复吹转炉氧枪喷头优化研究

希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 授课：XXX 复吹转炉氧枪喷头优化研究 高文芳 张剑君 陈 钢 易卫东 （武汉钢铁（集团）公司） 李 强 邹宗树 （东北大学）

摘 要： 介绍了装入量为125吨复吹转炉的氧枪喷头参数设计、水模型实验及生产试验情况。研究结果表明：优化设计的五孔氧枪的供氧能力明显增强，且吹炼过程平稳，成渣快，喷溅少。可以满足转炉扩装后的冶炼操作。 关键词： 转炉 氧枪喷头 水模型实验 生产试验

Optimization of Oxygen Lance Nozzle for BOF GAO Wenfang ZHANG Jianjun CHEN Gang YI Weidong Wuhan Iron & Steel (Group) Corp. LI Qiang ZOU Zongshu Northeast University

Abstract： This paper describes the parameter design, water model test and production test of the optimized of the oxygen lance nozzle for the 125t BOF . Results indicate that the optimized 5-hole lance shows much better oxygen supply capacity. The blowing process remained stable, and the slag formed quickly, with little splashing, sufficient for the smelting operation of the enlarged converter. Key words: Converter; oxygen lance nozzle; water model test; production test

为适应武钢一炼钢转炉装入量由100吨扩装到125吨后的吹炼要求，进一步强化脱磷效果，对氧枪喷头进行了优化设计及试验研究。

1 水力模型实验 1.1 试验装置 实验模型与武钢一炼钢转炉的几何相似比为1 6。采用有机玻璃制作而成。实验装置见图1。 1.2 试验方案 新氧枪的设计思路是：将氧枪喷头孔数由四孔增加为五孔，不改变原枪头的喉口直径，增加出口面积，适当提高出口马赫数，加大中心夹角。目的是在保证氧气流量不变前提下，提高出口速度和氧气射流对熔池的冲击能力，以强化吹炼强度，优化冶炼效果，缩短冶炼周期。氧枪喷头试验参数见表1。 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！

授课：XXX P

空气压缩机储气罐安全阀安全阀旋拧阀流量计流量计P旋拧阀转炉顶吹气体

底吹气体水 PH计函数记录仪油水分离器

压力表压力表

图1 水模实验装置图 表1 氧枪喷头试验参数 喉口直径 mm 出口直径 mm 中心夹角 ° 马赫数 - 枪头喷孔数个 原喷头 38 49 12 1.98 4 新方案1 38 51.5 12 2.1 5 方案2 38 51.5 14 2.1 5 方案3 38 51.5 16 2.1 5

1.3 供气量计算 为了保证模型和原型的动力相似，主要保证模型的修正Froude准数Frm 与原型的修正Froude准数Frm’ 相等。 顶吹供气量：

gdVFFsgrmrm2'

（修正的佛罗德准数）

实模模gdVgd

V

sOOwa



22

22

2121)()(VV22实模模ddsawOO

1684.04082.04126.0)61()700020.1100043.1(2121＝

上式中：希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 授课：XXX a―——实验室气温20℃时的空气密度，1.2 kg/m3；

2O———标态下氧气的密度，1.43 kg/m3；

w———水的密度，1000 kg/m3;

s——— 钢水密度，7000 kg/m3;

g ———重力加速度，9.81 m/s2;

实模、dd——分别为模型和实际转炉的喷枪出口直径，单位mm；

实模、VV——分别为模型和实际转炉喷枪出口的气流名义速度，单位m/s；

又： 3600)4(2模模πndVQa

3600)4(222实πndVQOO

式中 n为喷孔数目； 2OaQQ、为模型及实际的供气量，NM3/h；

2))((22实模模ddVVQQOOa

004678.0)61(1684.02 经计算模型与原型氧枪供气流量如表2所示。

表2 原型与模型氧枪供气流量 气体流量（ NM3/h） 原 型 25200 26200 27200 28200 29200 模 型 117.3 121.9 126.6 131.2 135.9

底吹供气量：

gdVFFsgrmrm2'

（修正的佛罗德准数）

'2N222实’模

模gdVgd

V

sNwa





2N———标态下氮气密度， 1.25kg/m3;希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 授课：XXX 21''21')()(VV22实模模ddsawNN

21'

'

21''21)(386.0)()700020.11000251.1(实模实模dddd



3600)4(2'1''模模πdnVQa

3600)4(2'2'22实πdnVQNN

式中n1、n2分别为模型和实际的底枪供气量，单位Nm3/h；

'aQ、2NQ分别为模型和实际的底枪小孔气流名义速度，单位m/s； '模d、'实d分别为模型和实际的底枪小孔直径，单位mm； 实际参数： 底部供气元件4块，内径φ2，外径φ4

