轉爐課程設計方案說明書

1、11 / 131轉爐爐型選型設計及相關參數(shù)計算1轉爐爐型設計1.1.1 爐型選擇氧氣頂?shù)讖痛缔D爐是20世紀70年代中、后期，開始研究的一項新煉鋼工藝。其優(yōu)越性在于爐子的高寬比略小于頂吹轉爐卻又大于底吹轉爐，略呈矮胖型；爐底一般為平底，以便設置底部噴口。綜合以上特點選用*爐爐型為錐球型(適用于中小型轉爐見圖1-1。圖1-1常見轉爐爐型(a筒球型；(b錐球型；(c截錐型1.1.2 主要參數(shù)的確定本設計選用氧氣頂吹轉爐(公稱容量50t。(1爐容比爐容比系指轉爐有效容積與公稱容量之比值。轉爐爐容比主要與供氧強度有關，與爐容量關系不大。從目前實際情況來看，轉爐爐容比一般取0.91.05m3/t。本設計取

2、爐容比為1.05m3/t。(2高徑比轉爐高徑比，通常取1.351.65。小爐子取上限，大爐子取下限。本設計取高徑比：1.40。(3熔池直徑包可按以下經驗公式確定:(i-i>式中D熔池直徑，m；G新爐金屬裝入量，t,可取公稱容量；K系數(shù)，參見表1-1;t平均每爐鋼純吹氧時間，min,參見表1-2表1-1系數(shù)K的推薦值轉爐容量/t3030100>100備注K1.852.101.751.851.501.75大容量取卜限，小容量取上限表1-2平均每爐鋼冶煉時間推薦值轉爐容量/t<3030100>100備注冶煉時間/min2832(1216>3238(1418>384

3、5(1620>結合供氧強度、鐵水成分、所煉鋼種等具體條件確定注：括號內數(shù)系吹氧時間參考值。設計中轉爐的公稱容量為50t,取K為1.85,t取15min?？傻?(4熔池深度日錐球型熔池倒錐度一般為12°30°,當球缺體半徑R=1.1D時，球缺體高M=0.09D的設計較多。熔池體積和熔池直徑D及熔池深度h有如下的關系：(1-2>由日可得:(m3>將四代入式(7-2得:(m>(5爐身高度兇轉爐爐帽以下，熔池面以上的圓柱體部分稱為爐身。其直徑與熔池直徑是致的，故須確定的尺寸是爐身高度兇0(1-3>式中M、回、國一一分別為爐帽、爐身和熔池的容積；Vt一一

4、轉爐的有效容積，為回、回、H三者之和，取決于容量和爐容比。代入數(shù)據(jù)可得：=3.19m<6)熔池其它尺寸的計算設計部門推薦的球冠弓形高度為：h1=0.09D=0.09*38=0.3042(m>爐底球冠曲率半徑：R=0.99D=0.993.38=3.3462(m>(7>爐帽尺寸爐帽尺寸包括爐帽傾角、爐口直徑和爐帽高度。爐帽傾角可。爐帽傾角另一般為60°68°,小爐子取上限，大爐子取下限。本設計取爐帽傾角為65°爐口直徑回一般爐口直徑為熔池直徑的43%53%較為適宜。小爐子取上限，大爐子取下限。本設計取爐口直徑為1.8m。爐帽高度U為了維護爐口的

5、正常形狀，防止因磚襯蝕損而使其迅速擴大，在爐口上部設有高度為U=300400mm的直線段。爐帽高度為：(1-4>=0.5<3.38-1.8)Xtan65+i!=1.69+0.3=1.99(m>那么，爐帽總容積為:=16.80(m3>(8>出鋼口尺寸出鋼口一般都設在爐帽與爐身交界處，以使轉爐出鋼時其位置最低，便于鋼水全部出凈。出鋼口的主要尺寸是中心線的水平傾角和直徑。出鋼口中心線水平傾角日。為了縮短出鋼口長度，以利維修和減少鋼液二次氧化及熱損失，大型轉爐的包趨于減小，一般為15°20°。本設計取151。出鋼口直徑習出鋼口直徑決定出鋼時間，隨爐子容

