.年產500萬噸良坯的轉爐煉鋼車間頂底復吹轉爐氧槍設計學校：東北大學學院：材料與冶金學院班級：冶金051班姓名：何奕波學號：20051587指導教師：鐘良才1、 物料平衡計算1.1 基本數據（1） 鐵水和廢鋼的成分及溫度。見表1-1。表1-1 鐵水和廢鋼的成分元素CSiMnPS溫度鐵水/%3.90.550.330.0680.0021350廢鋼/%0.180.250.550.0300.03025（2） 造渣劑及爐襯成分。見表1-2。表1-2 造渣劑及爐襯成分成分/%CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2O燒減石灰/%91.01.501.601.500.500.100.063.640.10礦石/%1.05.610.521.1061.80FeO=29.400.070.50鐵礬土/%7.2028.602.0148.9911.390.060.06TiO2=1.69輕燒白云石/%50.150.4641.800.746.85爐襯/%1.00.9279.800.281.60C=16.4（3） 冶煉鋼種及成分。見表1-3。表1-3 鋼種成分元素CSiMnPS鋼種Q235/%0.140.220.120.300.300.700.0450.045（4） 鐵合金成分。見表1-4。表1-4 鐵合金成分元素CSiMnPSFe硅鐵/%700.700.050.0429.21錳鐵7.502.50750.380.0314.59鐵合金種的元素收得率：Mn的收得為80%，Si的收得率為75%，C的收得率為90%，其中10%的C被氧化成CO2。P，S，Fe全部進入鋼中。（5） 操作實測數據。見表1-5。表1-5 實測數據名稱參數名稱參數終渣堿度R=%CaO/%SiO2=2.8噴濺鐵損為鐵水量的（0.10.3）%，取0.2%計算鐵礬土加入量為鐵水量的0.5%渣中鐵損（鐵珠）為渣量的（12.5）%,取2.5%計算礦石加入量為鐵水量的1.0%氧氣純度99.5%O2，0.5%N2爐襯侵蝕量為鐵水量的（0.10.3）%，取0.1%計算爐氣中自由氧含量為爐氣體積的0.5%終渣T.Fe含量取12%計算，其中爐渣中的（%FeO）=1.35（%Fe2O3）金屬中C的氧化80%85%的C氧化成CO，取80%計算，則20%的C氧化成CO2煙塵量為鐵水量的（1.31.5）%，取1.5%計算（其中FeO為75%，Fe2O3為20%）1.2 計算過程（以100kg鐵水為基礎）（1） 爐渣量及成分。爐渣來自金屬料元素氧化和還原的產物，加入的造渣劑以及爐襯侵蝕等。 鐵水中各元素氧化量。終點鋼水的成分是根據同類轉爐冶煉Q235鋼種的實際數據選取。其中C：應根據冶煉鋼種含碳量和預估計的脫氧劑的增碳量來確定終點鋼水含碳量，取0.10%；Si：在堿性氧氣轉爐煉鋼法中，鐵水中的硅幾乎全部被氧化進入爐渣；Mn：終點鋼水殘錳量，一般為鐵水中含錳量的50%60%，取50%；P：采用低磷鐵水操作，鐵水中磷約85%95%氧化進入爐渣，在此取脫磷率為90%。鐵水中各元素氧化量見表1-6。表1-6 100kg鐵水各元素氧化量元素CSiMnPS合計鐵水/kg3.90.550.330.0680.002終點鋼水/kg0.1痕跡0.1650.00680.002氧化量/kg3.80.550.1650.05120.0024.5682其中，氧化成CO的C質量為3.880%=3.04kg，氧化成CO2的C質量為3.820%=0.76kg。 鐵水中各元素氧化耗氧量及氧化產物量。見表1-7。