氧槍工作原理及主要功能分析

氧槍工作原理及主要功能分析

金銀氣體在國(guó)內(nèi)外已有20多年的歷史。近幾年國(guó)內(nèi)氧氣底吹煉鉛工藝發(fā)展迅速,預(yù)計(jì)到2010年采用該工藝生產(chǎn)的粗鉛將超過(guò)100萬(wàn)t/a,占全國(guó)總產(chǎn)量的40%。同時(shí),氧氣底吹煉銅工藝也在起步,發(fā)展前景看好。氧槍是氧氣底吹熔煉工藝的核心技術(shù),目前已比較成熟,但氧槍的使用壽命仍然是關(guān)鍵問(wèn)題。本文圍繞延長(zhǎng)氧槍的使用壽命問(wèn)題,就氧槍工作原理、主要技術(shù)參數(shù)計(jì)算方法等分析論述。1底吹冷卻和氧槍的傳質(zhì)利用氧氣底吹熔煉熔池的運(yùn)動(dòng)是噴入氧氣和其他氣體的結(jié)果。氣體射流由噴嘴噴出后,沿射流的縱軸向熔池面伸展,這時(shí)射流四周的熔液沿射流束的徑向流來(lái)。射流束的流速愈大,熔液流向射流束的速度亦愈大。射流帶動(dòng)熔液向上運(yùn)動(dòng),熔液衰減射流的能量,減緩射流的運(yùn)動(dòng),互相運(yùn)動(dòng)的同時(shí)發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng),射流則逐漸擴(kuò)大。但主射流仍保持著“氣柱”或“氣舌”的形狀,直到達(dá)到一定高度后,方在主射流的頂部發(fā)生氣液交混,而形成氣泡帶向熔池面伸展。氣體到達(dá)熔池面時(shí)便逸出,熔液則再向下流動(dòng)形成回流,使熔池熔液不斷循環(huán)流動(dòng)。這個(gè)不斷循環(huán)流動(dòng)的過(guò)程,便是氧氣和其他氣體不斷地把能量傳送給熔池的過(guò)程;這個(gè)不斷循環(huán)流動(dòng)的過(guò)程,造成底吹熔煉有別于頂吹或側(cè)吹熔煉過(guò)程的反應(yīng)特性和流動(dòng)特性,使熔池得到充分?jǐn)嚢?具有更為優(yōu)越的傳質(zhì)、傳熱功能,噴入氧氣的利用率極高。水力學(xué)模型實(shí)驗(yàn)和底吹熔煉生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn),噴咀噴出氣體的壓力和噴槍結(jié)構(gòu)選擇不當(dāng),會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的“氣泡后坐”現(xiàn)象、嚴(yán)重的噴濺現(xiàn)象、嚴(yán)重的熔池振蕩現(xiàn)象,甚至氣流射穿熔池。底吹氣體傳送給熔池的能量,有氣體的動(dòng)量、沖量、動(dòng)能和膨脹功。動(dòng)量、沖量、動(dòng)能為一般物理學(xué)概念,比較容易理解和計(jì)算。氣體動(dòng)量反映氣體具有的機(jī)械運(yùn)動(dòng)量的大小,氣體的沖量反映轉(zhuǎn)移到熔池的機(jī)械運(yùn)動(dòng)量的大小,氣體的動(dòng)能是由于做機(jī)械功而具有的能量。膨脹功是氣體熱力學(xué)概念,計(jì)算較復(fù)雜,但不難理解:在高溫冶金過(guò)程中,由于熔池熔液的密度是氣體密度的幾千甚至上萬(wàn)倍,溫度高達(dá)1000℃以上,噴入的常溫氣體驟然膨脹,則密度差更大,氣體的氣泡泵作用更為顯著,等于若干臺(tái)大功率的氣動(dòng)機(jī)械在熔池內(nèi)工作。