120T转炉炼钢课设.docx

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120T转炉炼钢课设

学号：

201230090

河北联合大学成人教育

毕业设计说明书

论文题目：

120转炉炼钢设计

学院：

河北联合大学继续教育学院

专业：

大专

班级：

12冶金

姓名：

张强

指导教师：

刘增勋

2014年11月20日

序言

现在钢铁联合企业包括炼铁，炼钢，轧钢三大主要生产厂。

炼钢厂则起着承上启下的作用，它既是高炉所生产铁水的用户，又是供给轧钢厂坯料的基地，炼钢车间的生产正常与否，对整个钢铁联合企业有着重大影响。

目前，氧气转炉炼钢设备的大型化，生产的连续化和高速化，达到了很高的生产率，这就需要足够的设备来共同完成，而这些设备的布置和车间内各种物料的运输流程必须合理，才能够使生产顺利进行。

    转炉是炼钢车间的核心设备，设计一座炉型合理满足工艺需求的转炉是保证车间正常生产的前提，而炉型设计又是整个转炉设计的关键。

120T转炉炉型设计

1.设计步骤

1.1列出原始条件：

公称容量，铁水条件。

废钢比，氧枪类型以及吹氧时间等。

1.2根据条件选炉型

1.3确定炉容比

1.4计算熔池直径，熔池深度等尺寸

1.5计算炉帽尺寸

1.6计算炉身尺寸

1.7计算出钢口尺寸

1.8确定炉衬厚度

1.9确定炉壳厚度

1.10校核H/D

1.11绘制炉型图

2.炉型设计与计算

2.1本次设计任务：

设计120T转炉炉型

（1）原始条件炉子平均出钢量为120t，钢水收得率为90%，最大废钢比取10%，采用废钢矿石法冷却。

铁水采用P80低磷生铁[W（si）≤0.85%,W（F）≤0.2%W（5）≤0.05%];氧枪采用三孔拉瓦尔型喷头，设计氧压为1.0mpa

（2）炉型选择

根据原始条件采用锥球形炉型作为此次设计的转炉炉型

（3）炉容比，取V/T=0.989

2.2炉型尺寸的计算

（1）熔池尺寸的计算

A：

熔池直径计算：

计算公式:

熔池直径式中:

K—常数，取1.57；G—金属装入量，t；T—吹氧时间，min。

确定初期金属装入量为G=2T/2+B*1/2

式中：

T——平均出钢量为，120t；B——常数，取15%；

η金——金属收得率为90%；

G=

V金=G/ρ金=120.17/6.8=17.67（m3）

B：

确定吹氧时间：

根据生产实践，吨钢耗氧量一般低磷铁水约为50~57

则供氧强度=吨钢耗氧量/吹氧时间=57/14=4.07[m3/（t*min）]

D=1.57

=4.6（m）

炉深度计算

锥球型熔池深度的计算公式为：

熔池其他尺寸的确定

球冠的弓形高度：

h1=0.15D=0.15×4.6=0.69（m）

炉底球冠曲率半径：

R=0.91D=0.91×4.6=4.19（m）

2.3炉帽尺寸的确定

（1）炉口直径d0：

d0=0.48D=0.48×4.6=2.21（m）

（2）炉帽倾角θ取64°；

（3）炉帽高度（H帽）

（m）

式中：

Ho——炉口高度，取0.4m整个炉帽高度为：

H帽=H膛+H口=4.45+0.4=4.85（m）

在炉口设置水箱式水冷炉口

2.4炉身尺寸确定

（1）炉膛直径（无加厚段）

（2）根据选定的炉容比为0.989，可求出炉子总容积为

V总=0.989×120=118.68（m3）

V身=V总—V金—V帽=118.68—17.67—26.1=74.91（m3）

（3）炉身高度：

H身=

则炉型内高:

