年產260萬噸鋼的全連轉爐煉鋼車間設計論文

1、 PAGE43 / NUMPAGES117（2012屆）?？飘厴I(yè)設計題 目 名 稱： 年產260萬噸鋼的全連 鑄轉爐煉鋼車間設計 摘 要現代轉爐煉鋼要求采用大型、連續(xù)、高效設備先進生產工藝，布局合理、管理先進、節(jié)約能耗、減少污染、降低投資成本。根據鋼管廠的地理條件，并結合近幾年國轉爐復合吹煉與爐外精煉等主要煉鋼生產工藝的新技術，為其設計年產260萬噸鋼的全連鑄轉爐煉鋼車間。在煉鋼車間的設計之前，計算出在生產過程中噸鋼的原料加入量，并計算出爐型、氧槍等主體設備的尺寸，根據相關參數和生產實踐資料完成主廠房工藝布置。關鍵詞：爐外精煉，煉鋼，轉爐，連鑄 ABSTRACTWith the rapid d

2、evelopment of iron-steel industry now days, modern steel plants require adopting long-scale, continuous and high efficient equipment, advanced management. It should save energy, and make less pollution and reduce the investment cost.According to the Hengyang steel plant geographical conditions, comb

3、ined with the recent years domestic combined blowing on converter and secondary refining and other major steel production technology of new technology, designed with an annual output of 2600000 tons steel fully continuous casting of converter steelmaking plant.In steelmaking workshop design, calcula

4、ted in the production process of steel raw materials adding amount, and calculate the released oxygen gun type, such as the main dimensions of the device, according to the related parameters and production practice of data is done in main workshop layout.Keywords:Seelmaking；Converter；Refining；Contin

5、uous casting目 錄第1章 緒論1.1 鋼鐵工業(yè)的發(fā)展1.2 煉鋼工藝流程.第2章 設計概述.2.1 設計原則與容.2.1.1 設計原則2.1.2 設計容2.2 建廠地理條件2.3 產品方案2.3.1 冶煉鋼種與成分2.3.2 產品方案2.3.3 金屬平衡2.4 轉爐車間作業(yè)指標2.4.1 轉爐冶煉周期2.4.2 轉爐作業(yè)率2.4.3 鑄坯收得率2.4.4 轉爐壽命與冷修時間2.5 轉爐容量與座數確定2.6 采用的新技術第3章 爐型與氧槍設計計算.3.1 轉爐爐型設計.3.1.1 爐型的選擇3.1.2 爐型的主要參數3.1.2.1 爐容比3.1.2.2 高寬比3.1.3 爐型主要尺寸

6、的確定3.1.3.1 熔池直徑3.1.3.2 熔池深度3.1.3.3 爐帽尺寸3.1.3.4 爐身尺寸3.1.3.5 出鋼口尺寸3.1.3.6 爐襯材質和爐襯厚度的確定3.1.3.7 爐子的高寬比核定3.1.4 補爐3.2 氧槍設計.3.2.1 噴嘴類型的選擇和主要尺寸的確定 .3.2.1.1 噴嘴的類型3.2.1.2 噴嘴主要尺寸的確定3.2.2 氧槍強身各層管徑尺寸的確定3.2.3 強身長度的確定3.2.4 氧槍升降和更換機構3.2.4.1 對氧槍升降和更換機構的要求3.2.4.2 氧槍垂直升降機構3.2.4.3 氧槍各操作點的控制位置3.3 副槍設計第4章 主廠房工藝布置4.1 原料跨間

7、布置4.1.1 鐵水供應系統(tǒng)4.1.1.1 混鐵爐方式4.1.1.2 混鐵車方式4.1.2 廢鋼4.1.3 散裝料的供應4.1.4 鐵合金供應系統(tǒng)4.1.5 轉爐渣罐的轉運4.1.6 原料跨廠房尺寸的確定4.2 轉爐跨間布置4.2.1 轉爐位置的確定4.2.1.1 轉爐中心線與廠房柱子縱向行列線距離的確定4.2.1.2 轉爐耳軸中心線標高的確定4.2.1.3 轉爐在主廠房縱向的位置和轉爐的間距4.2.2轉爐跨各層平臺標高的確定4.2.2.1 轉爐操作平臺4.2.2.2 散裝料系統(tǒng)平臺4.2.2.3 氧槍系統(tǒng)平臺4.2.2.4 副槍平臺4.2.2.5 煙氣凈化系統(tǒng)平臺4.2.3 轉爐跨廠房尺寸的

8、確定4.2.3.1 轉爐跨長度的確定4.2.3.2 轉爐跨的跨度確定4.2.3.4 轉爐跨廠房高度4.3 精煉跨間布置4.3.1 爐外精煉技術的選擇4.3.1.1 爐外精煉的功能4.3.1.2 選擇爐外精煉的技術的依據4.3.2 鐵水吹氬處理4.3.2.1 鐵水吹氬處理的功能4.3.2.2 吹氬設備布置4.3.3 RH脫氣法4.3.3.1 RH法的冶金功能和適用條件4.3.3.2 RH設備與工藝布置4.3.4 LF精煉爐4.3.4.1 LF法的冶金功能4.3.4.2 LF爐設備與工藝布置4.3.5 鋼水喂線處理4.3.5.1 鋼水喂線處理的冶金功能4.3.5.2 喂線機的選擇4.4 連鑄跨間布

9、置4.4.1 連鑄機的機型與主要工藝參數的確定4.4.1.1 鋼包允許的澆注時間4.4.1.2 鑄坯斷面4.4.1.3 拉坯速度4.4.1.4 連鑄機的流數4.4.1.5 鑄坯的液相深度與冶金長度4.4.1.6 弧形長度4.4.2 連鑄機生產能力的確定4.4.2.1 連鑄機和煉鋼爐的合理匹配和臺數的確定4.4.2.2 連鑄澆注周期計算4.4.2.3 連鑄機的作業(yè)率4.4.2.4 連鑄坯收得率4.4.2.5 連鑄機生產能力的計算4.4.3 連鑄機在主廠房的平面布置4.4.4 連鑄機的尺寸確定4.4.5 連鑄區(qū)域的布置4.4.6 連鑄工藝布置圖舉例4.4.6.1 小方坯連鑄機工藝布置圖4.4.6.