瓦紐科夫爐的攪拌功率為10～100kW/m3,PS銅轉(zhuǎn)爐的為60～120kW/m3,諾蘭達(dá)爐的為60kW/m3。氧氣底吹爐每小時(shí)噴入5000m3氣體(含氧氣和冷卻介質(zhì)),噴出速度280m/s,熔池溫度1200℃,粗略計(jì)算它的動(dòng)能折成功率約為70kW/m3;按照理想氣體等壓變化過(guò)程合計(jì)算氣體的膨脹功約為640kW,除氣體升溫耗功外,機(jī)械功至少有180kW。這樣,幾百噸的熔液就被少量的氣體充分地?cái)噭?dòng)起來(lái)。底吹熔煉把氣體噴入熔池的器件統(tǒng)稱為供氣元件,習(xí)慣上把氧氣底吹噴咀叫做氧槍。底吹爐是底吹熔煉的關(guān)鍵設(shè)備,氧槍是底吹熔煉的核心技術(shù)。2底吹氧槍的推廣從1968年氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工業(yè)化算起,氧槍使用有近40年歷史,有色冶金使用底吹氧槍也有20余年歷史,至今底吹氧槍的供氣性能和壽命仍然是關(guān)鍵問(wèn)題。現(xiàn)今的研究比較集中在氧槍的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)、底吹氣體的流動(dòng)特性、底吹氣體受爐底加熱所引起的動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)、噴咀的配置等方面。2.1氣體泄漏2.1.1氣體泄漏狀態(tài)與氣體壓力之間的關(guān)系李運(yùn)洲列舉出低壓底吹模擬實(shí)驗(yàn)和高壓模擬實(shí)驗(yàn)的情況。(1)氣體壓力對(duì)氣流噴射的影響攀枝花鋼鐵研究院在8t和12t氧氣底吹轉(zhuǎn)爐的水力原模型實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),噴槍前氣體壓力為0.023～0.329MPa時(shí),氣流噴出后均產(chǎn)生渦旋流股和“氣泡后坐”,甚至在爐底中心出現(xiàn)一種如龍卷風(fēng)一樣的流股而嚴(yán)重侵蝕爐底,并隨著氣體壓力的增高而加劇,見(jiàn)圖1和圖2。(2)噴吹氣體壓力實(shí)驗(yàn)在水深500mm,噴咀直徑10mm,底吹的條件下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):①噴吹氣體的壓力低于0.4MPa時(shí),在噴咀端部形成氣泡帶并敲打和沖擊爐底,成為損壞爐底的重要原因,被稱為“氣泡后坐”現(xiàn)象。②噴吹氣體壓力低于0.1MPa時(shí),氣泡帶直徑隨氣體壓力的增大而逐漸增大,約至0.1MPa時(shí),氣泡帶便穩(wěn)定在10倍于噴咀直徑的范圍。超過(guò)0.4MPa后,噴咀端部不再形成氣泡和氣泡帶,而形成接近于噴咀直徑的柱狀射流深入水池,在氣流束的頂部氣液交混形成穩(wěn)定的氣泡帶。2.1.2氣體從噴咀表現(xiàn)進(jìn)入“射流”狀態(tài)對(duì)底吹氣流與金屬熔池之間相互作用的研究,業(yè)界人士已達(dá)成這樣的共識(shí):即底吹氣體的流出行為是兩種基本狀態(tài),一是“氣泡”噴出,二是“射流”噴出。兩者的分界是出口氣流馬赫數(shù)約為1。當(dāng)出口氣流馬赫數(shù)小于1時(shí),氣流以氣泡形式流出噴咀,將引起噴咀出口處壓力脈動(dòng),易造成熔液倒灌堵塞噴咀,噴咀及周圍耐火磚蝕損加快。