毕业设计（论文）-设计一座3×150t的转炉炼钢车间

PAGEi设计题目：设计一座3×150t的转炉炼钢车间河北理工大学毕业设计说明书目录目录摘要 1引言 21设计方案的选择确定 31.1车间生产规模、转炉容量及座数、产品方案的确定 31.1.1车间生产规模及座数的确定： 31.1.2产品方案的确定： 31.2车间各主要系统所用方案的比较及确定 31.2.1铁水供应系统 31.2.2散状料供应系统 41.2.3烟气净化系统 61.2.4炉外精炼系统 81.2.5浇注系统 81.2.6出渣系统 101.3炼钢车间工艺布置 111.3.1车间跨数的确定 111.3.2各跨的工艺布置 111.4车间工艺流程简介 121.4.1工艺流程框图 121.4.2工艺流程说明 121.5转炉冶炼指标及原材料消耗 131.5.1转炉冶炼作业指标 132设备计算 142.1转炉设计 142.1.1炉型设计 142.1.2转炉倾动力矩计算及电机功率确定 172.2氧枪设计 212.2.1氧枪喷头设计 212.2.1氧枪枪身设计 222.3烟气净化系统设备设计与计算 262.4炉外精炼设备设计与计算 393车间设计 403.1原料供应系统 403.1.1铁水供应系统 403.1.2废钢厂和废钢斗计算 403.1.3散状料供应系统 403.1.4合金供应系统 403.2浇注系统设备计算 413.2.1盛钢桶及盛钢桶车 413.2.2连铸机 413.3渣罐(盘)的确定 413.4车间尺寸计算 423.4.1炉子跨 423.4.2加料跨 423.4.3浇铸跨 423.5天车计算 42致谢 44河北理工大学毕业设计摘要PAGE1摘要本设计为设计一座3×150吨的氧气顶吹转炉炼钢车间，主要产品是低碳钢。就设计部分而言，首先，初步确定设计方案及平面布置。车间包括八个跨，有渣跨、加料跨、炉子跨、精炼跨、浇注跨。经过反复推敲、修改、尽量做到平面布置的合理、美观。其次，对转炉、氧枪、烟气净化系统等进行了设备计算；最后，进行了车间计算，包括连铸生产能力和车间各部分的尺寸。并用CAD画出车间的平面布置图、炉子跨的纵剖图和车间横剖图。关键词:转炉炼钢；精炼；设计河北理工大学毕业设计引言引言 钢铁是人类社会最主要的结构材料和功能材料材料,它以其诸多的性能优点,至今仍有其不可代替的战略地位。但是从上世纪七十年代中期以来,世界年产钢量在七亿吨上下浮动,增长很慢，表明市场需求达到饱和，但期间发展中国家的钢产量却在逐年增长，尤其我国，去年钢产量已达到2.1亿吨，已连续几年成为世界上钢产量第一的国家。但是应该看到，我国钢材质量和品种与世界发达国家存在差距，尤其特殊钢等对技术含量要求较高的产品。成本高，质量较低，产品单一等已成为制约我国钢铁工业发展的阻力，只要我们在钢质量和品种方面提高自己的竞争力，处理好“投入—产出”的关系，我国钢铁企业仍有相当大的发展潜力。特殊钢是钢铁工业的一个重要领域，特殊钢应用范围广，从经济建设、国防建设到日常生活用品都与特殊钢有密切的关系。因而通常把特殊钢品种、质量、产量作为衡量一个国家钢铁工业科学技术和工业化水平的重要标志。河北理工大学毕业设计说明书1设计方案的选择确定1.1车间生产规模、转炉容量及座数、产品方案的确定1.1.1车间生产规模及座数的确定：3×150吨的转炉车间，三吹三，炉龄为12000炉转炉年作业天数取290天，则确定转炉平均冶炼周期：兑铁水加废钢吹氧测温取样补吹摇炉打出钢口出钢倒渣堵出钢口溅渣护炉辅助时间3.5分钟2分钟15分钟2分钟2分钟1分钟5分钟2分钟3.5分钟1分钟年产钢水量=150×34821=5223150(吨)=522.3(万吨)连铸坯收得率取η=99%，则年产良坯522.3×99%=517(万吨)1.1.2产品方案的确定：主要生产低碳钢，全部为薄板坯(连铸连轧)。1.2车间各主要系统所用方案的比较及确定1.2.1铁水供应系统1、铁水罐车供应铁水，其工艺流程为：高炉—铁水罐车—铁水罐—称量—转炉此种方法的优点： 供应铁水与混铁车相比投资省。缺点： 铁水罐散热损失要更严重，倒灌时温降很大，且因罐的容积小，随高炉出铁成分的变化而变化，从而使转炉的操作难于稳定，不利于组织生产，易粘包不易处理，车间污染也非常严重。2、混铁炉供应铁水，其工艺流程如下：高炉铁水—铁水罐车—混铁炉—铁水包—称量—转炉优点：此种方式铁水成分和温度都均匀，尤其对于高炉与转炉之间调节和均衡铁水有利。供应的铁水其成分和温度比较均匀，有利于组织生产。缺点：其设备体积大，并需要增设铁水吊车，占地大，投资大。但多倒一次铁水，温度损失比较大，因此要设加热系统。3、混铁车供应铁水，其工艺流程如下：高炉—混铁车—铁水罐—称量—转炉优点：兼有储存和运输双重作用，热损失小，尤其适用于高炉与炼钢车间距离远时，切实用与高炉大型化发展的要求。基础建设投资省，便于操作，维修费用低！缺点：仍受高炉铁水成分和温度的影响，要求高炉生产稳定。因受轨距和弯曲轨道曲率半径的因素而使扩容受到限制。鉴于此，作为一个钢铁联合企业本设计采用混铁车供应铁水。其容量的计算如下：按惯例混铁车的容量应满足兑一炉或两炉考虑，采用取150吨混铁车。