连铸设计任务书.doc

辽宁科技学院课程实践辽 宁 科 技 学 院课 程 实 践 报 告课程实践名称：年产 万吨的连铸机设计 指 导 教 师： 班 级： 冶金 姓 名： 2012年 月 日.装 订 线. 课程设计（论文）任务书题目： 年产 万吨连铸机设计 系别：冶金工程学院专 业：班级：学生姓名：学号：指导教师（签字）：2012年 月 日一、课程设计的主要任务与内容1、连铸机设计1.1产品方案制定1.2连铸机机型选择1.3连铸主要设备设计1.4连铸主要工艺参数设计二、设计（论文）的基本要求1、说明书符合规范，要求打印成册;2、独立按时完成设计任务，遵守纪律;3、选取参数合理，要有计算过程;4、制图符合制图规范。三、推荐参考文献（一般46篇，其中外文文献至少1篇）期刊:序号 作者.题名j.期刊名称.出版年月，卷号（期号）：起止页码。书籍：序号 著者.书写m.编者.版次（第一版应省略）.出版地：出版者，出版年月：起止页码论文集：序号 著者.题名c.编者. 论文集名，出版地：出版者，出版年月：起止页码学位论文：序号 作者.题名d.保存地：保存单位，年份专利文献：序号 专利所有者.专利题名p.专利国别：专利号，发布日期国际、国家标准：序号 标准代号，标准名称s.出版地：出版者，出版年月电子文献：序号 作者.电子文献题名文献类型/载体类型.电子文献的出版或可获得地址，发表或更新日期/引用日期报纸:序号作者.文名n.报纸名称，出版日期（版次）四、进度要求序号时间要求应完成的内容（任务）提要12012年6月25日2011年6月27日调研、搜集资料22012年6月28日2012年6月29日论证、开题32012年6月30日2012年7月4日设计计算42012年7月5日2012年7月9日绘图52012年7月10日2012年7月11日抄写说明书、完稿、打印62012年7月12日2012年7月13日答辩五、专业教研室审核意见教研室主任签字：年 月 日六、教学系审核意见教学副主任签字：年 月 日注：1本任务书由指导教师编制完成，经教研室及所在系审核同意后生效。2本任务书一式两份（可复印），原件在毕业设计（论文）手册中，复印件由学生保存。3空白部分可根据内容多少自行增删。 课程实践内容及要求： 指导教师： （签字） 年 月 日 注：本页可以附页.装 订 线. 课程实践评语：成绩： （五级分制）指导教师： （签字） 年 月 日 摘 要本文着重介绍了380t转炉设备先进技术结构在大型转炉上的应用，对380t转炉设备进行了简要设计计算与理论研究。介绍了氧枪喷头在炼钢过程中的应用和设计氧枪的计算过程和步骤，并对设计结果进行分析画出转炉及氧枪喷头的简图。关键词：炉型设计 炉衬设计 氧枪设计 喷头设计 枪身和水冷系统设计abstract：this paper emphatically introduces the advanced techniques and structures of 380t converter equipment applications to the large-sized converterthe brief design calculation and theoretic research are carried out for the 380t converter equipment for the gun must be introduced in the steel process applications and designing oxygen of a computation process, and steps, and to design the analysis of the converter and oxygen of the gun must be simplified.key words: design of furnace design of lining design of oxygen lance design of nozzle design of frame and liquid cooling system vi辽宁科技学院课程毕业设计(论文)一、氧气转炉设计21.1氧气顶底复吹吹转炉炉型设计21.1.1原始条件21.1.2炉型选择21.1.3 炉容比21.1.4熔池尺寸的计算21.1.5炉帽尺寸的确定31.1.6炉身尺寸的确定41.1.7出钢口尺寸的确定41.1.8底部供气构件设计51.2氧气转炉炉衬设计51.2.1炉衬材质的选择51.2.2炉衬的组成和厚度的确定51.3转炉炉体金属构件设计51.3.1炉壳作用51.3.2炉壳材质61.3.3炉壳厚度61.3.4转角半径61.3.5 支承装置6二 转炉氧枪设计72.1 氧枪喷头尺寸计算72.1.1转炉氧枪喷头尺寸计算82. 