氧槍作用及原理

1、 噴嘴又稱噴頭或槍頭。高壓氧氣在輸氧管道中的流動速度較低， 一般在60m/s以下， 氧氣流通過噴嘴后， 形成超音速的氧射流， 流速為500-600m/s ， 為音速的二倍左右。噴嘴能最大限度地將氧氣壓力能轉化為動能獲得超音速流股， 借此向熔池供氧并攪動熔池金屬液以達到吹煉目的， 因此， 噴嘴是壓力一速度的能量轉換器。采用合理的噴嘴結構是頂吹氧氣轉爐煉鋼的關鍵問題之一。 目前國內外頂吹氧氣轉爐所采用的噴嘴類型是多種多樣的。按噴嘴形狀和特點可分為拉瓦爾型、 直筒型及單擴張型等； 按噴嘴孔數可分為單孔及多孔噴嘴；按吹入物質可分為氧氣噴嘴、 氧燃噴嘴及噴粉料的噴嘴。 拉瓦爾噴嘴結構： 三孔拉瓦爾結構：

2、 單三式噴嘴結構： 三喉式結構 ： 單三式噴嘴是整個噴嘴只有一個收縮段和一個喉口， 然后分成三個小直孔，這種噴嘴目前使用的較少： 三喉式噴嘴的三個孔分別為三個拉瓦爾型噴孔， 這種噴嘴目前使用的比較多， 三孔拉瓦爾型噴嘴具有操作平穩(wěn)， 化渣快、 供氧強度大、噴濺少、 金屬收得率高、 熱效穩(wěn)定等優(yōu)點， 但是比單孔噴嘴加工較難， 噴嘴中心部位冷卻強度較差， 若操作不當易粘槍 。 頂吹氧氣轉爐是將高壓、 高純度 （含氧氣99.4% 以上） 的氧氣通過水冷氧槍，以某種距離 （噴頭到熔池面的距離約為1-3m ） 從熔池上面吹入的。為了使氧流有足夠的能力穿入熔池， 使用出口為拉瓦爾型的多孔噴頭， 氧氣的使用

3、壓力為 （1.0-1.4）MPa， 氧流出口速度可達400-440m/s 。 轉爐爐膛是一個復雜的高溫多相體系， 噴吹入爐內的氧氣射流離開噴頭后，由于爐內周圍環(huán)境性質變化， 使射流的特性也變得有些不能確定。開吹時， 射流與熔池之間的爐內空間充滿了熱 氣體， 主要是熔池內排出的CO和空氣所組成。但是在吹氧幾分鐘后就開始形成爐渣， 從熔池內排出的CO 氣體速度也很快增大，開始產生泡沫渣， 不久就把噴槍淹沒了。在這種情況下， 不可能在真實的轉爐上直接測定射流特性， 也無法找到合適的實驗方法來推測爐內的情況。同時， 噴吹入爐膛的氧射流與爐內介質存在著溫度差、 濃度差和密度差， 還存在著反向流動的介質和

4、化學反應。因此， 爐膛內的氧氣射流與在靜止條件下研究的自由射流存在很大的差異。 轉爐爐膛內的氧氣射流， 其初始溫度比周圍介質的溫度低得多， 當射流與從周圍抽吸的高溫介質混合時， 射流被加熱。同時， 進入射流的CO 和金屬滴要在射流中燃燒放熱， 并使射流的黑度增大而接受周圍介質的輻射熱。氧氣射流因被加熱膨脹， 使射程和擴張角增大。同時， 氧氣的純度降低。在熱模擬實驗中， 將氧氣射入1400 的 CO室中， 在距噴孔10-20 個孔徑處， 射流溫度達1300-1800 ；在距噴孔30-40 個孔徑處則達 2100-2300。顯然， 這樣的高溫是危及爐襯的。 應該指出， 在氧氣射流與熔池相遇處， 按

