氧枪喷头计算.doc

3喷管尺寸计算及模型建立
在数值模拟中要对氧枪射流流动状况进行计算，首先要生成相关计算区域的网格。这需要先对所研究内容的进行几何建模，即将描述氧枪射流的几何尺寸信息用软件绘制出来，然后将这些几何信息传递到网格生成软件中生成所需要的计算网格。几何建模是根据网格生成软件的需要而进行，即给出的数据格式要符合网格生成软件的需要。
3．1氧枪喷头设计
（2）选取喷孔出口马赫数
Ma选取2.01。
（3）理论设计氧压
理论氧压应根据查等熵表来确定。查等熵流表，当Ma=2.01，
p/=0.12583，p=0.101325Mpa，则，==0.79284Pa
（4）计算喉口直径
令=0.93，=273+27=300K，=0.79284MPa，由公式：1.7820.93
得：d喉=20mm
（5）计算出口直径
依据Ma=2.01，查等熵流表得=1.7017
=（=35=26mm
（6）收缩段长度：
=1.2=24mm
（7）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，应取较大的张角，半角定为5度。
=（26-20）/2tan=34mm
（8）喷嘴喉口长度的确定
=2mm
（9）收缩段入口直径
取收缩段的半锥角为
=则=26mm。
3氧枪喷头的设计
3.1喷孔数目和类型选择
喷孔数目的选择以有利于快速成渣和改善热效率为基本原则。文中主要以研究熔池内氧气射流与熔池的相互作用为主要目的，为了获得更加直观明显的模拟效果，同时为保证装入量增加后仍然满足纯供氧时间的要求，选择3孔氧枪喷头。
3.2马赫数的选择
国内钢厂多数采用马赫数为1.97到2.05之间，欧美的钢厂通常选用较高的马赫数。如果采用马赫数过低，则氧气出口速度小，氧气射流动能低，对熔池的搅拌能力较弱，氧的利用率低，渣中氧化铁含量过高，容易引起喷溅，此时如果在用较低的枪位则要降低氧枪寿命。从提高氧气射流的冲击能力考虑，希望采用较高的马赫数，但是马赫数过大需要高压管线设施，相对投资较大，且反应激烈，操作难度大，产生喷溅的危险增大，并易损坏转炉炉衬和炉底。根据输氧管道压力和转炉的大小，马赫数取2.01。
3.3计算工况氧压Po
查等熵流表，当马赫数取2.01时p/=0.12583，式中P出为喷孔出口压力，由于喷孔出口压力近似于大气压力，所以P出=0.102MPa，则，==0.79284Pa，工况氧压也即是喷头氧气滞止压力，大于此压力氧气在出口处可获得完全膨胀的超音速射流。
喷头选定工作氧压为0.8MPa，故喷头在此压力下工作时，可获得完全膨胀的超音速射流，该射流具有较大动能，有利于熔池搅拌。
3.4计算氧流量Q和供氧强度I
吹炼1t金属料所需要的氧气量，可以通过计算求出来。其步骤是：首先计算出熔池个元素氧化所需要氧气量和其他氧气量，然后再减去铁矿石或氧化铁皮带给熔池的氧量。
吹炼钢种以Q235B为例，金属装入量中铁水占90%，废钢占10%，渣量是金属装入量的7.78%；吹炼过程中，金属料中90%的碳氧化生成CO、10%的碳氧化生成CO2。
（1）供氧量：单位时间的供氧量决定于供氧强度和炉容量，而供氧强度则与铁水成分、炉容比和炉容量有关。铁水含硅，磷高时，供氧强度应降低，以免太喷溅影响尽速收得率，同理，供氧量的精确值只有通过物料平衡才能求得。它与吨钢耗氧量、出钢量和吹氧时间的关系可用下式表示：

据物料平衡计算得，每吨金属氧耗量为45.67，氧气利用率取87%，氧气纯度为为99.5%，金属收得率为90%，则转炉吨钢氧耗量由计算可得，约为58m3/t，若吹氧时间取16min，则每一孔氧流量为24.4/min
3.5氧枪喷头的主要尺寸设计
3.5.1喉口直径D喉
由氧流量公式Q=64.3236×Po×A喉
式中：A喉——喉口截面积
得出D喉=35mm
3.5.2出口直径D出
根据M=2.01，查等熵流表，得A出/A喉=1.7017
式中：A出——出口截面积
得出D出=34.8mm