當(dāng)出口氣流馬赫數(shù)等于或無(wú)限接近1時(shí),氣流以氣柱狀態(tài)流出噴咀,氣柱深入熔池一定高度才被破斷成氣泡,熔池熔液壓力變化傳播不進(jìn)噴口,噴槍內(nèi)的氣體流動(dòng)穩(wěn)定,噴咀及周圍耐火磚蝕損緩慢。此外,底吹噴咀內(nèi)的氣體是可壓縮性流體。當(dāng)噴咀截面一定時(shí),存在著最大氣體流量(對(duì)應(yīng)氣流馬赫數(shù)為1);當(dāng)氣流受熱時(shí),將導(dǎo)致該流量下降,這一現(xiàn)象稱為熱壅塞現(xiàn)象。熱壅塞現(xiàn)象引起底吹噴咀供氣性能變化,進(jìn)而會(huì)影響噴咀壽命。以上的研究結(jié)果與底吹熔煉的實(shí)際相符。因此可以認(rèn)定氣體從噴咀流出呈“射流”狀態(tài)必須具備如下條件:①噴咀出口截面的氣體壓力必須高于噴咀端面的環(huán)境壓力;②噴咀出口截面的氣流速度必須等于或無(wú)限接近該處氣體音速;③噴咀出口截面的氣體有高于環(huán)境壓力的剩余壓力,才能使氣柱深入熔池一定深度。2.1.3菇頭噴射的“射流”嘴唇把“氣泡噴出”和“射流噴出”兩種基本噴出狀態(tài)細(xì)化成圖3所示的4種具體狀態(tài),即“氣泡”噴出、“射流”噴出、“射穿”噴出、生成蘑菇頭的“射流”噴出。生成蘑菇頭的“射流”噴出,是工業(yè)生產(chǎn)中理想的噴出狀態(tài)。優(yōu)化噴出參數(shù),得到最佳的熔池?cái)嚢栊Ч?延緩氧槍及其周圍耐火磚蝕損速度,延長(zhǎng)其使用壽命,是氧氣底吹冶金工作者的一項(xiàng)重要任務(wù)。2.2噴口出口腫瘤2.2.1溫度下噴咀的流動(dòng)氣體在噴咀內(nèi)的流速很快,在噴咀內(nèi)停留時(shí)間極短,一般不超過(guò)1/100s,即氣體受熱時(shí)間極短,同時(shí)流量大、受熱比表面小,因此單位質(zhì)量氣體與周圍環(huán)境的熱交換可以忽略,可認(rèn)為氣體在噴咀內(nèi)流動(dòng)是絕熱流動(dòng),可用氣體絕熱流動(dòng)的方程式來(lái)分析和計(jì)算氣體的溫度變化。氣體進(jìn)行絕熱流動(dòng)的伯努里方程的微分形式為:式中:Cp為氣體的等壓比熱;v為氣體的流速;T為氣體的溫度;A為熱功當(dāng)量。從式(1)可見(jiàn),氣體在噴咀中流動(dòng),溫度的變化取決于速度的變化,而與阻力無(wú)關(guān),增大氣流速度必定伴隨著溫度的降低。設(shè)定噴咀連接在直徑很大的總管上,噴咀進(jìn)口氣體流速接近0,溫度為T0,積分式(1)得出:顯然,式(2)中的末項(xiàng)A/Cp·v2/2g即為氣體因速度的增加而降溫的量。氧氣的Cp=0.92kJ/(kg·℃),氮?dú)獾腃p=1.45kJ/(kg·℃)。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明,噴咀中氣體流速增加,氣體溫度降低,特別是流速150m/s以上,降溫幅度增大,氣體對(duì)噴咀產(chǎn)生強(qiáng)烈的冷卻,也對(duì)噴出口周圍的耐火磚及熔液有冷卻作用。2.2.2調(diào)整后噴咀的冷卻效果,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)考由于音速氣流的冷卻作用,當(dāng)噴咀出口端面和周圍耐火磚溫度低于熔液固化溫度,熔液同噴咀端部接觸,固化過(guò)程便開(kāi)始,結(jié)瘤逐漸生長(zhǎng),導(dǎo)致噴咀逐漸堵塞。