氧枪喷头的设计(二)
  发布时间:2015年05月11日 点击数:

  (4) 炉膛压力
  喷头出口的环境压力对氧枪喷头来说是指炉膛压力,它与喷头射流的出口压力的差异决定了氧气出口后的流动状态,所以炉膛压力也是喷头设计的重要参数之一。在吹炼的过程中喷头周围的情况是复杂的,炉膛压力也随之变化,其影响还需专题研究。另外转炉容量不同,炉膛压力也稍有差异。根据实测数据,一般炉膛压力高于当地大气压1~2kPa。为了使氧气射流的展开和速度衰减变慢,一般应选取喷头出口压力等于炉膛压力。
  (5) 喷孔夹角和喷孔间距
  多孔喷头的喷孔夹角是指喷孔几何中心线和喷头中轴线之间的夹角,它是多孔喷头设计的重要参数之一。氧气射流沿喷孔向外喷射过程中,多股射流之间发生相互卷吸而使射流向中心偏移。每股射流在同熔池作用处的最大冲击力点和喷头中轴线之间的距离称为冲击半径,其大小主要决定于喷孔夹角和枪位,同时也受马赫数、氧压、喷孔间距的影响。生产实践表明:冲击半径R冲和熔池的半径R熔之比(称为循环比R比)是对转炉冶炼有重要影响的参数之一,因为它影响着熔池的循环运动。多孔喷头要求R比= 0.1~0.2,中小型转炉R比= 0.1~0.15。选取R比时还应参考熔池深度与熔池直径的比值大小,该比值大,则R比可小些,反之则R比大些。随着喷头孔数的增加,喷孔夹角应增大,它们之间的关系参考下表。
 

 

孔数

3

4

5

>5

夹角/ °

9~11

10~13

13~15

15~17

  喷孔间距(d间)是指喷头出口中心线与喷头中轴线之间的距离,它对射流之间的相互作用也产生很大影响。其值大小常用喷孔分散度m(m=d间/d出)来表示。如果喷孔间距d间过小,会增大氧气射流之间的吸引程度。从降低喷孔之间的氧气射流汇交趋势的角度考虑,增大喷孔间距d间同增大喷孔夹角是一致的。因此,喷头设计时原则上应尽可能增大喷孔间距,而不应轻易增大喷孔夹角,但是增大喷孔间距又往往受喷头尺寸的限制。
  根据三孔喷头的冷态测定实验表明,在喷头端面,当喷孔分散度m=0.8~1.0时,不会对氧气射流的速度衰减产生明显的影响。
  (6) 喷孔端面形状
  对于单孔喷头,其端面呈平面。对于多孔喷头由于每个喷孔同喷头中轴线呈一定夹角,如果整个喷头端面形状是平面,则每个喷孔出口断面将呈斜面形状,斜口超音速喷管射流流出的边界条件是不对称的,这时射流流态必然受到边界几何条件的影响,产生射流沿斜口管壁流动的复杂情况。因此,喷头端面应设计成与喷头轴线的垂直平面相交的夹角圆锥面,而其夹角正相当于喷孔夹角,这样喷孔便成为正口拉瓦尔喷管。为了改善锥面受热情况,若喷头中心线处未设喷孔,可用一个垂直于喷头中心线的小平面代替尖锥顶较为合适。
  (7) 喷孔的形状
  现代转炉顶吹氧枪基本上都用拉瓦尔管来获得超音速,它由收缩段、喉口和扩张段三部分组成。设计一个气动特性良好的超音速喷管需要进行大量的计算,而且喷管内形是一个复杂的曲面,其喉口又是收缩段和扩张段曲面相接的一个面,其长度趋于零,加工比较困难。氧气喷孔的主要作用是将压力能转换为动能,使获得的氧气射流对熔池有较大的冲击能力。因此,要对喷管的设计进行简化,使喷管呈圆锥形,也便于加工制造。实践证明这样做是可以满足冶炼要求的。圆锥形喷管的收缩段的半锥角可允许达到30°左右,收缩段入口处的直径一般希望大于喉口直径的二倍。若半锥角为30°时,则收缩段长度约相当于喉口直径的一倍。圆锥形喷管的喉口有一定的长度,其等截面长度应尽量短,一般取为2~10mm。而且要求收缩段和扩张段与喉口直径成圆滑连接,不要出现棱角。这种喷管加工容易,可保证喉口尺寸精确。圆锥形喷管扩张段的半锥角一般为4~6°,根据喉口直径选定半锥角后便可算出扩张段长度。

                     ——本文摘自论文文献综述