氧槍設計 第四章

1、第四章 氧氣轉爐供氧系統(tǒng)設計4.1供氧系統(tǒng)工藝流程 氧氣轉爐煉鋼車間的供氧系統(tǒng)是由制氧機、加壓機、中壓儲氣罐、輸氧管、控制閘閥、測量儀器、氧槍等主要設備組成。圖9 供氧系統(tǒng)工藝流程圖1制氧機 2低壓儲氣柜 3壓氧機 4桶形罐 5中壓儲氣罐6氧氣站7輸氧總管8總管氧壓測定點9減壓閥10減壓閥后氧壓測定點11氧氣流量測定點12氧氣溫度測定點13氧氣流量調節(jié)閥14工作氧壓測定點 15低壓信號連鎖 16快速切斷閥 17手動切斷閥 18轉爐4.2 轉爐煉鋼車間需氧量計算（1）一座轉爐吹煉時的小時耗氧量計算 平均小時耗氧量Q1（Nm3/h）： Nm3/h（4-1）式中： G平均爐產(chǎn)鋼水量，120t；W噸鋼

2、耗氧量，50m3/t，范圍4555m3/t；T1平均每爐鋼水冶煉時間，38min。 高峰小時耗氧量Q2（m3/h）：Nm3/h（4-2）式中：T2平均每爐純吹氧時間，16min。（2） 車間小時耗氧量 車間平均小時耗氧量Q3(m3/h）：Q3=NQ1=3×9474=28422m3/h (4-3)式中：N車間經(jīng)常吹煉的爐座數(shù)。 車間高峰小時耗氧量Q4（m3/h）：Q4=N×Q2=67500m3/h （4-4）4.3 制氧機能力的選擇對于專供氧氣轉爐煉鋼使用的制氧機的生產(chǎn)能力必須根據(jù)轉爐車間需氧選擇。制氧機的總容量根據(jù)煉鋼車間小時平均耗氧（28422 m3/h）量確定，通過在制

3、氧機和轉爐之間設置儲氣罐來滿足車間高峰用氧量。在決定制氧機組的能力時，還需考慮制氧機國家標準系列。目前我國可供氧氣轉爐車間選用的制氧機系列有：1000 、1500 、3200 、6000 、10000 、20000 、26000 、35000 等。制氧設備的選擇，除考慮轉爐的用氧量外，還需要考慮車間其他工序的小額氧氣用戶，如鑄坯切割、精整等。根據(jù)轉爐車間的小時平均需氧量確定選取制氧機座數(shù)及能力。本設計選取2座260000m3/h的制氧機。4.4 氧槍設計氧槍由噴頭、槍身和尾部結構三部分組成。噴頭常用紫銅制成；槍身由三層無縫鋼管套裝而成；從圖4-4可知，內管是氧氣通道，內層管與中層管之間是冷卻水

4、的進水通道；中層管與外層管之間是冷卻水的出水通道。 4.5 噴頭設計（1）噴頭類型與選擇多孔噴頭的各個流股是否發(fā)生匯交以效應角為界，大于則各流股很少匯交，小于則必定匯交。按照經(jīng)驗，噴頭傾角=12.8°15.4°為宜。綜合考慮取=15°。本設計選用拉瓦爾型噴頭，孔數(shù)定為3孔，噴孔夾角為15°，噴孔布置選擇周邊布置，出口馬赫數(shù)M=2.0。（2） 噴頭尺寸計算 氧流量計算m3/min （4-5）式中：每噸鋼耗氧量為4555m3/t，本設計選50m3/t； 理論計算氧壓由等熵流函數(shù)表可查得：當馬赫數(shù)M=2.0時，P/P0=0.1278，將選取的P=1.01

