余 跃 李东波 陈学刚 裴忠冶 苟海鹏 王书晓

(中国恩菲工程技术有限公司，北京 100083)

0 前言

喷枪是熔池熔炼的关键设备，起到输送反应所需气体和搅拌熔池的作用[1-2]。常规的浸没式喷枪的前端暴露在高温熔体中，受热后，弹性模量和屈服强度下降，导致材料许用应力急剧下降，在熔体冲刷和喷枪后坐力的综合作用下，喷枪易发生变形、烧损和磨损。因此，降低枪管的使用温度是提高浸没式喷枪寿命的关键所在。目前，降低喷枪使用温度有两种方式，其一是提高冷却介质的流速，如提高外层冷却风的风速，有的喷枪使用过程中的冷却风工况流速已经接近声速；其二是采用更好的冷却介质，如水和油等。如果采用提高风速的方法，需要配备更好的压缩机和管道系统，能耗高，并且枪口处气体高速喷吹容易造成更加严重的气泡后坐现象，从而加剧喷枪的磨损。而水冷和油冷的方式目前由于安全和造价原因在浸没式喷枪中也很罕见。由于上述两种提高喷枪冷却效果方法的安全性和经济性较差，设计了两种新型喷枪结构，以提高喷枪的散热能力，从而间接提高喷枪的使用寿命。

1 喷枪模拟的物理模型与数学模型

1.1 物理模型

以某公司使用的底吹炉喷枪为研究对象，其结构如图1 所示。喷枪总长度为900 mm，前端花瓣头长度为210 mm，外径为45 mm。氧枪出口由中间的一个圆孔和周围的三层扇形孔组成，如图2 所示。最内层的12 个扇形孔和中心圆孔共同组成了氧枪的内管，内管内流通的气体为富氧空气；……