毕业论文--年产300万吨钢的转炉炼钢厂设计.doc

毕业论文-年产300万吨钢的转炉炼钢厂设计 72013届专科毕业设计题 目 名 称 年产260万吨钢的全连 摘 要现代转炉炼钢要求采用大型连续高效设备先进生产工艺布局合理管理先进节约能耗减少污染降低投资成本根据衡阳钢管厂的地理条件并结合近几年国内转炉复合吹炼与炉外精炼等主要炼钢生产工艺的新技术为其设计年产260万吨钢的全连铸转炉炼钢车间在炼钢车间的设计之前计算出在生产过程中吨钢的原料加入量并计算出炉型氧枪等主体设备的尺寸根据相关参数和生产实践资料完成主厂房工艺布置关键词炉外精炼炼钢转炉连铸 ABSTRACTWith the rapid development 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 costAccording to the Hengyang steel plant geographical conditions combined 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 plantIn steelmaking workshop design calculated 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 layoutKeywords SeelmakingConverterRefiningContinuous casting目 录第1章 绪论11 钢铁工业的发展12 炼钢工艺流程第2章 设计概述21 设计原则及内容com 设计原则com 设计内容22 建厂地理条件23 产品方案com 冶炼钢种及成分com 产品方案com 金属平衡24 转炉车间作业指标com 转炉冶炼周期com 转炉作业率com 铸坯收得率com 转炉寿命及冷修时间25 转炉容量及座数确定26 采用的新技术第3章 炉型及氧枪设计计算31 转炉炉型设计com 炉型的选择com 炉型的主要参数com1 炉容比com2 高宽比com 炉型主要尺寸的确定com1 熔池直径com2 熔池深度com3 炉帽尺寸com4 炉身尺寸com5 出钢口尺寸com6 炉衬材质和炉衬厚度的确定com7 炉子的高宽比核定com 补炉32 氧枪设计com 喷嘴类型的选择和主要尺寸的确定 com1 喷嘴的类型com2 喷嘴主要尺寸的确定com 氧枪强身各层管径尺寸的确定com 强身长度的确定com 氧枪升降和更换机构com1 对氧枪升降和更换机构的要求com2 氧枪垂直升降机构com3 氧枪各操作点的控制位置33 副枪设计第4章 主厂房工艺布置41 原料跨间布置com 铁水供应系统com1 混铁炉方式com2 混铁车方式com 废钢com 散装料的供应com 铁合金供应系统com 转炉渣罐的转运com 原料跨厂房尺寸的确定42 转炉跨间布置com 转炉位置的确定com1 转炉中心线与厂房柱子纵向行列线距离的确定转炉耳轴中心线标高的确定转炉在主厂房纵向的位置和转炉的间距转炉跨各层平台标高的确定51 供氧系统com 供气系统工艺流程com 车间需氧量计算com1 一座转炉冶炼时的小时耗氧量com2 车间小时耗氧量com3 制氧机的选择 52 净化回收系统com OG净化回收系统com 静电除尘干式净化系统53 转炉烟气净化与回收系统com 二次除尘系统com 厂房除尘54 炉下出钢出渣系com 钢渣处理系统com1 钢渣水淬com1 用返回渣代替部分造渣剂com 含尘污水处理系统第6章 专题论文61 62 结论参考文献致谢附录附录第1章 绪论11 钢铁工业的发展钢铁工业是原材料工业也是基础工业它的发展是和整个经济发展规模和速度相适应的钢铁工业又是用途广用量大的材料钢铁工业和各经济部门的发展密切相关各经济部门使用钢材的数量和品种质量是不尽相同的因此产业结构的变化和发展将直接影响到钢铁工业的发展速度和产品结构一般情况在经济发展初期基础设施基础工业建筑业发展较快钢材消费量增长较快产品结构条钢型材比例较大加工制造业快速发展时期例如汽车制造业造船农业机械家用电器等等板材扁平材比例增长较快而当第三产业和高技术产业发展到一定比例时钢材消费量便相对下降钢铁是经济建设和科学发展必不可少的基础材料我国粗钢产量由2000年的12850万吨上升到2011年的6955亿吨由于我国经济飞速发展的需要相当长的时期内看不出钢产量会出现萎缩或锐减的征兆我国在继续发展基础设施基础工业加工制造业的同时也要努力发展高新技术和高新技术产业改变经济结构参与世界市场的竞争因此我国钢产量的增长势态也将减缓当然我国的钢铁业虽然从1996年以来已成为世界第一钢产量大国但改革和调整我国钢铁产业结构的任务还相当繁重因此今后我国钢铁工业的发展和实现现代化重点是大力改造老钢厂和重点增建现代化新钢厂表1-1 