中小型顶吹转炉氧枪设计中的几个问题.pdf

第 卷第 期 年 月 钢铁 7 1 2 2 0 1 2 2 2 8 2 9 1 3 8 4 43 1 43 一 3 0 0 3 4 2 4 34 1 4 一 4 7 1 44 4 4 2 4 4 3 2 34 4 3 4 4 4 4 3 4 3 2 4 8 4 2 2 4 0 3 4 3 1 33 3 8 43 3 4 3 1 43 4 4 31 4 4 4 8 4 0 1 3 43 4 34 1 4 4 4 一4 4 刀 吐 4 名 3 2 8 3 31 2 4 4 4 即 地 0 砂 加2 4 3 2 一4 44 一 4 3 1 3 4 3 0 1 一3 3 1 2 2 34 4 4 4 4 2 2 4 4 4 8 4 1 14 3 4 4 4 4 4 3 4 0 3 3 1 4 4 4 4 2 4 4五 4 4 4 31 幼4 0 3 8 8 3 一 4 8 8 1 4 4 54 4 4 13 4 4 1 3 6 33 4 2 4 0 2 4 4 4 4 4 4 3 4 3 8 切 4 4 3 4 24 1 4 服4 0 氧枪是氧气顶吹转炉重要的工艺设备之 一 氧枪技术的发展对吹炼技术的提高起了 重要作用 作为顶吹转炉的一项先进技术 多孔喷枪已在我国 大 中型转炉上推广使用 而 吨小型转炉也普遍使用了三孔喷枪 均已取得了良好的吹炼效果 几年来 关于三孔喷头的型式 参数选 择和喷头结构等方面提出了不少问题 我们 氧枪实验室进行了喷头的冷态测 定 并根据 测定结果先后进行现厂试验 下 面着重讨论 有关中小型转炉三孔喷枪的几个 问题 一 三孔喷头的结构形式 国内外生产实践证明 中小型转炉使用 多孔喷枪一般认为应以三孔为宜 目前我国 中小型转炉使用的三孔喷枪喷头结构主要有 三种型式 即单三式 近三喉式 和 三 喉式 5图 6 单三式喷头目前在中小型转炉上得到广 泛的应 用 因为它结构简单 在喷头体积小 的情况下 比三喉式容易加工 这种喷头的 特点是具有单一喉口5图 一 必 6和三个小 直 孔5图 一 价 6 气流进人单一喉口后扩 张加速 到超音速 出口速度5马赫数6由三个 小孔面积之和同单一喉口面积之比来决定 表 是单三式喷头出口马赫数的测定结果 由此数据可以看出单三式喷头能得到超音速 年第 口 啼 气流 其 出 马赫数 仍服从面积比规律 不 过 出口马赫数略低于 设计 马赫数 0 左右 由于单三式喷头能得到超音速射流 因而能 满 足 氧气顶吹转护对氧气射流的要求 这可 以从首钢等厂许多中小型转炉使用单 三式喷 头取得 良 好的吹炼效果得 到证明 裹 0 喉口 姗 直径 号 匕 咬 洲巴冲 出口直径 5 出6 毫米 出 0 设计 马赫 数 7吸 么7 57设 小 孔 测定单位 7 实6 夹角 嘿 数 晦 北京钢院 徽 功 叻 价 功 只 功 北京 大学 默球 月喂 一喷头喉 口面积 出 一喷头三个小孔出口总面积 巾忠 术 一 眯乙 必 一单三式 三喉式喷头 图 一 是指喷头的三 个小 孔 由三个拉瓦尔管组成 当然存在三 个 喉 口 它 的形状是符合超音速气 流要求的 目 前国外三孔喷头均采用这种结构形式 气流 在这种喷管内得到合理的膨胀加速 实测结 果 均大于 一 年第 期 行了三种小孔夹角的喷头试验 喷头参数见 表 和图 5 6 式中 为 喷头孔数 为 孔喷 坦喂兴懈 0旧 吸 头的 合适枪位 为单孔喷头的合适枪位 对于三孔喷头 0 即三孔喷头 的枪位只有单孔喷头的 左右 综上所 述 从提高射流的 冲力以提高枪位出发 在 工厂供氧系统允许的条件下 三孔喷头 的设 计马赫数应取 0 左 右为宜 四 三 孔喷头的冲击半径 前已提到冲 击面积同冲击深度一样是影 响氧气射流能否均匀地搅动熔池的另 一个重 要 的力学因素 对于三孔喷头来说 类似冲 击面积的是三个射流在熔池面上的 冲击半 径 冲击半径是指每个射流在同熔池作用处 射流的最大冲力 点同喷头轴线之间的距离 冲击半径除受马赫数 