年产万吨转炉炼钢车间设计

1、年产 180 万吨转炉炼钢车间设计学校：昆明理工大学专业：冶金工程班次：2002 （ 2）姓名：普松指导老师单位： 昆明理工大学姓名：普靖中职称：副教授摘 要 ABSTRAC.T、八前 言 第一章 设计概述 主要用途 冶炼要点 化学成分对H08性能的影响 现代全连铸冶炼焊条钢要点 第二章 氧气顶吹转炉炼钢物料平衡和热平衡 错误!未指定书签物料平衡计算 热平衡计算 第三章 氧气顶吹转炉的设计与计算 炉型设计 氧气顶吹转炉炉衬设计 氧气顶吹转炉炉体金属构件设计 支承装置 倾动机构 底部供气构件的设计 . 第四章 氧枪的设计与计算 喷头设计 氧枪水冷系统 第五章 连铸机的设计与计算 连铸机的主要工艺

2、参数 连铸机生产能力的确定 盛钢桶及其载运设备 中间包及其载运设备 结晶器及其振动装置 二次冷却装置 第六章 钢包的设计与计算 盛钢桶尺寸计算 盛钢桶质量 盛钢桶重心计算 第七章 铁水预处理及炉外精练 铁水预处理 炉外精练 错误!未定义书签第八章 转炉炼钢车间布置 转炉容量及车间生产能力的确定 全厂金属平衡表的制定 主厂房工艺布置 . 总结与体会 谢 辞 参考文献 摘要本次设计的是一座年产 180万吨合格坯的氧气顶吹转炉炼钢厂。冶炼的钢种为碳素焊条钢，主要牌号：H08A H08E H08C主要规格：f 6.5mm f 6.0mm f 5.5mm 两 座120吨的氧气顶吹转炉，年产钢水量为万吨，

3、采用三孔氧枪，氧流量为 min,配用钢 包的额定容量为150吨；两台2机6流板坯弧形连铸机，连铸机的弧形半径为 6m,主 产品断面尺寸200X 1000mm连铸机设计年生产能力为万吨。设计主要针对转炉炼钢厂 , 其中包括炼钢厂规模、生产工艺流程、冶炼的钢种牌 号、全厂金属料消耗平衡表、转炉炼钢车间的物料平衡和热平衡计算、转炉炉型选择 及设计计算、氧枪喷头及枪身设计计算、连铸机以及车间附属设备的计算选型、车间 平面布置设计等。关键字：氧枪，转炉，连铸机，碳素焊条钢AbstractThe task of this design is to design a steelmaking mill wit

4、h top oxygenblowing vessels that has an annual productivityof 1 million tons fine butts.It produces series ofThe carbon welds the bar iron，Trademark：H08A、H08E、H08C specification: f 6.5mm f 6.0mm f 5.5mm There are two top oxygen-blowingvessels, with a tons productivity of hot metal. It adopts the oxy

5、gen core lance that has three holes, and the flow rate is min. The matched steel ladle size is 150 tons. Also, there are two setcasting machines that are two machine and six currents and produce the plank block. The arc radius is 6m, and the major product con tour sizeis 200 x 1000mm.The annual prod

6、uctivity of the cast ingis million tons.This design aims at the converter steel mill primarily, amongthem include the steel mill scale and produce the steel of the craft flowsheet, the card number of smelting steel, and the balance sheet of whole plant depletion of metal charge. A calculation for of

7、 material balance and calorific balance in the converter ship, designing, then choosing the profile and furnace lines of converter, as well as choosing spray head and body of oxygen lance, calculating and choosing the caster type, then choose the other accessory equipment. Last, make an arrangement

8、for the various equipments in the whole workshops. Keywords: oxygen lance, converter, caster, The carbon welds the bar iron.由于我国已经加入世界贸易组织，世界经济的格局将发生重大变化，外商投资将 保持良好的增长态势，世界机械制造业，化工业的重心将加快向我国转移，入世受益 行业发展速度将有所加快，这将加大国内钢材需求。在钢材消费增加的同时，消费结 构将保持多层次，多样化，并逐步向高层次演化。 21 世纪，随着经济的日益全球化， 竞争不断加剧， 21 世纪的我国钢铁行业既有前

9、所未有的发展机遇， 又面临严峻的挑战 本设计说明书对毕业设计的整个过程及主要内容进行了详细的说明。 主要设计 座年产 180 万吨钢坯的转炉炼钢车间。设计范围包括从铁水预处理到连铸的整个炼钢 过程。设计内容有主钢种碳素焊条钢的冶炼工艺流程和操作要点，炼钢厂内的物料平 衡计算和热平衡计算，及由此计算结果来确定的厂内各设备生产能力、型号等。设备 选定及其在厂房内的布置，应力求使厂区有效面积得到充分利用，物料流向合理。由于本人水平有限，设计中错误和缺点在所难免，望老师和同学们批评指正。第一章设计概述本次设计的是年产180万吨碳素焊条钢的转炉炼钢厂。冶炼的主钢种为连铸碳素焊条钢，主要牌号：H08A H

10、08E H08C主要尺寸规格：f 6.5mm、f 6.0mm、f 5.5mm，执行标准：GB/T3429-2002。碳素焊条钢是焊接材料行业使用量最大的原料品种，主要用于制 作不同牌号、不同规格的碳钢焊条，产销量大。随着我国钢材消费量的增长，焊接材料用 钢不断增加，据最新统计，2002年全年需求量达到120万吨以上。此类碳素钢，存在成分 偏析，尤其是硫、碳和磷在的上部和中心呈正偏析。为了保证盘条质量，冶炼时必须严格 控制成分。其所要求的各化学成分的范围如表1-1 o表1-1连铸碳素焊条钢各化学成分范围钢种C, %Mn,%P, %S, %H08AH08EH08C冶炼主要工艺流程是在高炉出铁后，铁

11、水通过鱼雷罐车运到炼钢厂，经过铁水预处理, 去除部分有害元素，从而减轻转炉脱 P的负担。预处理后的铁水再通过转炉吹炼，脱去绝 大部分的Co冶炼主要工艺流程如图1-1所示:图1-1工艺流程图任何一个炼钢厂都不可能只炼一个钢种，都是由一个主钢种和多个副钢种组成的。为 了便于冶炼及减少资金投入，在本设计中对副钢种的选择主要依据钢种的化学成分来确 定，使各钢种的化学成分相差不大，从而可以制定出相似的冶炼工艺。这里选取了三种副 钢种。各钢种的化学成分要求如表1-3所示。表1-3各化学成分范围副钢化学成CSiMnPS65MnwwT9Awww55CrMnAww表1-4 产品大纲钢种占总产量的百分比钢水量（万

12、吨）锰铁（万吨）硅铁（万吨）H0850%65Mn20%T9A15%55CrMnA15%合计碳素焊条钢的概述主要用途碳素焊条钢盘条，最重要的是化学成分要求严格，尤其是碳、硅、硫成分要确保盘条 成分符合标准规定。此外要求碳素焊条钢具有优良的拉拔性能。电焊条主要尺寸规格有： f4.0mm、f3.2mm、f2.5mm、f2.0mm。用户拉拔使用的主要特点有：碳素焊条钢合金含量少, 属于非合金钢范畴，用户最终加工产品尺寸较大，因此与合金焊丝产品不同，碳素焊条钢 盘条主要生产规格为、f6.0m m,国内用户订购规格的很少。冶炼要点1. 铁水含硫量w %寸方可冶炼此钢种，出铁时尽量少带高炉渣。2. 冶炼本钢

13、种时要考虑到石灰、矿石、铁块、煤等原材料含硫量。3. 装入量力求准确。废钢加入量以确保过程温度、终点温度为前提。4. 冶炼过程中关键是去硫，要保证在转炉中去硫率，有两个问题必须注意。首先是 前期高温去硫，要求第一次拉碳（熔池 % %时温度为1650- 1680C。炉渣碱度为一，尽 量多倒炉渣。后吹用石灰石或生白云石调温造新炉渣，这样即可以防止熔池温度过高又可 以有效地去硫。吹炼终点碳含量在 %-%熔池温度在1640- 1660C。炉渣碱度大于。5. 为了保持钢中合适的含氧量，用 1/3 中碳锰铁和 2/3 高碳锰铁合金化。这样钢水 增碳约 %，有利于模内钢液沸腾。其原因是钢液碳含量增加，碳氧乘

14、积远超过平衡值；其 次中碳锰铁含硅 %-2%，不致因中碳锰铁加入数量多增硅而影响沸腾。6. 出钢时用铁芯铝调整包内钢水氧化性。7. 开浇平稳，随时观察模内钢液沸腾，浇注过程及刺铝调整钢水氧化性。尽量使用瓶口模浇注。用瓶口模浇注时，预留高度90- 100mm然后加瓶塞。用敞口模浇注时必须采用铝封，加铝时要拨渣后搅拌，防止钢水冒窜而导致钢锭开坯轧制时脱落（调头） 。严 禁用硅铁封顶。 主要是钢锭头部增硅， 以致钢坯要切去 1/3-1/2。焊条钢在锭模内沸腾弱， 是在开坯时造成掉头和坚壳带薄产生气泡裂纹的主要原因。因此保证钢水在锭模内有良好 的沸腾是十分重要的。化学成分对H08性能的影响1. 碳的影

