氧枪喷头LAVAL喷管内流场的数值模拟
氧枪设计
氧枪设计 顶底复吹转炉是在氧气射流对熔池的冲击作用下进行的，依靠氧气射流向熔池供氧并搅动熔池，以保证转炉炼钢的高速度。因此氧气射流的特性及其对熔池作用对转炉炼钢过程产生重大影响，氧枪设计就是要保证提供适合于转炉炼钢过程得氧气射流。 转炉氧枪由喷头、枪身和尾部结构三部分组成，喷头一般由锻造紫铜加工而成，也可用铸造方法制造，枪身由无缝钢管制作得三层套管组成。尾部结构是保证氧气管路、进水和出水软管便于同氧枪相连接，同时保证三层管之间密封。需要特别指出的是当外层管受热膨胀时，尾部结构必须保证氧管能随外层管伸缩移动，氧管和外层管之间的中层管时冷却水进出的隔水套管，隔水套管必须保证在喷头冷却水拐弯处有适当间隙，当外层管受热膨胀向下延伸时，为保证这一间隙大小不变，隔水套管也应随外层管向下移动。 （1）喷头设计：喷头是氧枪的核心部分，其基本功能可以说是个能量转换器，将氧管中氧气的高压能转化为动能，并通过氧气射流完成对熔池的作用。 1）设计主要要求为： A 正确设计工况氧压和喷孔的形状、尺寸，并要求氧气射流沿轴线的衰减应尽可能的慢。 B 氧气射流在熔池面上有合适的冲击半径。 C 喷头寿命要长，结构合理简单，氧气射流沿氧枪轴线不出现负压区和强的湍流运动。 2）喷头参数的选择： A 原始条件： 类别\成分(%) C Si Mn P S 铁水预处理后设定值 3.60 0.10 0.60 0.004 0.005 冶炼Q235A,终点钢水C=0.10%根据铁水成分和所炼钢种进行的物料平衡计算，取每吨钢铁料耗氧量为50.4m3（物料平衡为吨钢耗氧52m3）,吹氧时间为20min 。转炉炉子参数为：内径6.532m ，熔池深度为1.601m ，炉容比0.92m3/t 。转炉公称容量270t ，采用阶段定量装入法。 B 计算氧流量 每吨钢耗氧量取 52m3，吹氧时间取20min min /70220270523m Q =? = C 选用喷孔出口马赫数为2.0、采用5孔喷头（如下图3-3所示），喷头夹角为14°喷孔为拉瓦尔型。 图3-3 五孔喷头
氧枪
高效氧枪喷头优化设计与应用 习晓峰，罗岩，李都宏（陕西龙门钢铁有限责任公司炼钢厂） 摘要: 龙钢炼钢厂50t 转炉原采用Ф168的四孔氧枪喷头, 在使用过程中存在马赫数高（2.05），冶炼终渣化不透，渣中带铁量高、喷溅率高、炉底上涨频繁的情况。根据现场实际情况, 改用四孔Ф180氧枪, 并对喷头的各项参数进行了优化设计和改造, 改造取得了良好的效果, 转炉化渣有了明显的改善，渣中带铁量由35%降至20%, 喷溅率由25%降至10%, 转炉炉型规则保持延长。 关键词: 转炉；氧枪；喷头；优化改造 1 前言 供氧制度包括确定合理的喷头结构、供氧强度、氧压和枪位控制,是控制整个吹炼过程的中心环节,直接影响吹炼效果和钢铁料消耗的高低。供氧制度还关系到造渣速度、化渣优劣、喷溅情况、终点碳高低、温度的控制和炉衬寿命;对转炉强化冶炼、提高钢水质量也有重要的影响。 龙钢炼钢厂现有4座混铁炉，4座50t转炉，4台方坯连铸机，09年以前氧枪一直使用Ф168的4孔拉瓦尔氧枪,喉口直径Φ25.7mm，出口直径33.5mm,马赫数2.05。从生产数据统计来看, 该枪在使用过程中,冶炼终渣化不透，渣中带铁量达35%、喷溅率在25%以上、炉底上涨频繁，使炼钢钢铁料消耗达到1094kg/t左右，直接影响成本。
另外,炉底的上涨导致炉型不规则，终点碳难于把握，对高拉碳影响较大。 2 高效氧枪喷头优化设计 2.1 马赫数的选择 马赫数(M)是设计喷头的一个重要参数，M的大小决定了氧气 流股的出口速度(V出)的大小,即决定了氧气流股对熔池的冲击能力的大小。M过大,流股对熔池的冲击能力越大，会导致喷溅严重；M 过小，又会使熔池得不到良好的搅拌。为使吹炼过程保持平稳，通过M与（P设）和（V出）三者之间（如图1）所示的关系。从图中可以看出, M—P 设和M—V 出两条曲线都是随着M的增大而单调增
喷管内流场计算程序
喷管内流场计算程序 !本程序采用三种格式对Buckley-Leverett方程进行求解 !计算过程中采用人工粘性进行处理 !name,name1是用于进行变文件名输出数据的字符串参数 !n,m分别表示空间网格节点和选择哪种计算方法 !uN,SN分别表示前一时刻的速度、人工粘性值 !u,FN分别表示这一时刻的速度,前一时刻对流项的函数值 !dx,dt,time分别表示空间尺度、时间尺度和总计算时间 !Cx分别表示人工粘性系数 program main implicit none character(len=15) :: name,name1 integer :: i,n=201,m real(kind=8) :: uN(201),SN(201),FN(201) real(kind=8) :: u(201),AN(201) real(kind=8) :: dx,dt,time,t,Cx !给定输入参数，对于不同的边界条件需要修改 dx=2.0/(n-1) t=0.0 time=0.4 dt=0.0001 Cx=0.006 m=2 !给定初始时刻给定的速度值，不同边界条件时需要修改 do i=1,n if(-1.0+(i-1)*dx<=0.0.and.-1.0+(i-1)*dx>=-0.5)then uN(i)=1.0 else uN(i)=0.0 end if end do !选择方法进行计算 if(m==1) then name1="Lax_Friedrichs" do while(t<=time) t=t+dt do i=1,n FN(i)=4.0*uN(i)**2/(4*uN(i)**2+(1-uN(i))**2) end do do i=2,n-1
