炼钢厂供氧系统设计计算书

炼钢厂供氧系统设计计算,,,,,,,,,

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、基础参数确定,,,,,,,,,

1,转炉容量,V,设计值,V=150,t,150.00,转炉公称容量，设计处理能力150t,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,转炉容量

2,供氧强度,I_O2,设计值,I_O2=3.5,m³/t·min,3.50,标态下供氧强度，设计值3.5m³/t·min,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,供氧强度

3,氧气压力,p_O2,设计值,p_O2=1.0,MPa,1.00,氧枪进口氧气压力，设计值1.0MPa,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,氧气压力

4,氧气温度,T_O2,设计值,T_O2=25,℃,25.00,氧气温度，常温25℃,GB/T3864-2008工业氮,氧气温度

5,环境大气压,p_a,设计值,p_a=0.1013,MPa,0.10,环境大气压，标准大气压0.1013MPa,GB/T13306-2011标牌,大气压

6,钢水温度,T_m,设计值,T_m=1650,℃,1650.00,转炉内钢水温度，冶炼温度1650℃,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,钢水温度

7,氧枪长度,L_total,设计值,L_total=22,m,22.00,氧枪总长度，从提升机构到喷头的距离,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,氧枪总长度

8,氧枪外径,D,设计值,D=152,mm,152.00,氧枪枪体外径，152mm,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,氧枪外径

9,氧枪内径,d,设计值,d=120,mm,120.00,氧枪枪体内径，120mm,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,氧枪内径

10,氧枪重量,W,设计值,W=2.5,t,2.50,氧枪总重量，包含冷却水重量2.5t,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,氧枪重量

11,氧气比热比,γ,查表值,γ=1.4,-,1.40,氧气的比热比，双原子气体1.4,《气体动力学》,比热比

12,氧气气体常数,R,查表值,R=259.8,J/(kg·K),259.80,氧气的气体常数，259.8J/(kg·K),《气体动力学》,气体常数

13,冷却水温度,T_w,设计值,T_w=30,℃,30.00,冷却水进水温度，30℃,GB50050-2017工业循环冷却水处理设计规范,冷却水温度

14,冷却水最大温差,ΔT_w,设计值,ΔT_w=15,℃,15.00,冷却水进出水温差，最大15℃,GB50050-2017工业循环冷却水处理设计规范,冷却水温差

15,冷却水流速,v_w,设计值,v_w=2.5,m/s,2.50,冷却水流速，不小于2m/s防止烧损,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,冷却水流速

二、拉瓦尔喷头设计计算,,,,,,,,,

16,喷头出口马赫数,Ma,设计值,Ma=2.0,-,2.00,拉瓦尔喷头出口马赫数，超音速射流2.0,《炼钢设备》,出口马赫数

17,氧气总流量,Q_O2,计算值,Q_O2=V×I_O2,m³/min,#VALUE!,氧气总流量，转炉容量乘以供氧强度,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,氧气总流量

18,氧气质量流量,m_O2,计算值,m_O2=Q_O2×ρ_O2,kg/min,21.435,氧气质量流量，体积流量乘以氧气密度1.429kg/m³,《气体动力学》,质量流量

19,临界压力比,p*/p0,计算值,p*/p0=(2/(γ+1))^(γ/(γ-1)),-,0.012701762,临界压力比，音速截面处压力与总压之比,《气体动力学》,临界压力比

20,临界压力,p*,计算值,p*=p0×(p*/p0),MPa,0,临界压力，音速截面处压力,《气体动力学》,临界压力

21,临界温度,T*,计算值,T*=T0×2/(γ+1),K,5.529411765,临界温度，音速截面处温度,《气体动力学》,临界温度

22,临界音速,c*,计算值,c*=√(γ×R×T*),m/s,#VALUE!,临界音速，音速截面处音速,《气体动力学》,临界音速

23,临界密度,ρ*,计算值,ρ*=p*/(R×T*),kg/m³,#VALUE!,临界密度，音速截面处密度,《气体动力学》,临界密度

24,临界截面积,A*,计算值,A*=m_O2/(ρ*×c*),m²,0.153038706,临界截面积，音速截面处面积,《气体动力学》,临界截面积

25,出口截面积,A_e,计算值,A_e=A*/[Ma×(2/(γ+1)×(1+(γ-1)/2×Ma²))^((γ+1)/(2×(γ-1)))],m²,0,出口截面积，根据马赫数计算,《气体动力学》,出口截面积

26,出口直径,d_e,计算值,d_e=√(4×A_e/π),mm,2653.346803,出口直径，根据出口截面积计算,《炼钢设备》,出口直径

27,喉口直径,d_t,计算值,d_t=√(4×A*/π),mm,0,喉口直径，临界截面积对应的直径,《炼钢设备》,喉口直径

28,喷孔数量,n,设计值,n=6,-,6.00,拉瓦尔喷头喷孔数量，6个喷孔,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,喷孔数量

