宣钢150吨转炉氧枪喷头优化改造

条件。 ２ ． ２数 值模 拟结 果分 析
缺 陷 ：一 是喷 头端 部 材 质 为电解 铜铸 造 加 工而 成 ，铸造 工艺 限制 了其纯 度
很 难提 高 ，氧 值 也很 高 ，散 热 性能 较 差 ，冷却 强 度 降低 ，导 致变 形 量大 ；
二 是 冷却 水 套表 面质 量 粗糙 ，增大 了水流 阻力 ，使得 冷 却空 间 以及 有效 冷
０引 育
入一个 直径 为５ ． ５ ｍ 的 圆柱空 间，对气 体进行 数值模 拟 以观察 射流 的参数 。考 虑到喷 头为 ５ 孔 圆周 阵列 ，所 以取 １ ／ ５ 模型 ，观察 单个 拉瓦尔 孔的射 流 。 ２ ． １建模 设置
河北钢铁 集团宣化钢 铁公司钢炼钢 厂有２ 座１ ５ ０ 吨顶 底复吹转炉 ，
宣钢１ ５ ０ 吨转 炉 的有效 容积 直径约 为５ ． ５ ｍ ，假 设喷 头 出来 的气 体射 流进
参考 文献 ：
［ １ ］ 温 正、石 良辰 、任毅如 ，Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ 流体计 算应用 教程 ［ Ｍ ］ ． 北京 ：清华大
学 出版 社 ， ２ ０ ０ ９ ．
［ ２ ］ 王雅 贞、张岩 ，氧气项 吹转炉炼钢 工艺与设 备 ［ Ｍ ］ ． 北京 ：冶金工业 出 版社 ，２ ０ ０ １ ．
ｔ ／ ｈ
水 压
【 Ｐ ａ
平 均 出钢 量
ｔ
图 １ 新喷 头射 流速 度衰 减 图
图２ 旧 喷头射 流速 度衰 减 图
３ ５ ０ ０ ０
１ ２ ～１ ５
２ ７ ０ ， ３ ２ ０（ 标况） ≥１ ． ４
ｌ ６ ５
２ ． ２ ． ２ 冲 击面 积 的 变化 。 此锻 压 组合 Байду номын сангаас 氧枪 喷 头 呈５ 孔 圆 周均 布 ，根 据 空 气 动力 学 原 理 ， 当吹炼 枪 位 为硬 吹 高度 时 （ １ ． ４ 米 ）， 新喷 头 形 成 的 冲 击面 积约 为 １ ． ３ ｍ ｚ ，和 原喷 头冲 击面 积相 比增 加 了３ ０ ％ 。 ２ ． ２ ． ３冲 击深度分析 。根据炼钢生产过 程统计和经 验公式可 知，
原 喷头 小 ，大 幅减 少 了喷 溅 ，枪 龄大 幅度 提 高 ，生 产稳 定 ，取 得 了显 著 的 技术 经 济效 益 。
度 高 ，导热 性好 ， 导热性 比铸 造 喷头 提高２ Ｏ ． １ ％ 。 １ ， ３ ． ２ 一体 锻 压 。喷 头端 部锻 压为 专用 定制 模 具 ，将喷 头 端部 和喷 孔
速度 会 大 幅 降低 ： 当 冲击 深 度 和熔 池 深 度之 比大 于０ ． ７ 时 ，会 对 炉底 造 成 大 的损 伤 ： 当冲 击 深 度和 熔 池 深度 之 比等于 ０ ． ５ 时 ，是 最 为理 想 的 冶炼 条 件 。经测 算此 喷 头 比值 约 为０ ． ４ ８ ，是合理 的 。 ３小 结 宣钢 炼 钢厂 采用 锻 压组 合式 ５ 孔 氧枪 喷 头 ，该喷 头 端部 为无 氧铜 Ｔ Ｕ １ 材
