80t轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)計

1、冶金工程設(shè)計課程設(shè) 計報告學(xué)院：專業(yè)班級：學(xué)生姓名：學(xué)號：設(shè)計地點（單位）設(shè)計題目：80t頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐的氧槍設(shè)計完成日期：2014年1月4日指導(dǎo)教師評語：成績（五級記分制）：指導(dǎo)教師（簽字）：、課程設(shè)計任務(wù)書 1、設(shè)計計算21. 轉(zhuǎn)爐煉鋼物料平衡計算 21.1 計算原始數(shù)據(jù)21.2 物料平衡基本項目 31.3 計算步驟41.3.1 計算脫氧和合金化前的總渣量及其成分-41.3.2 計算氧氣消耗量 41.3.3 計算爐氣量及其成分 71.3.4 計算脫氧和合金化前的鋼水量 81.3.5 計算加入廢鋼的物料平衡 91.3.6 計算脫氧合金化后的物料平衡 102. 氧槍設(shè)計計算132.1 噸鋼氧消耗

2、量的計算 132.2氧槍噴頭設(shè)計132.2.1計算氧流量142.2.2選擇噴孔出口馬赫數(shù)-2.2.3理論設(shè)計氧壓142.2.4計算喉口直徑142.2.5計算出口直徑14226 收縮段長度14227 計算擴張段長度142.2.8 噴嘴喉口長度的確定 142.3槍身各層管徑尺寸的確定 142.3.1 計算內(nèi)層管直徑 142.3.2 計算中層管內(nèi)徑 152.3.3 計算外層管內(nèi)徑15三、參考文獻16附錄：設(shè)計繪圖重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計1轉(zhuǎn)爐煉鋼物料平衡計算二、設(shè)計計算1.轉(zhuǎn)爐煉鋼物料平衡計算1.1計算原始數(shù)據(jù)基本原始數(shù)據(jù)：冶煉鋼種及其成分、鐵水和廢鋼成分、終點鋼水成分 （表1）;造渣用 溶劑及爐

3、襯等原材料的成分（表2）；脫氧和合金化用鐵合金的成分及其回收率（表3）；其他 工藝參數(shù)（表4） o表1鋼水、鐵水、廢鋼和終點鋼水的成分設(shè)定值'成分含量、'、 /%類別、CSiMnPS鋼種Q235設(shè)定值0.180.250.55< 0.045< 0.050鐵水設(shè)定值4.020.840.600.1500.040廢鋼設(shè)定值0.180.250.550.0300.030終點鋼水設(shè)定值0.10痕跡0.180.0200.021本計算設(shè)定鋼種為Q3"。C和Si按實際產(chǎn)生情況選取；Mn、P和S分別按鐵水中相應(yīng)成分含量的30% 10°% 60溜在剛水中設(shè)定。表2 原材

4、料成分成分 /%類別 '、CaOSiO2MnOAl 2OFezQCaF>P2C5SCOHkOC灰分揮發(fā)分石灰88.002.502.601.500.500.100.064.640.10螢石0.305.000.602.101.5088.000.900.101.50生白云石36.000.8025.601.4036.2爐襯1.203.0078.801.4016.6014.0焦炭0.5881.512.405.52表3鐵合金成分（分子）及其回收率（分母）"-成分含量/回收率/%類別'、CSiMnAlPSFe硅鐵一73.00/0.50/2.50/0.05/0.03/23.92

5、/75800100100100錳鐵6.60/0.50/67.8/一0.23/0.13/24.74/90758010010010010%與氧生成CO。表4 其他工藝參數(shù)設(shè)定值名稱參數(shù)名稱參數(shù)終渣堿度WWCaO)/ WSiO 2)=3.5渣中鐵損（鐵珠）為渣量的6%螢石加入量為鐵水量得0.5%氧氣純度99%,余者為Nb生白云石加入量為鐵水量得2.5%爐氣中自由氧含量0.5%（體積比）爐襯蝕損量為鐵水量得0.3%氣化去硫量占總?cè)チ蛄康?/3終渣刀3 （FeO）15%,而 W(Fe 2O3)/金屬中C的氧化90%C氧化成CO,10%（氧化成CQ含量（按向鋼中刀 w(FeO)=1/3，即產(chǎn)物傳氧量3 （

