4-九江50T转炉氧枪喷头设计方案（含CAD图纸）
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九 江 50T 转 炉 炼钢用 50氧枪喷头（四孔）设计方案 山东崇盛冶金氧枪有限公司 2011年 3月 简 介 山东崇盛冶金氧枪有限公司，系冶金氧枪及喷头的专业研究生产单位。位于中国潍坊高新技术产业开发区。技术力量雄厚，技术装备先进，检测手段齐全。我公司在转炉用氧枪设计方面有丰富的设计和制造经验，例如：宝钢 300 吨转炉炼钢 406 氧枪喷头，武钢三炼钢250 吨转炉用 355锥度氧枪及喷头，马钢 300 吨转炉用 355锥度氧枪及喷头，湖南涟钢 220T 转 炉用 355氧枪及喷头，济钢 210 吨转炉用 355 氧枪及喷头，新余三期 210T 转炉炼钢 325 氧枪及喷头，上海罗泾 150 吨转炉炼钢 299氧枪及喷头，河北承德钢铁、普阳钢铁、宁波钢铁、天铁、安阳钢铁、通化钢铁等 150 吨转炉炼钢 299氧枪及喷头，目前均正常使用，效果良好。现国内 120 吨以上转炉用氧枪 80由我公司设计制造。 公司秉承 “以人为本，科技领先 ”的发展战略，技术力量雄厚，拥有世界先进水平的科研机构、精良的机械加工设备及国内一流的检测设施，最大程度上保证产品最佳的使用性能。 九江 50 2194孔喷头设计方案 一、 工况参数： 1、转炉公称容量： 50 吨 2、平均出钢量： 50 吨 3、最大 出钢 量： 60 吨 4、最大氧流量： 17000 m3/h 5、供氧压力（阀后压力）： 6、纯吹氧吹炼时间： 12 14 7、最大供氧强度： t、冷却水压力： 、冷却水流量： 100m3/h 二、喷头参数设计 赫数的选择 流体力学中表征流体可压缩程度的一个重要的无量纲参数，记为 义为流场中某点的 速度 速 Ma=v/c，在可压缩流中，气体流速相对变化 dv/v 同密度相对变化之间的关系是 v，即在流动过程中，马赫数愈大，气体表现出的可压缩性就愈大。另外，马赫数大于或小于 1 时，扰动在气流中的传播情况也大不相同。因此，从空气动力学的观点来看，马赫数比流速能更好地表示流动的特点。按照马赫数的大小，气体流动可分为低速流动、 亚声速流动 、 跨声速流动 、 超声速流动 和 高超声速流动 等不同类型。 马赫数就是气流速度与当地温度条件下的音速之比： U/a 式中： U 为气流速度 m/s a 为在当地温度下的音速，单位 m/s 氧枪的供氧压力的大小是由喷头的出口马赫数确定的，氧气的压力能转化成动能，得到超音速的氧气流股。生产实践证明，采用过高的设计氧压，不但喷溅，而且炉衬侵蚀严重，而采用过低的设计氧压，氧气出口速度过低，熔池得不到良好的搅拌。 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。 为提高脱碳效果和氧气射流的冲击能力，应加强对熔池的搅拌力，使碳氧反应更彻底，希望选用较高的马赫数，但是实践证明，选用马赫数过大，氧压过高，会导致喷溅大，增大渣料消耗及金属损失，而且转炉内衬及炉底易损坏。 并且从下图可以看出： 马赫数 出口温度（ k） 出口音速（ m/s） 出口速度（ m/s） 设计工况氧压（ 61 242 480 29 216 542 03 197 590 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，是不经济的，并且 氧气出口速度过低，由于搅拌减弱，熔池得不到良好的搅拌效果，氧的利用率低，渣中 量高，也容易引起喷溅。综合考虑，取 算工况氧压 等熵流表，当 M=， P 出 /于炉膛压力近似于大气压力，所以 P 出 = 建议使用阀后压力为 间为宜，如果操作氧压高于设计氧压，氧流仍有部分压力能未转化为动能，离开喷孔后继续膨胀，射流产生激波，导致氧流不稳定，能量损失大，造成化渣不好，喷溅增加，不利于吹炼；如果操作氧压过低时，出口氧射流衰减较快，熔池搅拌减弱，氧气利用率降低，延长了吹炼时间，降低生产效率。 