氧枪设计

原始条件

铁水成分（%）

C Si Mn P S

4.2 0.50 0.30 0.13 0.03

冶炼钢种

以低碳钢为主，多数钢种C≤0.10%。

转炉新炉子参数

内径5.05 m，有效高度8.72m，炉容比0.95m3/t。

供氧制度

根据铁水成分和所炼钢种进行物料平衡计算，取每顿钢铁料耗氧量为50.21

m3；依国内中型转炉目前所达到的供氧强度和冶炼技术水平，吹氧时间取18min。

输氧管测压点氧气最高压力为1018MPa，氧气平均温度17℃。

氧枪枪位高度：化渣枪位1.8m，吹炼枪位1.2m。

计算氧气流量

取吨钢耗氧量50.21 m3 ，吹氧时间18min，则氧流量

qv＝（50.21×150）/18＝418.38 m3/min

选用喷孔参数

选定喷孔出口马赫数M＝2.0，采用五孔喷头，喷头为拉瓦尔型，喷孔夹角为15°。

计算设计工况氧压和喉口直径

查熵流表（见附录），当M＝2.0时，P/P0＝0.1278，取P＝P膛＝0.099 Mpa 代入，则设计工况氧压为：P0＝0.099/0.1287＝0.775 Mpa

每孔氧流量：q＝qv/5＝418.381/5＝83.676 m3/min

取CD＝0.92,T0＝290K, P0＝0.775MPa＝7.9kg/cm2,带入下式，求出喉口直径：

q＝17.64CDP0AT/0T

83.676＝17.64×0.92×7.9AT/290＝17.64×0.96×7.9290×πd2喉/4

∴ dT＝36.83 mm

确定喷孔出口直径

根据M＝2.0，查等熵流表得：A出/A喉＝1.688，即π/d2出＝1.688×πd2喉/4

则 d出＝1.688d喉＝1.688×36.83 ＝47.85 mm

计算扩张段长度

取喷孔喉口的直线段长度为5mm。扩散段的半锥角取4°则扩张段长度L为：

L扩＝（d出－d喉）/（2tg4°）＝（47.85－36.83）/0.1385＝78.79 mm

收缩段长度

收缩段的直径以能使整个喷头布置得下五个喷孔为原则，尽可能采取收缩孔大一些。为此，取收缩段进口尺寸d收＝38mm，取收缩段长度L收＝0.8d收＝0.8×38＝30 mm。

确定喷头五喷口中心分布圆直径

喷头端面中央部分可采用平面，取其直径为105mm，然后取成与氧枪轴线的垂直平面夹角为10°的圆锥面。

枪身各层钢管计算

计算工程容量150t转炉用氧枪枪身各层钢管尺寸。

（1）中心氧管管径确定。

中心氧管管径的公式为

0vqvAIO

管内氧气工况流量

Iqv＝（P标T0/P0T标）qv＝（1.01×105×290×418.381）/（7.9×105×273）＝56.82 m3/min＝0.947 m3/s

取中心管内氧气流速：Vo＝50m/s，则中心氧管内径

d1＝155 mm

根据热轧无缝钢管产品目录，取中心管外径为175mm×6mm的钢管

验证氧气在钢管中的实际流速

00AqvvI=50.1m/s

符合要求

（2）中层管管径确定

取冷却水耗量为150t/h；冷却水进水管速度Vj＝6m/s，出水管速度Vp

=7m/s。又中心氧管外径d1＝175 mm。

环缝间隙的流通面积：

jmjvqAw＝150/（6×3600）＝69.4 cm2

所以，中层管内径：

d2＝198 mm

根据热轧无缝钢管产品目录，选取中层管外径为210mm×6mm的钢管。

（3）外层套管管径的确定

出水环缝面积：

pmpvqAw＝150/（7×3600）＝59.5 cm2

所以，外层管内径：

d3＝227 mm

根据热轧无缝钢管产品目录，取外层管外径为245×8mm的钢管。

验证氧气在钢管中的实际流速

pv=6.36m/s

符合要求

(4)中层套管下沿至喷头面间隙h的计算

该处的间隙面积为

hmhvqAw%75=75%×36008150=0.00392m

由公式得：

)2'22ddAhHπ（=)210.0198.00039.02π（=0.0061m

（5）氧枪总长度和行程确定

根据公式氧枪总长为

H=87654321hhhhhhhh

=8.160+1.212+4.403+5.033+0.8+0.8+1.0+0.5

=21.908m

式中 1h————氧枪最低位置至炉口距离；

2h————炉口至烟罩下沿的距离；

3h————烟罩下沿至烟道拐点的距离；

4h————烟道拐点至氧枪孔的距离；

5h————为清理结渣和换氧枪需要的距离；

6h————根据把持器下段要求决定的距离

7h————把持器的两个卡座中心线间的距离；

8h————根据把持器上段要求决定的距离。

氧枪行程为

H=54321hhhhh

=8.160+1.212+4.403+5.033+0.8

=19.608m

（6）氧枪的热平衡计算

冷却水消耗量计算

qv=)(21ttcq=）（π255010186.44.18245.010983.036=133.01＜150hm/3

qv小于wmq，证明前面计算中选择的耗水量足够的，且也是合理的。

氧枪冷却水阻力计算

氧枪冷却水系统是由输水管路，软管和氧枪三部分串联而成的。冷却水最大的阻力损失部分是氧枪，大约占80%以上。利用氧枪进水管入口和回水管出口两个平面的实际气体伯努利方程，即其能量平衡关系来确定氧枪冷却水的进水压力。

设进水管入口为Ⅰ面，回水管出口为Ⅱ面，则

2-122122失ⅡⅡⅠhvgZpvgZppj

因为0,2ⅡⅠ，pvvZZpj所以，21p失Ⅰh，即氧枪冷却水的进水压力近似等于氧枪冷却水阻力损失。

阻力损失为

2222221heppppejjjjvdvldvlh失

=0.036×2810005.1210.0229.0236.610004.18038.0175.0198.02610005.19222）（）（

=1341663.913×10aP5

式中

pjll,————进水管的长度，m；

pj,————进、回水管的摩擦阻力系数；

pjvv,————进、回水管内和底部水流速；

 ————180°局部阻力损系数；

 ————水的密度；

epejdd,————进、回水管的有效直径，也叫当量直径。

冷却水的进水压力为

pv=13×10aP5

Φ245×8