95t转炉氧枪喷头设计与应用 吴耀光

例较高 , 取耗氧量(在标准状态下)为50 .4m3 / t 装 入量 。
转炉实际公称容量 100 t , 设计供氧时间 14 min 。 故氧气流量(在标准状态下)为 :2 .16 ×104 m3 /h(即 360m3 / min)。
1 .2 喷头参数的设计 1 .2 .1 马赫数
根据气体动力学的知识可知 , 喷头 M出在2 .0 左右 , 既节省能量 , 又可获得稳定的操作压力 ;若 M出 <2 .0 , 则操作不太稳 定 , 这时操 作压力稍有 波动 , 影响射流特性比较大 ;若 M出 >2 .0 , 操作虽 更加稳定 , 但需付出 更大的压力 能 , 例 如 M出 = 2 .5 , 则要求喉口前压力 P0 =1 .708 M Pa , 根据我 厂输氧管道压力的实际情况 , 我们选用喷孔出口
A＊
=
q TO 17 .64CD P
O
=11 .29 cm 2
d喉 =37 .9 mm , 取 38 mm
(2)出口直径 d出
据等熵流表 , M出 =2 .0时 , A出 / A喉 =1 .687 5
A喉
=π 4
×d 2喉
=1
133 .5 m m2
A出 =1 912 .78 mm2
d出 =49 .36 m m , 取 49 m m
H高 =1 382 mm
1 .2 .7 冲击深度计算
据弗林公式 :h =346 .7PO d喉/ H高 +3 .81 式中 , PO 取 0 .85 M P a(正 常 吹炼 氧压 下); h =82 .4 cm ;H熔池 =1 450 mm ;h/ H熔池 =824/1 450 =0 .57 。 不同枪位及压力下的冲击深度如表 1 所示 :
1 氧枪喷头的设计
1 .1 设计计算的前提条件
经过对 95 t 转炉冶 炼代表 性钢种 Q235A 、 C L60 物料平衡和热平衡的计算 , 两钢种每吨铁 水的耗氧量在标 准状态下 分别为 51 .5 m3 、49 .6 m3 , 每 吨 装 入 量 (废 钢 比 :Q 235A 为 8 .77 %, C L60 为 6 .54 %;其 终点碳 的质量 分数 :Q235A 为0 .15 %, CL60 为 0 .40 %)的 耗 氧 量 分别 为 50 .4 m3 、47 .3m3 。 考虑产品结构中 低碳钢的比
(3)要大量收集实际生产各个阶段钢水中夹 杂物的总量 、粒度分布 、夹杂物的各种物理性质等 数据 , 以便进一步修正模型中的参数 , 使计算结果 更为精确 。
4 结 论
建立了钢液中 A l2 O 3 夹杂物的生成与去除的 数学模型 , 本模型利用 F act Sag eTM 热力学计算软 件 , 算出 1 600 ℃时[ A l] 和[ O] 的平 衡值 , 即 w ([ A l] 平衡 )为(5 ～ 10)×10-6 , w ([ O] 平衡 )为 10 × 10-6 。 以此为前提 , 得出 100 s 钢液中 A l2 O 3 夹杂 物的 总 数 量 为 :1 .21 ×1014 个/ m 3 , 经 换 算 为
(2)综合应用 FactSageTM 热力学计算软件和 实测结果确定生产条件下钢液中生成的夹杂物种 类和生成条 件 。 例 如 。 用 F act Sag eTM 软件 可以 计算 确定 1 600 ℃下 Fe-A l-Ca-O 系 的 平衡 状 况[ 1] , 即 w([ A l] 平衡 )为 500 ×10-6 时 , 如果 w (Ca) >13 ×10-6 , 钢液中就析 出固态 CaO 夹杂 , 而 w (Ca)在(2 ～ 13)×10-6 之间时将生成 CaO -A l2 O3 系液态夹杂物 。
[ 参 考 文 献]
[ 1] 吴凤林 , 蔡抉时 .顶吹转炉 氧枪设计[ M] .北 京 :冶金出 版 社 , 1982 .
