氧枪作用及原理 (2).ppt

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1、氧枪的作用及原理2010.10.11一、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。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

2、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：三孔拉瓦尔结构：单三式喷嘴结构：三喉式结构：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。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

3、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

4、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。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10-2

5、0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。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）。四、

6、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。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

7、所不同，因此枪位也应相应有所不同。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2Ca·SiO2，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，前期枪位也不应过高，以免产生严重

8、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