10、2 板坯連鑄車間工藝布置實例4.4.6.3 武鋼連鑄坯熱送熱裝的發(fā)展和展望4.5 其他設備的選擇4.5.1 復合吹煉底部供氣元件的選擇和布置4.5.2 鋼包需用量4.5.3 渣鋼和渣罐車4.5.4 起重機的選擇第5章 輔助系統(tǒng)工藝布置5.1 供氧系統(tǒng)5.1.1 供氣系統(tǒng)工藝流程5.1.2 車間需氧量計算5.1.2.1 一座轉爐冶煉時的小時耗氧量5.1.2.2 車間小時耗氧量5.1.2.3 制氧機的選擇 5.2 凈化回收系統(tǒng)5.2.1 OG凈化回收系統(tǒng)5.2.2 靜電除塵干式凈化系統(tǒng)5.3 轉爐煙氣凈化與回收系統(tǒng)5.3.1 二次除塵系統(tǒng)5.3.2 廠房除塵5.4 爐下出鋼出渣系5.4.1 鋼渣處

11、理系統(tǒng)5.4.1.1 鋼渣水淬5.4.1.1 用返回渣代替部分造渣劑5.4.2 含塵污水處理系統(tǒng)第6章 專題論文.6.1 6.2 .結論參考文獻致附錄附錄第1章 緒論1.1 鋼鐵工業(yè)的發(fā)展鋼鐵工業(yè)是原材料工業(yè)，也是基礎工業(yè)。它的發(fā)展是和整個經濟發(fā)展規(guī)模和速度相適應的。鋼鐵工業(yè)又是用途廣、用量大的材料，鋼鐵工業(yè)和各經濟部門的發(fā)展密切相關，各經濟部門使用鋼材的數量和品種質量是不盡一樣的，因此產業(yè)結構的變化和發(fā)展將直接影響到鋼鐵工業(yè)的發(fā)展速度和產品結構。一般情況，在經濟發(fā)展初期，基礎設施、基礎工業(yè)、建筑業(yè)發(fā)展較快，鋼材消費量增長較快，產品結構條鋼型材比例較大。加工制造業(yè)快速發(fā)展時期，例如：汽車制造業(yè)

12、、造船、農業(yè)機械、家用電器等等，板材扁平材比例增長較快。而當第三產業(yè)和高技術產業(yè)發(fā)展到一定比例時，鋼材消費量便相對下降。鋼鐵是經濟建設和科學發(fā)展必不可少的基礎材料。我國粗鋼產量由2000年的12850萬噸上升到2011年的6.955億噸。由于我國經濟飛速發(fā)展的需要，相當長的時期看不出鋼產量會出現萎縮或銳減的征兆；我國在繼續(xù)發(fā)展基礎設施、基礎工業(yè)、加工制造業(yè)的同時也要努力發(fā)展高新技術和高新技術產業(yè)，改變經濟結構，參與世界市場的競爭。因此，我國鋼產量的增長勢態(tài)也將減緩。當然我國的鋼鐵業(yè)雖然從1996年以來已成為世界第一鋼產量大國，但改革和調整我國鋼鐵產業(yè)結構的任務還相當繁重，因此今后我國鋼鐵工業(yè)的

13、發(fā)展和實現現代化，重點是大力改造老鋼廠和重點增建現代化新鋼廠。表1-1 2000-2010年中國鋼鐵年產量統(tǒng)計年代粗鋼產量(萬噸)鋼材產量(萬噸)20001285013146200115163157452002182371920020032223423500/241192004272802973920053531037117200642266466852007489665646120085004958177/58434200957357/5678469626/6924420106943279627圖1-1 2000-2010年中國鋼鐵年產量示意圖現在我國鋼鐵企業(yè)面臨的問題：（1）受一度時期國家

14、擴建基礎設施、房產投資快速增長等市場因素和研發(fā)投入不足的影響，導致結構不合理，高端產品、新產品比重偏低。（2）聯(lián)合重組進展不快，產業(yè)布局有待優(yōu)化。（3）資源保障程度低，節(jié)能減排水平尚需提高。（4）清潔生產、污染治理、節(jié)能降耗等方面與世界水平還有明顯的差距。（5）產能過剩與成本上升并存，經濟效益水平偏低。中鋼協(xié)對中國鋼鐵工業(yè)提出的轉變要求：（1）在生產經營上，由追求產量擴，靠資源投入的粗放經營，向注重品種質量效益提高，靠技術進步、科學管理、人才成長的集約化經營轉變。（2）在企業(yè)發(fā)展上，有只注重鋼鐵主業(yè)發(fā)展，向既做強鋼鐵主業(yè)，又向鋼鐵上游產業(yè)鏈延伸的一業(yè)為主，適度發(fā)展相關多元產業(yè)轉變。（3）在新增

15、產能和產業(yè)布局調整上，要由過多在陸發(fā)展，向沿海和靠近原料、靠近用戶的地方發(fā)展轉變。（4）在科技創(chuàng)新上，要由消化引進技術集成創(chuàng)新，逐步向更多的原始發(fā)明創(chuàng)新、能引領行業(yè)發(fā)展轉變。1.2 煉鋼工藝流程廢鋼廢鋼槽高爐鐵水罐氧氣氧槍鐵水混鐵車稱量轉爐擋渣出鋼鋼水鋼包吹氬喂絲中間包結晶器二冷區(qū)拉矯機火焰切割機鑄坯精整合格坯初軋精軋鋼材廢鋼回爐保護渣LF爐鐵合金保溫劑烘烤爐渣罐渣場渣液煙罩煙道一級文氏管抽氣機煙囪排空廢氣二級文氏管噴淋塔氣化冷卻廢水沉淀池泥漿煤氣儲氣罐礦石或鐵皮地下料倉全膠帶上料系統(tǒng)螢石石灰焦炭高位料倉稱量漏斗匯集漏斗 圖1-2 轉爐車間工藝流程圖第2章 設計概述2.1 設計原則與容2.1.