(收稿日期 :2004-10-11)
(上接第 33 页) 型方面 , 本文只是一个初步尝试 , 还要在以下方面 做工作 。
(1)要进一步根据专家的意见修改和完善模 型 , 使之更加贴近实际 。
1 .2 .5 喷头尺寸
(1)喉口直径 d喉
单孔流量 q =Q4 =90 m3/ mi n 流量与喉口面积的关系 : q =17 .64CD A ＊ · PO
TO 式中 , CD 为喷管流量系数 , 取 0 .95 ;TO 为入 口氧 气温度(绝对温 度), 假定 TO =273 +17 = 290 K ;A ＊为喉口截面积 , cm2 。
1 .2 .4 设计工况氧压
据 等 熵 流 表 , 当 M出 = 2 .0 时 , P出 / Po = 0 .127 8
式中 , P出 为喷孔出口压力 , 取0 .104 M Pa ;Po 为喷头滞止氧压 , M Pa 。
则 :P0 =0 .81 M Pa(绝对压力) 设定正常工作压力0 .85 M Pa , 则相应的流量 为 22 667 m3 / min 。
枪高/
m 1 .35 1 .40 1 .45 1 .50 1 .60 1 .70 1 .80
表 1 不同枪位及 压力下的冲击深度
0 .75M Pa 8 49
冲击深 度/ mm
0.80M Pa 0.85M Pa
908
95 7
0.90M Pa 1 017
8 29
890
94 7
997
8 20
876
93 0
Desjgn and Application of 95 t Converter Oxygen Lance Nozzle
W U Yao-g uang (NO .l st eel-maki ng P lant of M a'anshan Iro n &St eel Co rp ., M a′anshan 243003 , China)
(3)扩张段长 L
理论的气体 膨胀角为 4 ～ 8°, 大 扩张角控制
膨胀作用小 , 使氧气流股对熔池的贯穿力提高不
利于化渣 , 根据马钢一炼钢 95 t 转炉有底吹 , 搅
拌效果好 , 因而对化渣要求高 , 应选择小扩张角 ,
既有利于提高化渣又可以加重射流表面与炉气的
卷混 , 提高热效率 。 取扩张角 β =4°
作者简介 :吴耀光(1964-), 男(汉族), 安徽桐城人 , 马鞍山钢铁股份有限公司一炼钢 , 教授级高工 。
第4期
吴耀光 :95 t 转炉氧枪喷头设计与应用
· 5 7 ·
1 .2 .3 喷孔夹角
对于多孔喷头而言 , 每个喷孔轴线与喷头轴 线之间的倾角为 a , 为避免氧气射流在达到熔池 表面前相交 , 倾角应尽量取较大值 。倾角过小 , 各 射流的穿透能力增大 , 而冲击熔池的面积减小 , 对 化渣不利 。倾角过大 , 各射流的穿透能力减小 , 而 冲击熔池的面积大 , 容易引发喷溅 。 综合考虑取 喷孔夹角 12°。
氧枪是氧气顶吹转炉炼钢的关键设备 , 氧气 是通过形状复杂的氧枪喷头供给转炉熔池进行冶 炼操作的 。合理的氧枪喷头参数可以获得最佳的 冶炼操作 , 容易化渣 , 吹炼过程平稳 , 减少喷溅 , 金 属收得率高 , 并提高了氧气利用率 。因此 , 氧枪喷 头参数的选取就成为设计的重要内容 。
马鞍山钢铁股份有限公司一炼钢(以下简称 马钢一炼钢)95 t 转炉是马钢“平改转” 工程改建 而成 , 冶炼的代表性钢 种为 Q235A 等普 碳钢及 C L60 等系列车轮钢 。 在转炉氧 枪喷头设 计时 , 根据实际生产条件及多年炼钢的实践 , 我们选用 4 孔拉乌尔喷头 , 并通过对参数的合理设计 , 取得 了良好的冶炼操作效果 , 达到了预期的要求 。
①制造质量 :喷头焊缝焊接不好漏水或胶圈 密封不严漏水 , 这些情况都会导致氧枪提前退役 , 这是影响氧枪寿命的主要原因 。
②氧枪粘钢 :由于石灰质量差和操作者对操 作枪位的控制不当 , 以及加料方式的不合理 , 是造 成氧枪粘钢的主要原因 。
3 结 论
马钢一炼钢 95 t 转炉 4 孔拉乌尔喷头的设 计适合马钢一炼钢原料及操作条件 , 实现了化渣 快 、喷溅少 、操作更加稳定的预期要求 。
· 58 ·
炼 钢
第 21 卷
计终点留碳炉次的供氧时间 , 则与设计要求的时 间基本吻合 。
(2)从冶炼的过程来看 , 采用该喷头的氧枪化 渣效果良 好 , 起 渣时 间一 般 在 3 ～ 5 min , 吹氧 5 mi n后炉渣碱度可达2 .0以上 , 有效的保证了转 炉吹炼前期的脱 P 效果 。 吹炼中期 几乎无返干 现象 , 冶炼的过程喷溅少 , 金属收得率高tan
喉
β
=78 .65
mm
,取
79
mm
1 .2 .6 氧枪操作枪位 H 高
据推荐公式
:D 熔 d遇
=9
式中 , D熔 为熔池直径 , 4 380 mm ;d遇 为氧流
与钢液的相遇直径 , mm 。
d遇 =D9熔 =487 m m
H高
=d2遇t
-d an
出
α
式中 , α为氧流张角, 对拉瓦尔型喷孔 , 取 α=9°
Abstract :Select ion of a f ew import ant .parameters f o r desig n o n t he 95 t converter ox ygen lance nozzle as w ell as i ts applicati on in Ma'anshan S teel is discussed in t hi s paper . Key words :convert er ;oxy gen lance ;nozzle ;design ;applicat ion .
