氧槍噴頭是轉(zhuǎn)爐供氧的主要設(shè)備,由銅-鋼焊接而成,一般壽命200～250爐次。銅-鋼焊縫不合格是其中的一個主要質(zhì)量問題,銅與鋼焊接時易產(chǎn)生氣孔、裂紋等常見缺陷,成品率較低。針對這一問題,筆者從焊接方法入手,適當(dāng)處理坡口,控制加熱、保溫溫度和時間,采取tig與mig相結(jié)合的焊接工藝進行試驗,取得了成功,并在生產(chǎn)中取得了較好的經(jīng)濟效益。

煉鋼轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭噴氧孔布置在圓錐面上,且孔型特殊,加工表面質(zhì)量要求高,造成加工難度較大。為解決這一加工難題,應(yīng)利用車床便于加工復(fù)雜孔型且加工精度高的特點,采用設(shè)計車削專用夾具對工件加工的方法。這一專用夾具,通過對夾具體的合理結(jié)構(gòu)設(shè)計,實現(xiàn)待加工孔中心線與車床主軸中心線對齊,較好地解決了工件準(zhǔn)確定位問題,利用脹套結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對工件的夾緊,解決了工件夾緊變形問題,實現(xiàn)了對呈圓錐面布置的多個噴氧孔的成功加工。

應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),以x52k普通立式升降臺銑床的床身、工作臺及橫向進給滑板等為基件,根據(jù)氧槍噴頭的加工特性,研究開發(fā)了鍛壓組合式氧槍噴頭加工的專用數(shù)控設(shè)備。實踐表明,設(shè)計開發(fā)的氧槍噴頭加工專用機床能較全面地加工出各種系列的氧槍噴頭產(chǎn)品,且加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量都得到明顯提高。

利用商業(yè)軟件fluent對傳統(tǒng)氧槍噴頭銅體及其冷卻水內(nèi)部流場進行了流固耦合數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)氧槍噴頭內(nèi)冷卻水流道中存在著流動"死區(qū)",影響了噴頭的冷卻效果.為了防止噴頭變形或燒壞,提出在傳統(tǒng)的氧槍噴頭結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上另加若干條流線型導(dǎo)流筋的改進方案,并對新結(jié)構(gòu)氧槍噴頭的冷卻效果進行模擬分析,獲得了具有旋轉(zhuǎn)流動的冷卻水流場分布,同時增加了冷卻水的湍流強度,因此強化了噴頭的冷卻效果.同傳統(tǒng)氧槍噴頭的冷卻效果進行比較,發(fā)現(xiàn)改進后噴頭端面整體溫度平均下降達10℃,從而可大幅提高氧槍噴頭的使用壽命.

通過分析氧槍噴頭的設(shè)計結(jié)構(gòu)、使用環(huán)境和失效形式,探討銀基釬料的組織和性能,使用eds方法對氧槍噴頭釬縫進行研究,認(rèn)為多元銀基釬料中鋅、鎘總量應(yīng)小于40%,否則焊縫易形成較多脆性相,將影響性能。此外,提出批量生產(chǎn)氧槍噴頭應(yīng)采用爐內(nèi)釬焊技術(shù)。結(jié)果表明,釬縫組織致密、綜合性能良好,相比其它方法,具有質(zhì)量穩(wěn)定、合格率高、成本低廉等優(yōu)勢。

利用fluent軟件在穩(wěn)態(tài)、湍流、兩相流的條件下對后混合磨料水射流噴頭內(nèi)部流場進行了數(shù)值模擬,并對噴頭主要幾何參數(shù)進行了分析。研究表明,聚焦管入口收縮角α越小,越有利于流動,避免了磨料在聚焦管入口處聚集而產(chǎn)生堵塞。聚焦管出口直徑越小,磨料出口速度越大,但聚焦管出口直徑越小,混合腔內(nèi)部形成的負(fù)壓越小,不利于磨料的吸入。聚焦管出口直徑應(yīng)以水噴嘴直徑3倍左右為宜。

基于全射流噴頭射流元件的工作原理和內(nèi)部流動狀況,分析射流元件附壁頻率的影響因素.利用元件兩側(cè)壓差大小,建立附壁頻率計算式,通過射流元件壁面脈動壓力測量獲得的附壁頻率試驗數(shù)據(jù),頻率計算值與試驗值符合較好.計算與試驗結(jié)果表明,附壁頻率隨元件腔室容積增大,信號水導(dǎo)管長度的變長而減小,隨噴頭工作壓力增大,信號水流量的增大而增大,對于pxh30全射流噴頭射流元件,獲得信號水流量與附壁頻率的線性關(guān)系式.在無因次數(shù)計算與分析中,噴嘴雷諾數(shù)對斯特勞哈數(shù)影響較小,斯特勞哈數(shù)隨歐拉數(shù)的增大而減小.附壁頻率的研究能指導(dǎo)射流元件的設(shè)計和全射流噴頭工作狀態(tài)的調(diào)節(jié).

