1、氧槍是現(xiàn)代氧氣煉鋼的關鍵設備，其性能直接影響到煉鋼生產的產量、質量、原材料消耗、生產作業(yè)率和環(huán)境等重要指標。氧槍性能的優(yōu)劣取決于由氧槍出口噴射出的氧氣射流特性。如將超音速聚合射流技術應用于轉爐煉鋼生產，將大大提高煉鋼的生產效率和節(jié)能效率。本文分別采用實驗室射流測試實驗、水模型實驗、熱態(tài)模擬實驗及數(shù)值模擬等研究方法，系統(tǒng)地研究了聚合射流氧槍及傳統(tǒng)超音速射流氧槍氧氣射流行為特征及與煉鋼熔池相互作用規(guī)律，其目的是為此技術的應用提供理論基礎。主

2、要的研究內容和結果如下：
　　 氧槍射流特性的物理模擬研究。利用微機控制液壓伺服的多點壓力快速掃描的氧槍檢測系統(tǒng)，對常溫下以空氣模擬的射流進行了較為系統(tǒng)的研究。重點考察了單股射流中心線速度在不同驅動壓力下的衰減規(guī)律；多股射流中心線相對于噴孔幾何軸線的偏移規(guī)律；多股射流軸線速度的衰減規(guī)律；操作槍位對射流沖擊面積的影響；以及由低密度氦氣伴隨的聚合射流流場的速度分布規(guī)律等。熱態(tài)聚合射流物理模擬實驗結果表明聚合射流比傳統(tǒng)超音速射流具有減

3、緩其軸向衰減及徑向擴散，更加具有剛性、聚合性和對熔池更大的沖擊性，使其在一定程度上保持中心氧氣射流相對聚合的特征。
　　 氧槍射流特性的數(shù)值模擬研究。首先根據(jù)射流物理模擬測試實驗結果對標準的κ-ε雙方程模型進行了修正；并運用FLUENT軟件模擬了不同滯止壓力下Laval噴管內的流動、傳統(tǒng)超音速射流在不同的滯止壓力和環(huán)境溫度時的流動特征以及帶有氦氣低密度伴隨流情況下，不同結構參數(shù)與工藝參數(shù)下聚合射流流場的流動特征。數(shù)值模擬結果表明

4、超音速聚合射流氧槍在有低密度氦氣伴隨的情況下，能更大程度地減緩軸線上速度的衰減，核心區(qū)長度明顯增加，使中心射流在距噴嘴更長距離內保持其初始速度及沖擊動量。
　　 氧槍射流與煉鋼熔池相互作用規(guī)律的物理模擬。水模型實驗模擬鞍鋼180t頂?shù)讖痛缔D爐冶煉過程，實驗的相似準數(shù)為修正的Froude準數(shù)，幾何相似比取為10:1?？疾炝瞬煌牡讟尣贾?，不同的頂、底吹流量、不同吹煉槍位下熔池的攪拌混合特征。確定了頂?shù)讖痛缔D爐最佳攪拌效果所對應的結

5、構參數(shù)與工藝參數(shù)。實驗結果表明聚合射流氧槍可以達到頂?shù)讖痛档臄嚢栊Ч?，如能在轉爐冶煉工藝中應用，可取消底吹系統(tǒng)，簡化轉爐設備，提高轉爐爐齡，可引領轉爐煉鋼技術的變革。
　　 目前，聚合射流氧槍技術僅在國內寶鋼等幾家電爐上得到初步應用，其技術尚未公開。該項技術在轉爐煉鋼上的應用，國外仍處于工業(yè)試驗階段，而國內尚屬空白。為此針對超音速聚合射流氧槍射流行為特征的數(shù)學物理模擬研究將為研制聚合射流氧槍和其在電爐及轉爐中的應用起到一定的借鑒