CN109825668A - 一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，包括：根据喷孔夹角确定旋流角度的选择范围；根据旋流角度的选择范围确定至少三个仿真用旋流角度；分别对具有不同的仿真用旋流角度的旋流氧枪进行仿真，并获取仿真结果；根据仿真结果确定旋流角度。在旋流氧枪设计的过程中，可以通过此方法对旋流氧枪喷头的旋流角度进行确定，由于本方法中由旋流角度的选择范围中选择了仿真效果最佳的旋流角度，因此，选择结果与实际需求的匹配性高，有效解决了旋流角度确定困难的技术难题。

Description

一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法

技术领域

本发明涉及转炉炼钢技术领域，更具体地说，涉及一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法。

背景技术

旋流氧枪喷头是在正常氧枪喷头基础上，喷孔与轴增设旋流角度，在吹炼时，每个喷孔自成旋流反应区，加大反应面积，能够明显提高化渣效果，加快反应速度，缩短冶炼时间，具有良好的冶金效果；溅渣时，由于旋流角度的存在，可以减少氮气射流对炉底的直接冲刷，使炉渣更多的往熔池部位聚集，同时炉渣飞溅高度降低，炉帽部位粘渣过多现象有所缓解，可有效提高溅渣护炉效果，能够有效控制转炉炉型。因此，旋流氧枪具有良好的推广前景。

对于旋流氧枪喷头，选择合理的旋流角度是其冶金效果的决定性因素，旋流角度过小，射流起不到旋流作用，旋流角度过大，转炉熔池侵蚀严重，给炉体维护带来安全隐患。但是由于旋流角度的确定一直没有科学、有效的方法，造成旋流角度的确定非常困难，限制了旋流氧枪喷头在转炉炼钢中的推广应用。

综上所述，如何提供一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，可以确定最符合实际需求的旋流氧枪喷头的旋流角度。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，包括：

根据喷孔夹角确定旋流角度的选择范围；

根据所述旋流角度的选择范围确定至少三个仿真用旋流角度；

分别对具有不同的所述仿真用旋流角度的旋流氧枪进行仿真，并获取仿真结果；

根据所述仿真结果确定所述旋流角度；

所述喷孔夹角为所述旋流氧枪喷孔的几何中心线与喷头中轴线之间的夹角，所述旋流角度为所述旋流氧枪喷孔的喉口、出口连线与所述喷孔中轴线之间的夹角。

优选的，所述根据喷孔夹角确定旋流角度的选择范围中，所述旋流角度的选择范围与所述喷孔夹角的关系为：

θ＝[14.4-0.61α，20.25-0.94α]，其中所述θ为所述旋流角度的选择范围，所述α为所述喷孔夹角。

优选的，所述分别对具有不同的所述仿真用旋流角度的旋流氧枪进行仿真，包括：

保持所述旋流氧枪的氧枪压力、氧枪流量和氧枪位置不变；

分别对所述旋流氧枪进行模拟喷氧仿真和模拟喷氮仿真。

优选的，所述获取仿真结果，包括：

获取所述旋流氧枪在所述模拟喷氧仿真中的喷氧射流范围，以及所述模拟喷氮仿真中的喷氮射流范围。

优选的，通过设置传感器以获取所述旋流氧枪在所述模拟喷氧仿真中的喷氧射流范围和所述模拟喷氮仿真中的喷氮射流范围。

优选的，所述获取仿真结果，包括：

根据所述旋流氧枪的氧枪压力及所述旋流氧***构参数计算所述旋流氧枪在所述模拟喷氧仿真中的喷氧射流深度，以及在所述模拟喷氮仿真中的喷氮射流深度。

优选的，所述喷氧射流深度和所述喷氮射流深度为：

h＝3.4P₀×dt/H^0.5+3.81，其中，所述h为喷氧深度或喷氮深度，所述P₀为使用压力；所述dt为喉口直径；所述H为所述旋流氧枪的喷头距液面高度。

优选的，所述获取仿真结果之后，还包括：

将所述仿真结果发送给数据处理设备；

所述数据处理设备对所述喷氧射流范围、所述喷氧射流深度、所述喷氮射流范围和所述喷氮射流深度进行数据处理并生成相关图表。

优选的，所述生成相关图表之后还包括：

将所述图表发送给中央处理器；

所述中央处理器将所述数据处理设备的处理结果与实际需求进行对比；

确定与所述实际需求最接近的仿真用旋流角度为所述旋流角度。

优选的，所述根据所述旋流角度的选择范围确定至少三个仿真用旋流角度，包括：

确定位于所述旋流角度的选择范围内的最小整数值为第一旋流角度；

确定位于所述旋流角度的选择范围内的最大整数值为第二旋流角度；

确定与所述旋流角度的选择范围内的最大值和最小值的平均值最接近的整数值为第三旋流角度。

本发明提供的一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，包括：根据喷孔夹角确定旋流角度的选择范围；根据旋流角度的选择范围确定至少三个仿真用旋流角度；分别对具有不同的仿真用旋流角度的旋流氧枪进行模拟仿真，并获取仿真结果；根据仿真结果确定旋流角度；喷孔夹角为旋流氧枪喷孔的几何中心线与喷头中轴线之间的夹角，旋流角度为旋流氧枪喷孔的喉口、出口连线与喷孔中轴线之间的夹角。

