D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1983.01.00M 北京钢铁学院学报 1983年第1期 大型转炉所用五孔喷头 射流特性的研究· 冻钢教研室万天骥沈颐身 刘汉东 物理教研室陈允恭 摘 要 测定了五孔喷头射流速度的衰减速率。测定结果表明，由于中孔射流和边孔射流 的边界条件不同，因而它们的速度衰减速率不同。当中孔和边孔的直径相等时， 在正常的枪位下，射流速度中孔比边孔大一倍。为了充分地利用五孔喷头的射流 对熔池的有效和均匀的搅拌作用，要求作用于熔池面时，中孔射流的速度应等于 或略大于边孔射流的速度，为此设计五孔喷头时应使中孔面积(A中)小于每个边 孔面积(A边)。测定结果得出A中/A边应为0.6~0.8。 随着转炉的大型化，五孔喷头在国外已普遍被使用，取得了较之三孔喷头更好的吹炼 效果。宝钢从日本引进的多孔喷头就是五孔喷头1)。有关这方面的研究文献所见甚少。 国内蔽、木、攀钢等大型转炉现用的多是三孔喷头。为了掌握五孔喷头新技术，使之尽快 地在我国大型转炉上推广使用，进一步提高治炼工艺水平，我们对五孔喷头射流特性进行 了初步的测定。其内容包括喷孔出口马赫数，射流在截面上的动压径向分布，射流沿轴向 上的最大动压衰减，射流的冲击半径和刚性，射流的总压脉动等。 五孔喷头一般均采用卫星式布置，如图1所示。 1I85×2.5 中58 单位mm 中孔：收输段夹角10° 按门段长度5m 扩张段张角8° 边孔：收缩段夹角 ?口以长度5mm 扩张段张的。 28 图1No3试验喷头结构示意图 ·参加本实验测定工作的还有，仇水泉、陈建谊、洲辛超、刘多祥等同志。 43
北 京 钢 铁 学 院 学 报 年第 期 大型转炉所用五孔喷头 射流特性的研究 ’ 炼 钢教研 室 万 天骥 沈 颐 身 刘 汉 东 物理 教研 室 陈允 恭 摘 要 测定 了五孔喷 头射 流速度 的衰减速率 。 测定 结果 表 明 ， 由于 中孔射 流和 边孔射 流 的 边 界条件 不 同 ， 因而它们 的速度衰减 速率 不 同 。 当中孔 和边孔的直径相等时 ， 在正常 的枪位下 ， 射 流速度中孔 比边 孔大一 倍 。 为了 充 分地利用 五孔喷 头的 射流 对熔池 的有效和 均匀的搅 拌作用 ， 要求作用于熔池面 时 ， 中孔射流 的速度 应等于 或 略大于 边 孔射 流 的速度 ， 为此设 计五孔喷头时 应使 中孔面 积 中 小于 每 个边 孔面积 边 。 测定结果得 出 中 边 应 为 。 。 随 着转炉 的大型化 ， 五孔喷头在 国 外 已普遍被使 用 ， 取得了 较之三 孔喷头更 好 的吹炼 效果 。 宝钢从 日本 引进 的 多孔喷头就是五 孔喷头〔 〕 。 有关 这方面 的研究文 献所见甚 少 。 国 内鞍 、 木 、 攀钢 等大型转炉现用 的 多是三 孔喷 头 。 为了掌握五 孔喷 头新技 术 ， 使之尽快 地在我国大型转炉上推广使 用 ， 进一步 提高冶炼工 艺水平 ， 我们对 五 孔喷 头射 流特性进 行 了初步的 测定 。 其内容 包括喷 孔 出口 马 赫 数 ， 射 流在截面上 的动压 径向分 布 ， 射 流沿轴向 上的最大动压 衰减 ， 射 流的冲击半 径 和 刚性 ， 射 流 的总 压 脉动 等 。 五 孔喷头一般均采 用 卫 星式 布置 ， 如 图 所 示 。 月 、 乙 泵 小 单位 。 ‘ 中孔 ， 收缩段夹角 。 ” 喉 门 段长度 打 、 张段 张 。 边孔 收缩段夹角 “ 喉 口 艾长度 川 扩张段 张角。 。 图 试 验 喷 头 结 构 示 意 图 ， 参 加 本 实验侧 定工 作 的还 有 仇 水泉 、 陈建谊 、 祖 辛超 、 刘 多 祥 等同志 ， DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1983．01．004
木工作是在北京钢铁学院喷枪实验室进行的。考虑到实验室气出容最的限制和测试效 率，我们根据攀钢120吨转炉所用的435喷头（四孔喷头）的供氧强度，将实际喷头的流 量缩小到1/4，即喷孔喉口总面积缩小为实际喷头的1/4（称1/4模）。与三孔喷头不同的是，五 孔喷头设计的重要参数除喷孔出口马赫数、喷孔与喷头轴线的夹角外，还有中孔和边孔的 面积比，即A中/A边。文献C2)指出：喷头孔数为4时，流股之间夹角在12°至15°。五孔 喷头的夹角应大于四孔喷头，为保证五孔喷头射流流股不产生汇交，我们取五孔喷头的夹 角为15°。试验主要研究不同中孔和边孔面积比对射流特性的影响，选择合适的A中/A边之 值，以满足转炉冶炼工艺的要求。 表2给出No1一No6喷头的设计参数。 表1 五孔喷头 的设计参 。