课程设计义务书-转炉炼钢

1、一、一、一、一、一、一、炉型设计计算炉型设计的主要任务是确定所选炉型各部分主要参数和尺寸，据此再绘制出工程图。1、原始条件 炉子平均出钢量为90t，铁水密度/cm3，铁水收得率为92%。 2、炉型选择 顶底复吹转炉的炉型基本上与顶吹和底吹转炉相似；它介于顶吹转炉和底吹转炉之间。为了满足顶底复吹的要求炉型趋于矮胖型，由于在炉底上设置底吹喷嘴，炉底为平底，所以根据原始数据，为了便于设置底部供气构件，选择截锥形炉型。 3、炉容比炉容比指转炉有效容积Vt与公称容量T之比值Vt/T(m3/t)。Vt系炉帽、炉身和熔池三个内腔容积之和。公称容量以转炉炉役期的平均出钢量表示，这种表示方法不受操作方法和浇注方

2、法的影响。本设计取炉容比1.05。 4、熔池尺寸的计算1）熔池直径D：熔池直径通常指熔池处于平静状态时金属液面的直径。D=K =×=m式中G 炉子公称容量，t； t 平均每炉钢纯吹氧时间，取15分钟； K比例系数，取1.5。2）熔池深度h：熔池深度系指熔池处于平衡状态时从金属液面到炉底最低处的距离。h=V=mh=m 3.炉帽尺寸的确定。顶吹转炉一般都用正口炉帽，其主要尺寸有炉帽倾角、炉口直径和炉帽高度。设计时应考虑到以下因素：确保其稳定性；便于兑铁水和加废钢；减少热损失；避免出钢时钢渣混出或从炉口流渣；减少喷溅。 1）炉帽倾角：倾角过小，炉帽，内衬不稳定性增加，容易倒塌；过大时出钢时

3、容易钢渣混出或从炉口流渣。本炉子取60°，因为大炉口的炉口直径相对来说要小些。=60°2）炉口直径d：一般来说，在满足兑铁水和加废钢的前提下，应适当减小炉口直径，以利于减少热损失，减少空气进入炉内影响炉衬寿命和改善炉前操作条件。实践表明，取炉口直径为熔池直径的43-53%较为适宜。本设计取d=×48%=m3）炉帽高度H帽： H膛=（Dd）tan =() tan60° =m为了维护炉口的正常形状，防止因砖衬蚀损而使其迅速扩大。在炉口上部设有高度为H口=300-400mm的直线段。取H口=400mm，因此炉帽高度为H帽=H膛+H口=2.75+0.4=3.15

4、 m在炉口处设置水箱式水冷炉口。4）炉帽的部分容积为:V帽=H膛(D2+Dd+d2）+d2H口 =××2）+×2× =313. 炉膛直径D膛=D（无加厚段）。14. V金=315. 根据选定的炉容比为：1.05，可求出炉子的总容为 V总×300=315 m3 V身=V总-V池-V帽=315-41.67-48.83=3 （4）炉身高度H身=7.64 m 则炉型内高H内=h+H帽+H身=1.94+3.15+7.64=12.73 m5.出钢口尺寸的确定。出钢口一般都设在炉帽与炉身交界处，以便当转炉处于水平位置出钢时其位置最低，可使钢水全部出净。出钢口

5、的主要尺寸是其中心线的水平倾角和直径。1）出钢口中心线水平倾角：出钢口角度是指出钢口中心线与水平显得夹角,其大小应考虑缩短出钢口长度，有利维修、减少钢水二次氧气及热损失，大型转炉的出钢口角度趋向减小。国外不少采用0°，但0°倾角使钢流对钢包内金属的冲力变小。本设计取=18° 2）出钢口直径dT：出钢口直径决定着出钢时间，因此随炉子容量而异。出钢时间通常为2-8min。通常d出可按下面经验公式确定： dT=0.24 m出钢口衬砖外径dsT=6 dT=6×0.24=1.44 m 6 .炉衬厚度确定 炉身工作层选800mm，永久层200mm，填充层100mm，

6、 总厚度为800+200+100=1100 mm 炉壳内径为D壳内×2=8.32 m 炉帽和炉底工作层选650mm，炉帽永久层为150mm，炉底永久层用标准镁砖 立砌一层230mm，粘土砖平砌三层65×3=195mm， 则炉底砖衬总厚度为650+230+195=1075mm 故炉壳内型高度为H壳内=12.73+1.075=13.805 m 工作层材质全采用镁碳砖。表2.1 转炉炉衬厚度的设计值炉衬各部位名称转炉容量300t炉帽永久层厚度（mm）150工作层厚度（mm）650炉身永久层厚度（mm）200工作层厚度（mm）800炉底永久层厚度（mm）230工作层厚度（mm）65