這說(shuō)明了鼓風(fēng)爐、諾蘭達(dá)爐、PS爐等必須有定期捅風(fēng)口作業(yè)的原因。這是不利的方面。氧氣底吹噴咀噴出的是工業(yè)氧氣。氧氣除了能夠與碳、硫、磷等易燃燒物質(zhì)起反應(yīng)外,還能與鐵、鉛等金屬起反應(yīng)。這些物質(zhì)在著火點(diǎn)溫度條件下跟氧氣接觸,就可能產(chǎn)出燃燒現(xiàn)象,所以氧氣噴咀不結(jié)瘤。這是氧氣噴咀容易蝕損,使用壽命短的原因。如果在氧氣噴咀氧氣通道的外圍高速流過(guò)隋性氣體或空氣,不僅能強(qiáng)化冷卻噴咀,而且在流出噴咀之后,氧氣外圍有一層隋性氣體或空氣遮護(hù),阻隔氧氣和熔液直接接觸,從而對(duì)噴咀起保護(hù)作用,使之蝕損緩慢,延長(zhǎng)使用壽命。但這種保護(hù)作用是有限的,于是人們根據(jù)噴咀結(jié)瘤的機(jī)理,采取對(duì)氧氣噴咀強(qiáng)化冷卻措施,包括增加冷卻氣體流量,在冷卻氣體中加水等,造成結(jié)瘤的條件,生成結(jié)瘤,習(xí)慣上稱為“蘑菇頭”。蘑菇頭使噴咀端頭及其四周耐火磚與熔液隔開(kāi),更有效地保護(hù)了噴咀及其四周耐火磚,大大延長(zhǎng)了氧氣噴咀使用壽命。水口山煉鉛法氧槍壽命由3～7d增加到20～30d,水口山煉銅法氧槍壽命達(dá)到4000～5000h,主要得益于“蘑菇頭”。由于氧氣作用,這種“蘑菇頭”與鼓空氣或低氧濃氣體風(fēng)口結(jié)瘤不一樣,它不堵塞噴咀,因“蘑菇頭”不是板結(jié)的,而是疏松的,是可以透氣的,但還是有一些影響供氣性能。所以氧氣噴咀在工作中要視供氣參數(shù)變化而進(jìn)行調(diào)節(jié)操作,以保證按工藝需要通暢供氧。這是有利的方面。氧氣底吹噴咀生成和保持穩(wěn)定的“蘑菇頭”,取決于噴入氣體的冷卻作用與熱熔體傳遞的熱量之間的平衡。以“蘑菇頭”進(jìn)出熱量平衡為出發(fā)點(diǎn),頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼推導(dǎo)出的方程式(3),可作參考:式中:Hm為熔液與磨姑頭間總的傳熱系數(shù),J/(m2·h·℃);Ts為熔液過(guò)熱度,℃;S為蘑菇半球的表面面積,m2;Cp為氣體比熱,J/(m3·℃);T為氣體流經(jīng)蘑菇頭內(nèi)部的溫度增加值,℃;Q為氣體流量,m3/h。從式(3)可見(jiàn),熔液過(guò)熱度Ts同生成蘑菇頭有確定的關(guān)系。氧氣底吹煉鉛時(shí),由于爐內(nèi)底部鉛液層過(guò)熱度高達(dá)600℃以上,只有強(qiáng)力冷卻氧槍甚至加霧化水才能生成不太穩(wěn)定的蘑菇頭;氧氣底吹煉銅時(shí),由于爐內(nèi)底部銅锍層過(guò)熱度只有300℃,以壓縮空氣作介質(zhì)冷卻氧槍就能生成穩(wěn)定的蘑菇頭;氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí),爐內(nèi)底部鋼水過(guò)熱度只有200℃,噴槍噴入Ar氣、CO2氣、N2氣都能生成穩(wěn)定的蘑菇頭。蘑菇頭的物質(zhì)成分與底吹爐底部物質(zhì)基本一致,不一定只是Fe3O4。煉鋼轉(zhuǎn)爐蘑菇體化學(xué)分析結(jié)果:C1.86%,Si0.01%,Mn0.16%,Pn0.05%,S0.012%,其余為Fe。