CN103993127A - 一种具有集中流束的氧枪喷头 - Google Patents

Abstract

一种具有集中流束的氧枪喷头，属于转炉氧枪设备技术领域，用于改善转炉顶吹氧气炼钢的指标。其技术方案是：它的4个氧枪喷孔环绕喷头端面中心均匀分布，分布圆直径为140-150mm，喷头喷孔夹角为11.5°-13.5°。本发明改变了氧枪喷孔分布圆直径和氧枪喷孔夹角，获得了更为集中的氧气射流，4个流束组成的冲击区总散热面积小、反应点集中，具有快速进入C-O反应期、煤气回收量大、钢水余锰高、对炉衬侵蚀均衡、钢铁料消耗低等优点，同时因流束集中，在吹炼过程其枪位较常规氧枪高，远离反应区，大大降低了喷头侵蚀或烧损的风险，延长了喷头使用寿命。

Description

一种具有集中流束的氧枪喷头

技术领域

本发明涉及一种氧气顶吹转炉炼钢的供氧设备中的氧枪喷头，属于转炉氧枪设备技术领域。

背景技术

在氧气顶吹转炉炼钢中，氧枪喷头是构成氧枪的中心环节，在转炉吹炼期间，氧枪喷头产生的氧气射流不但参与熔池内渣-钢间的氧化还原反应，也提供熔池搅拌动力，对熔池内反应热力学及动力学条件有重要影响。喷头设计理念及参数是否合理，造成冶金效果差异较大，不仅直接影响着转炉各项经济技术指标，也影响着氧枪喷头的使用寿命。

常规4孔氧枪喷头的设计理念更多的强调冲击面积和化渣效果，因而一方面4个喷孔的分布圆较大，另一方面喷孔夹角也较大，该类氧枪喷头的特点为化渣迅速，渣中FeO含量相对较高，能保持较好的去磷效果，但带来的以下弊端也不容忽视：

（1）4个流束冲击点较分散，虽然供氧面积较大，但遇到冶炼低温铁水或废钢量较大、熔池温度较低时，大面积吹氧造成升温缓慢，不能迅速提高熔池温度，因而进入C-O反应期的速度慢，容易使前期渣中FeO集聚，造成前期流黑渣甚至喷溅难以抑制。

（2）冶炼前期熔池温度较低，升温慢，进入C-O反应期时间晚，此期间反应生成的低含量煤气被迫放散到大气中，不仅煤气回收量小，资源回收利用率低，而且造成CO污染。

（3）渣中FeO较多，导致钢水氧化性强，钢水终点余Mn低，钢中O含量高，造成合金料消耗较高。

（4）因冲击流束分散，钢水受流束搅动后对炉墙及炉墙与炉底接缝位置的冲刷较重，炉役后期护炉任务更为繁重，造成转炉耐材消耗高、经济炉龄低。

（5）冲击流束分散造成正常操作条件下，氧枪喷头距熔池液面较低，喷头更容易受高温钢水侵蚀，喷头寿命受影响，另外进行终点压枪操作时，喷头所处的工作条件更恶劣，造成喷头寿命普遍较低。

（6）、渣中FeO较多，且难以单纯靠操作来抑制渣中FeO含量，造成钢铁料消耗较高。

集束氧枪是一种新的氧枪，集束氧枪的原理是在传统氧枪喷头周围增加外层环绕伴随流，使中心超音速射流扩展及衰减更小，超音速射流更长，提高氧气射流对熔池的穿透深度及搅拌强度，同时由于射流速度衰减延缓，可提高氧枪的吹炼枪位，而不影响射流对钢液的冲击深度。目前，基于集束氧枪减少射流衰减的设计思路对氧枪的发展起到了很好的作用，启发技术人员开阔思路，研制出新的氧枪喷头。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有集中流束的氧枪喷头，这种氧枪喷头在流束冲击区内具有更高的熔池温度，特别当铁水温度低或废钢量大时，该氧枪喷头具有喷溅率低、钢铁料消耗低、喷头寿命长、终点钢水余锰高、煤气收得率高等优点。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种具有集中流束的氧枪喷头，它的结构中包括外焊管、中焊管、内焊管、喷头端面及氧枪喷孔，中焊管与内焊管之间为冷却水输入通道，外焊管与中焊管之间为冷却水输出通道，环绕喷头端面中心均匀分布4个氧枪喷孔，其改进之处是，氧枪喷孔分布圆直径为140-150mm，氧枪喷孔夹角11.5°-13.5°。

上述氧枪喷头，喷孔的喉口直径控制在38-39mm，出口直径控制在48-55mm。

本发明的有益效果是：

本发明利用了微集束的理念，通过缩短喷孔分布圆直径、优化氧枪喷孔夹角等参数，取得了显著的使用效果，经过近10万炉生产实践，本发明的优越性充分体现在如下方面：

（1）在抑制前期喷溅和流黑渣方面：未出现过前期流黑渣和喷溅的情况，甚至在冶炼低于1250℃的低温铁水时，由于反应区内温度损失小，升温较快，吹炼平稳，解决了常规氧枪喷头在冶炼低温铁水时前期流黑渣和喷溅严重的难题，原料适应能力大大提高。