H内=h+H帽+H身=1.46+4.85+4.51=10.82（m）

2.5出钢口尺寸计算

（1）出钢口直径:

dT=

（2）出钢口衬砖外径dst=6dT=6×0.17=0.72（m）

（3）出钢口长度LT=7dT=7×0.17=1.19（m）

（4）出钢口倾角β取18°

2.6炉衬厚度确定

炉身工作层选700（mm），永久层115（mm），填充层取100（mm）总厚度为700+115+100=915（mm）。

炉壳内径为:

D壳内=4.6+0.915×2=6.43（m）

炉帽和炉底工作层均选600mm，炉帽永久层150mm，炉底永久层用标准镁砖立砌一层230mm，黏土砖平砌三层65×3=195mm，则炉底砖衬总厚度为：

600+230+195=1025mm故炉壳内型高度为：

H壳内=10.82+1.025=11.845（m）工作层材质全部用镁碳砖。

2.7炉壳厚度确定

炉身部分选75mm厚的钢板，炉帽和炉底部分均选用65mm厚的钢板，

则H总=11.845+0.065=11.91（m）

D壳=6.43+2×0.075=6.58（m）

炉壳转角半径SR1=SR2=900（mm）

SR3=0.5

=0.5×1025=510（mm）

2.8验算高宽比

1.81

符合高宽比的推荐值，因此认为所涉及的炉子尺寸是基本合适的。

3.炉衬简介

3.1炉衬组成

转炉炉衬由永久层，填充层和工作层组成。

永久层紧贴着炉壳钢板，通常是用一层镁砖或铝砖侧砌而成，其作用是保护炉壳。

修炉时一般不拆除炉壳永久层填充层介于永久层和工作层之间，一般用焦油镁砂或焦油白云石料捣打而成。

工作层直接与钢水，炉渣和炉气接触，不断受到物理的，机械的和化学的冲刷，撞击和侵蚀作用，另外还要受到工艺操作因素的影响，所以其质量直接诶关系到炉龄的高低。

国内外中小型转炉普遍采用焦油白云石或焦油镁砂质大砖砌筑炉衬。

为提高炉衬寿命，目前已广泛使用镁质白云石为原料的烧成油浸砖。

我国大中型转炉多采用镁碳砖。

3.2炉衬砌筑

（1）砌筑顺序：

转炉炉衬砌筑顺序是先测定炉底中心线，然后进行炉底砌筑，在进行炉身，炉帽和炉口的砌筑，最后进行出钢口炉内和炉外部分的砌筑。

（2）砌筑要求

①背紧，靠实，填满找平，尽量减少砖缝；

②工作层实行干砌，砖缝之间用不定型耐火材料填充，捣打结实；

③要注意留有一定的膨胀缝。

3.3提高炉衬寿命的措施

（1）提高耐火材料的质量；

（2）采用均衡炉衬提高砌炉质量；

（3）改进操作工艺；

（4）转炉热态喷补；

（5）激光监测；

（6）采用溅渣护炉技术。

120T转炉炉型示意图

120T转炉氧枪喷头设计

氧枪是氧气转炉炼钢的关键设备，氧枪管直径取决于转炉大小，有较规范的设定尺寸。

而氧枪喷头的形状和孔数各异，就成为设计的重要内容。

经多年的炼钢实践，收缩—扩张的拉瓦尔型三孔喷头已为许多炼钢车间所普遍采用，而大型转炉对4孔、5孔等多孔喷头改善吹炼操作有更大的兴趣。

喷头每个孔的氧流量从最小20Nm3/t·min到最大283Nm3/t·min，氧射流速度在457~518m/s之间变化，取决于使用时的工况氧压和喷出口面积对喉口面积之比。