2.3氧氣槍損傷機(jī)2.3.1氧槍的溫度控制唐鋼第一煉鋼廠在煉鋼過(guò)程中對(duì)氧槍外壁溫度進(jìn)行測(cè)定,在吹煉過(guò)程中,除氧槍端頭極短的一段外,氧槍外壁溫度均不高于200℃,由里向外,愈向爐殼靠近,溫度愈低。氧槍端頭靠近熔液處,槍壁溫度高達(dá)900℃。潘玉華、馬萍用數(shù)字模型計(jì)算了鞍鋼180t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐D3—2063爐次接近吹煉終點(diǎn)時(shí)(N2/CO2切換前)爐底溫度分布及底吹噴咀內(nèi)氣流各項(xiàng)參數(shù)沿噴管長(zhǎng)度方向變化的情況,噴咀靠近爐殼的溫度低于100℃,靠近熔池的溫度達(dá)1100℃。水口山煉鉛法和水口山煉銅法研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中,曾對(duì)氧槍的工作溫度與冷卻強(qiáng)度的關(guān)系做過(guò)測(cè)定,結(jié)果說(shuō)明:(1)底吹氧槍是在高溫熔池下工作,盡管有氧氣和保護(hù)介質(zhì)的自冷作用,氧槍端頭的溫度仍然很高。轉(zhuǎn)爐煉鋼熔池溫度1600～1700℃,氧槍端頭溫度達(dá)到900～1100℃;有色冶金熔煉熔池溫度1000～1350℃,氧槍端頭溫度也能達(dá)到1200℃。(2)要降低氧槍端頭的溫度,必須有冷卻介質(zhì)通入氧槍,冷卻介質(zhì)流量與氧氣流量比值是氧槍技術(shù)參數(shù)中一個(gè)重要參數(shù)。2.3.2氧槍的燒損與蝕損(1)燒損。氧槍蝕損的主因是燒損。噴咀一般采用耐熱不銹鋼制作,材料的主要成分是Fe,還有Cr、Ni等。Fe與氧氣接觸,發(fā)生反應(yīng):3Fe+2O2=Fe3O4,1kg鐵放熱6.61MJ;或Fe+1/2O2=FeO,1kg鐵放熱4.85MJ。當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到1000℃以上時(shí),反應(yīng)劇烈,變成燃燒過(guò)程。其他成分在1000℃以上的條件與氧氣接觸也產(chǎn)生氧化反應(yīng),甚至燃燒熔化。噴咀噴出的氧氣,深入熔體,熔體中的S、C、Fe、FeS、Pb、PbS、ZnS等元素或化合物,跟氧發(fā)生氧化反應(yīng),生成SO2、CO、CO2、Fe3O4、PbO、ZnO等,這些反應(yīng)一般都是放熱反應(yīng)。這些放熱反應(yīng)是熔煉過(guò)程主要熱量來(lái)源,使過(guò)程得以實(shí)現(xiàn),但同時(shí)也使噴咀出口端頭生成高溫球團(tuán)。如果噴咀冷卻保護(hù)不善,高溫球團(tuán)又緊靠噴咀端口,那么氧槍就逐漸被燒損。氧槍四周耐火磚也跟著被燒損,在“射流”噴出情況下,燒損區(qū)直徑一般為氧槍直徑的10倍左右。在“氣泡”噴擊情況下,耐火磚燒損區(qū)直徑可達(dá)氧槍直徑的20倍以上。這種情況與氧氣底吹煉鉛實(shí)際相符。以上證明:燒損是氧槍蝕損的主因。(2)“氣泡后坐”。氧槍蝕損的次因是“氣泡后坐”。噴咀出來(lái)的射流破斷成氣泡時(shí),對(duì)噴咀構(gòu)成反擊稱為“氣泡后坐”現(xiàn)象。用壓力傳感器和高速攝影法觀察到,噴入氣體分散成小氣泡時(shí),殘余氣袋在距噴咀直徑兩倍遠(yuǎn)處,受到液體的擠壓而斷裂,氣相內(nèi)產(chǎn)生回流壓向噴咀端面。氣泡后坐現(xiàn)象頻率相當(dāng)大,可達(dá)每秒5～7次。