年产200万吨钢的转炉炼钢车间设计——钢包设计

1、 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 年产 200 万吨钢的转炉炼钢车间设计 钢包设计 学生姓名： 蒲维 学生学号： 200911103045 院（系）： 资源与环境工程学院 年级专业： 2009 级冶金工程 1班 指导教师： 芶淑云 教授 二一三年五月 摘要 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘要 根据年产 200 万吨钢转炉车间设计的要求和国家相关政策的规定，确定转炉的 大小为 220吨，进一步得到了符合实际生产的与之匹配的钢包容量大小为 250 吨， 通过计算确定钢包上部内径和高度均为 4289mm，生产过程中所需要的钢包的数量 为 11 个。对钢包用耐火材料进行了设计，分为 2 套钢包即浇注

2、钢包和砌筑钢包。 分别对其进行分析确定了他们的绝热层和工作层的设计方法，对于浇注钢包采用 整体浇注和或剥皮浇注，对砌筑钢包采用综合砌筑的方案；通过对钢包透气砖和 滑动水口系统耐火材料的外形设计，确定了透气砖系统耐火材料的尺寸和滑动水 口系统耐火材料的尺寸；最后根据钢包用耐火材料的使用要求，针对不同钢种和 不同部位的不同要求以及耐火材料的理化性能指标，对钢包所用的耐火材料进行 了优化选择。 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 关键词 炼钢，钢包，砌筑，浇注，耐火材料 ABSTRACT 攀枝花学院本科毕业设计 （论文） ABSTRACT According to the annual output of 2

3、million tons of steel converter workshop design requirements and relevant national policies and regulations, determine the size of the converter is 220 tons, has been further conform to the actual production of matching the ladle size capacity of 250 tons, through the calculate and determine the lad

4、le upper inner diameter and height is 4289 mm, the production process required the number of ladles for 11. Ladle refractory materials used for the design, divided into 2 sets of ladle pouring ladle and laying the ladle. Respectively to analyze it to determine their thermal barrier and layer, the de

5、sign method of the work for adopts the integral casting and or peeling pouring ladle cover in casting, for the composite masonry methods in laying the ladle; Through the vent brick of ladle refractory and slide gate system design, determine the size of the system of gas supply brick and refractory m

6、aterials and refractory materials the size of the slide gate system; Finally according to the requirements of the ladle refractory material used, according to different steel grade and the different requirements of different parts and the rational index of the refractory, the ladle refractory materi

7、al used in the optimized choice. 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 Key words steelmaking, ladle, laying, casting, refractory material 残骛楼諍锩瀨濟溆塹 目录 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目录 摘 要酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 ABSTRACT I 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 1 绪论 0 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 2 转炉的座数、公称容量及生产能力的确定 1 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 2.1 转炉的容量和座数的确定 1 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 2.2 计算年出钢炉数1 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 2.3 车间的年产

8、钢量的计算2 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。 3 钢包尺寸及数量的确定 3 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 3.1 钢包尺寸的计算3 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。 3.2 钢包质量的计算6 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。 3.3 钢包重心计算 7 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。 3.4 钢包数量的计算8 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。 4 钢包用耐火材料的设计 10 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。 4.1 浇注钢包的设计方法 10 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 4.1.1包壁绝热层的设计方法 10 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。 4.1.2钢包工作层的设计方法 10 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。 4.1.2.1 普通不精炼钢包 11 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。 4.1.

9、2.2 简单炉后处理的精炼钢包 12 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。 4.1.3钢包浇注的工作方案 12 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。 4.1.3.1 整体浇注钢包的方法 12 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。 4.1.3.2 采用剥皮套浇的浇注钢包施工方法 13 輒峄陽檉簖疖網儂號泶。 4.2 砖砌钢包的设计 14 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。 4.2.1砖砌钢包的结构设计 14 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。 4.2.1.1 绝热层的设计 14 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。 4.2.1.2 永久层的设计 14 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。 4.2.1.3 工作层的设计 14 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。 4.3钢包透气砖和滑动水口系统耐火材料的

10、外形设计15 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。 4.3.1透气砖系统耐火材料的尺寸设计 15 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。 4.3.2滑动水口系统耐火材料的尺寸设计 16 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。 5 钢包用耐火材料的选择19 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。 目录 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 5.1 钢包用耐火材料的要求 19 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。 5.2 钢包耐火材料的选用 21 谚辞調担鈧谄动禪泻類。 5.2.1钢包隔热层和永久层 21 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。 5.2.2 钢包工作层 21 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。 5.2.3 滑动水口用耐火材料 22 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。 结 论24 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。

11、 参考文献 25 颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。 致 谢26 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。 1 绪论 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 1 绪论 钢包是连接转炉和连铸中间的容器 , 而且几乎所有钢水的炉外精炼过程都是 在钢包中进行； 钢包的工作状态好坏不仅影响炼钢过程钢液质量、 生产节奏、 炉 衬寿命；也会影响后序精炼和连铸过程中的包衬寿命、钢水质量和生产节奏 , 特 别是影响最终的钢铁产品的制造成本和内在质量。 钢包是炼钢生产重要的生产设 备，炉外精炼对钢包的结构和使用又提出了更高更新的要求。 钢包工作条件非常 苛刻。包衬受高温、钢液的静压和出钢时的巨大影响 , 同时受到强烈的机械侵蚀、 化学侵蚀和温度的急