在旋流氧枪设计的过程中，可以通过此方法对旋流氧枪喷头的旋流角度进行确定，由于本方法中由旋流角度的选择范围中选择了仿真效果最佳的旋流角度，因此，选择结果与实际需求的匹配性高，有效解决了旋流角度确定困难的技术难题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法的具体实施例一的流程示意图；

图2为图1中步骤S2的流程示意图；

图3为图1中步骤S3的流程示意图；

图4为图1中步骤S4的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，可以用于确定旋流氧枪的旋流角度。

请参考图1-4，图1为本发明所提供的确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法的具体实施例一的流程示意图；图2为图1中步骤S2的流程示意图；图3为图1中步骤S3的流程示意图；图4为图1中步骤S4的流程示意图。

本具体实施例提供的一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，包括：

步骤S1：根据喷孔夹角确定旋流角度的选择范围。

步骤S2：根据旋流角度的选择范围确定至少三个仿真用旋流角度。

步骤S3：分别对具有不同的仿真用旋流角度的旋流氧枪进行模拟仿真，并获取仿真结果。

步骤S4：根据仿真结果确定旋流角度。

喷孔夹角为旋流氧枪喷孔的几何中心线与喷头中轴线之间的夹角，旋流角度为旋流氧枪喷孔的喉口、出口连线与喷孔中轴线之间的夹角。

上述步骤中，需要进行说明的是，旋流氧枪的喷孔的数量及结构参数需要根据实际情况进行确定，可以是2个、3个，也可以是多个，具体根据实际情况确定。

另外，在根据旋流角度的选择范围选择仿真用旋流角度的过程中，可以选择位于旋流角度的选择范围内的任意旋流角度作为仿真用旋流角度，优选的，可以使仿真用旋流角度的数量尽可能多，且均匀的分布于旋流角度的选择范围内，使仿真结果更加可靠。

需要进行说明的是，具有不同的仿真用旋流角度的旋流氧枪可以是真实的旋流氧枪，也可以是根据仿真需求制作的旋流氧枪的模型，具体根据实际情况确定，在此不做赘述。

需要进一步进行说明的是，根据喷孔夹角确定旋流角度的选择范围之前包括：根据转炉炉型参数，确定普通氧枪喷头的喷孔夹角；转炉的炉型参数，包括转炉的类型、熔池的直径、吹炼过程的氧气流量、操作过程的氧气压力以及吹炼时间等，根据正常氧枪的设计过程，可以得到喷头的喉口直径、出口直径、喷孔夹角、供氧强度、马赫数、喷孔数量等设计参数，具体的设计过程可以根据普通氧枪的设计过程而定，此处不再赘述。

在上述实施例的基础上，根据喷孔夹角确定旋流角度的选择范围中，旋流角度的选择范围与喷孔夹角的关系为：θ＝[14.4-0.61α，20.25-0.94α]，其中θ为旋流角度的选择范围，α为喷孔夹角，且θ为正值，二者的计算单位均为度。

在本具体实施例中，可以先通过喷孔夹角确定旋流角度的选择范围，然后在旋流角度的选择范围内选择至少三个仿真用旋流角度，并分别对具有不同仿真用旋流角度的旋流氧枪进行模拟仿真，获得仿真结果，最后根据仿真结果，确定旋流角度。

本具体实施例提供的确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，可以根据仿真结构确定与实际需求相符的旋流角度，避免旋流角度不容易确定而影响旋流氧枪的使用效果。

在上述实施例的基础上，分别对具有不同的仿真用旋流角度的旋流氧枪进行模拟仿真，包括：

步骤S31：保持旋流氧枪的氧枪压力、氧枪流量、氧枪位置不变。

步骤S32：分别对旋流氧枪进行模拟喷氧仿真和模拟喷氮仿真。

在上述步骤中，需要进行说明的是，需要进行仿真的旋流氧枪包括至少三个具有不同仿真用旋流角度的旋流氧枪，因此在仿真的过程中，需要对每个旋流氧枪均进行模拟喷氧和模拟喷氮的仿真。