6、Fe2。）W(Fe 2Q)=5%WFeO)=廢鋼量由熱平衡計算確定，本計算結(jié)果=1.35 3 (FeO)折8.25%為鐵水量得12.36%,即廢鋼比為算）11.00%煙塵量為鐵水量得1.5% （其中 W(FeO)75%,W(Fe 2Q)為 20%)噴吹鐵損為鐵水量得1%1.2物料平衡基本項目收入項有：鐵水、廢鋼、溶劑、氧氣、爐襯損失、鐵合金。支出項有：鋼水、爐渣、煙塵、渣中鐵珠、爐氣、噴濺。1.3計算步驟以100kg鐵水為基礎(chǔ)進行計算。1.3.1 計算脫氧和合金化前的總渣量及其成分總渣量包括鐵水中元素氧化，爐襯蝕損和加入溶劑的成渣量。其各項成渣量分別列 于表5-表7?？傇考捌涑煞秩绫?所示。

7、表5鐵水中元素的氧化產(chǎn)物及其成渣量丿元素反應(yīng)產(chǎn)物/ / 曰、it耗氧量/kg產(chǎn)物量/kg備注兀素氧化量/kgCC T CO3.92 x 90%=3.5284.7048.232C T CO23.92 x 10%=0.3921.0460.915SiSi t(SiO2)0.8400.9601.800入渣MnMn t (MnO)0.4200.1200.540入渣PP t (P2Q)0.1300.1680.298入渣SS t SO20.019 x 1/3=0.0060.0060.010S+(CaO) t (CaS)+(O)0.019 x 2/3=0.013-0.006 0.023 (CaS入渣FeFe

8、t (FeO)1.0821x0.2411.082入渣（見表56/72=0.8428)Fe t(Fe2O)0.607 x0.1820.607112/160=0.424入渣（見表8)合計6.5957.421成渣量4.347入渣組分之和由CaO還原出的氧量；消耗的CaO量=0.013 x 56/32=0.023kg。表6爐襯蝕損的成渣量爐襯蝕損量/kg成渣組分/kg氣態(tài)產(chǎn)物/kg耗氧量/kgCaOSiO2MgOAl 2OFezOS COS CQS CO,CO0.30.00.00.20.00.00.3 x 14%x0.3 x 14%x0.3 x 14%（90%< 16/12（據(jù)表04093604

9、0590%x10%x+ 10%X 32/12）=0.0624）28/12=0.08844/12=0.015合計0.2580.1030.062表7加入溶劑的成渣量類另U加入量/kg成渣組分/kg氣態(tài)產(chǎn)物/kgCaOMgOSiO2Al 2OFe?QP2QCsSCaRH2OCQO螢石0.5（表 4）0.0020.0030.0110.0080.0080.0050.0010.4400.008生白云石2.5（表 4）0.9000.6400.0200.0350.905石灰7.386.8630.1730.1670.0110.0330.0070.0090.0070.3090.002合計6.7650.8160.2

10、120.1460.0410.0120.0100.4400.0121.2140.002成渣量9.442石灰加入量計算如下：由表5表7可知，渣中已含（CaO）= - 0.023+0.004+0.002+0.910=0.900kg;渣中已含（Si0 2）=1.820+0.009+0.028+0.020=1.877kg。因設(shè)定的終渣堿度R=3.5，故石灰加入量為:R 刀 3 （SiO 2）-刀 3 （CaO）/ 3 （CaO石灰）-R xw （Si0 2石灰）=5.285/（88.0%-3.5x 2.3%）=6.67kg。（石灰中CaO含量）一（石灰中 S CaS自耗的CaO量）由CaO還原出來的氧量

11、，計算方法同表5的注。表8總渣量及其成分爐渣成分CaOSOMgOAl 2QMnOFeOFe2C3CaFP2QCsS合計元素氧化成渣量/kg1.8000.5401.0820.6070.2980.0204.483石灰成渣量/kg5.86300.1670.1730.1670.0070.0097.028爐襯蝕損成渣量/kg0.0040.0090.2360.0040.0051.595生白云石成渣量/kg0.9000.0200.6400.0350.0050.495螢石成渣量/kg0.0020.0250.0030.0110.0080.4400.0050.001總渣量/kg6.7692.0211.0520.2

