电弧炉炉壁氧枪设计

   电弧炉炉壁氧枪是强化电弧炉冶炼的重要手段，具有搅动钢液、切割废钢、提高废钢熔化速度、改善渣钢动力学条件、改善泡沫渣操作、缩短冶炼时间等作用。根据喷吹气体的不同，电弧炉氧枪分为氧燃喷枪和纯氧喷枪两类。氧燃喷枪需要在吹入氧气的同时混合燃料喷吹，与纯氧喷枪相比，虽然发热量大，但是成本较高。目前大部分电弧炉冶炼都采用热装铁水工艺，因此纯氧喷枪成为电弧炉炉壁氧枪的主流。随着超高功率电弧炉的逐步推广，超音速射流炉壁氧枪成为电弧炉冶炼的必须设备。

   目前，超音速水冷氧枪采用的喷嘴为拉瓦尔型，这种形状能将氧气的压力能转化为动能，得到稳定的超音速氧气射流。拉瓦尔喷嘴是由收缩段、喉口和扩张段三部分组成，三段长度的不同导致最后喷出射流速度的不同。

 拉瓦尔管必须满足一下条件才能获得超音速射流：

（1）、流经喷嘴的气体是经过压缩的气体，这样才能实现气体密度随压力变化，引起速度上升。

（2）、喉口处的临界压力必须大于喷嘴出口的临界压力，并且后者与前者的比值要小于0.5238,。

（一）炉壁氧枪喷头参数的确定

   单纯喷吹氧气的电弧炉氧枪有炉门枪、炉壁枪、EBT氧枪等，虽然他们的安装位置不同，功能也有所差异，但是其喷头的设计是一致的。

氧枪喷头作为电弧炉氧枪最重要的部件，其具体尺寸受多个因素影响：

（1）供氧量计算。单位时间的供氧量决定于供氧强度和炉容量，而供氧强度则与铁水成分、炉容比和炉容量有关。供氧量的精确值只有通过物料平衡才能求得，他与吨钢耗氧量、出钢量和吹氧时间有一定关系。

（2）喷头马赫数。喷头马赫数j决了喷头出口氧气射流的速度。马赫数过大则喷溅大，渣料消耗和铁损增大；马赫数过小，则搅拌能弱，氧利用率低。选择合适的马赫数对于增大氧枪对熔池的冲击能力和冲击深度有重要作用，目前国内推荐的马赫数为：电弧炉炉壁氧枪在1.9-2.1之间，炉门枪在1.4-1.8之间。

（3）理论设计氧压。理论设计氧压是指喷嘴进口处的氧压，它是氧枪喷嘴喉口和出口直径的重要参数。一般使用氧压范围为0.78-1.18MPa。理论设计氧压是实际生产中氧压范围的最低值，实际生产氧压往往稍高于这个压力范围。

(二）氧枪水冷参数的确定

   由于电弧炉炉门氧枪、炉壁氧枪、EBT氧枪的功能和安装位置的不同，其枪体部分的设计有所不同。

   电弧炉炉门氧枪具有消除电弧炉冶炼冷区，实现炉料同步熔化，降低冶炼电耗，缩短冶炼时间等作用。在冶炼过程中，炉门枪需伸入电弧炉内喷吹，因此，炉门氧枪枪体设计时必须进行水冷计算。

二、电弧炉炉壁燃氧枪设计

   采用炉壁燃氧枪技术，不仅解决了电弧炉的冷区问题，而且提高了电弧炉的功能强度，强化了冶炼，缩短了冶炼时间。

（一）油-氧枪喷嘴的设计

   油-氧枪烧嘴结构设计需考虑的因素：第一，应有利于燃料雾化；第二，供应足够的氧气以使燃油充分燃烧；第三，利用高压气流切割炉料可加速熔化，采用高压干燥压缩空气作为雾化介质，有保温降低燃油黏度改善燃油流动性的作用。在构造上设有旋风叶片，雾化空气产生旋转效应，产生喇叭状油膜利于气流混合雾化。供氧作为助燃介质也有雾化及对炉料切割增加助熔效果，因此氧喷嘴设计成拉瓦尔型喷口。

（二）燃气-氧枪烧嘴设计

   燃气-氧枪烧嘴设定天然气-氧烧嘴的使用时间，天然气-氧烧嘴的热效率由废钢吸收的热量、烟气热量损失及水冷炉壁、水冷炉盖散热等因素确定。

（三）煤-氧烧嘴设计

   以内燃式煤-氧枪烧嘴设计为例：喉口直径为D2，枪体直径为D1，设计喉口M=1.4。