氧枪由上向下插入转炉炉口,将管道氧气的压力能转化为流股动能,成为超声速氧气射流冲击炉内熔池,形成顶吹氧气炼钢过程。氧枪装在升降机构上,按冶炼工艺要求升降或处于指定位置。每座转炉配备两套氧枪,一套吹炼,一套备用。
氧枪由喷头、枪体和枪尾3部分组成。氧枪枪体为3层同心无缝钢管结构,中心无缝管是输氧管道,在第二层管与中心管之间的环形间隙中通冷却水,冷却水流到氧枪喷头,经喷头内孔道冷却喷头,再经第二层管与外层管之间的环形间隙返回,由枪尾排出。这3层同心无缝钢管之间的相对位置用定位块固定。在转炉冶炼期间,氧枪须深深插入炉口向熔池供氧,炼钢过程中氧枪位置须按操作要求灵活调整。在兑铁水、冶炼后停吹、出钢等操作期间,氧枪须提出炉外,所以枪体须有足够的长度、强度和刚度,在持续高温和温度强烈变动中能长期稳定工作。
枪尾是将枪体与输氧软管和冷却水软管连接的部件,枪尾结构比较复杂,要保证氧枪在快速、频繁的升降过程中不漏氧、不漏水,还要保证能快速更换氧枪。
喷头是氧枪最前端喷出氧气的部件。喷头的品质对转炉炼钢过程有决定性的影响。现代转炉炼钢脱碳强度大、供氧强度很高,要求氧枪喷头有很强的供氧能力;喷头出口处的氧气流速超过声速,喷头内部氧气流过的通道(喷嘴孔型)必须有专门的设计和精密加工。喷头的喷嘴孔型种类很多,有拉瓦尔型、直筒型和螺旋型等,其中拉瓦尔型喷嘴最为常用。拉瓦尔型喷嘴断面为收缩-扩张形,断面的收缩气体流速增加,气流达到声速(马赫数为1)后断面扩张,气体流速超过声速。马赫数为1处称为喉口,喉口直径决定喷嘴供氧流量。一般喷头的入口处氧压为0.6~1.0兆帕,拉瓦尔喷嘴出口处氧气流速为每秒450~520米(1.70~2.22马赫)。氧枪喷头的喷孔数目有单孔或多孔喷头。单孔拉瓦尔喷头的气流动能较高,对金属熔池的冲击力很大,但气流与熔池的接触面积较小,已很少采用。多孔喷头的各喷孔均为拉瓦尔型,喷孔中心线与喷头轴线有约9°~12°的夹角,且均匀对称分布。炉容量小于100吨的转炉常用3~4孔拉瓦尔喷头,炉容量大于100吨的转炉常用4~6孔喷头。在炼钢过程中氧枪喷头处于核心反应区,是在液态渣钢强烈乳化喷溅区,温度接近高温火点(约2500℃),所以喷头必须有足够的冷却强度,且不允许漏水,因此常用高纯度紫铜锻坯或铸坯料整体加工制成,也可先加工出几个部件,再组装制成。氧枪喷头工作条件严酷,容易烧蚀损坏,应定期、及时更换。