氧枪设计 第四章

1、第四章 氧气转炉供氧系统设计4.1供氧系统工艺流程 氧气转炉炼钢车间的供氧系统是由制氧机、加压机、中压储气罐、输氧管、控制闸阀、测量仪器、氧枪等主要设备组成。图9 供氧系统工艺流程图1制氧机 2低压储气柜 3压氧机 4桶形罐 5中压储气罐6氧气站7输氧总管8总管氧压测定点9减压阀10减压阀后氧压测定点11氧气流量测定点12氧气温度测定点13氧气流量调节阀14工作氧压测定点 15低压信号连锁 16快速切断阀 17手动切断阀 18转炉4.2 转炉炼钢车间需氧量计算（1）一座转炉吹炼时的小时耗氧量计算 平均小时耗氧量Q1（Nm3/h）： Nm3/h（4-1）式中： G平均炉产钢水量，120t；W吨钢

2、耗氧量，50m3/t，范围4555m3/t；T1平均每炉钢水冶炼时间，38min。 高峰小时耗氧量Q2（m3/h）：Nm3/h（4-2）式中：T2平均每炉纯吹氧时间，16min。（2） 车间小时耗氧量 车间平均小时耗氧量Q3(m3/h）：Q3=NQ1=3×9474=28422m3/h (4-3)式中：N车间经常吹炼的炉座数。 车间高峰小时耗氧量Q4（m3/h）：Q4=N×Q2=67500m3/h （4-4）4.3 制氧机能力的选择对于专供氧气转炉炼钢使用的制氧机的生产能力必须根据转炉车间需氧选择。制氧机的总容量根据炼钢车间小时平均耗氧（28422 m3/h）量确定，通过在制

3、氧机和转炉之间设置储气罐来满足车间高峰用氧量。在决定制氧机组的能力时，还需考虑制氧机国家标准系列。目前我国可供氧气转炉车间选用的制氧机系列有：1000 、1500 、3200 、6000 、10000 、20000 、26000 、35000 等。制氧设备的选择，除考虑转炉的用氧量外，还需要考虑车间其他工序的小额氧气用户，如铸坯切割、精整等。根据转炉车间的小时平均需氧量确定选取制氧机座数及能力。本设计选取2座260000m3/h的制氧机。4.4 氧枪设计氧枪由喷头、枪身和尾部结构三部分组成。喷头常用紫铜制成；枪身由三层无缝钢管套装而成；从图4-4可知，内管是氧气通道，内层管与中层管之间是冷却水

4、的进水通道；中层管与外层管之间是冷却水的出水通道。 4.5 喷头设计（1）喷头类型与选择多孔喷头的各个流股是否发生汇交以效应角为界，大于则各流股很少汇交，小于则必定汇交。按照经验，喷头倾角=12.8°15.4°为宜。综合考虑取=15°。本设计选用拉瓦尔型喷头，孔数定为3孔，喷孔夹角为15°，喷孔布置选择周边布置，出口马赫数M=2.0。（2） 喷头尺寸计算 氧流量计算m3/min （4-5）式中：每吨钢耗氧量为4555m3/t，本设计选50m3/t； 理论计算氧压由等熵流函数表可查得：当马赫数M=2.0时，P/P0=0.1278，将选取的P=1.01

5、15;105Pa带入，则可求得P0=7.90×105Pa其中： P转炉炉膛内气体压力，即喷孔出口处气流的压力，Pa，选取范围（1.011.04）×105Pa；P0使用氧压，在设计喷头时按理论计算氧压选取，Pa； 选用喷孔出口马赫数与喷孔数。综合考虑，选取马赫数Ma=2.0。120t转炉氧气使用情况，选取转炉喷孔数为3孔，能保证氧气流股有一定的冲击面积与冲突深度，熔池内尽快形成乳化区，减少喷溅，提高成渣速度和改善热效率。 计算吼口直径。喷头每个喷孔氧气流量q：m3/min(标态） （4-6）喷管实际氧气流量QV： (4-7)式中： 一般单孔CD=0.950.96；三孔喷头CD

6、=0.900.96。由式(4-7)，并且取CD=0.96，T0=290K，又P0=7.90×105Pa，代入上式，则由上式可求得吼口直径： d喉= 45 求喷孔出口直径根据等熵流表，在Ma=2.0时，A出/A喉=1.6875，即，故喷孔出口直径 （4-8） 计算扩张段长度。取扩张段的半锥角为4°，则扩张段长度 （4-9） 确定喷孔倾角：多孔喷头的各个流股是否发生交汇以效应角为界，大于则各流股很少交汇，小于则必定交汇。按照经验，喷头倾角=12.8°15.4°为宜。综合考虑选取=15°。 喷孔喉口段长度确定喉口段长度的作用：一是稳定气流；二是使收缩

7、段和扩张段加工方便，为此过长的喉口段反而会使阻损增大，因此喉口段长度推荐为510。本设计选取5。4.6氧枪枪身设计氧枪枪身由三层无缝钢管套装而成，内层管是氧气通道，内层管与中层管之间是冷却水进水通道，中层管与外层管之间是冷却水通道。(1) 枪身各层尺寸的确定 中心氧管管径的确定管内氧气工况流量Q0： （4-10）/sm6.50.85/minm51.10375273100.97290101.013253355=´´´´´=式中： P标标准大气压，Pa；P0管内氧气工况压力，Pa；T标标准温度，273K；T0管内氧气实际温度，一般取290K。取中心