12、冷急热的影响 1 。随着转炉炼钢技术的不断改进和发展 , 也 对各种二次精炼钢包精炼技术的应用提出了更高的要求 ,如各种钢 (包)水的搅 拌，钢水真空处理 (精炼), 加热功能的二次精炼方法 , 高碱度渣在钢包的精炼过程 中的各种应用等 ,使钢包内衬与剧烈运动的高温钢液长时间接触、互相作用 , 此 时，钢包所处的工作条件也相应的变得相当的复杂和苛刻。 銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。 伴随我国经济的飞速发展 , 钢包耐火材料在我国也得到了很好的发展。 钢包的 使用寿命不仅与耐火材料消耗相关 , 而且还直接影响到转炉的正常生产。尤其是 提高转炉使用寿命 , 连铸比增加和钢液炉外精炼技术的广泛应用 , 钢包

13、必须经历 高温、多钢种、时间长等日益严格的使用条件 , 因此对钢包耐火材料的要求也在 不断提高 , 世界各国都正在积极研究和开发各种新型耐火材料，为了提高耐火材 料的质量，延长其使用寿命 ,降低耐火材料消耗 2 。1950年代以来, 钢包耐火材料 在我们国家也在不断地向前发展 , 新产品不断增加 , 产品质量不断提高 ,使用效果 更好, 满足不断发展的需要。 根据我国钢铁行业的发展趋势 , 预计未来钢包耐火材 料的发展将主要从以下几个方面开展工作： (1) 开发寿命提高钢包耐火材料 , 满足 高效连铸和炉外精炼； (2) 开发更好的耐腐蚀性和抗剥离性能的低碳和无碳钙和 镁系列钢包耐火材料 ,以

14、满足冶炼洁净钢、 低碳钢和超低碳钢的需要； (3) 开发节 能钢材合成耐火材料 , 如无定型耐火材料和绿色砖。 (4) 发展资源节约型和环境友 好的钢合成耐火材料， (5) 开展各种用后残留耐火料的再次利用与研究 3 。挤貼綬电 麥结鈺贖哓类。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 转炉座数、公称容量及生产能力的确定 2 转炉座数、公称容量及生产能力的确定 2.1 转炉的容量和座数的确定 转炉炼钢过程中，由于炉衬受到侵蚀而逐渐减薄，在一个炉役期内，炉容量 随之增大，因此需要一个统一的衡量标准，即公称容量 4 。氧气转炉的生产能力 与作业指标的关系如下： 赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。 Q 365 144

15、0 n T /t 式中 Q车间生产能力， 200 万吨钢 /年； n车间经常吹炼座数； T每座炉平均每炉产钢量，吨； t每炉钢的冶炼周期，在 3848min，这里根据炼钢厂设计原理，取 45min； 转炉车间有效作业率， 与全连铸配合取 =65%80% 5 ，根据炼钢厂 设计原理，这里取 75%。 根据国家工信部 2010年07月 12日发布的钢铁行业生产经营规范条件 ， 新建转炉容量应在 120t 以上，依据上述关系，本设计车间转炉数为 1 座；每炉 钢的平均出钢量为 220 吨。 塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。 2.2 计算年出钢炉数 国内转炉的平均冶炼时间如表 2.1。 表 2.1 氧气转炉平均

16、冶炼时间 4 公称容量 /t 平均供氧时间 /min 平均冶炼时间 /min 15 1214 2528 30 1415 2830 50 1516 3033 100120 1618 3336 150 1819 3638 200 1920 3840 250 2021 4042 300 2122 4245 每一座吹炼转炉的出钢炉数 N 为： 1440T 2 N 1440 365 T1 T1 9855 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 转炉座数、公称容量及生产能力的确定 式中 T1每炉钢的平均冶炼时间， min ，参照表 2.1，取 40 min； T2 一年内有效作用的天数， d=365=273

17、d ； 1440 一天的日历时间， min； 365一年的日历天数，天； 转炉车间的有效作用率，取 75%。 故每天出钢炉数为： N/273=9855/273=36 炉； W: 2.3 车间的年产钢量的计算 在选定转炉公称容量和转炉工作制后，即可计算出车间的年产钢水量 w nNq 式中 W 车间年产钢水量， t； n 车间经常吹炼炉座数；这里取 1 N 每一座吹炼炉的年出钢炉数； q 转炉公称容量， t； 得出年产钢量为 2027520t 3 钢包尺寸数量的确定 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 3 钢包尺寸及数量的确定 3.1 钢包尺寸的计算 (1) 钢包容量的计算。转炉的出钢量与钢包的容量应

18、当匹配，如表3.1 表 3.1 与转炉配套的钢包容量的配合表 6 公称容量 /t 最大出钢量 /t 平均冶炼时间 /min 50 60 60 100 120 120 120 150 150 150 180 180 200 220 220 250 275 275 300 320 320 我们假设钢包的额定容量为 P(t) 。设计时一般需要考虑到钢包 10%的净空 量，因此钢包内钢水实际容量可以表示为 P+0.1P=1.1250=275t (2) 钢包内渣量的计算。 一般情况下，渣量只是金属量的一小部分， 约为 3 56 ，我们这里在设计时应取较大比例 15。故渣量可以计算为： 裊樣祕廬廂颤谚鍘

