80t转炉氧枪设计

1、冶金工程设计课程设 计报告学院：专业班级：学生姓名：学号：设计地点（单位）设计题目：80t顶吹氧气转炉的氧枪设计完成日期：2014年1月4日指导教师评语：成绩（五级记分制）：指导教师（签字）：、课程设计任务书 1、设计计算21. 转炉炼钢物料平衡计算 21.1 计算原始数据21.2 物料平衡基本项目 31.3 计算步骤41.3.1 计算脱氧和合金化前的总渣量及其成分-41.3.2 计算氧气消耗量 41.3.3 计算炉气量及其成分 71.3.4 计算脱氧和合金化前的钢水量 81.3.5 计算加入废钢的物料平衡 91.3.6 计算脱氧合金化后的物料平衡 102. 氧枪设计计算132.1 吨钢氧消耗

2、量的计算 132.2氧枪喷头设计132.2.1计算氧流量142.2.2选择喷孔出口马赫数-2.2.3理论设计氧压142.2.4计算喉口直径142.2.5计算出口直径14226 收缩段长度14227 计算扩张段长度142.2.8 喷嘴喉口长度的确定 142.3枪身各层管径尺寸的确定 142.3.1 计算内层管直径 142.3.2 计算中层管内径 152.3.3 计算外层管内径15三、参考文献16附录：设计绘图重庆科技学院本科生课程设计1转炉炼钢物料平衡计算二、设计计算1.转炉炼钢物料平衡计算1.1计算原始数据基本原始数据：冶炼钢种及其成分、铁水和废钢成分、终点钢水成分 （表1）;造渣用 溶剂及炉

3、衬等原材料的成分（表2）；脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表3）；其他 工艺参数（表4） o表1钢水、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值'成分含量、'、 /%类别、CSiMnPS钢种Q235设定值0.180.250.55< 0.045< 0.050铁水设定值4.020.840.600.1500.040废钢设定值0.180.250.550.0300.030终点钢水设定值0.10痕迹0.180.0200.021本计算设定钢种为Q3"。C和Si按实际产生情况选取；Mn、P和S分别按铁水中相应成分含量的30% 10°% 60溜在刚水中设定。表2 原材

4、料成分成分 /%类别 '、CaOSiO2MnOAl 2OFezQCaF>P2C5SCOHkOC灰分挥发分石灰88.002.502.601.500.500.100.064.640.10萤石0.305.000.602.101.5088.000.900.101.50生白云石36.000.8025.601.4036.2炉衬1.203.0078.801.4016.6014.0焦炭0.5881.512.405.52表3铁合金成分（分子）及其回收率（分母）"-成分含量/回收率/%类别'、CSiMnAlPSFe硅铁一73.00/0.50/2.50/0.05/0.03/23.92

5、/75800100100100锰铁6.60/0.50/67.8/一0.23/0.13/24.74/90758010010010010%与氧生成CO。表4 其他工艺参数设定值名称参数名称参数终渣碱度WWCaO)/ WSiO 2)=3.5渣中铁损（铁珠）为渣量的6%萤石加入量为铁水量得0.5%氧气纯度99%,余者为Nb生白云石加入量为铁水量得2.5%炉气中自由氧含量0.5%（体积比）炉衬蚀损量为铁水量得0.3%气化去硫量占总去硫量得1/3终渣刀3 （FeO）15%,而 W(Fe 2O3)/金属中C的氧化90%C氧化成CO,10%（氧化成CQ含量（按向钢中刀 w(FeO)=1/3，即产物传氧量3 （

6、Fe2。）W(Fe 2Q)=5%WFeO)=废钢量由热平衡计算确定，本计算结果=1.35 3 (FeO)折8.25%为铁水量得12.36%,即废钢比为算）11.00%烟尘量为铁水量得1.5% （其中 W(FeO)75%,W(Fe 2Q)为 20%)喷吹铁损为铁水量得1%1.2物料平衡基本项目收入项有：铁水、废钢、溶剂、氧气、炉衬损失、铁合金。支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。1.3计算步骤以100kg铁水为基础进行计算。1.3.1 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，炉衬蚀损和加入溶剂的成渣量。其各项成渣量分别列 于表5-表7。总渣量及其成分如表8所示。

7、表5铁水中元素的氧化产物及其成渣量丿元素反应产物/ / 曰、it耗氧量/kg产物量/kg备注兀素氧化量/kgCC T CO3.92 x 90%=3.5284.7048.232C T CO23.92 x 10%=0.3921.0460.915SiSi t(SiO2)0.8400.9601.800入渣MnMn t (MnO)0.4200.1200.540入渣PP t (P2Q)0.1300.1680.298入渣SS t SO20.019 x 1/3=0.0060.0060.010S+(CaO) t (CaS)+(O)0.019 x 2/3=0.013-0.006 0.023 (CaS入渣FeFe

