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95吨转炉氧枪设计与应用1


?5 6

20 年 05 8 月 第 2 卷 第 4期 1

炼   钢 Sel ai t m kn e g

Ag 05    2 0 u.
Vo.  No 4 l2 1 . 

9t 5  转炉氧枪喷头设计与应用
吴耀光
( 马鞍山钢铁股份有限公司 一炼钢, 安徽

马鞍山 230) 403

摘 要: 叙述了马钢一炼钢 9 t 5  转炉氧枪喷头几个重要参数的选取和设计, 并讨论了马钢一炼钢 9 t 5  转炉氧枪的使用情况。
关键词 : 转炉 ; ; ; ; 氧枪 喷头 设计 应用

中图分类号: F0 文献标识码: 文章编号: 0214(050- 5- T 72 B 10- 320)4 06 3 0 0 0

Ds n  A p ctn  5  o e e O g ac N zl          i o 9 t  vr r ye Lne  z e g ad  la o f  C n t x n  j n pi o e
(O 1 l ai P n oManhn n t l p, a nhn 03 Ci ) N . em k g  t  asa I 乙S eCr M l sa 230, h a s - n l f  t e a r o e o. a 4 n
A s at e co o a  ipr n.  m t s  ds n  te t vr r  - bt c:  tn  f m ot t a e r f eg o h 9 cne e oy r Sl i f  w  e e a pr e o i n  5 o t x a r  gn c nze w la i apctn Manhn eid cs d tippr e l e z a e s  plao i asa Sel ius i h ae a o l s l t n s  i i n  t s  e n s  . s K y rs cnet ; gn  c;  l ds nap ct n e w d:  vr roye l enz e ei ; la o. o o e x a n oz ; g p i i 氧枪是氧气顶吹转炉炼钢的关键设备,      氧气 是通过形状复杂的氧枪喷头供给转炉熔池进行冶 炼操作的。合理的氧枪喷头参数可以获得最佳的 冶炼操作, 容易化渣, 吹炼过程平稳, 减少喷溅, 金 属收得率高, 并提高了氧气利用率。因此, 氧枪喷 头参数的选取就成为设计的重要内容。 马鞍山钢铁股份有限公司一炼钢(      以下简称 马钢一炼钢)5  9t 转炉是马钢“ 平改转” 工程改建 而成, 冶炼的代表性钢种为 Q 3A等普碳钢及 25 C 6 等系列车轮钢。在转炉氧枪喷头设计时, L0 根据实际生产条件及多年炼钢的实践, 我们选用 4 孔拉乌尔喷头, 并通过对参数的合理设计, 取得 了良好的冶炼操作效果, 达到了预期的要求。

WU a g ag                                Y o un -

例较高, 取耗氧量( 在标准状态下) 04 3 为5. 八装 m
入量 。

转炉实际公称容量 10       0 t设计供氧时间 1 , 4

mn 故氧气流量( i 。 在标准状态下) 21X 0 为:.6 1 4
m / ( 30 3 n 。 3h 即 6m / ) mi

12 喷头参数的设计 .
121 马赫数 .  . 
根据气体动力学的知识可知,      喷头Mt . } 0 在2 左右, 既节省能量, 又可获得稳定的操作压力; 若 Mm .  <20则操作不太稳定, , 这时操作压力稍有 波动, 影响射流特性比较大; M出 .  若 >20操作虽 , 更加稳定, 但需付出更大的压力能, M出二 例如 25则要求喉口 ., 前压力 P =  0 MP , o  78  a根据我 1 . 
厂输氧管道压力的实际情况, 我们选用喷孔出口

1 氧枪喷头的设计

11 设计计算的前提条件 .
经过对 9 转炉冶炼代表性钢种 Q 3A,      t 5  25 C 6 物料平衡和热平衡的计算, L0 两钢种每吨铁

马赫数M出 .. 为20 122 喷孔数 目 ..

