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东北大学硕士学位论文 摘要 转炉氧枪综合技术改进 摘要 本论文为了提高第三炼钢厂1 # 、2 撑转炉作业率和生产能力对中2 1 9 氧枪进 行了分析研究，通过分析、计算、设计等把中2 1 9 氧枪改造成为巾2 4 5 氧枪，通 过三个月的试验使用，缩短冶炼时间，满足了生产能力提高的需要。提高了钢 产量。 本论文通过对改造后的巾2 4 5 氧枪及中2 9 9 氧枪寿命短的原因分析、研究找 出了氧枪寿命短的原因，研究改造了q b 2 4 5 氧枪冷却水供水管道，改进了供水方 式。同时通过对中2 4 5 氧枪水阻力损失测定实验的研究、分析，得出了阻力系数 及流量与压头损失之间的实验的关系式。增大了中2 4 5 氧枪冷却水水流量，氧枪 冷却效果明显加强，氧枪寿命明显延长。 通过对中2 4 5 氧枪枪身粘渣原因的分析，研究制造了锥体氧枪，减少氧枪枪 身的粘渣，延长氧枪寿命，稳定了氧枪冶炼操作，减轻了工人的劳动强度，提 高了生产率。 本论文通过对第三炼钢厂氧枪水密封的分析、研究，大胆引用先进密封技术 于氧枪结构中，采用压力膨胀补偿装置的密封，压力越大密封效果越好，解决 了氧枪因为漏水而消耗的难题，减少了设备事故的发生。 通过研究，大胆构思，试验，采用了氮气吹水焊枪的新工艺，缩短了焊枪 时间，解决了焊枪难的问题，提高了生产效率。 总之，通过对转炉氧枪综合技术改进，解决了生产难题，节约了生产时间， 延长了氧枪寿命，提高了第三炼钢厂的钢产量，取得了可喜的经济效益。 关键词：氧枪供氧强度水阻力损失压力膨胀补偿焊枪 一i i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t i n t e g r a t i v et e c h n o l o g i e si m p r o v e m e n t o fc o n v e r t e r o x y g e n l a n c e a b s t r a c t i no r d e rt o i m p r o v et h e r a t eo fo p e r a t i o na n dp r o d u c t i o n c a p a b i h t y o f c o n v e r t e r1a n d2i nt h en o 3s t e e l - m a k l n gp l a n t , t h i sa r t i c l ea n a l y z e sa n ds t u d i e s 2 1 9o x y g e nl a n c e s ，巾2 1 9o x y g e n l a n c e sa r c c h a n g e d o v e rt ot 2 4 5 o x y g e nl a n c e sb y a n a l y s i s ，c a l c u l a t i o na n dd e s i g n i n g , i t i sp r o v e nb yt r i a lo p e r a t i o nf o rt h r e em o n t h s t h a tt h en e w * 2 4 5 o x y g e nl a n c e sc a ns h o r t e ns m e l t i n gt i m ea n ds a t i s f yt h er e q u e s t o f i m p r o v i n gp r o d u c t i o nc a p a b i l i t ya n d a l s oi n c r e a s es t e e lo u t p u t s b ya n a l y s i st h e 怛4 5a n d 怛1 9o x y g e nl a n c e s ，t h i sa r t i c l er e s e a r c h e so u tt h e r e a s o n so fs h o r t - l i f ef o rb o t ho x y g e nl a n c e s ，s ow er e v a m p e dt h ec o o l i n gw a t e r p i p e l i n e sa n di m p r o v e d t h ew a t e r s u p p l y i n gm o d e s a tt h es a m et i m e ，w eo b t a i n e d t h er e l a t i o ne x p r e s s i o nf o rr e s i s t a n c ec o e f f i c i e n t , f l o wr a t ea n dh e a dl o s s b yt h e r e s e a r c ha n da n a l y s