8、t (FeO)1.0821x0.2411.082入渣（见表56/72=0.8428)Fe t(Fe2O)0.607 x0.1820.607112/160=0.424入渣（见表8)合计6.5957.421成渣量4.347入渣组分之和由CaO还原出的氧量；消耗的CaO量=0.013 x 56/32=0.023kg。表6炉衬蚀损的成渣量炉衬蚀损量/kg成渣组分/kg气态产物/kg耗氧量/kgCaOSiO2MgOAl 2OFezOS COS CQS CO,CO0.30.00.00.20.00.00.3 x 14%x0.3 x 14%x0.3 x 14%（90%< 16/12（据表04093604

9、0590%x10%x+ 10%X 32/12）=0.0624）28/12=0.08844/12=0.015合计0.2580.1030.062表7加入溶剂的成渣量类另U加入量/kg成渣组分/kg气态产物/kgCaOMgOSiO2Al 2OFe?QP2QCsSCaRH2OCQO萤石0.5（表 4）0.0020.0030.0110.0080.0080.0050.0010.4400.008生白云石2.5（表 4）0.9000.6400.0200.0350.905石灰7.386.8630.1730.1670.0110.0330.0070.0090.0070.3090.002合计6.7650.8160.2

10、120.1460.0410.0120.0100.4400.0121.2140.002成渣量9.442石灰加入量计算如下：由表5表7可知，渣中已含（CaO）= - 0.023+0.004+0.002+0.910=0.900kg;渣中已含（Si0 2）=1.820+0.009+0.028+0.020=1.877kg。因设定的终渣碱度R=3.5，故石灰加入量为:R 刀 3 （SiO 2）-刀 3 （CaO）/ 3 （CaO石灰）-R xw （Si0 2石灰）=5.285/（88.0%-3.5x 2.3%）=6.67kg。（石灰中CaO含量）一（石灰中 S CaS自耗的CaO量）由CaO还原出来的氧量

11、，计算方法同表5的注。表8总渣量及其成分炉渣成分CaOSOMgOAl 2QMnOFeOFe2C3CaFP2QCsS合计元素氧化成渣量/kg1.8000.5401.0820.6070.2980.0204.483石灰成渣量/kg5.86300.1670.1730.1670.0070.0097.028炉衬蚀损成渣量/kg0.0040.0090.2360.0040.0051.595生白云石成渣量/kg0.9000.0200.6400.0350.0050.495萤石成渣量/kg0.0020.0250.0030.0110.0080.4400.0050.001总渣量/kg6.7692.0211.0520.2

12、170.5401.0820.6560.4400.3100.03013.117质量分数/%51.6115.418.021.654.128.255.003.352.360.23100.00总渣量计算如下：表8中除（FeO）和（Fe2O）以外的渣量为：7.769+2.021 + 1.052+0.217+0.540+0.44+0.310+0.030=11.379kg,而终渣刀 3 （FeO）=15%（表 4）,故总量为：12.046 - 86.75%=13.117kg。3 （FeO）=13.117 x 8.25%=1.082kg。3 （Fe2Q）=13.117 x 5%-0.033-0.005-0.0

13、08=0.607kg。1.3.2 计算氧气消耗量氧气实际消耗量消耗项目与供入项目之差。见表9表9实际耗氧量耗氧项/kg供氧项/kg实际氧气消耗项/kg铁水中氧化耗氧量7.421（表5）炉衬中碳氧化耗氧量0.062石灰中S与CaO反应还原出0.002（表6）的氧气量（表7）烟尘中铁氧化耗氧量0.340（表4）8.153-0.002+炉气自由氧含量（表10）0.0600.072 =8.22合计8.153合计0.002炉气N2 (存在于氧气中，表 4)的质量，详见表10。.1.3.3 计算炉气量及其成分炉气中含有CO CO、2、SO和"Q 其中CO CQ SO和HO可由表5-表7查得,Q和

14、N则由炉气总体积来确定。现计算如下。炉气总体积V:V 沪Vg+0.5%Vz+1/99 X (22.4/32G s+0.5%V：-Vx)99Vg+0.7Gs-VxV e= 987 =(99 X 7.767+0.7 X 7.823 0.002 X 22.4/32)/98.50=7.86m298.5式中Vg CO CO、SO和HO各组分总体积，m。本计算中，其值为：(8.232+0.088 ) X 22.4/28+ (0.915+0.015+1.214) X 22.4/44+0.012 X22.4/64+0.012 X 22.4/18=7.767m 3。G s不计自由氧的氧气消耗量，kg。本计算中，