2000-2010年中国钢铁年产量统计年代产量 万吨 万吨 2000128502001151631574520021823719200200322234235002411920042728029739200535310371172006422664668520074896656461200850049581775843420095735756784696266924420106943279627图1-1 2000-2010年中国钢铁年产量示意图现在我国钢铁企业面临的问题1受一度时期国家扩建基础设施房产投资快速增长等市场因素和研发投入不足的影响导致结构不合理高端产品新产品比重偏低2联合重组进展不快产业布局有待优化3资源保障程度低节能减排水平尚需提高4清洁生产污染治理节能降耗等方面与世界水平还有明显的差距5产能过剩与成本上升并存经济效益水平偏低中钢协对中国钢铁工业提出的转变要求1在生产经营上由追求产量扩张靠资源投入的粗放经营向注重品种质量效益提高靠技术进步科学管理人才成长的集约化经营转变2在企业发展上有只注重钢铁主业发展向既做强钢铁主业又向钢铁上游产业链延伸的一业为主适度发展相关多元产业转变3在新增产能和产业布局调整上要由过多在内陆发展向沿海和靠近原料靠近用户的地方发展转变4在科技创新上要由消化引进技术集成创新逐步向更多的原始发明创新能引领行业发展转变12 炼钢工艺流程 图1-2 转炉车间工艺流程图第2章 设计概述21 设计原则及内容com 设计原则1贯彻执行党和国家经济建设的方针政策及其有关规定在选择厂址和进行工厂总平面布置时应尽量避免或少占用现有耕地节约土地三废 废气废水废渣 的处理和排除不应有害于农业生产且应综合利用不应单纯追求产品的数量和速度要特别注意保证产品的质量与厉行节约降低生产成本注重经济效益和社会效益在确定企业规模和产品方案时则要考虑到国家当前发展钢铁工业对建厂规模和发展远景的要求适当留有余地设计中的重大技术决定和方案必须紧密结合我国的具体情况保证技术先进与经济合理相结合在技术方案可靠的前提下尽量节省基建投资如对生产工艺流程和机器设备 装备水平 的选择必须考虑我国现有生产技术水平和提高机械化自动化程度的可能性和必要性即工艺流程要可靠装备水平要合理以保证企业建成投产后能够高产优质高效与低消耗地进行生产加强协作建厂加强联合促进经济区域合作以减少用于解决供水供电供气交通运输及职工文化生活福利等方面的投资充分利用当地物质资源和发挥现有工业基地的潜力如生产和基建所需的一切物资应尽可能在当地或国内取得供应考虑靠近现有工业基地建厂以促进对原材料动力和半成品的供销协作与生产协作并有利于组织废料利用的生产 设计应充分体现社会主义制度对劳动者安全与健康的关怀应把环境保护提到重要的位置所有的生产流程车间布置的设备等的设计都必须考虑应有的安全措施和劳动保护特别是三废的排除不应影响职工住宅区和附近居民点的生活与健康严格按环境保护法办事严禁污染环境产品方案确定转炉炉型设计转炉公称容量及座数确定炉型尺寸计算等氧枪设计转炉主厂房的设计车间设备选择及布置各跨间的设计等 炼钢产品方案主要取决于轧钢对坯料的要求同时也要考虑到目前转炉所能冶炼的品种连铸所能浇铸的铸坯断面及尺寸 坯重 以及它们各自在技术上和经济上的合理性使炼钢能力与轧钢能力相平衡另外也要考虑炼钢对铁水成分及温度废钢以及其它原材料的要求在制定产品方案时必须把技术上的先进性可靠性和经济上的合理性很好地统一起来一般来说炼钢产品方案尽量希望品种单一批量大产量相对稳定并留有一定的生产潜力在制定金属平衡时要考虑各个工序相应的合格产品收得率其方法一般是根据钢材产品方案按轧钢-炼钢-炼铁的顺序逆向逐步推算出来为了制定炼钢产品方案首先要把钢铁联合企业三大主体车间的生产计划流程作出然后根据轧材要求最终确定炼钢产品方案当然炼钢产品方案中铸坯的总产量必须保持在上述生产计划流程中的总产量之内本设计冶炼的钢种代表钢号及其化学成分见表-1所示钢种钢号化学成分CSiMnPSCuAl普碳钢Q2350140220120300350550045005030Q27502803801503505080045005030低合金钢16Mn0120200200601216005000503020MnSi017023040070131600450045030硅钢热轧硅钢008380440020020002冷轧硅钢00728320005008001500250050025002本设计的产品方案见表-2所示表-2 