i so ft h ee x p e r i m e n to n 小2 4 5o x y g e n l a n c e s c o o l i n gw a t e r r e s i s t a n c el o s s m e a s u r e m e n t c o o l i n gw a t e rf l o wr a t eo f 此4 5o x y g e nl a n c e si s i n c r e a s e d ，c o o l i n g e f f e c ti s o b v i o u s l ys t r e n g t h e n e d a n dl a n c el i f e i s g r e a t l y p r o l o n g e d b yt h ea n a l y s i so fs c r u f fo nt h eb o d yo f 怛4 5o x y g e nl a n c e ，w er e s e a r c ha n d d e s i g nt h ep y r a m i d e do x y g e nl a n c e ，t h en e w l a n c ec a nr e d u c et h es c r u f f , p r o l o n g t h el o n g e v i t yo f o x y g e nl a n c e ，s t a b i l i z et h es m e l t i n go p e r a t i o n ，l i g h t e rt h ew o r k e r s w o r k i n g i n t e n s i o na n d i m p r o v e t h ep r o d u c t i v i t y b y t h ea n a l y s i so f s l a gs t i c k i n go nt h eb o d yo f 怛4 5o x y g e nl a n c e ，w er e s e a r c h a n dp r o d u c e p y r a m i d a lo x y g e nl a n c e w h i c h c a nr e d u c es l a g s t i c k i n g ，p r o l o n gt h e l i f eo f o x y g e nl a n c ea n d s t a b i l i z es m e l t i n g o p e r a t i o n ，o nt h eo t h e rh a n d ，w h i c h a l s o c a n l i g h t e nl a b o ri n t e n s i t yo f w o r k e r s a n d i m p r o v ep r o d u c t i v i t y 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t b yt h ea n a l y s i sa n d r e s e a r c ho f w a t e r p r o o fs y s t e mo fo x y g e nl a n c ei nt h en o 3 s t e e l - m a k i n gp l a n t ，w ei n t r o d u c ea d v a n c e dh e r m e t i ct e c h n o l o g yi n t oo x y g e nl a n c e s t r u c t u r ew i t h o u ta n yh e s r a t ea n da d o p th a r m o n i z a t i o no fp r e s s u r e e x p a n s i o n c o m p e n s a t i o ne q u i r ，m e n t , w ef o u n dt h a tt h eh i g h e rp r e s s u r et h eb e “e rh e r m e t i c e f f e c t ，a n ds o l v et h ep r o b l e mt h a to x y g e nl a n c ei sc o n s u m e dd u et ow a t e r l e a k a g e a n dr e d u c em a l f u n c t i o no f e q u i p m e n t b y t h er e s e a r c h ，b o l d n e s so f c o n c e p t i o na n dt e s t ，w ea d o p tw e l d i n gt o r c hw i t h n i t r o