12、170.5401.0820.6560.4400.3100.03013.117質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%51.6115.418.021.654.128.255.003.352.360.23100.00總渣量計算如下：表8中除（FeO）和（Fe2O）以外的渣量為：7.769+2.021 + 1.052+0.217+0.540+0.44+0.310+0.030=11.379kg,而終渣刀 3 （FeO）=15%（表 4）,故總量為：12.046 - 86.75%=13.117kg。3 （FeO）=13.117 x 8.25%=1.082kg。3 （Fe2Q）=13.117 x 5%-0.033-0.005-0.0

13、08=0.607kg。1.3.2 計算氧氣消耗量氧氣實際消耗量消耗項目與供入項目之差。見表9表9實際耗氧量耗氧項/kg供氧項/kg實際氧氣消耗項/kg鐵水中氧化耗氧量7.421（表5）爐襯中碳氧化耗氧量0.062石灰中S與CaO反應(yīng)還原出0.002（表6）的氧氣量（表7）煙塵中鐵氧化耗氧量0.340（表4）8.153-0.002+爐氣自由氧含量（表10）0.0600.072 =8.22合計8.153合計0.002爐氣N2 (存在于氧氣中，表 4)的質(zhì)量，詳見表10。.1.3.3 計算爐氣量及其成分爐氣中含有CO CO、2、SO和"Q 其中CO CQ SO和HO可由表5-表7查得,Q和

14、N則由爐氣總體積來確定?，F(xiàn)計算如下。爐氣總體積V:V 滬Vg+0.5%Vz+1/99 X (22.4/32G s+0.5%V：-Vx)99Vg+0.7Gs-VxV e= 987 =(99 X 7.767+0.7 X 7.823 0.002 X 22.4/32)/98.50=7.86m298.5式中Vg CO CO、SO和HO各組分總體積，m。本計算中，其值為：(8.232+0.088 ) X 22.4/28+ (0.915+0.015+1.214) X 22.4/44+0.012 X22.4/64+0.012 X 22.4/18=7.767m 3。G s不計自由氧的氧氣消耗量，kg。本計算中，

15、其值為：7.421+ 0.062 + 0.34=7.823kg (見表 9);V x石灰中的S與CaO反應(yīng)還原出的氧量(其質(zhì)量為：0.002kg，見表9)，m；0.5%爐氣中自由氧含量；99 由氧氣純度為99%專換的得來。計算結(jié)果列于表1.10。表10爐氣量及其成分爐氣成分爐氣量/kg體積/m3體積分?jǐn)?shù)/%CO8.3208.320 X 22.4/28=6.65684.68CO2.1442.144 X 22.4/44=1.09113.88SO0.0120.012 X 22.4/64=0.0040.05H2O0.0120.012 X 22.4/18=0.0150.19C20.0560.0390.5

16、0Nb0.069 0.0550.70合計10.6137.86100.00爐氣中 Q 的體積為 7.86 X 0.5%=0.039 ;質(zhì)量為 0.039 X 32 - 22.4=0.056kg。爐氣中2的體積系爐氣總體積與其他成分的體積之差；質(zhì)量為 0.055 X 28十22.4=0.069kg 。1.3.4 計算脫氧和合金化前的鋼水量鋼水量Q =鐵水量一鐵水中元素的氧化量一煙塵、噴濺和渣中的鐵損=100 6.595 1.50 X (75%x 56/72 + 20%X 112/160) + 1 + 13.117 X 6%=90.374kg據(jù)此可以編制出未加廢鋼、脫氧與合金化前得物料平衡表11。表

17、11未加廢鋼時的物料平衡表收入支出項目質(zhì)量/kg%項目質(zhì)量/kg%鐵水100.0084.61鋼水90.3776.98石灰6.675.65爐渣13.1211.18螢石0.500.42爐氣10.619.04生白云石2.502.12噴濺1.000.85爐襯0.300.25煙塵1.501.28氧氣8.226.95渣中鐵珠0.790.56合計118.19100.00合計117.39100.00注：計算誤差為(118.19 117.39)/118.19 X 100%=0.6 %。1.3.5計算加入廢鋼的物料平衡如同“第一步”計算鐵水中元素氧化量一樣，利用表 1的數(shù)據(jù)先確定廢鋼中元素的 氧化量及其耗氧量和成