19、羋蔺。 1.1P 15% 275 0.15 42 (3) 钢包容积的计算。根据实际钢包所能够的容纳金属液与熔渣量计算进行。 钢液比容一般为 0.14 m3/t4，熔渣的比容一般为 0.28 m3/t6 。因此，钢渣的总体 积即钢包容积应该是： V =0.141.1 P +0.28 0.15 P =0.20 P (m3) ，如果使用 D/H 1，锥度用 15，则钢包底部直径 (钢包空间尺寸如图 3.1 所示) ：仓嫗盤紲嘱珑詁 鍬齊驁。 DH D 15%H =0.85 D 3 3 钢包尺寸数量的确定 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 图 3.1 钢包内空间尺寸 若钢包容积根据圆锥台来计算，即： H

20、 2 2 V (D2 DH2 DDH ) 12 把H D 和DH 0.85D带入上式得到： V 0.637 D 3 又钢和渣体积为 V =0.20 P ，因此有 0.637D3=0.20P 0.20P 31 13 D ( )3 0.667 P3 0.673 可得到钢包的基本尺寸同容量的关系 : 1 1 1 D 0.667P3 ； H 0.667P3 ； DH 0.567 P 3 以上三个计算公式是基于一致条件下的衬砌厚度得出。各部分设计过程参考 文献 6 得到各部分参数。如图 3.2 所示： 绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。 图 3.2 钢包各部分尺寸 1) 外壳内高 H1 H Jd D 0.1D 1.

21、1D H1=H +Jd=D+0.1 D=1.1 D 2) 外壳全高 H 2=H1 d 1.1D 0.012D 1.112D 3) 外壳上部内径 D1=D+2Jb D 2 0.07D 1.14D 4) 外壳上部外径 D 2 =D+2Jb 2 b 1.14D 2 0.01D 1.16D 5) 外壳下部内径 D3=DH +2Jb 0.99D 6) 外壳下部外径 D4=D3 2 b 1.01D 说明： 3 钢包尺寸数量的确定 攀枝花学院本科毕业设计（论文） （1）钢包砖衬厚度。钢包砖衬包含保温层 （ 外层） 与耐火材料工作层 （外层），一 般砌筑总厚度 100250mm。工作层砖的型式有多种，列入标准

22、的钢包的衬砖砖 型外，根据锥度、直径、高度等参数设计专用衬砖，针对专用钢包，使得其砌筑 工作变得更加方便流利，砌筑质量变得相当高。 骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。 钢桶桶壁厚度约等于 J b 0.07D ； Jd ：包壁的厚度（上下应一致） ，mm D：钢包上部内径， mm Jb:钢包底衬厚度， mm（Jb=0.10D） b：钢包壳壁厚， mm（ b=0.01D） d：钢包壳底厚， mm（ d=0.012D） 对砖衬部分的厚度需要进行扩大或者修正，我们为了保证实际容积为 0.20P 需要扩大 值表示为 : K 0.367D3=0.20P。K 为在 0930.96 之间的一个系数。 目的是使加厚砖衬部分

23、而减小了 4 7的容积，同是为修正容积之不足因此 在式字中需要乘以系数 K从而可以得到下部内径 : 瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。 DH 0.85D 4 （一般情况下为 3060mm，这里取 为 45mm）。 0.667 P1/3 D 1/3 （0.930.96）1/3 0.667 2501/3 0.941/3 =4.289m DH 0.85D 4 =3.466m 表 3.2 钢包各部分尺寸值 参数名称 数值 /mm 参数名称 数值 /mm 钢包上部内径 D 4289 深度 H 4289 外壳上部内径 D1 4889 外壳内高 H1 4718 外壳上部外径 D2 4975 外壳全高 H2 4769 外

24、壳下部内径 D3 4246 包壁的厚度 Jd 429 外壳下部外径 D4 4332 钢包底衬厚度 Jb 300 钢包壳底厚 d 51 钢包壳壁厚 b 43 以上设计钢包的净空高度为 300400mm但, 为了与现代真空冶炼相适应需要 相应的增加其净空高度，本设计净空度取 800，从而得到钢包的各部分尺寸如下 表3.3 所示鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。 3 钢包尺寸数量的确定 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 表 3.3 改进后钢包各部分的值 参数名称 数值 (mm) 参数名称 数值 (mm) 钢包上部内径 D 4289+120 深度 H 4289+800 外壳上部内径 D1 4889+137 外壳内高

25、 H1 4718+800 外壳上部外径 D2 4975+139 外壳全高 H2 4769+800 外壳下部内径 D3 4246+119 包壁的厚度 Jd 429 外壳下部外径 D4 4332+121 钢包底衬厚度 Jb 300 钢包壳底厚 d 51 钢包壳壁厚 b 43 3.2 钢包质量的计算 在完成钢包的外壳、支撑腿、滑动水口、吊挂耳抽等部件的计算后，再对钢 包的质量进行精确的计算， 根据以上以上选定的材料和确定的尺寸可以大概的计 算得出钢包的质量。 栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。 (1) 包衬质量的计算。砖衬总体积与总质量为： 钢包壁砖衬体积计算为 : D 2 2 2 2 2 3 Vb (1.14

26、D )2(0.99 D)20.99D 1.14D D2(0.85 D )20.85D 2 0.219 D 3 12 钢包底砖衬体积计算为： Vd (0.99D)2 4 0.1D 0.077 D 3 钢包砖衬总体积计算为 : V衬 0.219D3 0.077D3 0.296D3 钢包砖衬总质量计算为 (这里取平均密度大约 1.80 t/m3) W衬 0.219D3 0.077D3 1.81 0.396D3 0.139D3 0.535D3 2)钢包外壳钢板质量的计算 钢包底钢板体积计算为： 2 (1.01D ) 23 0.012 D 0.01D 3 4 钢包壁钢板体积计算为 : 3 (1.16D

