氧枪作用及原理演示幻灯片

1,氧枪的作用及原理,2010.10.11,2,一、喷头的原理,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。,3,二、喷头的类型,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：,4,三孔拉瓦尔结构：,5,单三式喷嘴结构：,6,三喉式结构：,7,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。,8,三、氧枪在转炉中的作用,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,9,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。,10,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。,11,12,应该指出，在氧气射流与熔池相遇处，按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）。,13,四、氧枪高度的调节,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。,14,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。,15,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,16,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。,17,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。,18,五、恒压变枪操作的几种模式：,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。,19,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。,20,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，增大前期