6、量不同而異。通常又下面的經驗式確止：n=0=12.7(cm>式中轉爐公稱容量，to出鋼口襯磚外徑：=60=6X0.127=0.762(m>出鋼口長度：=70=7X0.127=0.889(m><9)爐身尺寸的計算爐膛直徑爐膛直徑D膛=D=3.38(m><無加厚段)轉爐總容積根據(jù)選定白爐容比V/T=1.05可求出：V總=1.05)50=52.5<m3)爐身容積爐身容積：爐身高度：爐身高度：根據(jù)公式計算可得:爐型內高1.1.3底部供氣構件的設計本設計為增加廢鋼型頂?shù)讖秃洗禑挿ā２粌H在轉爐底部布置噴吹惰性氣體或中性氣體N2來加強攪拌，還考慮在轉爐底部噴吹小部分

7、燃料與氧氣。為爐膛提供更多熱量，補償廢鋼加入所吸收的熱量，使轉爐冶能夠煉順利進行。(1>底氣用量在底部吹N2、Ar、CO2等氣體時，供氣強度小于0.03m3/<tmin),其冶金特點接近頂吹法；達到0.20.3m3/<tmin),則可以降低爐渣和金屬的氧化性，并達到足夠的攪拌強度。最大供氣強度一般不超過0.3m3/tmin）。全程吹Ar,成本太高；全程吹N2,又會增加鋼中的氮。所以，本設計采用底部全程供氣，但是前期吹N2,末期再改吹Ar；供氣強度為0.2m3/（tmin。（2供氣構件根據(jù)本設計的底部噴吹N2和Ar,選擇磚型供氣元件，且為彌散型透氣磚。1.2 轉爐爐襯設計襯襯設

8、計的主要任務是選擇合適的爐襯材質，確定合理的爐襯組成和厚度，并提出相應的磚型和數(shù)量，以確保獲得經濟上的最佳爐齡。1.2.1 爐襯材質的選擇目前常用的工作層襯磚有：瀝青結合鎂磚，含碳量為56%;燒成浸漬鎂磚，含碳量為2%左右；焦油或瀝青結合的白云石磚，含碳量約2%;瀝青或樹脂結合的白云石碳磚，含碳量為715%;瀝青或樹脂結合的鎂碳磚加入或不加防氧化劑），含碳量通常為1025%?，F(xiàn)在，氧氣轉爐爐襯材質普遍使用鎂碳磚，爐齡有明顯提高。但由于鎂碳磚成本較高，因此一般只將其用在諸如耳軸區(qū)、渣線等爐襯易損部位，即爐襯工作層采用均衡爐襯，綜合砌爐。1.2.2 爐襯的組成和厚度的確定通常爐襯由永久層、填充層和

9、工作層組成。有些轉爐則在永久層與爐殼鋼板之間夾有一層石棉板絕熱層。永久層緊貼爐殼，修爐時一般不予拆除。該層用鎂碳磚砌筑。填充層介于永久層與工作層之間，用焦油鎂磚沙搗打而成，厚度約為80100mm。工作層用鎂碳磚和焦油白云石磚綜合砌筑。爐帽用二步煨燒鎂磚。其選擇依據(jù)為表1-3。一般爐身工作層厚度為400800mm,爐底工作層比爐身稍薄，約350600nlm，填充層為60100nlm，爐身永久層為113200nlm，多數(shù)為113115mm,爐底永久層為300500mm,轉爐各層爐襯厚度如表：表1-3轉爐容積和工作層對照表容積/tv100t100200>200爐帽工作層/則4006005006

10、00550650爐身工作層/則550700700800750850爐底工作層/則550600600650600750爐身永久層/mm115150115200115200爐底耐材總厚/咖850105095011009501200根據(jù)50t轉爐爐襯襯材，本設計爐襯采用表1-4所示值表1-4本設計轉爐爐襯厚度值爐襯厚度永久層厚度/mm工作層厚度/mm填充層/mm爐帽80500爐身130600加料側）/550100爐底3505701.3 轉爐爐體金屬構件設計1.3.1 爐殼爐殼通常由爐帽、爐身和爐底三部分組成。爐殼的材質力求抗蠕變強度高、焊接性能又好的材料。本設計采用鍋爐鋼板制作爐殼。根據(jù)一些爐子的爐

