CN111826495A - 一种转炉水力学模拟用组装式氧枪喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明一种转炉水力学模拟用组装式氧枪喷头，包括喷头基体、喷孔模块、喷孔角度调节楔和固定螺栓；喷头基体上开设有喷孔模块安装孔，喷孔模块安装其中，沿喷孔模块纵向开设有喷孔；喷孔模块相对两侧面开设螺孔；喷孔模块安装孔两侧的喷头基体内开设有喷孔角度调节楔固定槽，喷孔角度调节楔安装于固定槽中；喷孔模块安装孔宽度两侧的喷头基体上开设有螺栓安装孔用于安装固定螺栓，喷孔模块安装孔与螺栓安装孔之间的喷头基体上开设有弧形螺栓调节孔，固定螺栓穿过弧形螺栓调节孔与喷孔模块上的螺孔固定。本发明只需一个喷头基体，加工多组喷孔模块和喷孔模块调节楔即可完成多组实验，大大节省了实验成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种转炉水力学模拟用组装式氧枪喷头，属于钢铁冶金行业实验设备领域。
背景技术
转炉冶炼过程是一种典型的与流体流动、传热、传质以及化学反应存在密切关系的生产过程。转炉氧枪是转炉炼钢中的重要供氧设备，高压氧气通过它喷入转炉熔池，完成脱碳脱磷等去杂质反应。喷头是氧枪的重要部件，氧气经过拉瓦尔喷头发展成超音速射流，氧气到达熔池表面时射流速度较大，熔池表面较易形成凹坑，带动并加速熔池的流动，在搅拌熔池的同时，促进化学反应进行，加快转炉冶炼节奏、促进化渣、降低碳氧积等。
考虑到转炉冶炼的高温环境，很难实现可视化和测量，研究学者多采用物理模拟的方法对转炉氧枪射流流场行为开展研究。转炉氧枪枪头的模拟包括喷吹气体压力、马赫数、喷孔个数、喷孔角度、喷孔喉口直径、喷孔出口直径等多个参数对射流流场的影响，在模拟过程中需要根据每一种参数变化设计制造一个喷头，且喷头大多采用黄铜材质，这不仅会大大增加实验费用，而且由于加工精度等影响造成不同喷头间参数产生误差直接对实验结果产生严重影响。
因此，急需一种在不影响实验精度的情况下，简单易行，且能够较大幅度节省实验成本的氧枪喷头。
发明内容
本发明的目的是提供一种转炉水力学模拟用氧枪喷头，可在不更换喷头基体的条件下，通过更换喷孔模块、调节喷孔模块角度的方法，实现对不同喷头参数氧枪射流流场行为的模拟。
本发明的技术方案是：
一种转炉水力学模拟用组装式氧枪喷头，包括喷头基体、喷孔模块、喷孔角度调节楔和固定螺栓；喷头基体上开设有喷孔模块安装孔，喷孔模块安装于喷孔模块安装孔中，沿喷孔模块纵向开设有喷孔；喷孔模块相对两侧面开设螺孔；喷孔模块安装孔两侧的喷头基体内开设有喷孔角度调节楔固定槽，喷孔角度调节楔安装于固定槽中，通过调整两个喷孔角度调节楔角度的增减实现喷嘴角度的变化；喷孔模块安装孔宽度两侧的喷头基体上开设有螺栓安装孔用于安装固定螺栓，喷孔模块安装孔与螺栓安装孔之间的喷头基体上开设有弧形螺栓调节孔，固定螺栓穿过弧形螺栓调节孔与喷孔模块上的螺孔固定。
上述的一种转炉水力学模拟用组装式氧枪喷头，所述喷头基体与喷头形状相同；所述喷孔模块安装孔沿喷头基体纵向开设，纵截面为扇形、横截面为矩形，沿喷头基体中心线对称分布于喷头基体上；所述喷孔模块形状与喷孔模块安装孔相同，宽度与喷孔模块安装孔相匹配；所述喷孔角度调节楔固定槽开设于喷孔模块安装孔宽度两侧的喷头基体内，宽度与喷孔模块相同，高度小于喷孔模块的高度。
上述的一种转炉水力学模拟用组装式氧枪喷头，所述喷孔贯通喷孔模块，每个喷孔模块上开设一个喷孔；所述喷孔模块宽度相对的两侧面开设的螺孔同轴但不贯通。