五孔氧枪喷头在300吨转炉的应用
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/754620006.html, 五孔氧枪喷头在300吨转炉的应用 作者：张世伟 来源：《科学与财富》2015年第22期 摘要：为了降低转炉终渣TFe，提高转炉金属收得率，对马钢300吨顶底复吹转炉氧枪喷头参数进行优化。通过氧枪喷头参数的优化，脱磷率和金属收得率有一定提高，终渣TFe有所下降。 关键词：氧枪喷头；转炉；应用 随着顶底复吹转炉的发展，合理选择氧枪喷头的工艺参数是实现高效、平稳吹炼的有效途径。马钢四炼钢装备3座300吨的顶底辅吹转炉，采用6孔拉瓦尔喷头超音速氧枪，在冶炼过程中转炉终渣TFe含量偏高，转炉终点控制存在炉渣过泡现象。为了提高转炉终点控制水平，在氧枪设计上将原来的六孔氧枪改进YP356D型五孔氧枪，取得了一定的效果。 1.工艺试验方案 为了验证YP356D型五孔氧枪的试验效果，特选定一座转炉作为试验对象，供氧制度和氧枪相关参数如表1所示。由表1可知：YP356D 5孔喷头与6孔喷头的参数对比略有变化，考虑到5孔枪供氧强度较大，氧气流对液面的冲击力较大，氧气射流穿入熔池较深，接触面积较小，化渣及脱P效果较6孔枪应较差，实际操作时将整体枪位略有提高。 2.铁水条件 进厂铁水较稳定，从生产过程中的实际数据统计得出，YP356D型五孔氧枪试验炉次与六孔氧枪的铁水条件波动不大，对比数据真实可靠。具体铁水条件比较如表2 所示。 3.实验结果 3.1转炉终点控制对比 从表3可以看出，在终点温度控制相当的情况下，耗氧量降低约58标准立方，终点氧降低55ppm，终渣TFe含量降低2.5%。 3.2过程化渣和脱磷效果 从图3和图4的吹炼过程声呐化渣和过程参数看，化渣过程未见明显异常，脱磷效率较6孔喷头高0.65%。 3.3 钢铁料消耗对比
转炉氧枪设计方案
广青金属有限公司 65T转炉φ180氧枪及氧枪喷头设计方案 山东崇盛冶金氧枪有限公司 2012年2月 65T转炉φ180氧枪及氧枪喷头设计方案
简介 山东崇盛冶金氧枪有限公司，系冶金氧枪及喷头的专业研究生产单位。位于中国潍坊高新技术产业开发区。技术力量雄厚，技术装备先进，检测手段齐全。我公司在转炉用氧枪设计方面有丰富的设计和制造经验，例如：宝钢300吨转炉炼钢φ406氧枪喷头，武钢三炼钢250吨转炉用φ355锥度氧枪及喷头，马钢300吨转炉用φ355锥度氧枪及喷头，济钢210吨转炉用φ355氧枪及喷头，新余三期210T 转炉炼钢φ325氧枪及喷头，上海罗泾150吨转炉炼钢φ299氧枪及喷头，河北承德钢铁、普阳钢铁、宁波钢铁、天铁、安阳钢铁、通化钢铁等150吨转炉炼钢φ299氧枪及喷头，目前均正常使用，效果良好。现国内120吨以上转炉用氧枪80％由我公司设计制造。 公司秉承“以人为本，科技领先”的发展战略，技术力量雄厚，拥有世界先进水平的科研机构、精良的机械加工设备及国内一流的检测设施，最大程度上保证产品最佳的使用性能。 65T转炉φ180×1孔喷头设计方案
一、设计工况参数： 1、出钢量：～65吨/炉 2、现场操作氧流量：～4200Nm3/hr 3、现场操作供氧压力：0.85～1.0Mpa （阀后压力） 4、纯吹氧吹炼时间：13～15min 5、冷却水压力：≥1.2MPa 6、进出水温差≤27℃（水温差根据现场实际情况要有所差异） 7、氧枪喷头形式：1孔拉瓦尔孔喷头 二、喷头参数设计 2.1马赫数的选择 流体力学中表征流体可压缩程度的一个重要的无量纲参数,记为,定义为流场中某点的速度v同该点的当地声速c之比,即=v/c, 在可压缩流中,气体流速相对变化dv/v同密度相对变化之间的关系是dρ/ρ＝-2dv/v，即在流动过程中，马赫数愈大,气体表现出的可压缩性就愈大。另外，马赫数大于或小于1时,扰动在气流中的传播情况也大不相同。因此，从空气动力学的观点来看，马赫数比流速能更好地表示流动的特点。按照马赫数的大小，气体流动可分为低速流动、亚声速流动、跨声速流动、超声速流动和高超声速流动等不同类型。 马赫数就是气流速度与当地温度条件下的音速之比： M＝U/a 式中：U为气流速度m/s a为在当地温度下的音速，单位m/s 氧枪的供氧压力的大小是由喷头的出口马赫数确定的，氧气的压力能转化成
氧枪喷头计算
