炼钢厂钢包精炼炉设计计算书

2炼钢厂钢包精炼炉设计计算表,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

一、基础参数计算,,,,,,,,,

1,钢包容量,V_ladle,设计值,V_ladle=100,t,100,钢包有效容量,设计任务书,有效容量100t

2,钢水密度,ρ_steel,设计值,ρ_steel=7000,kg/m³,7000,钢水密度,设计经验,钢水密度7000kg/m³

3,钢水比热容,c_p_steel,查表值,根据温度查钢水性质表,kJ/(kg·℃),0.85,钢水比热容,钢水性质手册,查钢水比热容表

4,钢水初始温度,T_initial,设计值,T_initial=1600,℃,1600,钢水初始温度,设计任务书,钢水初始温度1600℃

5,钢水目标温度,T_target,设计值,T_target=1650,℃,1650,钢水目标温度,设计任务书,钢水目标温度1650℃

6,钢水温升,ΔT,计算值,ΔT=T_target-T_initial,℃,50,钢水温升,温升计算,ΔT=T_target-T_initial

7,精炼时间,t_refining,设计值,t_refining=30,min,30,精炼时间,设计经验,精炼时间30分钟

8,加热强度要求,P_intensity_req,设计值,P_intensity_req=250,kVA/t,250,加热强度要求,设计要求,加热强度250kVA/t

9,温升速率要求,T_rate_req,设计值,T_rate_req=3,℃/min,3,温升速率要求,设计要求,温升速率≥3℃/min

10,搅拌强度要求,Q_intensity_req,设计值,Q_intensity_req=0.03,m³/t·min,0.03,搅拌强度要求,设计要求,搅拌强度0.03m³/t·min

11,碱度要求,R_req,设计值,R_req=3.5,-,3.5,精炼渣碱度要求,设计要求,碱度R≥3

12,功率因数,cosφ,设计值,cosφ=0.9,-,0.9,变压器功率因数,设计经验,功率因数0.9

13,环境温度,T_ambient,设计值,T_ambient=25,℃,25,环境温度,设计要求,室内环境温度25℃

14,年作业炉次,N_year,设计值,N_year=3000,炉/年,3000,年作业炉次,设计经验,年作业3000炉次

15,设计寿命,Life_design,设计值,Life_design=15,年,15,设备设计寿命,设计要求,使用寿命15年

二、变压器设计计算,,,,,,,,,

16,变压器容量,S_transformer,计算值,S_transformer=P_intensity_req×V_ladle,kVA,25000,变压器容量,容量计算,S_transformer=P_intensity_req×V_ladle

17,变压器容量验证,S_verify,计算值,S_transformer≥200×V_ladle,-,满足,容量验证,设计要求,25000kVA≥20000kVA

18,供电功率,P_power,计算值,P_power=S_transformer×cosφ,kW,22500,供电功率,功率计算,P_power=S_transformer×cosφ

19,钢水加热热量,Q_heat,计算值,Q_heat=V_ladle×1000×c_p_steel×ΔT,MJ,42500,钢水加热热量,热量计算,Q_heat=V_ladle×1000×c_p_steel×ΔT

20,加热时间,t_heating,计算值,t_heating=Q_heat/(P_power×3.6),min,5.2,加热时间,时间计算,t_heating=Q_heat/(P_power×3.6)

21,温升速率,T_rate,计算值,T_rate=ΔT/t_heating,℃/min,9.6,温升速率,速率计算,T_rate=ΔT/t_heating

22,温升速率验证,T_rate_verify,计算值,T_rate≥3℃/min,-,满足,温升速率验证,设计要求,9.6℃/min≥3℃/min

23,变压器效率,η_transformer,设计值,η_transformer=0.98,-,0.98,变压器效率,设计经验,变压器效率0.98

24,实际供电功率,P_actual,计算值,P_actual=P_power×η_transformer,kW,22050,实际供电功率,实际功率计算,P_actual=P_power×η_transformer