27、1.01D) 1.115D 0.01D 0.039D 3 2 钢包外壳钢板质量计算为 : W壳 0.039 0.01 D3 7.85 0.384D3 3 钢包尺寸数量的确定 攀枝花学院本科毕业设计（论文） （3）空钢包质量的计算 1 W1 W衬 W壳 0.919D3 ，将式 D 0.667P3 代入得： W1 0.273P 则空钢包的质量大约为钢包额定容量值的 27 28之间。但是在考虑到其 它未计入的钢结构件与耐火砖质量的前提下，应在这基础上增加10左右，则 空钢包的质量应该为额定钢包容量值的 30 31之间。 辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。 W1 （0.30.31）P （这里取为 30%） W1=

28、0.3 250=75（t ） （4）盛满熔渣与钢水后的总质量的计算。钢包的渣量一般为金属量的15%， 容量则按过装量 10%的进行计算，则装满渣和钢水后的质量计算为： 峴扬斕滾澗辐滠 兴渙藺。 W2 1.1P 0.165P 0.273P 1.538P =1.538250=384.5t 因此,在选择铸造起重机 , 其承载能力应大于添加门形状钩的质量。门户钩固 定在钢包 （与耳铀饺接 ）和分离型两种 , 应包括在总起重之内 。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。 3.3 钢包重心计算 钢包的重心计算是为了确定钢包耳轴位置 , 钢水和渣包的起重和浇注工艺稳 定,没有倾翻的危险 , 让它在倾销出钢不需要太费力。 重

29、心是通过传统的力学方法 计算的。 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。 对钢包来说 , 如简化无论铸造操作机构 （塞杆或滑动浇道 ）的质量, 这是忽略它 们造成重心偏移，视钢包、钢水、内衬和熔渣是绕铅垂轴线完全对称。所以计算 重心只考虑一个正直的方向是好的距离。 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。 （1）钢包包壁砖衬的重心点的确定 经计算包壁砖衬重心与上口的距离为： y01 0.487D （2）钢包包底砖衬的重心点的确定 经计算包底砖衬重心与上口的距离为： y02 1.05D （3）钢包外壳侧壁的重心点的确定 经计算包底外壳侧壁重心与上口的距离为： y03 0.537D （4）包底底壳的重心点的确定 经计算底壳重心与上

30、口的距离为： y04 1.106D （5）钢包渣层的重心点的确定 经计算渣层重心与上口的距离为： y05 0.099D 3 钢包尺寸数量的确定 攀枝花学院本科毕业设计(论文) (6) 钢包内金属的重心点的确定 经计算钢包内金属重心与上口的距离为： y06 0.581D (7) 总重心的计算。通过已知钢包各部分重心计算所得的数据，求出总重心。 因钢包是对称的，故其重心都在其对称袖上面，则有以下方程式： 鳃躋峽祷紉诵帮废 掃減。 W0 y0 W01 y01 W02 y02 W03y03 W0my0m W0 =W2 1.538P 盛满钢水的钢包质量： W2 1.538 3.365D3 钢水容量有 :

31、 1.1P 1.1 3.365D 3 3.702 D 3 2.795 经化简得： y0 2.795D 0.54D 0 5.175 y0=0.54 4.289=2.316m 同时，钢包的上缘与耳轴中心线的距离应小于 0.54D 才能够使钢包保持稳 定。通过相同的方法，计算得到空钢包的重心位置 y0 0.642D ，即空钢包比 盛满熔渣、钢水时重心时低，更加稳定，没有倾覆的危险。 稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。 表 3.4 钢包各部分参数 参数名称 数值 /mm 参数名称 数值 /mm 钢包上部内径 D 4409 深度 H 5089 外壳上部内径 D1 5026 外壳内高 H1 5518 外壳上部外径 D

32、2 5114 外壳全高 H2 5569 外壳下部内径 D3 4365 包壁的厚度 Jd 429 外壳下部外径 D4 4453 钢包底衬厚度 Jb 300 钢包壳底厚 d 51 钢包壳壁厚 b 43 总重心 y0 2.316 3.4 钢包数量的计算 车间需要钢包的数量 Q10的计算： T1t Q10 Q11 Q12 Q13 ( ) 0.9 11 24 60 24F 上式中： Q11车间每昼夜生产周转使用的钢包个数， Q11=AT1/(2460)； Q12车间每昼夜冷修的钢包数量， Q12=At/24F; Q13车间备用的钢包数量，去钢包的总数的 1020%，这里取 10%； A车间每昼夜的出钢炉

33、数； 3 钢包尺寸数量的确定 攀枝花学院本科毕业设计（论文） T1每炉钢使用钢包作业时间，即周转时间（ min），取 260min； t 每个冷修钢包周转时间（ h），这里取 44h； F使用寿命，视钢包容量、包衬材质及砌筑方式等而不同， 取 20 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 钢包用耐火材料的设计 4 钢包用耐火材料的设计 随着炼钢工业的不断发展，钢包的使用寿命也在不断的提高，但是提 高钢包的使用寿命不能只靠单纯的提高材质的质量， 还要根据钢包的使用 环境和损毁部位合理的砌筑钢包内衬， 从而达到提高钢包使用寿命。 以下 分别从浇注钢包和砖砌钢包的设计方法来进行探讨。 陽簍埡鲑罷規呜旧岿

