设备管理_氧气的供应及设备概述

2.9 氧气的供应及设备氧气的供应及设备 2.9.1 氧气的供应氧气的供应 氧气转炉炼钢车间消耗大量工业纯氧，纯度要氧气转炉炼钢车间消耗大量工业纯氧，纯度要 求求99.5%。 现代钢铁厂都有大规模的现代钢铁厂都有大规模的空气分离设备。空气分离设备。供氧供氧 系统构成如下：系统构成如下：制氧机、加压机、中压储氧罐、制氧机、加压机、中压储氧罐、 输氧管、控制闸阀、测量仪表及喷枪等。输氧管、控制闸阀、测量仪表及喷枪等。 供氧系统的工艺流程图见图；供氧系统的工艺流程图见图； 制氧机制氧机低压储气柜低压储气柜0.039MPa 增压机增压机0.8- 1.5MPa 中间储气罐中间储气罐1.0-3.0MPa输氧管输氧管 道道减压阀减压阀仪表仪表 增压机增压机 0.8-1.5MPa 中间储气罐中间储气罐1.0-3.0MPa 制氧机制氧机 低压储气柜低压储气柜0.039MPa （1）炼钢车间需氧量的计算）炼钢车间需氧量的计算 需氧量取决于需氧量取决于转炉座数、炉子容量、供氧强度、吹氧时间转炉座数、炉子容量、供氧强度、吹氧时间等；等； 一般吹氧时间大约占冶炼周期的一半左右；故转炉吹炼过程一般吹氧时间大约占冶炼周期的一半左右；故转炉吹炼过程 中会出现供氧高峰负荷；中会出现供氧高峰负荷； 计算出平均耗氧量和高峰耗氧量，并选择制氧机能力和台数计算出平均耗氧量和高峰耗氧量，并选择制氧机能力和台数。 1）一座转炉吹炼时的小时耗氧量）一座转炉吹炼时的小时耗氧量 60 GW Q2 t2 60GW60 150 54 Q1=12150 t140 平均小时耗氧量平均小时耗氧量 高峰小时耗氧量高峰小时耗氧量 2）转炉车间的小时耗氧量）转炉车间的小时耗氧量 车间平均小时耗氧量车间平均小时耗氧量 Q3=nQ1;车间高峰小时耗氧量车间高峰小时耗氧量 Q4=1.5Q2 3）制氧机能力的选择）制氧机能力的选择 据车间据车间平均小时耗氧量平均小时耗氧量确定，设置确定，设置储气罐来满足高峰用氧量储气罐来满足高峰用氧量。按。按 标准系列选取；除了转炉外，还需考虑其它工序标准系列选取；除了转炉外，还需考虑其它工序小额用氧量小额用氧量，如，如 炉外精炼设备。炉外精炼设备。 各种容量氧气转炉制氧机配备情况各种容量氧气转炉制氧机配备情况 转炉容量，转炉容量，t 30 50 80 120 300 制氧制氧 机台机台 数及数及 容量容量 经常吹炼经常吹炼 一座转炉一座转炉 1 6000 m3/h 1 6000 m3/h 1 10000 m3/h 1 20000 m3/h 2 26000 m3/h 经常吹炼经常吹炼 二座转炉二座转炉 2 6000 m3/h 2 6000 m3/h 2 10000 m3/h 2 20000 m3/h 4 26000 m3/h 国内可供选择的氧气转炉制氧机系列：国内可供选择的氧气转炉制氧机系列：1000m3/h， 1500m3/h，3200m3/h，6000m3/h，10000m3/h，20000m3/h， 26000m3/h，35000m3/h 2.9.2 氧枪的设计氧枪的设计 吹炼过程吹炼过程在由氧枪所喷射的在由氧枪所喷射的超音速氧气流股超音速氧气流股与与金属熔金属熔 池的相互作用池的相互作用下进行；下进行；冶炼效果与氧气流股的特性以冶炼效果与氧气流股的特性以 及对金属熔池的冲击效果相关；及对金属熔池的冲击效果相关；氧枪的结构设计至关氧枪的结构设计至关 重要重要 由于氧枪在吹炼过程中要承受热负荷（由于氧枪在吹炼过程中要承受热负荷（反应区温度反应区温度 