16、1 設計原則（1）貫徹執(zhí)行黨和國家經濟建設的方針、政策與其有關規(guī)定，在選擇廠址和進行工廠總平面布置時，應盡量避免或少占用現有耕地，節(jié)約土地；三廢(廢氣、廢水、廢渣)的處理和排除不應有害于農業(yè)生產，且應綜合利用。不應單純追求產品的數量和速度，要特別注意保證產品的質量與厲行節(jié)約，降低生產成本，注重經濟效益和社會效益。在確定企業(yè)規(guī)模和產品方案時，則要考慮到國家當前發(fā)展鋼鐵工業(yè)對建廠規(guī)模和發(fā)展遠景的要求，適當留有余地。（2）設計中的重大技術決定和方案必須緊密結合我國的具體情況，保證技術先進與經濟合理相結合，在技術方案可靠的前提下，盡量節(jié)省基建投資。如對生產工藝流程和機器設備(裝備水平)的選擇必須考慮我

17、國現有生產技術水平和提高機械化、自動化程度的可能性和必要性，即工藝流程要可靠，裝備水平要合理，以保證企業(yè)建成投產后能夠高產、優(yōu)質、高效與低消耗地進行生產。（3）加強協(xié)作建廠，加強聯(lián)合，促進經濟區(qū)域合作，以減少用于解決供水、供電、供氣、交通運輸與職工文化生活福利等方面的投資。（4）充分利用當地物質資源和發(fā)揮現有工業(yè)基地的潛力。如生產和基建所需的一切物資應盡可能在當地或國取得供應。考慮靠近現有工業(yè)基地建廠，以促進對原材料、動力和半成品的供銷協(xié)作與生產協(xié)作，并有利于組織廢料利用的生產。 （5）設計應充分體現社會主義制度對勞動者安全與健康的關懷，應把環(huán)境保護提到重要的位置。所有的生產流程、車間布置的設

18、備等的設計都必須考慮應有的安全措施和勞動保護。特別是“三廢”的排除不應影響職工住宅區(qū)和附近居民點的生活與健康。嚴格按環(huán)境保護法辦事，嚴禁污染環(huán)境。2.1.2 設計容設計容包括：產品方案確定，轉爐爐型設計（轉爐公稱容量與座數確定、爐型尺寸計算等），氧槍設計，轉爐主廠房的設計（車間設備選擇與布置，各跨間的設計），輔助系統(tǒng)的設計等。2.2 建廠地理條件市位于省東南部，湘江中游，東鄰株洲，南抵，西南接永州，西北挨，北達、，面積15310平方公里。景色優(yōu)美、氣候溫和是一座有著二千多年歷史的名城，地處五岳獨秀南岳衡山之南，傳說“北雁南飛、至此歇翅停回”，故又稱“雁城”。歷來是“南北要沖，兩廣咽喉”，交通極

19、為發(fā)達，京廣和湘桂兩條鐵路干線在此交匯，京珠高速公路、107和322國道以與連接湘、贛、閩三省的“三南公路”貫穿全境。湘江航道建成后，千噸級貨船可常年直達長江。航空方面，機場正在籌建之中，距黃花國際機場200公里，與國主要城市都有直達航班，并已開通至、澳門、曼谷直達航班。2.3 產品方案煉鋼產品方案主要取決于軋鋼對坯料的要求，同時也要考慮到目前轉爐所能冶煉的品種，連鑄所能澆鑄的鑄坯斷面與尺寸(坯重)，以與它們各自在技術上和經濟上的合理性，使煉鋼能力與軋鋼能力相平衡。另外，也要考慮煉鋼對鐵水成分與溫度、廢鋼以與其它原材料的要求。在制定產品方案時必須把技術上的先進性、可靠性和經濟上的合理性很好地統(tǒng)

20、一起來。一般來說，煉鋼產品方案盡量希望品種單一，批量大，產量相對穩(wěn)定，并留有一定的生產潛力。在制定金屬平衡時。要考慮各個工序相應的合格產品收得率，其方法一般是根據鋼材產品方案按軋鋼-煉鋼-煉鐵的順序逆向逐步推算出來。為了制定煉鋼產品方案，首先要把鋼鐵聯(lián)合企業(yè)三大主體車間的生產計劃流程作出，然后根據軋材要求，最終確定煉鋼產品方案。當然，煉鋼產品方案中鑄坯的總產量必須保持在上述生產計劃流程中的總產量之。2.3.1 冶煉的鋼種、代表鋼號與其化學成分本設計冶煉的鋼種、代表鋼號與其化學成分見表2-1所示。表2-1冶煉的鋼種、代表鋼號與其化學成分鋼種鋼號化學成分/%CSiMnPSCuAl普碳鋼Q2350.

21、140.220.120.300.350.550.0450.050.30Q2750.280.380.150.350.50.80.0450.050.30低合金鋼16Mn0.120.200.200.601.21.60.0500.050.3020MnSi0.170.230.400.701.31.60.0450.0450.30硅鋼熱軋硅鋼0.083.804.400.200.200.020.050.12冷軋硅鋼0.072.83.200.050.080.0150.0250.050.0250.022.3.2 產品方案本設計的產品方案見表2-2所示。表2-2產品方案鋼 種連鑄坯產量/(萬ta-1)生產比例/%精

22、煉方式普 碳 鋼10038.46吹氬或LF低合金鋼12046.15LF或LF+VD硅 鋼4015.39RH總 計260100說明：本設計連鑄比100%；精煉比100%；合金比37.5%。連鑄坯規(guī)格：鑄坯斷面尺寸（mm2），取決于軋材產品類型和軋機的規(guī)格，如果是生產型材（角鋼、工字鋼、輕軌鋼、圓鋼等），軋機為1700軋機，可采用方形鑄坯，其斷面應為250mm1600mm，如果是生產板材，則應采用板坯;鑄坯定尺長度，取決于加熱的尺寸，一般定尺長度有2.2m、2.6m、3.2m、4.2m、6m等;鑄坯單重。2.3.3 金屬平衡（見圖2-1，圖中數據單位：萬t）預處理鐵水309.5入轉爐鐵水303.3

23、（98.0%）廢鋼33.7鐵水損失6.2（2.0%）精煉前鋼水310.1（92.0%）吹損27.0（8.0%）精煉損失31.0（10.0%）精煉后鋼水279.1（90.0%）中間包鋼水273.5（98.0%）注余鋼水3.3（1.2%）事故與回爐鋼水2.3（0.8%）中間包損失3.3（1.2%）切頭切尾3.0（1.1%）氧化鐵皮1.9（0.7%）原坯265.3（97.0%）合格坯260（98.0%）廢品1.8（0.7%）清理損失3.5（1.3%）圖2-1 金屬平衡圖2.4 轉爐車間作業(yè)指標2.4.1 轉爐冶煉周期指每煉一爐鋼所需要的總時間，即兩次出鋼之間的時間。它包括吹煉時間（即吹氧時間，與供氧