2''2121'

''

))(()(386.02实模实模ddnnddQQNa

212

1)61)(6()61(386.0n

0278.06167.0408.0386.0 00438.0

经计算模型与原型底吹气体流量如表3所示。 表3 模型与原型底吹气体流量 底吹气体流量（ NM3/h） 原型 180 205 230 255 280 340 445 模型 0.79 0.90 1.00 1.11 1.22 1.48 1.94

1.4 氧枪枪位和中心夹角 氧枪喷头中心夹角、枪位及顶、底部供气量与混匀时间关系见图2、3、4。希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！

授课：XXX 图2 中心夹角12º条件下，熔池混匀时间、枪位及底部供气量之间的关系 图3 中心夹角14º条件下，熔池混匀时间、枪位及底部供气量之间的关系 图4 中心夹角16º条件下，熔池混匀时间、枪位及底部供气量之间的关系 图2，图3和图4给出了在底吹供气量一定的条件下，12º、14º和16º三种中心夹角不同的氧枪，混匀时间与枪位的关系。由图2，3可知中心夹角为12º和14º时，随着枪位的提高，混匀时间均出现了极小值，这说明在低枪位时，虽然氧气动量较大，但是其作用范围较小，熔池的混合不能在较大范围内进行。吹炼过程中有部分动量被反弹，且夹角越小，反弹越强。而夹角为16º时，在同样的试验条件下，枪位提希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 授课：XXX 高，混匀时间随之延长，没有出现最小值。这说明氧枪喷头的中心夹角加大后，不仅氧气射流对溶池的作用范围扩大，而且吹炼过程溶池活动平稳。分析认为：中心夹角为14º，枪位为希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！

授课：XXX 233mm时，溶池的综合混匀效果最佳。与文献[1]介绍的五孔氧枪喷头中心夹角的临界效应角为12.8-15°非常一致。 1.5 氧枪气体流量 图5给出了在底吹布置模式一定的情况下，氧枪顶吹气体流量，底吹气体流量和和混匀时间的关系。底吹气体流量为0时表示的是仅有顶吹的情况。由图5可见复吹转炉的搅拌效果明显的优于顶吹转炉的搅拌效果。在底吹气体流量不大于1.22Nm3/h条件下，混匀时间随着底吹气体流量的增加而缩短。但在超过某一临界值时，混匀时间反而变长。试验观察发现：当底吹流量大于1.22Nm3/h时，熔池晃动明显增强，飞溅和喷溅增多。底吹气体流量小于1.0时处于冒泡区，1.0~1.22处于过渡区，大于1.22时形成射流。所以为了取得最优的搅拌效果，底吹流量应取临界值。从图还可以看出：随着顶吹流量的增加，熔池的混匀时间并没有单调的递减，而是在顶吹126.6Nm3/h时，得到了较低的值，说明顶吹126.6Nm3/h时，溶池的搅拌效果是较佳。

图5 底吹布置模式一定的条件下，底吹和顶吹气体流量对混匀时间的影响 1.6 试验结果 设计的新型5孔氧枪喷头的中心夹角为14°、枪位为233mm（1.4m）、顶吹流量126.6Nm3/h(27200 Nm3/h)、底吹流量1.22Nm3/h（280 Nm3/h）条件下，溶池混匀时间最短，搅拌效果最佳。

2 生产应用效果分析 2.1 主要冶炼指标 优化设计的五孔氧枪的供氧能力明显增强，吹炼过程平稳，成渣快，喷溅少。可以满足转炉扩装后的冶炼操作。与四孔氧枪主要冶炼指标对比见表4 由表4可以看出：五孔氧枪的氧气耗量平均增加了244 Nm3，吹炼时间平均减少了114秒，说明冶炼强度明显增强。出钢[P]、 [S] 及炉渣控制水平也都明显优于四孔氧枪。达到了强化吹炼强度，优化冶炼效果，缩短冶炼周期的目的。 由表4还可以看出：采用五孔氧枪冶炼时，由于五孔氧枪的氧气射流与钢液面的接触面积增大，整个吹炼期间耗氧量增大。使钢中[C] 、[Mn]的氧化比四孔氧枪严重。这一点可以通过采用优化吹炼工艺的方法，将[C] 、[Mn]控制在比较经济的指标之内。