34、錟。 4.1 浇注钢包的设计 4.1.1 包壁绝热层的设计 采用硅酸铝纤维作为国内大中型钢钢包纤维隔热保温板 , 产品的导热 系数低,可以承受一定的压力 ,能加强钢静态钢包保温 ,减少热损失 ,降低 钢液的温度 , 减少流动率钢包包覆过程中钢包温度下降 , 从而降低出钢温 度,节能降耗的目的 ,高质量和高产量 5 。材料性能指标见表 4.1 。沩氣嘮戇苌 鑿鑿槠谔應。 表 4.1 硅酸铝纤维的性能指标 项目 指标 Al 2O3+SiO 2 98.30 体积密度 710 kg/m3 加热线变化率 ,1100 6h -1.86 导热率 （热面 1000 ） 0.136 W/ （ m k） 压缩强度

35、 （厚度方向压缩 20 ） 1.92 MPa 耐火度 1800 保温层用硅酸铝纤维 , 通常为 10 mm厚。砌筑时粘结剂和火泥混合成浆， 它与泥浆一并考虑和关节压实。 材料与材料之间必须联合纸浆， 没有空隙。 保证钢包均匀应力 , 避免局部应力集中而开裂包衬。保温板粘贴牢固和一 定强度的永久衬或工作衬后再进行浇注 5 。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。 4.1.2 钢包工作层的设计 浇注钢包根据使用时的环境，从普通不精炼钢包和精炼钢包来分别阐 述在设计时钢包内壁厚度以及材料的体积重量等计算方法。 浇注钢包根据 使用环境 , 分别从普通和精炼钢包阐述包衬厚度的设计和材料体积重量的 计算方法 6 。懨俠劑

36、鈍触乐鹇烬觶騮。 10 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 4 钢包用耐火材料的设计 4.1.2.1普通不精炼钢包 图 4.1 是普通不精炼的设计图，由图中所给的数据根据下面的计算公 式(4-2 、4-3 、4-4) 可以推出：包壁的体积、包底的体积和保温层的面积， 从而根据选用的材质体积密度依据计算式 (4-1) 计算出各种材料的数量和 重量。 謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。 D:钢包壳上部内壁的直径 d: 钢包壳底部内壁的直径 d1:钢包口的工作层的内径 d2: 钢包熔池底的内径 b:钢包绝热层得厚度 H:钢包的高度 h:钢包底工作层的厚度 L:钢包母线的长度 材:料密度a:钢包水平面与母线的夹角 图

37、 4.1 普通不精炼钢包设计图 将钢包内壁工作层看作是圆台， 根据圆台的体积计算方法来计算包壁 工作层所用的耐材的体积。 工作层所用材料的质量 ： M( V1 V2 )(4-1) 包壁的体积： 1 D 2 D dd21d12d1d Dd1d Dd12 V1H H ( 1 1 1 1 ) Sb 1 3 4 4 4 3 4 4 4 (4-2) 包底的体积： 11 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 4 钢包用耐火材料的设计 V2 (4-3) (4-4) 1 d D d1 2 d D d1 d2 d22 h( ) 3 4 4 4 保温层面积： dD 2 4.1.2.2简单炉后处理的精炼钢包 精炼钢包使用

38、条件苛刻 , 因此使钢包内部造成不同程度的损伤 , 为了使 钢包内衬损坏达到一个平衡状态 , 通过加厚损毁部位工作层或使用高档材 料以满足需求。图 4.2 是一个精炼钢包。 呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。 在精炼钢包耐火纤维外面铺设一层黏土砖作为一个永久层 , 大部分的 浇注包通常不是一个永久层 ,在使用的过程中 ,使用剥皮套浇注技术。 上渣 线采用高铝镁浇注料、 下渣线用加厚的方法 , 从而加强了渣线的耐蚀性 7。 莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。 图 4.2 浇注精炼钢包设计图 4.1.3 钢包浇注的工作方案 4.1.3.1 整体浇注钢包的方法 (1) 包底完成后浆料固化有足够的强度来浇注包壁。 (2) 开

39、始在胎模均匀刷上一层黄油或废油 , 然后安装胎模具、胎模具稳 定平躺放置 , 并要求包壁得钢板和周围的间距保持一致，尽可能确保浇注 工作层厚度相同。 麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。 12 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 4 钢包用耐火材料的设计 (3) 胎模型放置到位后 ,必须牢固 , 必要时可以焊接。 (4) 在浇注工作层之前，要做好必要的准备 ( 搅拌机、振动棒等 ), 然 后根据要求施工 , 包括控制加水量、加料方式 , 要求尽量从钢包周围均衡分 布的加料 ,尽量防止轮胎模位移、振动 ,直到完全泛浆 ,以确保施工工作层 没有更多坑和孔隙度。 納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。 (5) 钢包工作层施工要求一次

40、性完成。 (6) 通常在 8-16 小时后完成 (取决于环境温度 )可以脱模 , 但之前必须检 查分型面 ,浇注料的强度，如果仍然没有凝固 , 需要延长脱模进行的时间 , 必须等到有足够的强度来脱模浆料。 風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。 (7) 在脱模自然干燥 24小时后,才可以烘烤 7。 4.1.3.2采用剥皮套浇的浇注钢包施工方法 精炼钢包在新包使用一段时间后， 可以使用剥皮套胶来降低耐火材料 消耗每吨的钢铁及其施工方法如下 : (1) 清除 工作 表面和夹在漏在外面的剩余钢残渣 ,不可以有任何残钢。 (2) 观察薄皮钢包壁浇注料 ,如没有大问题可以决定不去皮 ,衬套浇注 钢包浇注料工作。 (3)

