浅析组合式锻压氧枪喷头的优点及应用

　　摘 要：从不同方面分析组合式锻压喷头的特点，结合使用结果说明其致密度、冷却强度、抗变形能力高，平均寿命长，经济效益好。随着国家产业结构的完善，组合式锻压喷头将被广泛应用。 

　　关键词：组合式锻压氧枪喷头；优点；应用 

　　1 喷头的发展阶段 

　　转炉炼钢用氧枪喷头的发展经历了三个阶段：最初为锻造铜件机加工喷头，该喷头结构简单，无中心水冷，使用效果差。第二阶段为铸造喷头，采用铸造工艺制造，结构合理，解决了中心水冷问题，提高了生产效率。当前，我国炼钢业中主要使用的是纯铜铸造水冷喷头，其制造成本低，被企业广泛使用。由于铸造设备、铸造工艺技术的相对落后，传统铸造工艺在铸铜方面的局限性，使得铸造喷头铸造组织致密度低、晶格结构经常出现粗大晶粒状，极易出现粘沙、气孔、砂眼，甚至疏松现象，使喷头导热效果差、工作状态下的抗磨损、抗变形能力均不及锻造喷头好。常表现为寿命偏低，喷孔形变导致射流特性变化，铸造疏松的喷头常常影响焊缝质量，存在发生事故的隐患。第三阶段为组合式锻压喷头，组合式锻压喷头经过不断发展，其设计制作更为灵活合理，冷却效果、耐用性、抗变形能力、使用性能均比铸造喷头好，目前已被不少企业使用。 

　　2 组合式锻压喷头优点 

　　端底采用专用模具锻压成形，在端底成型的同时也将喷孔部分挤出一定长度甚至整个扩张段长度，解决了前期喷头端底裂漏问题。锻压工艺的使用提高了材料的致密度，细化了晶粒度，提高了材料的利用率，从而降低了机械加工费用。 

　　喷头端底及喷孔部分材质为纯铜、含铜量大于99.9%，解决了铸铜夹渣、杂质、疏松等缺陷。锻压时选用合理的锻压温度和锻压压缩比，锻压后端底致密度高、导热性好，在压缩比大于4的情况下导热率有明显增加。喷头端底密度高，不仅可以延缓其变形，而且有利于提高喷头使用寿命。 

　　铸造中心水冷喷头水冷型腔表面因不宜加工，往往粗糙、壁厚不均匀。组合式锻压喷头完善了加工工艺，提高了加工精度，其水冷型腔内壁均匀、光滑、机械强度高，因此可使壁厚减薄至铸造喷头的1/2～2/3，型腔容积增大，提高了外层高温负荷区向内水冷层快速传热的速度。组合式锻压喷头端部温度比铸造喷头低，喷孔受气流磨损和高温侵蚀低，喷头端部耐受高温钢水的侵蚀能力强，与铸造喷头相比大大改善了抗热裂和抗变形能力，减轻喷头端底热裂和熔蚀，提高了喷头寿命。 

　　组合式锻压喷头设置上下导向分水锥、高速水流由外向内汇集在中心翻转，强化冷却端部，使端部从中心到四周均匀冷却，从而解决端部中心容易粘钢蚀损的难题。合理设置挡水板，选择几何形状合适的挡水板，既将水流顺畅引向喷头端部，又使水流由内层向外层翻转流动过程分布均匀、水层厚度渐变、速度稳定，在保证水流量的情况下，可通过调整端面水层厚度保持挡水板足够长度，使端部入口水速达到较高值。 

　　大型转炉组合式锻压喷头端底形状不设圆角过渡，在枪体外径至喷孔区之间受热负荷大的区域，设计加工成具有一定倾角（6：1左右）的过渡平面，以减少或避免吹炼时溅到枪壁上的渣-金属液滴对喷孔出口边沿的高温燃烧溶蚀。位于喷孔出口的端面则与喷孔轴线垂直，与水平呈与氧孔相等角度，从而形成截圆锥形浅底，以获得良好的氧气射流条件。 

　　组合式锻压喷头内部采用钎焊连接，钎焊时选用合理的钎焊材料，确定合理的结构接头形式，钎接接头具有较高的结合强度，抗高温性能和防渗漏性能良好。喷头底部与外管采用氩弧焊工艺，铜钢焊接接头强度高、抗热疲劳性能好，能满足喷头高寿命使用要求。 

　　3 实验结论 

　　组合式锻压喷头已经在不少企业中使用，通过使用结果，分析结论如下： 

　　（1）组合式锻压喷头的使用寿命比铸造喷头平均提高1～4.37倍。对于使用组合式锻压喷头寿命提高少的厂家，分析其主要原因：1.造渣料质量差，造渣困难，加上操作不规范，粘枪严重，而非喷头蚀损较重吹炼不稳造成的；2.炼钢原材料条件不好导致喷头寿命不高。经过改善条件，工艺改进，喷头寿命都明显提高。同时在使用后都证明喷孔不易变形，使用安全性好。 

　　（2）组合式锻压喷头水冷效果好，其能够严格按设计要求制作，尺寸准确（铸造喷头较难做到）。组合式锻压喷头在设计时充分考虑水流速的分布合理，尽量减少喷头冷却水通道阻损，其型腔比同类型铸造喷头大，因此氧枪冷却水流量在同样高压水供应条件下，比铸造喷头增加，水冷效果显著增强。 

　　（3）同样条件下组合式锻压喷头吹炼时间短、波动范围小，吹炼平稳，吨钢耗氧量明显降低，能保持良好的射流特性，氧利用率高。从观察效果表明，普遍反映化渣好、喷溅小，效果比铸造喷头好。喷孔出口蚀损变形小。 

　　（4）组合式锻压喷头致密度高、耐用性和抗变形性比铸造喷头好，因此使用寿命长，吹氧时间短，吨钢氧耗量低，直接经济效益明显。 

　　四、组合式锻压喷头的应用 

　　组合式锻压喷头机械结构特征优点明显：其密度高、水冷机构设计合理、水冷型腔大、内壁光滑且薄、设置导向分水锥，喷头冷却强度、抗变形能力高，喷头的平均寿命长。主要加工工序为：模具制造、锻造、机加工、组合钎焊，这些技术在我国已比较成熟，可是成本却居高不下。原因如下： 

　　（1）用铸造方法铸成端底后，再进行挤压加工，此工艺加工的端底仅表面硬化、密度不高，内部晶格结构与铸品无异，其使用寿命不高，但成本却比铸造喷头却高。（2）同种规格用量、加工数量少、模具费用高。（3）钎焊工艺由于喷头内部型腔小、结构复杂，手工操作，生产效率低，成本高。 

　　如何降低组合式锻压喷头成本，是喷头加工企业面临的主要问题。随着国家产业结构的完善，小型转炉的不断淘汰，氧枪及喷头设计制作将会进一步规范化，相同或相近吨位的转炉将尽量采用同一规格氧枪，同规格喷头加工数量就会增加。规模加工、专业化生产将使喷头成本降低。 

　　同时，对于国内传统的铸造喷头加工企业，也存在诸多制约因素，例如铸造环境污染、能源限制、高的人工成本、较低的产品价格，这些因素促使企业不断改进喷头加工技术、提高人员技术水平，采用先进的仪器，逐步使用锻压工艺。组合式锻压喷头将被越来越多的企业使用，这将是我国氧枪喷头制造业及炼钢业将又一次进步。