1.2.2散状料供应系统散状料主要包括：炼钢过程中使用的造渣材料和冷却剂如活性石灰、矿石、萤石、铁皮、轻烧白云石及烘炉用焦炭。供应特点：要求迅速、准确、连续及时。其系统包括：高位料仓、插板阀、电振斗、称量斗、扇形阀、汇总斗、下料管、氮封运送路线：从主厂房外边的贮料仓提升到炉顶料仓其工艺流程如下：地下料仓→固定胶带运输机→转运漏斗→可逆胶带运输机→高位料仓→分散称量漏斗→电磁震动给料器→汇总漏斗→转炉散装料供应系统包括散装料堆场、地面（或地下）料仓，由地面料仓向主厂房的运料设施、炉上料仓及其称量和加料设备。散装料的供应要求迅速、准确、连续、及时。1、散装料堆场根据外部供料条件及企业的总图布置通常有三种布置方式：①转炉车间自设单独的散装料堆场一般要求尽量靠近转炉，以实现“贮用合一”，从而减少原料的倒运和损耗，同时还可以减少地面料仓的容积，甚至将料场与料仓合并从而降低投资和成本。适用于大型转炉车间。②转炉车间的原料场与炼铁车间的原料场合并与炼铁车间的原料场相比，转炉车间的原料场小的多，二者合并可利用炼铁原料场的卸车、贮存及加工设施，而不过分增加负担，此种方式比较经济。③转炉车间与石灰窑合用料场石灰窑通常靠近转炉车间，石灰用量大而矿石、萤石等用量少，合用料场可统一解决各种原料的装卸、贮存和加工问题。鉴于本厂距高炉车间较远，且与石灰窑合用料场不方便，故采用第一种方式以便简单调度原料供应设施。2、地面料仓：其作用为贮存和转运散装料，以消除来料时间的波动对转炉的影响。一般贮存3~10天的散装料。地面料仓分地下式、地上式、半地上半地下式。由于地下式可采用底开车或翻斗汽车直接把料卸入料仓，卸车较方便，故本厂采用地下式。3、从地面料仓向炉上料仓供料方式有四种：①全皮带运输：运输量大，安全可靠，可连续供料，使用较多。适用于大中型转炉车间及总图布置不受限制的情况。②斜桥料车—皮带运输：其特点是将垂直提升方式与皮带运输结合起来，从而减少了占地面积及投资，但供料不连续，且易粉碎、可靠性差。一般只适用于总图布置受限制的情况。③翻斗提升机—皮带运输：以翻斗提升机代替斜桥料车与皮带运输结合起来，其缺点与斜桥料车—皮带运输方式类似。④皮带(或垂直提升机)—振动管运输方式：其优点是占空间小，运输可靠，密封性好，灰尘少。缺点是振动管维修量大，石灰粉较多，且要考虑震动对厂房结构的影响。鉴于全皮带运输方式结构简单，有利于自动化控制且原料破损少等优点，本厂采用全皮带运输方式。4、高位料仓：又称炉上料仓，其作用为临时贮料，保证转炉重力给料，既及时又可靠的满足转炉正常冶炼，按其布置形式分有三种：①共用料仓：优点是料仓数目少，停炉后能处理料仓中剩余的石灰;缺点是称量及下部给料器的作业率太高，出现临时故障会使转炉生产受影响。②部分共用料仓：料仓数目增加基本可消除下部给料器作业负荷过高的缺点，且转炉两侧加料能保证成渣快，改善对炉衬侵蚀的不均匀性，但设计时应力求做到炉料应落在中心部位上。③独用料仓:优点是使用的可靠性较大，缺点是停炉后料仓剩余石灰不好处理且料仓数目太多。本设计为150吨转炉车间，实行三吹三操作，为保证转炉正常冶炼采用独用料仓以保证及时保质保量的上料。5、称量及加料设备保证散状料分批定量且按顺序向转炉加料有两种称量方式：①集中称量：其特点是设备少，布置紧凑，适用于中小型转炉。②分散称量：其特点是称量准确，便于操作和控制，临时补加方便，适用于大中型转炉。本设计为150吨转炉，采用电磁振动给料器向称量漏斗给料，利用分散称量方式把料加入到汇总漏斗，再由旋转溜槽从转炉两侧加入。因为汇总漏斗可缩短加料时间并适应转炉吹炼时间短和批料加入的间隔时间短的特点，且电磁振动给料器可比较准确的给料。1.2.3烟气净化系统1、转炉烟气净化处理方法主要有：未燃法和燃烧法①燃烧法将含有大量CO的炉气在出炉口进入除尘系统时与大量空气混合使之充分燃烧，燃烧后的烟气经冷却和除尘后排放到大气中去。缺点：由于不回收煤气，吸入大量空气后使烟气量增大了几倍，从而使净化系统庞大基建投资大，运转费用大，而且烟尘粒度细小，烟气净化效率低优点：操作简便，系统运行安全，适用于小型转炉。②未燃法定义：炉气出炉后绝大部分不燃烧，烟气主要成分为经冷却和除尘后将烟气回收利用或点燃放散到大气中去。缺点：整个系统需要严密，对防爆和防漏要求高，以防引起煤气中毒，另外需要增设升降烟罩机构和控制空气吸入量装置。优点：能回收煤气，烟气量小，烟尘粒度大，除尘效率高。2、控制炉口与烟罩间隙吸入空气量的方法有三种形式：①I—C法此法的烟罩大约为炉口的直径的二倍，罩内形成一个较大的空间，对炉口烟气量的波动起着较大的缓冲作用，集烟效果好。但实际运行中，回收煤气的质量较差，同时结构庞大，因此，本设计不采用。②氮幕法：此法的基本原理是在活动烟罩与炉口之间设置氮气密封圈向外吹氮，将空气与烟气隔绝，此法在活动基本上不吸入外界空气，所以烟气量少，回收系统容量小，设备费用低，但要消耗大量氮气。③炉口微压差控制法：此法是通过炉口微压差装置控制在未燃状态下进行处理，以最大限度地回收煤气，并提高煤气质量。此法技术安全可靠，自动化程度高，综合利用好，因此本设计采用此法。3、根据从烟气中分离出来的烟尘的干湿状态，将烟气净化设备分为全干法和全湿法及干湿结合法。