冶炼超低碳钢用氧枪喷头的制作方法

本实用新型涉及钢铁冶金领域，具体涉及一种冶炼超低碳钢用氧枪喷头。

背景技术：

超低碳钢通常指碳含量≤0.03％的钢种，主要包括IF钢(无间隙原子钢)系列、ULCB(超低碳贝氏体钢)系列、SFCC(超纯铁素体不锈钢)系列以及硅钢和电工钢等。

在当前世界钢铁冶金发展水平的基础上，以上钢种均为超低碳纯净钢范畴，生产超低碳钢主要以转炉吹氧冶炼生产极低碳含量或超低碳含量钢水为基础，通过RH或VOD等工序进一步控制碳含量，从而达到生产超低碳纯净钢的目的。因此，转炉冶炼成为生产超低碳钢的决定性基础，直接影响着后续工序的处理效果和效率，甚至决定着生产过程的成败。转炉高效冶炼超低碳钢，需要较高的供氧强度、极佳的脱碳反应效率和合理的炉渣物化性质，而这些因素几乎都与转炉氧枪的结构和应用效果有关。

200吨级大型转炉在国内特大型钢厂应用较为普遍，该200吨级大型转炉的氧枪喷头为周边五孔平均分布型传统结构，使用过程中存在以下问题：

1)冶炼初期炉渣熔化不充分或熔速过慢，氧枪喷头端部中心区域产生的负压区造成氧气射流向中心偏移，射流聚集引起局部冲击力过大，产生喷溅；

2)由于传统型五孔喷头氧枪供氧强度受滞止氧压影响较大，工作氧压变化时，供氧强度和冶炼效率将产生明显波动，影响过程稳定性控制；

3)传统型五孔喷头氧枪在脱碳末端的反应动力不足，向超低碳区间推进的效率不高，超低碳钢钢水初始条件不佳，增加后续处理负担，影响总体处理效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是针对上述技术的不足，提供一种避免冶炼初期炉渣喷溅、且提高冶炼效率的冶炼超低碳钢用氧枪喷头。

为实现上述目的，本实用新型所设计的冶炼超低碳钢用氧枪喷头，所述氧枪喷头包括喷头端部及沿圆周均匀分布在喷头端部上的多个周围喷射孔，以及分别与喷头端部外壁、中壁及内壁焊接的外焊管、中焊管及内焊管，内焊管与中焊管之间的中层间隙、中焊管与外焊管之间的外层间隙相连通形成循环水冷却通道，内焊管的内层间隙为总氧道，且多个周围喷射孔均与内层间隙和外界连通，所述喷头端部的中心部位还开设有中心喷孔，所述中心喷孔的中心轴线位于所述喷头端部的中心轴线上，且所述中心喷孔与内层间隙和外界均连通。

进一步地，所述中心喷孔的中心轴线与多个所述周围喷射孔的中心轴线的夹角α均为14.8°～15.3°，多个所述周围喷射孔的出口面与所述中心喷孔的出口面的夹角β均与夹角α相等。

进一步地，所述周围喷射孔为五个。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)由于喷头端部中部喷孔的存在，可有效抵消超音速射流条件下喷头端部中心区域产生的负压区，保证五个周围喷孔射流按预定方向喷射，避免冶炼初期的炉渣喷溅；

2)中心喷孔的中心轴线与五个周围喷射孔的中心轴线的夹角α均为14.8°～15.3°，大于传统200t转炉氧枪的喷孔倾角，可扩大冲击面积，加上中心喷孔的存在，进一步提升对金属熔池的搅拌能力及供氧强度，在冶炼初期快速升温、化渣，从而提高冶炼效率；