表1-7 鐵水中各元素氧化耗氧量及氧化產物量元素反應產物耗氧量產物量備注CCCO3.0416/12=4.0533.0428/12=7.093進入爐氣CCO20.7632/12=0.8680.7660/28=1.628進入爐氣SiSi(SiO2)0.5532/28=0.6280.5560/28=1.178進入爐渣MnMn(MnO)0.16516/55=0.0480.16571/55=0.213進入爐渣PP(P2O5)0.051280/62=0.0660.0512142/62=0.117進入爐渣FeFe(FeO)0.59316/72=0.1320.763Fe(Fe2O3)0.39648/112=0.1700.565合計5.663 造渣劑加入量及其各組元質量a. 礦石、鐵礬土、爐襯帶入的各組元質量。由礦石、鐵礬土加入量和爐襯侵蝕量和其中各組元的成分可計算出各組元的質量，見表1-8和1-9。爐襯中C的氧化耗氧量為0.116.4%（1680%/12+3220%/12）=0.026kg。b. 輕燒白云石。為了提高轉爐爐襯壽命，在加入石灰造渣的同時，添加輕燒白云石造渣，其目的是提高爐渣中MgO的含量，有利于提高爐襯壽命。渣中（MgO）含量在6%10%效果較好。經試算后輕燒白云石加入量為1.5kg/100kg鐵水。其各組元質量見表1-8和表1-9.其中的燒減為（MgCO3CaCO3）分解產生的CO2質量。c. 爐渣堿度和石灰加入量。根據鐵水的P、S含量，取終渣堿度R=2.8。未計石灰帶入的SiO2量時，渣中現有的SiO2量為（見表1-7和表1-8）：SiO2=(SiO2)鐵水+(SiO2)爐襯+(SiO2)礦石+(SiO2)鐵礬土+(SiO2)輕白 =1.178+0.001+0.056+0.143+ 0.008=1.386kg 渣中現有的CaO量為：CaO=CaO爐襯+CaO礦石+CaO鐵礬土+CaO輕白 =0.001+0.010+0.036+0.753=0.8kg則石灰加入量為： W石灰=RSiO2-CaO%CaO石灰-R%SiO2石灰 =2.81.386-0.891.0%-2.81.5%=3.549kg 終渣T.%Fe的確定。終渣中T.%Fe與終點碳含量和終渣的堿度有關，根據生產數據，終渣T.%Fe取12%計算。渣中存在著（FeO）和（Fe2O3），按照（%FeO）=1.35（%Fe2O3）和T.%Fe=56(%FeO)/72+112(%Fe2O3)/160的關系，求得（FeO）=9.26%和（Fe2O3）=6.86%。 終渣及成分。終渣量及成分列于表1-8中。表中的FeO和Fe2O3質量計算過程如下。不計（FeO）和（Fe2O3）在內的爐渣質量為 Ws=CaO+MgO+SiO2+Al2O3+MnO+P2O5+TiO2 =4.03+0.779+1.439+0.32+0.213+0.121+0.008=6.91kg表1-8 終渣量及成分組元產物量/kg石灰/kg礦石/kg輕白/kg爐襯/kg鐵礬土/kg合計比例CaO3.230.010.7530.0010.0364.0348.92%MgO0.0570.0050.6270.080.010.7799.46%SiO21.1780.0530.0560.0080.0010.1431.43917.47%Al2O30.0530.0110.0110.2450.323.88%MnO0.2130.2132.59%P2O50.1170.0040.1211.47%TiO20.0080.0080.10%FeO0.7630.7639.26%Fe2O30.5650.5656.86%合計8.238100.00%那么，總渣量為Ws=6.91100%-9.26%-6.86%=8.238kg（FeO）質量=8.2389.26%=0.763kg，其中鐵=0.76356/72=0.593kg；（Fe2O3）質量=8.2386.86%=0.565kg，其中鐵=0.565112/160=0.396kg。