①全湿法定义：烟气进入第一级净化设备立即与水相遇，叫全湿法除尘优点：未燃的全湿法可回收煤气和烟气余热，除尘效率高。缺点：回收煤气仅能在吹炼中进行，回收时要求控制炉口压力(调二文喉口直径)防爆防毒，要有较完善的控制系统和较好的操作管理水平，同时两个文氏管串联使用阻力损失大，需高功率风机，电耗高，叶轮磨损也较快。②全干法定义：净化过程烟气完全不与水相遇。③干湿结合法定义：烟气进入次净化设备才与水相遇，叫干湿结合法。优点：污泥处理较少，车间可不建污泥处理系统，阻力损失少，可用低压风机，磨损小。缺点：效果不如全湿法，对环境有一定影响，车间需设两套除灰系统(干法和湿法)。本设计采用全湿法，对于一个现代的转炉车间，完善的控制和高的管理水平都是必备的，所以本设计思想符合全湿法操作的要求。4、烟罩的类型和结构未燃法烟气净化系统中，烟罩由固定烟罩和活动烟罩两部分组成水平连接。固定烟罩与烟道连接，而活动烟罩可以上下升降。活动烟罩按结构的不同可分为单烟罩和双烟罩，单烟罩又有闭环式和敞口式两种。①闭环式活动烟罩：烟罩下部裙罩口内径略大于水冷口炉口外沿，缝隙的最小尺寸约为50mm左右，此类烟罩回收的煤气CO的含量高，并对连续实现自动定碳创造了条件。②敞口式活动烟罩：下口为喇叭形状，特点是能容纳瞬时变化较大的炉气量，使之不至于外逸。双烟罩法：炉口不用密封由主副烟罩组成，两烟罩同步升降，自成一个较小的排气系统。优点：烟罩烟气中CO含量大，对炉口压差自动调节，不像单烟罩要求过高，可改善车间环境，但设备耗电量大，维护工作大，且显著增加车间厂房高度，使基建投资很大。5、烟气的冷却：转炉的炉气温度在1500℃左右，炉气离开炉口进入烟罩时，由于吸收空气使炉气中的CO部分燃烧，烟气温度可能更高，高温烟气体积大，如在高温净化，使净化系统的设备体积庞大，此外单位体积含尘量低，不利于提高净化效率，所以在净化前和净化过程中都要对烟气进行冷却，有两种方式；水冷烟道：耗水量大，热量无法回收，易漏水寿命低。汽化冷却烟道：它设有对流段，只有辐射段烟道出口的烟气温度在800-1000℃左右，故回收热量较少，烟道结构简单，适于未燃法回收煤气系统。1.2.4炉外精炼系统本设计采用RH、CAS-OB两种处理方式。RH在设备费用，经济费用方面优于RH-OB，但降碳速度要低，处理周期长，其显著优点是能提高钢水温度，还可以提高钢水循环和氩气量来弥补，由于真空泵抽气能力限制，有一定局限。经CAS-OB处理后的钢液纯净度高，成分精度高(碳的精确度可达15×10-3%；锰的精确度可达30×10-2%)，并且有很强的脱氧能力，适合生产夹杂物少的产品。1.2.5浇注系统1、一般炼钢车间的浇铸系统分三种：①纵向车铸炼钢车间②横向车铸炼钢车间③全连铸炼钢车间目前世界都已实现了全连铸与氧气转炉配合。对于一个3×150吨转炉车间，为了适应钢材市场和自身竞争能力的要求，使连铸和炼钢切实的配合起来，行之有效的生产，本设计采用3台连铸机，均为薄板坯连铸机(FTSC)。连铸比传统的钢锭模铸相比具有很大的技术优越性，主要表现在：①提高金属的收得率。②节省能量消耗，节省627-1046kJ/t(钢)。③简化生产工艺，省去初轧开坯工序，不仅节约均热炉加热的能耗，而且也缩短了从钢水成坯的周期时间，趋向接近成品断面尺寸。④改善劳动条件，易于实现自动化。⑤铸坯质量好。连续冷却速度快，连续拉坯，浇铸条件可控，稳定。内部组织均匀致密，偏析少。2、连铸机的分类：①按结构可为：立式连铸机，立弯式连铸机，带多点弯曲式连铸机，带直线段式连铸机，弧形连铸机，多半径椭圆形连铸机，水平连铸机，轮式连铸机，薄板连铸机。②按断面可分为：板坯连铸机，小方坯连铸机，大方坯连铸机，圆坯连铸机，异形断面连铸机，薄板连铸机。③按一个钢包下所能浇铸的铸坯流数可分为：单流连铸机，双流连铸机，多流连铸机④按拉速可分为：高速连铸机，低速连铸机。⑤按可浇铸的种类可分为：复合式连铸机，特殊方坯连铸机，不锈钢板坯连铸机。立式连铸机的特点：铸机主设备布置在垂直中心线上，从钢水浇注，到铸坯切割定长，整个工序是在垂直位置完成的。从工艺上，钢水在起立结晶器和二冷段逐渐结晶，有利于钢水中非金属夹杂的上浮，坯壳冷却均匀。在凝固过程中不受任何弯曲矫直的作用，更适合对裂纹敏感性高的钢种的浇铸。但其有如下缺点：设备高，建设费用大，维护和铸坯的运输困难倒，钢水静压力大，鼓肚变形较突出。立弯式连铸机的特点：它是连铸机中的过渡式，上半部和立式相同，不同的是在铸坯完全凝固后，把坯顶弯90°使出坯在水平方向。可缩小高度，铸坯定尺不受限，水平出坯运送也不成问题。但只适于浇铸断面小于100×100mm的。厚度增加相应的冶金的长度也增加，高度也就和立式相差不多了，设备也很庞大，且易产生裂纹。带直线段的弧形连铸机：主要用于浇铸板坯，采用直结晶器，有2-5mm直线段夹辊，带有液芯的铸坯经直线段后，被连续弯曲成弧形铸坯矫直，再切成定尺。特点：a.在工艺上保留有立式连铸机特点，钢水在垂直结晶器和二冷的直线段凝固，而非金属夹杂有充分上浮的时间有利于特殊钢的浇铸。b.带液芯弯曲成弧形，又具有弧形连铸机设备低建设费用低的特点。c.