3 喷管尺寸计算及模型建立 在数值模拟中要对氧枪射流流动状况进行计算，首先要生成相关计算区域的网格。这需要先对所研究内容的进行几何建模，即将描述氧枪射流的几何尺寸信息用软件绘制出来，然后将这些几何信息传递到网格生成软件中生成所需要的计算网格。几何建模是根据网格生成软件的需要而进行，即给出的数据格式要符合网格生成软件的需要。 3．1氧枪喷头设计 （2）选取喷孔出口马赫数 Ma 选取2.01。 （3）理论设计氧压 理论氧压应根据查等熵表来确定。查等熵流表，当Ma=2.01， p/o p =0.12583，p=0.101325Mpa ，则，o p = 61012583.0101325.0?=0. 79284?610Pa （4）计算喉口直径 令D C =0.93，o T =273+27=300K ，o p =0. 79284MPa ，由公式 ：o o D T A p C 782.1喉实=Q ?1.782?0.93?300108 0.414.362??d 得：d 喉=20mm （5）计算出口直径 依据Ma=2.01，查等熵流表得喉A A /=1.7017 出d =（21A A ）喉喉d =21 7017.1?35=26mm （6）收缩段长度： 收L =1.2?喉d =24mm （7）理论的气体膨胀角为4~8度，扩张段的张角理应也设计成4~8度。小扩张角具有控制膨胀作用，因而出口流股会有轻微膨胀，氧流贴近孔壁流动会出现层流，从而加重射流表面与炉氧混合，有利于提高热效率。大扩张角控制膨胀作用小，扩张段短，受孔壁粗糙度影响小，有利于减小氧射流的能量损失，提高作用熔池贯穿力，应取较大的张角，半角定为5度。
HYLTE喷管流场混合性能的实验和数值模拟研究
第16卷 第10期 强激光与粒子束Vol.16,No.10 2004年10月 HIGH POWER LASER AND PARTIC LE BE AMS Oct.,2004 文章编号:100124322(2004)1021240205H YL TE 喷管流场混合性能的实验和数值模拟研究 Ξ 施建华, 姜宗福, 袁圣付, 华卫红 (国防科学技术大学定向能技术研究所,湖南长沙410073) 摘 要: 用激光诱导碘荧光的方法对高超音速低温喷管的混合性能进行了测量,并用CFD 软件F LUE NT 模拟了喷管的流场。两种方法所得的结果吻合得较好,在所给的参数条件下,燃料穿过氧化剂流,后者先被前 者压缩,然后稍有膨胀。两股气流充分混合的地方距喷管出口平面10mm 左右。实验与模拟的主要差别在于 两股气流相遇后,实验结果中气流方向变化不大,而在模拟结果中,气流方向改变为基本上与x 轴平行。 关键词: 高超音速低温(HY LTE )喷管;混合性能;激光诱导碘荧光(LIIF );荧光强度;数值模拟;摩尔分 数 中图分类号: T N248.5 文献标识码: A 氟化氘/氟化氢(DF/HF )化学激光器是目前连续出光功率最高的激光器之一,它以效率高、体积小、不需要外部能源等优点而倍受世界各国科学界的关注。然而随着功率的提高,激光器的尺寸越做越大,实验成本急剧上升,因此数值模拟方法在激光器的设计和研制中得到越来越广泛的应用,但数值模拟毕竟是一种近似方法,其结果需要与实验进行比较。 喷管的混合情况是影响连续波DF/HF 化学激光器性能和效率的一个主要因素。本文用激光诱导碘荧光(LIIF )法测量了目前被广泛使用、效率最高、代表化学激光器喷管发展方向的高超音速低温(HY LTE )喷管的混合情况,并用商用CFD 软件F LUE NT 对该流场进行了数值模拟。通过分析两种方法所得到的结果,了解喷管的混合性能,并对该软件计算结果的精确性给出评价。 1 喷管的结构和入口参数 表1 喷管的结构参数T able 1 Structure p arameters of nozzle nozzle α/(°)β/(°)l /mm h /mm oxidant 45.0016.620.4000.200fuel 18.0515.00 1.0200.508diluent 24.8215.000.9960.254表2 各喷管的入口总压T able 2 Total pressure at each nozzle ’s inlet nozzle oxidant fuel diluent pressure/MPa 0.040.250.20 目前,在燃烧驱动CW DF/HF 化学激光器中广泛使用的是HY LTE 喷管,它通过横向射流使反应面扭曲,喉 道高度很小。其氧化剂喷管为一型面喷管,在氧化剂喷 管的扩张段,沿气流流动的方向,依次为稀释剂喷管和燃 料喷管,三者均为Laval 喷管,其中氧化剂喷管为平面对 称,其余两种为轴对称,其结构可参阅参考文献[1]。各 喷管的收缩角α、扩张角β、等截面长度l 以及喉道高度 h 的大小见表1。 在氧化剂喷管的同一型面上,燃料喷管和稀释剂喷 管(统称为副喷管)的对称轴相互平行,之间的距离为3. 172mm ,它们与氧化剂喷管的轴线之间的夹角为25°。副 喷管在氧化剂喷管的两侧交错排列,周期为5mm 。 各喷管的入口总压见表2。2 喷管混合性能的实验测量 激光诱导碘荧光是一种非常好的流场测量技术,在化学激光器的流场测量中得到广泛的应用[2～4]。DF/HF 化学激光器中含有氘/氢等活性极强、极易与碘发生反应的原子,实验中用氦气代替原来的气体,并向其中一股气流中加入少量的碘气体。用激发激光照射流场,通过拍摄流场中碘分子的荧光图,就可以知道含碘分子气流的走向,从而得到流场的混合情况。考虑碘的消耗量、碘可能对喷管造成腐蚀的影响以及气流在流场中的作用,本实验在燃料流中加入碘分子。 实验装置如图1所示。514.5nm 的氩离子激光经一圆孔光阑照射到柱透镜上,光束沿一个方向展开。流Ξ收稿日期:2004203224; 修订日期:2004205231基金项目:高等学校先进教师基金资助课题 作者简介:施建华(1976— ),女,江苏盐城人,博士生,目前主要从事强激光技术研究;E 2mail :gexin7651@https://www.wendangku.net/doc/754620006.html, 。
