100t转炉氧枪的优化设计.doc

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100t转炉氧枪的优化设计
摘要本文以水钢100t转炉氧枪为研究对象，利用氧枪设计经典理论，结合水钢现生产工艺，通过设计计算研究得，水钢现氧枪在提高转炉冶炼节奏，缩短供氧时间，提高供氧强度方面已不能满足生产的需要。为此，研究以氧枪设计经典理论为基础，紧密结合水钢生产实际，以氧枪设备参数设计为研究切入点，进行新氧枪的设计。并利用Fluent软件对氧枪射流流场及射流与熔池的作用情况进行了模拟验证。研究表明，氧枪参数即当喉口直径为36.8mm，出口直径为46.7mm时，满足生产的要求。
关键词转炉炼钢氧枪冲击深度氧压压力

OptimizationandDesignof100tBOFoxygenlance
WeiXinyan1ZhuRong1LiuLide2ZhangDongsheng2YangChangtao2LiuFuhai1
（1：SchoolofMetallurgicalandEcologicalEngineering，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083，China；2：ShougangShuichengIron&steelCo.,Ltd.，GuizhouShuicheng553028，China）
ABSTRACTThispaperaimsatdoingresearchon100toxygenlance.Combinedwithproductiontechnologyofshuigangnow,throughthedesigncalculationwiththeclassicaltheoryoflancedesign,itshowsthattheoxygenlanceusedinShuichengsteelmakingplantnowcannotmeettheneedofproductioninimprovingsmeltingrhythm,shorteningoxygentimeandenhancingoxygenintensity.Therefore,onthebasisofclassicaltheoryoflancedesign,thenewoxygenlancewasdesigned,combiningwithactualproductioncloselyandtakinglancedeviceparametersasentrypoint.Atthesametime,somesimulationsweremadebythesoftwareFluenttoverifytheeffectthatlancemakeonthejetflowandinteractionbetweenjetandpool.Studieshasshownthatthelancecanmeettheneedofproduction,whenthethroatdiameteris36.8mm,andoutletdiameter46.7mm.
KEYWORDSBOFsteelmakingOxygenlanceImpactingdepthOxygenpressure
1.前言
氧枪是转炉炼钢最重要的供氧设备，利用它将高压氧气喷入熔池中，完成脱碳、升温及去夹杂反应。喷头是氧枪的核心部件，喷头参数的改变将直接影响氧枪的使用性能与技术指标。水钢炼钢厂在转炉冶炼中出现了氧气消耗大、供氧强度小、喷头使用寿命较低、冶炼周期长等问题。初步分析认为，氧枪喷头参数的不合理和转炉部分操作参数的不正确是导致上述问题的重要原因。
2原氧枪参数计算
为了探究原氧枪问题所在，对原氧枪和原操作条件下转炉的各项指标进行计算分析。
表1原氧枪参数表
马赫数喷孔数喷孔夹角喉口直径
（mm）出口直径
（mm）氧流量
（Nm3/h）氧压
（MPa）2.0412.5°3646.515000-180000.8-0.92.1氧流量
氧枪马赫数为Ma=2.0，查得P/P0=0.1278；取炉膛压力P=0.103MPa，则总压：P0=0.103/0.1287=0.800MPa。根据下面公式[1]可计算氧流量：

式中：q为单孔氧流量（标态），m3/min；CD为喷孔流量系数；A喉为喉口面积；P0为绝对氧压，MPa；T0为氧气滞止温度，K。
代入计算得，四孔枪头总流量Q=q×4×60=18804m3/h
厂方目前实际生产氧流量15000-18000m3/h，比设计流量低。可见氧枪未充分利用，还有较大的利用空间。氧流量太小会延长吹炼时间，降低生产率。为缩短冶炼周期，需提高供氧流量，以加快气流与钢液的反应。但流量也不可以过度提高，因为随着氧流量的增加，中心管氧速也会增大。计算可知，当流量提高到20000m