采用连续弯曲和多点矫直右保证铸坯在两相不产生裂纹，是这种型的技术关键。d.此种机型比弧形连铸机要高，设备重量大，设备的安装，调整难度大，是此类连铸机的主要缺点。弧形连铸机(低头连铸机)：此结晶器为弧形，二泠区夹锟安装在四分之一圆弧内，铸坯在垂直中心线切点位置被矫直，后割成定尺，从水平方向上出钢，因此其高度基本上等于圆弧半径。特点：由于1/4圆弧内，高度比立式，立弯式低，因而其设备重量轻，投资少，安装与维修方便。高度低，重压小，降低了鼓肚变形而产生的内裂和偏析，有利于提高质量，和提高拉速。此和方法的特点是：非金属夹杂有向内弧聚集的倾向，易造成铸坯内部夹杂分布不均，另外内外冷却不均易造成中心偏析降低铸坯的质量。水平连铸机：优点：高度低，投资省，速度快，适合中小企业。无二次氧化，质量好，无须钢液检测和控制，不受弯曲矫直的影响，适用于特殊钢种如高合金钢。维护和处理事故方便。缺点：受拉坯时惯性力的限制，适于断面在200mm以下的铸坯，分离环的价格昂贵。本设计采用薄板坯连铸机1.2.6出渣系统转炉冶炼的渣量大，占生产钢量的10%以上，主厂房内不允许出现炉渣堆积现象。1、运出方式：在出渣跨用吊车更换渣罐，再用载重汽车将渣罐运出主厂房。靠近炉子垮单独平行设一出渣跨，在出渣跨设置专门的换渣罐吊车，用载重汽车运出主厂房。2、炉渣处理方法：①固体渣破碎法：转炉渣罐车运往中场，泠凝后吊车将其翻出落于破碎法坑内，用吸盘吸锤头将渣坨砸碎选出废钢，其余碎渣抛弃或待用。②热泼法：将转炉渣运往热泼间，热泼在平地或预留坑内，然后喷水冷却，待熔渣凝固龟裂后，用推土机堆积运出，经破碎筛分磁选后即可利用。其优点是工艺和设备简单，安全，但占地面积大，作业周期长，劳动条件差。③水淬法：是利用压力水将钢渣流击散粒化的快速冷却方法，也叫水利冲渣。其特点是工艺流程简单，占地面积小，能快速排渣，且运输方便，但耗水量大，如果渣水比控制不当，容易引起爆炸事故。③浅盘水淬法(即ISC法)：是一种新的处理渣的方法，他采用多次喷水快速的工艺过程。本法克服了水淬渣法容易引起爆炸和干法处理作业时间长，占地面积大的缺点。此法的工艺流程如下：根据流动行不同，炉渣分为A、B、C、D四级渣，A、B、C、渣采用浅盘水淬法处理，D渣为流动性差的块渣，不经浅渣盘水淬处理，而在块渣处理场进行喷水冷却，粗破碎，磁选等工艺进行处理。炉渣间与主厂房平面布置，跨度为30米，厂房面积为5040平方米，吊车轨面标高15米，设三条渣罐线，炉渣内设有7组浅轧盘台架，每组台架上设有浅渣盘3个，共21个浅渣盘。炉渣间的一端为浅盘修理区，另一端为快渣处理场。渣盘的主要参数：面积25.4平方米组数：2组/炉，3个每组自重：24t/个各部位厚度：地板80mm,侧面板mm，后侧板50mm1.3炼钢车间工艺布置1.3.1车间跨数的确定采用多跨式车间，布置为加料出钢同侧，共有：渣跨、炉子跨、加料跨、精炼跨、浇铸跨、出坯跨和预热跨。1.3.2各跨的工艺布置渣跨布置渣盘；炉子跨包括转炉，转炉耐材，氧枪维修区和铁水接收间；加料跨包括转炉操作室，化验室，废钢间；精炼跨包括CAS-OB、RH设备，冷热钢包维修、存放区；浇铸跨包括中间包存放维修区，结晶器维修存放区；预热跨设置铸坯均热炉。1.4车间工艺流程简介1.4.1工艺流程框图1.4.2工艺流程说明对于转炉车间的整个工艺流程，依照不同的转炉车间的转炉车间设计模式而形成自己独特的工艺流程。为了减轻炼钢车间转炉的冶炼任务，达到提高转炉的生产率，提高产品的质量和降低成本，开发新产品的目的，于是对铁水进行铁水预处理。为了减少炼钢车间的污染，在车间外单独设脱硫间，在混铁车中喷吹脱硫剂，以降低[S]的含量，并预留铁水三脱。降低硫、磷、硅的含量。主要由以下过程：高炉铁水用混铁车运至钢厂的铁水接收间，并兑入铁水包中，然后由转炉加料跨的起重机兑入转炉。转炉吹炼完毕，出钢至钢水包中并经合金化后，由钢包车运至钢水接收跨，根据冶炼钢种及铁水成分和钢水温度测量结果决定钢水的精炼程序。合格钢水由钢水跨起重机送至连铸回转台上待用。1.5转炉冶炼指标及原材料消耗1.5.1转炉冶炼作业指标转炉作业率：79.5% 炉龄：12000炉铸坯合格率：99% 钢铁料消耗：152吨/炉

2设备计算2.1转炉设计2.1.1炉型设计1、原始条件炉子平均出钢量为150吨钢水，钢水收得率取92%，最大废钢比取20%，采用废钢矿石法冷却。铁水采用P08低磷生铁(ω(Si)≤0.85%，ω(P)≤0.2%，ω(S)≤0.05%)。氧枪采用4孔拉瓦尔型喷头，设计氧压为1.0MPa2、炉型选择：根据原始条件采用筒球形炉型作为本设计炉型。3、炉容比取V/T=0.954、熔池尺寸的计算A.熔池直径的计算确定初期金属装入量G：取B=15%则确定吹氧时间：根据生产实践，吨钢耗氧量，一般低磷铁水约为50~57m3/t(钢)，高磷铁水约为62~69m3/t(钢)，本设计采用低磷铁水，故取吨钢耗氧量为57m3/t(钢)，并取吹氧时间为15min。则取K=1.62则B.熔池深度的计算筒球型熔池深度的计算公式为：确定D=5.157m,h=1.366m。C.