針對實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的操作氧壓過高,噴濺過大等問題,對南鋼原150t轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭進行重新設(shè)計,利用流體力學(xué)fluent軟件對原噴頭和重新設(shè)計后的噴頭的射流進行了建模和數(shù)值模擬。結(jié)果表明:重新設(shè)計后的噴頭在延長使用壽命,改善噴濺,縮短冶煉時間等各種指標(biāo)上優(yōu)勢明顯。

利用fluent6.1模擬軟件對4種不同內(nèi)部流道型線的噴口的流速分布、噴口軸線流速、噴口出口斷面流速、噴口出口斷面的總壓及靜壓進行了數(shù)值模擬,對噴口內(nèi)部流道型線對射流流場的影響進行了研究。

闡述了安鋼120t轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭重要參數(shù)的設(shè)計和選取,并通過冷態(tài)測試和實際運用對氧槍噴頭的使用效果進行了分析和討論。

120t轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭設(shè)計與應(yīng)用

采用非標(biāo)準(zhǔn)螺旋形的加旋元件,形成加旋噴頭,使噴出的射流在旋轉(zhuǎn)過程中向外擴散,達到內(nèi)壁清洗和鉆孔的目的。加旋噴頭分為圓管進液段、流槽加旋段以及錐形收縮段。文中對其流槽加旋段及錐形收縮段內(nèi)流體的速度函數(shù)關(guān)系進行了探討,得出了相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系表達式。結(jié)果表明:液體在流槽加旋段內(nèi)的運動,可視為一元軸對稱螺旋流動,在錐形收縮段內(nèi)流體的運動可視為二元軸對稱螺旋流動。

全射流噴頭旋轉(zhuǎn)過程中通過靜片和動片改變進口截面調(diào)節(jié)流量壓力,使其達到變量噴灑的效果。應(yīng)用fluent軟件,采用標(biāo)準(zhǔn)湍流模型對噴頭進行三維數(shù)值模擬,分析了進口邊界條件,計算不同旋轉(zhuǎn)角度下噴頭內(nèi)部流場變化,得到動靜片下游壓力隨旋轉(zhuǎn)角度的增大而增大,動靜片間軸向間隙對壓力變化影響較小,通過出口流速計算射程值與試驗進行對比,得到試驗值與模擬值基本一致。

主要討論微噴頭射流元件設(shè)計和射流元件上進水喇叭口的加工。進水喇叭口有兩個特點,其一喇叭口母線為等加速曲線;其二喇叭口為細(xì)長孔。喇叭口加工中須制作與喇叭口形狀相同的紫銅電極,要建立射流元件喇叭口的數(shù)學(xué)模型。

為研究多孔噴頭孔間距對射流特性的影響,采用fluent軟件中的標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型并結(jié)合壓力隱式分裂算子(piso)算法對噴頭的雙孔射流在不同孔間距及不同壓強下的速度分布展開研究,并對結(jié)果進行了對比分析.研究表明:卷吸現(xiàn)象的存在對射流的發(fā)展起到很大的作用,影響卷吸效應(yīng)的兩個關(guān)鍵因素是射流出口速度和噴孔之間的距離.

提出臂式噴頭和全射流噴頭的計算公式,通過實驗對比它們的參數(shù)。結(jié)果表明,全射流噴頭步進角度和步進頻率主要由導(dǎo)管長度決定,導(dǎo)管越長則步進角度越大,步進頻率越小。對于臂式噴頭,它的步進角度和步進頻率的可改變幅度不大,因此全射流噴頭具有一定優(yōu)越性。提出了全射流噴頭步進角度與管長之間的關(guān)系式,左右壓差與導(dǎo)管長度和工作壓力的經(jīng)驗公式。

采用理論推導(dǎo)結(jié)合實驗的方法,首先借鑒發(fā)電機原理,建立自旋轉(zhuǎn)噴頭穩(wěn)態(tài)運行時電勢、轉(zhuǎn)矩和功率三個平衡方程,并以此設(shè)計了自旋轉(zhuǎn)噴頭電磁限速裝置,將其用在煤層鉆孔方面,確保了旋轉(zhuǎn)射流在不同輸入功率下,具有良好的打擊成型性能,然后建立了影響旋轉(zhuǎn)噴頭轉(zhuǎn)速的各主要因素之間的關(guān)系式,并討論轉(zhuǎn)速與射流功率之間的關(guān)系,最后做出實物樣品,經(jīng)現(xiàn)場試用后達到預(yù)期效果。

采用冷態(tài)模擬實驗,比較酒鋼50t轉(zhuǎn)爐使用普通氧槍噴頭與旋流氧槍噴頭的濺渣護爐效果,結(jié)果是在氣體流量為47.6nm3/h(相當(dāng)于現(xiàn)場流量13000nm3/h),渣量為12%,槍位為247mm(相當(dāng)于現(xiàn)場槍位1900mm),使用旋流噴頭濺到爐襯表面的濺渣密度約是普通噴頭的2倍;考慮到在實際的濺渣過程是非等溫過程,對冷態(tài)實驗得出的最佳濺渣槍位應(yīng)該予以修正,修正系數(shù)為0.85～0.95,本實驗取0.9。

多孔氧槍噴頭軸線上速度分布特征的研究

分析了２５ｔ轉(zhuǎn)爐使用４孔氧槍噴頭的設(shè)計參數(shù)，論證了噴頭用于生產(chǎn)的冶金效果和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)變化情況。

分析了鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭壽命低的原因,通過采用新型錐體氧槍,優(yōu)化噴頭參數(shù),建立特殊鋼種氧槍吹煉模型,規(guī)范工藝操作,使氧槍噴頭壽命提高了200爐,氧耗降低了3.2m3/(t·min),脫磷率提高了1.7%,白灰消耗降低了5kg/t。

鍛壓組合式氧槍噴頭是轉(zhuǎn)爐用氧的先進技術(shù)裝備。梅鋼煉鋼廠為改善氧槍使用效果，采用了新型鍛壓組合式六孔氧槍噴頭，與原用的鑄造噴頭相比，化渣好，噴濺小，噴頭抗變形能力和使用壽命大幅度提高，現(xiàn)槍齡平均達到410爐，是原來的2倍多。論述了鍛壓式氧槍噴頭的結(jié)構(gòu)特征并介紹了該噴頭在梅鋼的使用情況。