41、 下胎模具测试 ,如胎模具可以设置 ,平均差距大约超过 30 毫米 ,准备 提起胎模具进行直接套浇注。 (4)如壁厚的胎模不能放置到位 ,可以采取措施修复、更换渣线继续使 用一定次数后 ,再决定是否套浇注。 (5) 决定剥皮钢包 ,清除浇注料和渣中的凸块 ,同周围浇注料厚度保持 相当。 (6) 清理干净包底灰渣 ,砌筑好的喷嘴等领域 ,底部浇注与钢包浇注料 平整。 (7) 将工作衬里表面剥皮 ,再倒在端面浇注。 (8) 放置夹具 :根据壁厚在底部位置的膜 ,定位出一个圆圈 ,将胎模放到规 定的位置 ,测量胎模顶部和包壁永久层间距调整后 ,尺寸公差要求间距小于 10 mm,空气砖边大于约 20

42、毫米。 灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。 (9) 使用一个振动器振动铸造 ,降低振动器不能插入的地方 ,浇灌水分布 比例可适当增加流动性为了提高浇注料。其余的根据正常铸造操作,应特 别注意振动 铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。 密实 ,可以为一个振动器的地方不能有松偏析现象 ,删除一个振动器时必须 缓慢,以防形成孔。 (10) 浇注后 24小时内固化脱模 ,检查效果 ,使用钢包浇注修复材料和修 13 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 4 钢包用耐火材料的设计 复缺角松弛部分。 (11) 使用过程加强检查 ,如发现超过 50 毫米或更多的部分损失应立即 停止进行冷包修理。 (12) 中途停止当冷包修理检查全套的浇层

43、,用修补料修补好发现的裂 缝或者脱落。 4.2 砖砌钢包的设计 钢包砖在设计时考虑多一点浇注钢包 , 首先从钢种和冶炼钢种进行考 量, 其次根据钢包容量 , 净空高度满足施工需要的钢铁厂 , 最后根据预期的 渣线使用寿命 , 钢包寿命来确定衬砌厚度及材质的选择 7 。 攙閿频嵘陣澇諗谴隴 泸。 4.2.1 砖砌钢包的结构设计 4.2.1.1绝热层的设计 砖砌钢包和浇注钢包的绝热层的施工方法及设计思路差不多， 可参照 前面浇注钢包的绝热层的设计。 4.2.1.2永久层的设计 根据包衬和衬里残渣的特征 , 要求永久层设计要适中。永久层太厚 , 而 工作层厚度变薄 , 使用寿命会受到影响 ; 太薄

44、, 施工强度很低。考虑到使用 的施工性和安全性 , 从而确定永久层厚度。 趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。 如果当永久层施工用浇注料 , 根据整体浇注包浇注施工方法。 如果使用 重力浇注材料 , 可以使用永久层和工作层一起施工砌筑 , 保留良好的工作 层厚度，然后在砖砌几层工作层后 , 在耐火纤维毡与包壁工作层之间的空 隙中注入自流状态的教主材料 , 反复用泥刀插实 , 直到完成包衬 , 这种方法 没有振动 ,取消座位模具、脱模等乏味的工作 ,降低劳动强度 ,节约时间 , 节约能源 , 降低成本。但缺点是首次中修永久层表面不是很光滑 , 需进行两 次调整再工作层的砌筑 8 。夹覡闾辁駁档驀迁锬減。 4.

45、2.1.3工作层的设计 工作层耐火材料设计最主要的进行工作层厚度和类型砖耐火材料设计 钢包工作层厚度是根据冶炼环境和流程 , 然后选择能满足要求的使用寿命 的耐火材料 , 这就需根据耐火材料计算侵蚀率。根据钢液面高度来确定渣 线的厚度和渣层。 视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。 14 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 钢包用耐火材料的设计 4.3 钢包透气砖和滑动水口系统耐火材料的外形设计 4.3.1 透气砖系统耐火材料的尺寸设计 现在钢铁工业对于钢的纯净度提出了更高的要求，透气砖已经成为炉 后处理和炉外精炼核心部分。透气砖通常安装在钢包的底部 , 特殊情况下 可以安装在包的外侧 （ 侧吹）, 通过金属

46、软管与钢包透气砖与快速接头固定 在钢管连接 ,氩源和快速连接器金属软管连接 ,易于使用 9。偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞 錠。 （1） 透气砖砖芯的设计方法。 透气砖的选择应该根据钢包容量的大小决定。通常大容量的钢包需要 大透气量的通风透气砖， 在选择时 ,大小头直径都应该稍大些。 反之, 则应 该较小。 緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。 一个大小头直径 , 增加铁泥缝 :5 毫米。 钢包底板适用的厚度 : 大头直径:180 毫米,通常使用 :5 毫米板 大头直径:180 毫米,通常使用 :3 毫米板 安全显示的一些参数和设计原则 原则上 ,所有透气砖应该添加安显 , 安显必须确保透气砖得使用安全。 安显设计综合

47、考虑钢包容量、精炼方法、持续时间、温度、铸钢时间等因 素。一般钢包容量大 ,LF+VD 精炼时间长 , 温度高, 铸造钢钢长透气砖安显 极限应设置高些 , 一般在 135-135 mm。如果钢包容量小，精炼和铸造钢时 间不长, 安显示高度略低 , 但它不应少于 120毫米10。騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。 第一个显示显示块是低和安 , 安显示原理 :当透气砖使用安全限制 , 在 后面浇注钢完成作业透气砖、 透气砖显示在面对一个曲率半径和安显示块 面明亮的模式 , 即在这个时候空气砖已经到了一个安全的极限。常用的规 格安全块是 :2080,25120,3040 x150年和 150年,根据客户 的需求