孔数不足,      会使硬吹为主, 射流冲击坑深, 总 乳化区形成推迟, 引起喷溅增加, 吹炼稳 水的 耗氧量在标准状态下分别为5. 3  6 面积小, 15 ,  m 4.  9 脱 虽冲击坑深 m, 3每吨装人量 ( 废钢 比: 25 为87 0, 定性差, P能力降低。孔数增加, Q 3A .7  o C 6 为65 L0 .4%; 其终点碳的质量分数: 25 Q 3A 度减小, 但坑多总面积加大, 有利于快速成渣和改 善热效率。考察同类转炉氧枪的使用情况, 确定 为01 Y, 0为04 .  oC 6 5  L .0%) 的耗氧量分别为 为4 孔喷头。 5. m ,73  04  4.m 。考虑产品结构中低碳钢的比 3  3
作者简介: 吴耀光(94 , 汉族)安徽桐城人, 16- 男( ) , 马鞍山钢铁股份有限公司一炼钢, 教授级高工。

第 4期

吴耀光:5  9t 转炉氧枪喷头设计与应用

?5 ? 7

123 喷孔夹角 ..
对于多孔喷头而言,      每个喷孔轴线与喷头轴 线之间的倾角为 a 为避免氧气射流在达到熔池 , 表面前相交, 倾角应尽量取较大值。倾角过小, 各 射流的穿透能力增大, 而冲击熔池的面积减小, 对 化渣不利。倾角过大, 各射流的穿透能力减小, 而 冲击熔池的面积大, 容易引发喷溅。综合考虑取

126 氧枪操作枪位 Hi .. t
据 淮存 公武 二 牛 =, 石 “遇                     
, , , . 。r 一 : 、D‘ 、

式中,熔      D 为熔池直径, 30  d 为氧流 4  m 遇 8 m; 
与钢液的相遇直径, m  m o





= =8m 级 4 m 7 
,     

喷孔夹角 10 2。 124 设计工况氧压 .. 据等嫡流表, M出=20 尸 /。      当 . 时, 出尸 =
0 1 78 .2



d d 遇一 出
2  n  t a a

式中,为氧流张角, 拉瓦尔型喷孔, = 0      a 对 取a 9
HX=1      8 mm 6 32 

式中,d      尸 为喷孔出口 i 压力, . M aP 取014  ;  0 P o 为喷头滞止氧压, Po M a 
则: , 0 8      . MP ( P, 二 1  a绝对压力) 设定正常工作压力08 MP ,      .  a则相应的流量 5  为 2 6 7 / n 2  m mi, 6 '

127 冲击深度计算 ..
据弗林公式:= 4. d / 万 38      h 367ow  蔺+ .1 P t丫
式中, 。      . MP ( P 取08 5  a 正常吹炼氧压下) ; h 8. c ;  = 40  ; H r= 2八 40 = 24  H v 1  m h , 84 5 m o 5 m /* &
=0 5 o .  7

125 喷头尺寸 ..
() 直径 w      d 1喉口
-4 =9 m3  n   0  / mi 单孔流量 q
 --

不同枪位及压力下的冲击深度如表 1      所示:
表 t 不同枪位及压力下的冲击深度            枪高/
1 3     4 . 5  89 1 4     2 . 0  89 1 4     2 . 5  80 1 5     0 . 0  86
1 6      8 . 0  70 1 7      5 . 0  78 1 8      3 . 0  76




冲击深度/ i rn n
9 0 O C 8 9 O 0 7 乙 曰 0 1勺 9 0 8 飞 飞

m  0 7 MP   0 8 MP   0 8 MP   0 9 MP    . 5 a  . 0 a  . 5 a  . 0 a

95 94 93

7 7 C U

流量与喉口面积的关系:     

1 1 07

9 98 %

『/ 4 7

、 ‘4竺 o   6D T 一7 C       .  _  "
式中,D      C 为喷管流量系数, 09 ; 为人 取 . T 5 o 口氧气温度( 绝对温度)假定 T 二23 1 二 , o 7 +  7
20 A’ 9 K;  为喉口 截面积, 2  c o m