24、強度有關），輔助時間（兌鐵水、加廢鋼、取樣、測溫、倒渣、出鋼和補爐等），以與耽誤時間（檢查爐襯、清理爐口、因調度不與時的等待，設備臨時故障）等三部分。冶煉周期的長短，隨爐容量大小，鐵水條件，吹煉工藝操作和設備裝備水平而變動，冶煉周期一般為3040min，最快25min，其中吹氧時間1418min。冶煉周期是決定轉爐生產率的最主要的因素。推薦值見表2-3。按照產品方案中各品種的生產比例，可求出轉爐煉一爐鋼的平均冶煉時間，見表2-4。表2-3 轉爐冶煉周期和吹氧時間推薦值轉爐公稱噸位/t3030100100備 注冶煉周期/min283232383845結合供氧強度、鐵水成分和所煉鋼種等具體條件確定

25、吹氧時間/min121614181620表2-4 轉爐煉一爐鋼的平均冶煉時間平均冶煉時間/min煉一爐鋼的時間/min裝料吹氧輔助時間出鋼倒渣合計51885339392.4.2 轉爐作業(yè)率轉爐作業(yè)率：指轉爐一年的有效工作天數與日歷天數之比。爐子非作業(yè)天數，包括計劃停爐（指定期檢修），準備（指修補出鋼口與貼補爐襯渣線處，清除爐口結鐵、更換氧槍等），等待（指吊車對準，等鐵水以與調度的不平衡）和設備故障。由于采用濺渣護爐技術，轉爐作業(yè)率可顯著提高。一般非作業(yè)天數波動在1035天，即作業(yè)率為90%97%。本設計選取轉爐作業(yè)率95%。2.4.3 鑄坯收得率鑄坯收得率：指爐產合格鑄坯與爐產鋼水量之比。2.

26、4.4 轉爐壽命與爐子冷修時間轉爐壽命是指轉爐在一個爐役期煉鋼的爐數。主要取決于爐襯材料和吹煉過程中的維護情況。設計時爐齡可取2000025000爐。上修爐方式爐底采用固定式死爐底，適用于大型轉爐，下修爐方式采用可拆卸活動爐底?？刹鹦稜t底又有大爐底和小爐底之分。轉爐的冷修過程，包括冷卻、拆爐、檢修煙罩、砌爐、烘爐等幾個步驟。按設計部門推薦，每個環(huán)節(jié)所需的時間如表1-5所示。表1-5 轉爐冷修計劃h冷 卻拆 爐檢修煙罩砌 爐烘 爐合 計885240.545.52.5 轉爐容量和座數的確定按轉爐“一吹一”方案考慮，年出鋼爐數為：根據上面計算結果并參照轉爐系列，確定轉爐公稱容量為250。爐子容量應和

27、國家標準澆注起重機的起重能力相適應。即吊車的起重能力必須大于轉爐最大出鋼量和鋼包（有襯）的重量之和，并應有一定的富余能力。參見表1-6所示。表1-6 與轉爐配套的鋼包容量和澆注起重機的配合轉爐公稱容量/t50100120150200250300最大出鋼量/t60120150180220275320鋼包容量/t60120150180220275320澆注起重機/t100/32180/63/20225/63/20280/80/20360/100/20400/100/20450/100/20轉爐座數的確定。為了減少車間的設備互相干擾，爐子座數不宜太多，但必須保持車間始終有固定數目的爐子在吹煉，以發(fā)揮

28、生產潛力。本設計選定1座公稱容量為250的頂底復吹轉爐，采用“一吹一”方案。爐型與氧槍設計計算3.1 轉爐爐型設計3.1.1 爐型的選擇轉爐爐型是指轉爐砌筑后的部形狀。爐型的選擇和各部位尺寸確定得是否合理，直接影響著工藝操作、爐襯壽命、鋼的產量與質量以與轉爐的生產率。選擇爐型要根據生產規(guī)模所確定的轉爐噸位、原材料條件，并對已投產的各類型轉爐進行調查，了解生產情況，爐襯侵蝕情況和供氧參數與爐型的關系，為爐型選擇提供實際數據。選擇爐型應考慮因素如下：(1)要求爐型有利于煉鋼物理化學反應的順利進行，有利于金屬液、爐渣、爐氣的運動，有利于熔池的均勻攪拌；(2)有較高的爐襯壽命；(3)爐噴濺物要少，金屬

29、消耗要低；(4)爐襯砌筑和維護方便，爐殼容易加工制造；(5)能夠改善勞動條件和提高作業(yè)率。隨公稱噸位的增大，爐型由細長型向矮胖型方向發(fā)展。轉爐爐型按金屬熔池的形狀可以分為筒球型、錐球型和截錐型三種。如圖3-1所示。筒球型熔池是由圓柱體和球缺體組合而成。它的優(yōu)點是爐型簡單，砌筑方便，爐殼制造容易。與一樣噸位其他兩種爐型的轉爐相比，它有較大的直徑，有利于反應的進行，多用于200t以下的轉爐。這種爐型使用較多，我國鞍鋼150t轉爐、攀鋼120t轉爐都是這種爐型。我國1993年5月1日新頒布的YB905892煉鋼工藝設計技術規(guī)定提出：150t的轉爐采用筒球型死爐底。錐球型熔池由球缺體和截頭圓錐體組成。

30、與一樣噸位的筒球型比較，錐球型熔池加深了，有利于保護爐底。其型更適合于鋼水的運動，利于物理化學反應。在同樣熔池深度情況下，如底部尺寸適當，熔池直徑會比筒球型大些，反應面積有所增加，有利于脫除P、S。但由于大的熔池直徑需靠增大爐殼來實現，所以同等條件下，其投資高于筒球型爐子。我國大型轉爐均采用這種爐型，如寶鋼300t轉爐、首鋼210t轉爐均為錐球型。截錐型熔池為截頭圓錐體。其特點是結構簡單，熔池為平底，易于砌筑。在一定的反應面積下可保證熔池深度，適用于小型轉爐，我國過去已建成的30t以下的小轉爐應用較多。冶金部技術規(guī)定中提出“公稱噸位不大于100t的轉爐可采用截錐型活爐底”。國外很少有這種爐型。