2000-2600 ）及钢液和炉渣对氧枪的冲刷，及钢液和炉渣对氧枪的冲刷，要求氧要求氧 枪有良好枪有良好冷却效果和牢固的金属结构冷却效果和牢固的金属结构，保证，保证耐高温、耐高温、 抗冲刷侵蚀和振动抗冲刷侵蚀和振动； 氧枪按形状分氧枪按形状分直筒型、螺旋型、拉瓦尔型，按照孔数直筒型、螺旋型、拉瓦尔型，按照孔数 分分3、4、5、6、7孔等等；孔等等； 氧枪结构氧枪结构 由由喷头、枪身和尾部喷头、枪身和尾部结构三部分组成；结构三部分组成； 转炉氧枪转炉氧枪 电炉氧枪电炉氧枪 转炉副枪转炉副枪 （1）氧枪喷头的设计氧枪喷头的设计 按照结构形状可以分为按照结构形状可以分为直筒型、直筒型、 螺旋型、拉瓦尔型，使用的大多螺旋型、拉瓦尔型，使用的大多 为拉瓦尔型。此外，还有一些特为拉瓦尔型。此外，还有一些特 殊用途的喷头，如长喉口氧殊用途的喷头，如长喉口氧-石石 灰喷头和氧灰喷头和氧-油油-燃气喷头等；燃气喷头等； 喷头：喷头：是氧枪的核心部分，可以是氧枪的核心部分，可以 称为称为能量转换器能量转换器；即将氧气管中；即将氧气管中 氧气的氧气的高压力能转换为动能，并高压力能转换为动能，并 通过氧气射流完成对熔池的作用。通过氧气射流完成对熔池的作用。 而氧气射流的参数主要由而氧气射流的参数主要由喷头参喷头参 数数所确定。所确定。 拉瓦尔型拉瓦尔型 1）氧气顶吹转炉对喷头设计主要要求）氧气顶吹转炉对喷头设计主要要求 A在一定的操作氧压和枪位条件下，为吹炼提供在一定的操作氧压和枪位条件下，为吹炼提供 所需供氧强度所需供氧强度（大型转炉（大型转炉3.3-3.6Nm3/t.min）， 使氧气射流获得较大的动能，达到合适的穿透深使氧气射流获得较大的动能，达到合适的穿透深 度度（多孔氧枪（多孔氧枪hi=0.25-0.40h），对熔池进行搅拌，对熔池进行搅拌 的同时又不至于引起喷溅；的同时又不至于引起喷溅； B在合适枪位下，氧气射流形成在合适枪位下，氧气射流形成合适的反应区，合适的反应区， 形成合适的形成合适的冲击半径冲击半径，保证熔池均匀，对炉衬侵，保证熔池均匀，对炉衬侵 蚀小；蚀小； C 氧枪喷头氧枪喷头寿命要长，结构合理简单；寿命要长，结构合理简单；氧气射流氧气射流 沿氧枪轴线沿氧枪轴线不出现负压区和强的湍流运动不出现负压区和强的湍流运动； D 多孔喷头的多孔喷头的流股以多个中心射向熔池，流股以多个中心射向熔池，在金属在金属 熔池液面上熔池液面上形成多个反应区形成多个反应区，为使反应面积大又，为使反应面积大又 不冲刷炉墙，就得要求流股与金属熔池接触前，不冲刷炉墙，就得要求流股与金属熔池接触前， 诸流股互不交汇；诸流股互不交汇； 2）喷头设计参数的确定）喷头设计参数的确定 A氧流量或供氧强度氧流量或供氧强度 氧流量氧流量qv：是指单位时间通过氧枪的氧量，以体积：是指单位时间通过氧枪的氧量，以体积 流量来表示，流量来表示，m3/h或或m3/min； 供氧强度：供氧强度：是指单位时间每吨钢的供氧量，是指单位时间每吨钢的供氧量，m3/t.min； 供氧强度供氧强度=吨钢耗氧量吨钢耗氧量/吹氧时间吹氧时间 B喷枪的孔数喷枪的孔数 早期转炉采用早期转炉采用单孔喷嘴单孔喷嘴，随着炉子容量增加，要想，随着炉子容量增加，要想 保证吹氧时间少，就得增加供氧强度，保证吹氧时间少，就得增加供氧强度，60年代后出年代后出 现了现了3、4孔和更多孔数孔和更多孔数的氧枪。现在按照炉子容量的氧枪。