产品方案钢 种连铸坯产量万ta-1生产比例精炼方式普 碳 钢100吹氩或LF低合金钢120LF或LFVD硅 钢RH总 计100说明本设计连铸比100精炼比100合金比375连铸坯规格铸坯断面尺寸mm2取决于轧材产品类型和轧机的规格如果是生产型材角钢工字钢轻轨钢圆钢等轧机为1700轧机可采用方形铸坯其断面应为250mm1600mm如果是生产板材则应采用板坯铸坯定尺长度取决于加热的尺寸一般定尺长度有22m26m32m42m6m等铸坯单重见图-1图中数据单位万t指每炼一炉钢所需要的总时间即两次出钢之间的时间它包括吹炼时间即吹氧时间与供氧强度有关辅助时间兑铁水加废钢取样测温倒渣出钢和补炉等以及耽误时间检查炉衬清理炉口因调度不及时的等待设备临时故障等三部分冶炼周期的长短随炉容量大小铁水条件吹炼工艺操作和设备装备水平而变动冶炼周期一般为3040min最快25min其中吹氧时间1418min冶炼周期是决定转炉生产率的最主要的因素推荐值见表-3按照产品方案中各品种的生产比例可求出转炉炼一炉钢的平均冶炼时间见表-4表-3 转炉冶炼周期和吹氧时间推荐值转炉公称吨位t3030100100备 注冶炼周期min283232383845结合供氧强度铁水成分和所炼钢种等具体条件确定吹氧时间min121614181620平均冶炼时间min炼一炉钢的时间min装料吹氧辅助时间出钢倒渣合计5188533939转炉作业率指转炉一年的有效工作天数与日历天数之比炉子非作业天数包括计划停炉指定期检修准备指修补出钢口及贴补炉衬渣线处清除炉口结铁更换氧枪等等待指吊车对准等铁水以及调度的不平衡和设备故障由于采用溅渣护炉技术转炉作业率可显著提高一般非作业天数波动在1035天即作业率为9097本设计选取转炉作业率95铸坯收得率指炉产合格铸坯与炉产钢水量之比转炉寿命是指转炉在一个炉役期内炼钢的炉数主要取决于炉衬材料和吹炼过程中的维护情况设计时炉龄可取2000025000炉上修炉方式炉底采用固定式死炉底适用于大型转炉下修炉方式采用可拆卸活动炉底可拆卸炉底又有大炉底和小炉底之分转炉的冷修过程包括冷却拆炉检修烟罩砌炉烘炉等几个步骤按设计部门推荐每个环节所需的时间如表1-5所示 表1-5 转炉冷修计划 h冷 却拆 炉检修烟罩砌 炉烘 炉合 计8852405455按转炉吹一方案考虑年出钢炉数为根据上面计算结果并参照转炉系列确定转炉公称容量为炉子容量应和国家标准浇注起重机的起重能力相适应即吊车的起重能力必须大于转炉最大出钢量和钢包有衬的重量之和并应有一定的富余能力参见表1-6所示转炉公称容量t50100120150200250300最大出钢量t60120150180220275320钢包容量t60120150180220275320浇注起重机t10032180632022563202808020360100204001002045010020转炉座数的确定为了减少车间内的设备互相干扰炉子座数不宜太多但必须保持车间内始终有固定数目的炉子在吹炼以发挥生产潜力本设计选定座公称容量为的顶底复吹转炉采用吹一方案转炉炉型是指转炉砌筑后的内部形状炉型的选择和各部位尺寸确定得是否合理直接影响着工艺操作炉衬寿命钢的产量与质量以及转炉的生产率选择炉型要根据生产规模所确定的转炉吨位原材料条件并对已投产的各类型转炉进行调查了解生产情况炉衬侵蚀情况和供氧参数与炉型的关系为炉型选择提供实际数据选择炉型应考虑因素如下 1 要求炉型有利于炼钢物理化学反应的顺利进行有利于金属液炉渣炉气的运动有利于熔池的均匀搅拌 2 有较高的炉衬寿命 3 炉内喷溅物要少金属消耗要低 4 炉衬砌筑和维护方便炉壳容易加工制造 5 