31、本設計轉爐的公稱容量是250t，選用錐球型死爐底。3.1.2 爐型的主要參數3.1.2.1 爐容比轉爐的爐容比又稱為容積系數，以V/T表示，即轉爐的工作容積與公稱噸位之比。它表示每單位公稱噸位所需轉爐有效冶煉空間的體積，其單位是m3/t。合適的爐容比，能夠滿足吹煉過程中爐激烈的物理化學反應的需要，從而能獲得較好的技術經濟效果和勞動條件。爐容比過大，增加設備重量、廠房高度，耐火材料消耗也增加，因而使整個車間費用增加，成本較高；而爐容比過小，爐沒有足夠的反應空間，勢必引起噴濺，對爐襯的沖刷加劇，操作惡化，導致金屬消耗增多，爐襯壽命降低，不利于提高生產率。選擇爐容比時應考慮以下因素：(1)鐵水比、鐵

32、水成分。隨著鐵水比和鐵水中Si、P、S含量增加，爐容比應相應增大。若采用鐵水預處理工藝時，爐容比可以小些；(2)供氧強度。供氧強度增大時，吹煉速度較快，為了不引起噴濺就要保證有足夠的反應空間，爐容比相應增大些；(3)冷卻劑的種類。采用鐵礦石或氧化鐵皮為主的冷卻劑，成渣量大，爐容比也需相應增大些；若采用廢鋼為主的冷卻劑，成渣量小，則爐容比可適當選擇小些。爐容比還與氧槍噴嘴結構有關。由于頂底復吹轉爐吹煉比較平穩(wěn)，噴濺較少，因此，復吹轉爐的爐容比可以比頂吹轉爐稍小。最近我國設計部門推薦的轉爐新砌爐襯的爐容比為0.900.95m3/t，小轉爐取上限，大轉爐則取下限。本設計取0.90m3/t。3.1.2

33、.2 高寬比高寬比指轉爐總高與爐殼外徑之比，用H總/D殼表示。一般是在爐型設計完成以后，對H總/D殼進行核算。必須防止兩種傾向：轉爐爐體過于細長，必然導致廠房高度和相關設備的高度有所增加，使基建投資和設備費用增加；過于矮胖的爐型，爐噴濺物易于噴出爐外，熱量和金屬損失較大。因此，高寬比是轉爐設計是否合理、各參數選擇是否恰當的一個尺度。復吹轉爐由于頂吹射流的一部分反射二次動能為底吹氣流所抵消，因此，鋼渣的噴濺高度相應地比頂吹轉爐低，從而使復吹轉爐的高寬比比頂吹轉爐可以稍小些。復吹轉爐的高寬(徑）比的通常取1.251.45，小轉爐取上限，大轉爐取下限。3.1.3 爐型主要尺寸的確定新轉爐的爐型和各部

34、位尺寸可根據經驗公式計算，結合現有轉爐的生產實際，并通過模型試驗來確定。筒球型轉爐主要尺寸如圖3-2所示。3.1.3.1 熔池直徑D熔池直徑指轉爐熔池在平靜狀態(tài)時金屬液面的直徑。它主要與金屬裝入量和吹氧時間有關。我國設計部門推薦的熔池直徑計算的經驗公式為：（31）式中 D熔池直徑，m； G0新爐金屬裝入量，t； K比例系數，可參考表3-1來確定； t吹氧時間，min。Friedl由統(tǒng)計得到如下公式： D（0.660.05）G0.4 （32） 式中 G轉爐公稱噸位，t。公式31適用于小轉爐的爐型計算。公式32適用于大型轉爐爐型的計算。本設計計算 D0.692500.46.281 m選取D為629

35、0mm。表3-1 比例系數K的推薦值轉爐公稱噸位/t3030100100備 注比例系數K值1.852.101.751.851.501.75大噸位取下限、小噸位取上限3.1.3.2 熔池深度熔池深度指轉爐熔池在平靜狀態(tài)時，從金屬液面到爐底的高度。對于一定噸位的轉爐，爐型和熔池直徑確定之后，可根據幾何公式計算熔池深度h0。 錐球型熔池圖3-3 錐球型熔池各部位尺寸D-熔池直徑；d1-倒錐臺底面直徑；h1-錐臺高度；h2-球缺體高度熔池由倒錐臺和球缺兩部分組成，見圖3-3a，其體積為：根據統(tǒng)計，球缺曲率半徑，則。在上述條件下，熔池深度為：因而：計算如下：3.1.3.3 爐帽尺寸氧氣轉爐一般都采用正口

36、爐帽，其主要尺寸有爐帽傾角、爐帽高度和爐口直徑。A 爐口直徑在滿足兌鐵水和加廢鋼的前提下，應盡量減少爐口直徑，以降低熱損失，減少空氣吸入，避免影響爐襯壽命和改善爐前操作條件。一般爐口直徑為：大轉爐取下限，小轉爐取上限。本設計 0.456290=2830.5選取為2830。 B 爐帽傾角傾角過小，爐帽砌磚容易塌落；傾角過大，出鋼時易從爐口流渣。一般為6068，大轉爐取下限，小轉爐取上限。本設計取60。 C 爐帽高度H帽 爐帽的總高度是截錐體高度與爐口直線段高度之和。直線段H直一般為300400 mm。其計算公式如下：H帽H斜+H直1/2（D-d口）+(300400)爐帽容積為：本設計計算選取H直

37、=400mm，則 H帽=H斜+H直=1/2（D-d口）+400=1/2（6290-2830）+4003.1.3.4 爐身尺寸 轉爐在熔池面以上爐帽以下的圓筒柱體部分稱為爐身。爐身高度H身可按下式計算：轉爐有效容積V總公稱容量爐容比2500.90225V身V總V帽V熔22553.7639.382131.858 m33.1.3.5 出鋼口尺寸 出鋼口主要參數包括出鋼口位置、出鋼口角度與出鋼口直徑。 A 出鋼口位置 出鋼時出鋼口應處于鋼液最深處，這樣鋼水容易出凈，又不易下渣。出鋼口位置設在爐帽和爐身襯的交界處。 B 出鋼口角度 出鋼口角度是指出鋼口中心線與水平線的夾角，其大小應考慮縮短出鋼口長度，有