48、来设计。安显示块加入和配合参数见表 4.3 。疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。 表 4.3 安显加入及配合参数 透气砖大头直径 安显块规格 185 40150 第二种安显示是在顶部的金属杆 , 其安全显示原则是 : 当浇钢完成作业 反吹透气气砖，透气砖端面的第一束光线黑暗后曲率半径和结束的金属杆 15 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 钢包用耐火材料的设计 点。当点不再存在 ,即透气砖已经到了一个安全的极限。 一般不使用 ,透气 砖平均直径太小不能加安显示使用块和金属杆。安显示规格一般用于6 - 6.5 mmQ23钢5 筋。预留孔 9- 9.5 毫米略带锥度。 镞锊过润启婭澗骆讕瀘。 很显然 ,上部添

49、加安显金属棒条显示了有效高度 , 而下部加安显示块显 示了安全透气砖安全预留高度 , 一定要清楚这一点。 榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。 （2）整体透气砖的设计方法。 形状参数：通常首先考虑满足用户需求。 如果没有特殊要求 , 应尽 量用现有的生产模具。 砖芯外套底面与大头底面相平 , 砖芯钢壳焊接至少三个锚爪 , 以防 止砖芯损失 ;如果大头砖芯的外套一定高度 , 没有焊接锚爪。但是砖芯进入 到外套的高应不小于 20 毫米。 邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。 整个砖耳的放置：整个砖超过 30 公斤要加吊耳。吊耳都应该对角 放置。如果有任何用户的特殊需求可以焊接在砖芯钢壳。 嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。 （3）分体砖

50、的设计方法。 基于最初的砖核心设计主要考虑到座砖的设计。 座砖与透气砖匹配参数。 小头+ 4 毫米泥缝大头+3毫米泥缝 底部大头一般都平装 ,不过可以高于 15 - 25 毫米。 座砖: 可以将座砖做成整体的。同时也可以将其做为分体的（上下座 砖）。假如是做成分体的话 ,下座砖不应太高 , 通常不应高于钢包永久层的 厚度; 也能将它做成复合式的。假如是做成复合式的话，降低高度的低级 材料不应高于钢包永久层厚度。通常在对角的地方加吊耳。 该栎谖碼戆沖巋鳧 薩锭。 垫砖:如果砖底部和顶部的锁紧装置 （上）间隙较大 ,需要垫砖。垫砖 的直径小于透气砖大头的直径大约 10 毫米。 劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙

51、。 4.3.2 滑动水口系统耐火材料的尺寸设计 （1） 滑板的设计。板图的变化很大 ,类型繁多 ,即使是相同厂家不同的相 同的型号的产品图纸都不一定是全相同的。 滑板外观是由其组成一个完整 的机构, 因此, 我们只有在详细了解相关信息的滑动机制 ,才能对其图纸做 更优化的设计 9 。 臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。 结合当前市场情况 , 滑板图纸分类可根据滑动机制的配套 :Flocon 系 列、 Interstop 系列、黑崎 - 苏嘉系列、正泰系列、手动机构 （B50、 B60 等） 系列、濮耐系列、维苏威系列、特殊系列。 鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。 滑板分为两类 : 不带钢壳滑板，带钢壳滑板。滑板具体

52、设计如下 : 16 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 钢包用耐火材料的设计 第一: 确定滑块轮廓外观 ; 第二: 确定滑板尺寸部分 ; 第三:确定滑板公差 （表 4.4）; 表 4.4 滑板设计过程中公差 各部位名称 带钢壳 ,mm 不带钢壳 ,mm 长度400 长度 400 长度 400 长 度 400 长度 1 1.5 +1.5/-2 +2/-2.5 宽度 1 1.5 +1.5/-2 +2/-2.5 中心距 1.5 1.5 1.5 1.5 铸孔 1 1 1 1 平行度 0.5 0.5 0.5 0.5 平面度 0.05 0.05 0.05 0.05 滑板厚度 0.5 0.5 0.5 0.5

53、 子母台厚度 1 1 1 1 子母台外径 1 1 1 1 马口铁石棉垫 - - +2/-3 +3/-4 （2）水口的设计 10。 上水口应该主要考虑的是同上滑板与水口座砖之间的配合。 所以在设 计的过程中要考虑的问题是 : 第一:水口的定位段。 一般情况下，上水口的定位段可以尽量走下线， 不要走上线 （其尺寸公差见表 4.5）； 表 4.5 水口设计过程的公差确定 各部 位名称 高度 上水口 /mm 下水口 /mm 高度 高度 高度 高度 高度 200 200-300 300 200 200-300 300 17 高度 1.5 2 3 1.5 2 3 铸孔 1 1 2 1 1 2 定位段 1.