7、04) 材质的选择选用沥青或树脂结合的镁碳转，含碳量为14%。镁碳砖具有耐高温、耐渣侵和耐剥落等优良的使用性能。与其他镁砖相比，在使用过程中变质层变薄，不至于引起砖体结构的剥落，加入相当的数量的石墨改善了砖的导热性能，具有良好的抗震性。用镁碳砖砌筑炉衬，大幅度的提高了炉衬的使用寿命，再配合溅渣护炉等护炉技术，炉衬寿命可达1万次以上。但由于镁碳砖成本较高，因此根据在冶炼过程中，工作层不同部位受损情况的不同，采用不同档次的镁碳砖，这样整个炉衬的受损情况较为均匀，就是综合砌炉。 炉口部位。该部位温度变化剧烈，熔渣和高温废气的冲刷较严重，在加料和清理残钢、残渣时。炉口受到撞击，因此用于炉口的耐火砖必须

8、具有抗热震性和抗渣性，耐熔渣和高温废气的冲刷，且不易粘钢的易于清理的镁碳砖。 炉帽部位。该部位是受熔渣侵蚀最严重的部位，同时还受温度急变的影响和含尘废气的冲刷，故使用抗渣性强和抗热震性好的镁碳砖。 炉衬装料侧。该部位除受吹炼过程熔渣和钢水时的直接撞击与冲刷、化学侵蚀外，还要受到装入料废钢和兑铁水时的冲蚀，给炉衬带来严重的机械性损伤，因此应砌筑具有较高抗渣性、高强度、高抗热震性的镁碳砖。 炉衬出钢侧。此部位主要是受出钢时钢水的热冲击和冲刷作用，损坏速度低于装料侧，所以可砌筑档次低一些的镁碳砖，并且砌筑厚度可薄一些。出钢口除受高温钢水的冲刷外，还经受温度急变的影响，蚀损严重，需要经常更换，影响冶炼

9、时间，而出钢口则采用等静压成型的整体镁碳砖出钢口，整体结构方便更换。 渣线部位。此部位在吹炼过程中，炉衬与熔渣长期接触受到严重侵蚀而形成。在出钢侧渣线位置的变化并不明显，但在排渣侧受到熔渣的强烈侵蚀，再加上吹炼过程中其他作用的共同影响，衬砖损毁较为严重，应砌筑抗渣性良好的镁碳砖。 两侧耳轴部位。该部位出受吹炼过程的蚀损外，其表面又无保护渣层覆盖，砖体中的碳素极易被氧化，并难于修补，因而损坏严重。故此部位应砌筑抗渣性好、抗氧化性能强的高级镁碳砖。 熔池和炉底部位。此部位炉衬在吹炼过程中受钢水强烈冲蚀，并且采用顶底复吹工艺，炉底中心部位容易损毁，可与装料侧砌筑相同材质的镁砖。炉衬由永久层、填充层和

10、工作层组成。无绝热层时，永久层紧贴炉壳，修炉时一般不予拆除，作用是保护炉壳，常用镁砖砌筑。填充层介于永久层与工作层之间，一般用焦油镁砂捣打而成，厚度约80100 mm。工作层与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，工作条件相当恶劣，用高、中、低不同档次的镁碳砖砌筑。炉帽可用二步煅烧镁砖。3、砖型选择尽可能使用大砖，以提高筑炉速度，减少砖逢，减轻劳动强度。力争砌筑过程中不打砖和少打砖，以提高砖的利用率和保证砖的质量。对用小砖组合起来有困难或难以保证砌筑质量的部位，如出钢口和炉底，则选用异型砖。尽量减少砖型种。5.炉壳厚度和转角半径的确定炉壳由炉帽、炉身和炉底三部分组成。炉帽制成截圆锥型。由于炉帽，特别

11、是炉口部位受高温作用易变形，所以采用水冷炉口，这样既提高了炉帽的寿命，又减少炉口粘渣。采用埋管式水冷炉口结构，将通冷却水用的蛇形钢管埋铸在铸铁的炉口圈内。虽然制作难度大，但使用安全,也比水箱式寿命长。水冷口采用适合于中、小型转炉的卡板连接方式，将炉口固定在炉帽上，即可拆式的，便于修理炉身制成圆柱型，它是整个炉子的承载部分，受力最大。转炉的整个重量通过炉身钢板支撑在托圈上，并承受倾动力矩，因此用于炉身的钢板要比炉帽和炉底的钢板适当厚些。为防止炉壳受热变形，延长其使用寿命，可将炉帽外壳上盘旋焊上角钢，内通冷却水；将炉身焊上盘旋槽钢，内通冷却水。炉底采用锥球型。1、炉壳厚度确定 查表选择：炉帽：75

