转炉氧枪喷头设计方案
氧枪设计
氧枪设计顶底复吹转炉是在氧气射流对熔池的冲击作用下进行的，依靠氧气射流向熔池供氧并搅动熔池，以保证转炉炼钢的高速度。
因此氧气射流的特性及其对熔池作用对转炉炼钢过程产生重大影响，氧枪设计就是要保证提供适合于转炉炼钢过程得氧气射流。
转炉氧枪由喷头、枪身和尾部结构三部分组成，喷头一般由锻造紫铜加工而成，也可用铸造方法制造，枪身由无缝钢管制作得三层套管组成。
尾部结构是保证氧气管路、进水和出水软管便于同氧枪相连接，同时保证三层管之间密封。
需要特别指出的是当外层管受热膨胀时，尾部结构必须保证氧管能随外层管伸缩移动，氧管和外层管之间的中层管时冷却水进出的隔水套管，隔水套管必须保证在喷头冷却水拐弯处有适当间隙，当外层管受热膨胀向下延伸时，为保证这一间隙大小不变，隔水套管也应随外层管向下移动。
（1）喷头设计：喷头是氧枪的核心部分，其基本功能可以说是个能量转换器，将氧管中氧气的高压能转化为动能，并通过氧气射流完成对熔池的作用。
1）设计主要要求为：A 正确设计工况氧压和喷孔的形状、尺寸，并要求氧气射流沿轴线的衰减应尽可能的慢。
B 氧气射流在熔池面上有合适的冲击半径。
C 喷头寿命要长，结构合理简单，氧气射流沿氧枪轴线不出现负压区和强的湍流运动。
2）喷头参数的选择：A 原始条件：类别\成分(%)C Si Mn P S 铁水预处理后设定值 3.60 0.10 0.60 0.004 0.005 冶炼Q235A,终点钢水C=0.10%根据铁水成分和所炼钢种进行的物料平衡计算，取每吨钢铁料耗氧量为50.4m3（物料平衡为吨钢耗氧52m3）,吹氧时间为20min 。
转炉炉子参数为：内径6.532m ，熔池深度为1.601m ，炉容比0.92m3/t 。
转炉公称容量270t ，采用阶段定量装入法。
B 计算氧流量每吨钢耗氧量取 52m3，吹氧时间取20min min /70220270523m Q =⨯=C 选用喷孔出口马赫数为2.0、采用5孔喷头（如下图3-3所示），喷头夹角为14°喷孔为拉瓦尔型。
转炉氧枪喷头的设计与应用
转炉氧枪喷头的设计与应用本文阐述了转炉氧枪喷头重要参数的设计和选取，并在实际运用过程中对转炉生产的重要工艺参数进行统计分析，从而得出合理的氧枪喷头参数设计和选取可以实现优越的转炉冶炼效果。
标签：转炉；氧枪；喷头；设计氧枪是转炉炼钢中的关键设备，氧枪喷头各个参数的设计选取、精细加工和最佳的操作控制是实现转炉炼钢高效平稳吹炼的必要条件[1]。
1 氧枪喷头的设计原则氧枪喷头的主要作用是通过喷射的氧气射流对熔池的搅拌和与熔池的反应来合理控制转炉钢液中的乳化及泡沫现象，得到合适的渣中（FeO）含量，促进石灰的快速融化，得到合适的碱度，实现转炉脱碳、升温、去磷的目的。
1.1 氧槍喷头的设计原则（1）通过氧枪喷头参数的合理设计，在转炉冶炼过程中得到合适的冲击深度和冲击面积，從而实现转炉冶炼的效果和目的。
（2）氧枪喷头不仅要有良好的冶金效果，而且要在溅渣环节体现优越的性能[2]。
（3）与氧枪喷头参数相适应的枪位设计是保证氧气与钢、渣充分且均匀反应的重要保障，同时保证更好的降低转炉冶炼过程中氧气射流对炉衬造成的损坏。
（4）要具备足够高的喷头寿命，要保证氧气射流可以顺着氧枪的轴线不还产生负压区，同时避免湍流运动剧烈引起的负面影响。
1.2 氧枪喷头的喷孔数量与夹角的选取规则2 氧枪喷头设计方案实例2.1 锻压组合式氧枪喷头[3]设计参数2.2 氧枪喷头参数设计核算氧枪喷头使用氧压在超过设计氧压一定范围的情况下，可以发挥更好的作用。
所以在喷头设计中，设计供氧流量需低于实际供氧流量，在流量调节阀调整到实际使用流量时，氧枪喷头的使用压力自然会高于设计氧压。
据实际经验，使用氧压不超过设计氧压的130%，氧枪喷头可以达到更好的效果。
260吨转炉设计供氧流量按51000Nm3/h计算。
2.2.1 理论氧压值计算根据Ma=2.05，查等熵流表：P/ P0 =0.11823，由于炉膛压力略大于大气压力，取炉膛压力P为0.1041MPa，计算得出P0=0.88Mpa。
转炉氧枪设计方案
广青金属有限公司65T转炉φ180氧枪及氧枪喷头设计方案山东崇盛冶金氧枪有限公司2012年2月65T转炉φ180氧枪及氧枪喷头设计方案简介山东崇盛冶金氧枪有限公司，系冶金氧枪及喷头的专业研究生产单位。
