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氧槍噴頭的設(shè)計(jì)(二)
  發(fā)布時(shí)間:2015年05月11日 點(diǎn)擊數(shù):

  (4) 爐膛壓力
  噴頭出口的環(huán)境壓力對(duì)氧槍噴頭來說是指爐膛壓力,它與噴頭射流的出口壓力的差異決定了氧氣出口后的流動(dòng)狀態(tài),所以爐膛壓力也是噴頭設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一。在吹煉的過程中噴頭周圍的情況是復(fù)雜的,爐膛壓力也隨之變化,其影響還需專題研究。另外轉(zhuǎn)爐容量不同,爐膛壓力也稍有差異。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),一般爐膛壓力高于當(dāng)?shù)卮髿鈮?~2kPa。為了使氧氣射流的展開和速度衰減變慢,一般應(yīng)選取噴頭出口壓力等于爐膛壓力。
  (5) 噴孔夾角和噴孔間距
  多孔噴頭的噴孔夾角是指噴孔幾何中心線和噴頭中軸線之間的夾角,它是多孔噴頭設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一。氧氣射流沿噴孔向外噴射過程中,多股射流之間發(fā)生相互卷吸而使射流向中心偏移。每股射流在同熔池作用處的最大沖擊力點(diǎn)和噴頭中軸線之間的距離稱為沖擊半徑,其大小主要決定于噴孔夾角和槍位,同時(shí)也受馬赫數(shù)、氧壓、噴孔間距的影響。生產(chǎn)實(shí)踐表明:沖擊半徑R沖和熔池的半徑R熔之比(稱為循環(huán)比R比)是對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉有重要影響的參數(shù)之一,因?yàn)樗绊懼鄢氐难h(huán)運(yùn)動(dòng)。多孔噴頭要求R比= 0.1~0.2,中小型轉(zhuǎn)爐R比= 0.1~0.15。選取R比時(shí)還應(yīng)參考熔池深度與熔池直徑的比值大小,該比值大,則R比可小些,反之則R比大些。隨著噴頭孔數(shù)的增加,噴孔夾角應(yīng)增大,它們之間的關(guān)系參考下表。
 

 

孔數(shù)

3

4

5

>5

夾角/ °

9~11

10~13

13~15

15~17

  噴孔間距(d間)是指噴頭出口中心線與噴頭中軸線之間的距離,它對(duì)射流之間的相互作用也產(chǎn)生很大影響。其值大小常用噴孔分散度m(m=d間/d出)來表示。如果噴孔間距d間過小,會(huì)增大氧氣射流之間的吸引程度。從降低噴孔之間的氧氣射流匯交趨勢(shì)的角度考慮,增大噴孔間距d間同增大噴孔夾角是一致的。因此,噴頭設(shè)計(jì)時(shí)原則上應(yīng)盡可能增大噴孔間距,而不應(yīng)輕易增大噴孔夾角,但是增大噴孔間距又往往受噴頭尺寸的限制。
  根據(jù)三孔噴頭的冷態(tài)測(cè)定實(shí)驗(yàn)表明,在噴頭端面,當(dāng)噴孔分散度m=0.8~1.0時(shí),不會(huì)對(duì)氧氣射流的速度衰減產(chǎn)生明顯的影響。
  (6) 噴孔端面形狀
  對(duì)于單孔噴頭,其端面呈平面。對(duì)于多孔噴頭由于每個(gè)噴孔同噴頭中軸線呈一定夾角,如果整個(gè)噴頭端面形狀是平面,則每個(gè)噴孔出口斷面將呈斜面形狀,斜口超音速噴管射流流出的邊界條件是不對(duì)稱的,這時(shí)射流流態(tài)必然受到邊界幾何條件的影響,產(chǎn)生射流沿斜口管壁流動(dòng)的復(fù)雜情況。因此,噴頭端面應(yīng)設(shè)計(jì)成與噴頭軸線的垂直平面相交的夾角圓錐面,而其夾角正相當(dāng)于噴孔夾角,這樣噴孔便成為正口拉瓦爾噴管。為了改善錐面受熱情況,若噴頭中心線處未設(shè)噴孔,可用一個(gè)垂直于噴頭中心線的小平面代替尖錐頂較為合適。
  (7) 噴孔的形狀
  現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐頂吹氧槍基本上都用拉瓦爾管來獲得超音速,它由收縮段、喉口和擴(kuò)張段三部分組成。設(shè)計(jì)一個(gè)氣動(dòng)特性良好的超音速噴管需要進(jìn)行大量的計(jì)算,而且噴管內(nèi)形是一個(gè)復(fù)雜的曲面,其喉口又是收縮段和擴(kuò)張段曲面相接的一個(gè)面,其長(zhǎng)度趨于零,加工比較困難。氧氣噴孔的主要作用是將壓力能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能,使獲得的氧氣射流對(duì)熔池有較大的沖擊能力。因此,要對(duì)噴管的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)化,使噴管呈圓錐形,也便于加工制造。實(shí)踐證明這樣做是可以滿足冶煉要求的。圓錐形噴管的收縮段的半錐角可允許達(dá)到30°左右,收縮段入口處的直徑一般希望大于喉口直徑的二倍。若半錐角為30°時(shí),則收縮段長(zhǎng)度約相當(dāng)于喉口直徑的一倍。圓錐形噴管的喉口有一定的長(zhǎng)度,其等截面長(zhǎng)度應(yīng)盡量短,一般取為2~10mm。而且要求收縮段和擴(kuò)張段與喉口直徑成圓滑連接,不要出現(xiàn)棱角。這種噴管加工容易,可保證喉口尺寸精確。圓錐形噴管擴(kuò)張段的半錐角一般為4~6°,根據(jù)喉口直徑選定半錐角后便可算出擴(kuò)張段長(zhǎng)度。

                     ——本文摘自論文文獻(xiàn)綜述

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