熔池其他尺寸确定球冠的弓形高度h1=0.15D=0.15×5.157=0.774(m)炉底球冠曲率半径R=0.91D=0.91×5.157=4.693(m)5、炉帽尺寸的确定A.炉口直径d0：取d0=0.48D=0.48×5.157=2.48(m)B.炉帽倾角θ：取θ=64°C.炉帽高度H帽：取H口=400mm,则整个炉帽高度为：在炉口处设置水箱式水冷炉口炉帽部分容积为：6、炉身尺寸确定A.炉膛直径D膛=D(无加厚段)B.根据选定的炉容比为0.95，可求出炉子总容积为V总=0.95×150=142.5(m3)C.炉身高度则炉型内高7、出钢口尺寸的确定A.出钢口直径B.出钢口衬砖外径C.出钢口长度D.出钢口倾角β：取β=18°8、炉衬厚度的确定炉身工作层选700mm,永久层115mm,填充层100mm,总厚度为700+115+100=915(mm)。炉壳内径为：D壳内=5.157+0.915×2=6.99(m)炉帽和炉底工作层均选600mm,炉帽永久层为150mm，炉底永久层用标准镁砖立砌一层230mm，黏土砖平砌三层65×3=195(mm)，则炉底砖衬总厚度为600+230+195=1025(mm)。则炉壳内型高度为H壳内=8.596＋1.025=9.621(m) 工作层材质全部采用镁碳砖。9、炉壳厚度确定炉身部分选70毫米厚的钢板，炉帽和炉底部分选用60毫米厚的钢板。则炉壳转角半径SR1=SR2=900(mm)SR3=0.5δ底=0.5×1025=512(mm)10、验算高宽比可见≥1.3，符合高宽比的推荐值。因此可以认为所设计的炉子尺寸基本上是合理的，能够保证转炉的正常冶炼进行。根据上述计算的炉型尺寸绘制出炉子图型如下：2.1.2转炉倾动力矩计算及电机功率确定1、炉衬重心(以炉壳底为原点)①帽锥圆柱体体积公式为圆柱体重心公式为截锥体体积公式为截锥体重心公式为由以上公式求得V柱=1.932m3y柱=2.940mV小锥=32.663m3y小锥=1.062mV大锥=80.202m3y大锥=1.326mV帽=V大锥-V小锥-V柱=45.607m3②炉身(圆筒)V大柱=156.952m3y大柱=2.045mV小柱=85.429m3y小柱=2.045mV筒=V大柱-V小柱=71.496m3y筒=1.859+2.045=3.904m③炉身(底)球缺体积公式为球缺重心公式为V柱=52.420m3y柱=0.683mV球缺=24.777m3y球缺=0.898mV炉身(底)=V柱-V球缺=27.643m3④炉底V底=17.709m3y底=0.060+0.678mV衬=V帽+V筒+V炉身(底)+V底=162.455m3G衬=V衬×2.85×103=462.997t2、炉壳重心(以炉壳底为原点)①炉帽V大=88.023m3y大=1.337mV小=80.202m3y小=1.326mV帽=V大-V小=7.821m3②炉身V大=217.843m3y大=2.728mV小=209.372m3y小=2.728mV身=V大-V小=8.471m3y身=1.085+2.728=3.813m③炉底V大=19.322m3y大=0.717mV小=17.709m3y小=0.678mV底=V大-V小=1.613m3V壳=V帽+V身+V底=17.905m3G壳=V壳×7.8×103=139.659t则耳轴位置定为4.561+0.100=4.660m3、倾动力矩G炉=G衬+G壳=602.656t4、空炉重心位置和倾动力矩角度/° x/mm y/mm 空炉力矩/kN·m45 70.71 -70.71 418.0547 73.14 -68.20 432.3849 75.47 -65.61 446.1951 77.71 -62.93 459.4553 79.86 -60.18 472.1655 81.92 -57.36 484.2957 83.87 -54.46 495.8359 85.72 -51.50 506.7661 87.46 -48.48 517.0863 89.10 -45.40 526.7765 90.63 -42.26 535.8167 92.05 -39.07 544.2169 93.36 -35.84 551.9471 94.55 -32.56 559.0073 95.63 -29.24 565.3775 96.59 -25.88 571.0677 97.44 -22.50 576.0579 98.16 -19.08 580.3481 98.77 -15.64 583.9383 99.25 -12.19 586.8085 99.62 -8.72 588.9687 99.86 -5.23 590.4089 99.98 -1.75 591.1291 99.98 1.75 591.1293 99.86 5.23 590.4095 99.62 8.72 588.9697 99.25 12.19 586.8099 98.77 15.64 583.93101 98.16 19.08 580.34103 97.44 22.49 576.05105 96.59 25.88 571.06注：以耳轴中心为原点，向上为y轴正向由以上计算结果可之，空炉(耳轴上)的最大倾动力矩为591.12N·m，摩擦力矩为14.6N·m。