g e nb l o w i n gw a t e r , t h i sn e wt e c h n o l o g yc a ns h o r t e nt h ew e l d i n gt i m ea n d s o l v et h ed i f f i c u n y o f w e l d i n g t o r c ha n d i m p r o v ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y i no n ew o r d ，b yt h ei m p r o v e m e n to fc o n v e r t e ro x y g e nl a n c e s i n t e g r a t i v e t e c h n o l o g i e s ，w eh a v es o l v e dt h ep r o d u c t i o nd i f f i c u l t i e s ，s a v et h ep r o d u c t i o nt i m e ， p r o l o n g e dt h eo x y g e nl a n c el i f e ，e n l a r g e ds t e e lo u t p u to ft h en o 3s t e e l - m a k i n g p l a n ta n do b t a i n e d s a t i s f a c t o r ye c o n o m i c a lb e n e f i t s k e y w o r d s ：o x y g e nl a n c e ，o x y g e ns u p p l y i n gi n t e n s i t y , w a t e rr e s i s t a n c e l o s s ， p r e s s u r ee x p a n s i o nc o m p e n s a t i o n ，w e l d i n gt o r c h 一i v 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 本人签名： 亳彻 日期：锄嵋4 方9 矿国 东北大学顾士学位论文第一章中国炼钢氧枪的发展 第一章炼钢氧枪的发展 氧枪是氧气炼钢的喷氧设备，它是随着氧气炼钢的发展而发明、发展起来 的。 人类应用炼钢已有五千年以上的历史，在我国古代，劳动人民用碳质颜料 还原铁矿石直接炼成一种海棉状态的钢，俗称“抄”铁法，也叫“搅拌法”。再 将海棉铁在炉火中渗碳、加热、锻造成工具。世界其他国家应用钢铁也有较悠 久的历史。但在坩埚内应用铁矿石、煤和熔剂在液体状态下生产钢的历史还不 足二百年。现代的炼钢法是由贝氏麦在1 8 5 6 年发明空气鼓风转炉开始的、采用 酸性炉衬，为了处理高碳生铁，1 8 7 8 年出现了碱性炉衬的托马斯炼钢法。西门 子一马丁炼钢法，通常称为平炉炼钢法，大约在同时代发展起来。平炉炼钢法 利用蓄热室预热空气在炉内燃烧，产生并反射足够的热量精练固体废钢和铁水。 第二次世界大战后，由于化学工业的迅速发展，深冷技术有了突破，制氧机大 型化，廉价的大量氧气的生产，导致了各种氧气炼钢法的发展。第一炉用一支 氧枪从炉上部吹入纯氧吹炼钢水于1 9 4 8 年3 月在瑞士获得成功。1 9 4 9 年1 0 月 在奥地利的林茨( l i n z ) 胜利的炼出第一炉钢，并在1 9 5 2 年和1 9 5 3 年先后在 林茨和道纳维茨( d o n a w i t z ) 两钢厂投入工业生产。这就是氧气顶吹转炉炼钢 法，又称“l d ”炼钢法，在美i 蚕n t t “b o f ”或“b o p ”法。氧气顶吹平炉炼钢 法，氧气底吹转炉炼钢法、转炉顶底复合吹炼法( l d - - o b ) 、卡尔多( k a l d o ) 炼钢法和回转炉( r o t o r ) 炼钢法等众多的氧气炼钢法相继问世。与此同时，电 炉吹氧炼钢法也在世界各国得到普遍发展。不管是转炉、平炉、还是电炉，吹 氧炼钢都离不开氧枪，因此，氧枪是氧气炼钢的关键设备。i l j 1 1 氧气炼钢的优点 与其他炼钢方法相比，氧气炼钢法具有一系列的优越性，因此，在全世界 东北大学硕士学位论文第一章中国炼钢氧抢的发展 得以迅速发展。氧气炼钢法的优点综述如下： ( 1 ) 吹炼速度快，生产率高 平炉废钢矿石法，是靠矿石中的f e o 扩散至钢液中氧化杂质炼钢、速度慢、 炼钢时间长。一座3 0 0 1 的平炉，每炉钢的熔炼时间为8 1 2 小时，年产钢为 1 5 1 8 万吨。改为氧气顶吹炼钢法，用氧枪直接将氧气吹入熔池，每炉钢 的熔炼时间缩短为4 5 小时，年产钢达4 0 多万吨，生产率提高了一倍多。而 一座3 0 0 吨的氧气顶吹转炉，一炉钢仅熔炼5 0 分钟，一座炉年产钢近3 0 0 万吨。 首钢第一炼钢厂三座3 0 1 的氧气顶吹转炉，年产钢竟达二百多万吨，创造了世 界奇迹。