浅论底吹氧枪

《浅论底吹氧枪》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、浅论底吹氧枪高长春袁培新陈汉荣摘要:木文较系统的论述有色金属氧气底吹熔炼氧枪基本原理，介绍氧枪设计计算方法,提出延长氧枪使用寿命的技术措施。关键词：氧气底吹熔炼，氧枪结构、材质、气力学参数，氧枪蚀损机理。有色金属氧气底吹熔炼在国内外已有二十多年历史。近儿年国内氧气底吹炼铅工艺发展迅速，预计到2010年用该工艺生产粗铅将超过100万吨/年，占全国总产量的40%；氧气底吹炼铜工艺也在起步，发展前景看好。氧枪是氧气底吹熔炼工艺中的核心技术，这种技术己比较成熟，但氧枪使用寿命仍然是关键问题。木文围绕延长氧枪使用寿

2、命问题，就氧枪基本原理，主要技术参数计算方法等方面作粗浅分析论述，以期起到抛砖引玉的作用。1、氧枪和底吹熔池运动氧气底吹熔炼熔池的运动是喷入氧气和其他气体的结果。气体射流由喷嘴喷出后，沿射流的纵轴向熔池面伸展，这时射流四周的熔池沿射流束的径向流來。射流束的流速愈人，熔池流向射流朿的速度亦愈人。射流带动熔池向上运动，熔池哀减射流的能量，减缓射流的运动，互和运动的同时发生物理化学反应，射流则逐渐扩人。但主射流仍保持着“气柱”或“气舌”的形状，直到达到一定高度后，方在主射流的顶部发生气一液交混，而形成气泡带向熔

3、池面伸展。气体到达熔池面时便逸岀，熔池则再向下流动形成回流，形成熔池熔液不断循环流动。这个不断循环流动的过程，便是氧气和其他气体不断地把能量传送给熔池的过程；这个不断循环流动的过程，造成底吹熔炼有别于顶吹或侧吹熔炼过程的反应特性和流动特性，使熔池得到充分搅拌，具有更为优越的传质、传热功能，喷入氧气得到极高的利用率。水力学模型实验和底吹熔炼生产实践发现，喷咀喷;II气体的压力和喷枪结构选择不当，会出现严重的“气泡后座”现象、严重的喷溅现象、严重的熔池振荡现象，甚至气流射穿熔池。底吹气休传送给熔池的能量，有气

4、体的动量、冲量、功能和膨胀功。动量、冲量、动能为一般物理学概念，比较容易理解和计算。气体动量反映气体具有的机械运动量的大小，气体力的冲量反映转移到熔池的机械运动量的大小，气体的动能是由于作机械功而具有的能量。膨胀功是气体热力学概念，计算较复杂，但不难理解：在高温冶金过程屮，由于熔池熔液的密度比气体密度大儿千至上万倍,温度高达1000°C以上，喷入的常温气体骤然膨胀，则密度差更大，气体的气泡泵作用更为显著，等于若干台人功率的气动机械在熔池内工作。瓦纽科夫炉的搅拌功率为10—100kw/m3,p—S铜转炉为6

5、0—120kw/m3,诺兰达炉为60kw/m(1＞粗略计算氧气底吹炉的搅拌功率：每小时喷入5000m3气体(含氧气和冷却介质)，喷出速度280m/s,熔池温度1200°C,它的动能按式E=l/2mv2计算并折成功率约为70kw；按照理想气体等压变化过程计算气体的膨胀功约为640kw,除气体升温耗功外，机械功至少有180kwo这样，几百吨的熔液就被少量的气体充分的搅动起来。底吹熔炼把气体喷入熔池的器件统称为供气元件，习惯上把氧气底吹喷嘴叫做氧枪。底吹炉是底吹熔炼的关键设备，氧枪是底吹熔炼的核心技术。从19

6、68年氧气底吹转炉炼钢工业化算起，使用氧枪有近40年历史，有色金属底吹使用氧枪也有20余年历史，至今底吹氧枪的供气性能和寿命仍然是关键问题。现今的研究比较集屮在氧枪的材质和结构、底吹气体的流动特性、底吹气体受炉底加热所引起的动力学与热力学、喷咀的配置等方面的问题。2、氧枪原理2、1气体喷岀状态与气体压力的关系2•1•1水力学模拟实验李运洲⑵列举出低压底吹模拟实验和高压模拟实验的情况。(1)低压底吹模拟实验。攀枝花钢铁研究院在8(和12t氧气底吹转炉的水力原模型实验中发现，喷枪前气体压力为0.023—0.3

7、29Mpa时，气流喷出后均产生涡旋流股和“气泡后坐”，甚至在炉底屮心出现一种如龙卷风一样的流股而严重浸蚀炉底，并随着气体压力的增高而加剧。见图1和图2。nririfi-iIrn—n图1三支氧枪成等腰三角形图2单支氧枪的熔池运动现象布置时熔池运动现象(2)高压喷吹模拟实验。水深500mm,喷咀直径10mm(见图3、图4),底吹。实验发现:①、喷吹气体的压力低T0.4MPa时，在喷咀端部形成气泡带并敲打和冲击炉底，成为损坏炉底的重要原因，被称为“气泡后坐”现象。②、喷吹气体压力低F0.1MPa时，气泡带直径随

8、气体压力的增大而逐渐增大，约至O.IMPa时，气泡带便稳定在10倍于喷咀直径的范I韦I。超过0.4MPa后,喷咀端部不再形成气泡和气泡带，而形成接近于喷咀直径的柱状射流深入水池,在气流束的顶部气液交混形成的稳定的气泡带。(A)伫坟咀泡寛度1234大弋压图3气体压力与气泡带宽度图4熔池喷吹气体示意图E5鼓泡和射流与F厂数的关系2-1-3“射流”喷出的条件对底吹气流与金属熔池之间相互作用的研究，业界人士己达到这样的共识：即底吹气体