氧枪作用及原理

1、 喷嘴又称喷头或枪头。高压氧气在输氧管道中的流动速度较低， 一般在60m/s以下， 氧气流通过喷嘴后， 形成超音速的氧射流， 流速为500-600m/s ， 为音速的二倍左右。喷嘴能最大限度地将氧气压力能转化为动能获得超音速流股， 借此向熔池供氧并搅动熔池金属液以达到吹炼目的， 因此， 喷嘴是压力一速度的能量转换器。采用合理的喷嘴结构是顶吹氧气转炉炼钢的关键问题之一。 目前国内外顶吹氧气转炉所采用的喷嘴类型是多种多样的。按喷嘴形状和特点可分为拉瓦尔型、 直筒型及单扩张型等； 按喷嘴孔数可分为单孔及多孔喷嘴；按吹入物质可分为氧气喷嘴、 氧燃喷嘴及喷粉料的喷嘴。 拉瓦尔喷嘴结构： 三孔拉瓦尔结构：

2、 单三式喷嘴结构： 三喉式结构 ： 单三式喷嘴是整个喷嘴只有一个收缩段和一个喉口， 然后分成三个小直孔，这种喷嘴目前使用的较少： 三喉式喷嘴的三个孔分别为三个拉瓦尔型喷孔， 这种喷嘴目前使用的比较多， 三孔拉瓦尔型喷嘴具有操作平稳， 化渣快、 供氧强度大、喷溅少、 金属收得率高、 热效稳定等优点， 但是比单孔喷嘴加工较难， 喷嘴中心部位冷却强度较差， 若操作不当易粘枪 。 顶吹氧气转炉是将高压、 高纯度 （含氧气99.4% 以上） 的氧气通过水冷氧枪，以某种距离 （喷头到熔池面的距离约为1-3m ） 从熔池上面吹入的。为了使氧流有足够的能力穿入熔池， 使用出口为拉瓦尔型的多孔喷头， 氧气的使用

3、压力为 （1.0-1.4）MPa， 氧流出口速度可达400-440m/s 。 转炉炉膛是一个复杂的高温多相体系， 喷吹入炉内的氧气射流离开喷头后，由于炉内周围环境性质变化， 使射流的特性也变得有些不能确定。开吹时， 射流与熔池之间的炉内空间充满了热 气体， 主要是熔池内排出的CO和空气所组成。但是在吹氧几分钟后就开始形成炉渣， 从熔池内排出的CO 气体速度也很快增大，开始产生泡沫渣， 不久就把喷枪淹没了。在这种情况下， 不可能在真实的转炉上直接测定射流特性， 也无法找到合适的实验方法来推测炉内的情况。同时， 喷吹入炉膛的氧射流与炉内介质存在着温度差、 浓度差和密度差， 还存在着反向流动的介质和

4、化学反应。因此， 炉膛内的氧气射流与在静止条件下研究的自由射流存在很大的差异。 转炉炉膛内的氧气射流， 其初始温度比周围介质的温度低得多， 当射流与从周围抽吸的高温介质混合时， 射流被加热。同时， 进入射流的CO 和金属滴要在射流中燃烧放热， 并使射流的黑度增大而接受周围介质的辐射热。氧气射流因被加热膨胀， 使射程和扩张角增大。同时， 氧气的纯度降低。在热模拟实验中， 将氧气射入1400 的 CO室中， 在距喷孔10-20 个孔径处， 射流温度达1300-1800 ；在距喷孔30-40 个孔径处则达 2100-2300。显然， 这样的高温是危及炉衬的。 应该指出， 在氧气射流与熔池相遇处， 按