8、管内氧气流速V0=45m/s，则中心氧管内径 （4-11）式中： F1中心氧管内截面积，；V0管内氧气流速，m/s，一般取4050m/s，这里取V0=45m/s；根据标准热轧无缝钢管产品规格，选取中心钢管为159×6 中外层钢管管径根据生产实践经验，选取氧枪冷却水耗量Q水=120t/h；冷却水进水速度V进=6m/s，出水速度V出=7m/s。又中心氧管外径d1外=159，则：进水环缝面积 （4-12）出水环缝面积 （4-13）所以，中层钢管的内径d2： （4-14）选取中层钢管d2外=170×6。同理，外层钢管内径 （4-15）选取外层钢管d3外=211×12（2）

9、氧枪长度的确定 如图3-5所示，氧枪全长是下部枪身年度和尾部长度之和。氧枪尾部装置有氧枪把持器、冷却水进出管接头、氧气管接头和吊环等。 氧枪下部长度取决于转炉公称吨位和烟罩尺寸。H氧枪氧枪头部最低位置至炉口的距离，它等于钢液面距炉口距离减去钢液面距氧枪喷头端面距离，一般=200400，所以本设计=4030+3000-300=6730mm,取=300m；转炉炉口至烟罩下缘的距离，考虑到活动烟罩提起后，便于观察火焰，一般取3505OOmm，大转炉取上限，小转炉取下限，本设计取400mm;烟罩下缘至烟道拐点的距离。这段距离与拐点的角度、烟罩直线段的长度以及转炉吨位大小有关，一般取30004000mm

10、,本设计取4000mm；斜烟道拐点至氧枪密封口上缘的距离本设计取值为3000mm， 氧枪喷嘴部位需要清渣，或发生故障进行处理时，氧枪应提出烟道氧枪插入孔边缘一定距离。氧枪头部底面距氧枪插入孔上缘的距离一般取500800mm,本设计取值为800mm； 根据氧枪把持器设备的要求确定,本设计取500mm；氧枪把持器中心线的距离，根据把持器设备要求确定,本设计取4000mm；氧枪把持器中心线至氧枪接头法兰盘的距离，本设计取1000mm。氧枪的行程是之和。图 4-6 氧枪长度的确定本设计的氧枪长度：H氧枪 =6730+400+4000+3000+800+500+4000+1000 =20430mm氧枪的

11、行程： H行=14930mm4.7 氧枪升降和更换机构4.7.1 对氧枪升降和更换机构设备的要求转炉在吹炼过程中，氧枪需要多次升降以调整枪位。对氧枪的升降机构和更换装置提出以下要求：（1）应具有合适的升降速度，并且可以变速。为了缩短冶炼周期，在吹炼过程中氧枪应快速提升，在炉口以上可快速下降；当氧枪进入炉口以下时，应慢速下降，以便控制熔池的反应和保证氧枪安全。在设计中转炉氧枪升降速度的快速为50m/min，慢速为510m/min。（2）应保证氧枪升降平稳、控制灵活、操作安全、结构简单、便于维护；（3）能快速更换氧枪；（4）应具有安全连锁装置；为了保证安全生产，氧枪升降机构设有下列安全连锁装置：1

12、）当转炉不在垂直位置（允许误差3°）时，氧枪不能下降。当氧枪进入炉口后，转炉不能作任何方向的倾动；2）当氧枪下降到炉内经过氧气开、关点时，氧气切断阀自动打开，当氧枪提升通过此点时，氧气切断阀自动关闭；3）当氧压或冷却水水压低于给定值，或冷却水升温高于给定值时，氧枪能自动提升并报警；4）副枪与氧枪也应有相应连锁装置；5）车间临时停电时能使氧枪自动提升。4.7.2 氧枪垂直升降机构如图4-7-1是重锤提升装置，它包括氧枪、氧枪升降小车、导轨、平衡锤、卷扬机、横移装置、钢丝绳滑轮系统、氧枪高度指示标尺等部分。图 4-7-1 氧枪升降机构1-氧枪；2-升降小车；3-导轨；4、10-钢绳5、6

13、、7、8-滑轮；9-平衡锤；11-卷筒氧枪1固定在氧枪小车2上，氧枪小车沿着用槽钢制成的轨道3上下移动，通过钢绳4将氧枪小车2与平衡锤9连接起来。4.7.3 氧枪各操作点的控制位置转炉生产过程中，根据生产情况氧枪处于不同的控制。图4-7-2转炉氧枪在行程中各操作点的标高位置。图 4-7-2 氧枪在行程中各操作点的位置1-最低点；2-吹氧点；3-开、闭氧点（变速点）4-等候点；5-最高点；6-换枪位置氧枪各操作点标高的确定原则：(1)最低点。最低点是氧枪下降的极限位置，其位置取决于转炉的公称吨位，喷嘴端面距熔池液面一般为200400mm。大转炉应取上限，本设计取值为400mm；(2)吹氧点。此点是氧枪开始进入正常吹炼的位置，又叫吹炼点。这个位置与转炉公称吨位、喷嘴类型、供氧压力等因素有关，一般根据生产实践经验确定；(3)变速点。在氧枪提升或下降到此点就自动变速，此点位置的确定主要是保证安全生产，又能缩短氧枪提升、下降所占用的辅助时间；氧气开、关点。氧枪降至此点自动开氧，氧枪升至此点自动关氧。过早地开氧或过迟地关氧都会造成