984
8 06
859
91 4
967
7 80
833
88 5
937
7 58
808
85 9
910
7 36
786
83 5
883
1 .3 设计结果
设计氧枪喷头参数见表 2 。
表 2 氧枪喷头参数
喉口 出口 中心
孔型 直径/ 直径/ 夹角/ mm mm (°)
4 孔拉 瓦尔
38
49
12
注:＊ 在标准状态下
扩张 角/ (°)
(3)倒炉时炉渣流动性好 , 取终点渣样分析 , 渣中 w(F eO)平均为11 .31 %。 一次倒炉时 P 、S 达到出钢要求的炉次达到 90 %以上 , 说明在马钢 一炼钢现有的原料条件下 , 转炉脱 P 、S 的效果均 满足各冶炼钢种的要求 。
(4)随着操作者对氧枪枪位及造渣制度的逐 渐熟悉 , 枪龄呈现稳步上升的趁势 , 平均枪龄已经 超过了 200 炉 , 最高枪龄超过了 300 炉 。 经统计 分析 , 影响马钢一炼钢 95 t 转炉氧枪喷头寿命的 原因如下 :
2005 年 8 月 · 5 6 · 第 21 卷 第 4 期
炼 钢 Steelmaki ng
A ug .2005 Vol .21 No .4
95 t 转炉氧枪喷头设计与应用
吴耀光
(马鞍山钢铁股份有限公司 一炼钢 , 安徽 马鞍山 243003)
摘 要 :叙 述了马钢一炼钢 95 t 转炉氧枪喷 头几个 重要参数 的选取 和设计 , 并 讨论了 马钢 — 炼钢 95 t 转炉氧枪的使用情况 。 关键词 :转炉 ;氧枪 ;喷头 ;设计 ;应用 中图分类号 :T F702 文献标识码 :B 文章编号 :1002-1043(2005)04-0056-03
4
扩张 段长/
mm
79
马赫 设计流 工作 数 量 ＊/ 氧压/ M 出 (m3·h-1)M P a
2 .0 22 667 0 .85
2 使用效果分析
2001 年 2 月 , 95 t 转 炉投产后 , 我们对氧枪 的使用效果进行了跟踪 , 从统计的结果看 , 该氧枪 使用效果良好 。
(1)平均供氧时间为 15 ～ 16 mi n , 比设计时 间略长 ;分析认为 , 主要是由于冶炼过程一倒 C 、 T 命中率低 , 倒炉次数和补吹增多造成部分炉次 终点过氧化 , 使供氧时间延长 , 冶炼周期长 。 若统
马赫数 M出 为2 .0 。
1 .2 .2 喷孔数目
孔数不足 , 会使硬吹为主 , 射流冲击坑深 , 总 面积小 , 乳化区形成推迟 , 引起喷溅增加 , 吹炼稳 定性差 , 脱 P 能力降低 。 孔数增加 , 虽冲击坑深 度减小 , 但坑多总面积加大 , 有利于快速成渣和改 善热效率 。考察同类转炉氧枪的使用情况 , 确定 为 4 孔喷头 。