5、15;105Pa帶入，則可求得P0=7.90×105Pa其中： P轉爐爐膛內氣體壓力，即噴孔出口處氣流的壓力，Pa，選取范圍（1.011.04）×105Pa；P0使用氧壓，在設計噴頭時按理論計算氧壓選取，Pa； 選用噴孔出口馬赫數(shù)與噴孔數(shù)。綜合考慮，選取馬赫數(shù)Ma=2.0。120t轉爐氧氣使用情況，選取轉爐噴孔數(shù)為3孔，能保證氧氣流股有一定的沖擊面積與沖突深度，熔池內盡快形成乳化區(qū)，減少噴濺，提高成渣速度和改善熱效率。 計算吼口直徑。噴頭每個噴孔氧氣流量q：m3/min(標態(tài)） （4-6）噴管實際氧氣流量QV： (4-7)式中： 一般單孔CD=0.950.96；三孔噴頭CD

6、=0.900.96。由式(4-7)，并且取CD=0.96，T0=290K，又P0=7.90×105Pa，代入上式，則由上式可求得吼口直徑： d喉= 45 求噴孔出口直徑根據(jù)等熵流表，在Ma=2.0時，A出/A喉=1.6875，即，故噴孔出口直徑 （4-8） 計算擴張段長度。取擴張段的半錐角為4°，則擴張段長度 （4-9） 確定噴孔傾角：多孔噴頭的各個流股是否發(fā)生交匯以效應角為界，大于則各流股很少交匯，小于則必定交匯。按照經(jīng)驗，噴頭傾角=12.8°15.4°為宜。綜合考慮選取=15°。 噴孔喉口段長度確定喉口段長度的作用：一是穩(wěn)定氣流；二是使收縮

7、段和擴張段加工方便，為此過長的喉口段反而會使阻損增大，因此喉口段長度推薦為510。本設計選取5。4.6氧槍槍身設計氧槍槍身由三層無縫鋼管套裝而成，內層管是氧氣通道，內層管與中層管之間是冷卻水進水通道，中層管與外層管之間是冷卻水通道。(1) 槍身各層尺寸的確定 中心氧管管徑的確定管內氧氣工況流量Q0： （4-10）/sm6.50.85/minm51.10375273100.97290101.013253355=´´´´´=式中： P標標準大氣壓，Pa；P0管內氧氣工況壓力，Pa；T標標準溫度，273K；T0管內氧氣實際溫度，一般取290K。取中心

8、管內氧氣流速V0=45m/s，則中心氧管內徑 （4-11）式中： F1中心氧管內截面積，；V0管內氧氣流速，m/s，一般取4050m/s，這里取V0=45m/s；根據(jù)標準熱軋無縫鋼管產(chǎn)品規(guī)格，選取中心鋼管為159×6 中外層鋼管管徑根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，選取氧槍冷卻水耗量Q水=120t/h；冷卻水進水速度V進=6m/s，出水速度V出=7m/s。又中心氧管外徑d1外=159，則：進水環(huán)縫面積 （4-12）出水環(huán)縫面積 （4-13）所以，中層鋼管的內徑d2： （4-14）選取中層鋼管d2外=170×6。同理，外層鋼管內徑 （4-15）選取外層鋼管d3外=211×12（2）

9、氧槍長度的確定 如圖3-5所示，氧槍全長是下部槍身年度和尾部長度之和。氧槍尾部裝置有氧槍把持器、冷卻水進出管接頭、氧氣管接頭和吊環(huán)等。 氧槍下部長度取決于轉爐公稱噸位和煙罩尺寸。H氧槍氧槍頭部最低位置至爐口的距離，它等于鋼液面距爐口距離減去鋼液面距氧槍噴頭端面距離，一般=200400，所以本設計=4030+3000-300=6730mm,取=300m；轉爐爐口至煙罩下緣的距離，考慮到活動煙罩提起后，便于觀察火焰，一般取3505OOmm，大轉爐取上限，小轉爐取下限，本設計取400mm;煙罩下緣至煙道拐點的距離。這段距離與拐點的角度、煙罩直線段的長度以及轉爐噸位大小有關，一般取30004000mm

