專利名稱：應(yīng)用在冶金設(shè)備中的超音速噴嘴以及用于確定超音速噴嘴尺寸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用在冶金設(shè)備中的超音速噴嘴(Ueberschallduese)以及一種用于確定這樣的超音速噴嘴的尺寸的方法。
背景技術(shù)：
超首速嗔嘴或者還有Laval超首速嗔嘴在冶金應(yīng)用的領(lǐng)域中找到廣闊的使用徂圍。例如，在制鋼時在BOF轉(zhuǎn)爐(氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐)中借助于噴槍(Blaslanze)將氧氣頂吹(aufblasen)到金屬池中。也在電弧爐(EAF)的領(lǐng)域中，超音速噴嘴被應(yīng)用在用于吹入氧氣的噴射器中或者在用于熔融廢料的燃燒器中。例如從文件WO 00/28096 Al中已知一種用于噴入氧氣或其它工程氣體的裝置的超音速噴嘴，其可被應(yīng)用在冶金工藝中、尤其在熔化金屬時。這里說明了一種用于設(shè)計Laval超音速噴嘴的會聚的和擴(kuò)散的噴嘴件的壁輪廓的數(shù)學(xué)方法，其中，應(yīng)用了基于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 (其說明了一種用于冷氣體噴射的方法和裝置)中說明了傳統(tǒng)的Laval超音速噴嘴。另外從文件WO 00/28097 Al中已知一種用于注射工程氣體和用于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說明了一種用于熱噴射或動力噴射的Laval超音速噴嘴。以前的用于冶金系 統(tǒng)的超音速噴嘴關(guān)于在超音速噴嘴內(nèi)出現(xiàn)的壓縮沖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(zhuǎn)爐熔化(Konverterschmelzen)。在該時間之后，噴嘴棱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(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明的目的是說明一種應(yīng)用在冶金設(shè)備中的超音速噴嘴以及一種用于確定參數(shù)的方法，借助于該方法可降低超音速噴嘴的磨損。該目的借助于根據(jù)帶有接下來所說明的特征的權(quán)利要求的超音速噴嘴來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)地，設(shè)置有一種應(yīng)用在冶金設(shè)備中的超音速噴嘴，尤其用于在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐(BOF)中、在氬氧脫碳(AOD)轉(zhuǎn)爐或者電弧爐(EAF)中頂吹氧氣，其帶有會聚的截段和擴(kuò)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(yīng)的設(shè)計情況中來限定
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用在冶金設(shè)備中的超音速噴嘴，尤其用于在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐(BOF)中、在氬氧脫碳(AOD)轉(zhuǎn)爐或者電弧爐(EAF)中頂吹氣體，其帶有會聚的截段和擴(kuò)散的截段，它們在噴嘴口(DK)處彼此鄰接，其特征在于，所述超音速噴嘴由噴嘴形狀的下列組在其相應(yīng)的設(shè)計情況中來限定
2.一種應(yīng)用在冶金設(shè)備中的超音速噴嘴，尤其用于在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐(BOF)、在氬氧脫碳(AOD)轉(zhuǎn)爐或者電弧爐(EAF)中頂吹氧氣，其帶有會聚的截段和擴(kuò)散的截段，它們在噴嘴口(DK)處彼此鄰接，其特征在于，所述超音速噴嘴的內(nèi)部輪廓相應(yīng)于以數(shù)字途徑利用修正的特征法所確定的輪廓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超音速噴嘴，其中，所述超音速噴嘴的內(nèi)部輪廓相應(yīng)于所確定的所述輪廓，其通過氣體動力學(xué)的偏微分方程的數(shù)字求解來確定，在所述偏微分方程中，在考慮相應(yīng)的兼容性條件的情況下借助于空間上離散的特征方程來表示穩(wěn)定的、等熵的、旋轉(zhuǎn)對稱的氣體流動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超音速噴嘴，其中，在數(shù)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(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)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(xiāng)/r*處在2.1與11. 6之間，優(yōu)選地在2.1與8. 3之間，還更優(yōu)選地在2.1與5. 4之間，還更優(yōu)選地在2.1與5. O之間，并且尤其具有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(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的超音速噴嘴，其中，所述會聚的截段具有鐘狀的輪廓且所述擴(kuò)散的截段具有鐘狀的輪廓，其中，所述會聚的截段的和所述擴(kuò)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(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)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(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的超音速噴嘴，其中，所述超音速噴嘴的擴(kuò)散的截段的內(nèi)部輪廓不能通過明確的數(shù)學(xué)函數(shù)來表示。
9.一種用于確定根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的超音速噴嘴的尺寸的方法，其中，所述方法包括 以數(shù)字途徑利用修正的特征法來確定輪廓，和根據(jù)所確定的輪廓來構(gòu)造所述超音速噴嘴的內(nèi)部輪廓。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述輪廓通過氣體動力學(xué)的偏微分方程的數(shù)字求解來確定，在所述偏微分方程中，在考慮相應(yīng)的兼容性條件的情況下借助于空間上離散的特征方程來表示穩(wěn)定的、等熵的、旋轉(zhuǎn)對稱的氣體流動。
11.根據(jù)權(quán)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(shù)字偏微分方程的求解。
12.—種應(yīng)用在冶金設(shè)備中的超音速噴嘴，尤其用于在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐(BOF)中、在氬氧脫碳(AOD)轉(zhuǎn)爐中或者在電弧爐(EAF)中頂吹氣體，其特征在于在下列設(shè)計情況中如下確定尺寸的內(nèi)部輪廓
13.一種應(yīng)用在冶金設(shè)備中的超音速噴嘴，尤其用于在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐(BOF)中、在氬氧脫碳(AOD)轉(zhuǎn)爐中或者在電弧爐(EAF)中頂吹氣體，其特征在于在下列設(shè)計情況中如下確定尺寸的內(nèi)部輪廓
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用在冶金設(shè)備中的超音速噴嘴，尤其用于在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐(BOF)或電弧爐(EAF)中頂吹氧氣，其帶有會聚的截段和擴(kuò)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(yīng)的設(shè)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(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)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