_ _A ? 。          ’尸

91


) }
8 0 8 【/ n6 乙 U


工勺

93
7 q 七

85 83
}『 】

91



八」

刃 娠

1.  D      7 6 C Po 4

4  o = 1.9  } / T 12 c m2

13 设计结果 .
设计氧枪喷头参数见表 2      0
表 2 氧枪喷头参数

= 7 9  取 3 m m 3 . mm, 8 

() 直径d      2出口 出

据等嫡流表, = .时,出A = . 7      M出 20 A /喉 1 8 5 6

赫 作 喉口 出口 中心 扩张 扩张 马 设计流 工 量‘ /氧压/ 孔型 直径/直径/夹角/ 角/ 段长/
m  m m  m
耐 ( ( m   M (}  M a 。 。 ) ) m  &  "' P ( h)  r r 1                 0 8 2  4  7   2 0  2 7 .  9  .  2 6   6 5

A? d 1. m    ‘2 1  m2 w晋 O 35  } R 3 =
A      27 m 2 出=1  .  m 9 8  1

4拉 3 孔 8
瓦尔 注:在标准状态下 ‘

d 4. m     6  取 4 m 出= 93 m, 9  m
()      L 3扩张段长 理论的气体膨胀角为 4v 0大扩张角控制      -8, 膨胀作用小, 使氧气流股对熔池的贯穿力提高不 利于化渣, 根据马钢一炼钢 9 t 5  转炉有底吹, 搅 拌效果好 , 因而对化渣要求高, 应选择小扩张角, 既有利于提高化渣又可以加重射流表面与炉气的

2 使用效果分析
20 年2      9 t 01 月,5  转炉投产后, 我们对氧枪
的使用效果进行了跟踪, 从统计的结果看, 该氧枪 使用效果良好。 <)      1平均供氧时间为 1一1 mn 比设计时 5 6  , i 间略长; 分析认为, 主要是由于冶炼过程一倒 C 、 T命中率低, 倒炉次数和补吹增多造成部分炉次 终点过氧化, 使供氧时间延长, 冶炼周期长。若统

卷混, 提高热效率。 取扩张角) 4 9 =  崛
I= _

d }

2  n t a

一明

=7 .5  取 7 mm 8 6 mm, 9 

?5 8?





第2卷 1

计终点留碳炉次的供氧时间, 则与设计要求的时 间基本吻合。 ()      2从冶炼的过程来看, 采用该喷头的氧枪化 渣效果 良好, 起渣时间一般在 3 -5 n 吹氧 m , i 5  后炉渣碱度可达20 mn i .以上, 有效的保证了转 炉吹炼前期的脱 P效果。吹炼中期几乎无返干 现象, 冶炼的过程喷溅少, 金属收得率高。

①制造质量:      喷头焊缝焊接不好漏水或胶圈 密封不严漏水, 这些情况都会导致氧枪提前退役, 这是影响氧枪寿命的主要原因。 ②氧枪粘钢:      由于石灰质量差和操作者对操 作枪位的控制不当, 以及加料方式的不合理, 是造 成氧枪粘钢的主要原因。

()      3倒炉时炉渣流动性好, 取终点渣样分析,
渣中w(e ) FO 平均为1.1%。一次倒炉时 P S 13 , 

3 结



达到出钢要求的炉次达到9 %以上, 0 说明在马钢
一炼钢现有的原料条件下, 转炉脱 P S的效果均 ,  满足各冶炼钢种的要求。 ()      4随着操作者对氧枪枪位及造渣制度的逐 渐熟悉, 枪龄呈现稳步上升的趁势, 平均枪龄已经 超过了 20 最高枪龄超过了 30 0 炉, 0 炉。经统计 分析, 影响马钢一炼钢 9 t 5  转炉氧枪喷头寿命的
原因如下 :

马钢一炼钢 5       9 t 转炉 4 孔拉乌尔喷头的设 计适合马钢一炼钢原料及操作条件, 实现了化渣 快、 喷溅少、 操作更加稳定的预期要求。
〔 考 文 献〕 参
[〕 昊凤林, 1 蔡抉时. 顶吹转炉氧枪设计[ .北京: M] 冶金出版
社 ,9 2        18 .