15、响：焊丝中含碳量增加，会使焊缝金属含碳量增加。应控制在%-%。2 硅的影响：硅影响冷拔加工性能，在焊缝中有降低塑性的倾向，故国家标准规定碳素结构钢H08类硅含量w %3. 锰的影响：锰会增加焊缝中的含锰量，不仅可提高抗拉强度，也使塑性和韧性提 高同时还提高焊缝抗裂能力。4. 磷的影响（有害元素）：磷含量增加使焊缝冷裂倾向增大，同时低温冲击值迅速 下降（H08钢中的S P含量低，其盘条价格更高）。5. 硫的影响（有害元素）：硫含量增加使焊缝热裂倾向增大，同时使焊缝产生表面 气孔的可能性增加。6. 铜的影响：铜含量高时易产生焊缝开裂，所以要求铜w%氧气转炉用铁水为主要原料炼钢，残余元素铜含量远远低

16、于 %，故厂内一般不做考核现代全连铸冶炼焊条钢要点1. 铁水脱硫： 现代转炉炼钢厂都有铁水预处理。 我国宝山钢铁总厂炼钢设有铁水喷吹 脱硫和“三脱”（脱硅、脱磷、脱硫）装置。经过铁水预处理，入炉的铁水含硫量W%铁水炉外脱硫是技术合理、经济的脱硫方法。2. 钢水经过真空脱气装置，利用钢液的碳和氧作用，使钢中全含氧量w 40x 10（ppm。 虽然钢中无硅和少铝，铸坯或钢锭也不会产生皮下气泡。3. 钢水通过连铸浇成铸坯。 因为采用全保护浇注 （大包保护套管和氩气密封、 中间包 至结晶器采用浸入式水口保护渣），不仅可以防止钢水二次氧化，而且在中间包和结晶器 内钢液中的夹杂物可以上浮，被保护渣捕捉，钢

17、的纯洁度较高，冷拔加工性能好，适宜生 产高强度高韧性等高级焊条。铁水钢水第二章氧气顶吹转炉炼钢物料平衡和热平衡物料平衡计算(1)计算所需原始数据炼钢过程的物料平衡与热平衡计算是建立在物质与能量守恒的基础上的。其主要 目的是比较整个过程中物料、能量的收入项和支出项，为改进操作工艺制度，确定合 理的设计参数和提高炼钢技术经济指标提供某些定量依据。应当指出，由于炼钢系复 杂的高温物理化学过程，加上测试手段有限，目前尚难以做到精确取值和计算。尽管 如此，它对指导炼钢生产和设计仍有重要的意义。表2-1钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值分1类CSiMnPS十类钢种设定值铁水设定值*废钢设定值终点钢水设

18、定值*痕迹*这里的铁水设定值为铁水预处理后的铁水成分，具体内容见“第 七章铁水预处理及炉外精练”。* 0和Si按实际生产情况选取；Mr、 P和S分别按铁 水中相应成分含量的30%、10%和60%留在钢水中设定o(2)物料平衡基本项目。收入项支出项废钢炉渣熔剂（石灰、萤石、轻烧白云石）烟尘氧气渣中珠铁炉衬蚀损炉气铁合金喷溅表2 2 原材料成分成 类、CaOSiO2MgOAl 2QFQCaFP2QSCOHOC灰分挥发分石灰萤石生白云石炉衬焦碳表2 3硅铁合金的成分及回收率FeCSiMnAlPS硅铁75800100100100锰铁907580100100100(3)计算步骤。以100 kg铁水为基础

19、进行计算。第一步：计算脱氧和合金化前的总渣量及其成分。总渣量包括铁水中元素氧化、炉衬蚀损和加入熔剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表2 5、2 6和2 7。总渣量及其成分如表2 8所示。第二步：计算氧气消耗量氧气实际消耗量系消耗项目与供入项目之差，详见表 2-9。第三步：计算炉气量及其成分。第四步：计算脱氧和合金化前的钢水量。表2-4其它工艺参数设定值名称参数名称参数渣中铁损（铁终渣碱度%CaO/%SiO为渣量的6%珠）萤石加入量为铁水量的%氧气纯度99%余者为Nk生白云石加入炉气中自由氧为铁水量的% （体积比）量含量炉衬蚀损量为铁水量的%气化去硫量占总去硫量的1/3终渣艺（FeO15% 即(F

20、e2Q)金属中C的90%C氧化成CO含量=5%氧化10%C(Fe2Q)/(FeO)=(FeC) =10%产物氧化成CQ1/3为铁水量的% （其由热平衡计算确定。烟尘量废钢量中本计FeO为 75% F.Q算结果为铁水量的%为20%喷溅铁损为铁水量的1%即废钢量比为%表2-5 铁水中元素的氧化产物及其成渣量元素反应产物兀素氧化量（kg）耗氧量（kg）产出量（kg）备注Cc COCfCOSiSi(SiO2)入 渣MnMr(MnO入 渣PP(P2Q)入 渣SS-SOSf=(CaS(CaO+ (C)入 渣FeFe-(FeO)入渣（见3-8）Fe(Fg入渣（见表3-8）合计量成渣入渣组分之和*由CaO还原

21、出的氧量；消耗的 CaOM=x 56/32 = 0.016kg kg表2 6炉衬蚀损的成渣量（kg）CaOSiO2MgOAI2QFezQC COC CQC CO CO（据表3-4 ）合计表2 -7加入熔剂的成渣量类别加入量（kg）成渣组分（kg）气态产物（kg）CaOMgOSiO2AI2OFqQP2QCaSCaFHOCOQ萤石（据表3-4 ）生白云石（据表3-4 ）石灰*1* 2*3合计成 渣 量*1石灰加入量计算如下：由表（2-5）（2-7）可知，渣中已含（CaO=一 += 0.900kg ;渣中已含（SiO2） = += 0.914kg ;因设定的终渣碱度R=;故石灰加入量为：RE (Si

22、O2)-2 (CaO)/(%CaO石灰-Rx %SiO石灰) =x- /%-X %)= 2.899kg kg*2为(石灰中CaO含量)(石灰中 S-CaS自耗的CaO量)*3由CaO还原出的氧量，计算方法同表 2-5。表2-8总渣量及其成分炉渣成分CaOSiO2MgCAl 2QMnCFeOFqQCaHP2QCaS合计兀素氧化成渣量(kg)石灰成渣量(kg)炉衬蚀损成渣量(kg) 生白云石成渣量(kg) 萤石成渣量(kg) 总渣量(kg) %*总渣量计算如下：因为表 2-8中除(FeO)和(Fe2O3)以外的渣量为:+= 6.180kg ;而终渣艺（FeO）=15%（表 2-4）,故总渣量为：

23、=7.123kg kg （FeO）量=x%= 0.588kg kg （Fe2O3）量=乂 5%= 0.329kg kg炉气中含有CO CO、Q、N、SO和HQ其中CO CO、SO和O可由表（2 5）（2 7）查得，Q和M则由炉气总体积来确定。现计算如下：炉气总体积V,:99Vg 0.7Gs98.51Vx=10.039m3式中 V g CO CQ SO和HO诸组分之总体积，吊。本计算中，其值为X 28+X 44+X 64+X 18=kkG不计自由氧的氧气消耗量，kg。本计算中，其值为6.466m3（见表2 9）;乂铁水与石灰中的S与CaO反应还原出的氧量，m3本计算中，其值为kk （见表 2 9

24、）;%炉气中自由氧含量，m；99由氧纯度为99%转换得来。计算结果列于表2 10中：表2 9实际耗氧量耗 氧 项（kg）供 气项（kg）实际氧气消耗量（kg）铁水中兀素氧 化耗氧量（表铁水中S与CaC反应还原出的氧量3-5）炉衬中碳氧化耗氧量（表3-6）烟尘中铁氧化耗氧量（3-4）炉气中自由氧 含量（表3-10）（表 2-5）石灰中S与CaO反应还原出的氧量（表 2-7）+ =合计合计*为炉气中2的重量，详见表2- 10表2- 10炉气量及其成分炉气成分炉气量（kg）体积（mi）体积%COCOSO fOQ*合计炉气中 Q的体积为x%= 0.050m3;重量为X 32/ = 0.072kg kg

25、*炉气中N2的体积系炉气总体积与其它成分的体积之差；重量为 X 28/ = 3.396kg kg表2 - 11未加废钢时的物料平衡表收入支出项目质量（kg）%项目质量（kg）%铁 水钢水石灰炉渣英石（据表3-4）炉气生白云石（据表3-4）喷 溅炉衬烟尘氧气渣中铁珠合计合计注：计算误差（）/ X 100% = %钢水量0=铁水量一铁水中元素的氧化量一烟尘、喷溅和渣中的铁损=100（75%X 56/72+20%X 112/160）+1+ X 6%=kk据此编制脱氧和合金化前的物料平衡表（表 2-11）。第五步：计算加入废钢的物料平衡。如同“第一步”计算铁水中元素氧化量一样，利用表2 1的数据先确定

26、废钢中元 素的氧化量及其耗氧量和成渣量（表 2 12）,再将其与表2 11归类合并，就得出加 入废钢后的物料平衡表2 13和214。第六步：计算脱氧和合金化后的物料平衡。先根据钢种成分设定值（表2- 1）和铁合金成分及其烧损率（表2-3）算出钢芯 铝和硅铁的加入量，再计算其元素烧损量。将所得结果与表2- 14归类，即得冶炼一炉钢的总物料平衡。表2- 12废钢中元素的氧化产物及其成渣量元素反应产物兀素氧化量（kg）耗氧量（kg）产物量（kg）进入钢中的量（kg）CC- COCf CO21SiSi SiO2 -MnMr- MnOPP-(P2O5SS- SO21s+(CaQ =(CaS+ O合计成渣

27、量（kg）表2- 13加入废钢的物料平衡表（以100 kg铁水为基础）收入支出项目重量（kg ）%）项目重量（kg）%铁 水废 钢石灰萤 石 轻烧白云石炉衬氧 气钢水炉渣炉气喷溅烟 尘 渣中铁珠合计合计注：计算误差为（）/ X 100% = %表2 14加入废钢的物料平衡表（以100 kg （铁水+废钢）为基础）收入支出项目重量（kg）%）项目重量（kg）%铁水废钢石灰萤石轻烧白云石 炉衬氧气钢水炉渣炉气喷溅烟尘渣中铁珠合计合计注：计算误差为（一）/ x 100% =表 2 15 铁合金中元素烧损量及产物量类别元素 烧损量 脱氧量 成渣量 炉气量 入钢量 kg kgkg kgkg锰铁CMnSi

28、PSFe合计硅铁AlMnSiPSFe合计总计总物料平衡表。锰铁加入量为WM=kg硅铁加入量W为:Ws =（Si钢种% Si终点%）硅铁含Si%加钢芯铝后的钢水量Si回收率= kg。铁合金中元素的烧损和产物量列于表 215中。脱氧和合金化后的钢水成分如下表所示：脱氧和合金化后的钢水成分（）CSiMnPS由此可得冶炼过程（即脱氧和合金化后）的总物料平衡表2 16表2 16总物料平衡表收入支出项目质量（kg）%）项目质量（kg）%铁水钢水废钢石灰炉渣萤石轻烧白云石炉气炉衬氧气喷溅锰铁烟尘铁 粉 硅焦渣中铁珠合计注：计算误差为（）/ X 100% = %热平衡计算（1）计算所需原始数据。计算所需基本原

29、始数据有：各种入炉料及产物的温度（表2 17）；物料平均热容（表2 18）；反应热效应（表2 19）；溶入铁水中的元素对铁 熔点的影响（表2 20）。其它数据参照物料平衡选取。（2）计算步骤。以100 kg铁水为基础。第一步：计算热收入Q。热收入项包括：铁水物理热；元素氧化热及成渣热；烟尘氧化热；炉衬中碳的氧 化热。1）铁水物理热Q:先根据纯铁熔点、铁水成分以及溶入元素对铁熔点的降低值 （表2 17、2 1和2 20）计算铁水熔点Tt，然后由铁水温度和生铁比热（表 2 17和2 18）确定Q。表2 17入炉物料及产物的温度设定值名 称入炉物料产物铁水*废钢其它原料炉渣炉气烟尘温度C）13502

30、525与钢水相同14501450表2 18物料平均热容物 料名 称生铁钢炉渣矿石烟尘炉气固态平均热容（kJ/kg K）熔化潜热(kJ/kg)218272209209209液态或气态平均热容(kJ/kg K)表2- 19炼钢温度下的反应热效应化学反应组元 H (kJ/kg ) H (kJ/kg )CC+1/2 Q 氧化反应CC+ Q = CQ1氧化反应SiSi+ Q = (SiO2)氧化反应MnMnl +1/2 Q = (MnQ氧化反应P2 P+5/2 Q = ( RQ)氧化反应FeFe+1/2 Q = ( FeQ氧化反应Fe2 Fe+3/2 Q = ( FqO)氧化反应SiO2(SiO2 )

31、+2 (CaO = (2CaO SQ2 )成渣反应P2Q(P2Q ) +4 (CaO = (4CaOP2Q ) 成渣反应CaCGiCaCO= (CaO + CO 分解反应MgCO)MgC3= (MgO + CQ 分解反应-418072-34834-817682-29202-361740-6594-1176563-18980-238229-4250-722432-6460-97133-1620-693054-488016905016901180201405-139420-11639表2 -20溶入铁中的元素对铁熔点的降低值元 素在铁中的极限溶解度(%CSi Mn P无S Al Cr N H O无

32、溶入1%元素使铁熔点的降低值C）6570758085901008530253氮、氢、氧溶入使铁熔点的降低值（C）刀=6适用含量范围（%V315 118表2 -21元素氧化热和成渣热反应产物氧化热或成渣热（kJ）反应产物氧化热或成渣热（kJ）S COFe FezQS COP P2QSi SiO2RQ4CaO，P 2QMn MnOSiO22CaO SiO2Fe FeO合 计QTt = 1536X 100+x 8+X 5+X 30+X 25) 6= 1190.6 CQh= 100X X 25）+218+X （1350 =2）元素氧化热及成渣热 Q:由铁水中元素氧化量和反应热效应（表 2 19）可以算

33、出，其结果列于表2 21中3）烟尘氧化热Q:由表2-4中给出的烟尘量参数和反应热效应计算可得。56112Qc=1.5 （75%4250 20%6460） = 5075.35 kJ721604）炉衬中碳的氧化热Q:根据炉衬蚀损量及其含碳量确定。Q i=X 14%x （90%x 11639+10% 34834）=故热收入总值为：Q= Q+ Q+ Q+ Q =第二步：计算热支出。热支出项包括：钢水物理热；炉渣物理热；烟尘物理热；炉气物理热；渣中铁 珠物理热；喷溅物（金属）物理热；轻烧白云石分解热；热损失；废钢吸热。1） 钢水物理热Q；先按求铁水熔点的方法确定钢水熔点 Tg ；再根据出钢和镇静 时的实

34、际温降（通常前者为4060C,后者35C/min，具体时间与盛钢桶大小和 浇注条件有关）以及要求的过热度（一般为 5090C）确定出钢温度Tz ;最后由钢 水量和热容算出物理热。T g= 1536-X 65+X 5+X 30+X 25） 6= 1522.65 C（式中：、和分别为终点钢水C、Mn P和S的含量）Tz= + 50+ 50+ 70= 1692.65 C（式中：50、50和70分别为出钢过程中的温降、镇静及炉后处理过程中的温降 和过热度）Q=X X 25）+272+X=2）炉渣物理热Q:令终渣温度与钢水温度相同，则得：Q r =X X 25）+209=3）炉气、烟尘、铁珠和喷溅金属的

35、物理热 Q。根据其数据、相应的温度和热容确 定。详见表2 22。4）生白云石分解热Q:根据其用量、成分和表2 19所示的热效应计算。Q b=X %X 1690+ %X 1405）=5）热损失Q:其它热损失带走的热量一般约占总热收入的 38%。本计算取5%,则得： Q q=X 5% =项目炉气物理热烟尘物理热渣中铁珠物理热喷溅金属物理热合计Qx表2-22某些物料的物料热参数kJ备注1450为炉气烟尘温度1520为钢水熔点6）废钢吸热Q:用于加热废钢的热量是剩余热量，即:Qf Q Q Q Q Q Q 故废钢加入量W为：Wf 24.955kg即废钢比为：100+ %热平衡计算结果列于表2 23中。表

36、2 23热平衡表收入支出项目热量（kJ）%项目热量（kJ）%铁水物理热 元素氧化热和成 渣热 其中C氧化钢水物理热炉渣物理热废钢吸热Si氧化Mn氧化P氧化Fe氧化SiO2成渣P2O成渣烟尘氧化执八、炉衬中碳的氧化热炉气物理热烟尘物理热渣中铁珠物理 执八、喷溅金属物理执八、轻烧白云石分解热热损失合计合计若不计算炉渣带走的热量时:加入铁合金进行脱氧和合金化，会对热平衡数据产生一定的影响。对转炉用一般 生铁冶炼低碳钢来说。所用铁合金种类有限，数量也不多。经计算，其热收入部分约 占总收入的，热支出部分约占，二者基本持平。第三章 氧气顶吹转炉的设计与计算氧气转炉是转炉炼钢车间的主体设备。 其设计的质量不

37、仅直接影响到投产后的各项技 术经济以及企业的的经济效益和社会效益，而且还关系到操作者的劳动安全。为了正确、 合理的设计，达到预定的目标，必须依据建厂的具体条件，充分调查和掌握同类转炉的发 展现状，切实做到理论与实际紧密结合。转炉由炉帽、 炉身和炉底三部分组成。 目前常用的炉帽是一上小下大的正口形截圆锥 体。炉帽以下、熔池以上的炉身部分为圆筒形。熔池面以下的炉底部分，其形状视熔池形 状而定，根据修炉方式的不同，有死炉底与活炉底之分，前者适用于上修，后者适用于下 修。所谓转炉炉型， 实际上是指由上述三部分组成的炉衬内部空间或炉膛的几何形状。 由 于炉帽和炉身的形状并无变化，所以通常就按熔池形状划分