38、利維修、減少鋼水二次氧化與熱損失，所以出鋼口角度在1525，國外不少轉爐采用0。本設計采用15角的出鋼口。 C 出鋼口直徑 可按下列經驗公式計算：式中 出鋼口直徑，cm； G轉爐的公稱噸位，t。本設計計算 選取為224。3.1.3.6 爐襯材質與爐襯厚度的確定爐襯材質一般分為工作層、填料層和永久層（有的沒有填料層）。本設計無填料層。材質分別為焦油白云石磚或焦油鎂砂磚、鎂砂、鎂磚。各部分爐襯和爐殼鋼板厚度可參照表3-2和表3-3所示。表3-2 轉爐爐襯厚度爐襯各部位名稱轉爐公稱噸位/t100100200200本設計250爐帽永久層厚度/mm60115115150115150150工作層厚度/mm

39、400600500600550650650爐身（加料側）永久層厚度/mm115150115200115200200工作層厚度/mm550700700800750850750爐身（出鋼側）永久層厚度/mm115150115300115200200工作層厚度/mm500650600700650750700爐底永久層厚度/mm300450350450350450450工作層厚度/mm600650600650600750750表3-3 轉爐爐殼鋼板厚度部 位轉爐噸位/t50100150200本設計250尺寸/mm爐帽4555606065爐身5570707580爐底4560606065爐殼鋼板常用的材質

40、有16Mn、15MnTi、14MnNb等低合金高強度鋼。本設計選取鋼板材質為14MnNb。3.1.3.7 爐子的高寬比核定H總H帽+H身+爐底爐襯厚度+爐底鋼板厚度3396+4246+1748+1200+6510655mm D殼D+爐身兩邊爐襯的厚度+爐殼鋼板厚度6290+1850+1608300mm H總/D殼=10655/8300=1.28 在設計推薦值圍。國外一些轉爐爐型主要工藝參數見表3-4。表3-4 國外一些轉爐爐型主要工藝參數序號國 家中國日本中 國美國日本中國公稱噸位/t501001201502302503001爐殼全高H總/mm7470850097509250117321100

41、0115002爐殼外徑D殼/mm51105400667070007720820086703爐膛有效高度H/mm649176728150848010600104584爐膛直徑D/mm35004000486052606250567068325爐有效容積V/mm52.7280121129.1209.31933156爐口直徑d口/mm18502200220025002360300036007熔池徑D/mm3500400048605260625067408熔池深度h0/mm108513501447172519549熔池面積S/m29.6212.5718.8521.7330.7033.910熔池容積V熔/

42、m319.433.911爐帽傾角/()62.16012出鋼口徑d/m鋼口傾角/（）20201514H總/D殼1.461.571.461.321.521.451.3215H/D1.8551.921.661.611.721.5316爐容比0.950.831.010.860.910.7741.0517熔池面積/公稱噸位0.1920.1260.1550.1450.1330.1070.12218D口/D52.95545.347.553.752.7補爐采用濺渣和噴補相結合的工藝措施，從而提高爐齡。濺渣是通過氧槍使用氮氣將爐渣濺起，使其粘補至爐襯上。常用的調渣劑有：輕燒白云石、生白

43、云石、輕燒菱鎂球、冶金鎂砂、菱鎂礦渣和含MgO較高的石灰。轉爐熱噴補是熱態(tài)時對轉爐襯損毀部位進行噴補的方法，熱噴補分為半干法、濕法兩種方法。 半干法：是將噴補料放入壓力罐，壓送到噴射嘴時在其附近和水混合的一種方法。 濕 法：是將細顆粒和大量粒度小于0.1mm的粉料放入罐加水混合后，壓送到噴嘴進行噴補的方法。 我國使用的噴補料是冶金鎂砂，常用的結合劑有固體水玻璃，即硅酸鈉（Na2OnSiO2）、鉻酸鹽、磷酸鹽（三聚酸鈉）等。濕法和半干法噴補料成分如表3-5所示。表3-5 補爐料成分噴補方法噴補料成分/%各種粒度所占比例/%水分/%MgOCaOSiO21.0mm1.0mm濕 法9113109015

44、17半干法9052.5257510173.2 氧槍設計氧槍又稱噴槍或吹氧管，它是轉爐吹氧設備中關鍵性部件。其構造如圖3-4所示。氧槍是由噴嘴和槍身兩部分組成。轉爐反應區(qū)的溫度高達20002600。在吹煉過程中，氧槍不僅要承受熔池中爐氣、爐襯的輻射、對流和傳導的復雜熱交換作用，而且由于熔池激烈的化學反應造成了鋼液、爐渣對氧槍的沖刷作用。所以要求氧槍要有良好的水冷系統(tǒng)和牢固的金屬結構，保證氧槍能夠耐高溫、抗沖刷侵蝕和振動，加工制造方便等。從圖3-4可知，槍身是由三層同心鋼管組成。管是氧氣通道，層管與中層管之間是冷卻水的進水通道；中層管與外層管之間是冷卻水的出水通道。3.2.1 噴嘴類型的選擇與主要

45、尺寸計算3.2.1.1 噴嘴的類型本設計選用的是拉瓦爾型的噴嘴，噴孔數確定為四孔，整個噴嘴由收縮段、喉口段、擴段三部分構成。喉口處于收縮段和擴段的交界，此處截面積最小，通常把喉口直徑稱為臨界直徑，把該處的面積稱為臨界斷面積。3.2.1.2 噴嘴主要尺寸的確定（1）供氧量計算 根據物料平衡熱平衡計算得，每噸金屬氧耗量（標態(tài)）為45.67m3，氧氣利用率取85%，轉爐金屬收得率為92%，則轉爐噸鋼氧耗量由計算可得約為60m3/t，吹氧時間為18min，則供氧量（標態(tài)）：即：Q（2）選用噴嘴出口馬赫數 馬赫數Ma的大小決定噴嘴氧氣出口速度，即決定氧射流對熔池的沖擊能力。選用過大，則噴濺大，清渣費時，