能够改善劳动条件和提高作业率随公称吨位的增大炉型由细长型向矮胖型方向发展转炉炉型按金属熔池的形状可以分为筒球型锥球型和截锥型三种如图3-1所示筒球型熔池是由圆柱体和球缺体组合而成它的优点是炉型简单砌筑方便炉壳制造容易与相同吨位其他两种炉型的转炉相比它有较大的直径有利于反应的进行多用于200t以下的转炉这种炉型使用较多我国鞍钢150t转炉攀钢120t转炉都是这种炉型我国1993年5月1日新颁布的YB905892炼钢工艺设计技术规定提出150t的转炉采用筒球型死炉底锥球型熔池由球缺体和截头圆锥体组成与相同吨位的筒球型比较锥球型熔池加深了有利于保护炉底其内型更适合于钢水的运动利于物理化学反应在同样熔池深度情况下如底部尺寸适当熔池直径会比筒球型大些反应面积有所增加有利于脱除PS但由于大的熔池直径需靠增大炉壳来实现所以同等条件下其投资高于筒球型炉子我国大型转炉均采用这种炉型如宝钢300t转炉首钢210t转炉均为锥球型截锥型熔池为截头圆锥体其特点是结构简单熔池为平底易于砌筑在一定的反应面积下可保证熔池深度适用于小型转炉我国过去已建成的30t以下的小转炉应用较多冶金部技术规定中提出公称吨位不大于t的转炉可采用截锥型活炉底国外很少有这种炉型本设计转炉的公称容量是t选用锥球型死炉底转炉的炉容比又称为容积系数以VT表示即转炉的工作容积与公称吨位之比它表示每单位公称吨位所需转炉有效冶炼空间的体积其单位是m3t合适的炉容比能够满足吹炼过程中炉内激烈的物理化学反应的需要从而能获得较好的技术经济效果和劳动条件炉容比过大增加设备重量厂房高度耐火材料消耗也增加因而使整个车间费用增加成本较高而炉容比过小炉内没有足够的反应空间势必引起喷溅对炉衬的冲刷加剧操作恶化导致金属消耗增多炉衬寿命降低不利于提高生产率选择炉容比时应考虑以下因素 1 铁水比铁水成分随着铁水比和铁水中SiPS含量增加炉容比应相应增大若采用铁水预处理工艺时炉容比可以小些 2 供氧强度供氧强度增大时吹炼速度较快为了不引起喷溅就要保证有足够的反应空间炉容比相应增大些 3 冷却剂的种类采用铁矿石或氧化铁皮为主的冷却剂成渣量大炉容比也需相应增大些若采用废钢为主的冷却剂成渣量小则炉容比可适当选择小些炉容比还与氧枪喷嘴结构有关由于顶底复吹转炉吹炼比较平稳喷溅较少因此复吹转炉的炉容比可以比顶吹转炉稍小最近我国设计部门推荐的转炉新砌炉衬的炉容比为090095m3t小转炉取上限大转炉则取下限本设计取090m3t高宽比指转炉总高与炉壳外径之比用H总D壳表示一般是在炉型设计完成以后对H总D壳进行核算必须防止两种倾向转炉炉体过于细长必然导致厂房高度和相关设备的高度有所增加使基建投资和设备费用增加过于矮胖的炉型炉内喷溅物易于喷出炉外热量和金属损失较大因此高宽比是转炉设计是否合理各参数选择是否恰当的一个尺度复吹转炉由于顶吹射流的一部分反射二次动能为底吹气流所抵消因此钢渣的喷溅高度相应地比顶吹转炉低从而使复吹转炉的高宽比比顶吹转炉可以稍小些复吹转炉的高宽 径比的通常取125145小转炉取上限大转炉取下限新转炉的炉型和各部位尺寸可根据经验公式计算结合现有转炉的生产实际并通过模型试验来确定筒球型转炉主要尺寸如图3-2所示熔池直径指转炉熔池在平静状态时金属液面的直径它主要与金属装入量和吹氧时间有关我国设计部门推荐的熔池直径计算的经验公式为 31式中 D熔池直径m G0新炉金属装入量t K比例系数可参考表3-1来确定 t吹氧时间minFriedl由统计得到如下公式 DcomG04 32 式中 G转炉公称吨位t公式31适用于小转炉的炉型计算公式32适用于大型转炉炉型的计算本设计计算 D06904 m选取D为mm转炉公称吨位t3030100100备 注比例系数K值185210175185150175大吨位取下限小吨位取上限熔池深度指转炉熔池在平静状态时从金属液面到炉底的高度对于一定吨位的转炉炉型和熔池直径确定之后可根据几何公式计算熔池深度h0 锥球型熔池熔池由倒锥台和球缺两部分组成见图3-3a其体积为根据统计球缺曲率半径则在上述条件下熔池深度为因而计算如下 氧气转炉一般都采用正口炉帽其主要尺寸有炉帽倾角炉帽高度和炉口直径 A 炉口直径在满足兑铁水和加废钢的前提下应尽量减少炉口直径以降低热损失减少空气吸入避免影响炉衬寿命和改善炉前操作条件一般炉口直径为大转炉取下限小转炉取上限本设计 045 28305选取为 B 炉帽倾角倾角过小炉帽砌砖容易塌落倾角过大出钢时易从炉口流渣一般为6068大转炉取下限小转炉取上限本设计取60 C 炉帽高度H帽 炉帽的总高度是截锥体高度与炉口直线段高度之和直线段H直一般为300400 mm其计算公式如下 H帽H斜H直12D-d口 300400 炉帽容积为本设计计算选取H直 400mm则 H帽 H斜H直 12D-d口400 126290-2830400com4 炉身尺寸 转炉在熔池面以上炉帽以下的圆筒柱体部分称为炉身炉身高度H身可按下式计算转炉有效容积V总公称容量炉容比090 V身V总V帽V熔 m3 com5 出钢口尺寸 出钢口主要参数包括出钢口位置出钢口角度及出钢口直径 A 出钢口位置 