3)采用五加一式的喷孔结构，氧气通量大，可保证冶炼末期碳氧持续反应的热力学和动力学条件，以快速达到超低碳钢的冶炼终点要求；

4)本实用新型大流量的氧枪喷头可配合0.08m³/t·min以上大气量转炉底吹，进一步提高冶炼效率并优化脱磷效果。

附图说明

图1为本实用新型冶炼超低碳钢用氧枪喷头的剖视结构示意图；

图2为图1的A向示意图。

喷头端部1、外壁2、中壁3、内壁4、外焊管5、中焊管6、内焊管7、外层间隙8、中层间隙9、内层间隙10、周围喷射孔11、中心喷孔12。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1、图2所示的冶炼超低碳钢用氧枪喷头，氧枪喷头包括喷头端部1及沿圆周均匀分布在喷头端部1上的多个周围喷射孔11(本实施例中设有五个均匀分布的周围喷射孔11)，以及分别与喷头端部1外壁2、中壁3及内壁4焊接的外焊管5、中焊管6及内焊管7，内焊管7与中焊管6之间的中层间隙9、中焊管6与外焊管5之间的外层间隙8相连通形成循环水冷却通道，即冷却水从中层间隙9进入，从中层间隙9和外层间隙8流出，保证氧枪工作状态的稳定，而内焊管7的内层间隙10为总氧道，且五个周围喷射孔11均与内层间隙10和外界连通。本实用新型的关键点在于：喷头端部1的中心部位还开设有中心喷孔12，该中心喷孔12的中心轴线位于喷头端部1的中心轴线上，且中心喷孔12与内层间隙10和外界均连通；并且，中心喷孔12的中心轴线与五个周围喷射孔11的中心轴线的夹角α均为14.8°～15.3°(优选为15°)，同时，五个周围喷射孔11的出口面与中心喷孔12的出口面的夹角β均与夹角α相等。在0.9MPa工作氧压条件下，五个周围喷射孔11与中心喷孔12的结构满足射流马赫数相等的条件。

采用本实用新型冶炼超低碳钢用氧枪喷头冶炼超低碳钢的过程如下：

1)将氧枪喷头与枪体焊接，保证焊接接口平滑、密封性良好，之后将氧枪装入升降系统；

2)在200t转炉中冶炼低温低硅铁水时，向炉内兑入废钢和铁水总量约200t后，按多次少量的原则加入活性石灰，专用氧枪开始吹炼，枪位与常规氧枪冶炼普通铁水时保持一致，约1.8m左右，底吹强度初始控制在0.05～0.06Nm³/t·min。此状态维持约120-150s,进入中期冶炼冶炼阶段；

3)在冶炼中期，可配合炉料加入操作及炉内综合状况，在1.6～1.8m之间调整枪位，在稳定冶炼期枪位保持在1.65m，吹炼总时间至850～900s后，进入冶炼终点调整阶段，此阶段底吹强度控制在0.08Nm³/t·min左右；

4)冶炼终点调整阶段及冶炼中末端，氧枪枪位控制在1.55m左右，对熔池进行强搅拌和深脱碳，底吹流量增加至0.1Nm³/t·min的水平，以使熔池碳氧达到平衡状态，最后测温、取样，升枪出钢，冶炼终点钢水碳含量在0.04％以下、温度1650℃以上。

综上所述：由于喷头端部1中部喷孔12的存在，可有效抵消超音速射流条件下喷头端部1中心区域产生的负压区，保证五个周围喷孔11射流按预定方向喷射，避免冶炼初期的炉渣喷溅；中心喷孔12的中心轴线与五个周围喷射孔11的中心轴线的夹角α均为14.8°～15.3°(优选为15°)，大于传统200t转炉氧枪的喷孔倾角，可扩大冲击面积，加上中心喷孔的存在，进一步提升对金属熔池的搅拌能力及供氧强度，在冶炼初期快速升温、化渣，从而提高冶炼效率；采用五加一式的喷孔结构，氧气通量大，可保证冶炼末期碳氧持续反应的热力学和动力学条件，以快速达到超低碳钢的冶炼终点要求，实践中可在900s时间内达到冶炼终点，终点碳含量在0.04％以下、温度达到1650℃以上，为后续RH工序进一步控制碳含量提供成分和温度基础；另外，本实用新型大流量的氧枪喷头可配合0.08m³/t·min以上大气量转炉底吹，进一步提高冶炼效率并优化脱磷效果。