11、殼尺寸，該處選為：爐帽鋼板45mm、爐身鋼板50mm、爐底鋼板45mm。綜上所述，轉爐總高臼：=1.99+3.19+0.98+（0.35+0.08+0.5+0.045>=7.21m轉爐外殼直徑：回=3.38+2世08+0.13+0.05>+0.6+0.55=5.15m,驗算高徑比：_|=1.40,符合要求的范圍，也與取值相符。由上述數(shù)據(jù)可畫出轉爐爐型圖（見附錄圖1>。1.3.2 支承裝置托圈選取大型轉爐剖分式焊接托圈。其具體尺寸見下表1-5表1-5設計中的托圈尺寸斷面形狀斷面高度/mm斷面寬度/mm蓋板厚度/mm腹板厚度/mm箱24007608375爐殼與托圈的連接選用吊掛式

12、連接裝置。該結構是用螺栓將爐殼吊掛在托圈上，三個螺栓在圓周上呈120布置，且與焊在托圈蓋板上的支座絞接。耳軸要受多種負荷的作用，必須有足夠的強度和剛度。該處耳軸選用合金鋼，且耳軸直徑為800mm,耳軸軸承采用雙列向心滾子軸承。1.3.3 傾動裝置該處轉爐采用電動機一齒輪傳動方式。且傾動速度為0.5r/min,傾動角度為節(jié)601,無極調速。2轉爐氧槍設計及相關參數(shù)計算2.1 氧槍噴頭尺寸計算噴頭是氧槍的核心部分，其基本功能可以說是一個能量轉換器，它將氧管中氧氣的高壓能轉換為動能，并通過氧氣射流完成對熔池的作用。而氧氣射流的參數(shù)主要由噴頭參數(shù)所決定。2.1.1 噴頭主要參數(shù)計算公式氧流量是指單位時

13、間通過氧槍的氧量Nm3/min）。氧流量的精確計算應根據(jù)物料平衡求得。簡單計算氧流量則可用下式:Nm3/min對于普通鐵水，每噸鋼耗氧量為5565Nm3/t,對于高磷鐵水，每噸鋼耗氧量為6069Nm3/t。本設計取65Nm3/t.（2噴頭孔數(shù)現(xiàn)代轉爐氧槍都用多孔噴頭。一般中、小型轉爐用三孔或四孔噴頭，大型轉爐用五孔或五孔以上的噴頭。（3理論計算氧壓及噴頭出口馬赫數(shù)M理論計算氧壓又稱設計工況氧壓）是指噴頭進口處的氧氣壓強，近似等于滯止氧壓E,它是噴頭設計的重要參數(shù)。噴頭出口馬赫數(shù)M是噴頭設計的另一個重要參數(shù)，目前國內外氧槍噴頭出口馬赫數(shù)M多選用2.0左右。M值與滯止氧壓E1和噴頭出口壓力P的比值

14、P/日）有確定的對應關系。如圖2-1。500530480450圖2-1 M與Po、V之間的關系表2-1M、V、P0之間的關系M氧射流出口溫度/K氧射流出口音速/m/sV/m/sPo/MPa備注1.52002704050.371假定氧氣滯止溫度為2.01612424850.7902.51292175421.726290K,爐內環(huán)境壓力為3.01041955823.7111.01MPa2.1.2 50t轉爐氧槍噴頭尺寸計算公稱容量50t轉爐設計氧槍噴頭尺寸。采用普通鐵水。冶煉鋼種以碳素結構鋼和低合金鋼為主(1計算氧流量15min,出鋼量按公稱容量50t計算,取每噸鋼耗氧量為65國，純吹氧時間為則通