2转炉氧枪枪身尺寸计算92.3氧枪水冷系统设计162.3.1氧枪受热机理分析162.4 氧枪升降机构与更换装置18结论20参考文献21致谢22设计一座工称容量380吨的氧气转炉及所使用的氧枪一、氧气转炉设计1.1氧气顶吹转炉炉型设计1.1.1原始条件转炉的公称容量为380t1.1.2炉型选择本设计选择截锥形炉型-该炉型的特点：该炉型的熔池由一个倒置的截椎体组成。其特点是，形状简单，炉底砌筑简便；其形状基本能满足炼钢要求，与相同容量的其他炉型相比，在熔池直径相同情况下，熔池最深。1.1.3 炉容比炉容比系指转炉有效容积与公称容量之比值。转炉炉容比主要与供氧强度有关，与炉容量关系不大。由于顶底复吹转炉吹炼过程比较平稳，产生泡沫渣的量比顶吹转炉要少得多，喷溅少，因此其炉容比比顶吹转炉小，但比底吹转炉要稍大。一般可选用0.850.95m3/t,最大不超过1.00m3/t。本设计选用的炉容比为0.90m3/t.1.1.4熔池尺寸的计算（1）熔池直径d可按以下经验公式确定： (8-1)式中 d熔池直径，m； g新炉金属装入量，t，可取公称容量； k系数，参见表1-1； t 平均每炉钢纯吹氧时间，min，参见表1-2。表1-1 系数k的推荐值转炉容量/t20305050120250k2.02.31.852.101.751.851.51.55表1-2 平均每炉钢冶炼时间推荐值转炉容量/t5030100100备注冶炼时间/min2832(1216)3238(1418)3845(1620)结合供氧强度、铁水成分、所炼钢种等具体条件确定注：括号内数系吹氧时间参考值。设计中转炉的公称容量为380t，取k为1.50，t取18min。可得： m (2) 熔池深度计算由可得：(m3) (m)确定d=6.892m h=2.192mh/d=2.192/6.892=0.318符合要求d底=0.7d=4.824m(3)熔池其他尺寸的确定底部喷嘴直径d 取k=6.0 =700 =13.80810-3（m）=13.808（mm）1.1.5炉帽尺寸的确定 炉帽倾角。炉帽倾角一般为6068，小炉子取上限，大炉子取下限。本设计取炉帽倾角为65 炉口直径0炉口直径d0:设计部门推荐d0/d-0.43-0.54;大型转炉取下限，小型转炉取上限。本设计取0.48。d0=0.48d=0.486.892=3.308m 炉帽高度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=300400mm的直线段。炉帽高度为： (8-4)=0.5（6.892-3.308）tan65+0.4 =4.24（m）那么，炉帽总容积为：=85.07m31.1.6炉身尺寸的确定(1)炉膛直径 d膛=d=6.892m(2)根据选定的炉容比为0.90m3/t,可求出炉子的总容积v总=0.90380=342m3v身=v总-v池-v帽=342-55.9-85.07=201.03m3(3)炉身高度(m)供气构件 炉型内高h内=h+h帽+h身=2.192+4.24+5.39=11.822m1.1.7出钢口尺寸的确定出钢口直径出钢口直径决定出钢时间，随炉子容量不同而异。通常又下面的经验式确定：= =0.27m式中 转炉公称容量，t。 出钢口衬砖外径： =6=60.27=1.62(m) 出钢口长度： =7=70.27=1.89(m) 出钢口位置：出钢口位置通常设在炉身与炉帽耐火材料的交界处，这样出钢时，钢能集中到帽锥处，保证了出钢时出钢口上方的钢水始终处于最深状态，钢水能在一定压力下以较快的流速流出、流净；若出钢口设在炉帽或炉身部位中段，出钢时在出钢口见渣时，炉内还有部分钢水没有流净，钢水夹渣。出钢口倾角：选择0倾角。太大，增加了出钢口的长度，也增加了钢流在空气中的暴露时间，增加了钢液的吸气和热损失。