氧压和枪位的影响 外 还受小孔夹角和小孔间隙的影响 一般认为多孔喷头设计必须保证氧气射 流分开 使熔池形成多个冲击反应区 但 是 如果射流过度分开 即冲击半径过大 这将因冲 击区熔池的环 流而加剧 炉衬的 侵 蚀 文献 通过模型试 验研究旋转喷枪的吹 炼效果时指出 当冲击半径5 冲6与 熔池半 径5 6之比 5循环比 6为 0 0 时 可 以减少喷溅和减轻炉壁 冲刷 文献 也 提 出 当 冲 0 时 发现炉子下部侵蚀 加重 为研究 冲 击半径对吹炼的影响 我们进 到喷头轴心距离 奄米 图 射流冲力 径向分布 号 必8 0 2 5表6 8 3 2 5表6 号 8 二 0 2 5表6 8 2 5表6 号 一 8 二 2 5表6 8 2 5表6 衰 喷头 参 数小孔夹角 冲 奄米 冲 洛 月任 工勺 上 人 3 3 4 甘 目 几 喂 毫米 出 毫米 单三式 三种喷头试吹结果 认为 号喷头效果 较好 号喷头射流过于集中 不能很好发 挥三孔喷头效果 号喷头 冲击半径较大 但 冲力小 枪位比 号喷头低 33毫米 控 制喷溅能力也较 号喷头差 从表2数据可 以看出 号 喷 头的循 环比 冲 动 为 3 3 3 首钢 3吨转炉目前使用 的 5 单三式喷头的 循环比为3 3 3 从以上 数据可以看出 中小型转炉应用三孔喷头 时 循环比应控制在3 3 3 2 为宜 冲 我 们称之为循环比 因为它影响 着熔 池 的循环运动 文献 指 出 熔池在氧气射流 的冲击下 形成一个有一定冲击深度 凹坑 的主反应 区 环绕主反应区形成一个二次反 应 区 即围绕凹坑的二次循环区 转护正是 依靠这二种区域的循环运动而使熔池运动均 匀 适当的循环比 以保证二次循环区既接近 洲列 一川川川 钢铁 于熔池周围又不冲刷炉壁 这里需要指出 的出三孔喷头的小孔夹角为 0 是循环比中的 冲随着枪位提高 而增大 表 中的 冲是指基本枪位下 的冲 击半 径 即 枪位为 求 多孔喷头射流的冲击半径不能简单地用 小孔夹角和枪位距离来计算 因为多股射流 之间会相互吸引而产生汇合趋势 射流在超 音速段一般能维持原来的角度 随着距离增 加 射流中心速度降低 刚性变差 角度变 小 三股射流向中心 汇合 我们测定 了几种 7二 0 小孔夹角 的三孔喷 头 射流 的角度5 6分别为 奈 尸 京 求 下面用 冲击半径因流股汇合而减小的数值来 表示射流 的 汇合趋势 表 为 号 喷头冲击半径数据 由此可以看出 小孔夹 角减小 么 冲愈大 这说明向中心汇合的趋 势愈大 为保证多孔喷头有一定的冲击半 径 选择适当的小孔夹角是非常重要 根据 对国内中小型转炉喷头测定数据分析 当喷 头设计7 0 时 小孔夹角应选用 浅熔池用上限 深熔池用下限 文献洲也提 裹 小孔 夹角 截 面 距 离 5 京 6 毫米 计算的 冲 毫米 实测的 冲 毫米 冲 5 寿一 环6 编号 血 斑 通冉匕品舀 占目上 4 12 4 12 4 1 2 4 28 2 4 增大小孔之间的间距可以减小射流的汇 合趋势 为此设计喷头时必须保证小孔中心 同喷头轴心有一定距离 9 文献 提出 这个距离要等于小孔 出口直径 从 冷态测 定结果 如表8中 号喷 头9 3毫米 二 6 出 小孔夹角 3 3 射流的汇合趋势已 基本消除 增大间距同增大夹角一样能减小 射流的 汇合趋势 而增大夹角会减小射流的 冲力 如图4 号喷头的冲 力比 号喷头降 低 3 而增大间距对冲力没有影响 因此 设计喷头时应尽力保持有足够的间距 对于 单三式喷头 间距太大将使三孔之间的 尖楔 太高 等截面小孔太长 这不仅使喷头高度 增加 对气流也将产生不利影响 根据我们 的经验 单三式喷头只要保证 9 3 4 3 1 出就可以了 今考文欲 北京大学力学系 关于顶次转护三孔喷枪的研究 内部资料 54 首钢 北京 钢铁学院等 顶吹转沪三孔喷枪 冶金工业出版 社 54 上钢一厂 北京钢铁学院 3 吨顶吹转炉供氧制度的试验研究 内部资料 54 6 6 2 54 8 4 8 2 北京钢铁