设计一座公称容量为80吨的转炉和氧枪
辽宁科技学院 课程实践报告 课程实践名称：设计一座公称容量为X吨的转炉和氧枪指导教师： 班级：姓名： 2011年7 月12 日
课程设计（论文）任务书题目：设计一座公称容量为80吨的转炉和氧枪系别：冶金工程系 专业：冶金技术班级： 学生姓名：学号： 指导教师（签字）：2011年 6 月 27日 一、课程设计的主要任务与内容 一、氧气转炉设计 1.1氧气顶吹转炉炉型设计 1.2氧气转炉炉衬设计 1.3转炉炉体金属构件设计 二转炉氧枪设计 2.1 氧枪喷头尺寸计算 2. 2氧枪枪身和氧枪水冷系统设计 2.3升降机构与更换装置设计 2.4氧气转炉炼钢车间供氧 二、设计（论文）的基本要求 1、说明书符合规范，要求打印成册。 2、独立按时完成设计任务，遵守纪律。 3、选取参数合理，要有计算过程。 4、制图符合制图规范。
三、推荐参考文献（一般4～6篇，其中外文文献至少1篇） 期刊:[序号] 作者.题名[J].期刊名称.出版年月，卷号（期号）：起止页码。 书籍：[序号] 著者.书写[M].编者.版次（第一版应省略）.出版地：出版者，出版年月：起止页码 论文集：[序号] 著者.题名[C].编者. 论文集名，出版地：出版者，出版年月：起止页码 学位论文：[序号] 作者.题名[D].保存地：保存单位，年份 专利文献：[序号] 专利所有者.专利题名[P].专利国别：专利号，发布日期 国际、国家标准：[序号] 标准代号，标准名称[S].出版地：出版者，出版年月 电子文献：[序号] 作者.电子文献题名[文献类型/载体类型].电子文献的出版或可获得地址，发表或更新日期/引用日期 报纸:［序号］作者.文名[N].报纸名称，出版日期（版次） 四、进度要求 序号时间要求应完成的内容（任务）提要 1 2011年6月27日－2011年6月29日调研、搜集资料 2 2011年6月30日－2011年7月2日论证、开题 3 2011年7月3日－2011年7月5日中期检查 4 2011年7月6日－2011年7月7日提交初稿 5 2011年7月8日－2011年7月10日修改 6 2011年7月11日－2011年7月12日定稿、打印 7 2011年7月13日－2011年7月15日答辩
转炉氧枪设计方案
山东崇盛冶金氧枪有限公司 SHANDONG CHONGSHENG METALLURGICAL OXYGEN LANCE CO.,LTD. 1 广青金属有限公司 65T转炉φ180氧枪及氧枪喷头设计方案 山东崇盛冶金氧枪有限公司 2012年2月
山东崇盛冶金氧枪有限公司 SHANDONG CHONGSHENG METALLURGICAL OXYGEN LANCE CO.,LTD. 2 65T转炉φ180氧枪及氧枪喷头设计方案 简介 山东崇盛冶金氧枪有限公司，系冶金氧枪及喷头的专业研究生产单位。位于中国潍坊高新技术产业开发区。技术力量雄厚，技术装备先进，检测手段齐全。我公司在转炉用氧枪设计方面有丰富的设计和制造经验，例如：宝钢300吨转炉炼钢φ406氧枪喷头，武钢三炼钢250吨转炉用φ355锥度氧枪及喷头，马钢300吨转炉用φ355锥度氧枪及喷头，济钢210吨转炉用φ355氧枪及喷头，新余三期210T 转炉炼钢φ325氧枪及喷头，上海罗泾150吨转炉炼钢φ299氧枪及喷头，河北承德钢铁、普阳钢铁、宁波钢铁、天铁、安阳钢铁、通化钢铁等150吨转炉炼钢φ299氧枪及喷头，目前均正常使用，效果良好。现国内120吨以上转炉用氧枪80％由我公司设计制造。 公司秉承“以人为本，科技领先”的发展战略，技术力量雄厚，拥有世界先进水平的科研机构、精良的机械加工设备及国内一流的检测设施，最大程度上保证产品最佳的使用性能。
山东崇盛冶金氧枪有限公司 SHANDONG CHONGSHENG METALLURGICAL OXYGEN LANCE CO.,LTD. 3 65T转炉φ180×1孔喷头设计方案 一、设计工况参数： 1、出钢量：～65吨/炉 2、现场操作氧流量：～4200Nm3/hr 3、现场操作供氧压力：0.85～1.0Mpa （阀后压力） 4、纯吹氧吹炼时间：13～15min 5、冷却水压力：≥1.2MPa 6、进出水温差≤27℃（水温差根据现场实际情况要有所差异） 7、氧枪喷头形式：1孔拉瓦尔孔喷头 二、喷头参数设计 2.1马赫数的选择 流体力学中表征流体可压缩程度的一个重要的无量纲参数,记为,定义为流场中某点的速度v同该点的当地声速c之比,即=v/c, 在可压缩流中,气体流速相对变化dv/v同密度相对变化之间的关系是dρ/ρ＝-2dv/v，即在流动过程中，马赫数愈大,气体表现出的可压缩性就愈大。另外，马赫数大于或小于1时,扰动在气流中的传播情况也大不相同。因此，从空气动力学的观点来看，马赫数比流速能更好地表示流动的特点。按照马赫数的大小，气体流动可分为低速流动、亚声速流动、跨声速流动、超声速流动和高超声速流动等不同类型。 马赫数就是气流速度与当地温度条件下的音速之比：