18、渣量(表12)，再將其與表11歸類合并，遂得加入廢鋼后的物料平 衡表13和表14。表12廢鋼中元素的氧化產(chǎn)物及其成渣量丿元素反應(yīng)產(chǎn)物元素氧化量/kg耗氧量/kg產(chǎn)物量/kg進入鋼中的量/kgCC T CO11.11 X 0.08% X 90%=0.0080.0110.019C T CC211.11 X 0.08% X 10%=0.0010.0030.004SiSi t (SiO 2)11.11 X 0.25%=0.0280.0320.060MnMn t (MnO)11.11 X 0.37%=0.0410.01200.053PP t (P2C5)11.11 X 0.010%=0.0010.001

19、0.002SS t SC211.11 X 0.009% X 1/3=0.00030.00030.0006S+(CaO) t (CaS)+(O)11.11 X 0.009% X 2/3=0.0006-0.00030.002合計0.0800.05911.11-0.080=11.03成渣量(kg)0.117表13 加入廢鋼的物料平衡表(以100kg鐵水為基礎(chǔ))收入支出項目質(zhì)量/kg%項目質(zhì)量/kg%鐵水100.0077.30鋼水90.3+11.03=101.4078.88廢鋼11.118.59爐渣13.117+0.117=13.2310.29石灰6.675.1610.61+0.019爐氣9.24螢石

20、0.500.390.004+0.006=10.63噴濺1.00.78輕燒生白云石2.501.90煙塵1.501.17爐襯0.300.23渣中鐵珠0.790.61氧氣8.22+0.059=8.286.40合計129.36100.00合計128.55100.00注：計算誤差為(129.36 128.55 ) /129.36 X 100%=0.6%表14加入廢鋼的物料平衡表（以100kg（鐵水+廢鋼）為基礎(chǔ)）收入支出項目質(zhì)量/kg%項目質(zhì)量/kg%鐵水90.0077.30鋼水91.2978.88廢鋼10.008.59爐渣11.9110.29石灰6.015.16爐氣9.578.27螢石0.450.39

21、噴濺0.900.78輕燒生白云石2.211.90煙塵1.351.17爐襯0.270.23渣中鐵珠0.710.61氧氣7.456.40合計116.43100.00合計115.73100.001.3.6 計算脫氧合金化后的物料平衡先根據(jù)鋼種成分設(shè)定值（表1）和鐵合金成分及其回收率（表3）算出錳鐵和硅鐵的加入 量，再計算其元素的燒損量。將所有結(jié)果與表 14歸類合并，即得冶煉一爐鋼的總物料平 衡表。錳鐵加入量Wn為：X鋼水量3 Mn 鋼種3 Mn 終點=錳鐵含Mntx Mn回收率=(0.55% 0.18 % )/(67.8 %X 80%) X 91.29=0.62kg硅鐵加入量W為:（Si鋼種一3 S

22、i終點）X加錳鐵后的鋼水量一3 Si FeMn =硅鐵含Si量X Si回收率=0.25 %X (91.29+0.53) 0.002/(73.00 %X 75%)=0.42kg鐵合金中元素的燒損量和產(chǎn)物量列于表 15表15鐵合金中元素?zé)龘p量及產(chǎn)物量類別丿元素?zé)龘p量/kg脫氧量/kg成渣量/kg爐氣量/kg入鋼量/kgC0.62 X 6.60% X 10%=0.0040.0100.015(C0 2)0.62 X 6.60% X 90%=0.037Mn0.62 X 67.80% X 20%=0.0850.0240.1080.62 X 67.80% X 80%=0.336Si0.62 X 0.50%2

23、5%=0.0010.0010.0020.62 X 0.50% X 75%=0.002錳P0.62 X 0.23%=0.001鐵S0.62 X 0.13%=0.001Fe0.62 X 24.74%=0.154合計0.0890.0350.1100.0150.530Al0.42 X 2.5%X 100%=0.0110.0100.060.42 X 0.5 %X 80=0.002Mn0.42 X 0.50%X 20%=0.00040.0001 0.00050.42 X 73.00%75%=0.230Si0.42 X 73.00%X 25%=0.0770.0880.1650.42 X 0.05%=0.00