本设计采用了0角。这样的优点是：a可以缩短出钢口长度，便于维护；b. 可以缩短钢流长度，减少钢流的吸气和散热损失；c. 出钢时炉内钢水不发生漩涡运动，避免钢流夹渣；d.出钢时钢包车行走距离短，出钢口倾角大，则行车距离长。1.1.8底部供气构件设计本设计为增加废钢型顶底复合吹炼法。不仅在转炉底部布置喷吹惰性气体或中性气体n2来加强搅拌，还考虑在转炉底部喷吹小部分燃料与氧气。为炉膛提供更多热量，补偿废钢加入所吸收的热量，使转炉冶能够炼顺利进行。 底吹气体n2 、arbn2=0.04m3/(min.t)bar=0.05 m3/(min.t)par2.8mpapn21.8 mpa本设计的底部喷吹n2 、ar，选择细金属管砖式供气气体。1.2氧气转炉炉衬设计1.2.1炉衬材质的选择工作层：采用煤炭砖。煤炭砖采用天然菱镁矿和天然鳞片石墨为原料，用改质沥青和酚醛树脂做复合粘结。永久层：一般用烧成镁砖或高铝砖。1.2.2炉衬的组成和厚度的确定炉衬由永久层、填充层、和工作层组成。永久层紧贴炉壳，修炉时一般不予拆除。该层用镁砖砌筑，填充层介于永久层与工作层之间，用焦油镁砖捣打而成，厚度约为100mm。工作层由镁砖和焦油白云石砖综合砌筑；炉帽用二步煅烧镁砖。根据380t转炉炉衬衬材，本设计采用表1-2所示的值炉衬厚度永久层厚度/mm填充层厚度/mm工作层厚度/mm炉帽230100650炉身115100850炉底2301956001.3转炉炉体金属构件设计炉壳通常由炉帽、炉身和炉底三部分组成。1.3.1炉壳作用转炉炉壳类似于一个承受高温、高压的容器，它在使用过程中要承受下作用力。静载荷产生的应力动载荷产生的应力炉衬的膨胀应力热应力其他应力1.3.2炉壳材质根据炉壳的使用特点，要求炉壳使用的材质应具有在高温时耐时效性、抗蠕变及良好的成型性和焊接性能，大型转炉用低合金钢，如q235、16mn、15mnti、14mnnb等。1.3.3炉壳厚度炉壳内径为d壳内=6.892+(0.115+0.100+0.850)2=9.022(m)炉壳内型高度为h壳内=(0.6+0.23+0.195)+11.822=12.847(m)综上所述，转炉总高：=12874+75=12949mm；转炉外壳直径：=9022+852=9192mm。验算高径比：=1.41，符合要求的范围(1.251.45)。1.3.4转角半径sr1=sr2身=950mmsr3=0.5r底=0.51025=512.5mmsr1-炉壳帽锥与直筒段相接处转角半径；sr2-炉壳池锥与直筒段相接处转角半径；sr3-炉壳池锥与炉底球冠连接处转角半径；身、底-分别为炉身、炉底的衬砖总厚度。1.3.5 支承装置(1)托圈托圈的断面形状为矩形 托圈与炉壳之间的间隙，mm=0.03dl=,dl-炉壳外径所以=0.039192=275.8mm 托圈的内径dndn=dl+2=9192+2275.8=9743.6mm 托圈的外径dwdw=dn+2b=9743.6+2850=11443.6mm 托圈断面高度hh=0.23hl=0.2312949=2978.27mm 托圈断面宽度b根据推荐值选取850mm 托圈盖板厚度1=0.050h=0.0502978.27=148.91mm 托圈腹板厚度2=0.09h=0.092978.27=268.04mm验算高宽比 符合推荐值(2)耳轴与托圈的连接方式法兰螺栓连接(3)炉壳与托圈的连接选用吊挂式连接装置。该结构是用螺栓将炉壳吊挂在托圈上，三个螺栓在圆周上呈120布置，且与焊在托圈盖板上的支座绞接。(4)耳轴耳轴直径的确定不同容量的转炉耳轴直径如表1-3-1所示转炉容量/t3050130200300耳轴直径/mm6306508008208509001000105011001200根据需要本设计选择的耳轴直径为1280mm二 转炉氧枪设计2.1 氧枪喷头尺寸计算喷头主要参数计算公式(1) 氧流量计算氧流量是指单位时间通过氧枪的氧量（m3/min）。氧流量的精确计算，根据物料平衡求得。简单计算氧流量则可用下式： m3/min 对于普通铁水，每吨钢耗氧量为5565m3/t，对于高磷铁水，每吨钢耗氧量为6069m3/t。本设计取57m3/t.(2) 喷头孔数现代转炉氧枪都用多孔喷头，本设计采用七孔喷头。