拟一维喷管流动的数值解法(MATLAB)代码
拟一维喷管流动的数值解法（MATLAB）代码 数值计算代码 %拟一维喷管流动的数值解 %亚声速-超声速，非守恒形式 function main() clear; clc; r=1.4; %绝热指数 N=1001; %时间步长 i=31; %网格数目 L=3; %喷管长度 C=0.5; %柯朗数 dx=L/(i-1); %空间步长 dt(N)=0; %时间步长 x=linspace(0,L,i); %网格点横坐标 A=1+2.2*(x-1.5).^2; %喷管面积 %赋值 M(N,i)=0; T(N,i)=0; V(N,i)=0; %初始条件 M(1,:)=1-0.3146*x; T(1,:)=1-0.2314*x; V(1,:)=(0.1+1.09*x).*(1-0.2314*x).^0.5; %按时间步长推进 for k=1:N-1 %预估偏导数 M_t(1:i-1)=-V(k,1:i-1).*(M(k,2:i)-M(k,1:i-1))/dx-M(k,1:i-1).*(V(k,2:i)-V(k,1:i-1))/dx-M(k,1:i-1).*V(k, 1:i-1).*log(A(2:i)./A(1:i-1))/dx; V_t(1:i-1)=-V(k,1:i-1).*(V(k,2:i)-V(k,1:i-1))/dx-1/r.*((T(k,2:i)-T(k,1:i-1))/dx+T(k,1:i-1)./M(k,1:i-1).*( M(k,2:i)-M(k,1:i-1))/dx); T_t(1:i-1)=-V(k,1:i-1).*(T(k,2:i)-T(k,1:i-1))/dx-(r-1).*T(k,1:i-1).*((V(k,2:i)-V(k,1:i-1))/dx+V(k,1:i-1).*l og(A(2:i)./A(1:i-1))/dx); %求取内部网格点处最小时间步长 t=C*dx./(V(k,2:i-1)+sqrt(T(k,2:i-1))); dt(k)=min(t);
转炉氧枪喷头设计方案
xxx氧枪喷头设计方案 一、工况参数： 1、转炉公称容量：120吨 2、氧流量：24610m3/hr 3、供氧压力：0.8 MPa～0.85MPa 二、喷头参数设计 2.1马赫数的选择 过高的马赫数反应激烈，操作难度大；而马赫数过小，则输氧管线的氧压没有被充分利用，也是不经济的。 综合考虑：取M=2.0。 2.2计算工况氧压Po 查等熵流表，当M=2.0时，P出/Po=0.1278，由于炉膛压力近似于大气压力，所以P出=0.102MPa，则Po=0.8Mpa （8.14Kg/cm2）。 建议氧压在0.8Mp a～0.85 Mp a 2.3计算氧流量Q 根据实际情况，设定Q=25278m3/hr 2.4计算喉口直径D喉 由氧流量公式 Q=64.3236×Po×A喉 A喉——喉口截面积得出：D喉=39.3mm 2.5 计算出口直径D出 根据M=2.0，查等熵流表，得A出/A喉=1.688 A出——出口截面积得出：D出=51.1 mm 2.6 计算扩张段长度L 理论的气体膨胀角为4~8度，扩张段的张角理应也设计成4~8度。小扩张
角具有控制膨胀作用，因而出口流股会有轻微膨胀，氧流贴近孔壁流动会出现层流，从而加重射流表面与炉氧混合，有利于提高热效率。大扩张角控制膨胀作用小，扩张段短，受孔壁粗糙度影响小，有利于减小氧射流的能量损失，提高作用熔池贯穿力，考虑喷头的穿透能力，应取较大的张角，定为3.5度。 则L=（51.1-39.3）/2×tg3.5°=96mm 取L=100mm 2.7 确定孔倾角α 喷孔倾角应满足射流不交汇的要求，也要保证射流不能冲刷炉壁，根据全国其它钢厂的使用经验，对于Φ273四孔喷头，这里取孔倾角a=12o。 2.8四孔分布圆直径D孔 为减轻喷孔出口氧射流互相掺混，减小氧射流作用熔池叠加冲击，要求增大端底氧孔分布圆直径与出口直径之比，一般在2~4之间，所以D孔=150mm 2.9 操作枪位H（暂定）操作基本枪位：H=35×D出 基本枪位：1787mm 最高枪位：2042mm 最低枪位：1533mm 此枪位仅做参考，具体应以实践为准。 2.10设计枪位下冲击深度 由佛林公式h=3.4×P0×D喉/H0.5—0.0381 此公式对单孔喷头适用，对于四孔喷头取修正系数0.9 得冲击深度：h=685mm 注：冲击深度为熔池深度的40%～60%为正常。 Xxx
CFD方法在流体机械设计中的应用