2.2氧枪设计2.2.1氧枪喷头设计1、原始数据转炉公称容量150t，低磷铁水，冶炼钢种以低碳钢为主；转炉参数：炉容比V/t=0.95，熔池直径D=5157mm，有效高度H内=8596mm，熔池深度h=1366mm。2、计算氧流量取吨钢耗氧量57m3，吹氧时间15min，则氧流量qV=57×150/15=570(m3/min)3、选用喷孔出口马赫数为M=2.0，采用四孔喷头，喷孔夹角为12°。4、设计工况氧压查等熵流表，当M=2.0时，p/p0=0.1278，定p膛=1.3×105Pa，则5、计算喉口直径每孔氧流量q=qV/4570/4=142.5(m3/min)利用公式，令CD=0.90，T0=290K，p设=10.17×105Pa，则求得dT=0.043m=43mm。取喉口长度LT=20mm。6、计算d出依据M=2.0，查等熵流表A出/A喉=1.6887、计算扩张段长度取半锥角为5°，则扩张段长度8、收缩段长度取收缩α收=50°，则收缩半角为25°，收缩段的长度由作图法确定，L1=86.5mm???。2.2.1氧枪枪身设计1、原始数据冷却水流量qmw=200t/h，冷却水进水速度υj=6m/s，冷却水回水速度υp=7m/s，冷却水喷头处流速υh=9m/s，中心氧管内氧气流速υ0=50m/s，吹炼过程中水升温Δt=20℃，其中回水温度t2=45℃，进水温度t1=25℃；枪身外管长Lp=20.264m，枪身中层管长Lj=21.364m，中心氧管长L0=23.764m，180°局部阻损系数ξ=1.5。2、中心氧管管径的确定中心氧管管径的公式为管内氧气的工况体积流量中心氧管的内截面积中心氧管的内径根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为φ168×6mm的钢管验算氧气在钢管内的实际流速符合要求。3、中层套管管径的确定环缝间隙的流通面积中层管的内径为根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为φ203×5mm的钢管验算实际水速符合要求。4、外层套管管径的确定出水通道的面积为外管内径为根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为φ245×12mm的钢管验算实际水速符合要求。5、中层套管下沿至喷头面间隙h(见下图)的计算该处的间隙面积为又知，故6、氧枪总长度和行程确定(见下图)根据公式氧枪总长为式中h1—氧枪最低位置至路口距离，m；h2—炉口至下沿的距离，取1.074m；h3—炉口下沿至烟道拐点的距离，取3.901m；h4—烟道拐点至氧枪空的距离，m；h5—为清理结渣和换枪需要的距离，取0.800m；h6—根据把持器下段要求决定的距离，m；h7—把持器的两个卡座中心线间的距离，m；h8—根据把持器上段要求决定的距离，m。氧枪行程为7、氧枪热平衡计算冷却水消耗量计算qV<qmw，证明前面设计中选择的耗水量是足够的，且也是合适的。8、氧枪冷却水阻力计算氧枪冷却水系统是由输水管路、软管和氧枪三部分串联而成的。冷却水系统最大阻力损失部分是氧枪，大约占阻力损失的80%以上。利用氧枪进水管入口和回水管出口两个平面的实际气体柏努力方程式，及其能量平衡关系来确定氧枪冷却水的进水压力。设进水管入口为Ⅰ面，回水管出口为Ⅱ面，则式中pⅠ，pⅡ—进、出口压力，Pa；ZⅠ，ZⅡ—面高度，m；υj，υp—进回水速度，m/s；ρ—水的密度，1000kg/m3；g—重力加速度，m/s2。因为ZⅠ≈ZⅡ，υj≈υp，pⅡ≈0，所以pⅠ≈h失1-2，即氧枪冷却水的进水压力近似等于氧枪冷却水的阻力损失。其阻力损失为式中lj、lp—进、回水管的长度，m；λj、λp—进、回水管的摩擦阻力系数，λj=0.036，λp=0.038υj、υp、υh—进、回水管和底部的水速，m/s；ξ—180°局部阻力系数，ξ=1.5；ρ—水的密度，1000kg/m3；dej，dep—进、回水管的有效直径，也叫当量直径。dej=d2-d′1，dep=d3-d′2冷却水进水压力p1=1573369.223Pa≈16×105Pa。2.3烟气净化系统设备设计与计算1、吹炼条件转炉公称容量为150t，3吹3，金属最大装入量G=172.5t，铁水含碳量ω1(C)=4%，钢水含碳量ω2(C)=0.1%，冶炼周期为36min，吹炼时间为15min。2、烟气及烟尘有关参数炉气成分：φ(CO)=86%，φ(CO2)=10%，φ(N2)=3.5%，φ(O2)=0.5%烟气进口尘浓度为：c0=0.109kg/m3供氧强度B=3.8m3/(t·min)空气燃烧系数α=0.08进入净化系统的烟气温度tgj=900℃3、供水强度一级文氏管用不经冷却循环水为40℃，二级文氏管用循环水经冷却为30℃，供水压力为pw=0.3MPa(送至用户最高点)。参数计算如下：①炉气量计算。