现在按照炉子容量 大小选取，通常小于大小选取，通常小于80吨转炉使用吨转炉使用3孔孔，100-200吨吨 采用采用4-5孔，大于孔，大于200吨采用吨采用5-7孔氧枪孔氧枪； 单孔拉瓦尔型单孔拉瓦尔型：这种喷头动能较高，对熔池冲击力：这种喷头动能较高，对熔池冲击力 大，小型转炉中还有采用；大，小型转炉中还有采用； 多孔多孔拉瓦尔型拉瓦尔型：多孔喷头的最大特点是变单孔喷头：多孔喷头的最大特点是变单孔喷头 的的集中供氧集中供氧为多孔喷头的为多孔喷头的分散供氧分散供氧。在熔池面上形成。在熔池面上形成 多个反应区，增大了氧气流股对于对熔池的冲击面积，多个反应区，增大了氧气流股对于对熔池的冲击面积， 有利于加快炉内的物理化学反应；有利于加快炉内的物理化学反应； 例如例如三孔喷头三孔喷头的三个孔为的三个孔为3 3个拉瓦尔管，它们的中心个拉瓦尔管，它们的中心 线与喷头中轴线夹角为线与喷头中轴线夹角为9 9- -1111。3 3个孔以等边三角形分个孔以等边三角形分 布，见图；布，见图； 实践证明，多孔喷枪具有较好的工艺性能；实践证明，多孔喷枪具有较好的工艺性能；吹炼平稳吹炼平稳、 喷溅少，炉口结渣少，喷溅少，炉口结渣少，供氧强度提高供氧强度提高，金属收得率高，金属收得率高， 冲击面积大冲击面积大，化渣快，热效率高、废钢比高等优点；，化渣快，热效率高、废钢比高等优点； 但是多孔喷枪流股的但是多孔喷枪流股的流速衰减比单孔快流速衰减比单孔快，所以枪位低，所以枪位低， 导致易烧枪，从而对喷头的冷却要求高；导致易烧枪，从而对喷头的冷却要求高； 转炉转炉3孔氧枪孔氧枪 转炉转炉4孔氧枪孔氧枪 转炉转炉5孔氧枪孔氧枪 3）喷头出口马赫数与设计工况氧压确定）喷头出口马赫数与设计工况氧压确定 设计工况氧压设计工况氧压又称理论计算氧压，是指喷头又称理论计算氧压，是指喷头进口处进口处 的氧压，近似于的氧压，近似于滞止氧压滞止氧压P0。它是设计喷头、计算。它是设计喷头、计算 喉口和出口直径的重要参数喉口和出口直径的重要参数。推荐选择推荐选择0.686- 0.786MPa； 出口马赫数：出口马赫数：是指是指气流速度气流速度与当地条件下的与当地条件下的音速之音速之 比比，M的大小决定了氧气流股的出口速度的大小，的大小决定了氧气流股的出口速度的大小， 也就决定了对熔池冲击力的大小；也就决定了对熔池冲击力的大小； M愈大，愈大， v出 出越大， 越大， 同时对应较大的同时对应较大的P0。 。 当当M=2.0左右时，左右时， v出 出=450-500m/s,可以满足冶炼要 可以满足冶炼要 求；实际中常取求；实际中常取2.0,最大最大2.5。选择好选择好P0后，后，一般将一般将 炉役期内最低操作氧压定为设计工况氧压来进行喷炉役期内最低操作氧压定为设计工况氧压来进行喷 头的设计；头的设计； 例如太钢二炼例如太钢二炼50吨转炉吨转炉M=2.0，三孔拉瓦尔型，鞍，三孔拉瓦尔型，鞍 钢钢180吨转炉吨转炉 M=2.0，四孔拉瓦尔型，供氧强度，四孔拉瓦尔型，供氧强度3.3 m3/t.min ，工作氧压，工作氧压0.78MPa ； 国内供氧制度多为国内供氧制度多为恒压变枪操作，恒压变枪操作，所谓所谓恒压是分阶恒压是分阶 段恒压，段恒压，在一个炉役期内，随着金属装入量的增加，在一个炉役期内，随着金属装入量的增加， 供氧量增大，而供氧量增大是靠提高氧压来实现的，供氧量增大，而供氧量增大是靠提高氧压来实现的， 因此使用氧压并非恒等于设计氧压；因此使用氧压并非恒等于设计氧压； 4）炉膛压力）炉膛压力 为使氧气的压力能最大限度地转化为动能，氧气流为使氧气的压力能最大限度地转化为动能，氧气流 股在股在喷头出口处的静压力应该等于炉膛压力，即喷头出口处的静压力应该等于炉膛压力，即P出 出 = P膛 膛 ；通常炉膛压力高于当地大气压 ；通常炉膛压力高于当地大气压200-1200Pa，为为 0.099-0.102MPa。