出钢时出钢口应处于钢液最深处这样钢水容易出净又不易下渣出钢口位置设在炉帽和炉身内衬的交界处 B 出钢口角度 出钢口角度是指出钢口中心线与水平线的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化及热损失所以出钢口角度在1525国外不少转炉采用0本设计采用15角的出钢口 C 出钢口直径 可按下列经验公式计算式中 出钢口直径cm G转炉的公称吨位t本设计计算 选取为炉衬材质一般分为工作层填料层和永久层有的没有填料层本设计无填料层材质分别为焦油白云石砖或焦油镁砂砖镁砂镁砖各部分炉衬和炉壳钢板厚度可参照表3-2和表3-3所示表3-2 转炉炉衬厚度炉衬各部位名称转炉公称吨位t100100200200本设计炉帽永久层厚度mm60115115150115150150工作层厚度mm400600500600550650650炉身加料侧永久层厚度mm115150115200115200200工作层厚度mm550700700800750850750炉身出钢侧永久层厚度mm115150115300115200200工作层厚度mm500650600700650750700炉底永久层厚度mm300450350450350450450工作层厚度mm600650600650600750750表3-3 转炉炉壳钢板厚度部 位转炉吨位t50100150200250尺寸mm炉帽4555606065炉身5570707580炉底4560606065炉壳钢板常用的材质有16Mn15MnTi14MnNb等低合金高强度钢本设计选取钢板材质为14MnNbH总H帽H身炉底炉衬厚度炉底钢板厚度42461748120065m D壳D炉身两边炉衬的厚度炉壳钢板厚度1850160m H总D壳 8300 128 在设计推荐值范围内国内外一些转炉炉型主要工艺参数见表3-4表3-4 国内外一些转炉炉型主要工艺参数序号国 家中国日本中 国美国日本中国公称吨位t501001201502302503001炉壳全高H总mm74708500975092501173211000115002炉壳外径D壳mm51105400667070007720820086703炉膛有效高度H内mm649176728150848010600104584炉膛直径Dmm35004000486052606250567068325炉内有效容积Vmm527280121129120931933156炉口直径d口mm18502200220025002360300036007熔池内径Dmm3500400048605260625067408熔池深度h0mm108513501447172519549熔池面积Sm2962125718852173307033910熔池容积V熔m319433911炉帽倾角 6216012出钢口内径d内m钢口倾角20201514H总D壳14615714613215214513215H内D185519216616117215316炉容比095083101086091077410517熔池面积公称吨位019201260155014501330107012218D口D52955453475537527采用溅渣和喷补相结合的工艺措施从而提高炉龄溅渣是通过氧枪使用氮气将炉渣溅起使其粘补至炉衬上常用的调渣剂有轻烧白云石生白云石轻烧菱镁球冶金镁砂菱镁矿渣和含MgO较高的石灰转炉热喷补是热态时对转炉内衬损毁部位进行喷补的方法热喷补分为半干法湿法两种方法 半干法是将喷补料放入压力罐压送到喷射嘴时在其附近和水混合的一种方法 湿 法是将细颗粒和大量粒度小于01mm的粉料放入罐内加水混合后压送到喷嘴进行喷补的方法 我国使用的喷补料是冶金镁砂常用的结合剂有固体水玻璃即硅酸钠Na2OnSiO2铬酸盐磷酸盐三聚酸钠等湿法和半干法喷补料成分如表3-5所示喷补方法喷补料成分各种粒度所占比例水分MgOCaOSiO210mm10mm湿 法911310901517半干法9052525751017氧枪又称喷枪或吹氧管它是转炉吹氧设备中关键性部件其构造如图3-4所示氧枪是由喷嘴和枪身两部分组成转炉内反应区的温度高达20002600在吹炼过程中氧枪不仅要承受熔池中炉气炉衬的辐射对流和传导的复杂热交换作用而且由于熔池内激烈的化学反应造成了钢液炉渣对氧枪的冲刷作用所以要求氧枪要有良好的水冷系统和牢固的金属结构保证氧枪能够耐高温抗冲刷侵蚀和振动加工制造方便等从图3-4可知枪身是由三层同心钢管组成内管是氧气通道内层管与中层管之间是冷却水的进水通道中层管与外层管之间是冷却水的出水通道本设计选用的是拉瓦尔型的喷嘴喷孔数确定为四孔整个喷嘴由收缩段喉口段扩张段三部分构成喉口处于收缩段和扩张段的交界此处截面积最小通常把喉口直径称为临界直径把该处的面积称为临界断面积 