快換式氧槍在宣鋼150噸轉(zhuǎn)爐的設(shè)計應(yīng)用

呂巖

摘? 要：氧槍是現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐吹氧煉鋼的主要設(shè)備之一，為了實(shí)現(xiàn)快速煉鋼提高作業(yè)率，降低工人的勞動強(qiáng)度，快換型氧槍的應(yīng)用是轉(zhuǎn)爐煉鋼發(fā)展的必然選擇?？鞊Q氧槍的氧氣及冷卻水管彎管的端部設(shè)有快換母端固定板，快換母端固定板的另一側(cè)分別設(shè)有快換母端、進(jìn)水水管快換母端、出水水管快換母端，升降小車上設(shè)有與母端連接的3個快換公端，并且將氧管、水管設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計、性能特點(diǎn)及在宣鋼150t轉(zhuǎn)爐中的改造使用情況。

關(guān)鍵詞：快換? 氧槍? 密封? 流量

中圖分類號：TF713 文獻(xiàn)標(biāo)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(zhuǎn)爐吹氧煉鋼的主要設(shè)備之一，在煉鋼過程中，氧槍的主要功能是向轉(zhuǎn)爐內(nèi)提供冶煉所必需的氧氣，氧氣經(jīng)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(xué)反應(yīng)，滿足冶煉脫碳、升溫及去除雜質(zhì)的需要。氧槍性能直接影響煉鋼效率。槍體外型結(jié)構(gòu)幾何形狀的設(shè)計是否合理，換槍是否快捷方便，將直接影響轉(zhuǎn)爐作業(yè)率和工人的勞動強(qiáng)度[1]。

氧槍設(shè)備主要由槍體、升降小車、橫移機(jī)構(gòu)、金屬軟管、升降軌道等裝置組成，而槍體作為關(guān)鍵部件，其工況及其惡劣，槍頭燒損等狀況經(jīng)常發(fā)生，需要及時更換氧槍以確保轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)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(yùn)走，新的槍體安裝好后需要重新將金屬軟管連接。

宣鋼150t轉(zhuǎn)爐原設(shè)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(yīng)一致，否則會造成密封不嚴(yán)而泄漏，更換氧槍費(fèi)時費(fèi)力且難度較高，不能滿足轉(zhuǎn)爐煉鋼高效生產(chǎn)的要求[2]。

1? 快換式氧槍設(shè)計

為了進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)爐產(chǎn)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(shè)計規(guī)格由φ299mm改為φ325mm，安裝結(jié)構(gòu)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(dǎo)向翼圓及定位球面座定位[3]，該設(shè)計氧槍裝配精度要求較高，需要重新設(shè)計升降小車上支座，設(shè)計主要有以下幾個方面。

1.1 氧槍槍身尺寸確定

根據(jù)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(nèi)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(jìn)后槍身重量約為4250kg;槍身原儲水量約為650kg，改進(jìn)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(shù)量12個。進(jìn)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(shù)量12個[4]。

1.3 氧槍升降小車

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

1.4 氧槍快換的改進(jìn)

由于氧槍改進(jìn)為快換結(jié)構(gòu)，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(nèi)徑尺寸調(diào)整，由孔徑尺寸φ316mm調(diào)整為φ342mm。由于氮封座最小孔徑為φ578mm，單面間距118mm，建議調(diào)整為650mm。

氧槍噴頭參數(shù)根據(jù)工藝要求進(jìn)行重新設(shè)計為六孔噴頭[5]。

2? 氧槍氧流量的計算

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

v=（P標(biāo)/P）×（T0/T標(biāo)）×Q/A

式中，v表示內(nèi)層管內(nèi)孔氧氣流速（m/s）;P標(biāo)表示標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，0.1MPa;P表示設(shè)定的工作氧氣壓力，0.8～0.9MPa;T0表示管內(nèi)氧氣滯止溫度，300K;T標(biāo)表示標(biāo)準(zhǔn)溫度，273K;Q表示噴頭設(shè)計標(biāo)態(tài)流量，9.167m3/s;A表示內(nèi)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(jìn)水截面積為0.01646m2，進(jìn)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(diào)整為φ325mm的氧槍，進(jìn)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(dāng)出水達(dá)到5.93m/s時，計算工作冷卻水流量為311m3/h。

3? 應(yīng)用效果

經(jīng)使用，該快換式氧槍解決了以往氧槍更換時間長、勞動強(qiáng)度大、影響轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)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(qiáng)度，提高了工作效率。具有使用安全可靠、操作簡單、安裝調(diào)試方便、維修費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)[6]。

此密封形式可以保證2.5MPa壓力下不會泄漏，有效增強(qiáng)了設(shè)備的安全性。

經(jīng)試驗此φ325mm氧槍可以達(dá)到48000m3/h的氧氣流量，達(dá)到了設(shè)計需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚柳潔.300t復(fù)吹轉(zhuǎn)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(xué)，2021.

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

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

[4] 金鐸.一種設(shè)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(shù)值模擬研究[D].沈陽：遼寧科技大學(xué)，2020.