进行氧枪喷头设计之前，必须十分慎重地确定氧枪喷头设计所需要的初始数据，包括氧流量、氧气压力、纯吹氧时间、输氧管道的压力范围、熔池深度、铁水成分等。

由于一些炼钢车间缺乏准确的计量仪表，往往给出的数据不准确。

就应当到冶炼现场去观察具体条件，结合实践经验确定出几个最关键的初始数据。

氧枪是氧气顶吹转炉炼钢的关键设备.氧气是通过形状复杂的氧枪喷头供给转炉熔池进行冶炼操作的。

合理的氧枪喷头参数可以获得最佳的冶炼操作.容易化渣.吹炼过程平稳.减少喷溅.金属收得率高.并提高了氧气利用率。

1.原始数据

转炉公称容量120t，低磷铁水，冶炼低碳钢；转炉参数：

炉熔比V/T=0.989，熔池直径D=4600mm，有效高度H内=9960mm，熔池深度h=1460mm。

2.计算氧流量

吨钢耗氧量57m3，吹氧时间14min，则氧流量qv=57×120/14=488.57（m3/min）

3.选用喷孔参数

出口马赫数为M=2.0，采用三孔拉瓦尔型喷头，喷孔夹角为10°。

4.设计工况氧压

查等熵流表，当M=2.0时，p/p0=0.1278，定P膛=1.3×105Pa,则

5.设计炉喉直径

每孔氧流量q=qv/3=488.57/3=162.86（m3/min）利用公式

令CD=0.9，T0=290K，p设=10.17×105Pa，则

162.86=1.784×0.9×

求得dT=0.04m=40mm

取喉口长度LT=20mm。

6.计算

依据M=2.0，查等熵流表A出/A喉=1.688d出=dT×

=40×1.3=52（mm）

7.计算扩张段长度

取半锥角为5°，则扩张段长度L2=

68.97（mm）

8.收缩段长度

取收缩a收=50°，则收缩半角为25°，收缩段的长度由作图法确定，L1=68.97mm。

9.装配图

由上面计算出的尺寸绘制氧枪喷头图。

120T转炉氧枪喷头装配图

120T转炉氧枪枪身设计

1.原始数据

冷却水流量qmw=120t/h，冷却水进水速度µj=5m/s，冷却水回水速度µp=6m/s，冷却水喷头处流速µh=8m/s，中心氧管内氧气流速µ0=50m/s，吹炼过程中水温升Δt=19℃，其中回水温度t2=45℃，进水温度t1=19℃；枪身外管长Lp=12.964m，枪身中层管长Lj=13.4m，中心氧管长L0=14.76m，180°局部阻损系数ξ=1.5。

2.中心氧管管径的确定

中心氧管管径的公式为

管内氧气的工况体积流量

中心氧管的内截面积

中心氧管的内径

根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为Ф203mm×8mm的钢管验算氧气在钢管内的实际流速

