100 t转炉五孔氧枪喷头设计与应用.pdf

收稿日期:作者简介:李双武()硕士/高级工程师 .通讯作者:张朝发 正高级工程师.转炉五孔氧枪喷头设计与应用李双武 张朝发 冯 涛 刘爱国(唐山钢铁集团有限责任公司 河北省高品质钢连铸技术创新中心)摘 要 针对低硅铁水冶炼存在的化渣效果差、氧枪粘渣粘钢严重的问题 根据可压缩流体理论及射流与熔池作用原理设计开发了五孔氧枪喷头 主要工艺参数为:喷孔夹角 喉口直径 出口直径 设计氧气压力 设计供氧强度 /()氧枪枪位控制在 熔池冲击深度、冲击面积和混匀时间均在合理范围内 生产实践表明 使用五孔喷头吹氧时间缩短 、氧气消耗降低 /脱磷率提高 个百分点 终渣 含量降低 个百分点 一次拉碳出钢率提高 个百分点基本解决转炉低硅铁水冶炼存在的问题 转炉技术指标明显改善关键词 转炉 氧枪 五孔喷头 设计 应用文献标识码:文章编号:()().:/()./.在转炉炼钢工艺中氧枪是向转炉提供高速氧气射流的关键设备 氧枪喷头结构参数和操作参数直接影响炼钢产量、质量、消耗和成本等技术经济指标 承钢 转炉通过增加喷孔个数来增大氧气射流冲击面积 提高化渣能力攀钢 转炉、唐钢 转炉均通过扩大冶 金 能 源 氧枪喷孔夹角来改善化渣效果 为解决四孔氧枪喷头在冶炼中存在的化渣效果差、氧枪粘渣粘钢和影响生产节奏的问题 长材事业部根据可压缩流体理论结合现场生产条件设计开发了五孔氧枪喷头 并对喷头马赫数、使用压力、喷孔夹角和喷孔尺寸等关键参数进行优化 生产实践表明五孔喷头基本解决了上述问题 具有较好的吹炼效果 转炉炼钢基本条件炼钢生产线包括:铁水搅拌脱硫设备 座复吹转炉 座 精炼炉 台方(矩)坯连铸机 主要生产建筑用钢、角钢、矿用钢和金属制品用钢 转炉顶吹供氧采用 氧枪配四孔氧枪喷头 自动炼钢采用副枪 二级模型技术 转炉底吹配备 支双环缝底吹枪对称式布置 转炉的基本工艺参数和入炉铁水条件分别见表 和表 铁水成分和温度波动范围较大 铁水平均硅含量为 低硅铁水比例达到 以上转炉采用四孔喷头冶炼存在化渣效果差、氧枪粘渣粘钢等问题 说明四孔氧枪喷头不适合低硅铁水冶炼 有必要对氧枪喷头进行优化和完善表 转炉基本工艺参数项目参数平均出钢量 炉容比 /炉壳高度 炉壳外径 炉口直径 熔池直径 熔池深度 底吹流量 /氧气流量 /工作氧压 氧气总管压力 吹氧时间 表 铁水主要成分和温度项目质量百分数/铁水温度/最小值 最大值 平均值 五孔喷头设计 喷头马赫数设计根据可压缩流体理论 马赫数 的大小决定喷孔出口气流的速度 氧气射流速度和氧气压力与 的关系 见图 所示图 可压缩流体速度、压力与马赫数的关系随着 增加 射流速度和氧气压力均明显增加 当 增加到 左右时 射流速度增幅明显降低 而氧气压力的增幅明显提高 根据国内外同类型转炉经验 一般选取 结合长材部转炉炉型和前期生产实践 将五孔喷头的 选定为 喷头其他参数设计根据可压缩流体理论和喷头设计原则 结合长材部转炉生产实际 五孔喷头的主要工艺参数见表 与四孔喷头相比 五孔喷头喷孔夹角变大、降低、设计氧压降低 供氧强度基本保持一致 五孔喷头设计目的是在保持供氧强度不变的条件下 通过降低氧气压力和喷孔出口速度 降低喷头对熔池的冲击深度 适当增加熔池冲击面积 以改善低硅铁水冶炼过程中的化渣效果 冶 金 能 源 表 喷头主要工艺参数项目夹角/()喉口直径/出口直径/设计氧压/供氧强度/()五孔喷头 四孔喷头 图 不同氧枪枪位冲击深度和冲击面积图 不同氧枪枪位搅拌动能和混匀时间 氧枪枪位控制文献 提供了基本氧枪枪位计算公式:()式中:为基本氧枪枪位 为气流与钢液相遇时的直径 /为熔池直径 为喷孔出口直径 为喷孔扩张角()将喷头参数代入式()得 五孔喷头基本枪位为 实际生产中可以按 控制对于多孔喷头的氧枪枪位控制 