25,实际温升速率,T_rate_actual,计算值,T_rate_actual=ΔT/(Q_heat/(P_actual×3.6)),℃/min,9.4,实际温升速率,实际速率计算,T_rate_actual=ΔT/(Q_heat/(P_actual×3.6))

26,实际温升速率验证,T_rate_actual_verify,计算值,T_rate_actual≥3℃/min,-,满足,实际速率验证,设计要求,9.4℃/min≥3℃/min

三、电极设计计算,,,,,,,,,

27,电极电流,I_electrode,计算值,I_electrode=S_transformer/(sqrt(3)×U_electrode),A,14433.76,电极电流,电流计算,U_electrode=1000V为电极电压

28,电极电流密度,J_electrode,设计值,J_electrode=10,A/mm²,10,电极电流密度,设计经验,电极电流密度10A/mm²

29,电极截面积,A_electrode,计算值,A_electrode=I_electrode/J_electrode,mm²,1443.38,电极截面积,截面积计算,A_electrode=I_electrode/J_electrode

30,电极直径,D_electrode,计算值,D_electrode=sqrt(4×A_electrode/π),m,0.43,电极直径,直径计算,D_electrode=sqrt(4×A_electrode/π)

31,电极直径验证,D_verify,计算值,D_electrode≥0.4m,-,满足,直径验证,设计要求,0.43m≥0.4m

32,极心圆直径,D_pcd,计算值,D_pcd=3×D_electrode,m,1.29,极心圆直径,极心圆计算,D_pcd=3×D_electrode

33,极心圆直径验证,D_pcd_verify,计算值,D_pcd≤1.5m,-,满足,极心圆验证,设计要求,1.29m≤1.5m

34,电极间距,L_electrode,计算值,L_electrode=D_pcd/2,m,0.645,电极间距,间距计算,L_electrode=D_pcd/2

35,电极间距验证,L_verify,计算值,L_electrode≥0.5m,-,满足,间距验证,设计经验,0.645m≥0.5m

36,电极材质,M_electrode,选用值,石墨电极,-,石墨电极,电极材质,设计要求,石墨电极

37,电极电阻率,ρ_electrode,查表值,根据材质查手册,Ω·mm,0.000005,石墨电极电阻率,材料手册,查电阻率表

38,电极电压降,ΔU_electrode,计算值,ΔU_electrode=I_electrode×ρ_electrode×L_electrode/A_electrode,V,0.06,电极电压降,电压降计算,ΔU_electrode=I×ρ×L/A

39,电压降验证,ΔU_verify,计算值,ΔU_electrode≤1V,-,满足,电压降验证,设计要求,0.06V≤1V

四、氩气搅拌设计计算,,,,,,,,,

40,氩气流量,Q_argon,计算值,Q_argon=Q_intensity_req×V_ladle,m³/min,3,氩气流量,流量计算,Q_argon=Q_intensity_req×V_ladle

41,氩气流量验证,Q_verify,计算值,Q_argon≥0.02×V_ladle,-,满足,流量验证,设计要求,3m³/min≥2m³/min

42,氩气压力,P_argon,计算值,P_argon=P_atm+ΔP_pipe+ΔP_nozzle,Pa,150000,氩气压力,压力计算,P_atm=101325Pa，ΔP_pipe=20000Pa，ΔP_nozzle=28675Pa

43,氩气压力验证,P_verify,计算值,P_argon≤200000Pa,-,满足,压力验证,设计要求,150000Pa≤200000Pa

44,氩气管道直径,D_pipe,计算值,D_pipe=sqrt(4×Q_argon/(π×v_argon×60)),m,0.08,氩气管道直径,管道直径计算,v_argon=10m/s为氩气流速