首钢。首钢P膛 膛的为 的为1.24-1.38/2,前苏联前苏联 的取的取1.24/2, P膛 膛 / P0是 是M的函数，的函数，M一定，一定， P膛 膛 / P0 是定值是定值（查等熵流表），即可计算出所需（查等熵流表），即可计算出所需P0 5）喷孔夹角和喷孔间距）喷孔夹角和喷孔间距 喷孔夹角：喷孔夹角：是指喷孔的几何中心线和喷头中轴线是指喷孔的几何中心线和喷头中轴线 之间的夹角之间的夹角 角；角；每股射流同熔池作用处的最大冲每股射流同熔池作用处的最大冲 击点和喷头中轴线之间的距离称为击点和喷头中轴线之间的距离称为冲击半径冲击半径；冲击；冲击 半径大小主要取决于半径大小主要取决于喷孔夹角和枪位喷孔夹角和枪位，也受马赫数、，也受马赫数、 氧压和喷孔间距的影响。氧压和喷孔间距的影响。 设计良好的喷头，氧气射流基本上沿着喷孔中心线设计良好的喷头，氧气射流基本上沿着喷孔中心线 流动，在熔池面上形成一定的冲击半径的反应区；流动，在熔池面上形成一定的冲击半径的反应区； 生产实践证明，冲击半径和熔池半径之比生产实践证明，冲击半径和熔池半径之比循环比循环比 R比 比 = R冲 冲/ R熔熔是对转炉冶炼有重大影响的参数。 是对转炉冶炼有重大影响的参数。三孔喷三孔喷 头头R比 比在正常枪位下在 在正常枪位下在0.1-0.2范围内较好。范围内较好。 此外，考虑此外，考虑喷孔夹角喷孔夹角时还应该考虑时还应该考虑熔池直径熔池直径和和熔池熔池 深度的比值大小深度的比值大小，深熔池取下限，浅熔池取上限。，深熔池取下限，浅熔池取上限。 随着孔数增加，喷孔夹角应该增大；随着孔数增加，喷孔夹角应该增大；孔数和夹角关孔数和夹角关 系见表系见表 孔数 3 4 5 6 夹角 9-11 10-13 13-15 15-17 孔数和夹角关系孔数和夹角关系 有时各企业的喷枪夹角也并不是严有时各企业的喷枪夹角也并不是严 格遵循这一规范，例如鞍钢的格遵循这一规范，例如鞍钢的4孔氧孔氧 枪，喷孔夹角为枪，喷孔夹角为14度，这主要是因度，这主要是因 为该设备的高径比小，内高为该设备的高径比小，内高8000， 内径内径5400的缘故。要保证冲击半的缘故。要保证冲击半 径的大小，必须增大喷孔夹角；径的大小，必须增大喷孔夹角； 喷孔间距：喷孔间距：是喷头喷孔是喷头喷孔出口处中心线出口处中心线与与中轴线中轴线之间之间 的距离，其大小用喷孔分散度的距离，其大小用喷孔分散度m来表示，它等于喷孔间来表示，它等于喷孔间 距和喷孔出口直径之比距和喷孔出口直径之比d间 间/d出出。 。 增大喷孔间距不会降低射流中心最大流速，增大喷孔间距不会降低射流中心最大流速，因此喷头设因此喷头设 计时，原则上尽可能增大喷孔间距而不宜增大喷孔夹角，计时，原则上尽可能增大喷孔间距而不宜增大喷孔夹角， 但又受限于喷头的尺寸。喷孔间距太大，因喷头鼻部不但又受限于喷头的尺寸。喷孔间距太大，因喷头鼻部不 宜通水，冷却强度降低，容易烧枪。宜通水，冷却强度降低，容易烧枪。 合适的喷孔间距保持在合适的喷孔间距保持在A=（0.8-1.0 ）d出 出。不会对氧气 。不会对氧气 射流的速度衰减产生明显影响；射流的速度衰减产生明显影响； 6 6） 喷孔的形状喷孔的形状 超音速的拉瓦尔型超音速的拉瓦尔型，由，由收缩段、喉口和扩张段收缩段、喉口和扩张段所组成。