结合理论计算和射流试验实测数据 最佳冶炼效果的氧枪枪位控制区间为()即 实际生产为 五孔喷头的氧枪枪位按 控制 最低不小于 原则为炉渣不返干、不喷溅、快速脱碳脱磷脱硫、熔池快速均匀升温 氧气射流对熔池的作用熔池冲击深度和冲击面积是评价氧气射流对熔池作用的重要指标 冲击深度不足 熔池吸氧程度降低 氧气利用率和脱碳速度减小 冲击深度过大 则易于损坏炉底且影响化渣 因此 必须控制合适的冲击深度以满足冶炼工艺的要求氧气射流对熔池的冲击深度为:()式中:为冲击深度 为氧枪枪位 为滞止压力 为喉口直径 为喷孔夹角()氧气射流冲击熔池表面时 在熔池面上形成凹坑 凹坑的形状主要取决于吹炼压力和枪位射流冲击熔池的冲击面积计算公式为:()()()式中:为冲击面积 为冲击直径 为枪位高度 氧气射流对熔池的搅拌能量为:()式中:为射流对熔渣的冲击能量/为炉渣体积 为气体流量/为气体分子量 为喷孔个数 为喷孔出口直径 熔池的混匀时间计算公式为:(/)/()()式中:为混匀时间 为熔池深度 根据式()()得出的不同枪位下氧气射流对熔池的冲击深度、冲击面积如图 所示 根据式()()得出的不同枪位下熔池的搅拌动能和混匀时间如图 所示氧枪枪位在 和 时 氧气射冶 金 能 源 流对熔池的冲击深度分别为 和 冲击面积分别为 和 因此 氧枪枪位控制在 时 氧气射流的冲击深度和冲击面积均保持在合理范围内 熔池具有较好的混匀、搅拌效果 熔池反应迅速、平稳 有利于提高氧气利用率 图 从不同枪位下熔池的搅拌动能和混匀时间的角度说明了氧枪枪位的合理控制范围为 生产应用效果在 转炉开展了五孔喷头试验 并将试验效果与四孔喷头进行对比分析 在相同铁水条件和铁水消耗情况下主要工艺指标对比见表 所示 当铁水硅含量较低时 五孔喷头与四孔喷头相比 吹氧时间缩短 吹炼过程返干减少 炉内热效率提高 氧气利用率提高 氧气消耗降低 /五孔喷头对熔池的冲击面积增加 熔池反应效果明显改善 转炉脱磷率由 提高到 终渣 含量由 降低到 一次拉碳出钢率由 提高到 左右 转炉技术经济指标明显改善表 不同喷头主要技术指标对比指标四孔喷头五孔喷头比较铁水硅含量/吹氧时间/氧气消耗/()铁水消耗/()终点温度/脱磷率/喷头寿命/炉终渣 含量/一次拉碳出钢率/结语()根据目前铁水条件结合转炉生产实际为改善冶炼过程化渣效果 设计开发了五孔氧枪喷头 喷头的喷孔夹角为、设计氧气压力 ()熔池冲击深度、冲击面积、搅拌动能和混匀时间的分析计算表明 五孔喷头的合理枪位范围为 ()生产实践表明 同样生产条件下 五孔喷头与四孔喷头相比 吹氧时间缩短 氧气消耗降低 /脱磷率提高 个百分点 终渣 含量降低 个百分点 一次拉碳出钢率提高 个百分点 基本解决转炉低硅铁水冶炼存在的问题 转炉技术指标明显改善参考文献 冯超 黄奜怡 刘 帅 等 转炉氧枪喷头工艺参数优化与应用.冶金能源 ():吕明 陈双平 李航 等 转炉超音速氧枪喷头磨损后的吹炼特性变化.钢铁 ():李末卓 张军国 戴雨翔 等 唐钢新区 转炉高效冶炼生产实践.中国冶金 ():王杰杰 张旭 转炉四孔聚合射流氧枪三相流数值模拟.冶金能源 ():李山宏 谢国威 李琳 型氧枪喷头冷却水流的数值模拟.冶金能源 ():郝华强 张朝发 刘善喜 等 转炉氧枪喷头工艺参数优化.炼钢 ():蒋晓放 杨文远 吴亚明 等 大型转炉双角度氧枪喷头高供氧强度炼钢.钢铁 ():吕明 李航 谢堃 转炉旋流氧枪的射流搅拌特性.钢铁 ():何凯 转炉半钢炼钢复吹工艺优化.河北冶金 ():张彦恒 攀钢 炼钢转炉氧枪设计与应用.炼钢 ():吴耀光 转炉氧枪喷头设计与应用.炼钢 ():蔡志鹏 张春霞 大型转炉氧枪多孔喷头的设计与其射流特性.北京科技大学学报 ():刘坤.超音速聚合射流氧枪射流行为的数学物理模拟研究.沈阳:东北大学 万 雪编辑 冶 金 能 源