54、5 2 2.5 1 1 1 外径 1.5 1.5 1.5 1 1 1 子母台高度 1 1 1 1 1 1 子母台外径 1 1 1 1 1 1 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 钢包用耐火材料的设计 注：此表中公差设计只适合于一般的滑板、水口设计，特殊滑动机构的图 纸设计还需要根据实际情况确定合适的公差范围。 穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。 第二 : 铸孔设计。上水口铸孔应主要考虑同上滑板的啮合面 ,它的小头 大小理论上可以根据模具设计规则控制 ; 必须严格控制上水口铸孔的尺寸 并设计过程中走上公差 ; 特殊产品要特殊标注。 隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。 第三 : 滑动水口外径设计。上水口的外径大小 , 主

55、要取决于水口座砖内 的空腔尺寸和制度基础 , 在理论上设计可以负公差 ; 浹繢腻叢着駕骠構砀湊。 第四:子母台的尺寸设计。子母台主要配合滑板的字母台 , 由于上水口 需要在钢包热循环过程连续使用 , 所以子母台被渐进破坏。所以它的形貌 尺寸不是很重要。公差可适当放宽 , 只要和滑板配合不出现问题就行。 鈀燭 罚櫝箋礱颼畢韫粝。 第五: 高度的设计。 水口高度的控制是所有尺寸中一个相对来说较为宽 泛的一个大小，因此 , 可以根据成形过程和市场积累的设计相关领域的工 作经验设计。 惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。 下水口是同滑板同步使用的耐火材料 , 在热修的时候需要同滑板一道 替换。因为它需要被安装在水口

56、自旋套内 , 再同滑板配合对钢液进行控流 , 因此需要考虑在设计过程之中。 贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。 第一: 下水口外直径和定位段。 外径与下水口定位段主要配合下水口旋 套; 同时长水口是同定位斜段相配合的。下水口外型大小取决于钢壳的直 径,因此, 只要严格控制钢壳 , 理论上,可以很好的控制定位部分和外直径。 嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。 第二: 铸孔设计。下水口的孔设计同上水口基本相同。 第三:子母平台设计。下水口子母台的设计与上水口也基本相同 , 可以 基于上水口上再严格一点。 第四：高度的设计。上门口设计相同。 18 攀枝花学院本科毕业设计 (论文) 5 钢包用耐火材料的选择 5 钢包用耐火材

57、料的选择 5.1 钢包用耐火材料的要求 近年来，随着洁净钢的需求增长 ,炉外精炼技术和连续铸造机发展 ,钢包的功能 也在不断的扩大 ,炼钢工艺求对钢包包衬耐火材料的要求也非常严厉，希望钢包 使用寿命越高越好， 表 5.1 为国内部分钢厂的包衬耐火材料的使用情况 13。钢包 内衬应符合下列要求 11 ：(1)钢水温度增加：因为采用炉外精炼和连铸技术 ,使转 炉的出钢温度较之前提高了 80100。 (2) 熔渣对包衬的侵蚀：由于冶炼合金 钢、硅钢和钢包喷粉的粉剂中通常含有多种成分如 CaF2，也大大提高了 FeO 含 量,有的甚至多达 20%25%,使渣成分更复杂 ,渣量增加 ,碱度范围变大 ,熔

58、渣侵蚀 钢包内衬更严重。 (3)剧烈的搅拌和冲刷：因为使用真空处理、粉末喷涂、吹氩 技术 ,使得钢液在钢包衬砖流动强烈，受到的冲刷加剧。 (4)周期性的任务 :砖缝开 裂、热循环频繁、散落。 (5)钢水滞留时间长：由于连铸、吹氩温度调节和炉外 精炼等 ,使钢包盛钢时间比之前翻了一倍左右。 (6)钢包由传统意义上的运输钢液 和承接功能扩展为兼有的冶金功能。因此需要钢包内衬在恶劣的工作的条件下 , 有较长的使用寿命和降低耐火材料消耗和钢包的数量。 (7)钢包内衬耐火材料导 热系数低 ,降低了钢水的温度 ,从而减少 “包底 ”剩余钢材和减少变形 ,提高了钢包 本体成本 12。(8)操作方便 ,降低了

59、工人劳动强度。 (9)钢包内衬的杂质很少，从而 可以降低对于钢水的污染。 薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫。 5.1 国内部分炼钢厂钢包内衬的使用情况 厂名 钢包容量( t) 包衬材质 平均寿命(次) 鞍钢三炼 200 高铝镁砖 30 200 粘土砖 15 包钢炼钢厂 70 一级高铝砖 25 武钢二炼 80 高铝砖 38 80 铝镁碳砖 50 马钢一炼 105 二级轻烧高铝砖 22 105 高铝尖晶石浇注料 65 首钢 40 粘土砖 21 攀钢 135 高铝砖 20 钢包内衬耐火材料，需要考虑技术和经济两方面的因素，具体应考虑使用寿 命、蚀损速度、耐火材料单耗、吨钢成本、安全性能、精炼工艺、浇铸工艺、配

60、19 攀枝花学院本科毕业设计 （论文） 5 钢包用耐火材料的选择 砌的耐火砖、冶炼的钢种、使用的部位和吊车吨位等因素。 齡践砚语蜗铸转絹攤濼。 （1）冶炼的钢种对耐火材料的要求：冶炼的钢种不同，对耐火材料的要求也 不同。如冶炼超低碳钢、 lF 钢、铝镇静钢宜用高铝尖晶石浇注料或高铝砖，不宜 采用含碳的镁碳砖和铝镁碳砖。 而冶炼含锰量和含氧量较高的钢种， 宜用抗侵蚀 的镁碳砖和铝镁碳砖，而不宜选用高铝砖。对于浇注含 Ti 和 AL 的不锈钢宜用 锆英石砖。对于要求含铬量极低的钢种，不宜用镁铬质砖。对于低P、低 s 钢种 以及要求夹杂少的特殊钢种， 宜用白云石质等碱性砖， 不宜用粘土砖、 叶腊石砖