喷头的合理结构是氧气转炉合理供氧的基础。氧枪喷头的计算,关键在于正确选择喷头参数。
(1)供氧流量计算。通过物料平衡计算能精确求得吨钢耗氧量,根据公式2-3-2计算供氧流量。对于中、小型转炉,以转炉炉役平均出钢量进行计算。
(2)理论氧压。理论设计氧压(绝对压力)是喷头进口处的氧压,是设计喷头喉口和出口直径的重要参数。在选择理论设计氧压时,考虑到氧流附面层的存在,喷头有效出口直径减少,会使实际的理论设计氧压大约降低0.049MPa左右。确定马赫数后,理论设计氧压可由公式计算,一般在0.7~1.0MPa为宜。
(3)喷头出口马赫数。马赫数的大小决定喷头氧气出口速度,即决定氧射流对熔池的冲击能力。选用值过大,则喷溅大,增大渣料消耗及金属损失,而且转炉内衬及炉底易损坏;选用值过小,由于搅拌减弱氧的利用率低,渣中TFe含量高,也会引起喷溅。当Ma>
2.0时随马赫数的增长氧气的出口速度增加变慢,要求更高理论设计氧压,这样在技术上不够合理,经济上也不合算。
目前国内推荐Ma=1.9~2.1。大于120t转炉,Ma=2.0~2.1。
(4)喷孔夹角和喷孔间距。喷头孔数和夹角之间的关系可参考表2-3-5数据选用。表2-3-5喷头孔数与夹角的关系
孔数 | 3 | 4 | 5 | >5 |
夹角p/(。) | 9-11 | 10-13 | 13-16 | 16-17 |
喷孔之间间距过小,氧气射流之间相互吸引,射流向中心偏移,从而影响每股射流中心速度的衰减。因此在喷头端面,喷孔中心同喷头中心轴线之间的距离保持在(0.8)1.
0)!出(!出为喷孔出口直径)较为合理。
(5)喷头喉口的氧流量公式:
式中"-#—$—
&0一
%喉一
-氧气质量流量,kg/s;
-常数,双原子气体取值为1.4;-气体常数,259.83m2/(s.K);-氧气滞止温度,K;
一喉口总断面面积,m2;
P0
-理论设计氧压(绝对),MPa。
若质量流量的单位换算为标态下m3/min,则体积流量?为:
I#+1
w%喉P0
601.43
iK+
IK+1/
式中Q氧流量(标态),m3/min;
1.43——氧气密度(标态),1.43kg/m3;
601
Q
1•
.43V259•83、K+
i)6
(2
5)
=1•782^^^(mVmin)
!&0
必须指出,氧流量(()公式是根据等熵流导出的喷头流量公式。实际氧气流通过时必定有摩擦,不能完全绝热,因此应乘以流量系数CD加以修正。
%喉户0
Q实=1•782Cd6
(2
6)
式中
(实-
P0—
_实际氧流量(标态),m3/min;
-论设计氧压,MPa;
T0——氧气滞止温度K,一般按当地夏季温度选取,
r0=273+(20~30>";
CD——喷孔流量系数,CD=0.90~0.96。
(6)喉口段长度的确定。喉口段长度的作用一是为稳定气流,二是为加工方便,喉口段长度推荐为5~40mm较为适合。
(7)收缩段尺寸的确定。每孔收缩段的半锥角卩希望值为18。~23。,最大不超过30°。收缩段的长度L=(0.8~1.5)'喉。(2-3-7)收缩段人口处的直径,为喉口直径的2倍左右。
(8)扩张段的扩张角与扩张段长度。每孔扩张段的扩张角一般取8。~10。,半锥角《为4。~5。。
扩张段长度L可由计算公式求得:
%='出_'喉
2tana
扩张段长度也可由经验数据选定,即:
!1.2)1.5
'出
喷头计算实例如下:
计算120t转炉用氧枪四孔喷头主要尺寸。
(1)计算氧流量。转炉吨钢氧耗量(标态)取55m3/t,吹氧时间取16.5min。根据公式2-3-2计算氧流量(标态):
+=5518^^20=400(m3/min)
(2)选用喷孔出口马赫数。选定马赫数Ma=2.0,四孔喷孔与中心线夹角为12。。