（2）在煤气回收量方面：使用集中流束氧枪喷头能尽快进入C-O反应期，在吹炼1min20s至2min左右即可达到煤气回收标准，煤气回收时间大大提前，在正常吹炼条件下，煤气回收量保持在150Nm³/t左右，回收量较大时能达到160Nm³/t，居于国内领先水平。

（3）、提高钢水终点余Mn方面：使用本发明氧枪喷头后，由于钢水氧化性弱，钢水终点余Mn高，一般保持在0.13%左右，铁水中Mn回收率保持在40%-50%水平，明显高于其他使用常规氧枪喷头的企业，比使用常规氧枪喷头多节省合金料约1kg/t。

（4）炉衬侵蚀方面：由于冲击流束集中，钢水的搅动区域远离炉墙及炉墙与炉底接缝位置，对炉衬的冲刷较轻，获得了理想的“U”型炉底，经过5个炉役生产实践，经济炉龄均保持在20000炉左右，炉衬侵蚀均衡，特别是从未出现过常规氧枪易见的炉底炉身接缝处侵蚀。

（5）在提高枪龄方面：氧枪喷头夹角小、冲击流束集中，氧气流束衰减小，因而在比常规氧枪更高的枪位下，可以获得同等的冲击深度，氧枪喷头距熔池液面更远，喷头远离反应区，减少了高温钢水侵蚀，喷头寿命正常情况下一般保持在350炉以上。

（6）钢铁料消耗方面：由于氧气流束集中，在正常枪位下，熔池内O被还原机会多，渣中FeO含量较低，钢水氧化性弱，转炉工序钢铁料消耗1048kg/t左右，居于领先水平。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A向视图。

图中标记如下：喷头端面1、外焊管2、中焊管3、内焊管4、密封橡胶圈5、氧枪喷孔6。

具体实施方式

集束氧枪的原理是在传统氧枪周围增加外层环绕伴随流，使中心超音速射流扩展及衰减更小，超音速射流更长，提高氧气射流对熔池的穿透深度及搅拌强度，同时由于射流速度衰减延缓，可提高氧枪的吹炼枪位，而不影响射流对钢液的冲击深度。本氧枪喷头参考了集束氧枪减少射流衰减的设计思路，但没有采用外层环绕伴随流的方式，而是通过比常规氧枪更为集中的氧气流束来实现降低氧气射流衰减的目的，达到微集束的效果。利用微集束理念设计的氧枪喷头，采取了将4个喷孔分布圆直径缩短为140-150mm的设计方式，能迅速提高氧枪冲击区反应温度，与常规氧枪喷头相比，更有利于熔池局部温度迅速升温进入C-O反应期，避免因C-O反应滞后造成吹炼前期流黑渣或喷溅。

图中显示，本发明与现有技术的氧枪喷头结构基本相同，它由喷头端面1、外焊管2、中焊管3、内焊管4、密封橡胶圈5、氧枪喷孔6组成。其中，中焊管3与内焊管4之间用于输入冷却水，外焊管2与中焊管3之间用于输出冷却水，内焊管3内部用于传输氧气或氮气，然后流经氧枪喷孔6，形成具有一定压力和动能高速气体射流，4个拉瓦尔型的氧枪喷孔6均匀分布于喷头端面1上。

图中显示，氧枪喷孔6分布圆直径为140-150mm，氧枪喷孔夹角为11.5°-13.5°，氧枪喷孔6的喉口直径为38-39mm，出口直径48-55mm。

本发明的一个实施例如下：

与120t转炉配套，氧枪喷孔6分布圆直径为145mm，氧枪喷孔夹角为12.5°，氧枪喷孔6的喉口直径为38.8mm，出口直径50mm。

本发明的使用过程：

气体由内焊中管3内部通过4个氧枪喷孔6均匀的射向钢水熔池，由于氧枪喷孔6夹角小且分布圆直径缩小，更为集中的4个流束组成的冲击区总散热面积小、反应点集中，因此冲击区内温度较常规氧枪喷头更高，具有进入C-O反应期早、煤气回收量大、钢水余锰高等等优点。同时因流束集中，在吹炼过程其枪位较常规氧枪高，远离反应区，改善了喷头工作条件，降低了喷头侵蚀烧损风险，因此延长了喷头使用寿命。

Claims (2)

1.一种具有集中流束的氧枪喷头，它的结构中包括外喷头端面（1）、外焊管（2）、中焊管（3）、内焊管（4）及氧枪喷孔（6），中焊管（3）与内焊管（4）之间为冷却水输入通道，外焊管（2）与中焊管（3）之间为冷却水输出通道，环绕喷头端面（1）中心均匀分布4个氧枪喷孔（6），其特征在于：氧枪喷孔（6）分布圆直径为140-150mm，喷头喷孔夹角为11.5°-13.5°。

2.根据权利要求1所述的具有集中流束的氧枪喷头，其特征在于：所述氧枪喷孔（6）的喉口直径为38-39mm，出口直径为48-55mm。