46、熱損失增大，增大渣料消耗與金屬損失，而且轉爐襯與爐底易損壞；選用過低，由于攪拌作用減弱，氧的利用率低，渣中TFe含量高，也會引起噴濺。當馬赫數Ma2.0時隨馬赫數的增長氧氣的出口速度增加變慢，要求更高理論設計氧壓，這樣，無疑在技術上不夠合理，經濟上也不劃算。目前國推薦馬赫數Ma=1.82.1。50100t轉爐，Ma=1.952.0；大于120t轉爐，Ma=2.02.1。本設計中馬赫數選用Ma2.1。（3）噴孔夾角 三孔噴嘴，為911；四孔噴嘴，為1013；五孔噴嘴，為1315。本設計采用四孔噴嘴，選用噴孔夾角。 （4）確定理論設計氧壓 查等熵流（等熵流氧氣由理想噴嘴流出時的超音速流。實際氧流通

47、過時必定有摩擦，不能全絕熱。）表（表3-6），當Ma2.1，0.1094，0.0981MPa(5)計算喉口直徑每孔氧流量（標態(tài)），應用公式令0.93（噴嘴流量系數），273+35308K注：為氧氣滯止溫度K，一般按當地夏天溫度選取，=273+（3040）K,=0.9MPa，代入上式：2091.7820.93則5.60cm56mm表3-6 等熵流的實驗數據1.800.17400.28680.60681.4302.000.12780.23000.55561.6881.830.16620.27760.59891.4722.030.12200.22250.54821.7301.850.16120.27

48、150.59361.4952.050.11820.21760.54331.7601.880.15390.26270.58591.5312.070.11460.21280.53851.7901.900.14920.25700.58071.5552.100.10940.20580.53131.8371.930.14250.24860.57331.5932.300.079970.16460.48592.1931.950.13810.24320.56801.6192.500.058530.13170.44442.6371.970.13390.23780.56301.6462.700.042950.10

49、560.40683.1831.990.12980.23260.55891.6743.000.027220.076230.35714.235表中 馬赫數；轉爐爐膛氣體壓力，Pa；理論設計氧壓，在設計噴嘴按理論設計氧壓選取，Pa；進入噴嘴前氧氣的體積密度，kg/m3；離噴嘴前氧氣的體積密度，kg/m3；進入噴嘴前氧氣的溫度，K；氧氣滯止溫度，K；噴孔出口總斷面積，m2；噴嘴喉口總斷面積，m2。(6)計算出口直徑依據Ma2.1，查等熵流表得A/A喉1.837A1.837（7）計算擴段長度取半錐角為5：tg5（8）計算收縮段長度L收1.2d喉1.25667.2mm67mm收縮段半錐角希望為1823，最

50、大不超過30。收縮段的長度。收縮段入口處的直徑，一般希望為喉口直徑的2倍左右。收縮段入口處的直徑可由下列公式確定：取收縮段半錐角為22，有(9)噴嘴喉口長度的確定喉口長度推薦為510mm。取L喉10mm3.2.2 氧槍槍身各層管徑尺寸的確定氧槍槍身由三層無縫鋼管套裝而成，層是氧氣通道，層管和中層管之間的環(huán)縫是進水通道，中層管和外層管之間的環(huán)縫是出水通道。 選定供氧強度(標態(tài))為I3.3m3/tmin 理論設計氧壓為 0.9MPa 出口氧壓為 0.0981MPa轉爐公稱噸位為 250t氧氣進口速度為 60m/s（1）層管直徑層管是氧氣通道，直徑應等于或略大于噴嘴進口直徑，其計算方法與噴嘴的進口直

51、徑一樣。其計算如下所示：噴嘴進口面積F1（：大氣絕對壓力，0.981105Pa）層管直徑1.131.130.1786m179mm查常用鋼材手冊GB2270-80不銹鋼無縫鋼管熱軋鋼管系列P688頁，取壁厚為12mm，則d1外179+122203mm（2）中層管徑中層管直徑主要根據冷卻水的流速和流量來確定。高壓冷卻水從層管與中層管之間的環(huán)縫進入，以噴嘴頂部轉彎180后經中層管與外層管之間的環(huán)縫流出。中層管徑尺寸的選擇，應保證中層管與層管之間的通道有足夠的斷面積，以通過一定流速，一定壓強，足夠流量的冷卻水，使噴嘴和管體得到良好的冷卻，中層管尺寸計算如下：選定高壓冷卻水進口流量：150t/h高壓冷卻

52、水進口流速：W水5m/s進水環(huán)通道截面積：=查常用鋼材手冊GB2270-80不銹鋼無縫鋼管熱軋鋼管系列P688頁，取壁厚為16，則228+162=260mm（3）外層管徑外層管主要是供出水用，冷卻水經過噴嘴后溫度升高1015，體積略有增大，一般出水流速為67m/s，外管尺寸的計算與選擇方法與中層管一樣。已知：150t/h，260mm選定出水流速W水7m/s出水環(huán)通道截面積：外層管徑：查常用鋼材手冊GB2270-80不銹鋼無縫鋼管熱軋鋼管系列P688頁，取壁厚為19 mm，則274+192312mm槍身三層管尺寸分別為：。3.2.3 氧槍長度的確定如圖3-5所示，氧槍全長是下部槍身年度和尾部長度

53、之和。氧槍尾部裝置有氧槍把持器、冷卻水進出管接頭、氧氣管接頭和吊環(huán)等。 氧槍下部長度取決于轉爐公稱噸位和煙罩尺寸。H氧槍氧槍頭部最低位置至爐口的距離，它等于鋼液面距爐口距離減去鋼液面距氧槍噴頭端面距離，所以本設計=4246+3396-400=7242mm,一般=200400，取=400m；轉爐爐口至煙罩下緣的距離，考慮到活動煙罩提起后，便于觀察火焰，一般取3505OOmm，大轉爐取上限，小轉爐取下限，本設計取400mm;煙罩下緣至煙道拐點的距離。這段距離與拐點的角度、煙罩直線段的長度以與轉爐噸位大小有關，一般取30004000mm,本設計取4000mm；斜煙道拐點至氧槍密封口上緣的距離本設計取