位于中国潍坊高新技术产业开发区。
技术力量雄厚，技术装备先进，检测手段齐全。
我公司在转炉用氧枪设计方面有丰富的设计和制造经验，例如：宝钢300吨转炉炼钢φ406氧枪喷头，武钢三炼钢250吨转炉用φ355锥度氧枪及喷头，马钢300吨转炉用φ355锥度氧枪及喷头，济钢210吨转炉用φ355氧枪及喷头，新余三期210T 转炉炼钢φ325氧枪及喷头，上海罗泾150吨转炉炼钢φ299氧枪及喷头，河北承德钢铁、普阳钢铁、宁波钢铁、天铁、安阳钢铁、通化钢铁等150吨转炉炼钢φ299氧枪及喷头，目前均正常使用，效果良好。
现国内120吨以上转炉用氧枪80％由我公司设计制造。
公司秉承“以人为本，科技领先”的发展战略，技术力量雄厚，拥有世界先进水平的科研机构、精良的机械加工设备及国内一流的检测设施，最大程度上保证产品最佳的使用性能。
65T转炉φ180×1孔喷头设计方案一、设计工况参数：1、出钢量：～65吨/炉2、现场操作氧流量：～4200Nm3/hr3、现场操作供氧压力：0.85～1.0Mpa （阀后压力）4、纯吹氧吹炼时间：13～15min5、冷却水压力：≥1.2MPa6、进出水温差≤27℃（水温差根据现场实际情况要有所差异）7、氧枪喷头形式：1孔拉瓦尔孔喷头二、喷头参数设计2.1马赫数的选择流体力学中表征流体可压缩程度的一个重要的无量纲参数,记为,定义为流场中某点的速度v同该点的当地声速c之比,即=v/c, 在可压缩流中,气体流速相对变化dv/v同密度相对变化之间的关系是dρ/ρ＝-2dv/v，即在流动过程中，马赫数愈大,气体表现出的可压缩性就愈大。
另外，马赫数大于或小于1时,扰动在气流中的传播情况也大不相同。
炼钢转炉氧枪工艺参数设计
摘要2005年，我国钢产量是3.49亿吨，为世界上最大的生产国。
2011年我国钢产量为6.83亿吨。
是发展较为迅速的国家之一。
在我国转炉炼钢厂众多，而且从90年代溅渣护炉技术兴起后迅速在全国得以普遍采用。
而我国在转炉氧枪系统方面基本没有大的改进，现在使用的氧枪参数基本上是采用溅渣护炉技术以前确定的氧枪喷头参数，目前炼钢厂所使用的氧枪既要满足冶炼需要又要保证溅渣要求更要注重环境的保护。
随时时代的进步我国对工业发展的要求也越来越严格，其中就包括了最大可能的保护生态环境。
选这个题目最重要的意义就在于发现工业生产中最佳的转炉氧枪，以提高生产效率，较低消耗[1]。
本文针对150t转炉设计一种新型的6孔氧枪，型号为637型。
关键词转炉氧枪喷头参数000本科毕业论文ABSTRACTABSTRACTIn 2005, China's steel output of 3.49tons, is the world's largest producer. In 2011China's steel production6.83tons. Is one of the relatively rapid development. In China's converter steelmaking plant of many, but from 90 time of slag splashing technology rise quickly in the country to commonly used. But our country in converter oxygen lance system basically no big improvement, now use the oxygen gun parameters basically is the use of slag splashing technology previously determined oxygen lance nozzle parameters, the current steelmaking plant the use of oxygen gun should not only meet the needs and requirements of smelting slag splashing to pay more attention