1供氧量计算 根据物料平衡热平衡计算得每吨金属氧耗量标态为4567m3氧气利用率取85转炉金属收得率为则转炉吨钢氧耗量由计算可得约为60m3t吹氧时间为18min则供氧量标态即Q2选用喷嘴出口马赫数 马赫数Ma的大小决定喷嘴氧气出口速度即决定氧射流对熔池的冲击能力选用过大则喷溅大清渣费时热损失增大增大渣料消耗及金属损失而且转炉内衬及炉底易损坏选用过低由于搅拌作用减弱氧的利用率低渣中TFe含量高也会引起喷溅当马赫数Ma20时随马赫数的增长氧气的出口速度增加变慢要求更高理论设计氧压这样无疑在技术上不够合理经济上也不划算目前国内推荐马赫数Ma 182150100t转炉Ma 19520大于120t转炉Ma 2021本设计中马赫数选用Ma213喷孔夹角 三孔喷嘴为911四孔喷嘴为1013五孔喷嘴为1315本设计采用四孔喷嘴选用喷孔夹角 4确定理论设计氧压 查等熵流等熵流氧气由理想喷嘴流出时的超音速流实际氧流通过时必定有摩擦不能全绝热表表3-6当Ma210109400981MPa 5 计算喉口直径每孔氧流量标态应用公式令093喷嘴流量系数27335308K注为氧气滞止温度K一般按当地夏天温度选取 2733040K 09MPa代入上式1782093则cm56mm表3-6 等熵流的实验数据18001740028680606814302000127802300055561688183016620277605989147220301220022250548217301850161202715059361495205011820217605433176018801539026270585915312070114602128053851790190014920257005807155521001094020580531318371930142502486057331593230007997016460485921931950138102432056801619250005853013170444426371970133902378056301646270004295010560406831831990129802326055891674300002722007623035714235表中 马赫数转炉炉膛内气体压力Pa理论设计氧压在设计喷嘴按理论设计氧压选取Pa进入喷嘴前氧气的体积密度kgm3离喷嘴前氧气的体积密度kgm3进入喷嘴前氧气的温度K氧气滞止温度K喷孔出口总断面积m2喷嘴喉口总断面积m2 6 计算出口直径依据Ma21查等熵流表得AA喉1837A18377计算扩张段长度取半锥角为5tg58计算收缩段长度L收12d喉12mm67mm收缩段半锥角希望为1823最大不超过30收缩段的长度收缩段入口处的直径一般希望为喉口直径的2倍左右收缩段入口处的直径可由下列公式确定取收缩段半锥角为22有 9 喷嘴喉口长度的确定喉口长度推荐为510mm取L喉10mm氧枪枪身由三层无缝钢管套装而成内层是氧气通道内层管和中层管之间的环缝是进水通道中层管和外层管之间的环缝是出水通道 选定供氧强度 标态 为I33m3tmin 理论设计氧压为 09MPa 出口氧压为 00981MPa转炉公称吨位为 t氧气进口速度为 60ms1内层管直径内层管是氧气通道直径应等于或略大于喷嘴进口直径其计算方法与喷嘴的进口直径一样其计算如下所示喷嘴进口面积F1大气绝对压力0981105Pa内层管直径113113m179mm查常用钢材手册GB2270-80不锈钢无缝钢管热轧钢管系列P688页取壁厚为12mm则d1外122mm2中层管内径中层管直径主要根据冷却水的流速和流量来确定高压冷却水从内层管与中层管之间的环缝进入以喷嘴顶部转弯180后经中层管与外层管之间的环缝流出中层管径尺寸的选择应保证中层管与内层管之间的通道有足够的断面积以通过一定流速一定压强足够流量的冷却水使喷嘴和管体得到良好的冷却中层管尺寸计算如下选定高压冷却水进口流量150th高压冷却水进口流速W水5ms进水环通道截面积 查常用钢材手册GB2270-80不锈钢无缝钢管热轧钢管系列P688页取壁厚为16则162 260mm3外层管内径外层管主要是供出水用冷却水经过喷嘴后温度升高1015体积略有增大一般出水流速为67ms外管尺寸的计算及选择方法与中层管相同已知150thmm选定出水流速7ms出水环通道截面积外层管内径查常用钢材手册GB2270-80不锈钢无缝钢管热轧钢管系列P688页取壁厚为19 