Vol.29 Suppl.1 杨竹芳等：集束射流氧枪的设计与应用 ·83 枪轴向射流速度图，从左到右环氧量依次为主氧量 在不加铁水的情况下，电弧炉治炼电耗较高， 的0,16,1/5,1/4.下图中最内层为核心段长度， 吨钢电耗为400kWh左右.但随着铁水加入量的增 核心段长度也即射流速度达到330ms1(约等于音 加，铁水带入了大量物理热，同时C-O反应产生大 速)时的长度：第二层速度为100ms':第三层速度 量化学热，这样可以迅速提高熔池温度，缩短废钢 为80ms1:最外围速度为30ms.可以看出当环 熔化时间，从而达到降低电耗目的 氧量增加时，包括核心段长度在内的每层速度均依 2.2热装铁水比与冶炼周期的关系 次增大：当环氧量为主氧量的1/5时，轴向速度衰 由图3可知，安阳100t竖式电炉在使用USTB 减最慢.比较普通超音速氧枪（即环氧量0）和集束氧 集束供氧系统后，治炼周期比未采用此系统前增 枪（环氧量不为0）可以得到：集束氧枪能够保持更长 大，原因在于：原料中铁水比例增加废钢相对减少， 的高速气流，速度衰减最慢. 导致碳、磷含量稍有增加，所以周期增加.而两种 Velocity 环红量： 15 氧枪当热装铁水比在50%左右时，治炼周期变化趋 (Contour1） -5.714e+002 于平缓，所以建议热装铁水比保持在50%左右的范 围内 5.300e+002 80 -4.000e+0o2 60 -3.206et002 40 -2.030e+002 一多项式（集束氧枪）◆普通氧枪 0 一多项式（普通氧枪）·集束氧枪 1.000e+002 0 10 20304050 60 热装铁水比/% 6.000e4001 图3两种氧枪热装铁水比和冶炼周期的关系 -3.000c+001 2.3热装铁水比与吨钢氧耗的关系 -0.001e4000 由图4可知，使用USTB集束供氧系统后，吨 [m.s] 钢氧耗略有提高.主要是因为采用USTB集束供氧 图】4种集束射流的速度场 系统后，供氧能力大幅度提高，化学能代替了一部 分电能，在降低成本上来说适当用化学能代替部分 2工艺结果分析 电能还是可取的.而对于两种氧枪来说，热装铁水 比在50%左右时，吨钢氧耗变化趋于平缓 安阳一炼轧厂100t竖式电炉使用通过数值模 60.000 拟优化设计的集束射流氧枪，即采用USTB集束供 氧系统前后的数据进行分析，得到了不同热装铁水 40.000 出 比情况与吨钢电耗，冶炼周期，吨钢氧耗等的关系 20.000 多项式（普通氧枪）◆集束氧枪 2.1热装铁水比与冶炼电耗的关系 一多项式（集束氧枪）·普通氧枪 由图2可知，在使用USTB集束供氧后，吨钢 0.000 0.00 20.00 40.00 60.00 电耗随着铁水热装比下降的趋势比改造以前效果明 热装铁水比/% 显，吨钢电耗比改造前平均低了30kWh 图4两种氧枪热装铁水比和吨钢氧耗的关系 600.000 一多项式（警通氧抢）■普通氧枪 另外，安阳一炼轧厂100t竖式电炉采用USTB 专4000 一多项式（集束氧枪）·集束氧抢 集束供氧系统后，生产成本也有明显的降低. 200.000 3结论 0.000 10 2030405060 (1)通过数值模拟的方法对普通超音速氧枪和 热装铁水比/% 集束射流氧枪的射流特性进行了研究，得出集束射 图2两种氧枪热装铁水比和吨钢电耗的关系 流氧枪比普通超音速氧枪有更好的射流长度，而且Vol.29 Suppl.1 杨竹芳等：集束射流氧枪的设计与应用 • 83 • 枪轴向射流速度图，从左到右环氧量依次为主氧量 的 0，1/6，1/5，1/4．下图中最内层为核心段长度， 核心段长度也即射流速度达到 330 m⋅s −1 (约等于音 速)时的长度；第二层速度为 100 m⋅s −1 ；第三层速度 为 80 m⋅s −1 ；最外围速度为 30 m⋅s −1 ．可以看出当环 氧量增加时，包括核心段长度在内的每层速度均依 次增大；当环氧量为主氧量的 1/5 时，轴向速度衰 减最慢．比较普通超音速氧枪(即环氧量 0)和集束氧 枪(环氧量不为 0)可以得到：集束氧枪能够保持更长 的高速气流，速度衰减最慢． 图 1 4 种集束射流的速度场 2 工艺结果分析 安阳一炼轧厂 100 t 竖式电炉使用通过数值模 拟优化设计的集束射流氧枪，即采用 USTB 集束供 氧系统前后的数据进行分析，得到了不同热装铁水 比情况与吨钢电耗,冶炼周期,吨钢氧耗等的关系． 2.1 热装铁水比与冶炼电耗的关系 由图 2 可知，在使用 USTB 集束供氧后，吨钢 电耗随着铁水热装比下降的趋势比改造以前效果明 显，吨钢电耗比改造前平均低了 30 kW⋅h． 图 2 两种氧枪热装铁水比和吨钢电耗的关系 在不加铁水的情况下，电弧炉冶炼电耗较高， 吨钢电耗为 400 kW⋅h 左右．但随着铁水加入量的增 加，铁水带入了大量物理热，同时 C−O 反应产生大 量化学热，这样可以迅速提高熔池温度，缩短废钢 熔化时间，从而达到降低电耗目的． 2.2 热装铁水比与冶炼周期的关系 由图 3 可知，安阳 100 t 竖式电炉在使用 USTB 集束供氧系统后，冶炼周期比未采用此系统前增 大．原因在于：原料中铁水比例增加废钢相对减少， 导致碳、磷含量稍有增加，所以周期增加．而两种 氧枪当热装铁水比在 50%左右时，冶炼周期变化趋 于平缓，所以建议热装铁水比保持在 50%左右的范 围内． 图 3 两种氧枪热装铁水比和冶炼周期的关系 2.3 热装铁水比与吨钢氧耗的关系 由图 4 可知，使用 USTB 集束供氧系统后，吨 钢氧耗略有提高．主要是因为采用 USTB 集束供氧 系统后，供氧能力大幅度提高，化学能代替了一部 分电能．在降低成本上来说适当用化学能代替部分 电能还是可取的．而对于两种氧枪来说，热装铁水 比在 50%左右时，吨钢氧耗变化趋于平缓． 图 4 两种氧枪热装铁水比和吨钢氧耗的关系 另外，安阳一炼轧厂 100 t 竖式电炉采用 USTB 集束供氧系统后,生产成本也有明显的降低． 3 结论 (1) 通过数值模拟的方法对普通超音速氧枪和 集束射流氧枪的射流特性进行了研究，得出集束射 流氧枪比普通超音速氧枪有更好的射流长度，而且