氧槍由噴頭、槍身和尾部三部分組成,噴頭常用紫銅材質(zhì),可由鍛造紫銅經(jīng)機加工或鑄造等方法制成。槍身由無縫鋼管做成的三層套管組成。槍尾可以是鑄成的,也可以是加工成型的。尾部結(jié)構(gòu)應(yīng)該方便輸氧管、進水和出水軟管同氧槍的連接,保證三層套管之間密封及水流的暢通,以及便于吊裝氧槍。設(shè)計氧槍的工作主要包括:噴頭設(shè)計,水冷系統(tǒng)設(shè)計,槍身和尾部結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計。其中噴頭是氧槍的核心部分,所以噴頭的設(shè)計是關(guān)鍵。一個好的噴頭設(shè)計必須解決噴孔孔型、尺寸和個數(shù)。必須恰當(dāng)控制水流和合理選擇鋼壁厚度,從而使噴頭既有良好的氧氣射流特性,又有高的耐用性。
噴頭起到能量轉(zhuǎn)換器的作用,它將氧氣管道中的高壓力能轉(zhuǎn)化為動能,并通過氧氣射流完成對熔池的作用。而氧氣射流的參數(shù)主要由噴頭參數(shù)所決定。
1 噴頭設(shè)計的主要要求
(1) 在一定的操作氧壓和槍位條件下,為吹煉提供所需的供氧強度,使氧氣射流獲得較大的動能,以達到合適的穿透深度,對熔池攪拌均勻的同時又不致引起較大的噴濺。為此,要求正確設(shè)計工況氧壓和噴孔的形狀、尺寸,并要求氧氣射流沿軸線的衰減應(yīng)盡可能慢。
(2) 在合適的槍位下,氧氣射流在熔池面上要形成合理的反應(yīng)區(qū),保證熔池反應(yīng)均勻,對爐襯侵蝕小且均勻。尤其對多孔噴槍,要求各股氧氣射流到達熔池面上時不匯合,能形成多個反應(yīng)區(qū)。
(3) 氧槍噴頭壽命要長,為此要求噴頭的結(jié)構(gòu)合理、簡單,氧氣射流沿著氧槍軸線不出現(xiàn)負壓區(qū)和過強的湍流運動。
2 噴頭主要參數(shù)的計算與確定
(1) 氧氣流量:指單位時間內(nèi)向熔池供氧的數(shù)量,其單位是Nm3/min。它是根據(jù)吹煉每噸金屬的耗氧量、金屬裝入量和供氧時間來決定的。
氧氣流量是氧槍設(shè)計的重要參數(shù)。當(dāng)操作氧壓選定后,噴頭的喉口面積就取決于流量。氧氣流量計算公式為:
氧氣流量=(每噸鋼耗氧量*出鋼量)/吹氧時間?。∟m3/min)
吹氧時間一般約12~20min,小容量轉(zhuǎn)爐取下限。
供氧強度:指單位時間每噸金屬的供氧量,其單位是Nm3/(t•min)。
每噸金屬所需氧量可以根據(jù)鐵水成分、廢鋼比、所煉鋼種、渣量、渣中FeO含量、礦石或鐵皮加入量等己知條件由物料平衡計算得出。一般每噸金屬實際耗氧量為50~60Nm3。每噸鋼耗氧量,若用低磷鐵水約為45~55Nm3/t左右,采用高磷鐵水約為60~69Nm3/t左右,若用經(jīng)預(yù)處理的鐵水,則可選取低限值。 供氧時間是根據(jù)經(jīng)驗確定的。它與爐子容量、原料條件、冶煉鋼種、造渣制度等因素有關(guān)。國內(nèi)90 t轉(zhuǎn)爐采用三孔噴槍,供氧時間一般為18~20min。供氧強度為3.0~4.0Nm3/(t•min)??偟膩碚f頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的氧氣流量和供氧強度,主要決定于噴濺情況,一般控制在基本上不產(chǎn)生噴濺的前提下盡量加大供氧強度來縮短冶煉時間。
(2) 噴頭的孔數(shù)
除小容量轉(zhuǎn)爐采用單孔噴頭外,現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐皆用多孔噴頭,現(xiàn)有3、4、5孔等。由于多孔噴頭變集中供氧為分散供氧,增大了氧射流同熔池的沖擊面積,取得了顯著的吹煉效果。但是,與單孔噴頭相比,多孔噴頭氧射流衰減較快,吹煉槍位較低,從而對噴頭的冷卻要求更高,結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。
(3) 噴頭出口處馬赫數(shù)(Ma)與設(shè)計工況氧壓
設(shè)計工況氧壓又稱理論氧壓,它是指噴頭進口處的氧氣壓力,它近似等于滯止氧壓P0(絕對壓力)。因為現(xiàn)場氧氣測壓點一般在快速切斷閥之前,從此處至噴頭前還有壓力損失,測量難度較大,因此就難以保證設(shè)計工況氧壓的精確度。目前國內(nèi)一些小型轉(zhuǎn)爐工況壓力約為0.15~0.8MPa,一些大型轉(zhuǎn)爐則為0.85~1.1MPa。
馬赫數(shù)Ma是噴頭設(shè)計的又一重要參數(shù)。Ma值和設(shè)計工況氧壓P0與出口壓力P的比值(P/P0)有確定的函數(shù)關(guān)系,而P值基本不變,因此P0的選取實質(zhì)上就是馬赫數(shù)Ma的選取。隨著Ma值的增大,噴頭出口氧氣射流速度v要提高。從提高轉(zhuǎn)爐熔池的攪拌力出發(fā),希望選取更高的Ma,然而P0也要相應(yīng)提高,當(dāng)Ma>2以后,氧氣射流出口速度v的增加變慢,而P0提高更快,這在經(jīng)濟上是不合適的。目前國內(nèi)外氧槍噴頭出口馬赫數(shù)多選取2.0左右,在總管氧壓允許的條件下,也有選取2.2~2.3左右的。選好P0后一般是將爐役期的最低操作氧壓定為設(shè)計氧壓來進行噴頭設(shè)計。根據(jù)實驗數(shù)據(jù),當(dāng)操作氧壓低于設(shè)計工況氧壓(負偏離)10%,或不超過設(shè)計工況氧壓(正偏離)50%時,產(chǎn)生的激波或膨脹波都不嚴(yán)重。一般測壓點的壓力可以偏離設(shè)計工況壓力的20%左右。
——本文摘自論文文獻綜述