CN108642234A - 一种单流道双结构氧枪喷头及吹炼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单流道双结构氧枪喷头，包括氧气入口、拉伐尔管主孔、拉伐尔管副孔，拉伐尔管主孔与拉伐尔管副孔交错布置，其特征在于，拉伐尔管主孔为小张角大孔径，拉伐尔管副孔为大张角小孔径。在吹炼过程中，主孔射流强度提高，增强了喷头射流对熔池的冲击效果和搅拌强度，主孔喷头的射流核心区距离加长。副孔射流则有效的缓解了主孔的射流衰减，熔池冲击面积明显增加，化渣效果显著；炉内各股射流的融合距离明显增长，汇合可能性大大降低，在主副孔协同工作下喷溅率明显降低，且因柱间缝隙增加，利于增大冷却水流量，喷头冷却效果明显，延长了喷头使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，特别涉及一种单流道双结构氧枪喷头及吹炼工艺。
背景技术
钢铁冶炼过程的喷溅是氧气顶吹转炉吹炼过程中经常发生的一种现象。氧枪是钢铁冶炼的关键设备，在整个炼钢过程中，氧枪喷头的优劣直接关系到炼钢过程中的脱碳、造渣、升温以及喷溅的发生。目前国内钢厂大型转炉用氧枪喷头，多为传统五孔或六孔氧枪喷头，喷头的结构特点在于每个喷孔的中心线都与喷头中心线的角度相同，各孔尺寸也相同，在吹炼工艺中，各喷孔保持相同的氧气射流流量，出口处具有相同的Ma数，该类喷头及吹炼工艺便于分散氧气流股，增加与熔池的接触面积，使氧气逸出更均匀，可以提高供氧强度和冶炼强度，增大冲击面积。然而从实际应用现场来看，喷孔的各股射流融合快，与熔池内的金属与钢渣作用容易引起熔池内的钢液喷溅和泡沫渣喷溅，严重影响了冶炼效果。
北京科技大学提出了一种双流道氧枪冶炼工艺及喷头(公开号为200510011201.2)，其特征在于通过外层氧气射流与炉内碳氧反应产生的CO燃烧产生高温稀薄气体包裹了中心氧气。该工艺可提高吹炼枪位，提高了射流对熔池的穿透率，但该喷头对供氧强度要求高，影响了其在转炉上的应用，在氧枪吹炼过程中，无法有效改善熔池的喷溅问题。
专利号201020661116.7提出了一种双角度双流量6孔氧枪喷头。双角度的设计思想可以减少转炉喷溅，但是喷溅行为的发生还受到喷孔具体尺寸的影响，而该专利没有讨论双喷头的尺寸变化对喷溅行为的影响。
综上所述，目前的喷头及喷吹工艺还无法保证足够的冲击强度及搅拌强度，同时有效抑制转炉内喷溅行为的发生，并且保证喷头的使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种单流道双结构氧枪喷头及吹炼工艺，提高吹炼强度、保证射流氧枪对熔池的搅拌效果，同时减少喷溅发生。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种单流道双结构氧枪喷头，包括氧气入口、拉伐尔管主孔、拉伐尔管副孔，拉伐尔管主孔与拉伐尔管副孔交错布置，拉伐尔管主孔为小张角大孔径，拉伐尔管副孔为大张角小孔径，
拉伐尔管主孔结构为：
主孔进口直径：d11＝0.28～0.30D，D：氧气入口直径；
主孔喉部直径：d12＝0.19～0.20D；
主孔出口直径：d13＝0.25～0.27D；
主孔张角α1＝10°～14°；
主孔收缩角β1为28°～32°；
主孔扩张角θ1为8°～10°；
主孔出口处的中心线距喷头中心线L1＝100～120mm；
拉伐尔管副孔结构为：
副孔进口直径：d21＝0.78～0.93d11；
副孔喉部直径：d22＝0.81～1.0d12；
副孔出口直径：d23＝0.67～1.0d13；
副孔张角α2＝α1+(5°～7°)；
副孔收缩角β2为28°～32°；
副孔扩张角θ2为8°～10°；
副孔出口处中心线距喷头中心线L2＝1.10～1.30L1。
一种单流道双结构氧枪喷头,对于100～150吨转炉，氧枪喷头数量为：主孔2个，副孔2个；对于200～260吨转炉，氧枪喷头数量为：主孔3个，副孔3个；对于300～350吨转炉，氧枪喷头数量为：主孔4个，副孔4个。
一种单流道双结构氧枪喷头吹炼工艺，氧气入口处给定压力0.9～1.1MPa，主孔和副孔的射流出口马赫数为1.9～2.2。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
在吹炼过程中，主孔射流强度提高，增强了喷头射流对熔池的冲击效果和搅拌强度，主孔喷头的射流核心区距离加长。副孔射流则有效的缓解了主孔的射流衰减，熔池冲击面积明显增加，化渣效果显著；炉内各股射流的融合距离明显增长，汇合可能性大大降低，在主副孔协同工作下喷溅率明显降低，且因柱间缝隙增加，利于增大冷却水流量，喷头冷却效果明显，延长了喷头使用寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为拉伐尔管结构示意图。