故②烟气量计算采用未燃法，空气燃烧系数α=0.08，燃烧后的干烟气量假定燃烧后烟气仍残留有氧气，则烟气成分为：4、烟气浓度修正根据回收中期，烟气量为炉气量的102770/91000=1.1293倍，故进口烟尘浓度应做修正，即cD=0.109/1.293=0.0965(kg/m3)5、回收煤气量的计算每1t钢产生的炉气量等于1000×(4%-0.1%)×22.4÷12×1÷(0.86+0.1)=75.8(m3)按烟气生成倍率为1.1293倍，则每1t钢产生的煤气炉等于1.1293×75.8=85.6(m3)，考虑到前后期不回收煤气，定回收率为70%，即每1t钢可以回收的煤气量为0.70×85.6=59.92(m3)。6、烟气的物理数据的计算①密度ρ0。先求烟气相对分子质量Mρ0=M/22.4=30.4096/22.4=1.361(kg/m3)②定压比热容cp。气温为900℃时，气温小于100℃时，流程简介如下：采用全湿法未燃法净化回收系统，在抽风机上装备液力耦合器，以降低非吹炼期的电耗，并使抽风机在底转速下得以进行冲水。调速比为2900/750=3.87。流程：氧气转炉→活动烟罩→固定烟罩→汽化冷却烟道→连接管→溢流定径文氏管→重力脱水器→矩形滑板调径文氏管→180°弯头脱水器→复挡脱水器→流量孔板→风机前切断阀→抽风机(配备液力耦合器)→三通切换阀→①水封逆止阀→煤气主管道→煤气贮气柜②放散烟囱→点火器按照流程顺序，对一级文氏管，重力脱水器，二级文氏管，弯头脱水器，复挡脱水器五个设备的设计计算分列于后，并作贮气柜和抽风机的选择。主要设备的设计和选择如下。1、溢流定径文氏管(一级文氏管)一级文氏管主要设计参数定为：喉口气速vT=65m/s，水气比LT=0.55L/m3(按进口气温900℃时的烟气量)，收缩角α1=24°，扩散角α2=7°，喉口长度LT=DT，溢流水量qT=5000kg/(喉口延米长·h)，排水温度twp=排气温度tgp-5℃进口气温下烟气量供水量，一级文氏管用水不经冷却，进水水温tw1=40℃，取一级文氏管前管道阻力损失为196Pa，一级文氏管出口负压Δp=-2940Pa。①热平衡计算。进口一级文氏管的总热量为：a.试用出口温度tgp=70℃，做热平衡计算：tgp=70℃时，水汽分压pH=31.13Pa，twp=70-5=65℃，含湿量限度蒸发水量排水量水汽热焓则出一级文氏管总热量为：即小于进口热量。b.试用75℃为排气温度，做计算：出一级文氏管的总热量为：根据以上两次计算，用插入法求tgp：求得：tgp=71.8℃，取72℃。相应pH=33.99(kPa)。出一级文氏管的饱和烟气量qV为：饱和烟气密度②结构尺寸。a.收缩管入口管径：一级文氏管入口前负压为0.196kPa入口处工况烟气量入口气速取25m/s，则入口直径b.喉口直径DT及喉口长度LT。一级文氏管出口负压Δp=-2.94kPa在喉口的气量取饱和至72℃是的气量即设υT=65(m/s)；喉口直径，取DT=1.230m喉口实际气速喉口长度LT=1.230mc.收缩段长度L1：取收缩角α1=24°d.扩散管出口直径：出口气速取20m/s取外径为φ2240mm×10mm，即内径为φ2220mm。e.扩散管长度L3：取扩散角α2=7°③喷水装置。a.溢流水量qT=5000kg/(喉口延米长·时)，总溢流水量为5000×π×1.230=19321(kg/h)，取20t/h。b.喷嘴喷水量为242865-20000=222865kg/h=222.865t/h，水压pW=0.3MPa，选用碗形喷嘴，喷口口径φ26mm，流量系数b=16.5，外径DB=48mm，每个喷水量qmw为：共用喷嘴数为222.865/28.6=7.8(个)，取8个。一级文氏管结构见下图：④阻力计算。按L3=8.093m，DT=1.230m，求出I3=L3/DT=8.091/1.230=6.580，连同α2=7°，在下图中找出ξ0=0.084ξξ0α2/(°)按α2及I3求ξ0值β=DT/D2=1.230/2.220=0.554则干阻力系数ξc溢流阻力系数已知L=0.55L/m3，υT=64.87m/s，自下图中找出湿阻系数ξW=0.662，ξξwυT/(m/s)按υT及L求ξW值1-L=0.3L/m3；2-L=0.5L/m3；3-L=0.75L/m3；4-L=1.0L/m3；5-L=1.25L/m3文氏管阻力⑤除尘效率和尘浓计算。一级文氏管的除尘效率为95%，出一级文氏管烟气的游离尘浓度为：c1=c0(1-η)=96.5×(1-95%)=4.825(g/m3)出一级文氏管的水中尘浓度为2、重力脱水器①结构尺寸。a.取入口气速为一级文氏管扩散管出口气速为20m/s。b.筒体内气速取5m/s，筒体直径D为：，取φ4.6m。c.出口管径取φ2240mm×10mm，其气速等于入口气速。d.为降低除尘设备的高度，将一级文氏管扩散管直接插入重力脱水器内部②脱水效率与尘浓度。a.筒体上升气速为：b.被沉降的最小水滴直径d0：在文氏管喉口雾化的水滴直径为96μm，出喉口后将逐渐凝聚增粒，因缺乏实测数据，不能与上式的d0做比较。现按一般实测数据的脱水情况，取脱水效率为85%。c.按脱水效率为85%，计算重力脱水器后的尘浓度：水中尘浓度为进入烟气中的污水量(重力脱水器出口)为：烟气中的尘浓cF为：cF即为进入二级文氏管的烟气中包括污水的尘浓。一级文氏管与重力脱水器的总除尘效率为：③阻力计算。