15、過氧槍的氧流量：/min (2-1>(2選用噴孔出口馬赫數(shù)與噴孔數(shù)馬赫數(shù)確定原則已如前述。綜合考慮，選取馬赫數(shù)M=2.0O參照同類轉爐氧槍使用情況，對于50t轉爐噴孔數(shù)取3孔，能保證氧氣流股有一定的沖擊面積與沖擊深度，熔池內盡快形成乳化區(qū)，減少噴濺，提高成渣速度和改善熱效率。(3設計工況氧壓根據(jù)等嫡流表，當M=2.0時，;取噴頭出口壓力一21為爐膛壓力，此處接近似等于大氣壓力計算)，則噴口滯止氧壓：(2-2>取設計工況氧壓近似等于滯止氧壓。(4計算喉口直徑噴頭每個噴孔氧氣流量：.xNm3/min(2-30由上式可求出mm(5求噴孔出口直徑根據(jù)等嫡流表，在M=2.0時,故噴孔出口直徑

16、:(2-4>(6計算噴孔擴張段長度取擴張段的半錐角回為3.50,則擴張段長度(2-5>(7確定噴孔喉口直線段長度喉口直線段的作用是保持喉口直徑穩(wěn)定。一般取310mm。在本例中取喉口直線段長度S=5mm。(8噴孔收縮段長度與收縮段進口直徑收縮段長度與收縮段進口直徑應該以能使整個噴頭布置下三個噴孔為原則，并盡可能使收縮孔大一些。(9確定噴孔傾角B多孔噴頭的各個流股是否發(fā)生匯交以效應角叨界，大于惻各流股很少匯交，小于訓J必定匯交。按照經驗，噴頭傾角6=12.815.4。為宜。綜合考慮取(10噴頭五噴孔中心分布圓直徑在噴孔傾角腳定以后，噴孔中心分布圓即噴孔間距)是影響氧射流是否匯交的另一個

17、因素。從降低氧射流匯交考慮，噴孔中心分布圓大為好，但噴孔中心公布圓要受到噴頭尺寸的限制。綜合考慮，取三噴孔中心分布圓直徑：以上面的計算和選定的數(shù)據(jù)為基礎，再結合相關數(shù)據(jù)與實際情況，可繪制出50t轉爐用氧槍噴頭圖(見附錄圖2。2.2 50t轉爐氧槍槍身尺寸計算氧槍槍身由三層無縫鋼管套裝而成，內層管是氧氣通道，內層管與中層管之間是冷卻水進水通道，中層管與外層管之間是冷卻水出水通道。參見圖2-2計算相關公式：按氣體狀態(tài)方程，標準狀態(tài)下的流量回向工況流量目的換算：<2-6x式中習標準大氣壓，Pa；B管內氧氣工況壓力，Pa；0標準溫度，273K;管內氧氣實際溫度<即氧氣滯止溫度)圖2-2氧槍

18、示意圖中心氧管內截面積：<2-7式中中心氧管內截面積，m-;- 管內氧氣工況流量，m，/s；- 管內氧氣流速，m/s,一般取4050m/s。將回、田代入式<9-7),即可求習。則中心氧管內徑口<2-8進水環(huán)縫截面積：I回<2-9中層管內徑:<2-1。式中中層管內徑，m；回一一內層管外徑，m；-進水環(huán)形通道截面圖9-8),m高壓冷卻水進口流量，ms；H高壓冷卻水進水流速，一般選用56m/s。2.2.1 中心氧管管徑套用上述公式可得。按式9-6),管內氧氣工況流量取中心管內氧氣流速U ,則中心氧管內徑:根據(jù)標準熱軋無縫鋼管產品規(guī)格，選取中心鋼管為-J。2.2.2 中、外層鋼管管徑根據(jù)生產實踐經驗，選取氧槍冷卻水耗量W;冷卻水進水速度三,出水速度三因為出水溫度升高，體積增大，故ME)。又中心氧管外徑,則進水環(huán)縫截面積目：出水環(huán)縫面積B:所以，中層鋼管的內徑:根據(jù)標準熱軋無縫鋼管產品規(guī)格選取中層鋼管為同理，外層鋼管內徑:根據(jù)標準熱軋無縫鋼管產品規(guī)格選取外層鋼管為12 /13參考文獻1王令福等.煉鋼設備及車間設計M.北京:冶金工業(yè)出版社,20072李傳薪.鋼鐵廠設計原理（下M.北京:冶金工