另外，仿真过程可以在专业的测试设备中进行，通过测试设备获取所需的仿真结果。

在仿真的过程中，为了确保仿真过程变量的单一性，以便更好的分析旋流角度的不同对仿真结果的影响，可以确保仿真用旋流氧枪的氧枪压力、氧枪流量和氧枪位置不变；分别获取相同的氧枪压力、氧枪流量和氧枪位置，不同的仿真用旋流角度的情况下，不同旋流氧枪的仿真结果。

需要进行说明的是，氧枪的位置，是指旋流氧枪相对于转炉液面的安装位置，氧枪压力是指旋流氧枪使用过程中氧枪内气体的压力；氧枪流量是指氧枪工作过程中单位时间内气体通过的体积。

在上述实施例的基础上，获取仿真结果，包括：

步骤S33：获取旋流氧枪在模拟喷氧仿真中的喷氧射流范围，以及模拟喷氮仿真中的喷氮射流范围。

在上述实施例的基础上，为了使喷氧射流范围和喷氮射流范围的测量结果更加准确，可以通过设置传感器以获取旋流氧枪在模拟喷氧仿真中的喷氧射流范围和模拟喷氮仿真中的喷氮射流范围。

传感器可以是压力传感器，也可以是其它符合要求的传感器类型，具体根据实际情况确定，在此不做赘述。

在上述实施例的基础上，获取仿真结果，包括：

步骤S34：根据氧枪压力及旋流氧***构参数计算旋流氧枪在模拟喷氧仿真中的喷氧射流深度，以及在模拟喷氮仿真中的喷氮射流深度。

需要进行说明的是，在进行喷氧射流深度和喷氮射流深度的计算过程中，具体为，根据佛林公式：h＝3.4P₀×dt/H^0.5+3.81进行计算，其中h为喷氧深度或喷氮深度，单位为cm，P₀为使用压力，单位为MPa；dt为喉口直径，单位为cm；H为喷头距液面高度，单位为cm。需要进行说明的是，该公式适用于单孔喷头，多孔喷头应作修正，修正系数需要根据实际情况确定，在此不做赘述。

在上述实施例的基础上，为了对仿真结果进一步进行处理，包括：

步骤S35：将仿真结果发送给数据处理设备。

步骤S36：数据处理设备对喷氧射流范围、喷氧射流深度、喷氮射流范围和喷氮射流深度进行数据处理并生成相关图表。

上述步骤中，数据处理设备可以是相关仿真软件，也可以是数据化程序，具体根据实际情况确定，在此不做赘述。

在上述实施例的基础上，生成相关图表之后还包括：

步骤S41：将图表发送给中央处理器。

步骤S42：中央处理器将数据处理设备的处理结果与实际需求进行对比。

步骤S43：确定与实际需求最接近的仿真用旋流角度为旋流角度。

在上述步骤中，根据喷氧射流范围、喷氮射流范围、喷氧射流深度、喷氮射流深度，结合实际经验及相关参数，可以推算出旋流氧枪对转炉炼钢时间及对转炉化渣效果的影响，然后选择既可以最大化的缩短冶炼时间，加大反应面积，又能够明显提高化渣效果的旋流角度。

在上述实施例的基础上，根据旋流角度的选择范围确定至少三个仿真用旋流角度，包括：

步骤S21：确定位于旋流角度的选择范围内的最小整数值为第一旋流角度；

步骤S22：确定位于旋流角度的选择范围内的最大整数值为第二旋流角度；

步骤S23：确定与旋流角度的选择范围内的最大值和最小值的平均值最接近的整数值为第三旋流角度。

上述步骤中，为了方便旋流氧枪的加工制造，可以将旋流角度选择为整数角度，具体的可以选择旋流角度选择范围内的最小整数为第一旋流角度，最大整数为第二旋流角度，与最大旋流角度与最小旋流角度的平均值最接近的整数为第三旋流角度；然后分别针对具有第一旋流角度、第二旋流角度和第三旋流角度的旋流氧枪进行仿真。

当然，仿真用旋流角度也可以采用其它的选择方式，具体根据实际情况确定，在此不做赘述。

在另一具体实施例中，例如：针对120吨转炉熔池直径为4.8m，吹炼过程氧气流量为28000Nm³/h，过程操作氧气压力0.9MPa，吹炼时间为14分钟的情况，可以根据正常旋流氧枪的设计过程，获得正常氧枪喷头的参数如下：设计氧压为0.9MPa，喉口直径为35.2mm，出口直径为47.4mm，喷孔夹角为13°，供氧强度为3.5m³/min.t，马赫数为2.08，孔数为5。根据正常氧枪的喷孔夹角，以及喷孔夹角与旋流角度的选择范围之间的关系，根据公式：θ＝[14.4-0.61α，20.25-0.94α]，可以计算得到旋流角度的选择范围为6.47°至8.03°，可以初步选择三种仿真用旋流角度，分别为6.5°、7°和8°。