(3) 理论计算氧压及喷头出口马赫数m理论计算氧压（又称设计工况氧压）是指喷头进口处的氧气压强，近似等于滞止氧压，它是喷头设计的重要参数。喷头出口马赫数m是喷头设计的另一个重要参数，目前国内外氧枪喷头出口马赫数m多选用2.0左右。m值与滞止氧压和喷头出口压力p的比值（p/）有确定的对应关系。如图1-4-1。图1-4-1 m与po、v之间的关系表1-4-1 m、v、p0之间的关系m氧射流出口温度/k氧射流出口音速/m/sv/m/sp0/mpa备 注1.52.02.53.02001611291042702422171954054855425820.3710.7901.7263.711假定氧气滞止温度为290k,炉内环境压力为1.01mpa2.1.1转炉氧枪喷头尺寸计算公称容量380t转炉设计氧枪喷头尺寸。采用普通铁水。冶炼钢种以碳素结构钢和低合金钢为主。(1) 计算氧流量取每吨钢耗氧量为57,纯吹氧时间为18min，出钢量按公称容量380t计算，则通过氧枪的氧流量： (/min) (2) 选用喷孔出口马赫数与喷孔数马赫数确定原则已如前述。综合考虑，选取马赫数m=2.0。参照同类转炉氧枪使用情况，对于380t转炉喷孔数取7孔，能保证氧气流股有一定的冲击面积与冲击深度，熔池内尽快形成乳化区，减少喷溅，提高成渣速度和改善热效率。(3) 设计工况氧压根据等熵流表，当m=2.0时,；取喷头出口压力（为炉膛压力，此处按近似等于大气压力计算），则喷口滞止氧压： 取设计工况氧压近似等于滞止氧压。(4) 计算喉口直径喷头每个喷孔氧气流量： (m3/min) 由喷管实际氧气流量计算式： ，取，又，代入上式，则。由上式可求出 d=0.048m=48mm(5) 求喷孔出口直径根据等熵流表，在m=2.0 时，故喷孔出口直径： (6) 计算喷孔扩张段长度取扩张段的半锥角为50,则扩张段长度 (7)收缩段长度取收缩收=50，则收缩半角为25收缩段的长度由作图法确定，l1=91mm2.2转炉氧枪枪身尺寸计算氧枪枪身由三层无缝钢管套装而成，内层管是氧气通道，内层管与中层管之间是冷却水进水通道，中层管与外层管之间是冷却水出水通道。参见图1-4-1。计算相关公式：按气体状态方程，标准状态下的流量qv向工况流量qv工的换算： （1-1）式中 标准大气压，pa； 管内氧气工况压力，pa；标准温度，273k；管内氧气实际温度（即氧气滞止温度）。图1-4-1 氧枪示意图中心氧管内截面积： （1-2）式中 中心氧管内截面积，m； qv工管内氧气工况流量，m/s； 管内氧气流速，m/s，一般取4050m/s。将qv工、代入式（9-7），即可求。则中心氧管内径 （1-3）环缝间隙流通面积： （1-4）中层管内径： （1-5）式中 中层管内径，m；内层管外径，m；aj进水环形通道截面（图9-8），m；qmw高压冷却水进口流量，m/s；高压冷却水进水流速，一般选用56m/s。(1) 中心氧管管径套用上述公式可得。按式（1-1），管内氧气工况流量取中心管内氧气流速，则中心氧管内径：根据标准热轧无缝钢管产品规格，选取中心钢管为验算氧气在钢管内实际流速： 符合要求(2)中、外层钢管管径根据生产实践经验，选取氧枪冷却水耗量；冷却水进水速度，出水速度（因为出水温度升高，体积增大，故vpvj）。又中心氧管外径，中层套管外径d2外=335mm,则环缝间隙流通面积：出水通道面积为：所以，中层钢管的内径：根据标准热轧无缝钢管产品规格选取中层钢管为。符合要求同理，外层钢管内径根据标准热轧无缝钢管产品规格选取外层钢管为。符合要求中层套管下沿至喷头面间隙h的计算该处的间隙面积为 故8.0mm氧枪总长度和行程的确定 根据公式氧枪总长为=300mm =9230(mm) 取=500mm =4000mm =3500mm =1000mm =800mm =2000mm =700mm h枪=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7+h8 =9.230+0.500+4.000+3500+1.000+0.800+2.000+0.700 =21.730m式中 h1氧枪最低位置至炉口距离，mh2炉口至烟罩下沿的距离，一般为350500mh3烟罩下沿至烟道拐点距离，一般取30004000mh4烟道拐点至氧枪孔的距离，mh5为清理结渣和换枪需要的距离，mh6根据把持器下段要求决定的距离，mh7把持器的两个卡座中心线间距离，mh8根据把持器上段要求决定的距离，m氧枪行程为： h行=h1+h2+h3+h4+h5 =9.230+0.5+4.0+3.5+1.0 =18.230m2.3氧枪水冷系统设计氧气顶吹转炉吹炼过程中氧枪收到炉内高温环境的作用，其受热状态较为复杂。