扩 张段 一体 锻压 ，其 优 点是 端部 热影 响 区不会 有焊 缝 。 １ ． ３ ． ３ 内壁 光 滑且 薄 。铸 造喷 头 内壁 受铸造 工 艺 限制往 往 很粗 糙 ，无 法 进 行 加 工 。而 锻 压 组 合式 喷 头 内壁 已精加 工 处理 ，加 工 表 面 光滑 ，其
Ｒ ａ ＜ Ｏ ． １ ｕ ｉ ｌ ｌ ，对 氧 枪 循 环水 的 阻力 非 常 小 。其 次 ，在 满 足机 械 强 度 的 前提 下 ，壁厚 可 以适 当减小 ，这样 喷 头外 表面 的 热量 就 能更 快地 通 过 内表 面冷 却 水而 释 放 ，提高 了喷头冷 却 强度 。 ２喷头 射流 的 数值 模拟
主 要 参 数 ： 五孔 ， 圆 周 均布 ； 喉 口直 径 ４ ２ ｍ ｍ ； 出 口直 径 ５ ６ ｍ ｍ ： 喉 口长 度
ｌ Ｏ ｍ ｍ ；扩 张 段长度 ７ ０ ｍ ｍ ；喷孔 倾角 １ ５ 。。 １ ． ３ 锻压 式 氧枪 赜头 的 结构特 征 锻 压组 合式 氧枪 喷头 ，经钎焊 和 氩弧焊 焊 接成 型 。优点 为 ：
【 科技刨新论坛 】 § 骚■
宣钢１ ５ ０ 吨 转 炉 氧 枪 喷 头 优 化 改 造
邢 万 里
（ 河北钢铁集团 宣钢 公司 炼钢厂 河北 宣化 ０ ７ ５ １ ０ ０ ）
摘
要： 氧枪喷 头是转 炉氧 枪系统 中的关键部件 ，喷头 的参数直接影 响氧 枪的使用 性能 ，对 冶炼的技术 指标有着 直接而明显 的作用 。为从根本上 改善１ ５ ０ ｎ ￣ 转
１ ． ２工 艺参 数 考 虑 宣钢铁 水 磷含 量较 高及 供氧 强度 情况 ，为保 证快速 化 渣 、终 点成 分 命 中率 ，故 喷头 仍选 用五 孔 ，中心 倾 角调整 为 １ ５ 。。
以吨钢平 均氧消耗 ５ ３ ｍ ３ ／ ｔ ，单 炉 纯 供 氧 时 间 １ ５ ｍ ｉ ｎ 计 算 ，Ｑ 实
２ ． ２ ０ ２． ｏ ０ １ ． Ｂ ０ １ ． ６ ０ １ ． ４ ０
上 喷 头 的调 研 ，并 在 其他 钢 厂考 察分 析 后 ，决 定开 发锻 压组 合 式 五孔 氧枪
喷头 。
１ ． ４ Ｏ
童 Ｉ ＿ ２ ０
１ ． ０ ０ Ｏ ． ８ Ｏ
星 １ ． ２ ０
却 面 积减 小 ；三 是 晶粒 组织 粗 大 、砂 眼气 孔这 些 铸造 工 艺 的缺 陷 多； 四是 由于 喷头 使 用寿 命 短 ，使 生产 制造 成 本增 大 ，且 在 吹炼 过程 中 反 映出化 渣
２ ． ２ ． １射流 速度 衰 减现 象 。在相 同 吹炼 条件 下 ，新 旧喷 头射 流速 度衰
１ ． ３ ． １材质优 。此氧枪喷头端部和喷孔均选用无氧铜Ｔ Ｕ １ 材质 ，含铜
量 ３９ ９ ． ９ ６ ％ ，含氧 量 ≤２ ５ Ｐ Ｐ Ｍ ，铸造 喷 头 一般 含铜 量 ３９ ８ ． ８ ％。锻压 后 铜