李運(yùn)洲用底吹噴咀曾測(cè)定和分析認(rèn)為后坐反推力包括射流的反作用力和后坐力兩部分,實(shí)際后坐力只有9.81～23.5N/cm2,反作用力則與噴咀出口氣體壓力有關(guān),但后坐的氧化性氣體對(duì)爐襯有很大的破壞作用。在有色金屬硫化物熔體和熔渣介質(zhì)的侵蝕這個(gè)問(wèn)題更為明顯。這種情況在氧氣底吹煉鉛實(shí)踐中就很典型。氧槍與其四周的耐火磚是唇齒相依、一損俱損的關(guān)系。氧槍先燒損,凹下去的噴咀氧氣燒壞耐火磚;耐火磚先被“氣泡后坐”力和射流反作用力或熔體介質(zhì)侵蝕,氧槍則被暴露,加快蝕損。(3)除了上述兩個(gè)氧槍蝕損因素之外,還有其他因素:①氧槍制造質(zhì)量不良,氣體噴出參數(shù)偏離設(shè)定值,工作中被熔液灌死或氣流偏析。②耐火磚抗熱震性能差,工作中崩裂成塊浮上熔池,氧槍暴露在熔液中。③突然故障或誤操作,使氧槍工作參數(shù)偏離正常值。2.3.3鋼板透氣性磚的蝕損速率(1)氧氣頂吹復(fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼底吹供氣元件蝕損速度,根據(jù)1995年資料:寶鋼透氣磚的平均蝕損速率為0.4mm/爐;鞍鋼透氣磚的平均蝕損速率為0.5～0.7mm/爐;攀鋼透氣磚的平均蝕損速率為0.4～0.5mm/爐。(2)氧氣底吹煉鉛氧槍的平均蝕損速率為0.30～0.35mm/h。(3)氧氣底吹煉銅氧槍的平均蝕損速率為0.02～0.03mm/h。2.4槽縫式多層套管氧槍加拿大籍華人李沃德(Ssvad-Lee)發(fā)明用保護(hù)介質(zhì)使氧槍能在高溫下工作后,20世紀(jì)60年代氧槍首先在氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼得到工業(yè)應(yīng)用,氧槍結(jié)構(gòu)沿著單管→套管→透氣磚→直通多孔塞的軌跡發(fā)展。氧氣底吹煉鉛曾使用過(guò)環(huán)縫式或槽縫式雙層套管氧槍;氧氣底吹煉銅法使用的是槽縫式雙層套管氧槍。工業(yè)化后的底吹煉鉛用的是槽縫式多層套管氧槍,如圖4所示。槽縫式多層套管氧槍實(shí)質(zhì)上是一種微孔集束和槽縫相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。集束微孔走氧氣、槽縫走冷卻介質(zhì)。這種結(jié)構(gòu)噴出的氣流,氣泡直徑小、彌散度高、攪拌力強(qiáng)大、傳熱傳質(zhì)效果好。氣泡直徑小,熔池有一定噴濺,但可避免惡性有害噴濺,熔池振蕩振幅小、頻率低。氣泡直徑小,熔池面呈乳化狀或粥狀,而不是翻騰狀,不影響爐料落入熔池迅速混合和反應(yīng),熔池面顯得平穩(wěn)。氧槍材質(zhì)應(yīng)具有耐高溫、抗氧化性能,一般用耐熱不銹鋼制作。氧槍套磚及其圍磚結(jié)構(gòu),要方便熱修熱換。氧槍套磚及其圍磚,材質(zhì)應(yīng)具有良好的耐高溫、抗熔蝕、耐磨損、抗熱震性能。水口山煉鉛法、水口山煉銅法選用高純度、高密度、低氣孔率的半再結(jié)合鎂鉻磚,效果良好。曾試用過(guò)高鋁耐火磚,效果很差。含碳耐火材料具有很好的抗熱震性能和抗結(jié)構(gòu)剝落性能。鎂碳磚在氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼使用取得優(yōu)良業(yè)績(jī),值得關(guān)注。