10、,本設計取4000mm；斜煙道拐點至氧槍密封口上緣的距離本設計取值為3000mm， 氧槍噴嘴部位需要清渣，或發(fā)生故障進行處理時，氧槍應提出煙道氧槍插入孔邊緣一定距離。氧槍頭部底面距氧槍插入孔上緣的距離一般取500800mm,本設計取值為800mm； 根據(jù)氧槍把持器設備的要求確定,本設計取500mm；氧槍把持器中心線的距離，根據(jù)把持器設備要求確定,本設計取4000mm；氧槍把持器中心線至氧槍接頭法蘭盤的距離，本設計取1000mm。氧槍的行程是之和。圖 4-6 氧槍長度的確定本設計的氧槍長度：H氧槍 =6730+400+4000+3000+800+500+4000+1000 =20430mm氧槍的

11、行程： H行=14930mm4.7 氧槍升降和更換機構4.7.1 對氧槍升降和更換機構設備的要求轉爐在吹煉過程中，氧槍需要多次升降以調整槍位。對氧槍的升降機構和更換裝置提出以下要求：（1）應具有合適的升降速度，并且可以變速。為了縮短冶煉周期，在吹煉過程中氧槍應快速提升，在爐口以上可快速下降；當氧槍進入爐口以下時，應慢速下降，以便控制熔池的反應和保證氧槍安全。在設計中轉爐氧槍升降速度的快速為50m/min，慢速為510m/min。（2）應保證氧槍升降平穩(wěn)、控制靈活、操作安全、結構簡單、便于維護；（3）能快速更換氧槍；（4）應具有安全連鎖裝置；為了保證安全生產(chǎn)，氧槍升降機構設有下列安全連鎖裝置：1

12、）當轉爐不在垂直位置（允許誤差3°）時，氧槍不能下降。當氧槍進入爐口后，轉爐不能作任何方向的傾動；2）當氧槍下降到爐內經(jīng)過氧氣開、關點時，氧氣切斷閥自動打開，當氧槍提升通過此點時，氧氣切斷閥自動關閉；3）當氧壓或冷卻水水壓低于給定值，或冷卻水升溫高于給定值時，氧槍能自動提升并報警；4）副槍與氧槍也應有相應連鎖裝置；5）車間臨時停電時能使氧槍自動提升。4.7.2 氧槍垂直升降機構如圖4-7-1是重錘提升裝置，它包括氧槍、氧槍升降小車、導軌、平衡錘、卷揚機、橫移裝置、鋼絲繩滑輪系統(tǒng)、氧槍高度指示標尺等部分。圖 4-7-1 氧槍升降機構1-氧槍；2-升降小車；3-導軌；4、10-鋼繩5、6

13、、7、8-滑輪；9-平衡錘；11-卷筒氧槍1固定在氧槍小車2上，氧槍小車沿著用槽鋼制成的軌道3上下移動，通過鋼繩4將氧槍小車2與平衡錘9連接起來。4.7.3 氧槍各操作點的控制位置轉爐生產(chǎn)過程中，根據(jù)生產(chǎn)情況氧槍處于不同的控制。圖4-7-2轉爐氧槍在行程中各操作點的標高位置。圖 4-7-2 氧槍在行程中各操作點的位置1-最低點；2-吹氧點；3-開、閉氧點（變速點）4-等候點；5-最高點；6-換槍位置氧槍各操作點標高的確定原則：(1)最低點。最低點是氧槍下降的極限位置，其位置取決于轉爐的公稱噸位，噴嘴端面距熔池液面一般為200400mm。大轉爐應取上限，本設計取值為400mm；(2)吹氧點。此點是氧槍開始進入正常吹煉的位置，又叫吹煉點。這個位置與轉爐公稱噸位、噴嘴類型、供氧壓力等因素有關，一般根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗確定；(3)變速點。在氧槍提升或下降到此點就自動變速，此點位置的確定主要是保證安全生產(chǎn)，又能縮短氧槍提升、下降所占用的輔助時間；氧氣開、關點。氧槍降至此點自動開氧，氧槍升至此點自動關氧。過早地開氧或過遲地關氧都會造成