（2） 礦石、煙塵中的鐵及氧量。假定礦石中的FeO、Fe2O3全部還原成鐵，則礦石帶入鐵量=1.00（29.40%56/72+61.80%112/160）=0.661kg煙塵帶走鐵量=1.50（75.00%56/72+20.00%112/160）=1.085kg礦石帶入氧量=1.00（29.40%16/72+61.80%48/160）=0.251kg煙塵消耗氧量=1.50（75.00%16/72+20.00%48/160）=0.340kg其他造渣劑的Fe2O3帶入的鐵量和氧量忽略不計。（3） 爐氣成分、質量及體積。 當前爐氣體積V1。由元素氧化和造渣劑帶入的氣體質量見表1-9。表1-9 氣體來源及質量、體積來源鐵水/kg爐襯/kg輕白/kg石灰/kg礦石/kg鐵礬土/kg合計體積/m3*CO7.0930.0317.1245.699 CO21.6280.0120.1030.1291.8720.953 H2O0.0040.0050.0090.011 合計V1=6.663 *：氣體體積=氣體質量22.4/氣體分子量 當前氧氣消耗質量及體積。當前氧氣消耗質量見表1-10。表1-10 氧氣消耗質量元素氧化煙塵鐵氧化爐襯碳氧化礦石帶入氧合計耗氧量/kg5.6630.3400.026-0.2515.778則當前氧氣消耗的體積VO2=5.77822.432=4.045m3 爐氣總體積Vg=元素氧化生成的體積+水蒸氣的體積+爐氣中自由氧體積+爐氣中氮氣體積，即Vg=V1+O2爐氣Vg+VO2+O2爐氣VgN2氧氣O2氧氣式中O2爐氣爐氣中自由氧含量； N2氧氣氧氣中氮氣成分； O2氧氣氧氣中氧氣成分整理得：Vg=V1+VO2N2氧氣O2氧氣1-O2爐氣-O2爐氣N2氧氣O2氧氣=6.663+4.0450.5%99.5%1-0.5%-0.5%0.5%99.5%=6.717m3 爐氣中自由氧體積及質量Vf=0.5%6.717=0.034m3，Wf=320.03422.4=0.049kg 爐氣中氮氣體積及質量VN2=4.045+0.0340.5%99.5%=0.020m3WN2=280.02022.4=0.025kg爐氣中各組元成分的質量和體積見表1-11。表1-11 爐氣組元的質量和體積爐氣組元COCO2O2N2H2O合計質量/kg7.1241.8720.0490.0250.0099.079體積/m35.6990.9530.0340.020.0116.717體積百分數/%84.84%14.19%0.51%0.30%0.16%100.00%（4） 總氧氣消耗量及體積WO2=5.778+0.049+0.025=5.852kg VO2=22.4(5.778+0.049)32+22.40.02528=4.099m3（5） 鋼水質量Wm。在吹煉中鐵水的各項損失見表1-12。表1-12 吹煉中鐵水的各項損失吹損元素氧化煙塵鐵損渣中鐵珠噴濺鐵損礦石帶入鐵合計質量/kg5.5571.0850.2060.200-0.6616.387則鋼水質量Wm為：Wm=100-6.387=93.613kg鋼水收得率為93.61%。（6） 未加廢鋼時的物料平衡。見表1-13表1-13 未加廢鋼時的物料平衡表收入支出項目質量/kg%項目質量/kg%鐵水10088.89%鋼水93.61382.96%石灰3.5493.15%爐渣8.2387.30%鐵礬土0.50.44%爐氣9.0798.05%輕燒白云石1.51.33%噴濺0.20.18%礦石10.89%煙塵1.51.33%爐襯0.10.09%渣中鐵珠0.2060.18%氧氣5.8525.20%合計112.501100.00%合計112.836100.00%計算誤差=（112.836-112.501）/112.836100%=0.30%2、 熱平衡計算2.1 基本數據（1） 物料平均熱容及其熔化潛熱。