含碳耐火材料抗氧化性能較差,如果其抗熱震和抗剝落性能補(bǔ)償這種不足,那么,用于底吹煉鉛則值得試一試。3氧氣槍的主要參數(shù)確定3.1頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐鋼絞線有色冶金氧氣底吹熔煉工業(yè)化只有10多年歷史,實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不如氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼和氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼那樣豐富。對(duì)于有色冶金氧氣底吹等具體爐子,最適宜的氧槍支數(shù)、工作氧壓、氧槍尺寸等主要參數(shù),目前還不能完全通過(guò)計(jì)算準(zhǔn)確確定。比較可靠的方法是先理論計(jì)算初步設(shè)定,在通過(guò)冷態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)最后確定。3.2計(jì)算主參數(shù)的基本方法3.2.1氧槍的供氧能力爐子氧氣需用量通過(guò)冶金計(jì)算確定。單支氧槍的供氧能力目前已達(dá)到1000m3/h水平(氧槍外徑40mm)。再考慮其他因素,就能計(jì)算所需氧槍支數(shù)。3.2.2fr’為修正的費(fèi)魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)蔡志鵬等提出的確定氧槍之間距離的方程式(4),很有參考價(jià)值。式中:S為單支氧槍攪拌范圍的直徑;W為槍距;d為噴咀直徑;H為熔池深度;D為底吹爐內(nèi)徑;Fr’為修正的費(fèi)魯?shù)聹?zhǔn)數(shù),水口山煉銅法實(shí)際運(yùn)算求得Fr’=2.61。當(dāng)取S/W>1時(shí),流體有部分互相干擾,沖刷爐襯;取S/W略小于1時(shí),有利于爐壁掛渣;一般取S/W=1。式(4)是單管噴咀條件下處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的回歸方程。對(duì)于多層套管,集束小孔氣流的氧槍,運(yùn)用式(4)應(yīng)作必要的修正。工業(yè)生產(chǎn)中,內(nèi)徑Φ3.2m煉鉛底吹爐的氧槍間距W=1.3m,氧槍離出鉛口爐端墻距離4.2m,氧槍離出渣口爐端墻1.9m,未發(fā)生什么問(wèn)題。3.2.3氧槍使用壽命長(zhǎng)與氮氧比比關(guān)系有色冶金氧氣底吹氧槍保護(hù)介質(zhì)一般用氮?dú)?、空氣或在氮?dú)庵屑屿F化水。保護(hù)介質(zhì)與氧氣流量比值俗稱氮氧比或空氧比。氧槍使用壽命長(zhǎng)短與氮氧比(空氧比)是正相關(guān)關(guān)系。水口山煉鉛法半工業(yè)試驗(yàn)氮氧比范圍0.3～0.7,低于0.3時(shí),氧槍蝕損顯著加快,使用壽命不到3d。水口山煉銅法半工業(yè)試驗(yàn)和小生產(chǎn)開(kāi)爐,空氧比0.5～0.7,氧槍壽命達(dá)到4000h以上。3.2.4pg熔液密度氧槍噴管出口處壓力P2可按下式計(jì)算:式中:P0為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?H為熔液層高度;P為熔液密度;g為重力加速度;ΔP為噴管出口處過(guò)剩壓力。ΔP取值原則:保證