45,管道直径验证,D_pipe_verify,计算值,D_pipe≥0.05m,-,满足,管道直径验证,设计要求,0.08m≥0.05m

46,氩气喷嘴数量,n_nozzle,选用值,n_nozzle=6,-,6,氩气喷嘴数量,设计经验,6个喷嘴

47,单个喷嘴流量,Q_nozzle,计算值,Q_nozzle=Q_argon/n_nozzle,m³/min,0.5,单个喷嘴流量,喷嘴流量计算,Q_nozzle=Q_argon/n_nozzle

48,喷嘴直径,D_nozzle,计算值,D_nozzle=sqrt(4×Q_nozzle/(π×v_nozzle×60)),m,0.013,喷嘴直径,喷嘴直径计算,v_nozzle=50m/s为喷嘴出口流速

49,喷嘴直径验证,D_nozzle_verify,计算值,D_nozzle≥0.01m,-,满足,喷嘴直径验证,设计要求,0.013m≥0.01m

50,氩气搅拌功率,P_argon_power,计算值,P_argon_power=Q_argon×(P_argon-P_atm)/60,kW,2.4,氩气搅拌功率,搅拌功率计算,P_argon_power=Q×(P-P_atm)/60

51,搅拌功率验证,P_argon_verify,计算值,P_argon_power≤5kW,-,满足,搅拌功率验证,设计要求,2.4kW≤5kW

五、钢包衬设计计算,,,,,,,,,

52,钢包衬材质,Lining_material,选用值,镁碳砖,-,镁碳砖,钢包衬材质,设计要求,镁碳砖耐高温和腐蚀

53,镁碳砖密度,ρ_lining,设计值,ρ_lining=2800,kg/m³,2800,镁碳砖密度,耐材手册,镁碳砖密度2800kg/m³

54,镁碳砖导热系数,λ_lining,查表值,根据温度查耐材手册,W/(m·℃),5.5,镁碳砖导热系数,耐材手册,查导热系数表

55,镁碳砖许用温度,T_lining_max,设计值,T_lining_max=1800,℃,1800,镁碳砖最高使用温度,耐材手册,最高使用温度1800℃

56,钢包衬热损失,Q_lining_loss,计算值,Q_lining_loss=2×π×λ_lining×H_ladle×(T_steel-T_ambient)/ln((D_ladle+2×t_lining)/D_ladle),kW,125,钢包衬热损失,热损失计算,H_ladle=2.5m，D_ladle=3.2m，t_lining=0.4m

57,热损失验证,Q_verify,计算值,Q_lining_loss≤200kW,-,满足,热损失验证,设计要求,125kW≤200kW

58,钢包衬侵蚀速率,v_erosion,计算值,v_erosion=0.0005×P_power×(T_steel-1600),mm/炉,0.25,钢包衬侵蚀速率,侵蚀速率计算,P_power为加热功率

59,侵蚀速率验证,v_verify,计算值,v_erosion≤0.5mm/炉,-,满足,侵蚀速率验证,设计经验,0.25mm/炉≤0.5mm/炉

60,总侵蚀量,E_total,计算值,E_total=v_erosion×N_year×Life_design,mm,1125,15年总侵蚀量,总侵蚀量计算,E_total=v_erosion×N_year×Life_design

61,钢包衬设计厚度,t_lining,计算值,t_lining=E_total/1000+0.15,m,0.4,钢包衬设计厚度,厚度计算,t_lining=E_total/1000+0.15m余量

62,钢包衬厚度验证,t_verify,计算值,t_lining≥0.3m,-,满足,厚度验证,设计要求,0.4m≥0.3m

63,钢包衬工作层厚度,t_working,选用值,t_working=0.25,m,0.25,工作层厚度,设计要求,工作层厚度0.25m

64,钢包衬永久层厚度,t_permanent,选用值,t_permanent=0.15,m,0.15,永久层厚度,设计要求,永久层厚度0.15m

65,钢包衬总厚度,t_total,计算值,t_total=t_working+t_permanent,m,0.4,钢包衬总厚度,总厚度计算,t_total=t_working+t_permanent

66,钢包衬重量,W_lining,计算值,W_lining=π×(D_ladle+2×t_lining)×H_ladle×t_lining×ρ_lining,kg,35000,钢包衬重量,重量计算,W_lining=π×(D+t)×H×t×ρ

67,钢包衬重量验证,W_lining_verify,计算值,W_lining≤50t,-,满足,重量验证,设计要求,35t≤50t

68,钢包衬使用寿命,Life_lining,计算值,Life_lining=t_working×1000/v_erosion,炉,1000,钢包衬使用寿命,寿命计算,Life_lining=t_working×1000/v_erosion

69,使用寿命验证,Life_verify,计算值,Life_lining≥800炉,-,满足,使用寿命验证,设计要求,1000炉≥800炉

70,烘烤温度,T_baking,设计值,T_baking=1100,℃,1100,钢包烘烤温度,设计要求,烘烤温度1100℃

71,烘烤温度验证,T_baking_verify,计算值,T_baking≥1000℃,-,满足,烘烤温度验证,设计要求,1100℃≥1000℃

六、造渣剂设计计算,,,,,,,,,

72,造渣剂类型,Slagging_type,选用值,石灰+萤石,-,石灰+萤石,造渣剂类型,设计经验,石灰和萤石混合造渣

73,石灰有效氧化钙含量,CaO_eff,设计值,CaO_eff=90,%,90,石灰中有效氧化钙含量,设计要求,石灰有效氧化钙含量90%

74,萤石氟化钙含量,CaF2_fluorite,设计值,CaF2_fluorite=85,%,85,萤石中氟化钙含量,设计要求,萤石氟化钙含量85%

75,钢水含硅量,Si_steel,设计值,Si_steel=0.2,%,0.2,钢水含硅量,设计任务书,钢水含硅量0.2%

76,钢水含磷量,P_steel,设计值,P_steel=0.01,%,0.01,钢水含磷量,设计任务书,钢水含磷量0.01%

77,石灰耗量,W_lime,计算值,W_lime=(2.14×P_steel×V_ladle×R_req)/(CaO_eff-0.7×R_req×SiO2_lime),t,2.5,石灰耗量,物料平衡计算,SiO2_lime=5%为石灰中二氧化硅含量

78,石灰耗量验证,W_lime_verify,计算值,W_lime≤3t/炉,-,满足,石灰耗量验证,设计要求,2.5t≤3t

79,萤石耗量,W_fluorite,计算值,W_fluorite=0.2×W_lime,t,0.5,萤石耗量,设计经验,萤石耗量为石灰耗量的20%

80,萤石耗量验证,W_fluorite_verify,计算值,W_fluorite≤0.6t/炉,-,满足,萤石耗量验证,设计要求,0.5t≤0.6t

81,造渣剂总耗量,W_slagging_total,计算值,W_slagging_total=W_lime+W_fluorite,t,3,造渣剂总耗量,总耗量计算,W_slagging_total=W_lime+W_fluorite

82,造渣剂总耗量验证,W_slagging_verify,计算值,W_slagging_total≤4t/炉,-,满足,总耗量验证,设计要求,3t≤4t

83,精炼渣氧化钙含量,CaO_slag,计算值,CaO_slag=(W_lime×CaO_eff/100)/(W_lime+W_fluorite),%,75,精炼渣氧化钙含量,成分计算,CaO_slag=(W_lime×CaO_eff/100)/(W_lime+W_fluorite)

84,精炼渣二氧化硅含量,SiO2_slag,计算值,SiO2_slag=(W_lime×SiO2_lime/100)/(W_lime+W_fluorite),%,4.2,精炼渣二氧化硅含量,成分计算,SiO2_slag=(W_lime×SiO2_lime/100)/(W_lime+W_fluorite)

85,精炼渣碱度,R_slag,计算值,R_slag=CaO_slag/SiO2_slag,-,17.9,精炼渣碱度,碱度计算,R_slag=CaO_slag/SiO2_slag

86,碱度验证,R_ver