电弧炉采用吹氧强化冶炼，可将熔炼时间由4 小时缩短到1 1 5 小时， 生产率也可提高一倍以上。 ( 2 ) 钢的质量好 氧气炼钢由于炉温高，炉渣造的好，脱p 、脱s 的能力较强，氧气对于p 又有直接燃烧气化能力，可以炼出p 、s 较低的钢。氧气炼钢的钢中夹杂物要比 矿石法熔炼的低。氧气顶吹转炉钢比空气转炉钢的气体夹杂含量低，钢的深冲 性能和延展性能好。因此，采用氧枪吹炼出的钢质量好。 ( 3 ) 钢的品种多 氧气炼钢除了能产生普通低碳钢外，还可以吹炼超低碳钢、工业软铁，也 可以产生中、高碳钢，由于炉温高，还能生产各种合金钢，如不锈钢、轴承钢、 弹簧钢、石油管和优质低合金钢等。由于钢质好，可以生产各种高级优质钢和 特殊钢等。 ( 4 ) 能耗少，成本低 平炉吹氧后油耗大幅度降低，如鞍钢3 0 0 氧气顶吹平炉，油耗仅为3 0 千克吨钢，虽然氧气消耗增加了，但综合能耗降低了。双床平炉甚至不用油炼 钢。电炉吹氧后电耗大幅度降低。氧气顶吹转炉不用外加燃料炼钢，宝钢的3 0 0 1 转炉，利用转炉煤气发电，成为全国第一家负能炼钢厂。因此，氧气炼钢可以 大大降低钢的成本。 一2 一 瘩北大学磺士学技论文 第一章中鼹炼钢氧埝的发展 ( 5 ) 适于机械化、自动化生产，改羲忑人的劳动条件。 由于氧气炼钢时间斑，生产效率高，钢水成分和出钢温度容易调整，因此， 褰易进行自动控利和检测，实现生产过耀躲枫城诬积龟动健，改善工人的劳动 条件。 1 2 氧枪的种类 氧枪的种类很多，分类如下： 1 按冷却方式分： ( 1 ) 水冷氯枪 隶冷氯枪是氧气璜唆炼钢法豹主要设备，稔隽蠹遴离歪承冷却，筏弼寿禽 长。氧气从中心娥环缝邋过喷头喷入熔池。通常所说的是氧枪就是指水冷氧枪。 ( 2 ) 气冷飘检 气冷氧枪一般由二艨套管缀成，中心管喷欧氧气，或富氧气体、氮气、氲 气、氧气加石灰粉等。= 层套管之间的环缝通以冷却介腰，通常为碳氢化舍物， 戮为c x h y 纯台物在高温的炼钢环境下发生裂解，吸收大量的热，冷却氧枪， 使之不被烧坏。冷却介质也有使用c 0 2 或其他气体的。气冷氧枪通常用于底吹 转炉，侧吹转炉( 中国特有) 、预底复合欢炼转炉及侧欧平炉上。 ( 3 ) 非冷却的自耗式氧枪 自越式氧捻镶构简革，为餐状。出管内自炉中唼欧氯气，激于不熊冷却， 在炼钢炉内的高温条件下逐渐氧化、烧损、变糕，当烧短到一定长度时，不能 继续使用恧报废。为了减缓烧授速度，延长使蹋寿套，较好鲮爨耗式氧枪是采 用耐高温的氧化物( 如氧化锆) 制造。瀚内大量使用的自耗式氧枪是使用3 寸 蛰或4 管欢氧，必了减缓烧攒速度，蠢熬锈厂在管终露上一鼷醛爽滋，也考 的钢厂在铜管外采用渗锅工艺。自耗式瓴枪主要应用于电炉生产。 一3 一 东北大学硕士学位论文第一章中国炼钢氧枪的发展 ( 5 ) 适于机械化、自动化生产，改善工人的劳动条件。 由于氧气炼钢时间短，生产效率高，钢水成分和出钢温度容易调整，因此， 容易进行自动控制和检测，实现生产过程的机械化和自动化，改善工人的劳动 条件。 1 2 氧枪的种类 氧枪的种类很多，分类如下： 1 按冷却方式分： ( 1 ) 水冷氧枪 水冷氧枪是氧气顶吹炼钢法的主要设备，枪身内通高压水冷却，使用寿命 长。氧气从中心或环缝通过喷头喷入熔池。通常所说的是氧枪就是指水冷氧枪。 ( 2 ) 气冷氧枪 气冷氧枪一般由二层套管组成，中心管喷吹氧气，或富氧气体、氮气、氩 气、氧气加石灰粉等。二层套管之间的环缝通以冷却介质，通常为碳氢化合物， 因为c x h y 化合物在高温的炼钢环境下发生裂解，吸收大量的热，冷却氧枪， 使之不被烧坏。冷却介质也有使用c 0 2 或其他气体的。气冷氧枪通常用于底吹 转炉，侧吹转炉( 中国特有) 、顶底复合吹炼转炉及侧吹平炉上。 ( 3 ) 非冷却的自耗式氧枪 自耗式氧枪结构简单，为管状。由管内向炉中喷吹氧气，由于不能冷却， 在炼钢炉内的高温条件下逐渐氧化、烧损、变短，当烧短到一定长度时，不能 继续使用而报废。为了减缓烧损速度，延长使用寿命，较好的自耗式氧枪是采 用耐高温的氧化物( 如氧化锆) 制造。国内大量使用的自耗式氧枪是使用3 寸 管或4 寸管吹氧，为了减缓烧损速度，有的钢厂在管外包上一层耐火泥，也有 的钢厂在钢管外采用渗铝工艺。自耗式氧枪主要应用于电炉生产。 一3 一 东北大学项士学位论文 第一章中国炼钢氧抢的发展 现在世界和中国大都应用水冷氧枪。 2 按炉子种类分： ( 1 ) 转炉氧枪 转炉氧枪应用于氧气顶吹转炉和顶底复合吹炼转炉，其特点是供氧量大、 氧气流股向熔池高速喷射，搅拌能力强，吹氧时间短。 ( 2 ) 平炉氧枪 平炉氧枪主要应用于氧气顶吹平炉和双床平炉，其特点是氧孔张角大，孔 数多，供氧小、枪位低、喷溅小、吹炼时间长。 转炉氧枪与平炉氧枪的区别列于表1 。 表1 1转炉氧枪与平炉氧枪的区别 t a b l e1 1t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nc o n v e r t e r so x y g e nl a n c e e v e ns t o v eo x y g e nl a n c ea n d o p e nh e a r t h 基本参数转炉氧枪平炉氧枪 中心进氧环缝进水，外围回中心进水，外围回水，环缝进 氧枪结构 水。