金屬有限公司氧槍及氧槍噴頭設(shè)計(jì)方案

**金屬有限公司65T轉(zhuǎn)爐φ180氧槍及氧槍噴頭設(shè)計(jì)方案****冶金氧槍有限公司202*年2月65T轉(zhuǎn)爐φ180氧槍及氧槍噴頭設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介****冶金氧槍有限公司，系冶金氧槍及噴頭的專業(yè)研究生產(chǎn)單位。位于中國(guó)濰坊高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)。技術(shù)力量雄厚，技術(shù)裝備先進(jìn)，檢測(cè)手段齊全。我公司在轉(zhuǎn)爐用氧槍設(shè)計(jì)方面有豐富的設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)，例如：寶鋼300噸轉(zhuǎn)爐煉鋼φ406氧槍噴頭，武鋼三煉鋼250噸轉(zhuǎn)爐用φ355錐度氧槍及噴頭，馬鋼300噸轉(zhuǎn)爐用φ355錐度氧槍及噴頭，濟(jì)鋼210噸轉(zhuǎn)爐用φ355氧槍及噴頭，新余三期210T轉(zhuǎn)爐煉鋼φ325氧槍及噴頭，上海羅涇150噸轉(zhuǎn)爐煉鋼φ299氧槍及噴頭，河北承德鋼鐵、普陽(yáng)鋼鐵、寧波鋼鐵、天鐵、安陽(yáng)鋼鐵、通化鋼鐵等150噸轉(zhuǎn)爐煉鋼φ299氧槍及噴頭，目前均正常使用，效果良好?，F(xiàn)國(guó)內(nèi)120噸以上轉(zhuǎn)爐用氧槍80％由我公司設(shè)計(jì)制造。公司秉承“以人為本，科技領(lǐng)先”的發(fā)展戰(zhàn)略，技術(shù)力量雄厚，擁有世界先進(jìn)水平的科研機(jī)構(gòu)、精良的機(jī)械加工設(shè)備及國(guó)內(nèi)一流的檢測(cè)設(shè)施，最大程度上保證產(chǎn)品最佳的使用性能。65T轉(zhuǎn)爐φ180×1孔噴頭設(shè)計(jì)方案一、設(shè)計(jì)工況參數(shù)：1、出鋼量：～65噸/爐2、現(xiàn)場(chǎng)操作氧流量：～4200Nm3/hr3、現(xiàn)場(chǎng)操作供氧壓力：0.85～1.0Mpa（閥后壓力）4、純吹氧吹煉時(shí)間：13～15min5、冷卻水壓力：≥1.2MPa6、進(jìn)出水溫差≤27℃（水溫差根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況要有所差異）7、氧槍噴頭形式：1孔拉瓦爾孔噴頭二、噴頭參數(shù)設(shè)計(jì)2.1馬赫數(shù)的選擇流體力學(xué)中表征流體可壓縮程度的一個(gè)重要的無(wú)量綱參數(shù),記為,定義為流場(chǎng)中某點(diǎn)的速度v同該點(diǎn)的當(dāng)?shù)芈曀賑之比,即=v/c,在可壓縮流中,氣體流速相對(duì)變化dv/v同密度相對(duì)變化之間的關(guān)系是dρ/ρ＝-2dv/v，即在流動(dòng)過(guò)程中，馬赫數(shù)愈大,氣體表現(xiàn)出的可壓縮性就愈大。另外，馬赫數(shù)大于或小于1時(shí),擾動(dòng)在氣流中的傳播情況也大不相同。因此，從空氣動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，馬赫數(shù)比流速能更好地表示流動(dòng)的特點(diǎn)。按照馬赫數(shù)的大小，氣體流動(dòng)可分為低速流動(dòng)、亞聲速流動(dòng)、跨聲速流動(dòng)、超聲速流動(dòng)和高超聲速流動(dòng)等不同類型。馬赫數(shù)就是氣流速度與當(dāng)?shù)販囟葪l件下的音速之比：M＝U/a式中：U為氣流速度m/sa為在當(dāng)?shù)販囟认碌囊羲?，單位m/s氧槍的供氧壓力的大小是由噴頭的出口馬赫數(shù)確定的，氧氣的壓力能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，得到超音速的氧氣流股。生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用過(guò)高的設(shè)計(jì)氧壓，不但噴濺，而且爐襯侵蝕嚴(yán)重，而采用過(guò)低的設(shè)計(jì)氧壓，氧氣出口速度過(guò)低，熔池得不到良好的攪拌。從提高氧氣射流的沖擊能力考慮，希望采用較高的馬赫數(shù)，當(dāng)M>2.0以后，隨著馬赫數(shù)的增大，氧氣出口溫度減低，出口音速不斷減小，使出口速度增加變慢，而設(shè)計(jì)工況壓力卻增加很快。