54、值為3000mm， 氧槍噴嘴部位需要清渣，或發(fā)生故障進行處理時，氧槍應提出煙道氧槍插入孔邊緣一定距離。氧槍頭部底面距氧槍插入孔上緣的距離一般取500800mm,本設計取值為800mm； 根據氧槍把持器設備的要求確定,本設計取500mm；氧槍把持器中心線的距離，根據把持器設備要求確定,本設計取4000mm；氧槍把持器中心線至氧槍接頭法蘭盤的距離，本設計取1000mm。氧槍的行程是之和。圖 3-5 氧槍長度的確定本設計的氧槍長度：H氧槍 =7242+400+4000+3000+800+500+4000+1000 =20942mm氧槍的行程： H行=15442mm3.2.4 氧槍升降和更換機構3.2

55、.4.1 對氧槍升降和更換機構設備的要求轉爐在吹煉過程中，氧槍需要多次升降以調整槍位。對氧槍的升降機構和更換裝置提出以下要求：（1）應具有合適的升降速度，并且可以變速。為了縮短冶煉周期，在吹煉過程中氧槍應快速提升，在爐口以上可快速下降；當氧槍進入爐口以下時，應慢速下降，以便控制熔池的反應和保證氧槍安全。在設計中轉爐氧槍升降速度的快速為50m/min，慢速為510m/min。（2）應保證氧槍升降平穩(wěn)、控制靈活、操作安全、結構簡單、便于維護；（3）能快速更換氧槍；（4）應具有安全連鎖裝置；為了保證安全生產，氧槍升降機構設有下列安全連鎖裝置：1）當轉爐不在垂直位置（允許誤差3）時，氧槍不能下降。當氧

56、槍進入爐口后，轉爐不能作任何方向的傾動；2）當氧槍下降到爐經過氧氣開、關點時，氧氣切斷閥自動打開，當氧槍提升通過此點時，氧氣切斷閥自動關閉；3）當氧壓或冷卻水水壓低于給定值，或冷卻水升溫高于給定值時，氧槍能自動提升并報警；4）副槍與氧槍也應有相應連鎖裝置；5）車間臨時停電時能使氧槍自動提升。3.2.4.2 氧槍垂直升降機構如圖3-6是重錘提升裝置，它包括氧槍、氧槍升降小車、導軌、平衡錘、卷揚機、橫移裝置、鋼絲繩滑輪系統(tǒng)、氧槍高度指示標尺等部分。圖 3-6 氧槍升降機構1-氧槍；2-升降小車；3-導軌；4、10-鋼繩5、6、7、8-滑輪；9-平衡錘；11-卷筒氧槍1固定在氧槍小車2上，氧槍小車沿

57、著用槽鋼制成的軌道3上下移動，通過鋼繩4將氧槍小車2與平衡錘9連接起來。3.2.4.3 氧槍各操作點的控制位置轉爐生產過程中，根據生產情況氧槍處于不同的控制。圖3-7轉爐氧槍在行程中各操作點的標高位置。圖 3-7 氧槍在行程中各操作點的位置1-最低點；2-吹氧點；3-開、閉氧點（變速點）4-等候點；5-最高點；6-換槍位置氧槍各操作點標高的確定原則：(1)最低點。最低點是氧槍下降的極限位置，其位置取決于轉爐的公稱噸位，噴嘴端面距熔池液面一般為200400mm。大轉爐應取上限，本設計取值為400mm；(2)吹氧點。此點是氧槍開始進入正常吹煉的位置，又叫吹煉點。這個位置與轉爐公稱噸位、噴嘴類型、供

58、氧壓力等因素有關，一般根據生產實踐經驗確定；(3)變速點。在氧槍提升或下降到此點就自動變速，此點位置的確定主要是保證安全生產，又能縮短氧槍提升、下降所占用的輔助時間；氧氣開、關點。氧槍降至此點自動開氧，氧槍升至此點自動關氧。過早地開氧或過遲地關氧都會造成氧氣的浪費，若氧氣進入煙罩也會引起不良影響；過遲地開氧或過早地關氧也不好，易造成氧槍粘鋼。一般氧氣開、關點可與變速點在同一位置；(4)等候點。等候點位于爐口以上。此點位置不影響轉爐的傾動為準，過高會增加氧槍升降所占用的輔助時間；(5)最高點。氧槍在操作時的最高極限位置，應高于煙罩氧槍插入孔的上緣。檢修煙罩和處理氧槍粘鋼時，需將氧槍提升到最高位置

59、；(6)換槍點。更換氧槍時，需將氧槍提升到換槍點，換槍點高于氧槍操作最高點的位置。3.3 副槍設計圖3-8 下給頭副槍裝置示意圖 圖3-9側注式測穩(wěn)定探頭1-旋轉機構；2-升降機構；3-定位裝置；4-副槍； 1-壓蓋環(huán)；2-樣環(huán)；3-進樣口蓋；5-活動導向小車；6-裝頭裝置；7-拔頭機構；8-鋸頭 4-進樣口保護套；5-脫氧鋁；6-定碳機構；9-溜槽；10-清渣裝置與槍體矯直裝置組成的集合體 熱電偶；7-測溫熱電偶；8-補償導線； 9-保護紙管為提高控制的準確性，獲取吹煉過程的中間數據，實現計算機自動化控制，其有效的方法是采用副槍。它也是一支水冷槍。副槍和氧槍是并列位置插入轉爐的，副槍有測試副

60、槍和操作副槍之分。測試副槍是在不倒爐的情況下快速檢測轉爐熔池鋼水溫度、碳含量和氧含量的液面高度，它還可用以獲得熔池鋼樣和渣樣。本設計采用測試副槍（如圖3-8所示）。3.3.1 副槍的功能和要求(1)副槍的功能測試副槍在吹煉進程和終點均能進行測溫、取樣、定碳定氧和測試液面高度等，并留有開發(fā)其它功能的余地。(2)對副槍的要求1）探頭自動裝卸，方便可靠；2）與計算機連接，具有實現計算機-副槍自動化閉環(huán)控制的條件；3）既能自動操作，也能手動操作；既能集中操作，也能就地操作；既能弱電控制，又能強電控制；4）副槍升降速度應能在較大圍調節(jié)（0.590mm/min），而且調速平穩(wěn)，能準確定位；5）當探頭未裝上