to the protection of the environment. At any time the progress of the times on China's industrial development requirements more stringent, which includes the largest possible protection of the ecological environment. Select this topic the most important significance lies in the discovery of industrial production in the optimal oxygen gun of converter, to improve production efficiency, lower consumption [1].In this paper 150t converter design a new 6Hole oxygen lance, models for type 637 diabetes.Key words Oxygen lance 、Nozzle parameters Parameter目录摘要 (1)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 本课题的研究背景 (1)1.2国内外发展状况 (1)1.21国内发展情况 (1)1.22国外发展情况 (1)1.3研究内容及意义 (2)1.31研究内容 (2)1.32研究意义 (2)2 转炉氧枪简介 (3)2.1 分类 (3)2.11冷却方式分 (3)2.12炉子种类分 (3)2.13喷头孔数分 (4)2.14喷头孔型分 (5)2.2 发展 (5)2.3 转炉炼钢技术 (6)2.31我国炼钢工艺流程 (6)2.32转炉炼钢主要工艺设备简介 (7)3 基本原理 (8)3.1 压缩性气体流出计算 (8)3.2 氧气射流和熔池相互作用 (10)3.2.1氧枪射流冲击深度 (10)3.2.2氧枪射流冲击面积 (10)3.3 几种喷头设计方法的比较 (10)4 喷头参数的主要计算 (13)4.1供氧量的计算...................................... 错误！未定义书签。
氧枪喷头设计
氧枪设计原始条件铁水成分（%）C Si Mn P S4.2 4.2000 0.5000 0.3400 0.1300冶炼钢种以低碳钢为主，多数钢种C≤0.10%。
转炉新炉子参数内径5.05 m，有效高度8.72m，炉容比0.95m3/t。
供氧制度根据铁水成分和所炼钢种进行物料平衡计算，取每顿钢铁料耗氧量为50.21 m3；依国内中型转炉目前所达到的供氧强度和冶炼技术水平，吹氧时间取18min。
输氧管测压点氧气最高压力为1018MPa，氧气平均温度17℃。
氧枪枪位高度：化渣枪位1.8m，吹炼枪位1.2m。
计算氧气流量取吨钢耗氧量50.21 m3，吹氧时间18min，则氧流量qv＝（50.21×150）/18＝418.38 m3/min选用喷孔参数选定喷孔出口马赫数M＝2.0，采用五孔喷头，喷头为拉瓦尔型，喷孔夹角为15°。
计算设计工况氧压和喉口直径查熵流表（见附录），当M＝2.0时，P/P0＝0.1278，取P＝P膛＝0.099 Mpa 代入，则设计工况氧压为：P＝0.099/0.1287＝0.775 Mpa 每孔氧流量：q＝qv/5＝418.381/5＝83.676 m3/min取CD ＝0.92,T＝290K, P＝0.775MPa＝7.9kg/cm2,带入下式，求出喉口直径：q＝17.64CDPAT/T83.676＝17.64×0.92×7.9AT /290＝17.64×0.96×7.9290×πd2喉/4∴ dT＝36.83 mm确定喷孔出口直径根据M＝2.0，查等熵流表得：A出/A喉＝1.688，即π/d2出＝1.688×πd2喉/4则 d出＝ 1.688d喉＝ 1.688×36.83 ＝47.85 mm计算扩张段长度取喷孔喉口的直线段长度为5mm。