mm则192mm枪身三层管尺寸分别为 如图3-所示氧枪全长是下部枪身年度和尾部长度之和氧枪尾部装置有氧枪把持器冷却水进出管接头氧气管接头和吊环等 氧枪下部长度取决于转炉公称吨位和烟罩尺寸H氧枪氧枪头部最低位置至炉口的距离所以本设计 42463396-400 7242mm一般 200400取 400m转炉炉口至烟罩下缘的距离考虑到活动烟罩提起后便于观察火焰一般取3505OOmm大转炉取上限小转炉取下限烟罩下缘至烟道拐点的距离这段距离与拐点的角度烟罩直线段的长度以及转炉吨位大小有关斜烟道拐点至氧枪密封口上缘的距离本设计取值为3000mm 氧枪喷嘴部位需要清渣或发生故障进行处理时氧枪应提出烟道氧枪插入孔边缘一定距离氧枪头部底面距氧枪插入孔上缘的距离一般取500800mm 根据氧枪把持器设备的要求确定氧枪把持器中心线的距离根据把持器设备要求确定氧枪把持器中心线至氧枪接头法兰盘的距离氧枪的行程是之和图 3-5 氧枪长度的确定本设计的氧枪长度H氧枪H行转炉在吹炼过程中氧枪需要多次升降以调整枪位对氧枪的升降机构和更换装置提出以下要求1应具有合适的升降速度并且可以变速为了缩短冶炼周期在吹炼过程中氧枪应快速提升在炉口以上可快速下降当氧枪进入炉口以下时应慢速下降以便控制熔池的反应和保证氧枪安全在设计中转炉氧枪升降速度的快速为50mmin慢速为510mmin2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3能快速更换氧枪4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1当转炉不在垂直位置允许误差3时氧枪不能下降当氧枪进入炉口后转炉不能作任何方向的倾动2当氧枪下降到炉内经过氧气开关点时氧气切断阀自动打开当氧枪提升通过此点时氧气切断阀自动关闭3当氧压或冷却水水压低于给定值或冷却水升温高于给定值时氧枪能自动提升并报警4副枪与氧枪也应有相应连锁装置5车间临时停电时能使氧枪自动提升如图3-是重锤提升装置它包括氧枪氧枪升降小车导轨平衡锤卷扬机横移装置钢丝绳滑轮系统氧枪高度指示标尺等部分氧枪1固定在氧枪小车2上氧枪小车沿着用槽钢制成的轨道3上下移动通过钢绳4将氧枪小车2与平衡锤9连接起来转炉生产过程中根据生产情况氧枪处于不同的控制图3-转炉氧枪在行程中各操作点的标高位置氧枪各操作点标高的确定原则 1 最低点最低点是氧枪下降的极限位置其位置取决于转炉的公称吨位喷嘴端面距熔池液面一般为400mm大转炉应取上限 2 吹氧点此点是氧枪开始进入正常吹炼的位置又叫吹炼点这个位置与转炉公称吨位喷嘴类型供氧压力等因素有关一般根据生产实践经验确定 3 变速点在氧枪提升或下降到此点就自动变速此点位置的确定主要是保证安全生产又能缩短氧枪提升下降所占用的辅助时间氧气开关点氧枪降至此点自动开氧氧枪升至此点自动关氧过早地开氧或过迟地关氧都会造成氧气的浪费若氧气进入烟罩也会引起不良影响过迟地开氧或过早地关氧也不好易造成氧枪粘钢一般氧气开关点可与变速点在同一位置 4 等候点等候点位于炉口以上此点位置不影响转炉的倾动为准过高会增加氧枪升降所占用的辅助时间 5 最高点氧枪在操作时的最高极限位置应高于烟罩氧枪插入孔的上缘检修烟罩和处理氧枪粘钢时需将氧枪提升到最高位置 6 换枪点更换氧枪时需将氧枪提升到换枪点换枪点高于氧枪操作最高点的位置图3-8 下给头副枪装置示意图 图3-9侧注式测稳定探头1-旋转机构2-升降机构3-定位装置4-副枪 1-压盖环2-样环3-进样口盖5-活动导向小车6-装头装置7-拔头机构8-锯头 4-进样口保护套5-脱氧铝6-定碳机构9-溜槽10-清渣装置及枪体矫直装置组成的集合体 热电偶7-测温热电偶8-补偿导线 9-保护纸管为提高控制的准确性获取吹炼过程的中间数据实现计算机自动化控制其有效的方法是采用副枪它也是一支水冷枪副枪和氧枪是并列位置插入转炉内的副枪有测试副枪和操作副枪之分测试副枪是在不倒炉的情况下快速检测转炉熔池钢水温度碳含量和氧含量的液面高度它还可用以获得熔池钢样和渣样本设计采用测试副枪如图3-所示 1 副枪的功能测试副枪在吹炼进程和终点均能进行测温取样定碳定氧和测试液面高度等并留有开发其它功能的余地 2 