氧。 喷头孔型拉瓦尔型直筒型 氧气出口速度( m )超音速m = i 6 2 3音速m = l 孔数少1 5 孔多6 8 孔 小8 1 8 。 大2 0 7 5 。 张角低1 5 0 2 0 0 m m 高0 8 1 8 m 枪位供氧量最好为钢渣介面 大1 5 0 7 炉为1 8 0 0 m 3 h 小3 0 0 7 炉双枪为6 0 0 0 m 3 h 枪数单枪多枪2 4 支 ( 3 ) 电炉氧枪 电炉氧枪可以从炉顶、炉门或炉墙插入炉内吹氧，其特点是孔数多、张角 大、供氧量小、吹炼时间长。与平炉氧枪相似。 3 按喷头孔分： ( 1 ) 单孔氧枪 通常为拉瓦尔型喷孔，大多应用于小型转炉，在多孔氧枪未发明之前，中 - - 4 东北大学硕士学位论文第一章中国炼钢氧抢的发展 型转炉也应用单孔氧枪。 ( 2 ) 多孔氧枪 多孔氧枪的孔数从3 孔到1 2 孔皆有应用，但最具代表性的是3 孔氧枪，3 孔氧枪的喷头又可分为： a ：单三式喷头。这是中国特有的一种喷头结构形式，它具有一个共同的喉 口，三个氧孔为直筒型，结构简单，加工方便。 b ：近三喉式喷头。喷头的三个氧孔具有各自的喉口和扩张段，但没有收缩 段，便于加工，对氧枪的性能也没有太大的影响。 c ：三喉式喷头。喷头的每个氧孔都有收缩段，喉口和扩展段，是三孔氧枪 中喷头的代表性结构。加工较为复杂，性能好。 d ：四喉式喷头，喷头的每个氧孔都有收缩段，喉口和扩张段，四孔氧枪在 鞍钢三炼钢厂应用于1 9 7 3 年至今。 e ：五喉式喷头，同四孔相同，五孔氧枪在三炼钢厂应用时间是2 0 0 0 年5 月 与四孔氧枪交替使用。 4 按喷头孔型结构分1 2 l ( 1 ) 拉瓦尔型喷头 特点：压力能可有效的转变为动能，氧气出口速度快，穿透能力强、形成 稳定的超音速射流，氧枪性能好。 ( 2 ) 直筒型喷头 特点：结构简单，加工方便，适用于平炉氧枪和电炉氧枪，但氧枪出1 2 1 速 度慢，衰减快，射流不稳定。 ( 3 ) 螺旋型喷头 特点：氧气出口成旋转气流，搅拌好，化渣快、喷溅小，但结构复杂，加 工困难，寿命长。 一5 一 东北大学硕士学位论文 第一章中国炼钢氧抢的发展 5 按喷吹物质分 ( 1 ) 喷吹氧气 ( 2 ) 喷吹氧气一燃料 通常称为氧燃枪，也称“烧嘴”，由于燃料不同，又分为：氧气一煤气烧嘴、 氧气一天然气烧嘴、氧气一柴油烧嘴、氧气一重油烧嘴等。 ( 3 ) 喷吹微粒( 石灰粉) 由氧气带动石灰粉或其他造渣粉剂一齐喷入炉内，可加速化渣速度，缩短 冶炼时间。 6 按氧枪的制造方法分： ( 1 ) 锻造喷头 特点：加工方法简单，材质密，导热性能好，但氧枪性能较差。 ( 2 ) 铸造喷头 特点：氧枪寿命长，性能好，生产效率高，但易于产生气孔、裂纹、疏松 等铸造缺陷。 ( 3 ) 组装式( 焊接) 喷头 特点：喷头结构合理，水冷效果好，氧枪寿命长，性能良好，但加工精度 要求较高，制造工艺复杂。 7 按氧枪性能分： ( 1 ) 普通氧枪 ( 2 ) 双流氧枪 双流氧枪是当代氧枪的最新技术，它又可以分为下列四种结构形式： 一6 东北大学硕士学位论文第一章中国炼钢氧棺的发展 a ：双流道氧枪。氧枪为四层管结构，主氧流和付氧流可以单独控制。 b ：双流道分层氧枪。主氧流和付氧流分布于两层平面，而且可以单 独控制。 c ：分流氧枪。主氧流和付氧流虽然不能单独控制，但因结构简单， 具有双流氧枪二次燃烧的优点，而易于推广。目前在全国应用的 大多数双流氧枪，都是这种结构式。 d ：分流双层氧枪。主氧流和付氧流分布于两层平面，但不能单独控 制。 1 3 氧枪发展史 我国的近代钢铁工业始于1 8 9 0 年，当代的湖广总督张之洞组建了汉阳钢铁 厂，1 9 1 7 年上海建立了私营和兴炼钢厂，1 9 3 1 年日本侵占了我国东北建立了鞍 山、本溪等地的钢铁工业，五十年代，我国的钢铁工业得到了恢复和发展。 氧气炼钢开始于1 9 6 2 年，石景山的钢铁厂建设了座3 1 的试验氧气顶吹转 炉，采用单孔氧枪吹氧。1 9 6 4 年末又建立了3 座3 0 1 氧气顶吹转炉车间，就是 现在的首钢第一炼钢厂。这是我国第一家顶吹转炉炼钢厂，采用单孔氧枪炼钢， 直到1 9 7 0 年7 月开始三孔氧枪的试验工作，经过不断实践、总结、改进，创造 出一种中国特有的由3 9 3 x 巾2 6 8 。单三式三孔氧枪。 i 9 6 5 年上海第一钢铁厂也建成三座3 0 氧气顶吹转炉炼钢车间，同样走了 一条从单孔氧枪到单三式三孔氧枪的发展道路，目前采用三喉式三孔氧枪。 1 9 6 5 年1 1 月2 0 日，鞍钢第三炼钢厂容量3 8 0 1 的第2 0 号平炉被改建 成2 0 0 1 2 的双床平炉，每床平炉采用一支巾1 2 m m ，张角2 5 。的6 孔氧枪，也 试用过巾1 4 m m 、张角2 5 。