氧枪设计规范.doc

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山东崇盛冶金氧枪
转炉炼钢整体(锥度)氧枪设计规范
山东崇盛冶金氧枪
氧枪研究所
二零零八年七月监制
目录
一前言
二转炉炼钢整体氧枪设计规范
(一)供氧管路的设计要求及标准
(二)供水管路的设计要求及标准
(三)整体氧枪枪体的设计要求综述
三转炉炼钢整体锥度氧枪设计规范
(一)锥度氧枪在炼钢中的优化应用及特点
(二)供氧管路的设计要求及标准
(三)供水管路的设计要求及标准
(四)锥度管的加工工艺要求
(五)整体锥度氧枪的设计要求综述
四氧枪在使用过程中存在的问题及处理建议
(一)炼钢用氧存在问题及处理建议
(二)供水管路存在问题及处理建议
五结语
转炉炼钢整体(锥度)氧枪设计规范
一前言
目前氧气炼钢已成为世界上生产钢的主要方法,我炉为主的产钢局面。各大型钢厂几乎都采用LD转炉来生产炼钢,并且近来电炉用氧炼钢发展也十分迅速,因此用氧炼钢已经成为大势所趋!
从开始采用用氧炼钢,我们就一直在寻求一种既能满足生产工艺要求,又能长期、安全、使用方便的供氧设备,国内许多研究人员和工程师都做出了不少的贡献。然而由于吹炼生铁的成分各不相同,以及炼钢方法的不同,对喷氧设备的要求也就各不相同。而我们山东崇盛冶金氧枪经过二十年的探索、研究、试验,依托雄厚的技术力量、丰富的制作经验,终于生产制作出转炉炼钢整体(锥度)氧枪,并已经广泛运用到各炼钢厂,与此同时我们崇盛公司也进一步提高了转炉炼钢整体(锥度)氧枪的设计水平,完善了制作工艺,成为国内转炉炼钢整体(锥度)氧枪行业中的龙头企业!
氧枪是氧气顶吹转炉炼钢中的主要供氧设备。氧枪在转炉、电炉及精炼炉内,受到高温炉气的辐射、对流以及传导等复杂的热负荷,另外还有高温炉渣和喷溅的不断侵蚀,工作环境十分恶劣。此外,氧枪在操作中经常会有3-10mm厚的结渣粘在枪体上而影响热交换,故氧枪枪体外层可以认为是由两层圆筒组成,氧枪体内有循环冷却水流动,外有高温炉气流动,因此氧枪
可以认为是多层圆管复杂换热的典型,要保证氧枪的正常使用就必须要有合理的枪体结构,合理的循环水冷却。在此,我们山东崇盛冶金氧枪组织相关国内专家和冶金专业人员,凭借二十多年的氧枪制作经验,对于氧枪的结构设计进行汇总编制,进一步完善氧枪的设计制作理念,奉献给从事炼钢事业的广大读者,共同探讨,共同研究,共同进步!
借此规范成稿之时,我们山东崇盛冶金氧枪向工作在冶金战线上的各界人士表示感谢,感谢你们为炼钢冶金事业的发展做出的无私奉献,希望我们能不断学习,共同进步,以适应时代变化的要求!
二转炉炼钢整体氧枪设计规范
(一)供氧管路的设计要求及标准

(1)氧枪枪体内氧管氧气压力、氧气流速设计要求:氧枪的供氧管路应该保证氧气在管路中的流动速度不能过大,因为压力损失大致与速度的平方成正比。一般氧气在管路内的流动速度大约为马赫数Ma=-。氧气在管路中的速度过大不单是压力损失大,而且容易发生由于有颗粒物的摩擦引起爆炸。因此,在保证供氧充足的条件下,按国家规定氧气管道流速应<60M/S。
-,氧气流速尽量低于55m/s,在此条件下选取合适的氧枪枪体内氧管,以便氧枪使用时符合安全要求。
(2)氧枪枪体内氧管材质设计要求:氧枪枪体内氧管材质主导选取国标20号低碳钢无缝钢管,此种钢管可承载氧枪氧气压力,满足氧枪的供氧能力和要求。

按国家规定,现要求转炉公称吨位控制在50T以上,因此我们对于50T以上不同公称吨位的转炉,对应的氧流量、氧流速、内氧管的选取规标准下:
公称吨位
氧流量(Nm3/hr)
内氧管
氧流速(m/s)
250T-300T
58000-66000
Φ245×8
210T
48000-54000
Φ219×8
180T
39000-44000
Φ194×6
150T
30000-33000
Φ168×6
120T
26000-28000
Φ159×6
80T
18000-20000
Φ133×5
60T
14000-16000
Φ121×5
50T
11000-13000
Φ114×5
备注:

氧枪枪体氧弯管型号选取一般等同与氧枪内氧管的尺寸。
材质要求:1Cr18Ni9Ti(不锈钢)
因为供氧管路氧弯管暴露在空气中,并且周围存有高温,煤气,粉尘等其工作环境恶劣,所以在材质选取上我们采用不锈钢,确保整体氧枪的使用安全。
(二)供水管路的设计要求及标准