取ξ=2.85，则阻力：3、矩形滑板调径文氏管(二级文氏管)二级文氏管主要设计参数定为如下。喉口气速：最小截面出取υT=100m/s，水气比L=1.0L/m3(出口饱和状态)，收缩角α1=30°，扩散角α2=10°，烟气在二级文氏管内降温7℃，即tgp=72-7=65℃，排水温度twp=65-3=62℃，循环水经过冷却，设喷水量为qm1，twj=30℃。先将二级文氏管阻力调至9.81kPa，二级文氏管后负压pB等于一级文氏管、重力脱水器和二级文氏管之和，一级文氏管前负压为0.196kPa，即pH=-(0.196+3.98+0.384+9.81)=-14.37(kPa)。①热平衡计算。进二级文氏管的总热量为：tgp=65℃，对应水汽分压pH=24.99kPa含湿量限度水汽热焓I2=(0.46×65+959)×4.186=2615.8(kJ/kg)cp2=cp1=1.363kJ/(m3·℃)排水量出二级文氏管热量：由热平衡式Qgj+Q′gj+Qwj+Q′wj=Qgp+Q′gp+Qwp即：求得供水量出二级文氏管饱和烟气量：水气比L=259727.6/209983.2382=1.24(L/m3)②结构尺寸。a.空喉口直径，取φ870mm采用无喉颈，空喉口截面积为b.收缩管管径取φ2240mm×10mm，α1=30°收缩段长度c.扩散管：取υ2=11m/s，扩散管管径取φ2620mm×10mm扩散管长度③阻力选用。二级文氏管系调径，故阻力值可以随意在一定范围内调节，设计中在回收期阻力为10000Pa，放散期为16000Pa。④除尘效率及尘浓度，二级文氏管除尘效率取99%，二级文氏管出口的游离尘浓度c2为：c2=c1(1-η)=4.825×(1-99%)=0.04825(g/m3)出二级文氏管的污水量qm5为：水中尘浓cW为：⑤喷嘴选用。采用碗形喷嘴，其个数、水压、水量等参数均与一级文氏管相同。4、180°弯头脱水器①外形尺寸。进口气速取11m/s，叶片间距采用200mm，进口面积为F进=209983.2382/(3600×11)=5.303(m2)出口气速取8m/s，出口面积为：F出=209983.2382/(3600×8)=7.291(m2)②阻力损失。Δp=0.4kPa③脱水效率与尘浓度。脱水效率取95%，二级文氏管排水量为qm5=299882.8(kg/h)，则带出弯头脱水器的水量为：烟气中的尘浓度为：5、复挡脱水器①结构尺寸。a.进口管直径Dj。进口气速取25m/s，进口面积为b.筒体及各层挡板直径。取芯管外径为DI=2000mm=2.0m筒体内径为Dc=2Dj+DI=2×1.724+2.0=5.448(m)，定Dc=5400mm筒体外径为5500mm，即5.5m，使用厚度为δ=40mm的钢板。c.筒体及各层挡板高度。取h0=200mm，hb=h0/2=100mm，气流回转角θ=15°，气流回转系数f=0.78则筒体高度为各层挡板高H2=5.156m，H3=5.025m，H4=4.894m，H5=4.762m，H6=4.631m，H7=4.500m，H8=4.369m，H9=4.238m，H10=4.107m，H11=3.975m，H12=3.844m，H13=3.713m，H14=3.582m，H15=3.451m，H16=3.39m芯管高HL=5.156。d.排气管内径DE。取出口气速为15m/s，则排气管面积e.排污水口内径De=Dc/8=5.4/8=0.675(m)f.上下锥体角度定为α=45°，α′=60°。②阻力计算。阻力系数进入复挡的烟气密度复挡的阻力③脱水效率，一般为99.5%。出复挡的污水量为：烟尘最终尘浓度为：此处的烟气尘浓即为系统的最终排放烟气尘浓度小于100mg/m3的排放标准。6、贮气柜选择①参数选定。转炉每炉最大产钢量为最大铁水量的94%，即G=172.5×0.94=162.15t，冶炼周期t2=36min，每1t钢回收煤气量为60m3，同时吹炼座数=3，选定每炉实际回收煤气时间t1=10min，不平衡系数K=0.7，进气柜时煤气温度为60℃。②容积计算。贮气柜容积气柜操作容积选用55000m3湿式螺旋式贮气柜一座。7、风机选择设风机入口温度为65℃，pH=24.98kPa机前负压(回收期最大)：pB=-(14.37+0.4+0.25+0.4905+0.294+0.981)=-16.79(kPa)烟气含湿量限度为风机操作风量机前烟气密度(回收期)系统全压：回收期p=22.6685kPa放散期p=23.8175kPa选用2台D1850-11型煤气鼓风机并联，用液力耦合器进行调速，风机转速为600~1430r/min，电动机功率为2950kW(60℃时)。计算资料综合如下。1、气压(阻力)(kPa)①负压：一级文氏管前0.196+一级文氏管3.98+重力脱水器0.384+二级文氏管9.81(回收期)或15.67(放散期)+180°弯头脱水器0.4+复挡脱水器0.345+流量空板0.4905+机前切断阀0.981=-16.5865~-22.0865(kPa)。②正压：(回收系统)水封逆止阀0.981+机后管道。三通切换阀0.196