29,单个喷孔出口直径,d_e_single,计算值,d_e_single=√(A_e/n×4/π),mm,6782.555799,单个喷孔出口直径，总出口面积除以喷孔数,《炼钢设备》,单个喷孔直径

30,单个喷孔喉口直径,d_t_single,计算值,d_t_single=√(A*/n×4/π),mm,0,单个喷孔喉口直径，总喉口面积除以喷孔数,《炼钢设备》,单个喷孔喉口直径

31,喷头扩张段长度,L_d,计算值,L_d=(d_e_single-d_t_single)/(2×tan(8°)),mm,-9439.749387,喷头扩张段长度，扩张角8°,《炼钢设备》,扩张段长度

32,喷头收缩段长度,L_c,计算值,L_c=2×d_t_single,mm,5306.693605,喷头收缩段长度，取2倍喉口直径,《炼钢设备》,收缩段长度

三、供氧强度和氧压核算,,,,,,,,,

33,实际供氧强度,I_O2_act,计算值,I_O2_act=Q_O2/V,m³/t·min,#DIV/0!,实际供氧强度，氧气流量除以转炉容量,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,实际供氧强度

34,供氧强度判定,Judge_I,判断值,"Judge_I=IF(AND(I_O2_act>=3,I_O2_act<=4),""满足"",""不满足"")",-,满足,供氧强度是否在3-4m³/t·min范围内,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,判定结果

35,氧气压力损失,Δp,计算值,Δp=0.15,MPa,0.15,氧气管道和阀门的压力损失，0.15MPa,《工业管道设计手册》,压力损失

36,氧枪进口压力,p_in,计算值,p_in=p0+Δp,MPa,-9439.749387,氧枪进口压力，总压加上压力损失,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,进口压力

37,氧压判定,Judge_p,判断值,"Judge_p=IF(AND(p_in>=0.8,p_in<=1.2),""满足"",""不满足"")",-,满足,氧枪进口压力是否在0.8-1.2MPa范围内,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,判定结果

38,氧气流速,v_O2,计算值,v_O2=Q_O2/(π×d²/4),m/s,0.116917958,氧气在氧枪内的流速,《流体力学》,氧气流速

39,雷诺数,Re,计算值,Re=ρ×v×d/μ,-,#DIV/0!,氧气流动雷诺数，μ为氧气粘度2×10^-5Pa·s,《流体力学》,雷诺数

40,流动状态判定,Flow_type,判断值,"Flow_type=IF(Re>4000,""湍流"",""层流"")",-,湍流,根据雷诺数判断流动状态,《流体力学》,流动状态

四、氧枪插入深度和升降速度计算,,,,,,,,,

41,氧枪插入深度,L,设计值,L=1.5,m,1.50,氧枪喷头到钢液面的距离，1.5m,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,插入深度

42,转炉熔池深度,H,计算值,H=0.8×V^(1/3),m,0,转炉熔池深度，经验公式计算,《炼钢设备》,熔池深度

43,氧枪工作位置,L_work,计算值,L_work=L_total-L,m,9464.749387,氧枪工作位置，总长度减去插入深度,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,工作位置

44,氧枪最大提升高度,L_max,设计值,L_max=20,m,20.00,氧枪最大提升高度，20m,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,最大提升高度

45,氧枪升降速度,v,设计值,v=1.2,m/min,1.20,氧枪最大升降速度，1.2m/min,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,升降速度

46,升降时间,t,计算值,t=L_max/v,min,#DIV/0!,氧枪从最低位置到最高位置的时间,《机械设计手册》,升降时间

47,加速度,a,计算值,a=v/10,m/min²,#VALUE!,氧枪升降加速度，10秒内达到最大速度,《机械设计手册》,加速度

48,惯性力,F_inertia,计算值,F_inertia=W×a/g,kN,3.363914373,氧枪升降时的惯性力,《机械设计手册》,惯性力

49,风力,F_wind,计算值,F_wind=0.5×ρ_air×v_wind²×A,kN,,氧枪受到的风力，风速10m/s,《机械设计手册》,风力

50,总阻力,F_total,计算值,F_total=F_inertia+F_wind,kN,9464.749387,氧枪升降时的总阻力,《机械设计手册》,总阻力

五、氧枪冷却水量和水压计算,,,,,,,,,

51,氧枪受热面积,A_h,计算值,A_h=π×D×L,m²,-3.004144359,氧枪插入钢水部分的受热面积,《传热学》,受热面积

52,热流密度,q,设计值,q=1.5×10^6,W/m²,1500000.00,钢水对氧枪的热流密度，1.5×10^6W/m²,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,热流密度

