萊鋼50t轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭的優(yōu)化和應(yīng)用.doc

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1、冶金之家網(wǎng)站萊鋼50t轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭的優(yōu)化和應(yīng)用李俊(山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司，菜蕪271126)摘要：為解決萊鋼50t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐使用氧槍過程中存在的噴濺嚴(yán)重、化渣差及冶煉時(shí)間短等問題，對(duì)氧槍噴頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)并改造，冶煉操作效果良好。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐；氧槍噴頭；優(yōu)化設(shè)計(jì)0前言氧槍噴頭是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，它的作用是最大限度地把氧氣的壓力轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，獲得超音速流股，借此向熔池供氧并攪拌熔池，以達(dá)到冶煉目的。萊鋼股份有限公司煉鋼廠50t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐自投產(chǎn)以來，一直使用供氧強(qiáng)度為4．8m3／(t·min)的三孔槍，該槍在使用過程中存

2、在噴濺嚴(yán)重、化渣差及冶煉時(shí)間長等缺點(diǎn)。所以對(duì)三孔氧槍噴頭進(jìn)行改造，選用四孔拉瓦爾噴頭后，很好地解決了萊鋼噴濺率高、鋼鐵料消耗高和冶煉周期長等問題，取得了良好的冶煉操作效果。1氧槍噴頭的優(yōu)化設(shè)計(jì)1．1噴孔傾角的確定氧射流從多孔噴出時(shí)是多股的，每一股氧流在與其他各流股相接觸以前，保持著自由流股的特性。當(dāng)各流股接觸后，開始了動(dòng)量的交換、互相混合，最后當(dāng)多流股匯合成一股氧流時(shí)，就形成了單流股。若噴頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，多股氧射流過早匯合，就與單個(gè)自由流股一樣，減少了對(duì)熔池的沖擊面積，對(duì)吹煉不利。因此，在設(shè)計(jì)多孔噴頭時(shí)，就要合理確定氧槍噴

3、頭的每一個(gè)拉瓦爾噴孔與氧槍中心軸線的夾角，保證各股氧流在達(dá)到熔池液面以前基本上不匯合，這樣就能充分發(fā)揮多孔噴頭的優(yōu)越性。多孔噴頭的射流流股是否發(fā)生匯交是以效應(yīng)角θ為界：大于θ，各個(gè)流股就很少匯交；小于θ，就必定匯交。而效應(yīng)角θ與噴孔數(shù)目有關(guān)，并隨噴孔L數(shù)目的增加而增大[1]，如圖1所示。效應(yīng)角θ與噴孔傾角α的相關(guān)方程為：Sinθ=sinα×sin180°／n(1)式中：θ為臨界效應(yīng)角(7．5°～9°)；α為噴孔傾角；n為噴孔數(shù)目。則四孔噴頭的傾角α在10．2°～12．8°?？梢妼?duì)于四孔噴頭來說，能保證傾角大于10．2°，就能

4、滿足射流不交匯的要求。結(jié)合50t轉(zhuǎn)爐爐型為瘦高型，保證射流不沖刷爐壁，兼顧沖擊面積，增加初期渣的反應(yīng)，孔傾角可以取大一些。綜合考慮，取四孔噴頭傾角α=11°。1．2赫數(shù)的選擇馬赫數(shù)(M)是設(shè)計(jì)噴頭的一個(gè)重要參數(shù)。M的大小決定了氧氣流股的出口速度(V出)的大小，即決定了氧氣流股對(duì)熔池的沖擊能力的大小。M過大，流股對(duì)熔池的沖擊能力越大，會(huì)導(dǎo)致噴濺嚴(yán)重；M過小，又會(huì)使熔池得不到良好的攪拌。P設(shè)冶金之家網(wǎng)站為設(shè)計(jì)操作壓力。為使吹煉過程保持平穩(wěn)，研究了M與(P設(shè))和(M出)三者之間的關(guān)系，如圖2所示。從圖2可以看出，M—P設(shè)和M—M出

5、兩條曲線都是隨著M的增大而單調(diào)增大的，但是兩條曲線的斜率不相同，因此在兩條曲線的斜率均相對(duì)較小范圍內(nèi)選擇[2]。圖3是噴頭馬赫數(shù)與操作壓力的關(guān)系。由圖3可知，當(dāng)M>2．2以后，隨著馬赫數(shù)的增大，實(shí)際工況壓力卻增加很快；當(dāng)M<1．8時(shí)，曲線斜率較大，表明操作壓力稍有變化就會(huì)使實(shí)際的馬赫數(shù)急劇變化，對(duì)射流特性影響較大。過高的馬赫數(shù)需要高壓管線設(shè)施，相對(duì)投資較大且反應(yīng)激烈、操作難度大；而馬赫數(shù)過小，則輸氧管線的氧壓沒有被充分利用，也不經(jīng)濟(jì)。綜合考慮，馬赫數(shù)M=1．92為最佳。1．3噴頭喉口直徑及出口直徑的優(yōu)化1．3．1計(jì)算工況氧壓

6、P。查等熵流表，當(dāng)M=1．92時(shí)，P出／Po=0．14469。由于爐膛壓力近似于大氣壓力，所以P出=0．102MPa。則Po=0．704MPa，約為7．2kg／cm2。1．3．2計(jì)算氧流量Q由Q=噸鋼氧耗×出鋼量×60／純供氧時(shí)間，得出：Q=12692Nm3／h，供氧強(qiáng)度為4．5Nm3／(t·min)。1．3．3計(jì)算喉口直徑D喉由氧流量公式Q=64．3236×Po×A喉，其中A喉為喉口截面積，得出D喉=26．3mm。1．3．4計(jì)算出口直徑D出根據(jù)M=1．92查等熵流表，得出A出／A喉=1．5804，其中A出為出口截面積，得出

7、D出=33．9mm。1．4噴頭參數(shù)比較經(jīng)過多次試驗(yàn)，結(jié)合萊鋼自身的工況條件，與三孔氧槍對(duì)比再次進(jìn)行修改后最終確定氧槍參數(shù)，參數(shù)對(duì)比如表1所示。冶金之家網(wǎng)站2氧槍優(yōu)化效果2．1過程控制更加平穩(wěn)四孔噴頭冶煉的500爐中有413爐一次拉碳(占82．6％)，有72爐一次補(bǔ)吹，15爐兩次補(bǔ)吹。由此說明四孔冶煉操作終點(diǎn)C—T協(xié)調(diào)一致，操作平穩(wěn)，一次補(bǔ)吹率由76．43％提高至82．36％。2．2脫磷效率進(jìn)一步提高四孔氧槍設(shè)計(jì)注重化渣，在前期為去磷提供條件。統(tǒng)計(jì)2000爐數(shù)據(jù)表明，脫磷率比三孔氧槍提高了6．47％。2．3濺渣效果好，節(jié)約了氮

8、氣及耐材消耗整體化渣效果好，過氧化爐次減少，四孔槍能夠快速使?fàn)t渣冷卻并均勻附著在爐襯上。6個(gè)月的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，濺渣時(shí)間由100s降至85s，平均縮短15s／爐，節(jié)約氮?dú)?．1m3／t鋼，綜合耐火材料由三孔槍的0．43kg／t鋼降至四孔槍的0．24kg／t鋼。2．4金屬收得率提高在使用四孔氧