氧槍噴頭參數(shù)優(yōu)化與應(yīng)用

蘇 醒，郭文波

（新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西 新余 338001）

1 前言

在近幾年鋼材效益較好的大環(huán)境下，各鋼鐵廠為搶抓市場機(jī)遇均立足于縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期來開展工作，其中供氧環(huán)節(jié)作為冶煉周期中的重要環(huán)節(jié)，不僅關(guān)系到供氧時(shí)間的長短，而且決定了終點(diǎn)命中率的高低，作為供氧的核心部件氧槍噴頭，其參數(shù)的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。目前限制我廠供氧時(shí)間縮短的主要原因在于供氧流量在現(xiàn)有水平下繼續(xù)增加會(huì)造成氧壓偏高、增加操作難度如噴濺發(fā)生率上升、加劇爐底侵蝕等問題[1]。因此，要達(dá)到縮短供氧時(shí)間、優(yōu)化終點(diǎn)命中率的目的改進(jìn)現(xiàn)有氧槍噴頭參數(shù)十分必要。

2 現(xiàn)狀分析

我廠轉(zhuǎn)爐公稱噸位110噸、裝入量約121噸，原有氧槍噴頭采用四孔拉瓦爾型，中心夾角12°、馬赫數(shù)2.0、喉口直徑38.4mm，吹煉過程中普遍使用19500m3/h和23000m3/h兩個(gè)檔位的供氧流量。使用供氧流量23000m3/h時(shí)對(duì)應(yīng)氧槍支管閥后壓力高達(dá)0.93Mpa～0.95Mpa。高氧壓操作一方面增加了吹煉控制難度，噴濺發(fā)生率增加，另一方面易對(duì)爐底造成侵蝕（具體沖擊深度見表1）?，F(xiàn)有供氧條件下平均吹煉時(shí)間長達(dá)787秒，如采用低檔位19500m3/h氧流量則吹煉時(shí)間會(huì)更長。

表1 原有噴頭不同氧壓條件下氧射流沖擊深度對(duì)比

上表中沖擊深度根據(jù)佛林公式計(jì)算得出：

式中：H—操作槍位cm；

P—使用壓力MPa；

d喉—喉口直徑cm。

此公式對(duì)單孔噴頭適用，對(duì)于多孔噴頭取修正系數(shù)0.90。

由表1可見，在正常拉碳槍位1200mm下將氧流量從23000m3/h提高到25000m3/h后，沖擊深度增加5cm、沖擊比例增加4%。據(jù)相關(guān)資料介紹，氧射流沖擊深度控制在70%比較理想，過淺脫碳速度和氧氣利用率降低；過深易損壞爐底，造成嚴(yán)重噴濺[2]。因此利用現(xiàn)有氧槍噴頭通過提高供氧流量來達(dá)到縮短供氧時(shí)間的目的不現(xiàn)實(shí)。

3 優(yōu)化方案及實(shí)施效果

3.1 一次改進(jìn)及實(shí)施效果

為解決增加氧流量氧壓不升高的問題，嘗試增加噴頭的喉口直徑，其它參數(shù)未變，見表2：

表2 一次改進(jìn)氧槍噴頭參數(shù)

第一次改進(jìn)噴頭設(shè)計(jì)供氧流量25000m3/h、壓力控制在0.8Mpa～0.9Mpa，喉口直徑在原有基礎(chǔ)上增加1.4mm、出口直徑增加了1.8mm，馬赫數(shù)未變，具體見圖1。

圖1 一次改進(jìn)噴頭剖面圖

經(jīng)過一次改進(jìn)后對(duì)上線噴頭進(jìn)行了試用、跟蹤，著重對(duì)氧壓進(jìn)行了對(duì)比如下：

表3 不同氧流量（m3/h）對(duì)應(yīng)氧壓（MPa）對(duì)比（一次）

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，一次改進(jìn)噴頭供氧流量在23000m3/h～24000m3/h之間對(duì)應(yīng)氧壓較原有噴頭降低約0.03Mpa，在25000m3/h時(shí)氧壓高達(dá)0.97Mpa，未達(dá)到設(shè)計(jì)氧壓要求，提高氧流量操作不現(xiàn)實(shí)，因此一次改進(jìn)噴頭未起到明顯效果。