見表2-1。表2-1 物料平均熱容物料名稱生鐵鋼爐渣礦石煙塵爐氣固態平均熱容/（kJ/（kgK）0.7450.6991.0451.0470.996熔化潛熱/（kJ/kg）218272209209209液態或氣態平均熱容/（kJ/（kgK）0.8370.8371.2481.137（2） 入爐物料及產物的溫度。見表2-2。表2-2 入爐物料及產物的溫度名稱入爐物料鐵水 廢鋼 其他原料產物爐渣 爐氣 煙塵溫度/13502525比出鋼溫度高1015,取10計14501450（3） 溶入鐵液中元素對鐵熔點的降低值。見表2-3。表2-3 溶入鐵液中元素對鐵熔點的降低值元素CSiMnPS溶入1%元素使鐵熔點降低值/657075808590100853025使用含量范圍/%11.02.02.53.03.54.03150.70.08另外,O,H,N共降低鐵水熔點值6。（4） 煉鋼反應熱效應。見表2-4。表2-4 煉鋼溫度下的反應熱效應組元化學反應熱效應/kJ/kmol熱效應/kJ/kg物質氧化反應C+12O2=CO-139420-11639CC+O2=CO2-418072-34834CSi+O2=SiO2-817682-29202SiMn+12O2=MnO-361740-6594Mn2P+52O2=P2O5-1176563-18980PFe+12O2=FeO-238229-4250Fe2Fe+32O2=Fe2O3-722432-6460Fe成渣反應SiO2+2CaO=2CaOSiO2-97133-1620SiO2P2O5+4CaO=4CaOP2O5-693054-4880P2O5分解反應CaCO3=CaO+CO2-1690503019CaOMgCO3=MgO+CO2-1180202951MgO2.2 計算過程（以100kg鐵水為基礎）（1） 熱收入Qin。 鐵水物理熱Qhm。已知純鐵的熔點為1536，則根據表2-4和2-1的數據，得鐵水熔點Tt=1536-3.9100+0.558+0.335+0.06830+0.00225-6 =1132鐵水物理熱Qhm=1000.7451132-25+218+0.8371350-1132 =122518.1kJ 元素氧化熱及成渣熱Qy。由鐵水中元素氧化量和反應熱效應（見表2-4）可以算出，其結果列于表2-5。表2-5 元素氧化熱和成渣熱反應氧化熱或成渣熱/kJ反應氧化熱或成渣熱/kJCCO3.0411639=35382.56FeFe2O30.3966460=2558.16CCO20.7634834=26473.84PP2O50.051218980=971.776SiSiO20.5529202=16061.1P2O54CaOP2O50.1214880=590.48MnMnO0.1656594=1088.01SiO22CaOSiO21.4391620=2331.18FeFeO0.5934250=2520.25合計Qy87977.36 煙塵氧化熱Qc。由表1-5中給出的煙塵量參數和反應熱效應（表2-4）計算可得：Qc=1.575%56724250+20%1121606460=5075.36kJ 爐襯中碳的氧化熱Q1。根據爐襯蝕損量及其含碳量確定：Q1=0.116.4%80%11639+16.4%20%34834=266.96kJ故熱收入總值為Qin=Qhm+Qy+Qc+Q1=122518.1+87977.36+5075.36+266.96 =215837.78 kJ（2） 熱支出Qout。 鋼水物理熱Qma 鋼水熔點。Tm=1536-0.1065+0.1655+0.006830+0.00225-6=1522 式中，0.10，0.165，0.0068，0.002分別為終點鋼水C，Mn，P和S的含量。