氧枪设计第四章.docx

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氧枪设计第四章

第四章氧气转炉供氧系统设计

供氧系统工艺流程

氧气转炉炼钢车间的供氧系统是由制氧机、加压机、中压储气罐、输氧管、操纵闸阀、测量仪器、氧枪等要紧设备组成。

图9供氧系统工艺流程图

1—制氧机2—低压储气柜3—压氧机4—桶形罐5—中压储气罐

6—氧气站7—输氧总管8—总管氧压测定点9—减压阀10—减压阀后氧压测定点11—氧气流量测定点12—氧气温度测定点13—氧气流量调剂阀14—工作氧压测定点15—低压信号连锁16—快速切断阀17—手动切断阀18—转炉

转炉炼钢车间需氧量计算

（1）一座转炉吹炼时的小时耗氧量计算

①平均小时耗氧量Q1（Nm3/h）：

Nm3/h（4-1）

式中：

G—平均炉产钢水量，120t；

W—吨钢耗氧量，50m3/t，范围45～55m3/t；

T1—平均每炉钢水冶炼时刻，38min。

②顶峰小时耗氧量Q2（m3/h）：

Nm3/h（4-2）

式中：

T2—平均每炉纯吹氧时刻，16min。

（2）车间小时耗氧量

①车间平均小时耗氧量Q3（m3/h）：

Q3=NQ1=3×9474=28422m3/h（4-3）

式中：

N—车间常常吹炼的炉座数。

②车间顶峰小时耗氧量Q4（m3/h）：

Q4=N×Q2=67500m3/h（4-4）

制氧性能力的选择

关于专供氧气转炉炼钢利用的制氧机的生产能力必需依照转炉车间需氧选择。

制氧机的总容量依照炼钢车间小时平均耗氧（28422m3/h）量确信，通过在制氧机和转炉之间设置储气罐来知足车间顶峰用氧量。

在决定制氧机组的能力时，还需考虑制氧机国家标准系列。

目前我国可供氧气转炉车间选用的制氧机系列有：

1000

、1500

、3200

、6000

、10000

、20000

、26000

、35000

等。

制氧设备的选择，除考虑转炉的用氧量外，还需要考虑车间其他工序的小额氧气用户，如铸坯切割、精整等。

依照转炉车间的小时平均需氧量确信选取制氧机座数及能力。

本设计选取2座260000m3/h的制氧机。

氧枪设计

氧枪由喷头、枪身和尾部结构三部份组成。

喷头经常使用紫铜制成；枪身由三层无缝钢管套装而成；从图4-4可知，内管是氧气通道，内层管与中层管之间是冷却水的进水通道；中层管与外层管之间是冷却水的出水通道。

喷头设计

（1）喷头类型与选择

多孔喷头的各个流股是不是发生汇交以效应角θ为界，大于θ那么各流股很少汇交，小于θ那么必然汇交。

依照体会，喷头倾角β=°～°为宜。

综合考虑取β=15°。

本设计选用拉瓦尔型喷头，孔数定为3孔，喷孔夹角为15°，喷孔布置选择周边布置，出口马赫数M=。

（2）喷头尺寸计算

①氧流量计算

m3/min（4-5）

式中：

每吨钢耗氧量为45～55m3/t，本设计选50m3/t；

②理论计算氧压

由等熵流函数表可查得：

当马赫数M=时，P/P0=，将选取的P=×105Pa带入，那么可求得P0=×105Pa

其中：

P—转炉炉膛内气体压力，即喷孔出口处气流的压力，Pa，选取范围（～）×105Pa；