5、非彈性體的碰撞進行研究， 射流的動能主要消耗于非彈性碰撞的能量損失 （約占70-80% ） 和克服浮力的能量損失（約占4-10% ） ； 用于攪動熔池的能量僅占20% 。因此只靠氧射流約 20%的能量攪動熔池， 攪拌強度顯然是不足的。因此，頂吹氧氣轉爐熔池攪動的能量， 主要是由吹煉過程中脫碳反應產生的CO 氣體從熔池排出的上浮力提供的 （忽略金屬液各部分因成分和溫度不同所引起的密度不同產生的對流）。 在確定合適的槍位時， 主要考慮兩個因素： 一是要有一定的沖擊面積； 二是在保證爐底不被損壞的條件下， 有一定的沖擊深度。氧槍高度可按經驗確定一個控制范圍， 然后根據生產中的實際吹煉效果加以調整。由

6、于噴嘴在加工過程中， 臨界直徑的尺寸很難做到非常準確， 而生產中裝入量又有波動， 所以過分的追求氧槍高度的精確計算是沒有意義的。 噴槍高度范圍的經驗公式為： H=（24-44）d喉 H噴嘴距熔池面的高度mm， ； d喉噴嘴喉口直徑mm。 通常， 槍位根據如下的因素確定： 吹煉的不同時期。由于吹煉各時期的爐渣成分、 金屬成分和熔池溫度明顯不同， 它們的變化規(guī)律也有所不同， 因此槍位也應相應有所不同。 吹煉前期的特點是硅迅速氧化， 渣中 （SiO2 ） 的濃度大和熔池溫度不高。此時要求快速熔化加入的石灰， 盡快形成堿度不小于1.4-1.7 的活躍的爐渣， 以免酸性渣嚴重侵蝕爐襯和盡量增加前期的去磷

7、和去硫率。所以， 在溫度正常時， 除適當加入螢石或氧化鐵皮等助熔劑外， 一般應采用較高的槍位， 使渣中的 （FeO ） 穩(wěn)定在20-30% 的水平。如果槍位過低， 渣中 （FeO ） 含量低， 則會在石灰塊表面形成高熔點 （2130 ） 的2CaSiO2 ， 阻礙石灰的溶解； 還因熔池未能被爐渣良好覆蓋， 產生金屬噴濺。當然， 前期槍位也不 應過高， 以免產生嚴重噴濺。最佳槍位應當是爐渣剛到爐口而又不噴出。 吹煉中期的特點是強烈脫碳。這時， 不僅吹入的氧全部消耗于碳的氧化， 而且渣中的氧化鐵也被消耗于脫碳。渣中 （FeO ） 降低將使渣的熔點升高。渣中（FeO ） 降低過多， 則會使爐渣顯著變

8、黏， 影響磷、 硫的繼續(xù)去除， 甚至發(fā)生回磷。這種爐渣變黏的現象稱為爐渣 “返干” 。為防止中期爐渣 “返干” 而又不產生噴濺， 槍位應控制在使渣中 （FeO） 含量保持在14-20% 的范圍內。 吹煉后期因脫碳減慢， 產生噴濺的威脅較小， 這時的基本任務是要進一步調整好爐渣的氧化性和流動性， 繼續(xù)去除磷和硫， 準確控制終點。為此， 在過程化渣不太好或中期爐渣 “返干” 較嚴重時，后期應首先適當提槍化渣， 而在接近終點時， 再適當降槍， 以加強熔池攪拌， 均勻熔池溫度和成分， 降低鎮(zhèn)靜鋼和低碳鋼的終渣 （FeO ） 含量， 提高金屬和合金收得率并減輕對爐襯的侵蝕。 高-低-高的六段式操作：，開吹槍位較高， 及早形成初期渣； 二批料加入后適時降槍， 吹煉中期爐渣返于時又提槍化渣； 吹煉后期先提槍化渣后降槍； 終點拉碳出鋼。 高-低-高的五段式操作：五段式操作的前期與六段式操作基本一致， 熔渣返干時可加入適量助熔劑調整熔渣流動性， 以縮短吹煉時間。 高-低-高-低的四段式操作：在鐵水溫度較高或渣料集中在吹煉前期加入時可采用這種槍位操作。開吹時采用高槍位化渣，使渣中含（FeO ）24-30% ， 促進石灰熔化， 盡快形成具有一定堿度的爐渣，增