120t轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭的設(shè)計(jì)和優(yōu)化

李 雷

（唐鋼中厚板材公司，河北 唐山 063000）

噴頭是氧槍的核心部分，就氧槍噴頭的基本功能來說，它的質(zhì)量決定氧槍的使用性能，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，提供良好的動力學(xué)條件。因此，轉(zhuǎn)爐煉鋼的供熱、脫碳及對熔池的攪拌，都借助于氧槍所提供的氧射流來完成。氧槍的動力攪拌效果主要是由噴頭形式、參數(shù)所決定。對噴頭設(shè)計(jì)的要求主要有以下幾點(diǎn)：

①根據(jù)生產(chǎn)情況盡可能提高供氧強(qiáng)度，且能夠平穩(wěn)反應(yīng)。這就要求正確的設(shè)計(jì)形式、喉口和確定合理的操作氧壓以及槍位高度。②在一定操作氧壓下，在合理的槍位時，使氧射流產(chǎn)生較大的的動能，以達(dá)到良好的動力學(xué)條件，合理的沖擊深度。這就要求氧氣射流沿軸線的衰減速度應(yīng)盡可能的慢。③對于多孔噴頭，要求氧氣射流在熔池液面上不要匯合，形成多個沖擊中心以形成多個反應(yīng)區(qū)，保證熔池反應(yīng)均勻。同時要求氧氣射流有適當(dāng)?shù)臎_擊半徑，以保證熔池?cái)嚢杈鶆蚝蜖t襯侵蝕均勻。④氧槍噴頭壽命長。這就要求射流沿氧槍軸線不出現(xiàn)負(fù)壓區(qū)域和強(qiáng)的湍流運(yùn)動，以減少“吃鼻子”現(xiàn)象。

要獲得具有上述性能的氧射流，滿足轉(zhuǎn)爐煉鋼的要求，最終歸結(jié)為合理地確定噴頭的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，如噴孔的馬赫數(shù)，喉口直徑，噴孔夾角和噴孔形狀等。確定主要設(shè)計(jì)參數(shù)的依據(jù)是高壓氣體流出理論，應(yīng)用可壓縮流理論設(shè)計(jì)噴孔尺寸和形狀，使其獲得轉(zhuǎn)爐煉鋼所需要的超音速射流。

1 氧槍噴頭使用現(xiàn)狀和存在問題

目前我廠原使用的4孔氧槍供氧時間長、一倒磷合格率低、終點(diǎn)爐渣FeO較高、鋼鐵料耗高、噴頭壽命短、供氧強(qiáng)度偏低、同時爐渣粘槍粘煙罩及粘氧槍口現(xiàn)象較嚴(yán)重，已不能滿足低鐵耗下的正常生產(chǎn)，必須重新優(yōu)化氧槍噴頭，有效解決以上出現(xiàn)的問題。

1.1 氧槍噴頭的設(shè)計(jì)

選擇噴頭類型，隨著供氧強(qiáng)的提高，與廢鋼比的提升，目前典型的噴頭多是使用四孔、五孔噴頭，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐目前的4孔氧槍已不滿足生產(chǎn)條件，因此選擇中間一孔及周邊4孔的大馬赫數(shù)氧槍。

1.2 馬赫數(shù)選定

噴孔的馬赫數(shù)有一個合適的范圍。過高的馬赫數(shù)要求氧壓機(jī)有更大的功率，供氧系統(tǒng)的管道、閥門、儀表的工作條件更為苛刻。據(jù)調(diào)查現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐煉鋼噴孔出口馬赫數(shù)一般在1.8～2.4之間，其中80%以上在1.9～2.0之間。過高時，為提高馬赫數(shù)需要更大幅度地提高滯止壓力，而射流的速度提高并不太多；偏低時，氧流速度偏低，對熔池?cái)嚢璨蛔悖瑸榱耸谷鄢氐玫揭苯疬^程所需要的攪拌能量和沖擊深度就必須降低槍位，過分的降低槍位，就必然使噴頭端面承受更高的熱負(fù)荷，影響噴頭壽命.國外大中型轉(zhuǎn)爐噴孔出口馬赫數(shù)一般在1.99～2.32間，平均為2.14；國內(nèi)大中型轉(zhuǎn)爐噴孔出口馬赫數(shù)一般在1.86～2.16間，平均為1.99。

1.3 噴孔傾角確定

參照文獻(xiàn)報(bào)道的噴孔數(shù)目與噴孔夾角值和國內(nèi)一些同類轉(zhuǎn)爐的實(shí)際選用情況，同時考慮氧氣流股對副槍的影響，氧槍噴頭選取傾角為12°(4孔)或15°(5孔)，以保證射流沖擊區(qū)相互分開。通常所選取的噴頭傾角在不同槍位時噴射區(qū)域的冶金效果不同，做到定期測量熔池高度，可準(zhǔn)確操作氧槍槍位，冶煉就會順利進(jìn)行。

2 技術(shù)特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)

結(jié)合氧槍噴頭參數(shù)需要進(jìn)行一定地調(diào)整，從而使噴頭的功效利用最大化。重點(diǎn)、難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下的幾個方面：①通過合理設(shè)計(jì)氧氣噴孔布局，優(yōu)化擴(kuò)張角度，使新設(shè)計(jì)氧槍的氧量較大，可以有效縮短吹煉時間；②同時由于噴頭改為五孔可以有效增大吹煉面積，促進(jìn)熔池化渣及脫碳反應(yīng)。③由于氧槍噴頭中間新加一孔，可以抑制氧槍正下方負(fù)壓區(qū)的產(chǎn)生，減少“吃鼻子”現(xiàn)象。④通過匹配合適的槍位可以增加鋼渣界面的富氧能力，從另一方面促進(jìn)化渣。

表1 新5孔氧槍和原4孔氧槍冶煉效果對比表

3 冶煉效果分析

在使用新5孔噴頭冶煉時，通過使用新噴頭的1#轉(zhuǎn)爐和使用原噴頭的2.3#號轉(zhuǎn)爐工冶煉情況及技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過噸鋼氧耗、供氧時間、一倒[P]合格率、鋼鐵料消耗等主要生產(chǎn)技經(jīng)指標(biāo)進(jìn)行對比分析，如表1所示。

從表1可以顯示。由于改進(jìn)的氧槍增加了中間1孔，降低了馬赫數(shù)和提高供氧強(qiáng)度，良好的改善了熔池反映的動力學(xué)條件，提升了反應(yīng)速率，噸鋼氧耗也有明顯降低，由改善前的58.92m3/t降低到54.36m3/t，噸鋼氧氣消耗的降低，有效降低生產(chǎn)成本。平均冶煉吹氧時間縮短了122s，極大提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)生較大經(jīng)濟(jì)效益。由于噴頭結(jié)構(gòu)、參數(shù)的改進(jìn)，新5孔氧槍具有更優(yōu)的化渣效果，冶煉反應(yīng)平穩(wěn)，噴濺率顯著降低，提鋼鐵料耗降低了15.3Kg/t。良好的化渣效果保證了前期脫P(yáng)效果，一次拉碳鋼水P合格率提高了17%，為品種開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

優(yōu)化后的新5孔氧槍噴頭滿足當(dāng)前低鐵耗、大產(chǎn)能、高品種的生產(chǎn)實(shí)際和工藝要求。在生產(chǎn)過程中，化渣效果好、一次拉碳鋼水P合格率高、噴濺率低，極大地提高了生產(chǎn)效率。