3.2 二次改進(jìn)方案

針對(duì)一次改進(jìn)噴頭在大流量范圍內(nèi)仍然存在氧壓偏高的問題，對(duì)噴頭參數(shù)進(jìn)行了二次改進(jìn)，將噴頭喉口直徑由原先的39.8mm增加到了41.0mm，相應(yīng)出口直徑由51.7mm調(diào)整到53.9mm[3]。

另外，為進(jìn)一步加強(qiáng)攪拌效果，使渣鋼界面進(jìn)行充分反應(yīng)，將馬赫數(shù)由原有2.00提高到2.03，實(shí)際使用過程中相同供氧流量條件下氧壓有了比較明顯的降低：

表4 不同氧流量（m3/h）對(duì)應(yīng)氧壓（MPa）對(duì)比（二次）

在相同供氧流量的前提下二次改進(jìn)噴頭操作氧壓較原有噴頭平均降低了0.08Mpa。使用二次改進(jìn)噴頭供氧流量由原先的23000m3/h提高到25000m3/h，氧壓對(duì)應(yīng)為0.90MPa，較原先氧流量為23000m3/h時(shí)所對(duì)應(yīng)的0.93MPa甚至降低了0.03MPa。操作氧壓的降低為供氧流量的提升乃至供氧時(shí)間的縮短創(chuàng)造了條件[4]。

3.3 二次改進(jìn)實(shí)施效果

喉口直徑進(jìn)一步加大后在供氧流量的提升時(shí)氧壓在原有基礎(chǔ)上得以降低，使得供氧流量的增加成為現(xiàn)實(shí)，供氧強(qiáng)度有原先的3.4m3/（t.min）提高到3.7m3/（t.min），加之馬赫數(shù)的提高使得熔池?cái)嚢栊Ч?，化學(xué)反應(yīng)更加趨于平衡，供氧時(shí)間平均較原有噴頭至少縮短了75秒。在終渣堿度、TFe分別與原先保持一致的前提下殘錳率、脫磷率均有所提高，特別是一倒出鋼率較之前有大幅度提升[5]。實(shí)際吹煉效果對(duì)比情況如下表所示：

表5 實(shí)際吹煉指標(biāo)對(duì)比

氧槍噴頭經(jīng)過二次改進(jìn)后氧流量從原先的23000m3/h提高到25000m3/h，吹煉時(shí)間降低的同時(shí)氧氣利用率提高，噸鋼氧耗由原先的44.6m3/t降低到42.9m3/t。

同時(shí)，根據(jù)使用過程中的實(shí)際氧壓及參數(shù)用佛林公式再次驗(yàn)證了氧射流對(duì)熔池的沖擊深度和沖擊比例如下表：

表6 不同槍位下沖擊深度對(duì)比

上表中的計(jì)算依據(jù)為改進(jìn)噴頭使用25000m3/h供氧流量、原有噴頭使用23000m3/h流量，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)噴頭在不同槍位條件下沖擊深度雖較原有噴頭平均增加了4cm，但沖擊比例在合理范圍內(nèi)，因此吹煉過程中槍位可保持不變或者小范圍內(nèi)提高約4cm即可。

目前二次改進(jìn)噴頭在我廠已進(jìn)行推廣使用，因留渣模式、過程槍位、刮渣系統(tǒng)等方面因素影響，目前槍齡普遍不高、有待改善。

4 結(jié)語

（1）經(jīng)過對(duì)氧槍噴頭參數(shù)進(jìn)行二次改進(jìn)后，供氧流量由原先23000m3/h提高到25000m3/h后操作氧壓未升高甚至降低了0.03Mpa。采用25000m3/h恒流量操作后供氧時(shí)間較原先至少縮短75秒，對(duì)比相同鋼種在終渣堿度、TFe與原先保持一致的前提下終點(diǎn)脫磷率提高3.1%、一倒出鋼率提升28.6%。

（2）因改進(jìn)氧槍噴頭喉口直徑較原有噴頭增加2.6mm，相同槍位條件下氧射流沖擊深度較原先增加了40mm，沖擊比例仍在合理范圍內(nèi)，實(shí)際吹煉過程中槍位可保持不變或者小范圍內(nèi)提高約40mm。

（3）由于留渣模式、過程槍位、刮渣系統(tǒng)等綜合因素影響，目前槍齡普遍偏低，仍有待改善。