CFD方法在流体机械设计中的应用Ξ 西安交通大学 赵兴艳 西北工业大学 苏莫明 西安交通大学 张楚华 苗永淼 摘 要 为了计算低速到超音速的无粘和粘性流动,综合CFD方法当前的研究成果,编制了CFD通用程序并且应用于流体机械的分析与设计。几个实例表明,该程序是有效的,具有较高的工程应用价值。 关键词 CFD方法 流体机械 设计 1 引言 随着科学技术的进步和经济的发展,许多领域(特别是石油化工、航空等)对高性能的流体机械需求越来越迫切。为了适应社会的需求,需要进行试制和大量试验参数测量等工作,为此需要耗费大量的资金和时间。显然,为了设计出高性能的流体机械,传统的设计方法已满足不了需要,必须采用现代设计理论和方法。这就要求设计者必须详细掌握流体机械性能和内部流动状况,从而给流体机械内部流动理论和试验研究提出了新的课题。 研究流体流动的方法有理论分析、实验研究和数值模拟三种。对叶轮机械、喷管、管道等内部流动实验测量时,要求的实验装置复杂庞大且实验成本较高,研制周期长,因而使实验研究受到了很大的限制。而数值模拟将以其自身的特点和独特的功能,与理论分析及实验研究一起,相辅相成,逐渐成为研究流体流动的重要手段,形成了新的学科———计算流体动力学(CFD:C om putational Fluid Dy2 namics)。近年来,随着高速、大容量、低价格计算机的相继出现,以及CFD方法的深入研究,其可靠性、准确性、计算效率得到很大提高,展示了采用CFD方法用计算机代替试验装置和“计算试验”的现实前景。CFD方法具有初步性能预测、内部流动预测、数值试验、流动诊断等作用。 在设计制造流体机械时,一般的过程为设计、样机性能试验、制造。如果采用CFD方法通过计算机进行样机性能试验,能够很好地在图纸设计阶段预测流体机械的性能和内部流动产生的漩涡、二次流、边界层分离、尾流、叶片颤振等不良现象,力求将可能发生故障的隐患消灭在图纸设计阶段。 综上所述,人们借助计算机对流体机械内部的流动进行数值模拟成为可能,CFD方法将在一定程度上取代实验,以达到降低成本、缩短研制周期的目的,并且数值模拟可提供丰富的流场信息,为设计者设计和改进流体机械提供依据。因此,人们深信CFD方法是现在和未来研制流体机械必不可少的工具和手段,它使设计者以最快、最经济的途径,从流体流动机理出发,寻求提高性能的设计思想和设计方案,从满足多种约束条件下获取最佳的设计,可以说CFD方法为流体机械设计提供了新的途径。 由于许多程序是在以前的研究成果的基础上编制成的,适用范围有限,制约了CFD方法在工程中的广泛应用。为了加快计算流体力学最新研究成果向工程应用的转换速度,开创计算流体动力学研究与应用的新局面,本文基于目前CFD方法新的研究成果,编制了适用速度范围宽的通用程序, Ξ本文研究系机械工业部自然科学基金资助项目收稿日期:1999—10—08
氧枪喷头设计(借鉴内容)
氧枪设计 原始条件 铁水成分（%） C Si Mn P S 4.2 0.50 0.30 0.13 0.03 冶炼钢种 以低碳钢为主，多数钢种C≤0.10%。 转炉新炉子参数 内径5.05 m，有效高度8.72m，炉容比0.95m3/t。 供氧制度 根据铁水成分和所炼钢种进行物料平衡计算，取每顿钢铁料耗氧量为50.21 m3；依国内中型转炉目前所达到的供氧强度和冶炼技术水平，吹氧时间取18min。输氧管测压点氧气最高压力为1018MPa，氧气平均温度17℃。 氧枪枪位高度：化渣枪位1.8m，吹炼枪位1.2m。 计算氧气流量 取吨钢耗氧量50.21 m3，吹氧时间18min，则氧流量 qv＝（50.21×150）/18＝418.38 m3/min 选用喷孔参数 选定喷孔出口马赫数M＝2.0，采用五孔喷头，喷头为拉瓦尔型，喷孔夹角为15°。
计算设计工况氧压和喉口直径 查熵流表（见附录），当M＝2.0时，P/P 0＝0.1278，取P＝P 膛 ＝0.099 Mpa 代 入，则设计工况氧压为：P ＝0.099/0.1287＝0.775 Mpa 每孔氧流量：q＝qv/5＝418.381/5＝83.676 m3/min 取C D ＝0.92,T ＝290K, P ＝0.775MPa＝7.9kg/cm2,带入下式，求出喉口直径： q＝17.64C D P A T / T 83.676＝17.64×0.92×7.9A T /290＝17.64×0.96×7.9290×πd2 喉 /4 ∴ d T ＝36.83 mm 确定喷孔出口直径 根据M＝2.0，查等熵流表得：A出/A喉＝1.688，即π/d2出＝1.688×πd2喉/4 则 d 出＝ 1.688d 喉 ＝ 1.688×36.83 ＝47.85 mm 计算扩张段长度 取喷孔喉口的直线段长度为5mm。扩散段的半锥角取4°则扩张段长度L为： L 扩＝（d 出 －d 喉 ）/（2tg4°）＝（47.85－36.83）/0.1385＝78.79 mm 收缩段长度 收缩段的直径以能使整个喷头布置得下五个喷孔为原则，尽可能采取收缩孔大一些。为此，取收缩段进口尺寸d收＝38mm，取收缩段长度L收＝0.8d收＝0.8×38＝30 mm。 确定喷头五喷口中心分布圆直径 喷头端面中央部分可采用平面，取其直径为105mm，然后取成与氧枪轴线的垂直平面夹角为10°的圆锥面。
炼钢部分各种计算公式汇总
炼钢部分各种计算公式汇总