扩散段的半锥角取4°则扩张段长度L为：L扩＝（d出－d喉）/（2tg4°）＝（47.85－36.83）/0.1385＝78.79 mm收缩段长度收缩段的直径以能使整个喷头布置得下五个喷孔为原则，尽可能采取收缩孔大一些。
120T 氧气顶吹转炉氧枪喷头设计
0.476*56/72=0.370 0.106 0.242*112/160=0.169 0.072
6.529
氧化产物量/kg 8.307 1.452 0.471 0.316 0.321 0.014 0.034
0.476 0.241
11.632
表6 备注
入渣 入渣 入渣
-0.007 表示还原 出氧;消耗 Ca入O渣量
§5.2 中层钢管直径和外层钢管直径确定
取进水流速 6m/s,出水流速 7m/s,冷却水耗量 170t/h，
进水 环缝面 积：F1=Q水 /V水 ＝170/6/3600=0.008m2 出水 环缝面 积：F2= Q水 /V水 ＝170/3600/7＝0.007m2
钢管内径 114mm，中层钢管内径为 ������中 = √4������������1 + ������内2 =0.152m
≤0.020
氧化量
3.955
0.22
0.2
0.14
0.022
[2].各元素氧化量、耗氧量、及其氧化产物量
元素 C
反应及其产物 [C] ⟶{CO}
C
[C] ⟶{CO2}
Si
[Si] ⟶ (SiO2)
Mn
[Mn] ⟶ (MnO2)
P
[P] ⟶ (P2O5)
S
[S] ⟶ {SO2}
S
[S]+(CaO)=(CaS)+
§4.1 计算氧流量
每吨钢耗氧量取 47m3 ,吹炼时间取 16min,则氧枪氧流量(以 120 吨出钢量计)
§4.2 喷孔选型
Q = 47×120 = 352.5 Nm3 /min 16
选用喷孔出口马赫数为 2.0，三孔喷头，喷孔夹角为 12°。
氧枪设计计算
4 氧枪设计氧枪设计主要内容有：喷头设计、枪身设计。
本设计采用半钢冶炼，为迅速化渣，缩短冶炼周期选择四孔拉瓦尔喷头。
原始数据：① 转炉公称容量120t ，② 炉容比V/T =1.03，③ 熔池直径D=4.81m ，④ 8.45m =内H ，⑤ 熔池深度h=1.30m 。
4.1 喷头设计参数的确定（1）氧气流量计算吹氧时间出钢量每吨钢氧耗量氧气流量⨯==55×120/20.31=324.96 m 3/min（2）喷嘴出口马赫数根据国内推荐，M=1.8~2.1为佳，攀钢目前M 取1.92，本设计取M =2.0。
四孔喷嘴夹角取12°。
（3）设计工况氧压通过查取等熵流表，当M =2.0时，P/P 0=0.1278，炉膛周围压力P 膛=1.27×105Pa 。
则，P 设=Pa 1094.91278.01027.1/55⨯=⨯=O P P P 膛（4）理论设计氧压P/P 0=0.1278，P=0.1015MPa 。
P 0=0.79×106 Pa （5）扩张角β取10°（半锥角取5°）扩张段长度L 可由经验公式求得：扩张段长度/出口直径=1.2~1.5。
（6）喉口直径每孔氧流量：24.814/96.324==q m 3/min由公式0T D874.1T p A C q 设=，令C D =0.90，T 0=300K ，则81.24=1.784×0.9×30041094.952T ⨯⨯⨯d π，d T =3.35×10-2m=3.35cm 。
(7)喷头出口直径：依据M=2.0，查等熵流表 A 出/A 喉＝1.688。
688.135.3/0T ⨯=⨯=A A d d 出=4.35cm(8)扩张段长度扩张段长度L 取决于扩张角β的大小。
LL d d 235.335.42-2tanT -==出βL=5.71cm(9) 收缩段长度根据35.33.23.24.2~2T T ⨯===d d d ）（入=7.705cm收缩角α取45°，则收缩半角为22.5°，则o dd L 5.22tan 2-T 入缩==（7.705-3.35）/(2×0.414)=5.26cm(10)喉口长度为了稳定气流，使收缩段和扩张段加工方便，根据攀钢设计经验，取1.55cm 。
冶金技术氧枪设计
8 炉型尺寸计算1.1喷头设计 1.1.1原始数据转炉公称容量为200t ，低磷铁水。
1.1.2氧流量q v取吨钢耗氧量55m 3，吹氧时间14min 。