過(guò)高的馬赫數(shù)需要高壓管線設(shè)施，相對(duì)投資較大，且反應(yīng)激烈，操作難度大；而馬赫數(shù)過(guò)小，則輸氧管線的氧壓沒(méi)有被充分利用，也是不經(jīng)濟(jì)的。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況，現(xiàn)在操作主要以供氧壓力0.90～1.1Mpa（即閥后壓力）為主，除去管路壓力損耗后，到達(dá)氧槍噴頭的工作滯止壓力應(yīng)在0.86～1.0Mpa左右，因此綜合考慮：選取馬赫數(shù)為2.05。2.2計(jì)算工況氧壓Po查等熵流表，當(dāng)M=2.05時(shí)，P出/Po=0.1182，由于爐膛壓力近似于大氣壓力，所以P出=0.102MPa，則Po=0.86MPa=8.80Kg/f建議使用閥后壓力為0.90～0.95MPa之間為宜，如果操作氧壓高于設(shè)計(jì)氧壓，氧流仍有部分壓力能未轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，離開(kāi)噴孔后繼續(xù)膨脹，射流產(chǎn)生激波，導(dǎo)致氧流不穩(wěn)定，能量損失大，造成化渣不好，噴濺增加，不利于吹煉；如果操作氧壓過(guò)低時(shí)，出口氧射流衰減較快，熔池?cái)嚢铚p弱，氧氣利用率降低，延長(zhǎng)了吹煉時(shí)間，降低生產(chǎn)效率?？紤]到管路壓力損耗閥后壓力一般要稍高于喉口滯止壓力，避免使用氧壓低于0.83Mpa，以防止氧槍回火事故的發(fā)生。2.3計(jì)算氧流量Q氧槍流量Q是指在單位時(shí)間內(nèi)向熔池供氧的數(shù)量，其量鋼為m3/h或m3/min由Q=噸鋼氧耗×出鋼量×60/純供氧時(shí)間得出：Q=4200m3/hr（以現(xiàn)場(chǎng)操作工況為主）按：出鋼量為～65t；純供氧時(shí)間為13～15min計(jì)算。此流量是氧氣在設(shè)定工況下的流量，當(dāng)使用氧氣壓力變化時(shí)氧流量隨之變化，應(yīng)屬正常2.4孔數(shù)的選?。哼x擇：1孔噴頭。2.5計(jì)算喉口直徑D喉根據(jù)爐子的噸位和實(shí)踐選用1孔噴頭，由氧流量公式Q=64.3236×Po×A喉Po為使用壓力MPaA喉——喉口截面積Q為氧氣流量Nm3/hr得出：D喉=30.8mm2.6計(jì)算出口直徑D出根據(jù)M=2.05，查等熵流表，A出/A喉=1.760A出——出口截面積A喉——喉口截面積得出：D出=40.9mm2.7計(jì)算擴(kuò)張段長(zhǎng)度L理論的氣體膨脹角為4~8度，擴(kuò)張段的張角理應(yīng)也設(shè)計(jì)成4~8度。小擴(kuò)張角具有控制膨脹作用，因而出口流股會(huì)有輕微膨脹，氧流貼近孔壁流動(dòng)會(huì)出現(xiàn)層流，從而加重射流表面與爐氧混合，有利于提高熱效率。大擴(kuò)張角控制膨脹作用小，擴(kuò)張段短，受孔壁粗糙度影響小，有利于減小氧射流的能量損失，提高作用熔池貫穿力，對(duì)于新?tīng)t子，裝入深度較深，考慮噴頭的穿透能力，應(yīng)取較大的張角，定為3.5度。則L=（40.9-30.8）/2×tg3.5°=82mm2.8操作槍位H（暫定）操作基本槍位：H=35×D出選擇操作槍位主要考慮兩點(diǎn)，即射流中心線速度衰減和取最大沖擊面積，當(dāng)槍位低于30D出，速度衰減已經(jīng)趨向平緩，但是速度值也低，沖擊能量不足。因此，槍位應(yīng)該選擇在30～40D出之內(nèi)為宜。則由此可得：基本槍位：1431mm最高槍位：1635mm最低槍位：1226mm此槍位僅做參考，具體應(yīng)以實(shí)踐為準(zhǔn)。2.9設(shè)計(jì)槍位下沖擊深度沖擊深度。氧射流達(dá)到液面后的沖擊深度又叫穿透它是指從水平液面到凹坑最低點(diǎn)的距離沖擊深度是凹坑的重要標(biāo)志，也是確定轉(zhuǎn)爐操作的重要依據(jù)。很多研究者從理論上對(duì)氧氣射流的沖擊深度進(jìn)行了大量研究，得出了許多類似的結(jié)果，認(rèn)為頂吹氧氣射流的沖擊深度h是阿基米德準(zhǔn)數(shù)的函數(shù)：h/Dx=k(Ar)a式中：Dx為槍高x處與熔池液面相遇的射流直徑，k、a為系數(shù)和指數(shù)單孔氧槍沖擊深度的經(jīng)驗(yàn)公式：h=3.4×P0×D喉/H0.5—0.0381式中