数 梦 头 喉口直径(mm) 出口直径(mm) 必 设 马 设计压力 A中/A边 中 孔 边孔 中孔 边 孔 中孔 边 孔 旁 kg/cm2(绝对) Nol 17.90 16.10 21,80 19.60 1,2 1,84 1,84 15 6.11 No2 16.40 16,40 20,10 2c.10 1.0 1.86 1.86 15° G.30 No3 15.00 16,90 18.30 20.50 G,8 1,84 1.83 15° 6,03 No4 14,25 17,00 17,40 20.70 0.7 1,85 1,84 15° G.16 Nos 13.20 17.00 16.20 20.9n 0.6 1,85 1.85 15 6.20 No6 10,00 17.60 12.50 21,50 0.3 1.90 1,86 16° 6.30 注 设计压力计算时采用喷头出口压力为1.03业g/cm?(绝对) 1.喷孔出口马韩数 喷孔出口马赫数(M)是超音速射流的最重要的设计参数，它决定了喷头在不同工作氧 压下射流的基本特性。考虑到工广使用氧压的限制，为保证喷头不在低于设计工况下工作， 术实验喷头设计逃用的马赫数偏低(M=1,85)。在有足够的工作压力的条件下，出口马赫 数除了次定于喷孔出口面积和喉口面积的比值外，还受喷头的结构设计是否合理以及加工 精度等因素的影响。 表2列出No1一No6喷头的实测出口马赫数与设计出口马赫数的比较。 表2 实测与设计马赫数 设计出口马糖数 实测出口马赫数 马赫数 的偏差 喷头序号 A中/A边 孔 边 孔 中 孔 边 孔 中 九 边 Nol 1.2 1.84 1.84 1.84 1.75 0 -0.09 No2 1.0 1,86 1.86 1.86 1.84 0 -0.02 No3 0,8 1.84 1.83 1,79 1,87 -0.05 +0.04 No4 0.7 1,85 1.84 1.76 1,79 =0.09 -0.05 No5 0,6 1,85 1,85 1.88 1,88 +0.03 +0.03 No6 0.3 1,90 1,86 1.90 1,83 0 -0.03 注：测量时压力为8kg/cm之（表压） 44
木 工作是在北 京钢铁学院喷枪实 验室进行的 。 考虑到实验室气伍容景的 限制和测试效 率 ， 我 们根据攀钢 吨转护所用的 奋喷头 四孔喷头 的供氧强 度 ， 将实际喷头 的 流 最缩 小到 ， 即喷孔喉 口 总面积 缩小 为实际喷头的 称 模 。 与 三孔喷头不同的是 ，五 · 孔喷头设计 的重要参数除喷孔 出口 马赫数 、 喷 孔与喷头轴线的夹角外 ， 还有 中孔和边孔的 面 积 比 ， 即 中 边 。 文 献〔幻 指出 喷 头孔 数 为 时 ， 流股之间 夹角在 “ 至 “ 。 五 孔 喷头的夹角 应大于 四孔喷头 ， ‘ 为保证五孔喷头射流流股不产生汇交 ， 我们取五孔喷头的夹 角为 。 。 试验主 要研究不同中孔和边孔面积比对射流特性的影响 ， 选择合适 的 中 边之 值 ， 以满足转炉冶炼工艺的 要求 。 表 给 出 一 喷头的设 计参数 。 衰 五 孔 喷 头 的 设 计 参 数 一犷飞喉 口 直 径 头 序 号 。 几 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 出 口 直 径 。 中 人 边 设 计 马 赫 致 夹 设 计 压 力 角 绝 对 中 孔 边 孔 中 孔 边 孔 。 一 。 。 。 。 。 。 心 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 一 。 。 。 注 设 计压 力计 算时采用 喷 头 出 口 压 力为 。 。 绝 对 喷孔出 口 马林擞 喷孔 出口 马赫数 是超 音速射 流的最重 要的设计参数 ， 它决定了喷头在不 同工 作氧 压 一 下射流的基木特性 。 考虑到工厂使用氧 压 的限制 ， 为保 证喷 头不在低于 设计工 况下工作 ， 木实验 资头设计选用 的马赫数 偏低 二 。 在有足够 的工 作压力的条件 下 ， 出 口 马赫 数除了 决定 于喷孔 出 口 面 积和喉 口 面积的比值外 ， 还受喷头的结构设计是否合理 以及加工 精度等因素的影响 。 表 列 出 一 喷头的实测 出口 马 赫数与设计 出门 马赫数的比较 。 表 实 测 与 设 计 马 赫 数 丁万同 设 计 出 口 马 赫 数 马 赫 数 马 赫 数 的 偏 差 中 “ 边 “ 中 州 边 “ 二 一几 生 二 付 。 。 。 。 一 。 一 。 一 一 。 。 。 。 。 。 一 。 一 一 。 。 。 。 一 。 。 一 一 ，，且 ，，︸二 丹‘‘ … 口且，孟︸ 。 。 。 。 。 。 一 。 一 。 注 侧 时压 力为 弓 。 表压 咬