图3为实施例的结构示意图。
图中：氧气入口1、拉伐尔管主孔2、拉伐尔管副孔3。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：
一种单流道双结构氧枪喷头，包括氧气入口1、拉伐尔管主孔2、拉伐尔管副孔3，拉伐尔管主孔2与拉伐尔管副孔3交错布置，拉伐尔管主孔为小张角大孔径，拉伐尔管副孔为大张角小孔径。对于100～150吨转炉，氧枪喷头数量为：主孔2个圆周均布，副孔2个圆周均布；对于200～260吨转炉，氧枪喷头数量为：主孔3个圆周均布，副孔3个圆周均布；对于300～350吨转炉，氧枪喷头数量为：主孔4个圆周均布，副孔4个圆周均布。
实施例
260吨转炉用单流道双角度双流量氧枪喷头设计参数见表1；
表1：
260吨转炉用单流道双角度双流量氧枪喷头对比例设计参数见表2；
表2：
260吨转炉用单流道双角度双流量喷头吹炼工艺参数：主氧入口设计流量为48000m3/h，氧气的总流量根据转炉容量及冶炼过程调整。主氧入口处的压力为1.1MPa。主孔和副孔均为超音速射流，氧枪喷头个数为主孔喷头3个，副孔喷头3个，射流出口马赫数Ma为2.0。
实施例实验结果见表3；
表3：
| 参数 | 方案1 | 方案2 | 方案3 | 方案4 | 方案5 |
| 搅拌能/KJ | 410.1 | 411.8 | 412.7 | 436.8 | 409.4 |
| 主孔射流核心区/mm | 906.1 | 903.1 | 981.2 | 983.6 | 951.9 |
| 冲击面积/m2 | 0.77 | 0.80 | 0.81 | 0.79 | 0.86 |
| 冲击面占融池总面积/％ | 2.61 | 2.53 | 2.76 | 2.6 | 2.91 |
| 主孔冲击半径/m | 0.429 | 0.396 | 0.375 | 0.37 | 0.41 |
对比例实验结果见表4；
表4：
注：搅拌能、冲击面积、主孔冲击半径均为25倍主孔出口直径下测的。
上述实施方案与同张角同孔径、小张角小孔径的氧枪喷头相比，其所测搅拌能均明显提高4.0KJ以上，孔的射流核心区增长约25mm以上，说明本实施例的副孔氧枪喷头缓解了主孔喷头的射流衰减，使主孔喷头的射流核心区距离加长。在吹炼过程中，主孔喷头改善了射流对熔池的冲击效果和搅拌强度。主副孔协同工作下，射流与熔池的作用面积明显增大，化渣效果显著；在主副孔协同工作下喷溅率明显降低。
上面所述仅是本发明的基本原理，并非对本发明作任何限制，凡是依据本发明对其进行等同变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。
Claims (3)
1.一种单流道双结构氧枪喷头，包括氧气入口、拉伐尔管主孔、拉伐尔管副孔，拉伐尔管主孔与拉伐尔管副孔交错布置，其特征在于，拉伐尔管主孔为小张角大孔径，拉伐尔管副孔为大张角小孔径；
拉伐尔管主孔结构为：
主孔进口直径：d11＝0.28～0.30D，D：氧气入口直径；
主孔喉部直径：d12＝0.19～0.20D；
主孔出口直径：d13＝0.25～0.27D；
主孔张角α1＝10°～14°；
主孔收缩角β1为28°～32°；
主孔扩张角θ1为8°～10°；
主孔出口处的中心线距喷头中心线L1＝100～120mm；
拉伐尔管副孔结构为：
副孔进口直径：d21＝0.78～0.93d11；
副孔喉部直径：d22＝0.81～1.0d12；
副孔出口直径：d23＝0.67～1.0d13；
副孔张角α2＝5°～7°+α1；
副孔收缩角β2为28°～32°；
副孔扩张角θ2为8°～10°；
副孔出口处中心线距喷头中心线L2＝1.10～1.30L1。
2.根据权利要求1所述的一种单流道双结构氧枪喷头,其特征在于，对于100～150吨转炉，氧枪喷头数量为：主孔2个，副孔2个；对于200～260吨转炉，氧枪喷头数量为：主孔3个，副孔3个；对于300～350吨转炉，氧枪喷头数量为：主孔4个，副孔4个。
3.根据权利要求1所述的一种单流道双结构氧枪喷头吹炼工艺，其特征在于，氧气入口处给定压力0.9～1.1MPa，主孔和副孔的射流出口马赫数为1.9～2.2。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181012 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |