年产300万吨钢的转炉炼钢厂设计毕业论文.doc

（2013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 cost.According 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 plant.In 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 layout.Keywords: Seelmaking；Converter；Refining；Continuous casting目 录第1章 绪论1.1 钢铁工业的发展1.2 炼钢工艺流程.第2章 设计概述.2.1 设计原则及内容.2.1.1 设计原则2.1.2 设计内容2.2 建厂地理条件2.3 产品方案2.3.1 冶炼钢种及成分2.3.2 产品方案2.3.3 金属平衡2.4 转炉车间作业指标2.4.1 转炉冶炼周期2.4.2 转炉作业率2.4.3 铸坯收得率2.4.4 转炉寿命及冷修时间2.5 转炉容量及座数确定2.6 采用的新技术第3章 炉型及氧枪设计计算.3.1 转炉炉型设计.3.1.1 炉型的选择3.1.2 炉型的主要参数3.1.2.1 炉容比3.1.2.2 高宽比3.1.3 炉型主要尺寸的确定3.1.3.1 熔池直径3.1.3.2 熔池深度3.1.3.3 炉帽尺寸3.1.3.4 炉身尺寸3.1.3.5 出钢口尺寸3.1.3.6 炉衬材质和炉衬厚度的确定3.1.3.7 炉子的高宽比核定3.1.4 补炉3.2 氧枪设计.3.2.1 喷嘴类型的选择和主要尺寸的确定 .3.2.1.1 喷嘴的类型3.2.1.2 喷嘴主要尺寸的确定3.2.2 氧枪强身各层管径尺寸的确定3.2.3 强身长度的确定3.2.4 氧枪升降和更换机构3.2.4.1 对氧枪升降和更换机构的要求3.2.4.2 氧枪垂直升降机构3.2.4.3 氧枪各操作点的控制位置3.3 副枪设计第4章 主厂房工艺布置4.1 原料跨间布置4.1.1 铁水供应系统4.1.1.1 混铁炉方式4.1.1.2 混铁车方式4.1.2 废钢4.1.3 散装料的供应4.1.4 铁合金供应系统4.1.5 转炉渣罐的转运4.1.6 原料跨厂房尺寸的确定4.2 转炉跨间布置4.2.1 转炉位置的确定4.2.1.1 转炉中心线与厂房柱子纵向行列线距离的确定4.2.1.2 转炉耳轴中心线标高的确定4.2.1.3 转炉在主厂房纵向的位置和转炉的间距4.2.2 转炉跨各层平台标高的确定4.2.2.1 转炉操作平台4.2.2.2 散装料系统平台4.2.2.3 氧枪系统平台4.2.2.4 副枪平台4.2.2.5 烟气净化系统平台4.2.3 转炉跨厂房尺寸的确定4.2.3.1 转炉跨长度的确定4.2.3.2 转炉跨的跨度确定4.2.3.4 转炉跨厂房高度4.3 精炼跨间布置4.3.1 炉外精炼技术的选择4.3.1.1 炉外精炼的功能4.3.1.2 选择炉外精炼的技术的依据4.3.2 铁水吹氩处理4.3.2.1 铁水吹氩处理的功能4.3.2.2 吹氩设备布置4.3.3 RH脱气法4.3.3.1 RH法的冶金功能和适用条件4.3.3.2 RH设备与工艺布置4.3.4 LF精炼炉4.3.4.1 LF法的冶金功能4.3.4.2 LF炉设备与工艺布置4.3.5 钢水喂线处理4.3.5.1 钢水喂线处理的冶金功能4.3.5.2 喂线机的选择4.4 连铸跨间布置4.4.1 连铸机的机型及主要工艺参数的确定4.4.1.1 钢包允许的浇注时间4.4.1.2 铸坯断面4.4.1.3 拉坯速度4.4.1.4 连铸机的流数4.4.1.5 铸坯的液相深度及冶金长度4.4.1.6 弧形长度4.4.2 连铸机生产能力的确定4.4.2.1 连铸机和炼钢炉的合理匹配和台数的确定4.4.2.2 连铸浇注周期计算4.4.2.3 连铸机的作业率4.4.2.4 连铸坯收得率4.4.2.5 连铸机生产能力的计算4.4.3 连铸机在主厂房内的平面布置4.4.4 连铸机的尺寸确定4.4.5 连铸区域内的布置4.4.6 连铸工艺布置图举例4.4.6.1 小方坯连铸机工艺布置图4.4.6.2 板坯连铸车间工艺布置实例4.4.6.3 武钢连铸坯热送热装的发展和展望4.5 其他设备的选择4.5.1 复合吹炼底部供气元件的选择和布置4.5.2 钢包需用量4.5.3 渣钢和渣罐车4.5.4 起重机的选择第5章 辅助系统工艺布置5.1 供氧系统5.1.1 供气系统工艺流程5.1.2 车间需氧量计算5.1.2.1 一座转炉冶炼时的小时耗氧量5.1.2.2 车间小时耗氧量5.1.2.3 制氧机的选择 5.2 净化回收系统5.2.1 OG净化回收系统5.2.2 静电除尘干式净化系统5.3 转炉烟气净化与回收系统5.3.1 二次除尘系统5.3.2 厂房除尘5.4 炉下出钢出渣系5.4.1 钢渣处理系统5.4.1.1 钢渣水淬5.4.1.1 用返回渣代替部分造渣剂5.4.2 含尘污水处理系统第6章 专题论文.6.1 6.2 .结论参考文献致谢附录附录第1章 绪论1.1 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6.955亿吨。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粗钢产量(万吨)钢材产量(万吨)20001285013146200115163157452002182371920020032223423500/241192004272802973920053531037117200642266466852007489665646120085004958177/58434200957357/5678469626/6924420106943279627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。1.2 炼钢工艺流程废钢废钢槽高炉铁水罐氧气氧枪铁水混铁车称量转炉挡渣出钢钢水钢包吹氩喂丝中间包结晶器二冷区拉矫机火焰切割机铸坯精整合格坯初轧精轧钢材废钢回炉保护渣LF炉铁合金保温剂烘烤炉渣罐渣场渣液烟罩烟道一级文氏管抽气机烟囱排空废气二级文氏管喷淋塔气化冷却废水沉淀池泥浆煤气储气罐矿石或铁皮地下料仓全胶带上料系统萤石石灰焦炭高位料仓称量漏斗汇集漏斗 图1-2 转炉车间工艺流程图第2章 设计概述2.1 设计原则及内容2.1.1 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。（2）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。（3）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。（4）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。 （5）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。2.1.2 设计内容设计内容包括：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），辅助系统的设计等。2.2 建厂地理条件衡阳市位于湖南省东南部，湘江中游，东邻株洲，南抵郴州，西南接永州，西北挨邵阳，北达娄底、湘潭，面积15310平方公里。衡阳景色优美、气候温和衡阳是一座有着二千多年历史的名城，地处五岳独秀南岳衡山之南，传说“北雁南飞、至此歇翅停回”，故衡阳又称“雁城”。衡阳历来是“南北要冲，两广咽喉”，交通极为发达，京广和湘桂两条铁路干线在此交汇，京珠高速公路、107和322国道以及连接湘、赣、闽三省的“三南公路”贯穿全境。湘江航道建成后，千吨级货船可常年直达长江。航空方面，衡阳机场正在筹建之中，衡阳距长沙黄花国际机场200公里，长沙与国内主要城市都有直达航班，并已开通长沙至香港、澳门、曼谷直达航班。2.3 产品方案 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。2.3.1 冶炼的钢种、代表钢号及其化学成分本设计冶炼的钢种、代表钢号及其化学成分见表2-1所示。表2-1 冶炼的钢种、代表钢号及其化学成分钢种钢号化学成分/%CSiMnPSCuAl普碳钢Q2350.140.220.120.300.350.550.0450.050.30Q2750.280.380.150.350.50.80.0450.050.30低合金钢16Mn0.120.200.200.601.21.60.0500.050.3020MnSi0.170.230.400.701.31.60.0450.0450.30硅钢热轧硅钢0.083.804.400.200.200.020.050.12冷轧硅钢0.072.83.200.050.080.0150.0250.050.0250.022.3.2 产品方案本设计的产品方案见表2-2所示。表2-2 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10038.46吹氩或LF低合金钢12046.15LF或LF+VD硅 钢4015.39RH总 计260100说明：本设计连铸比100%；精炼比100%；合金比37.5%。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2.2m、2.6m、3.2m、4.2m、6m等;铸坯单重。2.3.3 金属平衡（见图2-1，图中数据单位：万t）预处理铁水309.5入转炉铁水303.3（98.0%）废钢33.7铁水损失6.2（2.0%）精炼前钢水310.1（92.0%）吹损27.0（8.0%）精炼损失31.0（10.0%）精炼后钢水279.1（90.0%）中间包钢水273.5（98.0%）注余钢水3.3（1.2%）事故及回炉钢水2.3（0.8%）中间包损失3.3（1.2%）切头切尾3.0（1.1%）氧化铁皮1.9（0.7%）原坯265.3（97.0%）合格坯260（98.0%）废品1.8（0.7%）清理损失3.5（1.3%）图2-1 金属平衡图2.4 转炉车间作业指标2.4.1 转炉冶炼周期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2-3。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2-4。表2-3 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表2-4 转炉炼一炉钢的平均冶炼时间平均冶炼时间/min炼一炉钢的时间/min装料吹氧辅助时间出钢倒渣合计51885339392.4.2 转炉作业率转炉作业率：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90%97%。本设计选取转炉作业率95%。2.4.3 铸坯收得率铸坯收得率：指炉产合格铸坯与炉产钢水量之比。2.4.4 转炉寿命及炉子冷修时间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885240.545.52.5 转炉容量和座数的确定按转炉“一吹一”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250。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。表1-6 与转炉配套的钢包容量和浇注起重机的配合转炉公称容量/t50100120150200250300最大出钢量/t60120150180220275320钢包容量/t60120150180220275320浇注起重机/t100/32180/63/20225/63/20280/80/20360/100/20400/100/20450/100/20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1座公称容量为250的顶底复吹转炉，采用“一吹一”方案。第3章 炉型及氧枪设计计算3.1 转炉炉型设计3.1.1 炉型的选择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P、S。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100t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250t，选用锥球型死炉底。3.1.2 炉型的主要参数3.1.2.1 炉容比转炉的炉容比又称为容积系数，以V/T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m3/t。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Si、P、S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0.900.95m3/t，小转炉取上限，大转炉则取下限。本设计取0.90m3/t。