则氧流量：q v =55×200/14=786(m 3 /min)1.1.3选用喷孔出口马赫数为M=2.0，采用五孔拉瓦尔型喷嘴，喷孔夹角为14。
1.1.4设计工况氧压P 设查等熵流表，当M=2.0时，P/P 0=0.1278，定P 膛=1.3×105Pa ， 则：P 设=/P P P 膛=0.1278101.35⨯=10.17×105 (Pa)1.1.5计算喉口直径d T每孔氧流量：q= q v /5=786/5=157 (m 3/min)利用公式q=1.784C DT P A T 设，令C D =0.92，T 0=273+18=291K ，P 设=10.17×105 Pa则：157=1.784×0.92×29141017.1052⨯⨯⨯⨯T d π求得d T =0.045m=45mm 。
1.1.6计算喷孔出口直径d 出依据M=2.0，查等熵流表A 出/A 吼=1.688。
则：d 出= d T ×喉出A A =45×688.1=58(mm)1.1.7计算扩张段长度取半锥角为5。
，则扩张段长度：L=)2tan(2扩出αT d d -=)5tan(245580-=74(mm)1.1.8收缩段长度L 收=1.2×d T =1.2×45mm=54mm1.1.9喷嘴喉口长度的确定取L 喉=10mm 氧枪喷头图见图纸。
1.2氧枪枪身设计 1.2.1原始数据冷却水流量q mw =200t/h ，冷却水进水速度u j =6m/s ，冷却水回水温度u p =7m/s ，冷却水喷头处流速u h =9m/s ，中心氧管内氧气流速u 0=50m/s ，吹炼过程中水温升△t=20℃，其中回水温度t 2=45℃，进水温度t 1=25℃。
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xxx氧枪喷头设计方案
一、工况参数：
1、转炉公称容量：120吨
2、氧流量：24610m3/hr
3、供氧压力：0.8 MPa～0.85MPa
二、喷头参数设计
2.1马赫数的选择
过高的马赫数反应激烈，操作难度大；而马赫数过小，则输氧管线的氧压没有被充分利用，也是不经济的。
综合考虑：取M=2.0。
2.2计算工况氧压Po
查等熵流表，当M=2.0时，P出/Po=0.1278，由于炉膛压力近似于大气压力，所以P出=0.102MPa，则Po=0.8Mpa （8.14Kg/cm2）。
建议氧压在0.8Mp a～0.85 Mp a
2.3计算氧流量Q
根据实际情况，设定Q=25278m3/hr
2.4计算喉口直径D喉
由氧流量公式
Q=64.3236×Po×A喉
A喉——喉口截面积得出：D喉=39.3mm
2.5 计算出口直径D出
根据M=2.0，查等熵流表，得A出/A喉=1.688
A出——出口截面积得出：D出=51.1 mm
2.6 计算扩张段长度L
理论的气体膨胀角为4~8度，扩张段的张角理应也设计成4~8度。
小扩张
角具有控制膨胀作用，因而出口流股会有轻微膨胀，氧流贴近孔壁流动会出现层流，从而加重射流表面与炉氧混合，有利于提高热效率。
大扩张角控制膨胀作用小，扩张段短，受孔壁粗糙度影响小，有利于减小氧射流的能量损失，提高作用熔池贯穿力，考虑喷头的穿透能力，应取较大的张角，定为3.5度。
则L=（51.1-39.3）/2×tg3.5°=96mm 取L=100mm
2.7 确定孔倾角α
喷孔倾角应满足射流不交汇的要求，也要保证射流不能冲刷炉壁，根据全国其它钢厂的使用经验，对于Φ273四孔喷头，这里取孔倾角a=12º。
2.8四孔分布圆直径D孔
为减轻喷孔出口氧射流互相掺混，减小氧射流作用熔池叠加冲击，要求增大端底氧孔分布圆直径与出口直径之比，一般在2~4之间，所以D孔=150mm 2.9 操作枪位H（暂定）操作基本枪位：H=35×D出
基本枪位：1787mm
最高枪位：2042mm
最低枪位：1533mm 此枪位仅做参考，具体应以实践为准。
2.10设计枪位下冲击深度
由佛林公式h=3.4×P0×D喉/H0.5—0.0381
此公式对单孔喷头适用，对于四孔喷头取修正系数0.9
得冲击深度：h=685mm 注：冲击深度为熔池深度的40%～60%为正常。
Xxx。