38、为三种：筒球型、截球型和截 锥型。本次设计转炉的公称容量为 120t ，采用截锥型。截锥型熔池形状为一倒锥体。在装入量和熔池直径相同的情况下，其熔池最深，因此 不适宜于大容量转炉。我国过去已建成的 30t 以下的小炉子应用较多，新制定的技术规定 中提出“w loot转炉一般采用截锥型活炉底”。国外已很少用这种炉型。通常倒截锥体的 底部直径d，这时熔池体积 v（ m）与熔池直径d（ m和熔池深度h（ m有如下关系： 炉型设计炉型设计的主要任务是确定所选炉型各部位的主要参数和尺寸，据此再绘制出工程图。（ 1）熔池尺寸的确定。熔池是容纳金属并进行一系列复杂物理化学反应的地方，其 主要尺寸有熔池直径和

39、熔池深度。设计时，应根据装入量、供氧强度、喷嘴类型、冶炼动 力学条件以及对炉衬蚀损的影响综合考虑。1 ）熔池直径D:熔池直径通常指熔池处于平静状态时金属液面的直径。它主要取决 于金属装入量和吹氧时间。随着装入量增加和吹氧时间缩短，单位时间的脱氧量和从熔池 排出的CO气体量增加。此时，如不相应增大熔池直径，势必会使喷溅和炉衬蚀损加剧。 转炉吹氧时间t与装入量G成正比，而与单位时间供氧量 Q成反比，即若要增大供氧量还 要使喷溅维持一定，就需扩大熔池面。这意味着单位时间供氧量与熔池直径的平方成正比, 因此可得公式：式中 G 新炉金属装入量，t，可近似地取其公称容量，120t ；t平均每炉钢纯吹氧时间

40、，本设计取 18mi n；K比例系数，本设计取。2) 熔池深度h:熔池深度系指熔池处于平静状态时从金属液面到炉底最低处的距离。对截锥型熔池：h Vc 2 =18332 =1.93im0.574D0.574 4.070(2) 炉身尺寸的确定。对于圆筒形炉身，因其直径与熔池直径一致，故需确定的尺 寸即为炉身高度H身。4V身 4(Vt V帽 V池)a “cH 身=2=2= 5.760mn Dn D(3) 炉帽尺寸的确定。顶吹转炉一般用正口炉帽，其主要尺寸有炉帽倾角、炉口直 径和炉帽高度。设计时，应考虑以下因素：确保其稳定性；便于兑铁水和加废钢；减少热 损失；避免出钢时钢渣混出或从炉口流渣；减少喷溅。

41、1) 炉帽倾角倾角过小，炉帽内衬不稳定性增加，容易倒塌；过大时，出钢时容 易钢渣混出和从炉口大量流渣。目前倾角多为 60 3,小炉子取上限，大炉子取下限, 这是因为大炉子的炉口直径相对来说要小些。2) 炉口的直径d: 般来说，在满足兑铁水和废钢的前提下，应适当减小炉口直径， 以利于减少热损失，减少空气进入炉内影响炉衬寿命和改善炉前操作条件。实践表明，取 炉口直径为熔池直径的4353%较为适宜。另外，从减少喷溅考虑，要求炉气从炉口排出 的速度小于15m/s。3) 炉帽高度H帽：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H 口 = 300400mn!勺直线断段。因

42、此炉帽高度为1 H 帽=(D d) tg 9 + H 口 = 2.130m2炉帽总容积为：(4) 出钢口尺寸的确定。出钢口内口一般都设在炉帽与炉身交界处，以便当转炉处于水平位置时其位置最低，可使钢水全部出净。出钢口的主要尺寸是其中心线的水平倾角 和直径。1）出钢口中心线水平倾角B仁为了缩短出钢口长度，以利维修和减少钢液二次氧化 及热损失，大型转炉的B i趋向减少。国外不少转炉采用 0,但0倾角使钢流对钢包内 金属的冲击力变小。国内转炉多为 45以下。本设计取 45。2）出钢口直径d出：出钢口直径决定着出钢时间，因此随炉子容量而异。出钢时间通 常为28min。时间过短，即出钢口过大，难以控制下渣

43、，且钢包内钢液静压力增长过快， 脱氧产物不易上浮。时间过长，即出钢口太小，钢液容易二次氧化和吸气，散热也大。通 常， d 出可按下面经验式确定：式中T转炉公称容量，t o3）炉容比（或体积比）的确定。炉容比系指转炉有效容积 V与公称容量T之比值V/T （m/t）o v系炉帽、炉身和熔池三个内腔容积之和。公称容量以转炉炉役期的平均出钢量来表示，这种表示法不受操作方法和浇注方法的影响。确定炉容比时，应综合考虑以下因素：铁水比，铁水成分，冷却剂种类，供氧强度， 喷枪孔数，基建投资等。通常，铁水比增加，铁水中 Si、P、S含量高，用矿石作冷却剂， 以及供氧强度提高时，为了减少喷溅或溢渣损失，提高金属收