的4 孔氧枪。这是中国第一座双床平炉，建成较早， 各项技术经济指标也较好，可惜于1 9 6 8 年1 月被拆掉。 1 9 6 7 年，中国从l d 转炉的发祥地奥地利引进了二座5 0 1 氧气顶欧转炉和一 座5 0 1 三相电弧炉，准备采用双联炼钢。这是我国第一次从外国购买转炉炼钢 全套设备，5 0 。转炉所用的外径巾1 5 9 r m 的氧枪是奥钢联设计制造的这也是我国 第一次从国外购买炼钢氧枪全套设备。该氧枪的进水管、回水管和进氧管全都 安装在一组三角形的法兰上，拆卸、安装这组三角形法兰，则进水管、回水管 和迸氧管随着离开、合上。氧枪喷头也进口了两种，分别为锻造喷头和组装式 一7 一 东北大学硕士学位论文第一章中国炼钢氧枪的发展 喷头。 有了3 0o 、5 0 1 的样板炉，借鉴转炉在设计、制造和生产工艺方面的经验， 从六十年代至七十年代，我国从1 9 5 8 年以来建立的一大批中国特有的空气侧吹 转炉，相继改建成了氧气顶吹转炉。 1 9 7 1 年9 月，鞍钢第二炼钢厂容量为3 0 0 的1 9 # 平炉被改建成氧气炼钢平 炉p j 。氧枪从平炉插向熔池，与钢水面成2 6 。倾角，氧枪轴线与平炉纵向中心 线偏前4 8 0 r a m ，南北炉头各支氧枪，在进油方向吹氧，两支氧枪随换向交替使 用。氧枪长1 1 4 m ，三层钢管分别为由1 3 3 9 、由1 0 2 4 、夺7 6 x 4 。喷头试用 过单孔和三孔铸造喷头。 斜吹产生强烈的喷溅，炉项及前后墙熔蚀严重，炉底寿命低，维修困难。 1 9 7 3 年3 月被改建成氧气顶吹平炉，氧枪全长5 1 m ，外径中1 3 3 m m ，在两个边 二门位置各放置一支氧枪。由于顶吹氧技术、工艺的不断改进和完善，氧气顶 吹取得了显著的经济效益，鞍钢第二炼钢厂陆续改建为氧气项吹平炉炼钢厂。 随着鞍钢顶吹氧气平炉技术的成功，上海第三钢铁厂平炉车间、武钢第一 炼钢厂和马鞍山钢铁公司第一炼钢厂于1 9 7 2 年至1 9 7 3 年陆续改建成氧气顶吹 平炉炼钢厂。包钢炼钢厂、天津第一炼钢厂、鞍钢第一炼钢厂、湘钢炼钢厂也 逐步实现了氧气顶吹炼钢工艺。上述钢厂分别采用外径巾1 1 4 m m 、中1 2 1 m m 、 巾1 3 3 m m 的平炉氧枪。 1 9 7 0 年7 月1 日，鞍钢第三炼钢厂1 # 1 5 0 7 转炉建成投产，这是我国第一座 自行设计制造的大型氧气顶吹转炉，氧枪枪体由中2 1 9 x 9 、由1 8 0 x 6 、巾1 3 3 6 三层钢管组成，喷头为单孔锻造喷头，后采用4 孔锻造喷头。1 9 7 3 年2 # 1 5 0 1 转 炉投产，1 9 8 4 年1 2 月3 # 1 8 0 1 转炉投产。鞍钢三炼钢拆除了由苏联设计的全部 平炉，成为转炉炼钢厂。1 8 0o 转炉氧枪外径为巾2 9 9 m m ，喷头为4 孑l 铸造喷头。 这是我国自行设计的最大的氧枪，由鞍山热能研究院设备研制厂制造。 四川省攀西地区具有丰富的钒钛宝藏，在崇山峻岭中建设的攀枝花钢铁公 司，于i 9 7 0 年高炉出铁，1 9 7 1 年三座1 2 0 1 氧气顶吹转炉投产，采用外径为巾 2 1 9m i l l 的氧枪。 1 9 7 4 年1 1 月1 8 日，本溪钢铁公司第二炼钢厂三座1 2 0o 氧气顶吹转炉投产， 同样采用巾2 1 9m m 氧枪。 上海宝山钢铁总厂是我国投资最多的建设项目，全套设备和技术由日本新 日铁及德国等引进。炼钢厂的3 0 0 1 转炉于1 9 8 5 年9 月2 0 日投产，这是我国目 一8 一 东北大学硕士学位论文第一章中国炼钢氧枪的发展 前最大的氧气顶吹转炉。氧枪全长2 4 m ，外径4 0 6 4 m m ，由目本后藤合金株式会 社设计制造，这是我国目前最大的氧枪。 首钢第二炼钢厂从比利时引进的二手设备2 1 0 1 转炉，于1 9 8 7 年8 月6 日 投产。采用的氧枪为分体式，枪尾为一体，枪身和喷头为一体，换枪很方便， 这种氧枪结构是我国第一次引进。 1 4 目前三炼钢厂氧枪状况 鞍钢第三炼钢厂是鞍钢公司最主要的炼钢厂之一。三炼钢厂每年钢产量为 3 3 6 万吨，占鞍钢总产量的4 2 ，为了提高钢产量。第三炼钢厂必须缩短冶炼 时间，提高转炉冶炼周期。提高钢产量。 第三炼钢厂有三座转炉，两座1 5 0 1 和一座1 8 0 1 转炉。1 8 0 吨转炉应用中 2 9 9 氧枪。氧管内径为巾1 9 4 7 供氧强度大，氧气使用量为3 0 0 0 0 m 3 h 3 2 0 0 0 m 3 h ，冶炼时间短，平均为1 7 1 9 分钟，即可冶炼全部完成。而且氧枪 使用寿命平均长，平均为3 4 0 炉。两座1 5 0 吨转炉应用巾2 1 9 氧枪内径为 o 1 3 3 5 ，供氧强度相对较小，氧气使用量为2 2 0 0 0 m 3 h 2 4 0 0 0 m 3 h ，冶炼时 间较长。平均为2 3 2 5 分钟才能完成全部冶炼，而且氧枪使用的寿命平均也相 对短，平均为2 2 0 炉，与国际国内相比，就与本厂3 弹转炉相比差距较大，主要 是冶炼时间长，寿命相对短。