从表2中可看出，实测出口马赫数与设计出口马赫数是很接近的，说明气流在喷管内 得到合理的腕胀加速，有效的将气流的压力能转变为射流的动能。也说明了喷头加工精度 是良好的。 2,射流在载面上的动压径向分布 图2是No1一No6喷头在8kg/cm2（表)的工作E力下，距离40d边截面上射流的动 压径向分布。 P动mmHg 300 ￥1：1.2Po=kg/cm2(表) 。11.0 。1:0.8 40d边 a10.7 1:0.6 200 日1：0.3 100 100 200 到靛面中心的距离 图2不同A中/小边喷头射流动压的径向分布 图2表明，在该截面上有五个明显的互不干扰的冲击区。可见喷孔夹角15°是能够保 证流股间不汇交，在实际转炉吹炼效果上将具有射流分散，能形成五个冲击凹坑和循环 区。 图2表明，当A中/A边≥1.0时，中孔的动压值为边孔动压值的2倍左右；当A中/A边 =0.3时，中孔的动压值仅为边孔动压值的}一}，当A中/A效为06、07、).8时，中孔 和边孔的动压值基本相等或稍高。鉴于转炉熔池的实际情况（炉型主要是筒球型、锥球型 和截锥型)，为了有效地发挥五孔喷头射流对熔池的均匀搅拌作用，中孔动压值应等于或略 高于边孔动压值。如果中孔的动压值过大，必然对炉底侵蚀严重（相当于单孔喷头的情 况)，相反，过小则中孔射流不起作用（相当于四孔喷头的情况）。因此，选择A中/A边之 值为0.6一0,8是较为适宜的。 图3给出在不同工作压力和不同距离条件下，P中/P边与A中/A边的关系。用回归分 析可求出在6一10kg/cm2（表)，30一50d边的条件下，其方程为： P中/P边=-0.308+2.232A中/边 (1) 式中P中是中孔射流的动压值，P边是边孔射流的动压值。 3,射流沿轴向上最大动压（速度）的表减 研究射流沿轴向上的最大动E衰减的规律，为转炉吹炼工艺在不同的工作氧压下确定 45
从 表 中可看出 ， 实 测 出 口 马 赫 数与设计 出口 马 赫数是很接近 的 ， 说明气 流在喷管 内 得到合理 的膨胀加速 ， 有效 的 将气 流的压力能转变为射流 的动能 。 也说明了喷头加工 精度 是 良好的 。 射 流在截面上 的动压径 向 分 布 图 是 一 喷头在 。 “ 表 的工 作压力下 ， 距离 边 ’ 截面上射 流 的 动 压径 向分布 。 、 ， ‘ 飞 。 二 盯 。 爪 农 孤 测惫点 到 截面 中心 的距 离 图 不 同 中 边 喷 头 射流 动 压 的径一向分 布 图 表 明 ， 在 该截面 上有五 个明 显 的互 不干扰 的冲 击区 。 ’ 可 见喷孔夹角 “ 是能 够 保 证 流股 间 不 汇交 ， 在 实际转炉吹 炼效果 上将具有射流分 散 ， 能 形成五 个冲 击凹 坑 和 循 环 区 。 图 表明 ， 当 中 边 时 ， 中孔 的动压值 为边孔动压 值 的 倍左 右， 当 中 边 时 ， 中孔 的动压 值仅 为边孔动压值 的 了一 丁 ’ 当 中 边 为 、 、 。 时 ， 中孔 和边 孔 的动压 值基 木相 等或稍高 。 鉴于转炉熔池 的实 际情况 护型主 要是筒球 型 、 锥球型 和截锥型 ， 为了有效她 发 挥五孔喷头射 流对熔 池 的均匀搅拌作用 ， 中孔动压 值应等于或略 高于边 孔动压 值 。 如果 中孔 的动压值过大 ， 必 然 对 炉底侵蚀 严重 相 当于单孔 喷 头 的 情 况 ， 相反 ， 过小则 中孔 射 流不起 作用 相 当于 四孔喷头的情况 。 因此 ， 选 择 中 边之 值为 是较 为适宜的 。 图 给 出在不 同工作 压 力和 不 同 距离 条件下 ， 中 边 与 中 边 的关 系 。 用 回 归 分 析 可求 出在 一 。 “ 表 ， 一 边 的 条件 下 ， 其方程 为 中 边 一 中 边 式 中 中是 中孔 射流的 动压值 ， 边 是边 孔 射流的 动压值 。 射流沿轴向 上 最大动压 速度 的衰减 研究 射流沿轴向上的最大 动压 衰减的规律 ， 为转炉吹炼工 艺在 不同的 工作氧庄下确定
