【正文】 。 本設計中采用的是類環(huán)縫管式噴嘴。，環(huán)縫中設有 類環(huán)縫管式噴嘴許多細金屬管。它兼有透氣磚和噴嘴供氣的優(yōu)點，適用于噴吹各種氣體和粉劑，還簡化了細金屬管磚的制作工藝，是很有發(fā)展前途的一種供氣構件。6 轉爐氧槍設計6 轉爐氧槍設計 噴頭類型與選擇噴頭是一個極為重要的構件。冶煉工藝要求噴頭能正確合理地供氧，使熔池得到強烈而均勻的攪拌，達到快速化渣和強化元素氧化的目的。本設計中選擇雙流道氧氣噴頭，其目的在于使爐內CO二次燃燒，提高轉爐裝入量的廢鋼比。雙流道氧氣噴頭有兩種形式，即端部式和頂端式。端部式這種結構方式既影響主氧道供氧參數(shù)，也影響副氧道供養(yǎng)參數(shù)，但其噴頭及噴管結構簡單，損壞時更換方便；頂端式噴管必須設計成四層同心套管（中心走主氧、二層走副氧、三層為進水、四層為出水），副氧噴孔或環(huán)縫必須穿過進出水套管，加工制造及損壞更換較為復雜。 噴頭尺寸計算噴頭是氧槍的核心部分，其基本功能可以說是一個能量轉換器，它將氧管中氧氣的高壓能轉換為動能，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。 噴頭參數(shù)選擇原則 ① 氧流量計算。氧流量是指單位時間通過氧槍的氧量（m3/min）。氧流量的精確計算應根據(jù)物料平衡求得。簡單計算氧流量則可用下式： m3/min（標態(tài)） （）對于普通鐵水，每噸鋼耗氧量為55～65Nm3/t（標態(tài)），對于高磷鐵水，每噸鋼耗氧量為60～69Nm3/t。本設計選取63 Nm3/t。吹氧時間應根據(jù)生產(chǎn)實際情況確定。 ② 噴頭孔數(shù)?，F(xiàn)代轉爐氧槍都用多孔噴頭。一般中、小型轉爐用三孔或四孔噴頭，大型轉爐用五孔或五孔以上的噴頭。多孔噴頭變集中供氧為分散供氧，在熔池面上形成多個反應區(qū)，增大了氧氣射流對熔池的沖擊面積，有利于加快爐內的物理化學反應，提高了吹煉效果。但是與單孔噴頭比較，多孔噴頭氧氣射流衰減較快，吹煉搶位較低，易燒搶，因而對噴頭的冷卻要求更高，加工制作復雜。本設計采用五孔噴頭。 ③ 理論計算氧壓及噴頭出口馬赫數(shù)Ma。理論計算氧壓（又稱設計工況氧壓）是指噴頭進口處的氧氣壓強，近似等于滯止氧壓，它是噴頭設計的重要參數(shù)。噴頭出口馬赫數(shù)Ma是噴頭設計的另一個重要參數(shù)。Ma值與滯止氧壓和噴頭出口壓力P的比值（P/）有確定的對應關系。 ④ 爐膛壓力。轉爐爐膛壓力P是氧槍噴頭出口處的環(huán)境壓力。它與噴頭出口壓力的差異決定了氧氣出口后的流態(tài)，因此，爐膛壓力P也是噴頭設計的重要參數(shù)之一。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，～。圖61 M與Po、V之間的關系 M、V、P0之間的關系 M、V、P0之間的關系M氧射流出口溫度/K氧射流出口音速/m/sV/m/sP0/MPa備 注200161129104270242217195405485542582假定氧氣滯止溫度為290K, 噴頭計算本設計按公稱容量210t轉爐設計氧槍噴頭尺寸。采用普通鐵水冶煉，鋼種以碳素結構鋼和低合金鋼為主。① 計算氧流量。 取每噸鋼耗氧量為63,純吹氧時間為18min，出鋼量按公稱容量210t計算，則通過氧槍的氧流量： /min （）② 選用噴孔出口馬赫數(shù)與噴孔數(shù)。