12、mm厚钢板 炉身：85mm厚钢板 炉底：75mm厚钢板 2、验算高宽比： 由以上数据可计算得：H总=13805+75=13880mm D壳=8320+2×85=8490mm 则： = 由此可知，1.3，符合高宽比的推荐值，因此所设计的炉子尺寸基本上是合适的，能够保证转炉的正常冶炼。5.2顶底复吹转炉底部供气构件的设计 支撑装置承载着转炉炉体的全部重量。其中主要部件有托圈，炉体与托圈的连接装置，耳轴及其轴承。托圈(1) 托圈是转炉的重要承载和传动部件，材质选用Q235钢板制作。托圈断面为箱形。为增加托圈刚度，在其中间焊有垂直筋板。托圈内通水冷却，以降低热应力。托圈的高宽比为3,托圈与炉

13、壳之间有一定的空隙，以改善炉身的散热条件，并留有炉壳受热膨胀变形之空间，安确定，高度为，宽度为托盘基本尺寸参数的确定炉壳与托圈的连接装置托圈与炉壳连接必须牢固可靠，同时又要适应炉壳和托圈热膨胀时在径向和轴向产生的相对位移，以免造成炉壳或托圈严重变形或破坏。薄带连接装置是在两侧耳轴的下部各装有五组薄钢带，每组钢带均由多层薄钢片组成，钢带的下端通过螺丝钉固定在炉壳的下部；钢带的上端固定在托圈的下部，在耳轴处托圈上部装有一个铰接连杆，它是辅助支撑装置。当炉体直立时，10组多层薄钢带想一个“托笼”一样托住炉体，支撑炉体全部重量，炉体的倾动是由离耳轴轴线最远的钢带传递扭矩；若炉体倒置时，炉体的重量由钢带

14、压缩变形与托圈上部的辅助支撑装置来平衡。该装置是将炉壳的主要承重点放到托圈下部炉壳温度较低的部位，这可以消除炉壳与托圈间连接处热膨胀的影响，也减少炉壳连接的热应力。由于采用了多层挠性薄钢带做连接件，它能适应炉壳与托圈受热变形所产生的位移，同时还可以减缓连接件在炉壳与托圈连接处引起的局部应力。耳轴及其轴承耳轴因承受多种负荷的作用依次要有足够的强度和刚度。耳轴材质一般为合金钢。耳轴直径选1000mm，耳轴轴承型式为重型双列向心球面辊子轴承，它能承受重载，自动调位和保持良好的润滑，耳轴与托圈采用法兰螺栓连接。倾动机构 倾动机构满足兑铁水、加废钢、取样、测温、补炉出渣、出钢的需要。此外，倾动机构尚需与

15、氧枪和烟罩升降机构连锁，且能适应载荷的变化和结构的变形。我们采用悬挂式倾动机构。优点是设备轻、结构紧凑、占地面积小、设备安全可靠性大大提高。一、一、 6氧枪设计氧枪是转炉炼钢的主要设备，氧枪设计的好坏也关系到炉内的温度、钢液质量等。氧枪由喷头、枪身和尾部三部分组成。氧枪设计的内容包括：喷头设计、枪身设计。 喷头是氧枪的核心部件，它是一个能量转换器，其基本功能是将氧管中氧气的高压力能转化为动能来冲击熔池。原始数据 转炉公称容量300t，低磷铁水，冶炼钢种以低碳钢为主，转录参数，炉容比为1.05，熔池直径为6.12m，有效高度13.805 m，熔池深度1.94m。氧流量和供氧强度 氧流量是指单位时

16、间通过氧枪的氧量。供氧强度指单位时间每吨钢的供氧量，在转炉设计中常用单位时间转炉每工程称单位的供氧量。氧流量： 氧流量= =833.3(Nm3/min)供氧强度： 供氧强度= m3/（t.min）喷头孔数 本设计采用4孔喷头，喷空拉瓦尔型，喷空夹角120，取马赫数 。多孔喷头变集中供氧为分散供氧，增大了氧射流同熔池的冲击面积，渣中FeO含量高，化渣快，热效率高，废钢比高，吹炼平稳，喷溅减少，炉口结渣少等优点。喷头出口射流马赫数的大小决定了喷嘴氧气出口速度，即决定了氧气射流对熔池的冲击能力。射流马赫数过大会出现喷溅，清渣费时，热损失增大，增大了渣料消耗及铁损，容易损坏转炉内衬及炉底；射流马赫数过