P边) ·Gkg/cm*(表) 2.5 黑8u ·35边。-kgkm*阑 440 a10" %45 2.0 40边 50 1.5 1.0 0.5 0.3 060.70.81.0129W5h 0.3 0.60.7081.01.2钟6w 图3P中P边一小中八边的关系 合理的枪位提供了重要依据。诚然，冷态测定结果不能完全代表实际转炉内射流的衰减情 况，这是因为炉气与射流气体的密度比、泡沫渣、射流对周围喷藏的渣粒、金属滴的引射 都将对射流的衰减速度产生影响，但作为指导转炉操作的“相对判断数据”仍是有意义 的3)。对于五孔喷头，不同的A中/A边比值对射流最大动压衰减会有什么影响呢？ 图4绘出了No1一No6喷头中孔和边孔射流的最大动压衰减曲线。可以看出，各喷头 中孔和边孔射流沿轴向上的最大动压值都是随着无量钢距离的增加而减小，随着工作压力 的提高而增大，这是符合自由射流沿轴向上的最大速度衰减规律的。在相同的工作压力 下，我们对同一喷头中孔和边孔射流最大动压值进行比较即可发现：当A中/A边=0.6时， 中孔和边孔射流最大动压值十分接近，反映在衰减曲线上几乎重合，当A中/A边>0.6时， 中孔射流最大动压值均高于边孔射流最大动压值，当A中/A边<0,6时，中孔射流最大动压 值低于边孔射流最大动压值。根据文章〔4)，这一现象可作如下解释：由于五孔喷头呈卫 星式布置，中孔射流为四周边孔射流所包围，处于同源同向伴随流流场中。中孔射流与边 孔射流之间径向的速度梯度比边孔射流与环境静止气体之间的速度梯度要小，故中孔射流 的动最交换不如边孔射流激烈，其衰减必然比边孔射流要慢。因此，在同一截面上，中孔 射流最大动压值比边孔射流动压值要高。至于A中/A边<0.6时，出现中孔射流最大动压 值明显低于边孔射流最大动压值的情况，则是由于我们是以x/'边为横座标，对于同一截 面，中孔的x/d中比边孔的x/d边·要大得多（例如，A中/A边=0.3时，在x=706毫米的截 面上，x/边°=40，而x/d中·=70.6)，射流的衰减是和无量钢距离有关的，中孔射流在 x/中·=70.6的最大动压值比边孔射流在x/d边°=40的最大动压值低这完全是可能的。为 便于比较，我们把各喷头在相同的工作压力下，中孔和边孔射流的最大动压衰减分别绘于 一张图中，如图5所示。可以看出，在一定工作压力下，A中/A边值越大，相应的x/· 中越小，中孔射流的最大动压值则越大，而边孔射流的最大动压值不随A中/A边而变化。 从治炼工艺角度考虑，中孔射流最大动压值过大或过小都是不足取的。为了既保证中孔射 流对熔池有足够冲力，又能使边孔射流对熔池的作用不减弱，实现熔池均匀而又激烈地运 动，显然选择A中/A边为0,6一0.8是合适的。这对炼钢过程的动量传递、热量传递和质量 传递是十分有利的。 46
乙甲 挑 轰一 了 · ， ， 表 共 一 ， 吞 口 ‘ ” 。’ 几边 、 ，“ ， 、 。 · ， · ‘ · · · · 邹 边 图 中 边一 中 人 边 的关 系 合 理 的枪位 提供了 重要依据 。 诚然 ， 冷态 测定结果不能 完全代表实 际转炉 内射流的衰减情 况 ， 这是因 为炉气 与射流气体的 密度 比 、 泡沫渣 、 射 流对 周围喷溅 的渣粒 、 金属 滴的 引射 都将对射流的衰减 速度产生影响 ， 但 作 为指导转炉操 作 的 ” 相对判断数据 ” 仍 是 有 意 义 的〔 〕 。 对于五孔喷 头 ， 不 同 的 中 边 比值对 射流最大动压衰减 会有什么影响呢 图 绘 出了 一 喷头中孔和边 孔射 流的最大动压衰减 曲线 。 可 以看出 ， 各 喷 头 中孔和 边 孔 射流沿 轴向上 的最大动压 值都是随着无 量钢距离 的增加而减小 ， 随 着工作压力 的提 高而增 大 ， 这是符合 自由射 流沿轴 向上 的最大 速度衰减 规律 的 。 在相同 的 工 作 压 力 下 ， 我们对 同一喷头 中孔和边孔 射流最大动压值 进行比较 即 可发现 当 中 边 。 时 ， 中孔和 边孔射流最大动压值十分接 近 ， 反映在衰减 曲线上 几乎重合 ， 当 中 边 。 时 ， 中孔射流最大动压值均高于边 孔射流最大动压值， 当 中 边 时 ， 中孔 射流最 大动压 值低于边孔 射流最大动压值 。 根 据文章〔 〕 ， 这一现象可 作如下解释 由于五孔喷头 呈 卫 星式布置 ， 中孔射流 为四周边 孔射流所 包围 ， 处于 同源 同向伴随 流流场 中 。 中孔射 流与边 孔射 流之 间 径 向的速度梯度比边 孔 射 流与环境静止气体之 间 的速度梯度要小 ， 故 中孔射 流 的动量交换不 如 边 孔射 流激烈 ， 其衰减必然 比边 孔 射 流要慢 。 因此 ， 在 同一截面 上 ， 中孔 射 流最大动 压值 比 边 孔射流动压值要高 。 至于 中 边 。 时 ， 出现中孔射 流 最 大 动 压 值明显低于边孔射流最大 动压值的情况 ， 则是 由于我们是 以 ’ 边 为横座标 ， 对于 同一 截 面 ， 中孔的 中 比边孔 的 边 要大得 多 例 如 ， 中 边 时 ， 在 毫 米的截 面上 ， 边 ， 而 中一 ， 射 流的衰减是和无量钢距离有关 的 ， 中 孔 射 流 在 中 的最大动压值 比边 孔射 流在 边 二 的最大动压值低这 完全 是可能的 。 为 便于比较 ， 我们把各喷头在相 同的工作压力下 ， 中孔和边孔射 流的最大动 压衰减分别绘于 一张图 中 ， 如图 所示 。 可 以看 出 ， 在一定工 作压力 下 ， 中 边 值越大 ， 相应 的 中越小 ， 中孔射流的最大 动压值 则越大， 而边孔 射 流的最大动压 值不随 中 边而变化 。 从 冶炼工艺角度考虑 ， 中孔射 流最大动压值过大或过 小都是不 足取的 。 为了 既保证 中孔射 流对熔池有足够冲力 ， 又能使边孔射流对熔池的作用不减弱 ， 实现熔池均匀而又激烈地 运 动 ， 显然选 择 中 边 为。 一 是合适 的 。 这对炼钢过程的动量传递 、 热量传递和质量 ’ 传递是十分有利 的 么