44、得率和操作稳定性，炉容比 要相应增大。但过大的炉容比会使基建和设备投资增加。对于大型转炉，由于采用多孔喷 枪，操作比较稳定，因此在其他条件相同的情况下，炉容比有所减少。转炉新砌炉衬的炉 容比推荐值为 0.95m3/t ，大转炉取下限，小转炉取上限。本设计取 0.90 m3/t 。（6）高径比的核定。高径比系指转炉炉壳总高 H总与炉壳外径D壳之比值。实际上， 它只作为炉型设计的校核数据。因为通过上述计算，当炉膛内高H内和内径D确定之后，再根据所设计的炉衬和炉壳的厚度，高径比也就被定下来了。转炉高径比的推荐值为。 大炉子取下限，小炉子取上限。氧气顶吹转炉炉衬设计 炉衬设计的主要任务是选择合适的炉衬

45、材质，确定合理的炉衬组成和厚度，并根据相 应的砖型和数量，以确保获得经济上的最佳炉龄。（1）炉衬材质的选择。合理选用炉衬，特别是工作层的材质乃是提高炉龄的基础。目前常用的工作层衬砖有：沥青结合镁砖（沥青浸渍或不浸渍），含碳量为56%;烧成 浸渍镁砖，含碳量为 2左右；焦油或沥青结合的白云石砖，含碳量约 2；沥青或树脂 结合的白云石碳砖， 含碳量为 715%;沥青或树脂结合的镁碳砖 （加入或不加防氧化及） ， 含碳量通常为 1025%。进入 80 年代以来，氧气转炉炉衬材质的最大变大是普遍推广使用镁碳砖，炉龄有明 显提高。但由于镁碳砖成本较高， 因此一般只将其用在诸如耳轴区、 渣线等炉衬易损部位

46、， 即炉衬工作层采用均衡炉衬，综合砌炉。（2）炉衬的组成和厚度的确定 通常炉衬由永久层、填充层和工作层组成。有些转炉则在永久层与炉壳钢板之间夹有 一层石棉板绝热层。永久层紧贴炉壳（无绝热层时），一般用焦油镁砂捣打而成，厚度约 80100mm有些 工厂则不作规定，一般只要达到找平的目的即可。本设计取 90mm该层的主要功能是减轻 炉衬受热膨胀时对炉壳产生挤压和便于拆除工作层。也有的转炉不设填充层。工作层系指与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，工作条件相当恶劣。目前该层多用 镁碳砖和焦油白云石砖综合砌筑。炉帽可用二步煅烧镁砖，也可根据具体条件选用其它材质。本设计中转炉各部位的炉衬厚度设计值如表所示：

47、（ 3）砖型选择选择砖型时应考虑以下一些原则：1）在可能条件下，尽量选用大砖，以提高筑炉速度，减少砖缝，减轻劳动强度;2）力争砌筑过程中不打或少大砖，以提高砖的利用率和保证砖的质量;3）对用小砖组合起来有困难或难以保证修筑质量的部位，如出钢口和炉底等，则选 用异砖型;4）尽量减少砖型种类。氧气顶吹转炉炉体金属构件设计转炉炉体金属构件由炉壳、炉体装置及倾动机构组成。其选型或设计是否合理，将直 接影响到设备、操作安全性和转炉生产率。（1）炉壳组成及结构型式。炉壳通常由炉帽、炉身和炉底三部分组成。炉帽制成截 圆锥型。由于炉帽，特别是炉口部位受高温作用易变形，所以目前普遍采用水冷炉口。这 样既提高了炉

48、帽寿命，又能减少炉口粘渣。水冷炉口有两种结构：其一是钢板焊成的水箱；其二是把蛇形钢管铸在铸铁的炉口圈 内。前者制作方便，但容易烧穿；后者制作难度大，但使用安全。水冷炉口可用销钉与炉 帽连接，或用卡板焊在炉帽上。炉身制成圆柱型，它是整个炉子的承载部分，受力最大。 炉底有球型和截锥型两种。前者制作和内衬砌筑均较后者复杂，但强度优于后者，所 以多用于大型转炉。炉帽、炉身和炉底三段间的联结有以下几种方式。对于死炉帽活炉底的结构，炉帽与 炉身是焊死的，炉身与炉底多用丁字形销钉和斜楔联结。这种结构适用于下修法。对于只 能采用上修法的死炉底结构，炉底与炉身可以焊死；有时为了增加修炉的灵活性，也用可 拆卸的小炉底结构。（2）炉壳钢板材质与厚度的确定。转炉吹炼过程中，炉壳承受多种负荷的作用：有 炉壳、炉衬自重和炉料重引起的静负荷；有兑铁水、加废钢时的冲击以及炉体旋转时的加 速度或减速度产生的动力等引起的动负荷；还有炉衬热膨胀和炉壳本身温度分