由国际国内经验总结来看，吹氧时间不应低于1 0 分钟，也不应超出2 0 分钟( 废钢之熔化所需时间常为低限1 4 1 ) 。而l # 、2 # 1 5 0 吨转炉冶炼时间为2 3 2 5 分钟，超出2 0 分钟，满足不了三炼钢厂增加产量的 需要。冶炼效果也不好，迫切需要改革。为了满足三炼钢生产的需要，争取年 产4 0 0 万吨钢的任务。为此成立技术攻关组，本人在攻关组负责机械、结构、 水冷，积极投入到技术改造中。 一9 一 东北大学硕士学位论文 第二章 o 2 4 5 氧枪的技术改造 第二章 2 4 5 氧枪的技术改造 2 1 技术改造的目的 提高供氧量，缩短冶炼时间，延长氧枪使用寿命。 2 2 具体实施方案 首先确定的目标是：供氧量提高到2 8 0 0 0m 3 h 3 0 0 0 0m 3 h 。冶炼时间确定 在1 8 2 0 分钟。为此必须把现有的中2 1 9 氧枪改造成再大一些的氧枪。提高氧 管的内径，加大流量。 2 2 1 工艺改革方案要求机械、结构、水冷满足要求1 5 l 。 1 、氧气流量：2 8 0 0 0m 3 h 3 0 0 0 0m 3 h 。 2 、冶炼时间：1 8 m i n 2 0 m i n 。 3 、氧气极限流速： 6 0 m s ，一般取：v = 5 5 m s f 6 1 。 2 2 2 根据工艺要求，设计枪体管径 氧枪枪体管径的设计，常规的方案是根据选定的氧气流速和冷却水流速。计 算出氧管的内径，按照国家规定的无缝钢管产品目录1 7 l ，选择相应规格的钢管。 进行氧枪枪体管径设计计算，需要的已知条件是： ( 1 ) 氧气流量1 8 j ： 对于三炼钢厂而言， 4 5 m s 。则满足水流速度要 求。 综合以上分析，为了满足技术改造的目的，最后确定更改为中2 4 5 氧枪。 具体对比如下：见表2 2 表2 2 中2 1 9 氧枪与q ) 2 4 5 氧枪结构参数对比表 t a b l e2 2 c o m p a r i s o n o fc d 2 1 9a n d 中2 4 5s t r u c t u r e p a r a m e t e r 名称0 2 1 9 氧枪( d 2 4 5 氧枪 外管( m m )巾2 1 9 8中2 4 5 x 8 中层管 ( m m )中1 8 0 8中2 0 3 7 内管( m m )西1 3 3 5m 1 5 9 5 氧流量( m 3 h ) 2 2 0 0 0 2 4 0 0 02 8 0 0 0 3 0 0 0 0 枪身全长( n u n )1 8 5 5 01 8 4 3 0 枪体总重( k g ) 3 4 5 63 9 6 8 1 6 东北大学硕士学位论文 第二章中2 4 5 氧抢的技术改造 ( 6 ) 整个氧枪设计成图，见图2 2 1 7 一 器l 喀“ 毳 薯 誊 n “ n 圈芝 东靶火学硕士学位论文第二章 o24 5 氧枪的技术改造 2 。3 试验使用 带i 造后予l # 转炉试验使用，根搬巾2 4 5 氧枪及三炼钢戴检使朋规程，特制 定本试验安全技术规程1 d 转炉m 2 4 5 氧枪试验安企技术舰程( 暂行) 1 供水、供氧各颂仪表，微机运转正常。 1 1 供水聪力1 2 7 i 6 7 m p a 。供水爨1 3 0 1 5 d 电供畿总压力1 4 7m p a ， 工作压力o 8 8m p a ，下限极限警值1 2 5m 4 h 。 1 2 氧捻属净邵新水，上水温度不大予3 2 ，裁捻回水湿度不大于5 04 c ， 回水温度报警装置确定。 1 。3 开斯炉时，按正常供襞技术要求释放氧二次，每次一分铮，当工 乍撵 压与流量不匹配时不得欢炼。 l 。4 当工作氧嫒力小o 7 9 m p a 时，不褥吹氧。 2 飘枪漏水判断依据 2 。l 炉内毒轻微爆炸声1 1 引。 2 2 罩裙周围黼有白色蒸汽。 2 3 炉瘛媲终蠢囔溅。 3 氧枪大漏事故安全处理操作程序 3 1 壹子试验大氧稔，三痊转妒氧枪冷帮承串通。 3 2 氧枪关氧撅检查点后，炉前通告，另外两座转炉抬枪后，再通知泵 房滔立即荚闭所鸯供氧枪水泵。妒前通知维护工关闭事敬炉永阀门。 待维护工关好事故炉水阀门后，鞭由维护正通知挎环水泵房启动新 水泵，泵逡转正常，由环水泵房遥知非事故炉继续生产 1 引。 3 。3 炉体正位，不准撼炉。 3 ，4 炉前通知主电室下料系统断电，防止冷料入炉。 3 。5 确认炉口不孬溢嫩鑫色蒸汽畦，本越蘸涵点燃掇入炉内，残褰本枣毒 若继续燃烧证明水蒸发了。缓慢往西侧攒炉( 此时炉后及渣跨禁止 考入工露) 大约1 5 4 ，箨l o 1 5 公锤，菇次礁谈炉痰无炸声方爵摇 炉。一切延常，炉前方可继续砍炼。 一1 8 一 查些苎兰堕圭壁堂堕 苎三主竺! ! ! 塾丝竺垫查垒兰 3 6 大漏事故提枪时，如遇到机械或电器故障，氧枪及时关氧。 3 7 事故状态下，有当班段长指挥处理，并及时通知值班长及有关厂长。 4 其他未尽事宜按原规程执行。 