考虑到管路压力损耗阀后压力一般要稍高于喉口滞止压力，避免使用氧压低于 防止氧枪回火事故的发生。 算氧流量 Q 氧枪流量 Q 是指在单位时间内向熔池供 氧的数量，其量纲为 m3/h 或 m3/ Q=吨钢氧耗 出钢量 60/纯供氧时间 。 得出： Q=15000m3/ 按：出钢量为 60 吨 ； 吨钢氧耗为 55m3/t； 纯供氧时间为 13 算。 此流量是氧气在设定工况下的流量，当使用氧气压力变化时氧流量随之变化，属正常 现象。 注：在开炉前期，转炉装入量较少，热量损失大，吹炼应以平稳为主，供氧强度不要过大，适当的取较小的氧气流量，较长的吹炼时间，开炉正常以后根据自身特点工况等适当调整参数，以适应工艺要 求。 数的选取： 选择： 周边四孔喷头 。 算喉口直径 D 喉 由氧流量公式 Q=64 喉 使用压力 A 喉 喉口截面积 Q 为氧气流量 得出： D 喉 =算出口直径 D 出 根据 M=等熵流表， A 出 /A 喉 = 出 出口截面积 A 喉 喉口截面积 得出： D 出 =算扩张段长度 L 理论的气体膨胀角为 48 度，扩张段的张角理应也设计成 48 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，对于新炉子，装入深度较深，考虑喷头的穿透能力，应取较大的张角，定为 7 度。 则 L=（ =74 定孔倾角 一般认为，射流的综合特性决定着冶炼的平稳性，而射流的综合特性又与孔倾角密切相关，在很大程度上为倾角所支配。倾角小，各射流穿透能力增大，而冲击熔池的面积减小，倾角大，射流的 穿透能力减小，冲击熔池的面积增大，有可能冲刷炉壁。因此应根据转炉吨位和炉型进行综合考虑。 多孔喷头的射流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。效应角 于喷孔倾角 的相关方程为： n 临界效应角 a 喷孔倾角 a n 喷孔数目 则 四 孔喷头的倾角 a 须 据使用经验，这里取 孔倾角 a=12 孔分布圆 直径 D 孔 为减轻喷孔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 24 之间。 因此 D 孔 =114作枪位 H（暂定）操作基本枪位： H=35D 出 选择操作枪位主要考虑两点，即射流中心线速度衰减和取最大冲击面积，当枪位低于 30 D 出 ，速度衰减已经趋向平缓，但是速度值也低，冲击能量不足。因此，枪位应该选择在 30 40 D 出 之内为宜。 则由此可得： 基本枪位： 1377高枪位： 1573低枪位： 1180枪位仅做参考，具体 应以实践为准。枪位过高 ， 射流的冲击面积大，但冲击深度减小，对熔池对搅拌减弱，渣中 量增加，吹炼时间延长；枪位过低，冲击面积校 小 ，冲击深度加大，渣中 量减少，不利化渣，易损坏炉底，降低喷头使用寿命和使用效果。 计枪位下冲击深度 冲击深度。氧射流达到液面后的冲击深度又叫穿透它是指从水平液面到凹坑最低点的距离冲击深度是凹坑的重要标志，也是确定转炉操作的重要依据。很多研究者从理论上对氧气射流的冲击深度进行了大量研究，得出了许多类似的结果，认为顶吹氧气射流的冲击深度 h 是阿基米德准数的函数： h/Dx=k(Ar)a 式中： x 处与熔池液面相遇的射流直径， k、 a 为系数和指数 单孔氧枪冲击深度的经验公式： h=0D 喉 /中： D 喉 为喷头喉口直径， H 为氧枪高度， 此公式对单孔喷头适用，对于 四 孔喷头取修正系数 冲击深度： h=597注： 冲击深度为熔池深
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