符合要求。

3.中层套管管径的确定

环缝间隙的流通面积

中层管的内径

根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为Ф245mm×7mm的钢管。

验算实际水速

4.34（m/s）符合要求。

4.外层套管管径的确定

出水通道的面积为

0.006（m2）=60（cm2）

外管内径为

=0.066（m）=66（mm）

根据热轧无缝钢管产品目录，选择标准系列产品规格为Ф299mm×16mm的钢管。

验算实际水速

3.18（m/s）符合要求。

5.中层套管下沿至喷头面间隙的计算

该出的间隙面积为

0.0045（m2）

又知

，

故

=0.0123（m）=12.3（mm）

6.氧枪总长度和行程确定

根据公式氧枪总长为

H枪=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7+h8

=8.160+1.212+4.403+5.033+0.800+0.800+1.000+0.500=21.908（m）

式中h1—氧枪最低位置至炉口距离，m；

h2—炉口至烟罩下沿的距离，取1.212m；

h3—烟罩下沿至烟道拐点的距离，取4.403m；

h4—烟道拐点至氧枪孔的距离，m；

h5—为清理结渣和换枪需要的距离，取0.800m；

h6—根据把持器下段要求决定的距离，m；

h7—把持器的两个卡座中心线间的距离，m；

h8—根据把持器上段要求决定的距离，m。

氧枪行程为

H行=h1+h2+h3+h4+h5=8.160+1.212+4.403+5.033+0.800=19.608（m）

7.氧枪热平衡计算

冷却水消耗量计算

105.52（m3/h）＜200（m3/h）

qv＜qmw，证明前面设计中选择的耗水量是足够的，也是合适的。

8.氧枪冷却水阻力计算

氧枪冷却水系统是由输水管路﹑软管和氧枪三部分串联而成的。

冷却水系统最大阻力损失部分是氧枪，大约占总阻力损失的80%以上。

利用氧枪进水管入口和回水管出口两个平面的实际气体的柏努力方程式，即其能量平衡关系来确定氧枪冷却水的进水压力。

设进水管入口为Ⅰ面，回水管出口为Ⅱ面，则

pⅠ+ZⅠρg+ρ

=pⅡ+ZⅡρg+ρ

+h失1-2

式中pⅠ，pⅡ—进﹑出口压力，Pa；

ZⅠ，ZⅡ—Ⅰ﹑Ⅱ面高度，m；

µj，µp—进﹑回水速度，m/s；

ρ—水的密度，1000kg/m3；

g—重力加速度，m/s2

因为ZⅠ≈ZⅡ，µj≈µp，pⅡ=0，所以pⅠ≈h失1-2，即氧枪冷却水的进水压力近似等于氧枪冷却水的阻力损失。

其阻力损失为

=0.036×

=283946.67+485715.45+48000

=817662.12Pa≈8×105Pa

式中ιjιp—进﹑回水管的长度，m；

λjλp—进﹑回水管的摩擦阻力系数，λj=0.036，λp=0.038；

υjυp—进﹑回水管内和底部的水速，m/s；

ξ—180°局部阻力损系数，ξ=1.5；

ρ—水的密度，1000kg/m3；

dejdep—进﹑回水管的有效直径，也叫当量直径。

dej=d2-d`1，

dep=d3-d`2冷却水进水压力p1=817662.12Pa≈8×105Pa。

氧枪示意图

结束语

12T转炉炼钢的设计满足了现场的生产工艺要求。

操作方式灵活，操作方式有自动、画面手动和现场就地操作。

发挥了其配置灵活、控制可靠和可现场调试的优点，给整个系统的稳定给整个转炉生产带来了较大的作用。

毕业论文是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的120T转炉炼钢设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。

这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。

参考文献

冯聚和，转炉设计原理，化学工业出版社。

2005（6）

蔡志鹏，张春霞，大型转炉氧枪多孔喷头的设计与其射流特性，北京科技大学学报,1995,（S1）.

郭殿锋,马涛,钱静秋，包钢炼钢厂4~#转炉氧枪设计及应用，包钢科技,2001,（02）.

李炳源，转炉氧枪的选取与使用[J]，炼钢,2003,（03）.

孙正茂,宋战,张评,蒋绍海,绳艳，转炉氧枪喷头的优化设计与应用，鞍钢技术,2000,（09）.

杨俊良,冯玉刚，宝钢250t转炉氧枪设备的设计，一重技术,1996,（02）.

刘剑平，小型转炉氧枪升降装置结构分析.机械工程师,1996,（04）.

李明发，转炉氧枪改造与应用，武钢技术,2003,（01）.

谢书明,柴天佑,王小刚,王伟，转炉炼钢氧枪枪位控制，冶金自动化,1999,（02）.

王安军,曹维,陈清泉,张文辉,帅国勇，第二炼钢厂转炉氧枪改进及应用，武钢技术,2006,（02）.

致谢

衷心感谢刘增勋老师，本次设计倾注了刘老师的精心指导和深切关怀。

在设计的完成期间，让我感受到的不仅是刘老师渊博的知识、严谨的治学态度和勤奋踏实的工作作风，还有他宽广豁达的胸襟和积极乐观的人生态度。

这是一笔宝贵的精神财富，对于我今后的工作和学习一定会产生巨大的影响！

在完成毕业设计的过程中，我的同学﹑朋友也给了我大力的支持与帮助，在此表示诚挚的感谢！

在临近毕业之时，谨向在校期间给予我帮助的所有老师和同学致以诚挚的谢意！

感谢母校这三年来对我的辛勤培育！