5、非弹性体的碰撞进行研究， 射流的动能主要消耗于非弹性碰撞的能量损失 （约占70-80% ） 和克服浮力的能量损失（约占4-10% ） ； 用于搅动熔池的能量仅占20% 。因此只靠氧射流约 20%的能量搅动熔池， 搅拌强度显然是不足的。因此，顶吹氧气转炉熔池搅动的能量， 主要是由吹炼过程中脱碳反应产生的CO 气体从熔池排出的上浮力提供的 （忽略金属液各部分因成分和温度不同所引起的密度不同产生的对流）。 在确定合适的枪位时， 主要考虑两个因素： 一是要有一定的冲击面积； 二是在保证炉底不被损坏的条件下， 有一定的冲击深度。氧枪高度可按经验确定一个控制范围， 然后根据生产中的实际吹炼效果加以调整。由

6、于喷嘴在加工过程中， 临界直径的尺寸很难做到非常准确， 而生产中装入量又有波动， 所以过分的追求氧枪高度的精确计算是没有意义的。 喷枪高度范围的经验公式为： H=（24-44）d喉 H喷嘴距熔池面的高度mm， ； d喉喷嘴喉口直径mm。 通常， 枪位根据如下的因素确定： 吹炼的不同时期。由于吹炼各时期的炉渣成分、 金属成分和熔池温度明显不同， 它们的变化规律也有所不同， 因此枪位也应相应有所不同。 吹炼前期的特点是硅迅速氧化， 渣中 （SiO2 ） 的浓度大和熔池温度不高。此时要求快速熔化加入的石灰， 尽快形成碱度不小于1.4-1.7 的活跃的炉渣， 以免酸性渣严重侵蚀炉衬和尽量增加前期的去磷

7、和去硫率。所以， 在温度正常时， 除适当加入萤石或氧化铁皮等助熔剂外， 一般应采用较高的枪位， 使渣中的 （FeO ） 稳定在20-30% 的水平。如果枪位过低， 渣中 （FeO ） 含量低， 则会在石灰块表面形成高熔点 （2130 ） 的2CaSiO2 ， 阻碍石灰的溶解； 还因熔池未能被炉渣良好覆盖， 产生金属喷溅。当然， 前期枪位也不 应过高， 以免产生严重喷溅。最佳枪位应当是炉渣刚到炉口而又不喷出。 吹炼中期的特点是强烈脱碳。这时， 不仅吹入的氧全部消耗于碳的氧化， 而且渣中的氧化铁也被消耗于脱碳。渣中 （FeO ） 降低将使渣的熔点升高。渣中（FeO ） 降低过多， 则会使炉渣显著变

8、黏， 影响磷、 硫的继续去除， 甚至发生回磷。这种炉渣变黏的现象称为炉渣 “返干” 。为防止中期炉渣 “返干” 而又不产生喷溅， 枪位应控制在使渣中 （FeO） 含量保持在14-20% 的范围内。 吹炼后期因脱碳减慢， 产生喷溅的威胁较小， 这时的基本任务是要进一步调整好炉渣的氧化性和流动性， 继续去除磷和硫， 准确控制终点。为此， 在过程化渣不太好或中期炉渣 “返干” 较严重时，后期应首先适当提枪化渣， 而在接近终点时， 再适当降枪， 以加强熔池搅拌， 均匀熔池温度和成分， 降低镇静钢和低碳钢的终渣 （FeO ） 含量， 提高金属和合金收得率并减轻对炉衬的侵蚀。 高-低-高的六段式操作：，开吹枪位较高， 及早形成初期渣； 二批料加入后适时降枪， 吹炼中期炉渣返于时又提枪化渣； 吹炼后期先提枪化渣后降枪； 终点拉碳出钢。 高-低-高的五段式操作：五段式操作的前期与六段式操作基本一致， 熔渣返干时可加入适量助熔剂调整熔渣流动性， 以缩短吹炼时间。 高-低-高-低的四段式操作：在铁水温度较高或渣料集中在吹炼前期加入时可采用这种枪位操作。开吹时采用高枪位化渣，使渣中含（FeO ）24-30% ， 促进石灰熔化， 尽快形成具有一定碱度的炉渣，增