(1)氧枪枪体内水压力、水流量、水流速及进出水温差的设计要求:高温冷却必须考虑水流速度,水层厚度,和水温、水流量。水流量取决于枪体的总换热量,水层厚度和水流速度取决于受热负荷。三者最为重要的是水流速选择,过高会增加压头损失,增加能耗,过低则不能满足冷却要求。
水流在氧枪内的走行,先经内环管到达喷头上部汇水室,然后经入水口进入端底并外环管排至体外。各部水速的安排必须恰当合理,既保证关键部位的冷却,又要不使整个系统阻力损失过大。早期氧枪设计的水流速度分配不合理,进出水速度偏高,不应该在本来受热负荷不高的侧壁地区增设加速段,自多空喷头问世后,虽然在中心水冷这点上有所突破,但对导向分水板中心入口处和端底底缝的水流速速缺乏分析和研究,而使喷头端底热裂和熔蚀仍为制约喷头寿命的薄弱环节。
注:喷头中心端面热裂和熔蚀也可能与喷头在铸造过程中出现疏松、气孔等缺陷而造成,此时应与氧枪的水流量问题区分处理。
我们崇盛公司经过多年的研究表明,氧枪枪体的进水内环和出水外环水流速度可以相对减小,而
导向分水板水流入口处和端底底缝水速必须适当提高,也即要把有限的阻降尽可能耗在受热负荷最高的喷头中心端底部位。
枪体冷却水温度控制:
进水温度:15℃-20℃(一般为环境温度,或者根据循环水的冷却效果)。
出水温度:一般控制在50℃以内(如有地区差异,或者循环水的冷却效果差例外),如果出水温度偏高,则枪体喷头型腔部位循环冷却水有可能被气化,并且出水温度过高,水质不良,易在枪体喷头内部结垢而影响枪体的冷却效果。
进出水温差:应控制在27℃以内,通过多年的经验表明在此温差范围内表明氧枪的水的冷却效果可满足使用要求,在安全范围之内。
枪体单位工作表面热交换量:根据现场实测资料,在转炉正常吹炼条件下,。(为整个受热枪体部位的平均值)
冷却水流量Q水的计算:
Q水=×D外×L热×60
D外为枪身外径
L热为枪身受热长度
枪体冷却水流速度的控制:从减少水压损失和加快氧枪枪体冷热交换考虑,出水速度高于进水速度,则其速度可为:进水速度4m/s,出水速度5m/s
也可:进水速度5m/s,出水速度6m/s
、中管和内管的选取配合标准(见表一)
通过炉型和现场实践经验汇总枪身在冶炼时的受热长度如下:
型号
枪身受热长度(m)
型号
枪身受热长度(m)
Φ355
13--14
Φ245
--11
Φ325
—
Φ219
--9
Φ299
12—
Φ194
—
Φ273
10--11
Φ180
--7
(表一)
外管
(mm)
中管
(mm)
内管
(mm)
进水流速
(m/s)
进水
截面积
mm2
出水流速
(m/s)
出水
截面积
mm2
理论水流量
(t/h)
Φ355×10
Φ299×(5-6)
Φ245

17549/18454

17926
300-320
Φ325×10
Φ273×(5-6)
Φ219

15834/16657

14527
260-280
Φ299×10
Φ245×(5-6)
Φ194

13079/13814

13993
230-260
Φ273×10
Φ219×(5-6)
Φ168

11486/12140

12604
180-200
Φ245×8
Φ203×5
Φ159

9400

8822
160-180
Φ219×8
Φ180×5
Φ133

8805

6919
100-120
Φ194×8
Φ159×5
Φ121

5938

5029
80-100
Φ180×8
Φ146×5
Φ114

4320

4383
60-80
备注:;,还与现场供水压力,管路损耗等工况相关。
(三)整体氧枪枪体的设计要求综述
:氧枪枪体是由三根同心圆管组成。它将带有供氧供水和排水通路的枪尾与喷出氧气的喷头连接成一个整体,组成空心管状的氧枪,三根同心圆管通常为热轧无缝20号低碳钢管。对于转炉氧枪而言,内管是氧气的通路,氧气从枪尾的供氧管流经内管由喷头吹入金属溶池。
:
:一种是采用法兰固定连接;一种是采用法兰盘根滑动连结。
“O”型橡胶圈滑动连接,及焊接固定。
;
中层管是分隔氧枪的进、出冷却水之间的隔板,中层管与枪尾的连接是采用法兰焊接固定,与喷头的连接是采用插管式滑动连接。
氧枪冷却水是由枪尾进水支管通过外管、中层管与内管之间的环形通路进入枪体,下降至喷头导向分水板,汇集型腔,快速流过喷头端面型腔内表面,转向180°进入外层管封隙,经枪顶出水管流出。
:枪身的主要用途是要为供向喷头输送氧气和冷却水,氧枪的结构应满足转炉炼钢生产需要,并且便于喷头的更换及维护,补偿氧枪外管受热膨胀时引起的对喷头的作用力。
枪身长度适宜,上达炉外之供氧及供水导管,下达熔池面附近,其氧气的供应满足转炉公称吨位需求,供水保证氧枪枪体的冷却效果,这样设计制造的氧枪才是合理,安全,稳定,节能降耗,高效实用的转炉炼钢设备。
三转炉炼钢整体锥度氧枪设计规范
(一)锥度氧枪在炼钢中的优化应用及特点
随着工业化程度的飞速发展,人们对钢种需求的多样化,年钢产量的大量化,这就对炼钢设备及炼钢工艺要有更新、更高、更快的发展需求。
在转炉炼钢方面,为了更高的产量,几乎所有的大中型转炉都采用了:炉膛扩容,增加装入量,减小炉容比;缩短供氧时间,增大供氧量,提高供氧强度等等,与此随之而来便是增大了冶炼难度,恶化了冶炼工况条件,这对我们为转炉供氧冶炼的重要设备----转炉氧枪,是一个严峻的考验。
为紧随高速发展的工业化程度,适应炼钢业的这一发展需求,我们山东崇盛冶金氧枪历经三年的不懈努力,通过技术改革,工艺改进,积累经验,终于自行研制出一整套制作转炉炼钢整体锥度氧枪的完善工艺。
转炉炼钢整体锥度氧枪具有以下优特点:
,改善枪体的冷却效果。