所组成。 喷孔将压力能转化为动能，对熔池产生较大的冲击半径。喷孔将压力能转化为动能，对熔池产生较大的冲击半径。 形状上可以简化，使喷管呈圆锥体，便于加工制造。形状上可以简化，使喷管呈圆锥体，便于加工制造。 喷孔形状喷孔形状 圆锥形喷管收缩段进口直径相圆锥形喷管收缩段进口直径相 当于喉口直径的当于喉口直径的2倍，收缩角大倍，收缩角大 约约30度，长度大约是喉口直径度，长度大约是喉口直径 的一倍。的一倍。 经过收缩段把低马赫数的气流加速经过收缩段把低马赫数的气流加速 到喉口处马赫数到喉口处马赫数M=1.0，即达到音速。，即达到音速。 喉口长度喉口长度2-10，呈圆滑连接。，呈圆滑连接。 圆锥形喷管扩张段半锥角圆锥形喷管扩张段半锥角4-6， 查表，根据喉口面积和出口面查表，根据喉口面积和出口面 积积A出 出/A喉喉,就可以计算出扩张段 就可以计算出扩张段 长度。长度。 气流在扩张段进一步被加速，到出气流在扩张段进一步被加速，到出 口处达到设计所要求的马赫数；口处达到设计所要求的马赫数； 7) 喷孔流量系数喷孔流量系数CD 喷管氧气流量的公式是根据等熵流理论喷管氧气流量的公式是根据等熵流理论 导出的，但即使设计加工再良好的喷管，导出的，但即使设计加工再良好的喷管， 也不可能实现等熵流。也不可能实现等熵流。生产中氧流流过生产中氧流流过 时，必有摩擦，不完全绝热，因此引入时，必有摩擦，不完全绝热，因此引入 喷管流量系数喷管流量系数来表示来表示实际流量实际流量和和理论流理论流 量的量的偏差，偏差， CD = Q实实/Q理，因此喷管的实际流量计理，因此喷管的实际流量计 算式应该是算式应该是（1）： 一般单孔喷头一般单孔喷头CD = 0.95-0.96，三孔喷，三孔喷 头头CD = 0.90-0.95 。 如果取如果取A喉取，喉取，P0取的单位为取的单位为Pa,则则 流量计算式应该是流量计算式应该是（2） 这里滞止温度这里滞止温度T0取取273+夏天气温即夏天气温即30- 40。 （1） （2） 0 0 1.782 D A P QC T 喉 Pa 0 0 17.64 D A P QC T 喉 /2 2 （2）喷头的计算）喷头的计算 转炉公称容量为转炉公称容量为150吨吨，依据物料平衡计算知每吨钢铁料耗氧，依据物料平衡计算知每吨钢铁料耗氧 54m3，吹氧时间为，吹氧时间为18min。 新炉参数：内径为新炉参数：内径为4.908 m，有效高度，有效高度9.895m,熔池深度熔池深度 1.626m，炉熔比，炉熔比0.90m3/t 。输氧管测压点氧气最高压力为输氧管测压点氧气最高压力为 1.18MPa，氧气平均温度为，氧气平均温度为35 ，化渣枪位高度，化渣枪位高度1.51.8m， 吹炼枪位高度吹炼枪位高度0.91.2m。 装入制度：转炉公称容量为装入制度：转炉公称容量为150t，采用阶段定量法。，采用阶段定量法。 2)计算氧流量计算氧流量 新炉时装入量为新炉时装入量为150t，氧气流量，氧气流量 C Si Mn P S 4.04.5 0.30.5 0.150.25 0.1000.200 0.020.06 1)原始条件原始条件 铁水成分如下表：铁水成分如下表： Q= 54 150 450 18 (Nm3/min) C Si Mn P S 4.04.5 0.30.5 0.150.25 0.1000.200 0.020.06 3)喷孔选择喷孔选择 选定喷孔出口处马赫数为选定喷孔出口处马赫数为M=2.0，采用四孔喷头，采用四孔喷头， 喷孔为拉瓦尔型，夹角喷孔为拉瓦尔型，夹角=12。 