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炼钢部分各种计算公式汇总 1、转炉装入量 装入量＝错误!未定义书签。 ２、氧气流量 Ｑ= 错误! Ｑ-氧气流量（标态）, 错误!或 错误! V-1炉钢的氧气耗量（标态）,ｍ3; t-1炉钢吹炼时间，min 或ｈ 3、供氧强度 Ｉ＝ 错误! Ｉ-供氧强度(标态)，错误!未定义书签。； Q －氧气流量(标态), 错误!； T-出钢量，ｔ 注:氧气理论计算值仅为总耗氧量的7５%~85%。 氧枪音速计算 α=(κgR Ｔ)1/2m/s α—当地条件下的音速,m/s ；κ—气体的热容比,对于空气和氧气，κ=1．4；g —重力加速度，９.81m/s 2；R —气体常数,２６.49m/κ。 马赫数计算 M=ν/α M —马赫数；ν—气体流速,ｍ/s ；α—音速，ｍ/ｓ。 冲击深度计算 ｈ冲＝K 错误!未定义书签。 h 冲—冲击深度，m ；Ｐ０—氧气的滞止压力（绝对),㎏／㎝2 ；ｄ0—喷管出口直径,m ；H 枪— 枪位,m;ρ金—金属的密度，㎏/m 3 ;d c —候口直径,m ；B —常数，对低粘度液体取作40;K —考虑到转炉实际吹炼特点的系数,等于4０。 在淹没吹炼的情况下,H=０,冲击深度达到最大值，即 ｈma ｘ=P ０0.5 ·ｄ0 ０.6 ρ金 0.4 有效冲击面积计算 R=2．４1×104（错误!未定义书签。）2 Ｒ—有效冲击半径，m ；νmax —液面氧射流中心流速,ｍ/ｓ； νm ａx =ν出 错误!·错误!未定义书签。 ν出—氧射流在出口处的流速,ｍ/s 。 金属－氧接触面积计算 在淹没吹炼时，射流中的金属液滴重是氧气重量的3倍,吹入１m3氧气的液滴总表面积（金
转炉氧枪课程设计
转炉氧枪课程设计 --300吨转炉炼钢用氧枪设计 专业班级：冶金102班 学生：吴** 指导老师：***
一、课程设计题目 金属装入量中铁水占90%，废钢占10%，吹炼钢种是Q235B,渣量是金属装入量的7.78%；吹炼过程中，金属料中93%的碳氧化生成CO，7%的碳氧化生成CO2。 二、吨钢氧消耗量的计算 12g的C生成CO消耗16g氧气，生成CO2消耗32g氧气，设100kg金属料ω[C]=1%生成CO消耗氧气量为x t、生成CO2消耗氧气量为y t。 [C] + 1/2{O2} = {CO} 12g 16g 1%×100×93% kg x 得到：x=1.240kg [C] + {O2} = {CO2} 12g 32g 1%×100× 7% kg y 得到：y=0.187kg 因此,100kg的金属料ω[C]=1%氧化消耗的氧气量为1.427kg 同理可以计算出100kg金属料中ω[Si]=1%耗氧量为 3.429t、ω[Mn]=1%耗氧量为0.785t、ω[P]=1%耗氧量为3.484t、ω[S]=1%耗氧量为2.700t、ω[Fe]=1%的氧耗量为1.543t。 所以铁水的总耗氧量4.400+3.429+0.785+3.484+2.700+1.543=16.705t
渣中ω（FeO）=9%、ω（Fe2O3）=3%，吹炼过程中被氧化进入炉渣的Fe元素数量，FeO中ω[Fe]= ，Fe2O3中ω[Fe]= 100kg金属料各元素氧化量和氧耗量如下表所示。 100kg金属料各元素氧化量和氧耗量 项目 元素成分ω/% C Si Mn P S Fe 铁水 4.30 0.50 0.30 0.04 0.04 废钢0.10 0.25 0.40 0.02 0.02 平均 3.88 0.475 0.31 0.038 0.038 终点0.15 痕迹0.124 0.004 0.025 FeO Fe 2O 3 烧损量/kg 3.73 0.475 0.186 0.034 0.013 0.544 0.163 每1%元素消 耗氧气量/kg 这样每100kg金属料需氧量为： ×△ω[C]+ ×△ω[Si]+ ×△ω[Mn]+ ×△ω[P]+ ×△ω[S]+ ×△ω[Fe]-（FeO）+ ×△ω[Fe]-(Fe2O3） 其中，△ω[C]、△ω[Si]、△ω[Mn]、△ω[P]、△ω[S]、△ω[Fe]分别为钢中C、Si、Mn、P、S、Fe的氧化量。 铁水ω[C]=4.3%，占装入量的90%；废钢ω[C]=0.1%，占装入量的10%；平均碳含量为4.3%×90%+0.1%×10%=3.88%。 同样可以算出Si、Mn、P、S的平均成分。 每100kg金属氧耗量为： ×△ω[C]+ ×△ω[Si]+ ×△ω[Mn]+ ×△ω[P]+ ×△ω[S]+ ×△ω[Fe]-（FeO）+ ×△ω[Fe]-(Fe2O3） =
浅析转炉氧枪喷头更换专用装置设计与应用