对副枪的要求1探头自动装卸方便可靠2与计算机连接具有实现计算机-副枪自动化闭环控制的条件3既能自动操作也能手动操作既能集中操作也能就地操作既能弱电控制又能强电控制4副枪升降速度应能在较大范围内调节0590mmmin而且调速平稳能准确定位5当探头未装上或未装好二次仪表未接通或不正常枪管内冷却水断流或流量过低水温过高等的任一情况副枪均不可运行并报警6如遇突然停电或电机拖动系统出现故障或者断绳乱绳时通过风动马达能迅速提升副枪 2 副枪结构与类型副枪装置主要由副枪枪身导轨小车卷扬传动装置换枪机构等部分组成副枪探头的供给方式分为上给头和下给头此设计采用下给头下给头测试副枪是由三层同心圆管组成的水冷枪体内管中心装有信号传输线并通保护气体氮气二层与外层分别为进出冷却水通道在枪体的下部底端装有导电环和探头固定装置 3 测试探头测试头又称探头分为单功能探头和复合探头目前应用广泛的是测温与定碳复合探头测温定碳复合探的结构形式主要取决于钢水进入探头样杯的方式而分有上注式侧注式和下注式侧注式是普遍采用的形式本设计采用侧注式测温定碳复合探图其结构如图3-所示 4 副枪尺寸的确定1副枪行程的确定2副枪总长的确定3副枪中心线至氧枪中心线之间的距离Sl氧气顶吹转炉炼钢工艺主要由以下四个系统构成原料供应系统即铁水废钢铁合金及各种辅原料的贮备和运输系统铁水预处理氧气顶吹转炉的吹炼与钢水的精炼浇铸系统供氧系统烟气净化与煤气回收系统炼钢车间的各主要作业是在车间的主要跨间及辅助跨间内完成的因此一个氧气顶吹转炉车间包括主要跨间主要跨间是由转炉跨浇铸跨加料跨组成又称为主厂房它要完成加料吹炼出钢出渣精炼浇铸烟气净化与回收等任务所以是车间的主体和核心部分辅助跨间辅助跨间包括原料的准备浇铸前的准备铸坯的精整等附属跨间包括炼钢所需的石灰白云石等原料的焙烧机修制氧供水等系统还有炉渣的处理烟尘的处理等系统设计主厂房首先应在已通过批准的高阶段设计文件所确定的车间生产规模转炉容量和座数产品大纲炉外精炼和浇注方法的前提下从整个钢铁企业的全局出发考虑原材料和产品运输流程及运输方式各种动力管线的路径以及企业今后的发展确定主厂房的总图位置依据主厂房的总图位置进行主厂房内部布置时要考虑以下几点确定合理的生产工艺流程并满足每项设备的工艺操作要求各工序紧密联系顺行通畅注意进出主厂房的物料流向和各种管线的去向做到物料流动均衡顺畅简捷避免折返迂回及交叉运输对铁水钢锭或钢坯特种运输铁路尽可能短捷并呈直线运行最大限度地减少曲线的长度和偏角严禁弯道或铁路信号进入主厂房内布置充分利用造价很高的转炉跨各层平台及其跨间高度把一些占空间较高的工艺设备尽量布置在该跨内以靠近转炉和节省投资费用对大中型转炉必须上而暂缓上的新技术可采用同时设计分步实施的办法避免后上的新技术施工困难甚至不能实施转炉炼钢的辅助设施应尽量靠近主厂房集中布置在大中型转炉车间应设置参观和人行安全架空走道以保证安全整个布置应符合生产和施工的安全卫生防火防震和环保等要求和规定转炉车间主厂房一般采用多跨毗连的布置形式在布置中主要是确定加料跨转炉跨和浇注跨等基本跨间的相互位置及其相应的设备布置和作业内容一般将加料跨和浇注跨分别布置在转炉跨两侧优点是避免主要工艺操作互相干扰转炉可实行双向操作即从加料跨一侧兑铁水和加废钢及出渣而对应的浇注跨一侧进行出钢使炉衬浸蚀均匀而延长寿命钢水和炉渣运输分开避免干扰或产生碰撞在原料跨又称加料跨内主要完成兑铁水加废钢和转炉炉前的工艺操作一般在原料跨的两端分别布置铁水和废钢工段对于容量100t的转炉应优先采用混铁车容量100t的转炉可采用混铁炉1混铁车容量及台数混铁车容量根据转炉的容量而定一般为转炉吨位的整数倍大体上应按一台混铁车的铁水兑一炉或两炉考虑并与高炉出铁量相配合我国目前使用的混铁车最大公称吨位为300t和260t国外最大公称吨位为600t转炉炼钢车间所需混铁车台数N台计算式如下式中 高炉铁水最高日产量td混铁车容量t混铁车装满系数可取09混铁车日周转次数一般取23次d混铁车作业率约取075铸铁车间所需铁水量td铸铁车间所需混铁车台数由上式计算出的混铁车台数还应考虑定期检修的因素并最后对总共需要的混铁车台数进行校正若工厂没有铸铁车间则两项略去我国还未形成混铁车容量系列可参考表4-1数据选择表4-1 混铁车系列参考数据公 称 容 量150250300350400600装铁水量新衬时t150250300350400600旧衬时t180290345400460690铁水车全高mm385043304330495052006200铁水车最大宽度mm320035003400391641204770挂钩间距mm154002100025400247002460032000转向架数个44