上述的一种转炉水力学模拟用组装式氧枪喷头，所述喷孔模块为多套，各套喷孔模块上开设的喷孔尺寸不同，同套喷孔尺寸相同；所述喷孔角度调节楔成对加工，配对使用，同对喷孔角度调节楔的角度之和为固定值。
上述的一种转炉水力学模拟用组装式氧枪喷头，所述螺栓安装孔横截面为矩形，沿喷头基体高度纵向开设，其宽度大于固定螺栓的长度；弧形螺栓调节孔沿喷头基体径向开设，弧长5～6mm，固定螺栓可根据喷孔角度的需要在螺栓调节孔中移动。
本发明是这样实现的：首先根据实验模拟的喷孔角度将对应的喷孔角度调节楔装入喷头基体对应的固定槽中，然后将相应实验参数对应的喷孔模块压入喷头基体的喷孔模块安装孔中，每个螺栓安装孔中装入1根固定螺栓，穿过弧形螺栓调节孔与喷孔模块上的螺孔固定，达到固定喷孔模块的目的；按顺序将各个喷孔模块调节楔、喷孔模块、固定螺栓依次组装完毕；将组装后的喷头装入转炉水力学模拟装置即可开始试验。
本发明的有益效果是：
本发明喷头采取组装的方式，喷头基体采用黄铜材质，其余部分采用有机玻璃材质，只需一个喷头基体，加工多组喷孔模块和喷孔模块调节楔即可完成多组实验，大大节省了实验成本；通过喷孔角度调节楔的使用，使一组喷孔模块可多次使用，无需加工多个喷头，避免了加工带来的误差，提高了实验可信度，且操作相对简单。
附图说明
图1为本发明立体图；
图2为本发明主视图；
图3为本发明剖视图；
图4喷头基体剖视图；
图5喷孔模块立体图；
图中：喷头基体1，喷孔模块2，喷孔角度调节楔3，固定螺栓4，喷孔模块安装孔5，喷孔6，螺孔7，喷孔角度调节楔固定槽8，喷孔角度9，螺栓安装孔10，弧形螺栓调节孔11。
具体实施方式
以下结合附图，通过实例对本发明具体实施方式作进一步说明。
图1-图3显示，本发明一种转炉水模用可调节喷孔的氧枪喷头，包括喷头基体1、喷孔模块2、喷孔角度调节楔3和固定螺栓4；喷头基体1的形状与喷头形状相同；
图4显示，喷头基体1上开设有喷孔模块安装孔5，喷孔模块安装孔5沿喷头基体1的纵向开设，纵截面为扇形、横截面为矩形，沿喷头基体1的中心线对称分布于喷头基体1上；图5显示，喷孔模块2的形状与喷孔模块安装孔5相同，纵截面为扇形、横截面为矩形，图1和图2显示，喷孔模块2的宽度与喷孔模块安装孔5相匹配；喷孔模块2安装于喷孔模块安装孔5中；
图1-图3显示，沿喷孔模块2的纵向开设有贯通喷孔模块2的喷孔6，每个喷孔模块2上开设一个喷孔6；
图5显示，每个喷孔模块2宽度相对的两侧面开设螺孔7，两侧面开设的螺孔7同轴但不贯通；图4显示，喷孔模块安装孔5宽度两侧的喷头基体1内开设有喷孔角度调节楔固定槽8，宽度与喷孔模块2相同，高度小于喷孔模块2的高度，喷孔角度调节楔3安装于喷孔角度调节楔固定槽8中，通过调整两个喷孔角度调节楔3角度的增减实现喷嘴角度的变化；
图1和图2显示，喷孔模块安装孔5宽度两侧的喷头基体1上开设有螺栓安装孔10用于安装固定螺栓4，螺栓安装孔10的横截面为矩形，沿喷头基体1的高度纵向开设，其宽度大于固定螺栓4的长度，保证固定螺栓4能够顺利装入；
图3和图4显示，喷孔模块安装孔5与螺栓安装孔10之间的喷头基体1上开设有弧形螺栓调节孔11，固定螺栓4穿过弧形螺栓调节孔11与喷孔模块2上的螺孔7固定；
图4显示，弧形螺栓调节孔11沿喷头基体1的径向开设，弧长5～6mm，固定螺栓4可根据喷孔角度的需要在螺栓调节孔11中移动。
本发明的喷孔模块2为多套，各套喷孔模块2上开设的喷孔6的尺寸不同，同套喷孔模块2上开设的喷孔6的尺寸相同；喷孔角度调节楔3成对加工，配对使用，同对喷孔角度调节楔3的楔形角度之和为固定值。
本发明的具体使用方法如下：