b 出鋼溫度。Tc=Tm+TG+T1+T2+T3+T4+T5 式中，TG為連鑄中間包鋼水過熱度，碳素鋼一般為1020，取15計算；T1為出鋼過程溫度降，一般為2060，取50計算；T2為鋼水鎮靜和運輸過程溫度降，按3/min計，鎮靜和運輸時間為7min，故其溫度降為21；T3為鋼水吹氬過程的溫度降，取30計算；T4為鋼水離開吹氬站到鋼包開澆時的溫度降，取20計算；T5為鋼包鋼水注入中間包的溫降，一般在2030，取25。故Tc=1522+15+50+21+30+20+25=1683則鋼水物理熱：Qm=93.6130.6991522-25+272+0.8371683-1522=136034.67 kJ 爐渣物理熱QS，爐渣溫度TS=1683+10=1693，爐渣熔化性溫度一般為13001400，取1350計算，則QS=8.2381.0451350-25+209+1.2481693-1350=16654.67 kJ 爐氣、煙塵、鐵珠和噴濺金屬的物理熱。根據其數量、相應的溫度和熱容確定。詳見表2-6。表2-6 爐氣、煙塵、鐵珠和噴濺金屬的物理熱項目參數備注爐氣物理熱9.0791.1371450-25=14710.02kJ1450為爐氣和煙塵的溫度煙塵物理熱1.50.9961450-25+209=2442.45kJ渣中鐵珠物理熱0.2060.6991522-25+272+0.8371683-1522=299.35kJ1522為鋼水熔點噴濺金屬物理熱0.20.6991522-25+272+0.8371683-1522=290.63kJ合計17742.45kJ 輕燒白云石分解熱Qb。由白云石的分解反應：CaCO3MgCO3=MgO+CaO+2CO2和輕燒白云石的燒減量6.85%，可計算得到與分解出來和燒減量相對應的CaO和MgO含量，即：WCaO=6.85%MCaOMCO2=6.85%5688=4.36%WMgO=6.85%MMgOMCO2=6.85%4088=3.11%由輕燒白云石分解熱Qb為：Qb=1.54.36%3190+3.11%2951=335.11kJ 礦石分解吸熱QkQk=129.4%56724250+61.80%1121606460=3766.43kJ 熱損失Qq。吹煉過程中轉爐熱輻射、對流、傳導傳熱以及冷卻水等帶走的熱量與爐容量大小、操作等因素有關，一般約占總熱收入的3%8%。本計算取7%，則得：Qq=7%Qin=7%215837.78=15108.64kJ結果得：Qout=136034.67+16654.67+17742.45+335.11+3766.43+15108.64=189641.97kJ 廢鋼加入量Wf。用于加熱廢鋼的熱量系剩余熱量，即：Qf=Qin-Qout=215837.78-189641.97=26195.81kJ故廢鋼加入量Wf=26195.810.6991522-25+272+0.8371683-1522=18.03kg廢鋼比為 18.03100+18.03=15.28%（3） 熱平衡表。見表2-7。表2-7 熱平衡表收入支出項目熱量/kJ%項目熱量/kJ%鐵水物理熱122518.156.76%鋼水物理熱136034.6763.03%元素氧化熱及成渣熱87977.3640.76%爐渣物理熱16654.677.72%其中C氧化61856.428.66%廢鋼吸熱26195.8112.14%Si氧化16061.17.44%礦石吸熱3766.431.75%Mn氧化1088.010.50%爐氣物理熱14710.026.82%P氧化971.7760.45%渣中鐵珠物理熱299.350.14%Fe氧化5078.412.35%噴濺金屬物理熱290.630.13%SiO2成渣熱2331.181.08%輕燒白云石分解熱335.110.16%P2O5成渣熱590.480.27%熱損失15108.647.00%煙塵鐵氧化熱5075.362.35%煙塵物理熱2442.451.13%爐襯碳的氧化熱266.960.12%合計215837.78100.00%合計215837.78100.00%熱效率=鋼水物理熱+廢鋼物理熱+爐渣物理熱熱收入總值100% =136034.67+26195.81+16654.67215837.78100%=82.88%3、 加入廢鋼和脫氧后的物料平衡（1） 加入廢鋼后的物料平衡 廢鋼中各元素氧化量。見表3-1。表3-1 廢鋼中各元素氧化量元素CSiMnP廢鋼成分/%0.180.250.550.030終點鋼水/%0.10痕跡0.1650.0068氧化量/%0.080.250.3850.0232 廢鋼中各元素氧化耗氧量、氧化產物量。見表3-2。表3-2 18.03kg廢鋼中元素的氧化產物及其成渣量元素反應產物元素氧化量/kg耗氧量/kg產物量/kgCCCO0.0120.0150.027CCO20.0030.0080.011SiSi(SiO2)0.0450.0520.097MnMn(MnO)0.0690.0200.090PP(P2O5)0.0040.0010.010合計0.1330.095成渣量0.233進入鋼水中的質量=18.03-0.133=17.897kg，進入爐氣中的氣體質量=0.027+0.011=0.038kg。 加入廢鋼后的物料平衡。將表3-2中有關數據與表1-13的相應數據合并，得加入廢鋼后的物料平衡見表3-3和表3-4。（2） 脫氧和合金化后的物料平衡 鐵、硅鐵加入量。先根據鋼種成分中限（見表1-3）和鐵合金成分及其收得率（見表1-4）算出錳鐵和硅鐵的加入量。錳鐵加入量WFe-Mn的計算為：WFe-Mn=Mn鋼種%-Mn終點%錳鐵含Mn%Mn回收率%鋼水量=0.55%-0.165%75%80%94.476=0.606kg 表3-3 加入廢鋼的物料平衡表（以100kg鐵水為基礎）收入支出項目質量/kg項目質量/kg鐵水100鋼水111.51廢鋼18.03爐渣8.471石灰3.549爐氣9.117鐵礬土0.5噴濺0.2輕燒白云石1.5煙塵1.5礦石1渣中鐵珠0.206爐襯0.1氧氣5.947合計130.626合計131.004表3-4 加入廢鋼的物料平衡表（以100kg（鐵水+廢鋼）為基礎）收入支出項目質量/kg項目質量/kg鐵水84.724 鋼水94.476 廢鋼15.276 爐渣7.177 石灰3.007 爐氣7.724 鐵礬土0.424 噴濺0.169 輕燒白云石1.271 煙塵1.271 礦石0.847 渣中鐵珠0.175 爐襯0.085 氧氣5.039 合計110.672 合計110.992 計算誤差=（110.992-110.672）/110.992100%=0.29%硅鐵加入量WFe-Si:WFe-Si=Si鋼種%-Si終點%加錳鐵后的鋼水量-Si錳鐵硅鐵含Si%Si加收率% =0.55%-094.476+0.507-0.6062.5%75%70%75% =0.973kg鐵合金中元素的燒損量和產物量列于表3-5。表3-5 鐵合金中元素燒損量及產物量類別元素燒損量/kg脫氧量/kg成渣量/kg爐氣量/kg進入剛中量/kg錳鐵C0.005 0.012 0.017 0.041 Mn0.091 0.026 0.117 0.364 Si0.004 0.004 0.008 0.011 P0.002 S0.0002 Fe0.088 合計0.099 0.043 0.125 0.017 0.507 硅鐵Mn0.001 0.0004 0.002 0.005 Si0.170 0.195 0.365 0.511 P0.0005 S0.0004 Fe0.284 合計0.172 0.195 0.367 0.801 總計0.271 0.238 0.492 0.017 1.308 脫氧和合金化后的鋼水成分。