應用在冶金設備中的超音速噴嘴以及用於確定超音速噴嘴尺寸的方法
2023-04-26 00:10:26 1
專利名稱：應用在冶金設備中的超音速噴嘴以及用於確定超音速噴嘴尺寸的方法
技術領域：
本發明涉及一種應用在冶金設備中的超音速噴嘴(Ueberschallduese)以及一種用於確定這樣的超音速噴嘴的尺寸的方法。
背景技術：
超首速嗔嘴或者還有Laval超首速嗔嘴在冶金應用的領域中找到廣闊的使用徂圍。例如，在制鋼時在BOF轉爐(氧氣頂吹轉爐)中藉助於噴槍(Blaslanze)將氧氣頂吹(aufblasen)到金屬池中。也在電弧爐(EAF)的領域中，超音速噴嘴被應用在用於吹入氧氣的噴射器中或者在用於熔融廢料的燃燒器中。例如從文件WO 00/28096 Al中已知一種用於噴入氧氣或其它工程氣體的裝置的超音速噴嘴，其可被應用在冶金工藝中、尤其在熔化金屬時。這裡說明了一種用於設計Laval超音速噴嘴的會聚的和擴散的噴嘴件的壁輪廓的數學方法，其中，應用了基於雙曲線氣體方程的逆向的方法。通常例如在文件DE 101 26 100 Al (其說明了一種用於冷氣體噴射的方法和裝置)中說明了傳統的Laval超音速噴嘴。另外從文件WO 00/28097 Al中已知一種用於注射工程氣體和用於處理金屬池的粉末狀材料的集成的裝置。另外文件EP I 506 816 Al說明了一種用於熱噴射或動力噴射的Laval超音速噴嘴。以前的用於冶金系 統的超音速噴嘴關於在超音速噴嘴內出現的壓縮衝擊或膨脹波不是流動最佳和磨損最佳的。由此目前的噴槍的使用壽命例如為大約150-250次轉爐熔化(Konverterschmelzen)。在該時間之後，噴嘴稜邊磨損成使得存在水冷的超音速噴嘴的水擊穿(Wasserdurchbruch)的危險而必須更換槍頭。
發明內容
相應地，本發明的目的是說明一種應用在冶金設備中的超音速噴嘴以及一種用於確定參數的方法，藉助於該方法可降低超音速噴嘴的磨損。該目的藉助於根據帶有接下來所說明的特徵的權利要求的超音速噴嘴來實現。相應地，設置有一種應用在冶金設備中的超音速噴嘴，尤其用於在氧氣頂吹轉爐(BOF)中、在氬氧脫碳(AOD)轉爐或者電弧爐(EAF)中頂吹氧氣，其帶有會聚的截段和擴散的截段，它們在噴嘴口(Duesenkehle)處彼此鄰接。該超音速噴嘴由噴嘴形狀的下列組在其相應的設計情況中來限定
權利要求
1.一種應用在冶金設備中的超音速噴嘴，尤其用於在氧氣頂吹轉爐(BOF)中、在氬氧脫碳(AOD)轉爐或者電弧爐(EAF)中頂吹氣體，其帶有會聚的截段和擴散的截段，它們在噴嘴口(DK)處彼此鄰接，其特徵在於，所述超音速噴嘴由噴嘴形狀的下列組在其相應的設計情況中來限定
2.一種應用在冶金設備中的超音速噴嘴，尤其用於在氧氣頂吹轉爐(BOF)、在氬氧脫碳(AOD)轉爐或者電弧爐(EAF)中頂吹氧氣，其帶有會聚的截段和擴散的截段，它們在噴嘴口(DK)處彼此鄰接，其特徵在於，所述超音速噴嘴的內部輪廓相應於以數字途徑利用修正的特徵法所確定的輪廓。
3.根據權利要求2所述的超音速噴嘴，其中，所述超音速噴嘴的內部輪廓相應於所確定的所述輪廓，其通過氣體動力學的偏微分方程的數字求解來確定，在所述偏微分方程中，在考慮相應的兼容性條件的情況下藉助於空間上離散的特徵方程來表示穩定的、等熵的、旋轉對稱的氣體流動。
4.根據權利要求3所述的超音速噴嘴，其中，在數字偏微分方程的求解中考慮摩擦附著的、靠近壁的邊界層流動的影響。
5.根據前述權利要求中任一項所述的超音速噴嘴，其中，噴嘴長度I與最狹窄橫截面中的半徑r*的比、S卩l/r*處在2.1與11. 6之間，優選地在2.1與8. 3之間，還更優選地在2.1與5. 4之間，還更優選地在2.1與5. O之間，並且尤其具有11. 6,8. 3,5. 4,5. 0,4. 8,4. 2、4.1,3. 6,3. 3,3.1 或 2.1 的值。
6.根據前述權利要求中任一項所述的超音速噴嘴，其中，所述會聚的截段具有鍾狀的輪廓且所述擴散的截段具有鍾狀的輪廓，其中，所述會聚的截段的和所述擴散的截段的鐘狀的輪廓在所述噴嘴口處始終過渡到彼此中。
7.根據前述權利要求中任一項所述的超音速噴嘴，其中，所述超音速噴嘴具有冷卻通道。
8.根據前述權利要求中任一項所述的超音速噴嘴，其中，所述超音速噴嘴的擴散的截段的內部輪廓不能通過明確的數學函數來表示。
9.一種用於確定根據前述權利要求中任一項所述的超音速噴嘴的尺寸的方法，其中，所述方法包括 以數字途徑利用修正的特徵法來確定輪廓，和根據所確定的輪廓來構造所述超音速噴嘴的內部輪廓。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述輪廓通過氣體動力學的偏微分方程的數字求解來確定，在所述偏微分方程中，在考慮相應的兼容性條件的情況下藉助於空間上離散的特徵方程來表示穩定的、等熵的、旋轉對稱的氣體流動。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，以摩擦附著的、靠近壁的邊界層流動的影響來修正數字偏微分方程的求解。
12.—種應用在冶金設備中的超音速噴嘴，尤其用於在氧氣頂吹轉爐(BOF)中、在氬氧脫碳(AOD)轉爐中或者在電弧爐(EAF)中頂吹氣體，其特徵在於在下列設計情況中如下確定尺寸的內部輪廓
13.一種應用在冶金設備中的超音速噴嘴，尤其用於在氧氣頂吹轉爐(BOF)中、在氬氧脫碳(AOD)轉爐中或者在電弧爐(EAF)中頂吹氣體，其特徵在於在下列設計情況中如下確定尺寸的內部輪廓
全文摘要
本發明涉及一種應用在冶金設備中的超音速噴嘴，尤其用於在氧氣頂吹轉爐(BOF)或電弧爐(EAF)中頂吹氧氣，其帶有會聚的截段和擴散的截段，它們在噴嘴口(DK)處彼此鄰接，其中，超音速噴嘴由噴嘴形狀的以下組在其相應的設計情況中來限定(T1)。
文檔編號F27D3/16GK103069015SQ201180027198
公開日2013年4月24日 申請日期2011年3月29日 優先權日2010年3月31日
發明者H-J.奧登塔爾, J.施呂特, H.奧利維爾, I.克利奧切尼科夫 申請人:Sms西馬格股份公司