(3)理论设计氧压。理论氧压应根据表2-3-6等熵流确定。
表2-3-6等熵流表
Ma | -/^0 | ##0 | T/T0 | 0/00 |
1.80 | 0.1740 | 0.2868 | 0.6068 | 1.430 |
1.83 | 0.1662 | 0.2776 | 0.5989 | 1.472 |
1.85 | 0.1612 | 0.2715 | 0.5936 | 1.495 |
1.88 | 0.1539 | 0.2627 | 0.5859 | 1.531 |
1.90 | 0.1492 | 0.2570 | 0.5807 | 1.555 |
1.93 | 0.1425 | 0.2486 | 0.5731 | 1.593 |
1.95 | 0.1381 | 0.2432 | 0.5680 | 1.619 |
1.97 | 0.1339 | 0.2378 | 0.5630 | 1.646 |
1.99 | 0.1298 | 0.2326 | 0.5589 | 1.674 |
2*00 | 0.1278 | 0.2300 | 0.5556 | 1.688 |
(2-3-8)
(2-3-9)
Ma | p/%0 | p/p0 | T/T0 | '/'0 |
2.03 | 0.1220 | 0.2225 | 0.5482 | 1.730 |
2.05 | 0.1182 | 0.2176 | 0.5433 | 1.760 |
2.07 | 0.1146 | 0.2128 | 0.5385 | 1.790 |
2.10 | 0.1094 | 0.2058 | 0.5313 | 1.837 |
2.30 | 0.07997 | 0.1646 | 0.4859 | 2.193 |
表中Ma——马赫数;
%——出口氧压,MPa;
#0理论设计氧压,MPa;
p——喷孔出口氧气的体积密度,kg/m3;
P0——进入喷孔前氧气的体积密度,kg/m3;
&——喷孔出口氧气的温度,(;
&0氧气滞止温度,(;
'喷孔出口总断面面积,2#;
A0——喷孔喉口总断面面积,2#。
查等熵流表,当Ma=2.0时,APo=0.1278。
#=0.1015MPa;
#0=0-$iH5x10+=0.79x106Pa。
(4)计算喉口直径。喉口直径根据公式2-3-6计算。
每孔氧流量(标态)*t=-+4=44°=100(m3/min),
1'喉P0
*=1•782x~——
!&0
令CD=0.93,&0=273+25=298K,p。=0.79MP/,代入上式:
兀.喉0.79x10+
100=1.782x0.93x—r~x~
4!298
.2=100x4x!98=6905.0706
喉=1.782x0.93x3.1416x0.79x10+=4113093.93
=0.0016788(m2)=16.788(cm2)
贝ljd喉=41mm
(5)喷孔喉口长度的确定。喉口直线段I=10mm。
(6)计算出口直径。依据Ma=2.0,查表2-3-6得'出/'喉=1.688,
4^冗.喉^,nn3.1416x41r~ft7、
'出=1.688x4=1.688x4=2228.5(mm)
7/4X2228.59_心、
!出!!—31416—=53-^mm;
(7)收缩段的长度:
"收=1.2X!喉=1.2x41=49.2(mm)"49(mm)
(8)计算扩张段长度:
取半锥角为5。,则:
tan5°=532241
"=53—41=68.58(mm)»68(mm)
2tan5°
计算结果四孔喷头主要尺寸为:喉口直径为41mm,出口直径为53.3mm,喉口直线段长度为10mm,收缩段长度为49mm,扩张段长度为68mm,扩张角为10°,四孔喷孔与中心线夹角为12。。