15、其值为：7.421+ 0.062 + 0.34=7.823kg (见表 9);V x石灰中的S与CaO反应还原出的氧量(其质量为：0.002kg，见表9)，m；0.5%炉气中自由氧含量；99 由氧气纯度为99%专换的得来。计算结果列于表1.10。表10炉气量及其成分炉气成分炉气量/kg体积/m3体积分数/%CO8.3208.320 X 22.4/28=6.65684.68CO2.1442.144 X 22.4/44=1.09113.88SO0.0120.012 X 22.4/64=0.0040.05H2O0.0120.012 X 22.4/18=0.0150.19C20.0560.0390.5

16、0Nb0.069 0.0550.70合计10.6137.86100.00炉气中 Q 的体积为 7.86 X 0.5%=0.039 ;质量为 0.039 X 32 - 22.4=0.056kg。炉气中2的体积系炉气总体积与其他成分的体积之差；质量为 0.055 X 28十22.4=0.069kg 。1.3.4 计算脱氧和合金化前的钢水量钢水量Q =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 6.595 1.50 X (75%x 56/72 + 20%X 112/160) + 1 + 13.117 X 6%=90.374kg据此可以编制出未加废钢、脱氧与合金化前得物料平衡表11。表

17、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100.0084.61钢水90.3776.98石灰6.675.65炉渣13.1211.18萤石0.500.42炉气10.619.04生白云石2.502.12喷溅1.000.85炉衬0.300.25烟尘1.501.28氧气8.226.95渣中铁珠0.790.56合计118.19100.00合计117.39100.00注：计算误差为(118.19 117.39)/118.19 X 100%=0.6 %。1.3.5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 1的数据先确定废钢中元素的 氧化量及其耗氧量和成

18、渣量(表12)，再将其与表11归类合并，遂得加入废钢后的物料平 衡表13和表14。表12废钢中元素的氧化产物及其成渣量丿元素反应产物元素氧化量/kg耗氧量/kg产物量/kg进入钢中的量/kgCC T CO11.11 X 0.08% X 90%=0.0080.0110.019C T CC211.11 X 0.08% X 10%=0.0010.0030.004SiSi t (SiO 2)11.11 X 0.25%=0.0280.0320.060MnMn t (MnO)11.11 X 0.37%=0.0410.01200.053PP t (P2C5)11.11 X 0.010%=0.0010.001

19、0.002SS t SC211.11 X 0.009% X 1/3=0.00030.00030.0006S+(CaO) t (CaS)+(O)11.11 X 0.009% X 2/3=0.0006-0.00030.002合计0.0800.05911.11-0.080=11.03成渣量(kg)0.117表13 加入废钢的物料平衡表(以100kg铁水为基础)收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%铁水100.0077.30钢水90.3+11.03=101.4078.88废钢11.118.59炉渣13.117+0.117=13.2310.29石灰6.675.1610.61+0.019炉气9.24萤石

20、0.500.390.004+0.006=10.63喷溅1.00.78轻烧生白云石2.501.90烟尘1.501.17炉衬0.300.23渣中铁珠0.790.61氧气8.22+0.059=8.286.40合计129.36100.00合计128.55100.00注：计算误差为(129.36 128.55 ) /129.36 X 100%=0.6%表14加入废钢的物料平衡表（以100kg（铁水+废钢）为基础）收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%铁水90.0077.30钢水91.2978.88废钢10.008.59炉渣11.9110.29石灰6.015.16炉气9.578.27萤石0.450.39

21、喷溅0.900.78轻烧生白云石2.211.90烟尘1.351.17炉衬0.270.23渣中铁珠0.710.61氧气7.456.40合计116.43100.00合计115.73100.001.3.6 计算脱氧合金化后的物料平衡先根据钢种成分设定值（表1）和铁合金成分及其回收率（表3）算出锰铁和硅铁的加入 量，再计算其元素的烧损量。将所有结果与表 14归类合并，即得冶炼一炉钢的总物料平 衡表。锰铁加入量Wn为：X钢水量3 Mn 钢种3 Mn 终点=锰铁含Mntx Mn回收率=(0.55% 0.18 % )/(67.8 %X 80%) X 91.29=0.62kg硅铁加入量W为:（Si钢种一3 S

22、i终点）X加锰铁后的钢水量一3 Si FeMn =硅铁含Si量X Si回收率=0.25 %X (91.29+0.53) 0.002/(73.00 %X 75%)=0.42kg铁合金中元素的烧损量和产物量列于表 15表15铁合金中元素烧损量及产物量类别丿元素烧损量/kg脱氧量/kg成渣量/kg炉气量/kg入钢量/kgC0.62 X 6.60% X 10%=0.0040.0100.015(C0 2)0.62 X 6.60% X 90%=0.037Mn0.62 X 67.80% X 20%=0.0850.0240.1080.62 X 67.80% X 80%=0.336Si0.62 X 0.50%2