24、02 硅P0.42 X 0.03%=0.0001 鐵S0.42 X 23.92%=0.100Fe合計0.0880.0980.1720.322總計0.1770.1330.2820.0150.862可以忽略。鋼水總量=91.29+0.862=92.15Kg脫氧和合金化后的鋼水成分如下：WC=0.10%+ (0.037/92.08) X 100%=0.14%WSi =(0.002 + 0.230)/92.08 X 100%=0.25%WMn=0.18%+ (0.335+0.002)/92.08X 100%=0.55%WP=0.020%+ (0.001/92.08) X 100%=0.021%WS=0

25、.21%+ (0.001/92.08) X 100%=0.022%11重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計1轉(zhuǎn)爐煉鋼物料平衡計算可見，含碳量尚未達到設(shè)定值。為此需在鋼包內(nèi)加焦粉增碳。其加入量W為:W= 0.18-0.14 % 鋼水量焦炭含C量 C回收率=(0.18-0.14)915 =0.06kg81.50% 75%焦粉生成的產(chǎn)物如下:碳燒損量/kg耗氧量/kg氣體量/kg成渣量/kg碳入鋼量/kg0.06 X 81.50%X25%=0.0120.0320.044+0.06 X(0.58+5.52 ) %=0.0470.06 X 12.40%=0.0070.06 X 81.50% X75%=0.037C

26、O、H2O和揮發(fā)的總和(未計算揮發(fā)分燃燒的影響)。由此可得冶煉過程(即脫氧和合金化后)的總物料平衡表16表16 總物料平衡表收入支岀項目質(zhì)量/kg%項目質(zhì)量/kg%鐵水90.0076.49鋼水92.12 (91.29+0.862+0.037)78.54廢鋼10.008.50爐渣12.20 (11.91+0.282+0.007)10.43石灰6.015.11爐氣9.63 (9.57+0.015+0.047)8.23螢石0.450.38噴濺0.900.77輕燒生白云石2.211.88煙塵1.351.15爐襯0.270.23渣中鐵珠0.710.77氧氣7.62(7.45+0.133+0.032)6.

27、47錳鐵0.620.53硅鐵0.420.36焦粉0.060.05合計117.66100.00合計116.98100.00注：計算表誤差為(117.66-116.98) /117.66 :100%=0.5%?？山普J(rèn)為(0.133+0.032)的氧量系出鋼水二次氧化所帶入。2.氧槍設(shè)計計算2.1噸鋼氧消耗量的計算根據(jù)物料平衡計算可知：每100kg金屬料的耗氧量為7.615kg ;該廠氧氣利用率90%, 氧氣純度99%密度為1.429kg/m3；則每噸金屬耗氧量為：7.57 - 90% 十 99% 十 1.429 X( 1000/100) = 60m3/t。若吹煉時間取16mi n。供氧強度為：I

28、=60/16 =3.75m 3/ (t min)2.2氧槍噴頭設(shè)計2.2.1計算氧流量氧流量Q噸鋼耗氧量裝入量吹煉時間166-80 =300nVmi n162.2.2選擇噴孔出口馬赫數(shù)Ma選取為2.0，三孔噴頭噴孔夾角為10°。理論氧壓應(yīng)根據(jù)查等熵流表(氣體絕熱函數(shù)表)來確定。查等熵流表，當(dāng) Ma=2.0, p/p°=0.1278,p=0.100981,貝U:F0=0.10098/0.1278 X 106=0.79 X 106Pa2.2.4計算喉口直徑每孔氧流量(標(biāo)態(tài))q=Q/3=98n3/min,令 CD=0.93 , T°=273+25=308K po=0.7

29、9MPa,1. 782C2 6100 1.782 0.93d 喉 0.79 1064308d 喉=40mm225計算出口直徑依據(jù)Ma=2.0,查等熵流表得 A/A喉=1.68751/2d出=（A/A 喉）d 喉=53.1mm2.2.6 收縮段長度L 收=1.2 x d 喉=1.2 x 40.9=48mm2.2.7 計算擴張段長度取半錐角為5°時，貝L 擴=（d 出-d 喉）/2tan5 ° =68mm2.2.8 噴嘴喉口長度的確定L喉=10mm2.3槍身各層管徑尺寸的確定氧槍槍身由三層同心的無縫鋼管組成，內(nèi)層管通氧氣，內(nèi)管與中層管的環(huán)縫是冷卻 水的進水通道，中層管和外層管之間的環(huán)縫是出水通道。槍身的三層管通過全焊接法或 焊接加絲扣連接法與噴頭連接在一起。2.3.1 計