头五喷口中心分布圆直径

喷头端面中央部分可采用平面，取其直径为105mm，然后取成与氧枪轴线的垂直平面夹角为10°的圆锥面。

枪身各层钢管计算

计算工程容量150t 转炉用氧枪枪身各层钢管尺寸。 （1）中心氧管管径确定。 中心氧管管径的公式为

v qv A I

O =

管内氧气工况流量

I qv ＝（P 标T 0/P 0T 标）qv ＝（1.01×105×290×418.381）/（7.9×105×273）

＝56.82 m 3/min ＝0.947 m 3/s

取中心管内氧气流速：Vo ＝50m/s ，则中心氧管内径 d1＝155 mm

根据热轧无缝钢管产品目录，取中心管外径为175mm ×6mm 的钢管 验证氧气在钢管中的实际流速

0A qv v I

=

=50.1m/s 符合要求 （2）中层管管径确定

取冷却水耗量为150t/h ；冷却水进水管速度Vj ＝6m/s ，出水管速度Vp =7m/s 。又中心氧管外径d1＝175 mm 。 环缝间隙的流通面积：

j

m j v q A w =

＝150/（6×3600）＝69.4 cm 2

所以，中层管内径：

d 2＝198 mm

根据热轧无缝钢管产品目录，选取中层管外径为210mm ×6mm 的钢管。 （3）外层套管管径的确定

出水环缝面积：

p

m p v q A w =

＝150/（7×3600）＝59.5 cm 2

所以，外层管内径：

d 3＝227 mm

根据热轧无缝钢管产品目录，取外层管外径为245×8mm 的钢管。 验证氧气在钢管中的实际流速

p v =6.36m/s

符合要求

(4)中层套管下沿至喷头面间隙h 的计算 该处的间隙面积为

h

m h v q A w ⨯

=%75=75%×

3600

8150

⨯=0.00392m

由公式得：

)2'

22d d A h H +=

π（=)

210.0198.00039

.02+⨯π（=0.0061m （5）氧枪总长度和行程确定 根据公式氧枪总长为

H=87654321h h h h h h h h +++++++

=8.160+1.212+4.403+5.033+0.8+0.8+1.0+0.5 =21.908m

式中 1h ————氧枪最低位置至炉口距离； 2h ————炉口至烟罩下沿的距离； 3h ————烟罩下沿至烟道拐点的距离；

4h ————烟道拐点至氧枪孔的距离； 5h ————为清理结渣和换氧枪需要的距离；

6h ————根据把持器下段要求决定的距离 7h ————把持器的两个卡座中心线间的距离； 8h ————根据把持器上段要求决定的距离。

氧枪行程为 H=

5

4321h h h h h ++++