17、低，气流搅拌作用减弱，降低氧气利用率，渣中铁含量增高，也会引起喷溅。一般推荐氧气射流马赫数选取的范围为Ma=1.82.1。对于大于120t转炉，马赫数Ma=2.02.1.所以本设计取马赫数 。设计工程氧压根据等熵表来确定，当Ma=2.0时，P/P0=0.1278，取P=P膛×105 Pa。则： P设=×105×105（ Pa）计算喉口直径：每孔氧流量： q=Q/4=833.3/4=208.3（m/min） 利用公式q=，令CD=0.90,T0=290K，P设×105（ Pa）， 多空喷头流量系数， 喉口总断面面积，= 氧气滞止温度，一般按当地夏天温度选取

18、，=273+（3040）K，本设计取 290K。 则：××× 求得 d喉=53mm喷嘴喉口长度：喷嘴喉口段长度对稳定气流影响较大，过长的喉口段会增大阻损，同时为了收缩段和扩张段加工方便，喉口长度一般取值510mm.本设计=20mm。喷孔出口直径： 根据等熵表来确定，当Ma=2.0时，查等熵表得/=1.688，即： × =53×=69mm 扩张段的长度为：取半锥角为5o，则扩张段长度： =（）/2tan（/2） =(69-53)/2tan5 =91mm（/2）扩张段的半锥角，一般为4°6°，可保证气流不脱离孔壁收缩段长度为：&

19、#215;×64mm取收缩段的收 =50o，则收缩半角为25o，收缩段的长度为=91mm。氧枪枪身设计中心钢管直径的确定： 依据气体状态方程，在中心管内的实际状态下的氧流量为：Q实=×=m3/min=m3/s 取中心管内氧气流速为50m/s，则中心钢管直径为：d内=m。中心管的壁厚及直径根据标准无缝钢管产品规格选定为245×25mm。 中层钢管和外层钢管直径的确定本设计300t转炉冷却水流量初选为V=250 t/h,计算后校核。高压冷却水进水流量一般=56m/s，本设计取=6 m/s，=7m/s。进水环缝截面积：F1=57m2 出水环缝截面积：F2=92m2已知中

20、心钢管外径d内l=192mm，则中层钢管的内径为：d中=27m。选取中层钢管直径为245×9mm同理外层钢管内径为：d外=53m选取外层钢管为299×50mm。氧枪枪身尺寸的确定：如图 氧枪总长= 式中，在炉役后期，熔池液面下降，要保证氧枪的点火枪位。因此，一般取 200400mm最低位置至炉口的距离；氧枪最低位置至炉口的距离; 炉口至烟罩下沿的距离；一般取350500mm；烟罩下沿烟道拐 点的距离，一般取30004000mm；烟罩下沿至氧枪插入孔的距离；清理结渣和换枪需要的距离，一般取500800mm;一般取把持器长度；本设计取值=300mm; =400 mm; =350

21、0 mm; =5000mm；=700 mm， =2300mm。 =+-=5970+2880300=8550mm；所以， = =8550+400+3500+5000+700+2300=20450mm。氧枪装置和副枪装置氧枪装置 为了适应转炉工艺变化的要求，一炉钢吹炼过程中需要多次升降枪位，开、停吹也要升降枪位，因此，需设置氧枪升降装置，还应设置换枪装置。对氧枪装置的主要要求：合适的升降速度，可变速；保证氧枪在铅直位置，升降平稳，控制灵活，操作安全；能快速更换氧枪；有完善的安全装置和电气连锁装置。当氧枪烧坏时需要及时更换，在横移装置上并排安设有两套氧枪升降小车，其中一套工作，一套备用，整个换枪时间

22、约1.5分钟左右。副枪装置 副枪装置用于在转炉吹炼后期或停吹后测定钢水温度、碳含量、氧含量和取样等，为转炉提供了一个有效的工具，使其能在不间断吹炼的情况下进行熔池温度的测量及取样，以配合计算机实现对转炉冶炼的动态控制。考虑到目前国内的技术水平，副枪系统将以引进为主。副枪一般情况配有三种探头：测温定碳取样探头、测温定氧取样探头、测温探头。相应有五种功能：测定钢水温度、测定钢水含碳量、测定钢水含氧量、取样供分析钢水化学成分、测定熔池液位。 副枪设备从探头储存箱中取出选定的探头，自动连接到枪体下顶端并移到转炉上方。打开转炉上部烟道上副枪专用入口，副枪小车带着副枪下降，将探头插入熔池中。根据所用探头的类型，热电偶和测量单元发出信号，几秒种之后提升副枪探头并自动取下探头，取出试样送化验室分析。所发出的信号经处理，传给转炉二级计算机系统，以指导吹炼操作。副枪可使用各种探头，如：测温、取样、定碳探头，测温、取样、定氧探头，测温探头等。第一种用于吹炼中测量，第二种