做了大量l d 氧枪实际数据统计，见统计表2 3 、表2 4 、2 5 ( 现抽样 三份) 。三个月后，经过具体的试验数据，得出三个月来0 2 4 5 氧枪的技术数 据的平均值，对照如表2 6 。 通过三个月的跟踪试验，技术改造取得初步成功。满足了提高供氧量， 缩短冶炼时间的需要。 三个月试验后，在2 # 转炉上推广使用，取得了非常好的效果，由于过去 的年产量3 3 5 3 4 0 万吨钢，增加到年产量4 0 0 - - 4 1 0 万吨钢a - - 1 9 - - 末北太擎硕士带住论文第二章审2 4 5 氧捻砖技术改造 表2 31 d 氧枪试验数据统计表 t a b l e2 。31 d o x y g e nl l n e e s t e s td a m s ( 9 月l o 日) 吹氧糍对总时间总装入量出钢爨氧气耗量 炉数 ( m i n 、s )( m i n )( t )( t )( 岔) 11 8 7 3 0 ”4 31 9 1 41 7 5 6 59 7 8 5 21 8 2 l ”4 12 0 3 51 7 1 6 89 6 4 4 31 9 2 0 ”4 51 9 3 41 7 1 ，5 89 8 3 9 41 8 7 5 5 ”4 21 9 5 41 8 0 3 59 7 3 1 51 9 莲5 ”4 52 院4筠1 5 9 8 8 9 61 9 7 3 0 ”4 51 9 5 41 9 1 _ 1 29 7 1 6 71 9 1 5 “4 52 0 0 31 8 0 4 89 9 8 7 81 8 7 2 0 ”4 41 9 0 。61 8 0 6 l9 8 9 6 91 9 7 2 0 ”4 31 9 0 41 7 9 6 29 9 3 8 1 01 7 4 0 ”3 91 9 4 21 8 3 8 4 。9 l l1 9 2 0 ”4 41 9 1 31 6 7 88 5 6 2 1 21 9 3 5 “4 61 9 7 61 8 2 ，3 8 9 9 8 1 31 9 7 4 5 ”5 01 9 6 ，41 5 6 19 1 2 8 1 41 8 7 1 0 ”4 21 8 9 31 8 2 78 9 6 4 1 51 7 5 0 ”4 21 9 0 。3 1 8 2 38 4 0 7 1 61 8 75 5 ” 4 61 9 3 61 7 2 18 5 9 6 1 71 8 7 2 5 ”5 21 9 4 33 1 7 2 18 8 2 0 1 81 8 1 0 ”4 31 8 8 41 7 9 28 5 0 7 1 91 8 74 0 ” 4 51 9 7 3 1 7 2 88 8 0 0 2 01 9 7 3 0 ”4 51 9 7 3 1 7 2 。3 68 0 均1 8 75 l ” 4 3 ，81 8 9 ，6 41 7 7 。1 89 2 3 4 ，8 0 值 2 0 一 东北大学硕士学位论文第二章 o245 氧棺的技术改造 表2 4i d 氧枪试验数据统计表 t a b l e2 4i d o x y g e nl a n c e st e s td a m s ( 1 1 月1 2 日) 吹氧耗时总时间总装入量出钢量氧气耗量 炉数 ( m i n 、s )( m i n )( t )( t )( m 3 ) l1 9 2 5 ”4 02 0 0 21 7 4 79 0 1 6 21 9 3 0 ”4 31 9 5 31 7 4 59 2 1 6 31 9 7 2 0 ”4 12 0 0 41 7 4 59 0 1 0 41 8 2 5 ”4 21 9 3 41 7 7 58 9 1 0 51 9 7 l o ”4 41 9 5 41 7 7 48 5 2 1 61 9 74 5 ” 4 51 9 0 31 7 7 o8 5 1 1 72 0 7 1 5 ”6 71 9 5 51 7 0 49 3 1 0 82 0 7 ”4 51 9 5 31 7 7 i9 0 1 2 91 9 3 0 ”4 51 9 2 51 7 6 98 9 1 2 1 01 9 3 0 ”4 41 9 0 61 8 0 8 i9 8 6 4 1 11 97 1 4 ”4 31 9 8 31 8 0 4 18 5 4 9 1 22 0 5 5 ”5 l1 9 8 51 6 6 9 41 0 1 2 3 1 31 9 4 5 ”4 51 9 8 41 7 1 5 99 8 4 6 1 41 9 2 5 ”5 11 9 5 4 1 7 1 5 99 7 8 6 1 51 9 3 5 ”4 51 9 6 4 1 7 9 2 29 7 4 6 1 61 9 72 0 “ 4 91 9 9 31 7 9 2 9 3 0 6 1 71 9 4 0 ”4 81 9 7 31 8 2 69 2 9 9 1 82 0 7 3 0 ”4 81 9 4 31 7 5 5 8 7 2 8 1 92 1 7 1 7 ”4 81 9 4 32 0 3 6 8 7 2 9 2 02 0 7 4 0 4 81 9 7 41 7 7 3 9 0 1 0