P0—利用氧压，在设计喷头时按理论计算氧压选取，Pa；

③选用喷孔出口马赫数与喷孔数。

综合考虑，选取马赫数Ma=。

120t转炉氧气利用情形，选取转炉喷孔数为3孔，能保证氧气流股有必然的冲击面积与冲突深度，熔池内尽快形成乳化区，减少喷溅，提高成渣速度和改善热效率。

④计算吼口直径。

喷头每一个喷孔氧气流量q：

m3/min（标态）（4-6）

喷管实际氧气流量QV：

（4-7）

式中：

一样单孔CD=～；三孔喷头CD=～。

由式（4-7），而且取CD=，T0=290K，又P0=×105Pa，代入上式，那么

由上式可求得吼口直径：

d喉=45㎜

⑤求喷孔出口直径

依照等熵流表，在Ma=时，A出/A喉=，即

，故喷孔出口直径

㎜（4-8）

⑥计算扩张段长度。

取扩张段的半锥角α为4°，那么扩张段长度

㎜（4-9）

⑦确信喷孔倾角β：

多孔喷头的各个流股是不是发生交汇以效应角θ为界，大于θ那么各流股很少交汇，小于θ那么必然交汇。

依照体会，喷头倾角β=°～°为宜。

综合考虑选取β=15°。

⑧喷孔喉口段长度确信

喉口段长度的作用：

一是稳固气流；二是使收缩段和扩张段加工方便，为此太长的喉口段反而会使阻损增大，因此喉口段长度推荐为5～10㎜。

本设计选取5㎜。

氧枪枪身设计

氧枪枪身由三层无缝钢管套装而成，内层管是氧气通道，内层管与中层管之间是冷却水进水通道，中层管与外层管之间是冷却水通道。

（1）枪身各层尺寸的确信

①中心氧管管径的确信

管内氧气工况流量Q0：

（4-10）

式中：

P标—标准大气压，Pa；

P0—管内氧气工况压力，Pa；

T标—标准温度，273K；

T0—管内氧气实际温度，一样取290K。

取中心管内氧气流速V0=45m/s，那么中心氧管内径

㎜（4-11）

式中：

F1—中心氧管内截面积，㎡；

V0—管内氧气流速，m/s，一样取40～50m/s，那个地址取V0=45m/s；

依照标准热轧无缝钢管产品规格，选取中心钢管为φ159㎜×6

②中外层钢管管径

依照生产实践体会，选取氧枪冷却水耗量Q水=120t/h；冷却水进水速度V进=6m/s，出水速度V出=7m/s。

又中心氧管外径d1外=159㎜，那么：

进水环缝面积

（4-12）

出水环缝面积

（4-13）

因此，中层钢管的内径d2：

（4-14）

选取中层钢管d2外=φ170㎜×6㎜。

同理，外层钢管内径

（4-15）

选取外层钢管d3外=φ211㎜×12㎜

（2）氧枪长度的确信

如图3-5所示，氧枪全长是下部枪身年度和尾部长度之和。

氧枪尾部装置有氧枪把持器、冷却水进出管接头、氧气管接头和吊环等。

氧枪下部长度取决于转炉公称吨位和烟罩尺寸。

H氧枪＝

——氧枪头部最低位置至炉口的距离，它等于钢液面距炉口距离减去钢液面距氧枪喷头端面距离

，一样

=200～400，因此本设计

=4030+3000-300=6730mm,取

=300m；

——转炉炉口至烟罩下缘的距离，考虑到活动烟罩提起后，便于观看火焰，一样取350～5OOmm，大转炉取上限，小转炉取下限，本设计取400mm;