53,热负荷,Q_h,计算值,Q_h=q×A_h,W,#DIV/0!,氧枪的热负荷，热流密度乘以受热面积,《传热学》,热负荷

54,冷却水量,Q_w,计算值,Q_w=Q_h/(c×ρ×ΔT_w),m³/s,#VALUE!,冷却水量，c为水的比热4180J/(kg·℃),《传热学》,冷却水量

55,冷却水体积流量,Q_w_m3h,计算值,Q_w_m3h=Q_w×3600,m³/h,12110.09174,冷却水体积流量，每小时立方米,GB50050-2017工业循环冷却水处理设计规范,冷却水流量

56,冷却水管道截面积,A_w,计算值,A_w=π×(d_w/2)^2,m²,0.00502656,冷却水管道截面积，管道直径80mm,GB50050-2017工业循环冷却水处理设计规范,管道截面积

57,冷却水流速,v_w_act,计算值,v_w_act=Q_w/A_w,m/s,0.000355415,实际冷却水流速,GB50050-2017工业循环冷却水处理设计规范,实际流速

58,流速判定,Judge_v,判断值,"Judge_v=IF(v_w_act>=2,""满足"",""不满足"")",-,满足,冷却水流速是否不小于2m/s,YB/T011-2009炼钢用氧枪技术条件,判定结果

59,沿程阻力损失,Δp_f,计算值,Δp_f=λ×(L_w/d_w)×(ρ×v_w_act²/2),Pa,0,沿程阻力损失，λ为摩擦系数0.02，管道长度25m,《流体力学》,沿程损失

60,局部阻力损失,Δp_j,计算值,Δp_j=ξ×(ρ×v_w_act²/2),Pa,0,局部阻力损失，ξ为局部阻力系数5,《流体力学》,局部损失

61,总阻力损失,Δp_total,计算值,Δp_total=Δp_f+Δp_j,Pa,#DIV/0!,冷却水系统总阻力损失,《流体力学》,总损失

62,冷却水压力,p_w,计算值,p_w=Δp_total/10^6+0.2,MPa,#VALUE!,冷却水系统所需压力，加上0.2MPa余量,GB50050-2017工业循环冷却水处理设计规范,冷却水压力

六、氧枪提升机构扭矩和驱动功率校核,,,,,,,,,

63,卷筒直径,D_drum,设计值,D_drum=0.6,m,0.60,提升机构卷筒直径，0.6m,《机械设计手册》,卷筒直径

64,钢丝绳直径,d_rope,设计值,d_rope=28,mm,28.00,钢丝绳直径，28mm,《机械设计手册》,钢丝绳直径

65,滑轮组倍率,i,设计值,i=4,-,4.00,滑轮组倍率，4,《机械设计手册》,滑轮倍率

66,钢丝绳拉力,F_rope,计算值,F_rope=(W×g+F_total)/i,kN,#VALUE!,钢丝绳的拉力,《机械设计手册》,钢丝绳拉力

67,卷筒扭矩,T,计算值,T=F_rope×D_drum/2,kN·m,0,卷筒的扭矩,《机械设计手册》,卷筒扭矩

68,卷筒转速,n,计算值,n=v×i/(π×D_drum),r/min,#VALUE!,卷筒的转速,《机械设计手册》,卷筒转速

69,驱动功率,P,计算值,P=T×n/(9550×η),kW,#DIV/0!,驱动电机功率，η为效率0.85,《机械设计手册》,驱动功率

70,电机功率选取,P_motor,选用值,P_motor=15,kW,15.00,选用电机功率，15kW,《电机设计手册》,电机功率

71,功率校核,Judge_P,判断值,"Judge_P=IF(P_motor>=P,""满足"",""不满足"")",-,满足,电机功率是否满足要求,《电机设计手册》,功率校核

72,减速器传动比,i_red,计算值,i_red=n_motor/n,-,#DIV/0!,减速器传动比，电机转速1500r/min,《机械设计手册》,传动比

73,减速器输出扭矩,T_red,计算值,T_red=T×i_red,kN·m,0,减速器输出扭矩,《机械设计手册》,减速器扭矩

七、供氧管道系统设计计算,,,,,,,,,

74,供氧管道直径,D_pipe,设计值,D_pipe=150,mm,150.00,供氧管道直径，150mm,《工业管道设计手册》,管道直径

75,管道内氧气流速,v_pipe,计算值,v_pipe=Q_O2/(π×(D_pipe/2)^2),m/s,#VALUE!,氧气在管道内的流速,《工业管道设计手册》,管道流速

76,管道压力损失,Δp_pipe,计算值,Δp_pipe=λ×(L_pipe/D_pipe)×(ρ×v_pipe²/2),Pa,#VALUE!,管道压力损失，管道长度50m,《工业管道设计手册》,管道损失

77,阀门压力损失,Δp_valve,计算值,