4)计算设计工况氧压和喉口直径计算设计工况氧压和喉口直径 查等熵流表，当查等熵流表，当M=2.0时，时，P/P0=0.1278,取取P=P膛膛 =0.100MPa,则得设计工况氧压则得设计工况氧压: 0.100 0.782 0.1278 P0= （MPa） 每孔氧流量每孔氧流量 q=Q/4=112.5(Nm3/min) 取取Cd=0.92，T0=273+35=308 (K), P0=0.782 MPa=7.97kg/cm2,则则 有有 04q T4 112.5308 =4.4 17.64 CdP17.640.92 7.97 dcm 喉 =44 5)确定喷孔出口直径确定喷孔出口直径 M=2.0，查等熵流表得，查等熵流表得 A出出/A喉喉=1.688，即，即 (mm)，则，则 A出出=1.688 A喉，则喉，则d出出 6)计算喷孔其它几何尺寸计算喷孔其它几何尺寸 取取喷孔喉口的直线段长度为喷孔喉口的直线段长度为3mm，扩张段的半锥角，扩张段的半锥角 为为4，则扩张段长度为：，则扩张段长度为： L= mm 7）收缩段：）收缩段：收缩段的直径以能使整个喷头布置得下四收缩段的直径以能使整个喷头布置得下四 个喷孔为原则，尽可能采取收缩孔大一些。为此，取个喷孔为原则，尽可能采取收缩孔大一些。为此，取 收缩段进口尺寸收缩段进口尺寸d收收=82mm，L收收=1.0d喉喉=44mm,则则 半锥角半锥角 d = 1.688d = 1.6884457.2出喉 mm d -d57.244 93.0 2tg42 0.06993 出喉 （ ） d -d82-44 =arctgarctg23 31 2L244 收喉 锥 收 （3）氧枪枪身设计）氧枪枪身设计 氧枪枪身由三层同心无缝钢管组氧枪枪身由三层同心无缝钢管组 成，其长度决定于炉子尺寸与工成，其长度决定于炉子尺寸与工 艺布置要求，计算如下：艺布置要求，计算如下： （1）中心钢管直径的确定：）中心钢管直径的确定： 已知氧流量，氧气在中心钢管内已知氧流量，氧气在中心钢管内 的流速已知（的流速已知（相当于马赫数相当于马赫数 M=2.0左右左右）考虑，这样较为经）考虑，这样较为经 济和安全。济和安全。 因为流速过高会增加氧气在管内因为流速过高会增加氧气在管内 的阻力，对钢管来说也不安全；的阻力，对钢管来说也不安全； 流速过低则会增大枪身直径，使流速过低则会增大枪身直径，使 得热损失及耗水量增大。得热损失及耗水量增大。 中心氧管是向喷头输送氧气的管道，直径大小取决于氧气中心氧管是向喷头输送氧气的管道，直径大小取决于氧气 在管道内流量和流速。计算式为在管道内流量和流速。计算式为A0=qv/v0 管内氧气的工况体积流量管内氧气的工况体积流量qv取决于公称容量、供氧强度及取决于公称容量、供氧强度及 吹氧时间。已在喷头设计时计算出标态下的流量吹氧时间。已在喷头设计时计算出标态下的流量q ，由标，由标 态下态下q的向工况体积流量计算：的向工况体积流量计算： 0 0 qq PT v PT 标 标 计算出的计算出的d再根据标准系列进行选择，一般资料上都有标注：再根据标准系列进行选择，一般资料上都有标注： 外径外径壁厚。中心氧管壁厚一般为壁厚。