集束射流原理
发布时间：
2024-04-09
集束射流氧枪的原理是在拉瓦尔喷管的周围增加烧嘴，使拉瓦尔喷管氧气射流被高温低密度介质所包围，减少电炉内各种气流对中心氧气射流的影响，从而减缓氧气射流速度的衰减，在较长距离内保持氧气射流的初始直径和速度，能够向熔池提供较长距离的超音速聚合射流[8]。
集束射流氧枪的原理是在拉瓦尔喷管的周围增加烧嘴，使拉瓦尔喷管氧气射流被高温低密度介质所包围，减少电炉内各种气流对中心氧气射流的影响，从而减缓氧气射流速度的衰减，在较长距离内保持氧气射流的初始直径和速度，能够向熔池提供较长距离的超音速聚合射流[8]。
集束射流氧枪是应用气体力学的原理来设计的。其要点是：喷嘴中心的主氧气流指向熔池。高的动能和喷吹速度是不足以使射流在较长的距离上保持集束状态的，为了达到保持射流集束状态的目的，必须用另一种介质来引导氧气，即外加燃气流，使燃气流对主氧气流起着封套的作用，低速的燃气流比静止的气体提供更大的动能，有利于氧气射流高速喷吹，这样主氧气流就能够在较长的距离内保持出口时的直径和速率。
集束射流技术的核心是特殊喷嘴。当安装在炉墙上的喷嘴以集束方式向电弧炉熔池吹入氧气时，集束氧气流比普通超音速射流在较长距离内保持原有的速率和直径，如下图
集束射流与普通超音速射流的比较
集束射流和传统射流的轴线速度变化曲线
由上图可知，普通射流在距出口20英寸处速度已经衰减至音速，而集束射流在60英寸处速度在1400英尺/秒左右依然保持超音速状态。集束射流流股衰减明显低于普通的超声速射流，其核心区长度可超过喷头出口直径的70倍，射流的扩散速率也明显降低。同时可以通过调整氧枪喷头工艺参数控制聚合射流的核心区长度、射流的扩散和衰减速度。
集束射流具有如下的特点：
（1）在超过喷嘴直径70倍的喷吹距离内都可以保持其原有的速率、直径及气体的浓度及喷吹冲击力；
（2）普通超音速氧枪0.254m处的冲击力与集束射流1.37m处的冲击力相当；对熔池的冲击深度要高两倍以上，气流的扩展和衰减要小，减少熔池喷溅及喷头粘钢 ；
（3）比普通超音速喷吹带入的环境空气量要少10％以上，NO排放减少；
（4）射流扩散和衰减的速度也显著降低。
（5）冲击液体熔池得深度比普通射流冲击深度深约80％。水模型试验也表明，集束射流进入熔池的深度比传统喷吹大80%以上。
（6）集束射流核心区长度、射流扩散和衰减及其压力可以控制。
（7）熔池均混时间与底吹混合时间相近。
（8）喷溅大大减少。
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