的金 相 组织 为 孪 晶 ａ— Ｂ相 ， 具有 较 高 的塑 性 ，晶粒 度 可 达 ０ ． ０ ８ ｍ ｍ ，致 密
＝ Ｖ ／ ｔ ＝ ３ ５ ０ ０ Ｏ ｍ ０ ／ ｈ 。 （ Ｖ 代表 耗 氧量 ；ｔ 代表 单炉 供氧 时 间。 ） 根据 宣钢 实 际工 艺条件 ，确 定 新氧枪 喷 头 的出 口马赫 数 。氧枪 喷头 的
１ ５ ０ ｕ ￣ 转 炉 在 生 产 时 钢 液 平 均 深 度 约为 ０ ． ７ 米 ，而 新 喷 头 冲 击 深度 一 般 为 ０ ． ３ ５ 米 左 右 。实 践 研 究 表 明 ： 当冶 炼 时 氧 射 流对 熔 池 保 持 一 定 的 冲 击 深 度 ，其氧 气利 用 率与 脱 碳速 度将 表 现 良好 。事 实上 ，熔 池 深 度与 冲击 深 度 存在 着 一 定 比例 关 系 ， 当二 者 的深 度 之 比小 于 ０ ． ２ 时 ，氧 气 利 用 率及 脱 碳
炉氧枪 综合效果 ，宣钢公 司选取锻压组 合式氧枪喷 头这 一先进技 术装备 ，在满 足生产需 求的同时 ，有 效提高设 备使用效率和 寿命。
关键 词： 转炉；锻 压；氧枪 ；喷 头
中图分类号 ：Ｔ Ｆ ３ ４ １ １ 文 献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ６ ７ １ －７ ５ ９ ７（ ２ ０ １ ２ ）０ ３ １ ０ １ ７ ３ —０ １
料 ，其 先进 性 能 为： 导热 系数 高 ，致 密度 好 ， 内壁 光滑 ，喷头 冷却 条件 趋 于科 学 合理 ，较好 地 提 高了 喷头 的耐 用性 与 抗变 形 力 ，进 一 步 延 长了氧 枪 喷 头 的使用 寿 命 。新 喷头 的射 流 衰减 更 为合 理 ，在 达到 钢 液表 面 的速度 比
ｌ ｌ ０ Ｏ
１氯枪 喷 头工 艺参 数 １ ． １转 炉冶 炼工 艺条 件 （ 见 下表 ）
氧 气 流 量 纯 供 氧 时 间
Ｉ Ｔ ｌ ３ ／ ｈ ｍｌ ｎ
Ｏ ． ８ Ｏ ０ ． ６ ｏ ０ ． ４ ０
０ ． ２ Ｏ
０ ． ６ ０
０． ４ ０
冷 却 水流 量
减 图如 下 ：
２ ． ２ ０ ２ ・ ０ Ｏ ｌ ｔ ８ Ｏ
ｌ ・ ∞
不 良 ，易 发 生喷 溅 ，烧 蚀 烟 罩 严重 平 均枪 龄 仅 为２ ６ ０ 炉 ，难 以满足 现 实
生 产 需要 。 为改 进氧 枪性 能 ，延 长氧 枪喷 头寿 命 ，降低 成本 ，炼 钢厂 经过 对市 场
１ ＃ １ ５ ０ 吨 转 炉于 ２ ０ １ ０ 年ｌ １ 月投 产 ，并 配备 Ａ 枪 、Ｂ 枪 两 台 氧 枪 ，均 使 用 砂 型 铸造 式 五孔 喷 头 。该 铸造 氧 枪 喷头 受工 艺所 限 ， 生产过 程 中发 现 存在 如 下
通 过模 拟 采用 非 耦 合算 法 ， 由隐 式求 解 器求 解 ，进 而 采 用 Ｋ—ｅ湍流 模 型 。同 时， 设定 进 口边 界 、 出 口边 界 、温 度条 件 、壁 面条 件 及其 他 相关