脫氧和合金化后的鋼水成分計算如下：C：0.10%+0.041/(94.476+1.308)100%=0.14%Si：(0.011+0.511)/(94.476+1.308)100%=0.54%Mn：0.165%+(0.364+0.005)/ (94.476+1.308)100%=0.55%P：0.0068%+(0.002+0.0005)/ (94.476+1.308)100%=0.009%S：0.002%+(0.0002+0.0004)/ (94.476+1.308)100%=0.003% 脫氧和合金化后的物料平衡。降以上的結果合并，可得脫氧和合金化后的總物料平衡，見表3-6。表3-6 總物料平衡表收入支出項目質量/kg%項目質量/kg%鐵水84.72475.32%鋼水95.78484.91%廢鋼15.27613.58%爐渣7.6696.80%石灰3.0072.67%噴濺0.1690.15%鐵礬土0.4240.38%煙塵1.2711.13%輕燒白云石1.2711.13%渣中鐵珠0.1750.16%礦石0.8470.75%爐氣7.7416.86%爐襯0.0850.08%氧氣5.2774.69%硅鐵0.9730.86%錳鐵0.6060.54%合計112.49100.00%112.809100.00%計算誤差：112.809-112.49112.809100%=0.28%4、 氧氣轉爐設計4.1 車間的轉爐座數轉爐煉鋼車間常按“二吹一”或“三吹二”來選擇車間內的轉爐座數，即車間內裝備兩座轉爐或三座轉爐，經常一座或兩座轉爐進行生產，另外一座轉爐轉爐處于修爐或備用。今年來由于采用漸渣護爐技術，轉爐壽命大幅度提高，所以今后很可能出現“一吹一”或“二吹二”的轉爐車間。但在目前的設計中，仍應該按二吹一或三吹二的模式進行設計。4.2 轉爐的公稱容量轉爐公稱容量由三種表示方法：以平均金屬裝入量噸數表示；以平均出鋼量噸數表示；以平均爐產良坯量噸數表示。通常認為以轉爐平均出鋼量表示較為合理。一座轉爐煉鋼車間的轉爐公稱容量，可根據該車間的年產良坯量W坯來確定。 車間年產鋼水量Wm。對于全連鑄車間Wm=W坯坯t=50096%=521 萬噸 車間年出鋼爐數mm=n3652460=236585%246040=22338 爐式中 n車間轉爐的工作模式，二吹二時n=2，為轉爐的作業率，一般為80%90%轉爐煉鋼平均冶煉周期4.3 轉爐平均出鋼量GG=Wmm=521000020780=233 t則選擇公稱容量為250t的轉爐，最大出鋼量為275t，鋼包容量為275t。5、 轉爐氧槍設計氧槍時轉爐吹氧設備中的關鍵設備，它由噴頭、槍身和槍尾三部分組成。5.1 噴頭類型與選擇噴頭在氧槍中是一個極為重要的構件，從煉鋼的角度來說，要就噴頭能正確合理地供養，使熔池能夠獲得強烈而均勻的攪拌，達到快速化渣和強化熔池元素氧化的目的。噴頭按噴孔形狀可分為拉瓦爾型、直筒型噴頭；按噴孔數目又可分為單孔和多孔噴頭；按流過噴孔介質分為吹氧型、吹氧-石灰粉型和氧-燃噴頭。單孔拉瓦爾噴頭供氧強度低，沖擊面積小，只適合小型轉爐使用，大中型轉爐常采用三孔、四孔、五孔的多孔拉瓦爾型噴頭。多孔噴頭將集中供氧變為分散供氧，增大了沖擊面積，可以減少噴濺，提高金屬收得率，槍位穩定，成渣速度快，供氧強度大，可提高生產率。我國推薦100t以下轉爐采用三孔拉瓦爾噴頭，100t以上轉爐采用四孔或五孔噴頭。據此，本次設計選用六孔拉瓦爾噴頭。