然后分别制作旋流角度为6.5°的旋流氧枪、旋流角度为7°的旋流氧枪和旋流角度为8°的旋流氧枪，并对这三种旋流氧枪进行模拟喷氧仿真和模拟喷氮仿真，在模拟喷氧仿真和模拟喷氮仿真的过程中，保持旋流氧枪的氧枪压力、氧枪流量和氧枪位置不变，仿真设备中的相关传感器采集数据，并将数据传递给数据处理设备，从而获取旋流氧枪的喷氧射流范围、喷氮射流范围、喷氧射流深度和喷氮射流深度；数据处理设备进一步对喷氧射流范围、喷氮射流范围、喷氧射流深度和喷氮射流深度的数据进行处理，获取喷氧射流状态的立体图和喷氮射流状态的立体图、喷氧射流面积的分布图和喷氮射流面积的分布图、喷氧射流压力的分布图和喷氮射流压力的分布图等，在本仿真结果中，旋流角度为8°的旋流氧枪喷头冲击范围在直径3米内，120吨熔池直径为4.8m，氧流对炉衬没有侵蚀影响，且喷氧射流深度和喷氮射流深度合适；考虑到实际生产过程中，冲击深度受钢水作用力的影响会有一定衰减，并且旋流角为7°的喷头相比于旋流角为8°的喷头冲击深度有一定增加，另一方面为确保炉体安全，建议旋流角度适当减小，因此可选择旋流角度为7°的旋流氧枪，即旋流角度为7°。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。

以上对本发明所提供的一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，其特征在于，包括：

根据喷孔夹角确定旋流角度的选择范围；

根据所述旋流角度的选择范围确定至少三个仿真用旋流角度；

分别对具有不同的所述仿真用旋流角度的旋流氧枪进行仿真，并获取仿真结果；

根据所述仿真结果确定所述旋流角度；

所述喷孔夹角为所述旋流氧枪喷孔的几何中心线与喷头中轴线之间的夹角，所述旋流角度为所述旋流氧枪喷孔的喉口、出口连线与所述喷孔中轴线之间的夹角。

2.根据权利要求1所述的一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，其特征在于，所述根据喷孔夹角确定旋流角度的选择范围中，所述旋流角度的选择范围与所述喷孔夹角的关系为：

θ＝[14.4-0.61α，20.25-0.94α]，其中所述θ为所述旋流角度的选择范围，所述α为所述喷孔夹角。

3.根据权利要求1所述的一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，其特征在于，所述分别对具有不同的所述仿真用旋流角度的旋流氧枪进行仿真，包括：

保持所述旋流氧枪的氧枪压力、氧枪流量和氧枪位置不变；

分别对所述旋流氧枪进行模拟喷氧仿真和模拟喷氮仿真。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，其特征在于，所述获取仿真结果，包括：

获取所述旋流氧枪在所述模拟喷氧仿真中的喷氧射流范围，以及所述模拟喷氮仿真中的喷氮射流范围。

5.根据权利要求4所述的一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，其特征在于，通过设置传感器以获取所述旋流氧枪在所述模拟喷氧仿真中的喷氧射流范围和所述模拟喷氮仿真中的喷氮射流范围。

6.根据权利要求5所述的一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，其特征在于，所述获取仿真结果，包括：

根据所述旋流氧枪的氧枪压力及所述旋流氧***构参数计算所述旋流氧枪在所述模拟喷氧仿真中的喷氧射流深度，以及在所述模拟喷氮仿真中的喷氮射流深度。

7.根据权利要求6所述的一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，其特征在于，所述喷氧射流深度和所述喷氮射流深度为：

h＝3.4P₀×dt/H^0.5+3.81，其中，所述h为喷氧深度或喷氮深度，所述P₀为使用压力；所述dt为喉口直径；所述H为所述旋流氧枪的喷头距液面高度。

8.根据权利要求7所述的一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，其特征在于，所述获取仿真结果之后，还包括：

将所述仿真结果发送给数据处理设备；

所述数据处理设备对所述喷氧射流范围、所述喷氧射流深度、所述喷氮射流范围和所述喷氮射流深度进行数据处理并生成相关图表。

9.根据权利要求8所述的一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，其特征在于，所述生成相关图表之后还包括：

将所述图表发送给中央处理器；

所述中央处理器将所述数据处理设备的处理结果与实际需求进行对比；

确定与所述实际需求最接近的仿真用旋流角度为所述旋流角度。

10.根据权利要求9所述的一种确定旋流氧枪喷头旋流角度的方法，其特征在于，所述根据所述旋流角度的选择范围确定至少三个仿真用旋流角度，包括：

确定位于所述旋流角度的选择范围内的最小整数值为第一旋流角度；

确定位于所述旋流角度的选择范围内的最大整数值为第二旋流角度；

确定与所述旋流角度的选择范围内的最大值和最小值的平均值最接近的整数值为第三旋流角度。