3.1.2.2 高宽比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1.251.45，小转炉取上限，大转炉取下限。3.1.3 炉型主要尺寸的确定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。3.1.3.1 熔池直径D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，min。Friedl由统计得到如下公式： D（0.660.05）G0.4 （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 D0.692500.46.281 m选取D为6290mm。表3-1 比例系数K的推荐值转炉公称吨位/t3030100100备 注比例系数K值1.852.101.751.851.501.75大吨位取下限、小吨位取上限3.1.3.2 熔池深度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。 锥球型熔池图3-3 锥球型熔池各部位尺寸D-熔池直径；d1-倒锥台底面直径；h1-锥台高度；h2-球缺体高度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：3.1.3.3 炉帽尺寸 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 0.456290=2830.5选取为2830。 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1/2（D-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=1/2（D-d口）+400 =1/2（6290-2830）+400 3.1.3.4 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2500.90225 V身V总V帽V熔22553.7639.382131.858 m3 3.1.3.5 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224。3.1.3.6 炉衬材质及炉衬厚度的确定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250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/t50100150200本设计250尺寸/mm炉帽4555606065炉身5570707580炉底4560606065炉壳钢板常用的材质有16Mn、15MnTi、14MnNb等低合金高强度钢。本设计选取钢板材质为14MnNb。3.1.3.7 炉子的高宽比核定H总H帽+H身+炉底炉衬厚度+炉底钢板厚度3396+4246+1748+1200+6510655 mm D壳D+炉身两边炉衬的厚度+炉壳钢板厚度6290+1850+1608300 mm H总/D壳=10655/8300=1.28 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D/mm35004000486052606250567068325炉内有效容积V/mm52.7280121129.1209.31933156炉口直径d口/mm18502200220025002360300036007熔池内径D/mm3500400048605260625067408熔池深度h0/mm108513501447172519549熔池面积S/m29.6212.5718.8521.7330.7033.910熔池容积V熔/m319.433.911炉帽倾角/()62.16012出钢口内径d内/m钢口倾角/（）20201514H总/D壳1.461.571.461.321.521.451.3215H内/D1.8551.921.661.611.721.5316炉容比0.950.831.010.860.910.7741.0517熔池面积/公称吨位0.1920.1260.1550.1450.1330.1070.12218D口/D52.95545.347.553.752.73.1.4 补炉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0.1mm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。表3-5 补炉料成分喷补方法喷补料成分/%各种粒度所占比例/%水分/%MgOCaOSiO21.0mm1.0mm湿 法911310901517半干法9052.5257510173.2 氧枪设计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。3.2.1 喷嘴类型的选择与主要尺寸计算3.2.1.1 喷嘴的类型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。3.2.1.2 喷嘴主要尺寸的确定 （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45.67m3，氧气利用率取85%，转炉金属收得率为92%，则转炉吨钢氧耗量由计算可得约为60m3/t，吹氧时间为18min，则供氧量（标态）：即：Q（2）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Ma2.0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=1.82.1。50100t转炉，Ma=1.952.0；大于120t转炉，Ma=2.02.1。本设计中马赫数选用Ma2.1。（3）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Ma2.1，0.1094，0.0981MPa(5)计算喉口直径每孔氧流量（标态），应用公式令0.93（喷嘴流量系数），273+35308K注：为氧气滞止温度K，一般按当地夏天温度选取，=273+（3040）K,=0.9MPa，代入上式：2091.7820.93则5.60cm56mm表3-6 等熵流的实验数据1.800.17400.28680.60681.4302.000.12780.23000.55561.6881.830.16620.27760.59891.4722.030.12200