为保证氧枪正常吹炼和提高枪龄，必须对氧枪受热状态进行正确分析，才能设计出良好的氧枪水冷系统。吹炼过程中炉内强大的热流传给氧枪外层套管外壁，再经过传导传热方式将热量传给外管内壁，然后由高压冷却水通过对流传热进行冷却。下面根据转炉吹炼实际情况，对氧枪的受热机理进行简略的分析。2.3.1氧枪受热机理分析 氧枪喷头端面及其附近侧面受氧气射流冲击而形成高温反应区的辐射传热。反应区的温度一般认为可高达2200-2400，产生很大的热流，但由于端面面积小，传给氧枪的实际热量并不大。 吹炼中、后期炉内充满着泡沫渣。实测表明，泡沫渣高度可达炉膛高度的三分之二。此时氧枪下部实际埋入泡沫渣中吹炼。氧枪枪身下部必然会凝结一层炉渣。这时炉内泡沫渣将通过凝结在枪身的渣壳向氧枪传热。凝结炉壳内层温度应接近氧枪外壁温度，而渣壳外层的温度应为炉渣熔点。渣壳的侯度由氧枪冷却条件、炉渣熔点、炉渣温度和炉渣内氧枪传热条件决定，一般渣壳厚度为1020mm。 深入炉内的氧枪上部没有凝结炉渣，直接受炉壁的辐射传热。炉壁温度等于钢水温度。 在氧气射流冲击下，大量金属飞溅，一部分作用于喷头端面，一部分为氧气射流所吸引，冲刷喷头外壁和同喷头相连的枪身外管壁。这种高温的金属液滴直接冲刷氧枪，将传给氧枪以巨大热流。 眼罩中的高温烟气也对氧枪进行辐射传热。对燃烧法除尘系统，眼罩中烟气温度决定于空气燃烧指数，一般为1800左右。未燃法除尘系统，眼罩中的烟气温度可取炉气出口温度，一般为1500左右。综上所述，氧枪接受的热量主要来自熔渣向氧枪传热、炉壁的辐射传热和飞溅金属液滴的传热。飞溅的金属液滴在泡沫渣没有形成之前，可能起很大作用，当泡沫渣形成以后，飞溅的金属液滴将为泡沫渣所吸收，它的传热作用将大大减轻。上述分析仅仅是从热平衡角度对转炉氧枪受热机理进行分析。至于烧抢则是瞬间的局部巨大热流所引起的。根据计算，氧枪单位面积平均热流并不大，而局部瞬时出现的热负荷则比平衡热负荷大许多倍。如大片钢水直接冲刷氧枪便是这种情况。对此，在氧枪水冷系统设计时，必须予以充分注意。进行氧枪水冷系统设计时应当首先确定氧枪墙体尺寸，然后进行氧枪传热计算及冷却水流量、流速计算，确定要求的供水压力等。(1)氧枪热平衡计算：冷却水消耗计算 氧枪吸收的热量；kj/(m2h)进水水温，取20；出水水温，取45冷却水的比热容，=4.184103kj/(kg) 氧枪单位表面积上每小时吸收的热量， f氧枪外层管的总表面积，m2 则300(m3/h)证明前面设计中选择的冷却水消耗量是足够的，且也是合适的。( 2)冷却水阻力计算： 中层管长，外层管长，冷却水进水实际流速，出水实际流速，底部间隙处水速，180局部阻损系数，水的密度， ；、进、出水管的摩擦阻力系数，=0.036，=0.038；、进、出水管的有效直径， ； =22089738913248000=26.46105（pa）2.4 氧枪升降机构与更换装置为了适应转炉冶炼操作要求，一炉钢吹炼过程中需要多次升降氧枪以调整枪位。因此，氧枪升降机构和更换装置应具有以下特性。应具有合适的升降速度并可以变速。冶炼过程中氧枪在炉口以上应快速升降，以缩短冶炼周期；当氧枪进入炉口以下时则应慢速升降，以便准确控制枪位来控制熔池反应。目前国内大、中型转炉氧枪升降速度，快速高达50m/min，慢速为5m/min左右，小型转炉一般为815m/min。应保证氧枪升降平稳，控制灵活，操作安全，结构简单，便于维护。应具有安全连锁装置。为了保证安全生产，氧枪升降机构设有下列安全连锁装置。 当转炉不在垂直位置时，氧枪不能下降。当氧枪进入炉口后，炉子不能做任何方向的倾动。 当氧枪下降到炉内经过氧气开、关点时，氧气能自动切断。 当氧气压力或冷却后随压力低于给定值，或冷却水升温高于给定值时，氧枪能自动提升。 车间临时停电时有可能利用手动控制，使氧枪自动提升。(1)氧枪升降机构的组成当前氧枪升降机构的基本形式是用起