中心氧管壁厚一般为4-6 q=G I 公称容量公称容量 供氧强度供氧强度 流速流速v0一般根据经验进行确定，取一般根据经验进行确定，取40-50m/s，由，由qv和和v0可以计算可以计算 出出A0，由此中心管内径可以计算出：，由此中心管内径可以计算出： 0 4 d A 氧气滞止温度氧气滞止温度 标准温度标准温度 标态流量标态流量 A0=qv/v0 （2）中层钢管直径的确定：）中层钢管直径的确定： 中层管内中层管内是进水通道，外侧是出水通道，是进水通道，外侧是出水通道， 由于进出水压差较小，管壁可以适当薄由于进出水压差较小，管壁可以适当薄 些；些； 中层管内径中层管内径应能保证中层管和内管之间应能保证中层管和内管之间 的环形通道有足够的断面积，以通过一的环形通道有足够的断面积，以通过一 定流速的足够水量的冷却水，定流速的足够水量的冷却水，流速流速5m/s, 流量流量60-300m3/h；使枪头和枪体得到良使枪头和枪体得到良 好的冷却；好的冷却； 中层管内径计算如右式：中层管内径计算如右式：qV水 水为冷却水 为冷却水 流量流量m3/s，v水 水高压冷却水流速 高压冷却水流速5 m/s； 中层管除了控制进水流速以外，还要控中层管除了控制进水流速以外，还要控 制端部与喷头断面的间隙，保证断面处制端部与喷头断面的间隙，保证断面处 冷却水的流速达到冷却水的流速达到8 m/s；使喷头有较大；使喷头有较大 的冷却强度；的冷却强度； 2 2 2 4 dd+ A 外 q 2 V A v 水 水 中层氧管壁厚中层氧管壁厚 一般为一般为3-5 （3）外层钢管直径的确定：）外层钢管直径的确定： 与中层管直径的确定方法相同，只是外层管出水温度与中层管直径的确定方法相同，只是外层管出水温度 大约高大约高10-15，体积略有增大，一般选用水流速为，体积略有增大，一般选用水流速为6- 7 m/s；外层管管壁厚度的确定：壁厚太小，刚度差，外层管管壁厚度的确定：壁厚太小，刚度差， 壁厚太厚，枪身重，一般取壁厚太厚，枪身重，一般取6-10. 综上所述，壁厚总的原则是外层管最厚，中心管次之，综上所述，壁厚总的原则是外层管最厚，中心管次之， 中层管最薄；中层管最薄； 转炉容量转炉容量 30 50 120 150 200 250 300 qV水 水,t/h 60 86 120-150 150 200 250 250-300 部分转炉冷却水流量部分转炉冷却水流量 例题：例题： 已知已知120吨转炉，供氧强度吨转炉，供氧强度 I=3.3Nm3/min.t ，P0=0.77MPa,出口出口 P膛膛=0.0981MPa,氧气进口流速氧气进口流速55m/s； 计算内管直径：计算内管直径： 依据气体状态方程，在中心钢管内的依据气体状态方程，在中心钢管内的 实际状态下的氧流量如右实际状态下的氧流量如右 则中心钢管直径为则中心钢管直径为 d内内=140 中心钢管的壁厚及直径根据标准无中心钢管的壁厚及直径根据标准无 缝钢管产品规格选定为缝钢管产品规格选定为1526mm。 计算中层管直径：计算中层管直径： 选定高压冷却水流量为选定高压冷却水流量为150t/h,进水进水 流速为流速为5m/s，则，则 A2=150/（ 5 3600）=83.332 ， d1外外=152，则则d2计算出为：计算出为： 根据标准无缝钢管产品规格选定为根据标准无缝钢管产品规格选定为 1945mm。 0 0 qq PT v PT 标 标 标态流量标态流量 A0=qv/v0 0 0 6 6 1. v 0.0981 10120 3.3 . 0.77 1060 55 TP GI A PT =0.01522m2 2 2 2 4 dd+ A 外 =184 计算外层管直径计算外层管直径d3： 选定出水流速为选定出水流速为6m/s，则，则A3为，为， A3=150/（ 6 3600）=69.44 2 ； d2外外=194，则则d3计算出为右计算出为右 式：式： 根据标准无缝钢管产品规格选根据标准无缝钢管产品规格选 定壁厚为定壁厚为15，则无缝钢管系，则无缝钢管系 列为列为24515mm。 