P动mnt赋 11.2 P办mmHg 11.0 1000 aI0kgcm(表)1000 △10kg/cm(表) 。8kg/cm(表) ◆8kg/cm(表) 800 xGkg/cm(表) 800 x6kg/cm2(表) 中孔 二 孔 600 一一边孔 600 400 400 200 200 0 30 35 0 40 4550 必 40 50 600 110.8 1:0.7 500 400 400 300 300 200 00 100 100 0 0 30 35 404550 35 40 45 10.6 500 500 1*0.3 40 30 300 200 200 1004 100 0 30 35 404550 55 x/d五 30 3540 45 50 55 x/d 图4五孔喷头射流的最大动压衰减 47
卜 溯与 姗幼勃 一 ‘ 爪 表 忍 表 表 鑫 一 位 ， 表 表 ‘ 上 表 中孔 边孔 叹八甘邵土甘八“ ︸ 护八曰口月卜 ﹄‘ ，二 ‘ ，乃︸ 勺咔︸叮月 丹甘 ﹄氏‘ 心七自︺”一民 几 几电甘 “一﹃翻 八甘九 的 ，占翻，八︺︹八 翻咋，止 ， 。 勒 九八甘甘 功 」亡，比 八甘︸ ”几﹃︶ ‘孟， 亏 二 轰 轰 图 五 孔喷头 时流的最 大动压 衰减 了
△1：1.2 中孔 ·11.0 70 mm Hg 41t1. 边孔 ·1:1.0 01:0.7=8kg/em表) g110.8 第1：0.8 B-skg/rn(皮) 60 。1:0. ，1:0.6 。1:0.6 。10.3 a1:0.3 400 400 300 300 0 200 200 100 100 35404550￥ 30 3540 450xa边 图5中孔和边孔射流的最大动压衰减比较 4.射流的冲击半径和刚性 五孔喷头射流的冲击半径是指边孔射流作用在熔池面上的最大冲力点同喷头轴线之间 的距离。射流的刚性是指由于流股间的引射作用，边孔射流中心线向喷头轴线的偏移程 度，以R奉表示实测的射流冲击半径，R萍表示按几何计算的射流冲击半径，则射流的偏移 程度可以用无量纲量R幸/R种来表示。射流的冲击半径除受喷孔出口马赫数、氧压和枪位 的影响外，还与喷孔夹角、喷孔间隙大小有关。本实验是在各喷头喷孔出口马赫数基本相 同，工作压力为8kg/cm2(表)喷孔夹角为15°，赜孔间隙相等的情况下，研究不同A中 /A边之值对射流冲击半径和刚性的影响。其结果见表3和图6。为了便于比较，R冲采用 无量纲值R中/d边。 表3 各喷头的R琳/边R幸/边和R李R韩的数值 R膝/ R膝R种 喷头顺序 A中/A边 303540455030354045503035404550 Nol 1.2 9.811.2h2.513.915.29.510.611.812.413.70,970.950.940.900.90 No2 1.0 9,811.112.513,815,19.1 10.111.312.012.0.930.910.910.870.83 No3 0,8 9.711.112.413.715.19.19.910,71.512.50.940.900.860.840.83 No4 0.7 9,711,112.413.815.19.410.211.612,112.50.970.920,930.850.83 No5 0.6 9.711.012.413.715.19.210.411.212.22.90.940.940,900,890.86 No6 0.3 9.611.012,213.614.99.210.410.912.313.20,940.940.890.900.88 不难看出，在相同距离条件下，实测的射流冲击半径都小于计算的射流冲击半径，而 且随着距离的增加偏离程度越来越大，即射流刚性变差。表3列出的数据表明，在同一距 离下，射流的冲击半径和刚性随A中/A边之值的变化波动很小，可看作影响不大。 48