——烟罩下缘至烟道拐点的距离。

这段距离与拐点的角度、烟罩直线段的长度和转炉吨位大小有关，一样取3000～4000mm,本设计取4000mm；

——斜烟道拐点至氧枪密封口上缘的距离本设计取值为3000mm，

——氧枪喷嘴部位需要清渣，或发生故障进行处置时，氧枪应提出烟道氧枪插入孔边缘必然距离。

氧枪头部底面距氧枪插入孔上缘的距离一样取500～800mm,本设计取值为800mm；

——依照氧枪把持器设备的要求确信,本设计取500mm；

——氧枪把持器中心线的距离，依照把持器设备要求确信,本设计取4000mm；

——氧枪把持器中心线至氧枪接头法兰盘的距离，本设计取1000mm。

氧枪的行程是

之和。

图4-6氧枪长度的确信

本设计的氧枪长度：

H氧枪＝

=6730+400+4000+3000+800+500+4000+1000

=20430mm

氧枪的行程：

H行＝

=14930mm

氧枪起落和改换机构

4.7.1对氧枪起落和改换机构设备的要求

转炉在吹炼进程中，氧枪需要多次起落以调整枪位。

对氧枪的起落机构和改换装置提出以下要求：

（1）应具有适合的起落速度，而且能够变速。

为了缩短冶炼周期，在吹炼进程中氧枪应快速提升，在炉口以上可快速下降；当氧枪进入炉口以下时，应慢速下降，以便操纵熔池的反映和保证氧枪平安。

在设计中转炉氧枪起落速度的快速为50m/min，慢速为5～10m/min。

（2）应保证氧枪起落平稳、操纵灵活、操作平安、结构简单、便于保护；

（3）能快速改换氧枪；

（4）应具有平安连锁装置；

为了保证平安生产，氧枪起落机构设有以下平安连锁装置：

1）当转炉不在垂直位置（许诺误差

3°）时，氧枪不能下降。

当氧枪进入炉口后，转炉不能作任何方向的倾动；

2）当氧枪下降到炉内通过氧气开、关点时，氧气切断阀自动打开，当氧枪提升通过此点时，氧气切断阀自动关闭；

3）当氧压或冷却水水压低于给定值，或冷却水升温高于给定值时，氧枪能自动提升并报警；

4）副枪与氧枪也应有相应连锁装置；

5）车间临时停电时能使氧枪自动提升。

4.7.2氧枪垂直起落机构

如图4-7-1是重锤提升装置，它包括氧枪、氧枪起落小车、导轨、平稳锤、卷扬机、横移装置、钢丝绳滑轮系统、氧枪高度指示标尺等部份。

图4-7-1氧枪起落机构

1-氧枪；2-起落小车；3-导轨；4、10-钢绳

五、六、7、8-滑轮；9-平稳锤；11-卷筒

氧枪1固定在氧枪小车2上，氧枪小车沿着用槽钢制成的轨道3上下移动，通过钢绳4将氧枪小车2与平稳锤9连接起来。

4.7.3氧枪各操作点的操纵位置

转炉生产进程中，依照生产情形氧枪处于不同的操纵。

图4-7-2转炉氧枪在行程中各操作点的标高位置。

图4-7-2氧枪在行程中各操作点的位置

1-最低点；2-吹氧点；3-开、闭氧点（变速点）

4-等候点；5-最高点；6-换枪位置

氧枪各操作点标高的确信原那么：

（1）最低点。

最低点是氧枪下降的极限位置，其位置取决于转炉的公称吨位，喷嘴端面距熔池液面一样为200～400mm。

大转炉应取上限，本设计取值为400mm；

（2）吹氧点。

此点是氧枪开始进入正常吹炼的位置，又叫吹炼点。

那个位置与转炉公称吨位、喷嘴类型、供氧压力等因素有关，一样依照生产实践体会确信；

（3）变速点。

在氧枪提升或下降到此点就自动变速，此点位置的确信主若是保证平安生产，又能缩短氧枪提升、下降所占用的辅助时刻；

氧气开、关点。

氧枪降至此点自动开氧，氧枪升至此点自动关氧。

过早地开氧或过迟地关氧都会造成氧气的浪费，假设氧气进入烟罩也会引发不良阻碍；过迟地开氧或过早地关氧也不行，易造成氧枪粘钢。

一样氧气开、关点可与变速点在同一名置；

（4）等候点。

等候点位于炉口以上。

此点位置不阻碍转炉的倾动为准，太高会增加氧枪起落所占用的辅助时刻；

（5）最高点。

氧枪在操作时的最高极限位置，应高于烟罩氧枪插入孔的上缘。

检修烟罩和处置氧枪粘钢时，需将氧枪提升到最高位置；

（6）换枪点。

改换氧枪时，需将氧枪提升到换枪点，换枪点高于氧枪操作最高点的位置。