2 3 3 4 dd+ A 2外 d3=215 作业：作业： 已知已知100/200吨转炉，吨钢耗氧吨转炉，吨钢耗氧54m3，吹氧时间为，吹氧时间为18min。 供氧强度供氧强度I=3.0Nm3/min.t ，出口，出口P膛膛=0.0981MPa,氧气进口流速氧气进口流速 55m/s；氧气滞止温度取；氧气滞止温度取300K，进行氧枪喷头及枪身尺寸计算，进行氧枪喷头及枪身尺寸计算 4）氧枪的热负荷及冷却水量）氧枪的热负荷及冷却水量 氧枪工作时，主要是接受大量的辐射热，只有当氧氧枪工作时，主要是接受大量的辐射热，只有当氧 枪接受的枪接受的热能及时被冷却水带走热能及时被冷却水带走并能并能保证氧枪不烧保证氧枪不烧 损损才行；才行； 由生产实践总结出氧枪的热负荷为由生产实践总结出氧枪的热负荷为（ 0.96-1.71 ） 106KJ/m2.h; 静环水的静环水的温升不超过温升不超过15，出水温度出水温度不超过不超过55 ， 根据这些条件计算出冷却水的消耗量为根据这些条件计算出冷却水的消耗量为Q=Fq/C.t F-氧枪工作表面积，；氧枪工作表面积，；q-氧枪热负氧枪热负GJ/m2.h C-水的比热，水的比热，4.18103KJ/. ； t-进出水温差，取进出水温差，取15 ； 2.9.3 氧枪的升降及更换机构氧枪的升降及更换机构 为适应转炉冶炼操作的要求，一炉钢吹炼过为适应转炉冶炼操作的要求，一炉钢吹炼过 程中需要程中需要多次升降氧枪，调整枪位多次升降氧枪，调整枪位，因此氧，因此氧 枪升降装置应该满足如下要求：枪升降装置应该满足如下要求： 具有适宜的升降速度，目前国内大、中型具有适宜的升降速度，目前国内大、中型 转炉的转炉的氧枪升降速度最快达到氧枪升降速度最快达到50m/min；慢速；慢速 为为5m/min；一般小型转炉；一般小型转炉8-15m/min； 保证氧枪操作平稳，控制灵活，结构简单，保证氧枪操作平稳，控制灵活，结构简单， 维修更换方便；维修更换方便； 应该有连锁机构，以保证安全生产应该有连锁机构，以保证安全生产 A 当转炉当转炉不在垂直位置不在垂直位置（允许误差（允许误差3 3 ）时）时， 氧枪不能下降。氧枪不能下降。当氧枪进入炉口后，炉子不当氧枪进入炉口后，炉子不 能做任何方向的倾动；能做任何方向的倾动； B B 当氧枪下降到炉内经过当氧枪下降到炉内经过氧气开关点氧气开关点时，时，氧氧 气气能能自动接通自动接通，当，当提升氧枪提升氧枪经过此点时，氧经过此点时，氧 气能气能自动切断自动切断； C C当氧枪内当氧枪内氧气压力或冷却水压力降低到给定氧气压力或冷却水压力降低到给定 值时，值时，或者或者冷却水升温高于给定值冷却水升温高于给定值时，氧枪时，氧枪 能能自动提升自动提升； D D车间临时车间临时停电停电时有可能利用时有可能利用手动控制手动控制，使氧，使氧 枪能枪能自动提升自动提升； （1）氧枪升降机构的组成）氧枪升降机构的组成 起重卷扬机起重卷扬机垂直升降氧枪，垂直升降氧枪， 有两种类型：有两种类型： 单卷扬机氧枪升降机构单卷扬机氧枪升降机构 这种机构采用这种机构采用间接升降间接升降方方 式，即借助于平衡锤来升式，即借助于平衡锤来升 降氧枪。降氧枪。 氧枪装在升降小车上，沿氧枪装在升降小车上，沿 着固定导轨着固定导轨3升降，升降，平衡锤平衡锤 一方面通过钢丝绳一方面通过钢丝绳5与升降与升降 小车连接，小