悔 挤 了 、 了 才 ， ， 边孔 卜 日 ’ 表 二 汤 ‘ 。 爪 乞 决， 鑫，， 初幼 内盆材日甘﹃月“ 甘 ，，‘ ‘ 扭 “ 。 ， ‘ 。 ‘ 。 ‘ 达 图 中孔和边孔射流的最大动 压衰减 比较 射流的冲击半径和刚性 五 孔喷 头射流 的冲 击半径是指 边孔射 流作 用在熔池面 上的最大冲力点 同喷 头轴线之间 的距离 。 射 流 的 刚性是指 由于 流股 间的 引射作用 ， 边孔射 流 中心线 向喷头轴 线 的 偏 移 程 度 ， 以 “ 斋表示实测的射流冲击 半径 ， 抹表示按几何 计算的射 流冲击半径 ， 则射流的偏移 程度可以 用无量纲量 斋 笨夹表示 。 射流的冲 击半径 除受喷 孔 出 口 马 赫数 、 氧压 和枪位 的 影响外 ， 还与喷孔夹角 、 喷孔 间隙大小有关 。 本实验是在各喷 头喷 孔 出 口 马 赫数基本相 同 ， 工作压 力 为 “ 表 喷孔夹角为 “ ， 喷孔间 隙相 等 的情况 下 ， 研究 不 同 中 边 之 值对射 流冲击半径和 刚性的影 响 。 其结果 见表 和图 。 为了 便于 比较 ， 冲 采 用 无 量纲值 中 边 。 的数值 实冲 计冲 边和 产 口 衰 各喷头 的 实冲口 “ 抹 ‘ 轰 、 中 人 边 落 ‘ “ 斋“ 轰 一 ， 片 ， 。 一 一 。 。 。 。 。 。 。 。 一 。 久 。 。 。 。 。 。 。 一 。 。 呀 研 。 一 。 片 。 。 。 。 。 习翻 。 一 一 。 。 。 。 。 。 。 。 吕之 。 一 。 。 。 。 。 。 咋 ， 。 。 。 。 。 。 一 一 。 〔 ， 。 。 ’ 一 。 。 一 旧 一 ， 。 … 一 久 ， 一 ’ 一 一 ’ 不难 看 出 ， 在相同距离条件下 ， 实 测的 射流冲击半径 都小于计算的 射 流冲击半径 ， 而 且随 着距离的增加偏离程度越来越大 ， 即射 流刚性变差 。 表 列 出的数据表明 ， 在 同一距 离下 ， 射 流 的冲 击半径和刚性随 中 边之 值的变化波动很小 ， 可看作影响不大
吹炼经验说明，射流的冲击半径和刚 R钟.cm R 性对转炉熔池运动有着重大影响。从水力 R 学模型试验看出，射流的冲击半径过小，则 5 密/R体 熔池五个凹坑汇合，相反冲击半径过大，则 23 因凹坑靠近炉壁，加剧了熔池的环流对炉 21 衬的侵蚀。对中小型转炉，文献〔3)指出，顶 吹转炉三孔喷头吹炼时的R冲/R培为0,10 19 0.90 ~0.20。由上述测定数据，当x/d'边=40 0.85 ~45时（实际转炉的操作枪位），R冲/ 15 d°边=11.25~12.08。以攀钢设计的五孔 0.80 喷头为例，d"边=34毫米。熔池半径为 3035404550 2500毫米。 x/d边 图6射流冲击半径和南性 则 R#/R:（11,25≥108)×34_=0.153~0.164。对于五孔喷头来说，此值可能 2500 偏低，说明喷孔火角应以不小于15°为宜。 5,射流总压的脉动 文献〔5)已通过实验证明，采用脉动的氧气射流吹炼时，由于氧气射流在到达熔池表 Po mm Hg 中几 nwwiw 251 201 wwwmyyvi 51 101 51 0.3 士一2方言67一自g0t 图7各喷头中孔射流总压脉动曲线 49
嘿喂曙 图 ， 吹炼经验 说明 ， 射流的冲击半径和 刚 性 对转炉熔池 运动有着重大 影响 。 从 水力 学模型试 验 看 出 ， 射 流的 冲击半径 过小 ， 则 熔池五 个凹 坑 汇合 ， 相反冲击半径 过大 ， 则 因凹 坑靠近炉壁 ， 加剧 了熔池 的环 流对 炉 衬 的侵 蚀 。 对 中小 型转炉 ， 文 献〔 〕指 出 ， 顶 吹转炉 三孔喷头吹 炼 时的 冲 熔 为。 。 。 由上述 测定 数据 ， 当 边 时 实际转炉 的 操 作 枪 位 ， 冲 边 一 。 以攀钢设计的五 孔 喷头 为例 ， 边 毫 米 。 熔 池 半径 为 毫 米 。 冲 。 ’ 巨 暮 汉曰川 、 氏一卞︺下 弓 边 则 冲 熔 。 。 。 。 射 流 冲击半 径 和 用 性 对于五孔喷头来说 ， 此值 可能 偏低 ， 说 明喷 孔 夹角应 以不小于 。 为宜 。 射 流总压的脉动 文 献〔 〕 已通 过实验证 明 ， 采用脉动的氧气 射 流吹 炼时 ， 由于氧气 射流在到 达熔 池 表 。 中孔 。 吕 。 么 片 司‘ 洁 一 图 各咬 头 中孔 射流 总压 脉 动 曲 线