浅析转炉氧枪喷头更换专用装置设计与应用 发表时间：2019-04-24T17:08:03.843Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：王兴华张晓东 [导读] 摘要：转炉氧枪喷头工作环境极其恶劣。 中冶宝钢技术服务有限公司上海 200941 摘要：转炉氧枪喷头工作环境极其恶劣。在高温钢渣的冲刷和急冷急热作用下，经过一段时间的使用后，喷头逐渐地熔损变薄，出于经济方面考虑，需将喷头进行更换。氧枪喷头重120公斤左右。氧枪对喷头的安装及焊接精度较高，但是由于喷头头部的特殊圆弧形状及自身的重量给安装精度调整造成了很大的影响。在安装定位过程中，由于需进行反复的敲打和撬动喷头，很容易造成喷头掉落安装位置，从而形成作业安全及施工质量隐患。本文所研发的专用装置就是系统地将千斤顶和横向及纵向移动装置组合在一起，形成一个专用的氧枪喷头安装专用小车，将氧枪喷头直接放到小车上，只要一名操作工便对氧枪喷头进行精确定位并进行对口焊接，从而达到安全高效的特点。通过本装置的研发与应用，使氧枪喷头的作业由以前的三人协同完成缩减至一人独立完成，氧枪喷头各层管口对中时间由120分钟缩短为20分钟，并且使氧枪的安装质量得到明显地提高，同时使操作者的施工安全得到很大程度的保证。经实践证明，该装置应用效果显著且具有较高的推广价值。 关键词：氧枪喷头；更换；专用工具 引言 转炉的氧枪最主要的作用就是把氧气的压力能转换为高速的动能，从而达到吹入金属熔池的目的。一般情况下氧枪由三部分构成：枪头、枪身、枪尾。枪尾的作用是把氧枪固定在传动机构上，同时通入冷却水和氧气，枪身的作用是传递冷却水和氧气到枪头。枪头的作用是给转炉里面的金属供氧，从而完成钢水的冶炼[1-3]。氧枪喷头位于枪头的最前端，其工作环境极其恶劣，在高温钢渣的冲刷和急冷急热作用下，喷头逐渐地熔损变薄，经过一段时间的使用后，需更换旧喷头。 1 氧枪喷头在更换过程中存在如下问题 1.1 倒运困难 氧枪喷头自重在120公斤左右，施工人员将喷头由备件放置点移动至工作位置较麻烦，首先需要多台手拉葫芦配合倒运至焊接位置附近，倒运过程中存在歪拉斜吊等违章操作，有一定的安全隐患。在接近焊接位置后需要三个人配合使用撬棍挪动、调节至最终位置，每次倒运、调节过程大概需要50分钟左右，倒运效率较低。 1.2 对中困难 喷头的对中只能借助撬棍、大锤、斜铁，调节幅度不好把握，往往需要多次调节，即使是熟练工种也需要30分钟才能完成。整个对中过程一方面操作效率较低，另一方面精度不高，据统计，在2015年12月该装置研发之前，现场操作人员一直采用这种方法调节对中（2015年2月承接此项业务），期间，我们共对100个焊口错口率进行测量、统计，错口率一直维持在10%-15%范围内，严重影响了最终焊接质量，进而影响了氧枪喷头的使用寿命。 1.3 焊接困难 由于喷头底部是圆弧状，操作人员在对口及焊接过程中没有安全有效的措施对喷头进行固定，氧枪喷头易发生滚动，一方面影响焊接质量，另一方面给操作人员带来安全隐患。 1.4 业务拓展后工作量巨大 2015年，我公司承接了宝钢炼钢厂氧枪喷头更换的业务，炼钢厂共有氧枪24把，据统计，每年都将有约120以上的氧枪喷头需要更换，约3天1个，更换频率非常高。如有一套氧枪喷头更换专用工装，在保证安全、高效的前提下，又能提高对中精度，则能提高承接该项目的硬实力，为企业的生产经营提供动力。 2 转炉氧枪喷头更换专用装置设计 氧枪喷头共分为3层，在更换时，需将原焊缝割除，在打磨后重新对中焊接，下图为氧枪喷头结构图。 图1 氧枪喷头示意图 我们的设计思路是：从列举的困难点着手，逐项解决氧枪更换过程中可能出现的问题。 2.1 解决备件倒运问题 从设计上需要一个移动小车可以将氧枪喷头从堆放位置位移送到焊接位置。整个运送过程应该平稳、顺畅，效率和安全性能要高于使
氧枪设计说明书
氧枪设计说明书 唐斌 摘要220t顶吹氧气转炉的氧枪设计，以及设计过程中应注意的环节和步骤。 关键词转炉氧枪喷头设计 Lance Design Review TangBin Abstract220t oxygen top-blown oxygen converter gun design，and design process should pay attention to the links and steps。 Keywords Converter Oxygen lance Nozzle Design 一、概述 氧枪是转炉炼钢不可缺少的装置，并对转炉冶炼过程的各项技术指标具有重要的地位和决定性作用。 顶吹转炉问世以来，对氧枪进行了完善和改进，主要集中在氧枪喷头上，将过去的单孔变为多孔，由锻造喷头改进成整体铸造或组合喷头，极大地推进了转炉技术的发展。目前随着转炉容积的增大，要求按比例的增加氧气流量，使用一个单孔直筒型喷嘴供应氧气，会增大喷溅，降低金属收得率。所以现代企业逐渐地从直筒型喷嘴过渡到收缩-扩张型拉瓦尔式多孔喷嘴。多孔氧枪的主要优点是容易化渣、减少喷溅、吹炼过程平稳，提高金属收得率、并提高了氧气效率。但多孔喷头的缺点是氧射流的穿透能力减弱了。对同样的供氧能力，多孔氧枪的操作枪位较低。这意味着除增加设计、制造的复杂性以外，多孔氧枪将处于更加恶劣的工作条件，使氧枪喷头易被侵蚀，就需要更有效的水冷条件，就需增加冷却水用量，改善喷头内冷却水通道的设计。因此，如何选择氧枪的最佳参数是优化转炉生产操作的重要课题。 二、基本原理 氧枪喷头的设计包括供氧量的计算、理论设计氧压的计算、喷头出口马赫数的计算、喷射扩张段的扩张角和扩张长度的计算、喷嘴喉口氧气流量的计算。收
喷头及氧枪设计计算
第三部分喷头及氧枪设计计算（一）喷咀理论与设计 一、有关公式[5]537 1、缩放管公式（M2—1）错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。（3—1） 讨论马赫数M=V/a （3—2） ①M<1为亚音速，V