( 日期: 041-1 收稿 20-01)

( 上接第 3 3页) 型方面, 本文只是一个初步尝试 , 还要在以下方面 做工作。

9 m 八0  0  k钢液。 g g 经计算发现, 吹氢搅拌后 A2 1 仇夹杂物总数量大大减少为28 X 0 个/ 3经 .5 1' m , ‘ 过换算为 1 m 八0 钢液。本模型的计算结果 0  k g g
和实验检测结果基本吻合。 由于现在测定钢液中夹杂物很困难,      所以由 工艺条件用数学模型的方法计算钢液中夹杂物的
粒度分布, 无疑具有很大的实际意义。
〔 考 文 献〕 参
[]  H Jn.  pt A pc i s  hroya iD- 1 n  ug Cm u r  lao oT e dnmc   I o  o e p itn f  m a t a s  n u o ni en A .  T c 03  -      I l i E g e i [ ] IS e 20 Cn a s t c sn  n rg  b e o  S h  o fecPoe i s  , 3 51 7.      c d g [] 20, - 0 e ne  e n C 0 6 5 r r 仁]  in Zag N cao ad o t o Au i I l 2 Lf g  n.  l tn  G wh  l n n u   e h ue i n r f  m a  - c
s n D r g eD oi tnA .  2  e k g  -       el x ao[ ] 20 Selai C n i s  i S o un t e d i 0 tm n o

()      1要进一步根据专家的意见修改和完善模
型, 使之更加贴近实际。

()      Fc ae 2综合应用 at g'热力学计算软件和 S 实测结果确定生产条件下钢液中生成的夹杂物种 类和生成条件。例如。用 Fc ae at g'软件可以 S 计算确定 1  60℃下 F- l a 0 e -- A C 0系的平衡状

况[, (A五衡为50  - 如果 w C) , 即w [ I ) 0X  时, 〕 16 0 (a
>1X  , 3 0 钢液中就析出固态 CO夹杂, w 1- 6 a 而 (a在(-1) 0 之间时将生成 CO  1 C ) 2 3 X 6 1- a -2 A q
系液态夹杂物。 ()      3要大量收集实际生产各个阶段钢水中夹 杂物的总量、 粒度分布、 夹杂物的各种物理性质等 数据, 以便进一步修正模型中的参数, 使计算结果 更为精确。

fecPo ei s , 3 43 7.      c d g[] 20, - 6 e ne  e n C 0 6 4 r r [] . k M dl nl i Rm vl i R Dgs g 3  Y M i oeoI u o e oaD r g  eai i.  f  sn  c un H  n oSe [ .  ad e ae, 7 3-     ] I n  Se M kr 19, 3. f e J r n t l  t l  o 9 18 [] u Mk M cai f Spri I li s m  l 4  Y j i.  hnm  ea tg  u o Fo M - i i e s o r  an n sn r o c
t Sel r d  t   an l r mant Fe       e Wi aR t i Eet - ge c  l e t Si n  e tr h  o t g  c o i id [] IU t nt nl 92 ()1219        aoa 19 ,  :4-4. J.  I e i ,  S nr 1 [」 肖兴国. 5 冶金反应工程学基础[ .北京: M] 冶金工业出版 社 ,9 79- 5       2. 19 ,02 仁] 朱苗勇, 6 萧泽强. 钢的精炼过程数学物理模拟〔 .北京: M]

4 结



建立了钢液中 A2      1 仇夹杂物的生成与去除的 数学模型, 本模型利用 Fc ae at g'热力学计算软 S

冶金工业出版社,98 10        19 ,  . 7 [」 曲 英.冶金反应工程学导论[ .北京: 7 M] 冶金工业出版
社 ,98 6- .        8 18 , 6 7 ( 收稿 日 : 0 40-1 期 20-53 )

件, 1  算出 60℃时[ l和[ ] 0 A〕 O 的平衡值, w 即 (A升衡 为(一1) 0 , [ 升衡 为 1 X [ 1 ) 5 0 X  w(O ) 0 1- 6
1- 0 。以此为前提, 6 得出 10  0s 钢液中A, 夹杂 l 仇 物的总 数 量 为: . 1 11个/ 3 经 换 算 为 12 X  4 m , 0


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