快換式氧槍在宣鋼150噸轉爐的設計應用

呂巖

摘? 要：氧槍是現(xiàn)代轉爐吹氧煉鋼的主要設備之一，為了實現(xiàn)快速煉鋼提高作業(yè)率，降低工人的勞動強度，快換型氧槍的應用是轉爐煉鋼發(fā)展的必然選擇。快換氧槍的氧氣及冷卻水管彎管的端部設有快換母端固定板，快換母端固定板的另一側分別設有快換母端、進水水管快換母端、出水水管快換母端，升降小車上設有與母端連接的3個快換公端，并且將氧管、水管設置在同一直線上，大大方便了連接軟管的更換。本文介紹了快換型氧槍結構設計、性能特點及在宣鋼150t轉爐中的改造使用情況。

關鍵詞：快換? 氧槍? 密封? 流量

中圖分類號：TF713 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2021）06（c）-0027-03

Abstract： Oxygen lance is one of the main equipment of modern converter oxygen blowing steelmaking. In order to realize rapid steelmaking， improve operation rate and reduce workers' labor intensity， the application of fast changing oxygen lance is an inevitable choice for the development of converter steelmaking. The end of the oxygen and cooling water pipe elbow of the quick change oxygen gun is provided with a quick change female end fixing plate， the other side of the quick change female end fixing plate is respectively provided with a quick change female end， a quick change female end of the water inlet pipe and a quick change female end of the water outlet pipe， the lifting trolley is provided with three quick change male ends connected with the female end， and the oxygen pipe and water pipe are arranged on the same straight line， which greatly facilitates the replacement of the connecting hose. This paper introduces the structural design， performance characteristics of fast changing oxygen lance and its transformation and application in 150t converter of Xuansteel.

Key Words： Quick-change; Oxygen lance; Seal up; Flow rate

氧槍是現(xiàn)代轉爐吹氧煉鋼的主要設備之一，在煉鋼過程中，氧槍的主要功能是向轉爐內提供冶煉所必需的氧氣，氧氣經過氧槍噴頭射出，形成的氧氣射流，穿過高溫爐氣沖擊在熔池表面，穿入熔池與鋼液發(fā)生化學反應，滿足冶煉脫碳、升溫及去除雜質的需要。氧槍性能直接影響煉鋼效率。槍體外型結構幾何形狀的設計是否合理，換槍是否快捷方便，將直接影響轉爐作業(yè)率和工人的勞動強度[1]。

氧槍設備主要由槍體、升降小車、橫移機構、金屬軟管、升降軌道等裝置組成，而槍體作為關鍵部件，其工況及其惡劣，槍頭燒損等狀況經常發(fā)生，需要及時更換氧槍以確保轉爐生產的穩(wěn)定性及冶煉的安全性。氧槍安裝于升降小車上，氧氣及冷卻水通過金屬軟管連接于槍體上。更換氧槍時需要斷開金屬軟管與氧槍的連接，從升降小車上將槍體吊運走，新的槍體安裝好后需要重新將金屬軟管連接。

宣鋼150t轉爐原設計氧槍外管直徑為φ299mm，金屬軟管連接方式為法蘭式（見圖1），金屬軟管共3根，換槍需要逐一拆接3個法蘭共36條M22螺栓，換槍時間耗時約2～3h。由于密封面靠法蘭端面，每個法蘭上的各螺栓擰緊力應一致，否則會造成密封不嚴而泄漏，更換氧槍費時費力且難度較高，不能滿足轉爐煉鋼高效生產的要求[2]。

1? 快換式氧槍設計

為了進一步提高轉爐產能，縮短氧槍吹煉時間，滿足氧槍的供氧能力，將供氧系統(tǒng)氧槍槍身設計規(guī)格由φ299mm改為φ325mm，安裝結構由法蘭螺栓螺母連接形式改為氧槍密封套密封座快速插接形式，氧槍中心定位采用導向翼圓及定位球面座定位[3]，該設計氧槍裝配精度要求較高，需要重新設計升降小車上支座，設計主要有以下幾個方面。

1.1 氧槍槍身尺寸確定

根據氧槍現(xiàn)有條件，初步確定各管件規(guī)格尺寸為：

外層管：φ325×11;