（1）实验开始前，组装氧枪喷头，首先根据实验方案确定的喷孔角度9将对应的喷孔角度调节楔3装入喷头基体1对应的喷孔角度调节楔固定槽8中，然后将相应实验方案对应的喷孔模块2压入喷头基体1，用固定螺栓4固定喷孔模块2，固定螺栓4可根据喷孔角度9的变化在固定螺栓调节孔11中相应移动；（2）按顺序将各个喷孔模块2依次组装完毕；（3）将组装后的喷头装入转炉水力学模拟装置开始试验。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰应视为本发明的保护范围。
具体实施例1：
在本实施例中，100t转炉4孔氧枪水力学模拟氧枪喷头结构见附图1、2、3，包含喷头基体1、喷孔模块2、喷孔角度调节楔3、固定螺栓4。其中喷孔角度调节楔固定槽8深度1mm，喷孔角度9初始为13.5°，调节范围为3°，喷孔喉口直径共38、40、42mm三种。实验加工喷头基体1一个；按照喉口直径最大尺寸42mm确定喷孔模块2尺寸，加工喷孔模块2三种，每种四个；根据喷孔角度9调节范围，加工喷孔角度调节楔3四套，第一套角度分别为1°、4°，第二套角度为1.5°、3.5°，第三套角度为2°、3°，第四套角度为2.5°、2.5°。通过采用本发明后，只加工一个喷头基体，就可开展实验3×4=12组，大大节省了试验费用。
Claims (5)
1.一种转炉水力学模拟用组装式氧枪喷头，其特征在于：包括喷头基体（1）、喷孔模块（2）、喷孔角度调节楔（3）和固定螺栓（4）；喷头基体（1）上开设有喷孔模块安装孔（5），喷孔模块（2）安装于喷孔模块安装孔（5）中，沿喷孔模块（2）的纵向开设有喷孔（6）；喷孔模块（2）相对两侧面开设螺孔（7）；喷孔模块安装孔（5）两侧的喷头基体（1）内开设有喷孔角度调节楔固定槽（8），喷孔角度调节楔（3）安装于喷孔角度调节楔固定槽（8）中；喷孔模块安装孔（5）宽度两侧的喷头基体（1）上开设有螺栓安装孔（10）用于安装固定螺栓（4），喷孔模块安装孔（5）与螺栓安装孔（10）之间的喷头基体（1）上开设有弧形螺栓调节孔（11），固定螺栓（4）穿过弧形螺栓调节孔（11）与喷孔模块（2）上的螺孔（7）固定。
2.如权利要求1所述的一种转炉水力学模拟用组装式氧枪喷头，其特征在于：所述喷头基体（1）与喷头形状相同；所述喷孔模块安装孔（5）沿喷头基体（1）的纵向开设，纵截面为扇形、横截面为矩形，沿喷头基体（1）的中心线对称分布于喷头基体（1）上；所述喷孔模块（2）的形状与喷孔模块安装孔（5）相同，宽度与喷孔模块安装孔（5）相匹配；所述喷孔角度调节楔固定槽（8）开设于喷孔模块安装孔（5）宽度两侧的喷头基体（1）内，宽度与喷孔模块（2）相同，高度小于喷孔模块（2）的高度。
3.如权利要求1所述的一种转炉水力学模拟用组装式氧枪喷头，其特征在于：所述喷孔（6）贯通喷孔模块（2），每个喷孔模块（2）上开设一个喷孔（6）；所述喷孔模块（2）宽度相对的两侧面开设的螺孔（7）同轴但不贯通。
4.如权利要求1所述的一种转炉水力学模拟用组装式氧枪喷头，其特征在于：所述喷孔模块（2）为多套，各套喷孔模块（2）上开设的喷孔（6）的尺寸不同，同套喷孔模块（2）上开设的喷孔（6）的尺寸相同；所述喷孔角度调节楔（3）成对加工，配对使用，同对喷孔角度调节楔（3）的角度之和为固定值。
5.如权利要求1所述的一种转炉水力学模拟用组装式氧枪喷头，其特征在于：所述螺栓安装孔（10）的横截面为矩形，沿喷头基体（1）高度纵向开设，其宽度大于固定螺栓（4）的长度；弧形螺栓调节孔（11）沿喷头基体（1）的径向开设，弧长5～6mm。
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