23、5%=0.0010.0010.0020.62 X 0.50% X 75%=0.002锰P0.62 X 0.23%=0.001铁S0.62 X 0.13%=0.001Fe0.62 X 24.74%=0.154合计0.0890.0350.1100.0150.530Al0.42 X 2.5%X 100%=0.0110.0100.060.42 X 0.5 %X 80=0.002Mn0.42 X 0.50%X 20%=0.00040.0001 0.00050.42 X 73.00%75%=0.230Si0.42 X 73.00%X 25%=0.0770.0880.1650.42 X 0.05%=0.00

24、02 硅P0.42 X 0.03%=0.0001 铁S0.42 X 23.92%=0.100Fe合计0.0880.0980.1720.322总计0.1770.1330.2820.0150.862可以忽略。钢水总量=91.29+0.862=92.15Kg脱氧和合金化后的钢水成分如下：WC=0.10%+ (0.037/92.08) X 100%=0.14%WSi =(0.002 + 0.230)/92.08 X 100%=0.25%WMn=0.18%+ (0.335+0.002)/92.08X 100%=0.55%WP=0.020%+ (0.001/92.08) X 100%=0.021%WS=0

25、.21%+ (0.001/92.08) X 100%=0.022%11重庆科技学院本科生课程设计1转炉炼钢物料平衡计算可见，含碳量尚未达到设定值。为此需在钢包内加焦粉增碳。其加入量W为:W= 0.18-0.14 % 钢水量焦炭含C量 C回收率=(0.18-0.14)915 =0.06kg81.50% 75%焦粉生成的产物如下:碳烧损量/kg耗氧量/kg气体量/kg成渣量/kg碳入钢量/kg0.06 X 81.50%X25%=0.0120.0320.044+0.06 X(0.58+5.52 ) %=0.0470.06 X 12.40%=0.0070.06 X 81.50% X75%=0.037C

26、O、H2O和挥发的总和(未计算挥发分燃烧的影响)。由此可得冶炼过程(即脱氧和合金化后)的总物料平衡表16表16 总物料平衡表收入支岀项目质量/kg%项目质量/kg%铁水90.0076.49钢水92.12 (91.29+0.862+0.037)78.54废钢10.008.50炉渣12.20 (11.91+0.282+0.007)10.43石灰6.015.11炉气9.63 (9.57+0.015+0.047)8.23萤石0.450.38喷溅0.900.77轻烧生白云石2.211.88烟尘1.351.15炉衬0.270.23渣中铁珠0.710.77氧气7.62(7.45+0.133+0.032)6.

27、47锰铁0.620.53硅铁0.420.36焦粉0.060.05合计117.66100.00合计116.98100.00注：计算表误差为(117.66-116.98) /117.66 :100%=0.5%。可近似认为(0.133+0.032)的氧量系出钢水二次氧化所带入。2.氧枪设计计算2.1吨钢氧消耗量的计算根据物料平衡计算可知：每100kg金属料的耗氧量为7.615kg ;该厂氧气利用率90%, 氧气纯度99%密度为1.429kg/m3；则每吨金属耗氧量为：7.57 - 90% 十 99% 十 1.429 X( 1000/100) = 60m3/t。若吹炼时间取16mi n。供氧强度为：I

28、=60/16 =3.75m 3/ (t min)2.2氧枪喷头设计2.2.1计算氧流量氧流量Q吨钢耗氧量装入量吹炼时间166-80 =300nVmi n162.2.2选择喷孔出口马赫数Ma选取为2.0，三孔喷头喷孔夹角为10°。理论氧压应根据查等熵流表(气体绝热函数表)来确定。查等熵流表，当 Ma=2.0, p/p°=0.1278,p=0.100981,贝U:F0=0.10098/0.1278 X 106=0.79 X 106Pa2.2.4计算喉口直径每孔氧流量(标态)q=Q/3=98n3/min,令 CD=0.93 , T°=273+25=308K po=0.7

29、9MPa,1. 782C2 6100 1.782 0.93d 喉 0.79 1064308d 喉=40mm225计算出口直径依据Ma=2.0,查等熵流表得 A/A喉=1.68751/2d出=（A/A 喉）d 喉=53.1mm2.2.6 收缩段长度L 收=1.2 x d 喉=1.2 x 40.9=48mm2.2.7 计算扩张段长度取半锥角为5°时，贝L 扩=（d 出-d 喉）/2tan5 ° =68mm2.2.8 喷嘴喉口长度的确定L喉=10mm2.3枪身各层管径尺寸的确定氧枪枪身由三层同心的无缝钢管组成，内层管通氧气，内管与中层管的环缝是冷却 水的进水通道，中层管和外层管之间的环缝是出水通道。枪身的三层管通过全焊接法或 焊接加丝扣连接法与喷头连接在一起。2.3.1 计