边孔 m mHg 126 05 -0.8 1.2 345-678910e 边孔 05 0.8 8: 5678910t 团8各喷头边孔射灌总压琳动曲线 面发生脉动、相接触表面的更新速度加快，强化了碳及成渣元素的氧化，而且由于止力脉 动值的迭加，有可能增大压力瞬时值，使熔池的搅动更激烈，因此，从喷头设计的角度出 发，希望能增大射流的脉动。我们测量了试验喷头射流总压的脉动。测量的方法见文献 〔6〕。图？是各喷头中孔射流的总压脉动曲线。图8是各喷头边孔射流的总压脉动曲线。 它们都是在工作压力为8kg/cm2表压、x/d边=40的条件下测得的。曲线上任一点表示 总压的瞬时值P,用P。表示总压的时间平均值，P'。表示总压的脉动值。则有， P。=P。+P。' (2) 为便于比较，我们分别计算出总压最大脉动值P'。,总压脉动绝对值的时间平均值 ,和总压相对脉动值。/P。其中 ∫g PaldT (3) 表4列出其结果。 从表4可看出，各喷头中孔射流的总压脉动绝对值的平均值P。'随A中/A边之值的增 加有上升的趋势，但相对脉动值却相差很小。各喷头边孔射流的总压脉动绝对值的平均值 F。'随A中/A边比值的增加变化不大，但相对脉动值则有上升的趋势。边孔的相对脉动值 比中孔的都要大。 50
边孔 山 犷，曰 … 几二占曰 一 一一竹，一代 了 卜一一七一一士二 一 份叮 边孔 厂 一 、 曰气曰 · 从 厂、 、 。 匕 。 ︸一‘ 犷 一 飞 一该 厂 图 吕 各嘴 头 边 孔射维总压脉动 曲线 面发生脉动 、 相接触表面的更新速度加快 ， 强化了碳及成渣元 素的氧化 ， 而且 由于压 力脉 动值的迭加 ， 有可能增大压 力瞬时值 ， 使熔池 的搅动更激烈 ， 因此 ， 从喷头设计的角度 出 发 ， 希望能增大射流的脉 动 。 我们测量 了试验喷头射 流总压的脉 动 。 测量 的方法 见 文 献 〔 〕 。 图 是各喷头 中孔射 流的总压脉 动曲线 。 图 是各喷 头边 孔射 流的总压脉 动曲线 。 它们都是在工作压力为 名表压 、 ‘ 边 的 条件下测得的 。 曲线 上任一点 表 示 总压的瞬时值 。 ， 用 。 表示总压 的时间 平均 值 ， 产 。 表示总 压的 脉 动值 。 则有 。 。 。 ， 为便于 比较 ， 我们分别计算 出总压最大脉 动值 。 。 ， 总压 脉动绝对值的 时间 平均值 户 。 和总压相对脉 动 值户 。 瓦 。 其 中 石， 「 “ 一 了 “ 表 列 出其结果 。 从表 可看 出 ， 各喷头中孔射流的总压脉动绝对值的平均值民 ‘ 随 中 边 之 值 的 增 加有上 升的趋 势 ， 但相对脉 动值却相差很小 。 各喷 头边孔射流的总压脉 动绝对值的平均 值 。 尹随 中 边 比值的增 加变化不大 ， 但相 对脉 动值则有上升的趋 势 。 边孔的相对 脉 动 值 比 中孔的 都要大
表4 各喷头的总压脉动的比较 F。(mmHg) A中/A边 Pom.(mmHg) F。(mmHg) /。(%) 中孔 边 孔 中孔 边孔 中孔 边孔 中孔 边孔 Nol 1,2 282 58 20 11.5 8.19 4.1 14.1 No2 1.0 204 58 16 16 7.50 5.45 3.7 9.4 No3 0.8 117 82 8 17 4.75 6.93 4.1 8.5 No4 0,7 127 6g 22 5.76 6.72 4.5 9.7 No5 0.6 102 53 11 14 4.25 6.72 4.2 12.7 Nos 0.3 37 102 4 16 2.50 7.04 6,7 6.9 结 论 1.冷态测定表明：五孔喷头射流的特点是中孔射流的最大动压（速度）衰减比边孔射 流要慢。在一定的工作压力下，中孔射流的最大动生值随着A中/A边之值增加而增加边，而 边孔射流的最大动压值随A中/A边变化不大， 2,选择合适的A中/A边之值是五孔喷头重要的设计参数之一。为发挥五孔喷头五股射 流的作用，我们认为A中/A边之值为0.6~0.8对实际转炉的吹炼较为适宜，有待在实际应 用上得到验证； 3,喷孔出口马赫数、夹角、喷孔间隙等设计参数一定时，在一定的工作压力下，五孔 喷头的A中/A边之值的变化对射流冲击半径和刚性影响不大， 4,五孔喷头射流脉动特性是边孔射流的相对脉动值高于中孔射流的相对脉动值。边孔 射流的脉动特性对治炼工艺起主要作用。 本工作曾得到攀钢炼钢厂贺永来同志的帮助，特致谢意。 参考文献 〔1)宝钢引进氧枪图纸 〔2)B.1.巴普基兹曼斯基著 《氧气炼钢过程理论》上海科学技术出版社P,24 〔3〕周荣章、万天骥、陈允恭等 《中小型顶吹转炉氧枪设计中的几个问题》 《钢铁》1980年第五期 〔4〕陈允恭、万天骥、刘浏等 《三孔喷枪所产生的同源三股射流结构的理论分折》全国治金反应动力学学术 讨论会文集（上）1982年重庆大学印 [5)A.B.BOHCK:cTanb 1979.No6497 〔6〕万天骥、陈允恭等 51