馬赫數(shù)確定原則已如前述。綜合考慮，選取馬赫數(shù)Ma=。參照同類轉爐氧槍使用情況，對于210t轉爐噴孔數(shù)取5孔，能保證氧氣流股有一定的沖擊面積與沖擊深度，熔池內盡快形成乳化區(qū)，減少噴濺，提高成渣速度和改善熱效率。③ 設計工況氧壓。根據(jù)等熵流表，當M=,；取噴頭出口壓力（為爐膛壓力，此處按近似等于大氣壓力計算），則噴口滯止氧壓（入口氧壓）： （） 取設計工況氧壓近似等于滯止氧壓。④ 計算喉口直徑。噴頭每個噴孔氧氣流量： m3/min （）由噴管實際氧氣流量計算式： ，取，又，代入上式，則 （）由上式可求出 mm⑤ 求噴孔出口直徑。根據(jù)等熵流表，在M= 時，即，故噴孔出口直徑： （）⑥ 計算噴孔擴張段長度。,則擴張段長度： （）⑦ 確定噴孔喉口直線段長度。喉口直線段的作用是保持喉口直徑穩(wěn)定。一般取3～10mm。在本設計中取喉口直線段長度=5mm。⑧ 噴孔收縮段長度與收縮段進口直徑。收縮段長度與收縮段進口直徑應該以能使整個噴頭布置下三個噴孔為原則，并盡可能使收縮孔大一些。⑨ 確定噴孔傾角β。多孔噴頭的各個流股是否發(fā)生匯交以效應角θ為界，大于θ則各流股很少匯交，小于θ則必定匯交。按照經(jīng)驗，噴頭傾角β=176?！?76。為宜。綜合考慮取β=15176。⑩ 噴頭五噴孔中心分布圓直徑。在噴孔傾角β確定以后，噴孔中心分布圓（即噴孔間距）是影響氧射流是否匯交的另一個因素。從降低氧射流匯交考慮，噴孔中心分布圓大為好，但噴孔中心公布圓要受到噴頭尺寸的限制。綜合考慮，取五噴孔中心分布圓直徑： 氧槍槍身設計氧槍槍身由三層無縫鋼管套裝而成，內層管是氧氣通道，內層管與中層管之間是冷卻水進水通道，中層管與外層管之間是冷卻水出水通道。 氧槍示意圖 槍身各層尺寸的確定 ① 中心氧管管徑的確定。中心氧管是向噴頭輸送氧氣的通道，其直徑主要取決于氧氣在管道內的流量與流速。按氣體狀態(tài)方程，標準狀態(tài)下的流量向工況流量的換算： （）式中 ——標準大氣壓，Pa； ——管內氧氣工況壓力，Pa；——標準溫度，273K；——管內氧氣實際溫度（即氧氣滯止溫度）。中心氧管內截面積： （）式中 ——中心氧管內截面積，m； ——管內氧氣工況流量，m/s； ——管內氧氣流速，m/s，一般取40～50m/s。本設計取45m/s。將、代入式（），即可求。則中心氧管內徑 （） ② 中層管管徑的確定。高壓冷卻水從中層管內側進入，經(jīng)噴頭頂部轉彎180176。后經(jīng)中層管外側流出。中層管內徑尺寸的選擇，應保證中層管與中心氧管之間的環(huán)形通道有足夠的斷面積，以通過一定流速（一般取5～6m/s）、一定壓力（106~106Pa）和足夠流量的冷卻水。 進水環(huán)縫截面積： （）中層管內徑： （）式中 ——中層管內徑，m；——內層管外徑，m；——進水環(huán)形通道截面，m；——高壓冷卻水進口流量，m/s；——高壓冷卻水進水流速，一般選用5～6m/s。 ③ 外層管管徑的確定。外層管主要是供出水用，冷卻水經(jīng)過噴頭后溫度升高10～15℃，水的體積略有增大，一般選用出水流速為6～7m/s，管徑是我計算和鋼管的選擇方法與中層管相同。 槍身各層鋼管計算計算公稱容量210t轉爐使用氧槍的槍身各層鋼管尺寸。 ① 中心氧管管徑。管內氧氣工況流量： 取中心管內氧氣流速，則中心氧管內徑：根據(jù)標準熱軋無縫鋼管產(chǎn)品規(guī)格，選取中心鋼管為。 ② 中、外層鋼管管徑。根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，選取氧槍冷卻水耗量；冷卻水進水速度，出水速度（因為出水溫度升高，體積增大，故）。又中心氧管外徑，則進水環(huán)縫截面積：出水環(huán)縫面積：所以，中層鋼管的內徑：根據(jù)標準熱軋無縫鋼管產(chǎn)品規(guī)格選取中層鋼管為。同理，外層鋼管內徑：根據(jù)標準熱軋無縫鋼管產(chǎn)品規(guī)格選取外層鋼管為。 7 爐外精煉7 爐外精煉隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展和工農業(yè)對鋼材質量要求的提高，鋼廠需要爐外精煉工藝，爐外精煉技術是一項提高產(chǎn)品質量，降低成本的先進技術，是現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。它可以提高煉鋼設備的生產(chǎn)能力，改善鋼材質量，降低能耗，減少耐材、能源和鐵合金消耗，從而提高企業(yè)的競爭力。鋼水爐外精煉包括在鋼水包中對鋼水進行調整溫度、成分、去氣、去夾雜及去除有害元素的操作和處理，以達到鋼水潔凈，成分和溫度均勻與穩(wěn)定的目的。 各種產(chǎn)品對精煉功能的一般要求爐外精煉方法的選擇應滿足產(chǎn)品質量的要求，不同產(chǎn)品對爐外精煉的功能有不同要求。厚板：脫氫、脫硫、減少氧化物夾雜；鋼軌：脫氫；輪箍：脫氫、去除夾雜物；薄板：脫碳、脫氧；管材：脫硫、減少氧化物夾雜；軸承鋼：脫硫、減少氧化物夾雜物、脫硫、改變硫化物形態(tài)；不銹鋼：脫碳保鉻、脫氫、減少夾雜物、降低成本。爐外精煉的另一個積極意義是減輕煉鋼爐的負荷，提高其生產(chǎn)力。比如采用連鑄的轉爐車間，尤其是全連鑄車間，往往都選用LF或其他加熱型精煉裝置。 根據(jù)本課題所煉鋼的產(chǎn)品要求，選擇LF和RH兩種爐外精煉設備。 LF精煉爐 LF精煉爐的特點 LF精煉爐在常壓下通過電弧加熱鋼包內鋼水，并同時造高堿度合成渣精煉和底部吹氬攪拌（）。LF爐能夠承擔電弧爐的精煉工作，如造渣、還原、脫氧、脫氣、均勻溫度成分等，也可以豹紋、升溫，作為煉鋼和連鑄之間的緩沖裝置，協(xié)調煉鋼和連鑄生產(chǎn)周期不匹配的矛盾。LF爐精煉爐的設計特點可歸納如下：（1）LF爐采用鋼包底部透氣磚吹氬攪拌，較之ASEASKF鋼包爐使用電磁攪拌簡單，投資費用少；（2）LF爐與ASEASKF同樣采用非真空下電弧爐加熱鋼水，與VAD爐在低真空下加熱相比，可以不用電極插入真空蓋處的動密封及要求非磁性材料結構，簡化設備，節(jié)省制作與維修費用；（3）在非真空下電弧爐加熱，又采用了專門的爐渣，可使LF爐加熱鋼水在埋弧狀態(tài)下進行，既可以提高熱效率，又減輕了電弧對精煉爐爐襯的熱侵蝕； LF法原理圖a—埋弧加熱； b—真空處理；1—加熱蓋；2—電極；3—加料槽；（4）為了獲得良好的還原精煉效果，在加熱時，加熱爐蓋與鋼包爐口密封接觸，即在密封下進行電弧加熱，防止外部空氣進入，并加入碳粉造成鋼包爐內還原性氣氛，使包內氣氛中氧氣含量下降到不大于2％，爐渣中（FeO）％；（5）與VOD相比，LF具有外部能源加熱手段的靈活性，設備對鋼種的適應性擴展了；而且在還原氣氛下造高堿度渣精煉，有利于脫硫。LF爐具有