120t转炉氧枪喷头的设计和优化

李 雷

（唐钢中厚板材公司，河北 唐山 063000）

喷头是氧枪的核心部分，就氧枪喷头的基本功能来说，它的质量决定氧枪的使用性能，实现能量转换，提供良好的动力学条件。因此，转炉炼钢的供热、脱碳及对熔池的搅拌，都借助于氧枪所提供的氧射流来完成。氧枪的动力搅拌效果主要是由喷头形式、参数所决定。对喷头设计的要求主要有以下几点：

①根据生产情况尽可能提高供氧强度，且能够平稳反应。这就要求正确的设计形式、喉口和确定合理的操作氧压以及枪位高度。②在一定操作氧压下，在合理的枪位时，使氧射流产生较大的的动能，以达到良好的动力学条件，合理的冲击深度。这就要求氧气射流沿轴线的衰减速度应尽可能的慢。③对于多孔喷头，要求氧气射流在熔池液面上不要汇合，形成多个冲击中心以形成多个反应区，保证熔池反应均匀。同时要求氧气射流有适当的冲击半径，以保证熔池搅拌均匀和炉衬侵蚀均匀。④氧枪喷头寿命长。这就要求射流沿氧枪轴线不出现负压区域和强的湍流运动，以减少“吃鼻子”现象。

要获得具有上述性能的氧射流，满足转炉炼钢的要求，最终归结为合理地确定喷头的主要设计参数，如喷孔的马赫数，喉口直径，喷孔夹角和喷孔形状等。确定主要设计参数的依据是高压气体流出理论，应用可压缩流理论设计喷孔尺寸和形状，使其获得转炉炼钢所需要的超音速射流。

1 氧枪喷头使用现状和存在问题

目前我厂原使用的4孔氧枪供氧时间长、一倒磷合格率低、终点炉渣FeO较高、钢铁料耗高、喷头寿命短、供氧强度偏低、同时炉渣粘枪粘烟罩及粘氧枪口现象较严重，已不能满足低铁耗下的正常生产，必须重新优化氧枪喷头，有效解决以上出现的问题。

1.1 氧枪喷头的设计

选择喷头类型，随着供氧强的提高，与废钢比的提升，目前典型的喷头多是使用四孔、五孔喷头，根据生产实践目前的4孔氧枪已不满足生产条件，因此选择中间一孔及周边4孔的大马赫数氧枪。

1.2 马赫数选定

喷孔的马赫数有一个合适的范围。过高的马赫数要求氧压机有更大的功率，供氧系统的管道、阀门、仪表的工作条件更为苛刻。据调查现在转炉炼钢喷孔出口马赫数一般在1.8～2.4之间，其中80%以上在1.9～2.0之间。过高时，为提高马赫数需要更大幅度地提高滞止压力，而射流的速度提高并不太多；偏低时，氧流速度偏低，对熔池搅拌不足，为了使熔池得到冶金过程所需要的搅拌能量和冲击深度就必须降低枪位，过分的降低枪位，就必然使喷头端面承受更高的热负荷，影响喷头寿命.国外大中型转炉喷孔出口马赫数一般在1.99～2.32间，平均为2.14；国内大中型转炉喷孔出口马赫数一般在1.86～2.16间，平均为1.99。

1.3 喷孔倾角确定

参照文献报道的喷孔数目与喷孔夹角值和国内一些同类转炉的实际选用情况，同时考虑氧气流股对副枪的影响，氧枪喷头选取倾角为12°(4孔)或15°(5孔)，以保证射流冲击区相互分开。通常所选取的喷头倾角在不同枪位时喷射区域的冶金效果不同，做到定期测量熔池高度，可准确操作氧枪枪位，冶炼就会顺利进行。

2 技术特点、关键技术

结合氧枪喷头参数需要进行一定地调整，从而使喷头的功效利用最大化。重点、难点主要体现在以下的几个方面：①通过合理设计氧气喷孔布局，优化扩张角度，使新设计氧枪的氧量较大，可以有效缩短吹炼时间；②同时由于喷头改为五孔可以有效增大吹炼面积，促进熔池化渣及脱碳反应。③由于氧枪喷头中间新加一孔，可以抑制氧枪正下方负压区的产生，减少“吃鼻子”现象。④通过匹配合适的枪位可以增加钢渣界面的富氧能力，从另一方面促进化渣。

表1 新5孔氧枪和原4孔氧枪冶炼效果对比表

3 冶炼效果分析

在使用新5孔喷头冶炼时，通过使用新喷头的1#转炉和使用原喷头的2.3#号转炉工冶炼情况及技术指标进行统计分析，通过吨钢氧耗、供氧时间、一倒[P]合格率、钢铁料消耗等主要生产技经指标进行对比分析，如表1所示。

从表1可以显示。由于改进的氧枪增加了中间1孔，降低了马赫数和提高供氧强度，良好的改善了熔池反映的动力学条件，提升了反应速率，吨钢氧耗也有明显降低，由改善前的58.92m3/t降低到54.36m3/t，吨钢氧气消耗的降低，有效降低生产成本。平均冶炼吹氧时间缩短了122s，极大提高了生产效率，产生较大经济效益。由于喷头结构、参数的改进，新5孔氧枪具有更优的化渣效果，冶炼反应平稳，喷溅率显著降低，提钢铁料耗降低了15.3Kg/t。良好的化渣效果保证了前期脱P效果，一次拉碳钢水P合格率提高了17%，为品种开发奠定了良好的基础。

4 结论

优化后的新5孔氧枪喷头满足当前低铁耗、大产能、高品种的生产实际和工艺要求。在生产过程中，化渣效果好、一次拉碳钢水P合格率高、喷溅率低，极大地提高了生产效率。