表 各 喷 头 的 总 压 脉 动 的 比 较 、 ， 二 二 二二 ， 凡 。 ‘ 边 孔 曰尸一孔一工 ‘吸且月‘甘月‘ … 月 ，二上肠吕，︸一‘月确 唯几 月胜 ，舀‘口月才 … ，曰”石︹一月了舀的几 肠，幼吸肠吸七‘月肠二 … ‘八‘︸ 边 孔 中 孔 边 孔 中 孔 边 孔 。 。 。 一 。 。 通 。 。 。 。 结 论 冷态 测定 表明 五孔喷头射流的特点是中孔 射流的最大动压 速度 衰减 比边 孔 射 流要慢 。 在一定 的工作压 力下 ， 中孔射 流的最大 动压值随 着 中 边之值增 加而增 加边 ， 而 边孔射 流 的 最大动 压值随 中 边 变化不大， 选 择合适 的 中 边之值是五孔喷头重要的设计参数之一 。 为发挥五孔喷头 五 股射 流的作 用 ， 我们认 为 中 边之 值 为 。 对实 际转炉 的吹 炼较为适 宜 ， 有待在 实 际应 用 上得到验 证， 。 喷 孔 出 口 马赫数 、 夹 角 、 喷孔间 隙等设 计参数一定 时 ， 在一定 的工 作压 力下 ， 五 孔 喷 头的 中 边 之 值的 变化 对射 流冲击半 径和 刚性影 响不 大， 五 孔喷头射流脉 动特性是边 孔射 流 的相对脉 动值 高于 中孔射 流的相 对脉 动值 。 边孔 射 流的 脉 动特 性 对 冶炼工 艺 起主 要作 用 。 本工作曾得 到攀钢炼钢厂贺永来 同志 的帮助 ， 特致 谢意 。 参 考 文 献 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 宝钢 引进氧枪图纸 巴普基兹曼斯基著 《 氧气 炼钢 过程理论》 上海 科学技术 出版社 周荣章 、 万天骥 、 陈允恭等 《 中小型顶吹 转沪氧枪 设计 中的 几 个问 题》 《钢铁》 年 第五期 陈允恭 、 万 天骥 、 刘 浏等 《 三孔 喷枪所产生的 同源 三股射流 结构的理论分析》 全 国冶金 反应 动力学学术 讨论会 文集 上 年 重 庆大 学 印 。 “ 盆 月 。 万 天骥 、 陈 允恭 等
《氧气顶吹转炉单孔和三孔喷头射流总压、静压和温度脉动的比较》 北京钢铁学院学报1982年增刊1 Research on the Characteristic of the Jet Stream Discharged from the Five-Orifice Lance Nozzle Used on Large Uessel of BOF Wan Tianji,Chen Yungong Shen Yishen,Liu Handong Abstract The speed of the decay of the jct stream discharged from the five-orifice lance nozzle has bcen measared.The result shows that the speed of the decay of the ccntral and the peripheral jet's velocity isn't identical which is caused by the difference of the jet's surrounding condition.When the diameter of the central orifice(C.O)is equal to the diamefer of the peripheral orifice(P.O),the velocity of the central jet is twice as fast as the velocity of the peripheral jet, in the condition of the common lance height.In order to make fuller use of these jets to agitate effectively and homogeneously the molten bath,the veloc- ity of the central jet should be equal to,or slightly greater than,that of the peripheral one at the surface of the molfen bath.In order that this object can be obtained,the design of the five-orifice nozzle ought to make the area of C. O(Ac)less than that of each P.O(Ap).According to the measured result,Ac/ Ap should bc equal to 0.6~0.8. 52
《氧气顶吹转炉单孔和兰孔喷头射流总庄 、 静压和温度脉动的比较》 北 京钢铁学 院学报 年增刊 一 ， ， 一 ‘ ‘ 产 ， ， ， 时 ， ， ， 厂 ， 一 。