氧枪喷头的主要尺寸是如何计算和确定的? 转炉氧枪喷头

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#;

氧枪喷头的主要尺寸是如何计算和确定的? 转炉氧枪喷头

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。。

  

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