5.2 噴頭尺寸設計合理的噴頭結構時氧氣轉爐合理的供氧制度的基礎。氧槍噴頭設計的關鍵在于正確選擇噴頭參數。目前主要根據可壓縮流體理論進行噴頭參數的計算。（1） 氧流量或供氧強度。氧流量Q時氧槍設計的重要參數。當噴孔的出口馬赫數和操作氧壓選定后，噴孔的喉口面積就取決于氧流量。Q為Q=VO2GO2 m3min=52.7722.43223318=478.15 m3min式中VO2噸鋼耗氧量，O2吹氧時間。（2） 噴孔出口馬赫數Ma。噴孔出口馬赫數的大小決定了噴孔氧氣出口速度，也決定了氧氣射流對熔池的沖擊攪拌能力。目前國外氧槍噴孔出口馬赫數多數在1.952.20之間。大轉爐、噴頭孔數多，可取上限。本設計選馬赫數為2.20。（3） 爐膛壓力與設計工況氧壓P0。爐膛壓力指氧槍噴頭在爐膛內的環境壓力。在設計中，常不考慮泡沫渣對噴頭施加的壓力，而只考慮爐膛爐氣的壓力。一般爐膛壓力可選為0.100MPa(0.0990.102MPa)，且選取噴孔出口壓力等于爐膛壓力。設計工況氧壓又稱理論計算氧壓，它是噴頭進口處的氧氣壓力，在忽略流動過程的壓力損失時，它近似等于氧氣的滯止壓力。由選定的噴孔出口馬赫數和出口壓力Pe，利用可壓縮氣體等熵流公式，可計算出設計工況氧壓P0。PeP0=1+k-12Ma2-kk-1式中，k氧氣的熱容比，k=1.4。整理得P0=Pe1+0.2Ma23.5=0.11+0.22.223.5=1.069 MPa（4） 噴孔夾角與噴孔間距。噴孔夾角是多孔噴頭設計的重要參數之一。噴孔夾角指噴孔中心線和噴頭中軸線之間的夾角，其大小影響到氧氣射流對熔池的沖擊半徑和各氧氣流股之間的相互作用。本次設計選擇=12。 噴空間距指噴孔出口中心點與噴頭中軸線之間的距離。噴孔間距過小，各氧氣射流之間相互吸引，射流向中心偏移，從而造成射流中心速度衰減過快。為避免這種現象，噴頭設計原則上盡可能增大噴孔間距，而不輕易增大噴孔夾角。但增大噴孔間距又往往受到噴頭尺寸的限制。根據三孔噴頭冷態測定結果，在噴頭端面，當噴孔間距保持在（0.81.0）de（噴孔出口直徑）時，噴孔間距不會對射流的速度衰減產生明顯影響。（5） 噴孔形狀及尺寸。目前氧槍噴頭的噴孔形式基本上都采用拉瓦爾噴孔。它由收縮段、喉口和擴張段組成。為了便于加工制造，一般將拉瓦爾噴孔的收縮段和擴張段設計成截圓錐體形。 喉口直徑d*及喉口長度l*。喉口直徑可根據流過噴頭的氧氣流量Q來計算。設噴頭孔數為n，則流過單個噴孔的氧氣流量q為q=Qn=478.156=79.69 m3min根據可壓縮氣體等熵流理論，并考慮氧氣的實際流動，則喉口直徑的計算式為d*=0.715qT0CDP00.5 =0.71579.693080.9310690000.5=0.032 m式中 T0氧氣的滯止溫度，CD噴頭流量系數，P0氧氣的滯止壓力 喉口長度的作用是穩定氣流，還可使收縮段和擴張段加工方便。一般喉口長度l*=510mm較為合適。本設計選擇6mm。 收縮段長度l1及入口直徑d1。收縮段長度一般為l1=（0.51.5）d*=0.035m。收縮段半錐角一般為1823，可允許達到30，選=20。根據這兩個參數和喉口直徑，收縮段入口處的直徑d1為d1=d*+2l1tan= 0.032+20.035tan20=0.057 m 噴孔出口直徑de及擴張段長度l2。噴孔出口馬赫數Ma和喉口直徑確定后，噴孔出口直徑de=d*1+0.2Ma231.728Ma0.5=0.0321+0.22.2231.7282.20.5=0.045 m擴張段長度可由下式計算l2=de-d*2tan=0.045-0.0322tan5=0.074 m式中擴張段的半錐度，一般為46。（6） 噴頭氧氣進口直徑D1。噴頭氧氣進口直徑D1可根據總喉口直徑d*計算總喉口直徑由下式