中層管：φ273×7;

內層管：φ219×6。

由于管件尺寸規(guī)格的增大，槍身原重量約為3600 kg，改進后槍身重量約為4250kg;槍身原儲水量約為650kg，改進后槍身儲水量約為760kg，槍身總增重約為760kg。

1.2 金屬軟管的選用

氧氣金屬軟管DN200，對接鋼管直徑為φ219mm，其連接法蘭盤外徑φ360mm，螺栓孔徑φ26mm，孔距直徑φ310mm，連接螺栓數量12個。進出水金屬軟管DN175，對接鋼管直徑為φ180mm，其連接法蘭盤外徑φ330mm，螺栓孔徑φ24mm，孔距直徑φ280mm，連接螺栓數量12個[4]。

1.3 氧槍升降小車

在原升降小車基礎上重新設計氧槍上支座，原下部掛槍支座改為調槍支座（見圖2）。

1.4 氧槍快換的改進

由于氧槍改進為快換結構，增加了密封套管和固定座，槍尾部分加長320mm（見圖3）。

氮封塞內徑尺寸調整，由孔徑尺寸φ316mm調整為φ342mm。由于氮封座最小孔徑為φ578mm，單面間距118mm，建議調整為650mm。

氧槍噴頭參數根據工藝要求進行重新設計為六孔噴頭[5]。

2? 氧槍氧流量的計算

改進φ325mm的氧槍內層管約為φ219mm×6mm規(guī)格的鋼管，內層管內徑約為φ207mm，當氧槍最大工作氧流量為48000m3/h時，其噴頭的內層管內孔氧氣流速v為：

v=（P標/P）×（T0/T標）×Q/A

式中，v表示內層管內孔氧氣流速（m/s）;P標表示標準大氣壓，0.1MPa;P表示設定的工作氧氣壓力，0.8～0.9MPa;T0表示管內氧氣滯止溫度，300K;T標表示標準溫度，273K;Q表示噴頭設計標態(tài)流量，9.167m3/s;A表示內層官孔徑面積m2。

工作氧壓在0.8～0.9MPa之間時，氧氣流速為54.4～48.4m/s

氧槍冷卻水流量的計算：

原φ299mm的氧槍工作冷卻水流量為280m3/h時，槍身進水截面積為0.01646m2，進水流速為4.73m/s;出水截面積為0.01312m2，出水流速為5.93m/s。

如調整為φ325mm的氧槍，進水截面積為0.015017m2，出水截面積為0.014572m2，保持槍身工作水流速不變的條件下，當出水達到5.93m/s時，計算工作冷卻水流量為311m3/h。

3? 應用效果

經使用，該快換式氧槍解決了以往氧槍更換時間長、勞動強度大、影響轉爐生產節(jié)奏的問題，節(jié)省了氧槍體與金屬軟管連接的拆除及安裝時間，氧槍更換時間由2～3h減少為20～30min，大大減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率。具有使用安全可靠、操作簡單、安裝調試方便、維修費用低的優(yōu)點[6]。

此密封形式可以保證2.5MPa壓力下不會泄漏，有效增強了設備的安全性。

經試驗此φ325mm氧槍可以達到48000m3/h的氧氣流量，達到了設計需求。

參考文獻

[1] 姚柳潔.300t復吹轉爐全爐役熔池流動特性變化和爐襯演變規(guī)律研究[D].北京：北京科技大學，2021.

[2] 李松林.一種氧槍快換介質連接裝置：中國，2019204 16965.7[P].2019-03-29.

[3] 羅志剛，王亞寧，王麗麗.轉爐煉鋼用氧槍快換裝置和大錐度氧槍的應用[J].冶金能源，2011（30）：13-15.

[4] 金鐸.一種設有氧槍快換裝置的升降小車：中國，201720242025.1[P].2017-03-14.

[5] 金鐸.一種煉鋼用大錐度快換氧槍：中國，CN201720240761.3[P].2017-11-24.

[6] 韓豪雷.交錯多孔氧槍的數值模擬研究[D].沈陽：遼寧科技大學，2020.